電子式拉力試驗機的工作原理

電子式拉力試驗機是現(xiàn)代電子技術與機械傳動技術相結合的產(chǎn)物,，是充分發(fā)揮了機電各自特長而構成的大型精密測試儀器,，可對各種材料進行拉伸,、壓縮,、彎曲等多項性能試驗，且有測量范圍寬,、精度高,、響應快等特點。工作可靠,，效率高,，可對試驗數(shù)據(jù)進行實時顯示記錄、打印,。
電子式拉力試驗機是由測量系統(tǒng),、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng),、及電腦等結構組成,。

一.測量系統(tǒng)
1． 力值的測量
通過測力傳感器、放大器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來實現(xiàn)測量,，zui常用的測力傳感器是應變片式傳感器,。
所謂應變片式傳感器，就是由應變片,、彈性元件和某些附件(補償元件,、防護罩、接線插座,、加載件組成),，能將某種機械量變成電量輸出的器件。
應變片式的拉,、壓力傳感器國內外種類繁多,，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。
從材料力學上得知,，在小變形條件下,，一個彈性元件某一點的應變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,，當傳感器受到拉力P的作用時，由于彈性元件表面粘貼有應變片,，因為彈性元件的應變與外力P的大小成正比例，故此將應變片接入測量電路中,，即可通過測出其輸出電壓,，從而測出力的大小,。
對于傳感器，一般采用差動全橋測量,，即將所粘貼的應變片組成橋路,，R1、R2,、R3,、R4，實際為阻值相等的4片(或8片)應變片,，即R1=R2=R3=R4,，當傳感器受到外力(拉力或壓力)作用時，傳感器彈性元件產(chǎn)生應變而使各電阻值發(fā)生變化,，其變化值分別為△R1△,、R2、△R3,、△R4,，結果原來平衡的電橋，現(xiàn)在不平衡了,，橋路就有電壓輸出,，設△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一步筒化有
△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)
簡單來說，外力P引起傳感器內應變片的變形,，導致電橋的不平衡,，從而引起傳感器輸出電壓的變化， 我們通過測量輸出電壓的變化就可以知道力的大小了,。
一般來說,，傳感器的輸出信號都是非常微弱的，通常只有幾個mV,，如果我們直接對此信號進行測量,，是非常困難的，并且不能滿足高精度測量要求,。因此必須通過放大器將此微弱信號放大,，放大后的信號電壓可達10V，此時的信號為模擬信號,，這個模擬信號經(jīng)過多路開關和A/D轉換芯片轉變?yōu)閿?shù)字信號,，然后進行數(shù)據(jù)處理，至此,，力的測量告一段落,。

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,。
該裝置上有兩個夾頭,，經(jīng)過一系列傳動機構與裝在測量裝置頂部的光電編碼器連在一起,，當兩夾頭間的距離發(fā)生變化時，帶動光電編碼器的軸旋轉,，光電編碼器就會有脈沖信號輸出,。再由單片機對此信號進行處理，就可以得出試樣的變形量,。

3橫粱位移的測量
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。

二.驅動系統(tǒng)
主要是用于試驗機的橫梁移動,，其工作原理是由伺服系統(tǒng)控制電機,，電機經(jīng)過減速箱等一系列傳動機構帶動絲桿轉動，從而達到控制橫梁移動的目的,。通過改變電機的轉速,，可以改變橫梁的移動速度。

三.控制系統(tǒng)
顧名思義,，就是控制試驗機運作的系統(tǒng),，人們通過操作臺可以控制試驗機的運作，通過顯示屏可以獲知試驗機的狀態(tài)及各項試驗參數(shù),，若該機帶有電腦的話,，也可以由電腦實現(xiàn)各項功能并進行數(shù)據(jù)處理分析、試驗結果打印,。試驗機同電腦之間的通信一般都是使用RS232串行通信方式,，它通過計算機背后的串口(COM號)進行通信，此技術比較成熟,、可靠,，使用方便。

四.電腦
用來采集和分析數(shù)據(jù),，進入試驗界面后,，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,。