電子拉力試驗機原理

一.測量系統

1． 力值的測量

    通過(guò)測力傳感器、放大器和數據處理系統來(lái)實(shí)現測量，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(xiàn)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(lèi)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(lèi)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(shí)，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(guò)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(dòng)全橋測量，即將所粘貼的應變片組成橋路，R1、R2、R3、R4，實(shí)際為阻值相等的4片（或8片）應變片，即R1=R2=R3=R4，當傳感器受到外力（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(lái)平衡的電橋，現在不平衡了，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(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(lái)說(shuō)，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(guò)測量輸出電壓的變化就可以知道力的大小了。

    一般來(lái)說(shuō)，傳感器的輸出信號都是非常微弱的，通常只有幾個(gè)mV，如果我們直接對此信號進(jìn)行測量，是非常困難的，并且不能滿(mǎn)足高精度測量要求。因此必須通過(guò)放大器將此微弱信號放大，放大后的信號電壓可達10V，此時(shí)的信號為模擬信號，這個(gè)模擬信號經(jīng)過(guò)多路開(kāi)關(guān)和A/D轉換芯片轉變?yōu)閿底中盘?，然后進(jìn)行數據處理，至此，力的測量告一段落。

2． 變形的測量

    通過(guò)變形測量裝置來(lái)測量，它是用來(lái)測量試樣在試驗過(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(shí)，帶動(dòng)光電編碼器的軸旋轉，光電編碼器就會(huì )有脈沖信號輸出。再由單片機對此信號進(jìn)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(guò)測量光電編碼器的輸出脈沖數來(lái)獲得橫梁的位移量。

二.驅動(dòng)系統

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

三.控制系統

    顧名思義，就是控制試驗機運作的系統，人們通過(guò)操作臺可以控制試驗機的運作，通過(guò)顯示屏可以獲知試驗機的狀態(tài)及各項試驗參數，若該機帶有電腦的話(huà)，也可以由電腦實(shí)現各項功能并進(jìn)行數據處理分析、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(guò)計算機背后的串口（COM號）進(jìn)行通信，此技術(shù)比較成熟、可靠，使用方便。