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電子式拉力試驗(yàn)機(jī)的工作原理
一.測(cè)量系統(tǒng)
1．力值的測(cè)量
通過測(cè)力傳感器,、放大器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來實(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?chǔ)排c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，
1．力值的測(cè)量
通過測(cè)力傳感器,、放大器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來實(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?chǔ)排c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(jiǎn)單來說,，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,，我們通過測(cè)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(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)過多路開關(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,。
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(jiǎn)單來說,，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,，我們通過測(cè)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(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)過多路開關(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．變形的測(cè)量
通過變形測(cè)量裝置來測(cè)量，它是用來測(cè)量試樣在試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的形變,。
該裝置上有兩個(gè)夾頭,，經(jīng)過一系列傳動(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。再由單片機(jī)對(duì)此信號(hào)進(jìn)行處理,，就可以得出試樣的變形量,。
通過變形測(cè)量裝置來測(cè)量，它是用來測(cè)量試樣在試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的形變,。
該裝置上有兩個(gè)夾頭,，經(jīng)過一系列傳動(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。再由單片機(jī)對(duì)此信號(hào)進(jìn)行處理,，就可以得出試樣的變形量,。
3橫粱位移的測(cè)量
其原理同變形測(cè)量大致相同，都是通過測(cè)量光電編碼器的輸出脈沖數(shù)來獲得橫梁的位移量,。
其原理同變形測(cè)量大致相同，都是通過測(cè)量光電編碼器的輸出脈沖數(shù)來獲得橫梁的位移量,。
二.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,。通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以改變橫梁的移動(dòng)速度,。
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,。通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以改變橫梁的移動(dòng)速度,。
三.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)，人們通過操作臺(tái)可以控制試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)作,，通過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，它通過計(jì)算機(jī)背后的串口（COM號(hào)）進(jìn)行通信,，此技術(shù)比較成熟、可靠,，使用方便,。
顧名思義,，就是控制試驗(yàn)機(jī)運(yùn)作的系統(tǒng)，人們通過操作臺(tái)可以控制試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)作,，通過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，它通過計(jì)算機(jī)背后的串口（COM號(hào)）進(jìn)行通信,，此技術(shù)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(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)畫出試驗(yàn)曲線，自動(dòng)求出各試驗(yàn)參數(shù)及輸出報(bào)表,。
用來采集和分析數(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)畫出試驗(yàn)曲線，自動(dòng)求出各試驗(yàn)參數(shù)及輸出報(bào)表,。
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