電子拉力試驗(yàn)機(jī)的組成及工作原理
電子拉力試驗(yàn)機(jī)(又稱材料試驗(yàn)機(jī))是現(xiàn)代電子技術(shù)與機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它是一種充分利用機(jī)電一體化各自優(yōu)勢(shì)的大型精密測(cè)試儀器。它可以對(duì)各種材料進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲、剝離、剪切等多種性能測(cè)試，具有測(cè)量范圍廣、精度高、響應(yīng)快的特點(diǎn)。工作可靠，效率高，測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、記錄和打印。
電子拉力試驗(yàn)機(jī)由測(cè)量系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)(計(jì)算機(jī)系統(tǒng)拉力試驗(yàn)機(jī))組成。
一、拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)量系統(tǒng)
1.力值的測(cè)量
測(cè)量由力傳感器、放大器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。常用的力傳感器是應(yīng)變式傳感器。
所謂應(yīng)變片傳感器，是由[應(yīng)變片]、彈性元件和一些附件(補(bǔ)償元件、保護(hù)罩、接線插座和加載部件)組成，能把一定的機(jī)械量轉(zhuǎn)化為電量輸出的裝置。國(guó)內(nèi)外應(yīng)變式張力壓力傳感器種類繁多，主要有圓柱力傳感器、輪輻力傳感器、S型雙孔傳感器、橫梁傳感器等。
從材料力學(xué)可知，在小變形條件下，彈性元件在某一點(diǎn)的應(yīng)變與施加在彈性元件上的力成正比，也與彈性的變化成正比。以S型傳感器為例。當(dāng)傳感器受到拉力P時(shí)，由于應(yīng)變片貼在彈性元件表面，而彈性元件的應(yīng)變與外力P的大小成正比，因此可以將應(yīng)變片連接到測(cè)量電路上，測(cè)量其輸出電壓，從而測(cè)量輸出的大小。
對(duì)于傳感器，一般采用差動(dòng)全橋測(cè)量，即附著的應(yīng)變計(jì)形成一個(gè)電橋，
R1、R2、R3、R4實(shí)際上是四個(gè)(或八個(gè))電阻值相等的應(yīng)變片，即R1=R2=R3=R4。當(dāng)傳感器受到外力(拉力或壓力)時(shí)，傳感器的彈性元件產(chǎn)生應(yīng)變，使電阻值發(fā)生變化，變化值分別為R1、R2、R3、R4。因此，起初的平衡橋現(xiàn)在是
e=[r1r 2/(r1r 2)2]R1/R1-R2/R2R3/R3-R4/R4)u
其中u是外部電源電橋的電壓
進(jìn)一步簡(jiǎn)化包括
E=[R2/4r 2](R1/R-R2/RR3/R-R4/R)U
用Ri/Ri=Ki代替上述公式
然后E=[UK/4](1-2 3-4)
簡(jiǎn)單來說就是外力P引起傳感器中的應(yīng)變片變形，導(dǎo)致電橋不平衡，從而引起傳感器輸出電壓的變化。通過測(cè)量輸出電壓的變化，我們可以知道力的大小。
一般來說，傳感器的輸出信號(hào)很弱，通常只有幾毫伏。如果直接測(cè)量這個(gè)信號(hào)，難度很大，不能滿足高精度測(cè)量的要求。因此，這個(gè)微弱的信號(hào)必須經(jīng)過放大器放大，放大后的信號(hào)電壓可以達(dá)到10V。此時(shí)，信號(hào)是模擬信號(hào)。這個(gè)模擬信號(hào)通過多路開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。到目前為止，力的測(cè)量已經(jīng)結(jié)束。
2.變形測(cè)量
它由變形測(cè)量裝置測(cè)量，用于測(cè)量測(cè)試過程中樣品的變形。
裝置上有兩個(gè)卡盤，通過一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與安裝在測(cè)量裝置頂部的光電編碼器連接。當(dāng)兩個(gè)卡盤之間的距離變化時(shí)，帶動(dòng)光電編碼器的軸旋轉(zhuǎn)，光電編碼器會(huì)輸出脈沖信號(hào)。然后通過處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，就可以得到樣品的形變。
3.光束位移測(cè)量
其原理與變形測(cè)量大致相同，通過測(cè)量光電編碼器的輸出脈沖數(shù)獲得光束的位移。
二.拉伸試驗(yàn)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
主要用于移動(dòng)試驗(yàn)機(jī)的橫梁。其工作原理是伺服系統(tǒng)控制電機(jī)，電機(jī)通過減速箱等一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到控制橫梁運(yùn)動(dòng)的目的。通過改變電機(jī)的速度，光束的移動(dòng)速度可以
顧名思義，它是一個(gè)控制測(cè)試機(jī)器運(yùn)行的系統(tǒng)。人們可以通過控制臺(tái)控制試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行，通過顯示屏可以了解試驗(yàn)機(jī)的狀態(tài)和各種試驗(yàn)參數(shù)。如果試驗(yàn)機(jī)配有計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)各種功能，處理分析數(shù)據(jù)，打印測(cè)試結(jié)果。試驗(yàn)機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信一般采用RS232串行通信。它通過計(jì)算機(jī)后面的串行端口(COM端口)進(jìn)行通信。該技術(shù)成熟、可靠、易用。
四.電子拉力試驗(yàn)機(jī)的配套計(jì)算機(jī)
用于收集和處理分析數(shù)據(jù)。進(jìn)入測(cè)試界面后，計(jì)算機(jī)會(huì)不斷采集各種測(cè)試數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)繪制測(cè)試曲線(常見的力-位移曲線)，自動(dòng)計(jì)算測(cè)試參數(shù)并輸出報(bào)告。
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