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        電子拉力機工作原理及系統結構

        發布時間:2018-11-20   點擊次數:2465次

        電子拉力機采用高速DSP平臺,其高集成度、強大的控制、數據處理能力、高可靠性,采用自適應PID算法的全數字、力、變形、位移控制系統,實現力、變形、位移全數字控制, USB2.0通訊,即插即用接口此種接口可實現熱插拔,即具有即插即用功能。主機和觸摸屏微電腦都可單獨完成實驗,互不干擾,系統板采用4層PCB*抗干擾布線方法,抗干擾能力強, 整個控制系統具有很高的性價比、高可靠性,采用微機控制全試驗過程,實時動態顯示負荷值、位移值、變形值、試驗速度和試驗曲線。采用微機進行數據處理分析,試驗結果可自動保存,試驗結束后可重新調出試驗曲線,全中文的Windows平臺下的試驗軟件,具有很強的數據和圖形處理功能, 可即時打印出完整的試驗報告和試驗曲線。通過對成組試驗曲線的疊加分析,可準確掌握質量,調控參數。多方式的數據查詢功能,可使管理者清晰把握質量控制發展變化趨勢。 

        電子拉力機是由測量系統、驅動系統、控制系統及電腦(電腦系統型拉力試驗機)等結構組成。

        一.電子拉力機的測量系統:

         1.力值的測量

         通過測力傳感器、放大器和數據處理系統來實現測量,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 產生應變而使各電阻值發生變化,其變化值分別為△R1△、R2、△R3、△R4,結果原來平衡的電橋,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

         進一步簡化有

         △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,這個模擬信號經過多路開關和A/D轉換芯片轉變為數字信號,然后進行數  據處理,至此,力的測量告一段落。

         2.形變的測量

         通過形變測量裝置來測量,它是用來測量試樣在試驗過程中產生的形變。

         該裝置上有兩個夾頭,經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。再由處理器對此信號進行處理,就可以得出試樣的變形量。

         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來獲得橫梁的位移量。

         二.電子拉力機的驅動系統:

         主要是用于試驗機的橫梁移動,其工作原理是由伺服系統控制電機,電機經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.電子拉力機的控制系統:

         顧名思義,就是控制試驗機運作的系統,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及各項試驗參數,若該機帶有電腦的話,也可以由電腦實現各項功能并進行數據處理分析、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,它通過計算機背后的串口(COM 口)進行通信,此技術比較成熟、可靠,使用方便。

         四.電子拉力機的配套電腦:

         用來采集和處理分析數據。進入試驗界面后,電腦會不斷采集各樣試驗數據,實時畫出試驗曲線(常用力--位移的曲線),自動求出各試驗參數及輸出報表.

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