电子万能试验机的试验设备与结构原理

1.电子万能试验机

电子万能试验机结构原理如图2-12所示，它由测量系统、中横梁驱动系统及载荷机架三个部分组成。

图2-12 电子万能试验机结构原理图

（1）测量系统 测量系统主要是用以检测材料的承受载荷大小、试样的变形量及中横梁位移多少等。载荷测量是通过应变式载荷传感器及其放大器来实现的。电子万能试验机的特点之一是载荷测量范围宽，小自几克，大至上百吨，都可以满足精度指标要求。它一方面是通过更换不同量程的载荷传感器，另一方面是改变高性能载荷放大器的放大倍数来实现的。放大倍数一般分为1、2、5、10、20、50、100等，前六档与不同量程的传感器配合实现整机载荷量程的覆盖，以满足全载荷试验量程的覆盖。以100kN机为例，只选用四个载荷传感器就可以达到全载荷试验量程的要求，见表2-13。100kN载荷传感器载荷范围为2000～100000N，2000N载荷传感器载荷范围为40～2000N，50N载荷传感器载荷范围为1～50N，1N载荷传感器载荷范围为0.05～1N，这样就实现了0.05～100000N的全部试验载荷的覆盖。

表2-13 力传感器容量与放大器档级的测量范围 （单位：N）

电子载荷测量系统的特点是测量范围宽，精度高，响应快和操作方便。每次使用时，只要进行一次电气标定即可工作，传感器每年由计量部门检定一次。

试样变形的测量是通过引伸计及放大器构成应变测量系统实现的。引伸计规格齐全，其夹具有适应圆试样的，有适应板材试样的，还有适应线材、丝材、片材试样的。标距种类也很多，一般分为100mm、50mm、25mm、12.5mm等。为了扩大使用范围，通常用改变放大器的放大倍数来实现。一般放大器的放大倍数可分为1、2、5、10及20五个档级，从而减少了引伸计的规格种类。

（2）中横梁驱动系统 这一系统由速度设定单元、伺服放大器、功率放大器、速度与位置检测器、直流伺服电动机及传动机构组成。由直流伺服电动机驱动主齿轮箱，带动丝杠使中横梁上下移动，结果实现了拉伸、压缩和各种循环试验。速度设定单元主要是给出了与速度相对应的准确模拟电压值或数字量，要求精度高稳定可靠，并且范围宽。通常为1∶10000（0.05～500mm/min），1100系列电子拉伸机速度范围最宽1∶20000（0.05～1000mm/min）。伺服放大器的作用实际上是一个将速度给定信号、速度检测信号、位置检测信号及功率放大器的电流大小汇总在一起，按要求运算后发出指令去驱动功率放大器，进而使直流伺服电动机按预先给定速度转动。这一伺服控制系统有三个环路，即通常所说的速度、位置及电流反馈。采用了光电编码器之类的解析器作为检测元件的位置反馈系统是速度控制精度高的基本保证。

（3）载荷机架 从图2-12中看到，电子万能试验机的载荷机架包括上横梁、中横梁、台面和丝杠副。有的试验机（如1185型机）用两根圆柱与上横梁和台面构成框架，这两根圆柱作为中横梁上下运动的导向柱；也有的用槽钢与上横梁和台面构成框架，这样既保证了机架的刚度又使机架结构匀称合理。传动载荷的一对丝杠，有的试验机选用梯形丝杠，有的则为了提高传动效率选用了滚珠丝杠，而且丝杠与中横梁啮合处采用了消隙结构。这样使试验机在做全反复试验时，大大减少了载荷换向间隙，从而提高了传动精度。

2.试验机的技术要求

试验机的测力系统应按照GB/T 16825.1进行校准，并且其准确度应为1级或优于1级。为了保证试验结果准确可靠，拉伸试验机应满足如下要求：

1）加力和卸力应平稳、无冲击和颤动。(www.xing528.com)

2）测力示值误差不大于±1%，达到试验机检定的1级精度。

3）在更换不同摆锤时，指针的变动不大于0.1个分度。

4）试验保持时间不应少于30s，在30s内力的示值变动范围应小于0.4%。

5）试验机及其夹持装置应保证试样轴向受力。

试验机的技术要求应由政府计量管理部门或本单位的计量管理人员按有关规程检定。凡未经检定或检定不合格的试验机，严禁在生产及科研中使用。

3.引伸计的结构及选用

引伸计是测量拉伸试样的微量变形，或者研究构件在外力作用下的线性变形所采用的仪器。引伸计一般由以下三部分组成：

（1）感受变形部分 用来直接与试样表面接触，以感受试样的变形。

（2）传递和放大部分 把所感受的变形加以放大的机构。

（3）指示部分 指示或记录变形大小的机构，有机械式和光学式两种。

应变式位移传感器主要由粘贴有应变片的弹性元件组成。在小应变条件下，弹性元件上的应变与所受外力成正比，也与弹性元件的变形成正比。如果在弹性元件的合适部位粘贴上应变片，并接成电桥形式，则可将弹性元件所感受的变形转换成电参量输出，再通过放大、显示或记录仪器就可以把变形量显示或记录下来。这种传感器的特点是精度高、线性好、装卸方便，试样断裂时，弹性元件能自动脱落，可用来测定拉伸全曲线。

引伸计的准确度级别应符合GB/T 12160的要求。测定上屈服强度、下屈服强度、屈服点延伸率、规定塑性延伸强度、规定总延伸强度、规定残余延伸强度及规定残余延伸强度的验证试验，应使用不低于1级准确度的引伸计；测定其他具有较大延伸率的性能，例如抗拉强度、最大力总延伸率和最大力塑性延伸率、断裂总延伸率及断后伸长率，应使用不低于2级准确度的引伸计。