電子拉力機工作原理及系統結構

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.