电子拉力试验机的工作原理

电子拉力试验机主要是通过用计算机控制及测定的试验机器设备，主要在金属及非金属材料的拉伸检测中应用。拉力试验机如今在质量监督、科学教研、汽车、建工建材等领域中广泛应用。电子拉力试验机在产品质量伸拉、压缩、弯曲等检测应用中，具有检测值精准、检测范围宽以及相应速度快的特征，可对试验数据进行实施记录，并依据应标准记录最大实验力值、断裂力值、屈服力值，计算断裂延伸率和各种强度值等实验数据。

电子拉力试验机主要是由驱动系统、控制系统、测量系统等结构组成。 驱动系统接通电源后，微机按试验前设定的数值发出横梁移动指令，该指令通过伺服控制系统控制主机内部的伺服电机转动，经过皮带、齿轮等减速机构后驱动左、右丝杆转动， 由活动横梁内与之齿和的螺母带动横梁上升或下降。 装上试样后，试验机可以通过载荷、应变、位移传感器获得相应的信号，该信号放大后通过 A/D进行数据采集和转换，并将数据传递给微机。

微机一方面对数据进行处理， 以图形及数值形式在微机显示器上反映出来；另一方面将处理后的信号与初始设定值进行比较，调节横梁移动改变输出量，并将调整后的输出量传递给伺服控制系统，从而可达到恒速率、恒应变、恒应力等高要求的控制需要。 下面对电子拉力试验机各组成部分的工作原理进行介绍。

1  测量系统

1.1力值的测量

通过测力传感器、信号放大器和数据处理系统来实现测量。常用的测力传感器是应变片式传感器。所谓应变片式传感器，就是由应变片、弹性元件和某些附件(补偿元件、防护罩、接线插座、加载件)组成，能将某种机械量变成电量输出的器件。应变片式的拉、压力传感器国内外种类繁多，主要有筒状的、轮辐式的、S双连孔型的、十字梁式等传感器。测力传感器的好坏决定了试验机的精度和测力稳定性，目前市场上的电子拉力试验机用传感器小力值一般用S型传感器，大力值一般用轮辐式传感器。常见的电子拉力试验机测力传感器为0.5级和1级，最大允许误差分别为±0.5%和±1%。最大实验力一般不超过20kN。

1.2  变形的测量

通过变形测量装置来测量， 它是用来测量试样在试验过程中产生的形变。 变形测量装置又称引伸计，是由不同准确度的变形传感器和试验机变形测量单元所组成的引伸计系统。

该装置上有两个夹头，经过一系列传动机构与装在测量装置顶部的光电编码器连在一起，当两夹头间的距离发生变化时，带动光电编码器的轴旋转，光电编码器就会有脉冲信号输出，再由单片机对此信号进行处理，就可以得出试验的变形量。

1.3  横梁位移的测量

其原理同变形测量大致相同，都是通过测量光电编码器的输出脉冲数来获得横梁的位移量。

2  驱动系统

主要是用于试验机的横梁移动。 其工作原理是由伺服系统控制电机， 电机经过减速箱等一系列传动机构带动丝杆移动，从而达到控制横梁移动的目的。通过改变电机的转速，可以改变横梁的移动速度。电子拉力试验机的电机有的是普通三相电机或变频电机，这种电机采用模拟信号控制，反应慢，定位不准确，调速范围窄，有高速就没了低俗或有低速就没了高速，并且速度控制不准确。另一种电机是全数字交流伺服电机，采用全数字脉冲控制，调速范围广，可达(0.001～1000)mm/min，控制定位准确，反应快，0.01秒可加到满速度。电子拉力试验机的传动机构有的采用减速机，有的采用普通皮带，有的采用全圆弧同步带。丝杆是驱动测力传感器运动的部件，市场上的电子拉力试验机有的使用的是T形普通丝杆，也有无间隙滚珠丝杆。T形普通丝杆间隙比较大，摩擦力比较大，使用寿命短。

3控制系统

控制系统顾名思义，就是控制试验机运作的系统。主控制器有微机(使用PC机)或微电脑(使用单片机或PLC等)。通过操作台可以控制试验机的运作，显示屏可以获知试验机的状态及各项试验参数。若该机带有电脑，也可以由电脑实现各项功能并进行数据处理分析、试验结果打印。试验机同电脑之间的通信一般都是使用ＲS232串行通信方式，通过计算机背后的串口进行通信。电脑用来采集和分析数据，进入试验界面后，电脑会不断采集各样试验数据，实时画出试验曲线，自动求出各试验参数及输出报表。

下面对电子拉力试验机的机体做整体介绍，主机部分是电子拉力试验机的传动部分，它为试样提供符合标准的实验空间，拉伸辅具需要装在主机上方能进行拉伸试验。它主要包括固定横梁、移动横梁、负荷传感器、工作台和底板。工作台是主机的主要支撑件，所有的传动系统都安装在工作台上，电机减速机系统安装在工作台的下部，减速机的输出通过同步齿形带和安装在工作台上的丝杆相连，电机的转动带动丝杆转动。在丝杆上安装有丝母，丝母和移动横梁固定为一体，丝杆转动时使移动横梁可以上下移动，所有实验过程都是通过移动横梁的上下移动来实现的。负荷传感器通过螺钉固定在移动横梁上，固定横梁是主机的连接件拉伸辅具的固定件。电器控制部分包括强电操作按钮和电器控制箱两大部分。强电操作面板包括电机开关和急停按钮，和强电面板共同构成系统的强电控制部分。行程限位