萬能試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展及變形測(cè)量種類選型

萬能試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展及變形測(cè)量種類選型 
萬能材料試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展及種類選型
一、萬能材料試驗(yàn)機(jī)概述
試驗(yàn)機(jī)行業(yè)已有五十多年的發(fā)展史，隨著各行各業(yè)對(duì)試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品需求的增長(zhǎng)，隨著我國(guó)生產(chǎn)制造水平的不斷提高和測(cè)試技術(shù)的飛速發(fā)展，目前生產(chǎn)試驗(yàn)機(jī)的公司和企業(yè)已遍布全國(guó)各地，生產(chǎn)著幾百種規(guī)格、型號(hào)和系列的試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品。試驗(yàn)機(jī)行業(yè)主要生產(chǎn)制造以下八類產(chǎn)品： 
1.金屬材料試驗(yàn)機(jī)；(應(yīng)用領(lǐng)域：金屬的拉伸、壓縮等物理性能的測(cè)量)　　
2.非金屬材料試驗(yàn)機(jī)：(應(yīng)用領(lǐng)域：塑膠、橡膠、等非金屬物件的物理性能測(cè)試)
3.力與變形測(cè)試儀器(包括：力傳感器、測(cè)力儀、位移傳感器、引伸計(jì)、加速度計(jì)等)；　
4.包裝件與工藝性能試驗(yàn)機(jī)(包括：包裝件跌落試驗(yàn)機(jī)、包裝件沖擊試驗(yàn)機(jī)、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、彎折試驗(yàn)機(jī)、校直機(jī)等)； 
5.平衡機(jī)(包括現(xiàn)場(chǎng)平衡儀，主要用于測(cè)量水平)；　　
6.振動(dòng)臺(tái)(包括沖擊臺(tái)與碰撞試驗(yàn)臺(tái))；　　
7.無損檢測(cè)儀器(磁粉探傷機(jī)、X射線探傷機(jī)、γ射線探傷機(jī)、超聲探傷儀、渦流探傷儀、聲發(fā)射檢測(cè)儀等)；　　
8.試驗(yàn)機(jī)功能附件和與試驗(yàn)機(jī)相關(guān)的試驗(yàn)儀器與設(shè)備。
萬能試驗(yàn)機(jī)變形測(cè)量是指通過試驗(yàn)機(jī)測(cè)量材料位移，變形的測(cè)量系統(tǒng)。 變形測(cè)量系統(tǒng)的變形放大器單元是試驗(yàn)機(jī)的主要組成部分之一，它的主要功能是把傳感器產(chǎn)生的微弱信號(hào)加以放大，處理后送到數(shù)顯表或者計(jì)算機(jī)，從而把試樣所承受的變形值記錄或顯示出來。 
變形測(cè)量概述：
    試驗(yàn)機(jī)變形測(cè)量是指通過試驗(yàn)機(jī)測(cè)量材料位移，變形的測(cè)量系統(tǒng)。
    變形測(cè)量系統(tǒng)的變形放大器單元是試驗(yàn)機(jī)的主要組成部分之一，它的主要功能是把傳感器產(chǎn)生的微弱信號(hào)加以放大，處理后送到數(shù)顯表或者計(jì)算機(jī)，從而把試樣所承受的變形值記錄或顯示出來。
    現(xiàn)在大多數(shù)變形單元采用單芯片24位超低噪聲模數(shù)轉(zhuǎn)換器，此芯片集信號(hào)放大，A/D轉(zhuǎn)換于一身。由于本套變形單元具有“以單芯片為核心，外圍電路少”的特點(diǎn)，因此本系統(tǒng)具有精度高，穩(wěn)定性能好，線性誤差小，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。合理的設(shè)計(jì)，良好的工藝布局使放大器穩(wěn)定性極好。它與放大器相聯(lián)的單片計(jì)算機(jī)單元，作為主機(jī)的心臟，負(fù)責(zé)整機(jī)的放大器量程變換、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、試驗(yàn)方式選擇及液晶顯示，直讀的數(shù)字量化，同時(shí)可以把這些數(shù)據(jù)通過RS232口輸出，通過RS232口也可以接受其它設(shè)備的指令。由于采用單片計(jì)算機(jī)控制，本單元具有自動(dòng)調(diào)零的功能，調(diào)零時(shí)，只需在主界面按清零鍵即可全程自動(dòng)清零，清零時(shí)間極短。

變形測(cè)量技術(shù)參數(shù)：
    變形測(cè)量指標(biāo)參數(shù)有測(cè)量范圍，示值誤差，靈敏度，分辨率。

    測(cè)量范圍--試驗(yàn)機(jī)通過測(cè)量系統(tǒng)所能夠測(cè)量到的材料或構(gòu)件的最小尺寸與最大尺寸之間的范圍。
    示值誤差--試樣變形值的記錄或顯示的測(cè)量值與被測(cè)量值的實(shí)際數(shù)值之差，稱為試驗(yàn)機(jī)測(cè)量系統(tǒng)的示值誤差。示值誤差是不可避免的，其大小在特定的范圍內(nèi)或者標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍。
    試驗(yàn)機(jī)變形測(cè)量靈敏度--靈敏度指示器的相對(duì)于被測(cè)量變化的位移率，靈敏度是衡量物理儀器的一個(gè)標(biāo)志，試驗(yàn)機(jī)測(cè)量系統(tǒng)靈敏度越精細(xì)，則測(cè)量結(jié)果精度越高。
    試驗(yàn)機(jī)變形測(cè)量的分辨率是指試驗(yàn)機(jī)光電編碼器測(cè)量數(shù)據(jù)的可測(cè)量的最小精度。分辨率越大，測(cè)量結(jié)果越精確。

變形測(cè)量工作原理：
    應(yīng)變式引伸計(jì)是由彈性元件和粘貼在它上的應(yīng)變片組成的，當(dāng)引伸計(jì)移動(dòng)臂受力時(shí)，引起彈性體變形并使粘貼在它上面的應(yīng)變片電阻值發(fā)生變化，原來平衡的電橋失去平衡輸出一個(gè)正比于變形的電壓信號(hào)輸出，由于引伸計(jì)輸出的電信號(hào)極其微弱，必須經(jīng)放大后才能達(dá)到要求的值，這個(gè)工作由完全由A/D轉(zhuǎn)換器放大和轉(zhuǎn)換，然后送到單片計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，以直讀的方式進(jìn)行顯示，同時(shí)通過RS232傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
    試驗(yàn)機(jī)的變形測(cè)量是試驗(yàn)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)比較重要的組成部分，是試驗(yàn)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。選用可靠性高，穩(wěn)定性強(qiáng)的變形測(cè)量?jī)x器是值得用戶考慮的因素之一。 

二、萬能試驗(yàn)機(jī)選型
一般企業(yè)購(gòu)買電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)是用來做拉伸、壓縮、彎曲、摩擦、剝離/撕裂等實(shí)驗(yàn)。
1.機(jī)型的選擇:首先確定所需要測(cè)試的最大力值,最大力值在2KN以下,一般選用單立柱電子拉力試驗(yàn)機(jī).大于2KN到50KN一般選用雙立柱的臺(tái)式電子萬能材料試驗(yàn)機(jī),在50KN以上是選用落地式電子萬能材料試驗(yàn)機(jī).
2.試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)速度和高度選擇:根據(jù)所要測(cè)的產(chǎn)品的性能，大致確定試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)速度，(最好是購(gòu)買可以設(shè)定速度的試驗(yàn)機(jī)型)。了解試驗(yàn)所需要的試驗(yàn)空間.試驗(yàn)要求的橫梁位移和垂直試驗(yàn)空間,(一般情況，橫梁位移898mm,垂直試驗(yàn)空間1067mm).如果是彈性體的試驗(yàn),橫梁位移和垂直試驗(yàn)空間會(huì)要求高一點(diǎn).具體情況需要按照實(shí)驗(yàn)要求來定。
3.載荷傳感器的選擇:根據(jù)自己所做實(shí)驗(yàn)的要求選擇合適的傳感器，傳感器選擇的原則是所做實(shí)驗(yàn)的最小力值不能小于傳感器最大量程的10%，否則就需要選擇不同量程的傳感器。
注：一般情況下傳感器最大量程的10%以下的精確度不穩(wěn)定，測(cè)量出來的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。
4.試驗(yàn)機(jī)柔度的選擇:任何機(jī)械系統(tǒng)受力后都會(huì)發(fā)生變形，不管是多么輕微的變形，這種變形被稱為柔度。并且可以在試驗(yàn)結(jié)果中導(dǎo)致嚴(yán)重的誤差。特別是在小行程要求的高載荷試驗(yàn)中。所以，在試驗(yàn)機(jī)選擇時(shí)，應(yīng)選擇橫梁、載荷傳感器和夾具的剛度比較高的試驗(yàn)機(jī)，以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性。
5.夾具的選擇:夾具的選擇應(yīng)該遵循：試樣不會(huì)滑動(dòng)、不會(huì)造成夾片斷裂，并且確保所施力的軸對(duì)稱性的原則。有些情況下，夾持要求非常特別，會(huì)需特別設(shè)計(jì)的夾具或工裝來滿足特殊的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。
三、試驗(yàn)機(jī)使用過程中的問題和解決辦法
1、試驗(yàn)機(jī)失速或者不動(dòng)
①電機(jī)尾部的光電開關(guān)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，一側(cè)的接受部位被磨損
解決辦法：更換光電開關(guān)
②軟件參數(shù)設(shè)定出現(xiàn)問題
解決辦法：重新設(shè)定軟件的參數(shù)
2、試驗(yàn)機(jī)力值零點(diǎn)波動(dòng)(零點(diǎn)漂移)
試驗(yàn)機(jī)在使用幾年后，力值零點(diǎn)一般會(huì)出現(xiàn)上下波動(dòng)
①油路堵塞(一般是在靜止不動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)零點(diǎn)波動(dòng))        
解決辦法：重新更換油，清洗油路
②機(jī)器所用電壓不穩(wěn)定
解決辦法：使用穩(wěn)壓器調(diào)整電壓
③傳感器有碰撞損傷過
解決辦法：
a、重新更換傳感器
b、對(duì)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行重新設(shè)置。
3、試驗(yàn)機(jī)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差
電子萬能試驗(yàn)機(jī)
①主機(jī)部分
主機(jī)部分安裝不水平，將會(huì)使工作活塞和工作油缸壁產(chǎn)生摩擦力，從而產(chǎn)生誤差。一般表現(xiàn)為正差，并且隨著載荷的增加，產(chǎn)生的誤差逐漸較小
②測(cè)力計(jì)部分
測(cè)力計(jì)部分安裝不水平，將會(huì)使擺軸軸承之間產(chǎn)生摩擦力，一般變現(xiàn)為負(fù)差。
以上兩種誤差對(duì)小負(fù)荷測(cè)量的影響比較大，對(duì)大負(fù)荷測(cè)量的影響比較小。
解決辦法：a、首先檢查試驗(yàn)機(jī)安裝是否水平，對(duì)主機(jī)用框式水平尺在工作油缸(或立柱)外圈相互垂直的兩個(gè)方向找平。
b、對(duì)測(cè)力計(jì)在擺桿正面調(diào)整測(cè)力計(jì)前后水平，將擺桿邊緣與內(nèi)側(cè)刻線對(duì)齊固定，用水平尺靠在擺桿側(cè)面調(diào)整機(jī)體左右水平。
液壓萬能試驗(yàn)機(jī)
①主機(jī)部分
主機(jī)部分產(chǎn)生摩擦力除了安裝不水平外，還有可能來自于油缸內(nèi)部，油缸內(nèi)部有雜物或油的粘度過大，都會(huì)產(chǎn)生摩擦力，影響測(cè)量結(jié)果。
②測(cè)力計(jì)部分
測(cè)力計(jì)產(chǎn)生摩擦阻力的原因較多，如測(cè)力油缸與測(cè)力活塞之間有臟物，油的粘度過大，指示裝置上的從動(dòng)針摩擦力大，齒輪齒桿上有油污、臟物或齒桿上限位片壓得過緊，測(cè)力活塞皮帶磨損斷裂等。
解決辦法：a、對(duì)油缸內(nèi)臟物可放油清洗并更換粘度適宜的機(jī)油
b、測(cè)力計(jì)指示裝置從動(dòng)針摩擦力過大，齒輪齒桿過臟，可用汽油清洗并調(diào)整壓緊螺絲及齒桿上限位片，更換測(cè)力活塞上的皮帶
四、萬能試驗(yàn)機(jī)的工作原理
萬能試驗(yàn)機(jī)是現(xiàn)代電子技術(shù)與機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是充分發(fā)揮了機(jī)電各自特長(zhǎng)而構(gòu)成的大型精密測(cè)試儀器，可對(duì)各種材料進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲等多項(xiàng)性能試驗(yàn)，且有測(cè)量范圍寬、精度高、響應(yīng)快等特點(diǎn)。工作可靠，效率高，可對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示記錄、打印。
萬能試驗(yàn)機(jī)是由測(cè)量系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、及電腦等結(jié)構(gòu)組成。
1、測(cè)量系統(tǒng)
1)力值測(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。最常用的測(cè)力傳感器是應(yīng)變片式傳感器，當(dāng)外力作用在傳感器上時(shí)，引起傳感器輸出電壓的變化，而傳感器輸出的電壓通過放大器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)值，即所施加力的大小
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。
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。
2、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。 
3、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。 
4、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。 
我根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)和搜集的一些資料，總結(jié)了萬能試驗(yàn)機(jī)的一些知識(shí)，請(qǐng)大家?guī)兔�看看，還有什么地方需要改進(jìn)的。