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    万能材料试验机的工作原理

    万能材料试验是现代电子技术与机械传动技术相结合的产物,是充分发挥了机电各自特 长而构成的大型精密测试仪器,可对各种材料进行拉伸、压缩、弯曲、剥离、剪切等多项性 能试验,且有测量范围宽、精度高、响应快等特点。工作可靠,效率高,可对试验数据进行 实时显示记录、打印。

    万能材料试验机是由测量系统、驱动系统、控制系统及电脑(电脑系统型拉力试验机) 等结构组成。

    一.万能材料试验机的测量系统

    1.力值的测量

    通过测力传感器、放大器和数据处理系统来实现测量,最常用的测力传感器是应变片式 传感器。

    所谓应变片式传感器,就是由【应变片】、弹性元件和某些附件(补偿元件、防护罩、 接线插座、加载件组成),能将某种机械量变成电量输出的器件。应变片式的拉、压力传感 器国内外种类繁多,主要有筒状力传感器、轮辐式力传感器、S 双连孔型传感器、十字梁式 传感器等类型。

    从材料力学上得知,在小变形条件下,一个弹性元件某一点的应变ε  与弹性元件所受的 力成正比,也与弹性的变形成正比。以 S 型传感器为例,当传感器受到拉力 P 的作用时,由 于弹性元件表面粘贴有应变片,因为弹性元件的应变与外力 P 的大小成正比例,故此将应变 片接入测量电路中,即可通过测出其输出电压,从而测出力的大小。

    对于传感器,一般采用差动全桥测量,即将所粘贴的应变片组成桥路,

    R1、R2、R3、R4,实际为阻值相等的 4 片(或 8 片)应变片,即 R1=R2=R3=R4,当传感

    器受到外力(拉力或压力)作用时,传感器弹性元件产生应变而使各电阻值发生变化,其变

    化值分别为△R1△、R2、△R3、△R4,结果原来平衡的电桥,现在不平衡了,桥路就有电压

    输出,设△E

    则△E=[R1R2/(R1+R2)2]△R1/R1-△R2/R2+△R3/R3-△R4/R4)U 式中 U 为外电源供给桥路的电压

    进一步简化有

    △E=[R2/4R2](△R1/R-△R2/R+△R3/R-△R4/R)U

    将△Ri/Ri=Kε  i 代上上式

    则有  △E=[UK/4](ε  1-ε  2+ε  3-ε  4)

    简单来说,外力 P 引起传感器内应变片的变形,导致电桥的不平衡,从而引起传感器输 出电压的变化,我们通过测量输出电压的变化就可以知道力的大小了。

    一般来说,传感器的输出信号都是非常微弱的,通常只有几个 mV,如果我们直接对此信

    号进行测量,是非常困难的,并且不能满足高精度测量要求。因此必须通过放大器将此微弱

    信号放大,放大后的信号电压可达 10V,此时的信号为模拟信号,这个模拟信号经过多路开

    关和 A/D 转换芯片转变为数字信号,然后进行数据处理,至此,力的测量告一段落。

    2.形变的测量

    通过形变测量装置来测量,它是用来测量试样在试验过程中产生的形变。

    该装置上有两个夹头,经过一系列传动机构与装在测量装置顶部的【光电编码器】连在 一起,当两夹头间的距离发生变化时,带动光电编码器的轴旋转,光电编码器就会有脉冲信 号输出。再由处理器对此信号进行处理,就可以得出试样的变形量。

    3.横梁位移的测量

    其原理同变形测量大致相同,都是通过测量光电编码器的输出脉冲数来获得横梁的位移

    量。

    二.万能材料试验机的驱动系统

    主要是用于试验机的横梁移动,其工作原理是由伺服系统控制电机,电机经过减速箱等 一系列传动机构带动丝杆转动,从而达到控制横梁移动的目的。通过改变电机的转速,可以 改变横梁的移动速度。

    三.万能材料试验机的控制系统

    顾名思义,就是控制试验机运作的系统,人们通过操作台可以控制试验机的运作,通过

    显示屏可以获知试验机的状态及各项试验参数,若该机带有电脑的话,也可以由电脑实现各

    项功能并进行数据处理分析、试验结果打印。试验机同电脑之间的通信一般都是使用 RS232

    串行通信方式,它通过计算机背后的串口(COM 口)进行通信,此技术比较成熟、可靠,使

    用方便。

    四.电脑

    用来采集和处理分析数据。进入试验界面后,电脑会不断采集各样试验数据,实时画出 试验曲线(常用力--位移的曲线),自动求出各试验参数及输出报表。

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