電子拉力試驗機(jī)的工作原理

電子拉力試驗機(jī)主要是通過用計算機(jī)控制及測定的試驗機(jī)器設(shè)備，主要在金屬及非金屬材料的拉伸檢測中應(yīng)用。拉力試驗機(jī)如今在質(zhì)量監(jiān)督、科學(xué)教研、汽車、建工建材等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。電子拉力試驗機(jī)在產(chǎn)品質(zhì)量伸拉、壓縮、彎曲等檢測應(yīng)用中，具有檢測值精準(zhǔn)、檢測范圍寬以及相應(yīng)速度快的特征，可對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行實施記錄，并依據(jù)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)記錄最大實驗力值、斷裂力值、屈服力值，計算斷裂延伸率和各種強(qiáng)度值等實驗數(shù)據(jù)。

電子拉力試驗機(jī)主要是由驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)組成。 驅(qū)動系統(tǒng)接通電源后，微機(jī)按試驗前設(shè)定的數(shù)值發(fā)出橫梁移動指令，該指令通過伺服控制系統(tǒng)控制主機(jī)內(nèi)部的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動，經(jīng)過皮帶、齒輪等減速機(jī)構(gòu)后驅(qū)動左、右絲桿轉(zhuǎn)動， 由活動橫梁內(nèi)與之齒和的螺母帶動橫梁上升或下降。 裝上試樣后，試驗機(jī)可以通過載荷、應(yīng)變、位移傳感器獲得相應(yīng)的信號，該信號放大后通過 A/D進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)傳遞給微機(jī)。

微機(jī)一方面對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 以圖形及數(shù)值形式在微機(jī)顯示器上反映出來；另一方面將處理后的信號與初始設(shè)定值進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)橫梁移動改變輸出量，并將調(diào)整后的輸出量傳遞給伺服控制系統(tǒng)，從而可達(dá)到恒速率、恒應(yīng)變、恒應(yīng)力等高要求的控制需要。 下面對電子拉力試驗機(jī)各組成部分的工作原理進(jìn)行介紹。

1  測量系統(tǒng)

1.1力值的測量

通過測力傳感器、信號放大器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來實現(xiàn)測量。常用的測力傳感器是應(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、壓力傳感器國內(nèi)外種類繁多，主要有筒狀的、輪輻式的、S雙連孔型的、十字梁式等傳感器。測力傳感器的好壞決定了試驗機(jī)的精度和測力穩(wěn)定性，目前市場上的電子拉力試驗機(jī)用傳感器小力值一般用S型傳感器，大力值一般用輪輻式傳感器。常見的電子拉力試驗機(jī)測力傳感器為0.5級和1級，最大允許誤差分別為±0.5%和±1%。最大實驗力一般不超過20kN。

1.2  變形的測量

通過變形測量裝置來測量， 它是用來測量試樣在試驗過程中產(chǎn)生的形變。 變形測量裝置又稱引伸計，是由不同準(zhǔn)確度的變形傳感器和試驗機(jī)變形測量單元所組成的引伸計系統(tǒng)。

該裝置上有兩個夾頭，經(jīng)過一系列傳動機(jī)構(gòu)與裝在測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，帶動光電編碼器的軸旋轉(zhuǎn)，光電編碼器就會有脈沖信號輸出，再由單片機(jī)對此信號進(jìn)行處理，就可以得出試驗的變形量。

1.3  橫梁位移的測量

其原理同變形測量大致相同，都是通過測量光電編碼器的輸出脈沖數(shù)來獲得橫梁的位移量。

2  驅(qū)動系統(tǒng)

主要是用于試驗機(jī)的橫梁移動。 其工作原理是由伺服系統(tǒng)控制電機(jī)， 電機(jī)經(jīng)過減速箱等一系列傳動機(jī)構(gòu)帶動絲桿移動，從而達(dá)到控制橫梁移動的目的。通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以改變橫梁的移動速度。電子拉力試驗機(jī)的電機(jī)有的是普通三相電機(jī)或變頻電機(jī)，這種電機(jī)采用模擬信號控制，反應(yīng)慢，定位不準(zhǔn)確，調(diào)速范圍窄，有高速就沒了低俗或有低速就沒了高速，并且速度控制不準(zhǔn)確。另一種電機(jī)是全數(shù)字交流伺服電機(jī)，采用全數(shù)字脈沖控制，調(diào)速范圍廣，可達(dá)(0.001～1000)mm/min，控制定位準(zhǔn)確，反應(yīng)快，0.01秒可加到滿速度。電子拉力試驗機(jī)的傳動機(jī)構(gòu)有的采用減速機(jī)，有的采用普通皮帶，有的采用全圓弧同步帶。絲桿是驅(qū)動測力傳感器運動的部件，市場上的電子拉力試驗機(jī)有的使用的是T形普通絲桿，也有無間隙滾珠絲桿。T形普通絲桿間隙比較大，摩擦力比較大，使用壽命短。

3控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)顧名思義，就是控制試驗機(jī)運作的系統(tǒng)。主控制器有微機(jī)(使用PC機(jī))或微電腦(使用單片機(jī)或PLC等)。通過操作臺可以控制試驗機(jī)的運作，顯示屏可以獲知試驗機(jī)的狀態(tài)及各項試驗參數(shù)。若該機(jī)帶有電腦，也可以由電腦實現(xiàn)各項功能并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析、試驗結(jié)果打印。試驗機(jī)同電腦之間的通信一般都是使用ＲS232串行通信方式，通過計算機(jī)背后的串口進(jìn)行通信。電腦用來采集和分析數(shù)據(jù)，進(jìn)入試驗界面后，電腦會不斷采集各樣試驗數(shù)據(jù)，實時畫出試驗曲線，自動求出各試驗參數(shù)及輸出報表。

下面對電子拉力試驗機(jī)的機(jī)體做整體介紹，主機(jī)部分是電子拉力試驗機(jī)的傳動部分，它為試樣提供符合標(biāo)準(zhǔn)的實驗空間，拉伸輔具需要裝在主機(jī)上方能進(jìn)行拉伸試驗。它主要包括固定橫梁、移動橫梁、負(fù)荷傳感器、工作臺和底板。工作臺是主機(jī)的主要支撐件，所有的傳動系統(tǒng)都安裝在工作臺上，電機(jī)減速機(jī)系統(tǒng)安裝在工作臺的下部，減速機(jī)的輸出通過同步齒形帶和安裝在工作臺上的絲桿相連，電機(jī)的轉(zhuǎn)動帶動絲桿轉(zhuǎn)動。在絲桿上安裝有絲母，絲母和移動橫梁固定為一體，絲桿轉(zhuǎn)動時使移動橫梁可以上下移動，所有實驗過程都是通過移動橫梁的上下移動來實現(xiàn)的。負(fù)荷傳感器通過螺釘固定在移動橫梁上，固定橫梁是主機(jī)的連接件拉伸輔具的固定件。電器控制部分包括強(qiáng)電操作按鈕和電器控制箱兩大部分。強(qiáng)電操作面板包括電機(jī)開關(guān)和急停按鈕，和強(qiáng)電面板共同構(gòu)成系統(tǒng)的強(qiáng)電控制部分。行程限位