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電子拉力試驗(yàn)機(jī)的組成及其工作原理

文章出處: 責(zé)任編輯:www.hhxydq.com 發(fā)表時(shí)間:2017-12-20

 電子拉力試驗(yàn)機(jī)的組成及其工作原理

 電子式拉力試驗(yàn)機(jī)(又叫材料試驗(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

,是充分發(fā)揮了機(jī)電各自特長(zhǎng)而構(gòu)成的大型精密測(cè)試儀器
,可對(duì)各種材料進(jìn)行拉 伸
、壓縮
、彎曲、剝離
、剪切等多項(xiàng)性能試驗(yàn)
,且有測(cè)量范圍寬、精度高
、響應(yīng)快等特點(diǎn)。工作可靠
,效率高,可對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示記錄
、打印

 電子式拉力試驗(yàn)機(jī)是由測(cè)量系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

、控制系統(tǒng)及電腦(電腦系統(tǒng)型拉力試驗(yàn)機(jī))等結(jié)構(gòu)組成

 一.拉力試驗(yàn)機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)

 1.力值的測(cè)量

 通過(guò)測(cè)力傳感器

、放大器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量,常用的測(cè)力傳感器是應(yīng)變片式傳感器

 所謂應(yīng)變片式傳感器

,就是由【應(yīng)變片】、彈性元件和某些附件(補(bǔ)償元件
、防護(hù)罩、接線插座
、加載件組成)
,能將某種機(jī)械量變成電量輸出的器件。應(yīng)變片式的拉
、壓力傳感器國(guó)內(nèi)外種類繁多
,主要有筒狀力傳感器、輪輻式力傳感器
、S雙連孔型傳感器、十字梁式傳感器等類型

 從材料力學(xué)上得知

,在小變形條件下,一個(gè)彈性元件某一點(diǎn)的應(yīng)變ε與彈性元件所受的力成正比
,也與彈性的變形成正比
。以S型傳感器為例
,當(dāng)傳感器受到拉 力P的作用時(shí)
,由于彈性元件表面粘貼有應(yīng)變片,因?yàn)閺椥栽膽?yīng)變與外力P的大小成正比例
,故此將應(yīng)變片接入測(cè)量電路中
,即可通過(guò)測(cè)出其輸出電壓,從而測(cè) 出力的大小

 對(duì)于傳感器,一般采用差動(dòng)全橋測(cè)量

,即將所粘貼的應(yīng)變片組成橋路

 R1、R2

、R3
、R4,實(shí)際為阻值相等的4片(或8片)應(yīng)變片
,即R1=R2=R3=R4,當(dāng)傳感器受到外力(拉力或壓力)作用時(shí)
,傳感器彈性元件 產(chǎn)生應(yīng)變而使各電阻值發(fā)生變化,其變化值分別為△R1△
、R2
、△R3、△R4
,結(jié)果原來(lái)平衡的電橋
,現(xiàn)在不平衡了,橋路就有電壓輸出
,設(shè)△E

 則△E=[R1R2/(R1  R2)2]△R1/R1-△R2/R2 △R3/R3-△R4/R4)U

  式中U為外電源供給橋路的電壓

 進(jìn)一步簡(jiǎn)化有

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

 將△Ri/Ri=Kεi代上上式

 則有△E=[UK/4](ε1-ε2 ε3-ε4)

 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),外力P引起傳感器內(nèi)應(yīng)變片的變形

,導(dǎo)致電橋的不平衡
,從而引起傳感器輸出電壓的變化
,我們通過(guò)測(cè)量輸出電壓的變化就可以知道力的大小了

 一般來(lái)說(shuō)

,傳感器的輸出信號(hào)都是非常微弱的
,通常只有幾個(gè)mV,如果我們直接對(duì)此信號(hào)進(jìn)行測(cè)量
,是非常困難的
,并且不能滿足高精度測(cè)量要求。因此必須 通過(guò)放大器將此微弱信號(hào)放大
,放大后的信號(hào)電壓可達(dá)10V,此時(shí)的信號(hào)為模擬信號(hào)
,這個(gè)模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)多路開(kāi)關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)
,然后進(jìn)行數(shù)  據(jù)處理,至此
,力的測(cè)量告一段落。

 2.形變的測(cè)量

 通過(guò)形變測(cè)量裝置來(lái)測(cè)量

,它是用來(lái)測(cè)量試樣在試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的形變。

 該裝置上有兩個(gè)夾頭

,經(jīng)過(guò)一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與裝在測(cè)量裝置頂部的【光電編碼器】連在一起
,當(dāng)兩夾頭間的距離發(fā)生變化時(shí),帶動(dòng)光電編碼器的軸旋轉(zhuǎn)
,光電編碼器就會(huì)有脈沖信號(hào)輸出。再由處理器對(duì)此信號(hào)進(jìn)行處理
,就可以得出試樣的變形量

 3.橫梁位移的測(cè)量

 其原理同變形測(cè)量大致相同

,都是通過(guò)測(cè)量光電編碼器的輸出脈沖數(shù)來(lái)獲得橫梁的位移量

 二.拉力試驗(yàn)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

 主要是用于試驗(yàn)機(jī)的橫梁移動(dòng),其工作原理是由伺服系統(tǒng)控制電機(jī),電機(jī)經(jīng)過(guò)減速箱等一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)

,從而達(dá)到控制橫梁移動(dòng)的目的。通過(guò)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速
,可以改變橫梁的移動(dòng)速度

 三.拉力試驗(yàn)機(jī)的控制系統(tǒng)

 顧名思義

,就是控制試驗(yàn)機(jī)運(yùn)作的系統(tǒng)
,人們通過(guò)操作臺(tái)可以控制試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)作,通過(guò)顯示屏可以獲知試驗(yàn)機(jī)的狀態(tài)及各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)
,若該機(jī)帶有電腦的話,也  可以由電腦實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析
、試驗(yàn)結(jié)果打印
。試驗(yàn)機(jī)同電腦之間的通信一般都是使用RS232串行通信方式,它通過(guò)計(jì)算機(jī)背后的串口(COM 口)進(jìn)行通信
,此技術(shù)比較成熟、可靠
,使用方便

 四.電子拉力試驗(yàn)機(jī)的配套電腦

 用來(lái)采集和處理分析數(shù)據(jù)。進(jìn)入試驗(yàn)界面后

,電腦會(huì)不斷采集各樣試驗(yàn)數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)畫(huà)出試驗(yàn)曲線(常用力--位移的曲線)
,自動(dòng)求出各試驗(yàn)參數(shù)及輸出報(bào)表