万能试验机的发展及变形测量种类选型

万能试验机的发展及变形测量种类选型 
万能材料试验机的发展及种类选型
一、万能材料试验机概述
试验机行业已有五十多年的发展史，随着各行各业对试验机产品需求的增长，随着我国生产制造水平的不断提高和测试技术的飞速发展，目前生产试验机的公司和企业已遍布全国各地，生产着几百种规格、型号和系列的试验机产品。试验机行业主要生产制造以下八类产品： 
1.金属材料试验机；(应用领域：金属的拉伸、压缩等物理性能的测量)　　
2.非金属材料试验机：(应用领域：塑胶、橡胶、等非金属物件的物理性能测试)
3.力与变形测试仪器(包括：力传感器、测力仪、位移传感器、引伸计、加速度计等)；　
4.包装件与工艺性能试验机(包括：包装件跌落试验机、包装件冲击试验机、摩擦磨损试验机、弯折试验机、校直机等)； 
5.平衡机(包括现场平衡仪，主要用于测量水平)；　　
6.振动台(包括冲击台与碰撞试验台)；　　
7.无损检测仪器(磁粉探伤机、X射线探伤机、γ射线探伤机、超声探伤仪、涡流探伤仪、声发射检测仪等)；　　
8.试验机功能附件和与试验机相关的试验仪器与设备。
万能试验机变形测量是指通过试验机测量材料位移，变形的测量系统。 变形测量系统的变形放大器单元是试验机的主要组成部分之一，它的主要功能是把传感器产生的微弱信号加以放大，处理后送到数显表或者计算机，从而把试样所承受的变形值记录或显示出来。 
变形测量概述：
    试验机变形测量是指通过试验机测量材料位移，变形的测量系统。
    变形测量系统的变形放大器单元是试验机的主要组成部分之一，它的主要功能是把传感器产生的微弱信号加以放大，处理后送到数显表或者计算机，从而把试样所承受的变形值记录或显示出来。
    现在大多数变形单元采用单芯片24位超低噪声模数转换器，此芯片集信号放大，A/D转换于一身。由于本套变形单元具有“以单芯片为核心，外围电路少”的特点，因此本系统具有精度高，稳定性能好，线性误差小，抗干扰能力强等特点。合理的设计，良好的工艺布局使放大器稳定性极好。它与放大器相联的单片计算机单元，作为主机的心脏，负责整机的放大器量程变换、数据采集、数据传输、试验方式选择及液晶显示，直读的数字量化，同时可以把这些数据通过RS232口输出，通过RS232口也可以接受其它设备的指令。由于采用单片计算机控制，本单元具有自动调零的功能，调零时，只需在主界面按清零键即可全程自动清零，清零时间极短。

变形测量技术参数：
    变形测量指标参数有测量范围，示值误差，灵敏度，分辨率。

    测量范围--试验机通过测量系统所能够测量到的材料或构件的最小尺寸与最大尺寸之间的范围。
    示值误差--试样变形值的记录或显示的测量值与被测量值的实际数值之差，称为试验机测量系统的示值误差。示值误差是不可避免的，其大小在特定的范围内或者标准规定范围。
    试验机变形测量灵敏度--灵敏度指示器的相对于被测量变化的位移率，灵敏度是衡量物理仪器的一个标志，试验机测量系统灵敏度越精细，则测量结果精度越高。
    试验机变形测量的分辨率是指试验机光电编码器测量数据的可测量的最小精度。分辨率越大，测量结果越精确。

变形测量工作原理：
    应变式引伸计是由弹性元件和粘贴在它上的应变片组成的，当引伸计移动臂受力时，引起弹性体变形并使粘贴在它上面的应变片电阻值发生变化，原来平衡的电桥失去平衡输出一个正比于变形的电压信号输出，由于引伸计输出的电信号极其微弱，必须经放大后才能达到要求的值，这个工作由完全由A/D转换器放大和转换，然后送到单片计算机进行处理，以直读的方式进行显示，同时通过RS232传输到计算机，进行数据处理。
    试验机的变形测量是试验机测控系统比较重要的组成部分，是试验机关键技术环节。选用可靠性高，稳定性强的变形测量仪器是值得用户考虑的因素之一。 

二、万能试验机选型
一般企业购买电子万能材料试验机是用来做拉伸、压缩、弯曲、摩擦、剥离/撕裂等实验。
1.机型的选择:首先确定所需要测试的最大力值,最大力值在2KN以下,一般选用单立柱电子拉力试验机.大于2KN到50KN一般选用双立柱的台式电子万能材料试验机,在50KN以上是选用落地式电子万能材料试验机.
2.试验机的试验速度和高度选择:根据所要测的产品的性能，大致确定试验机的试验速度，(最好是购买可以设定速度的试验机型)。了解试验所需要的试验空间.试验要求的横梁位移和垂直试验空间,(一般情况，横梁位移898mm,垂直试验空间1067mm).如果是弹性体的试验,横梁位移和垂直试验空间会要求高一点.具体情况需要按照实验要求来定。
3.载荷传感器的选择:根据自己所做实验的要求选择合适的传感器，传感器选择的原则是所做实验的最小力值不能小于传感器最大量程的10%，否则就需要选择不同量程的传感器。
注：一般情况下传感器最大量程的10%以下的精确度不稳定，测量出来的数据不准确。
4.试验机柔度的选择:任何机械系统受力后都会发生变形，不管是多么轻微的变形，这种变形被称为柔度。并且可以在试验结果中导致严重的误差。特别是在小行程要求的高载荷试验中。所以，在试验机选择时，应选择横梁、载荷传感器和夹具的刚度比较高的试验机，以保证实验结果的正确性。
5.夹具的选择:夹具的选择应该遵循：试样不会滑动、不会造成夹片断裂，并且确保所施力的轴对称性的原则。有些情况下，夹持要求非常特别，会需特别设计的夹具或工装来满足特殊的试验标准。
三、试验机使用过程中的问题和解决办法
1、试验机失速或者不动
①电机尾部的光电开关在长时间运行后，一侧的接受部位被磨损
解决办法：更换光电开关
②软件参数设定出现问题
解决办法：重新设定软件的参数
2、试验机力值零点波动(零点漂移)
试验机在使用几年后，力值零点一般会出现上下波动
①油路堵塞(一般是在静止不动时，出现零点波动)        
解决办法：重新更换油，清洗油路
②机器所用电压不稳定
解决办法：使用稳压器调整电压
③传感器有碰撞损伤过
解决办法：
a、重新更换传感器
b、对试验机进行重新设置。
3、试验机测量结果产生误差
电子万能试验机
①主机部分
主机部分安装不水平，将会使工作活塞和工作油缸壁产生摩擦力，从而产生误差。一般表现为正差，并且随着载荷的增加，产生的误差逐渐较小
②测力计部分
测力计部分安装不水平，将会使摆轴轴承之间产生摩擦力，一般变现为负差。
以上两种误差对小负荷测量的影响比较大，对大负荷测量的影响比较小。
解决办法：a、首先检查试验机安装是否水平，对主机用框式水平尺在工作油缸(或立柱)外圈相互垂直的两个方向找平。
b、对测力计在摆杆正面调整测力计前后水平，将摆杆边缘与内侧刻线对齐固定，用水平尺靠在摆杆侧面调整机体左右水平。
液压万能试验机
①主机部分
主机部分产生摩擦力除了安装不水平外，还有可能来自于油缸内部，油缸内部有杂物或油的粘度过大，都会产生摩擦力，影响测量结果。
②测力计部分
测力计产生摩擦阻力的原因较多，如测力油缸与测力活塞之间有脏物，油的粘度过大，指示装置上的从动针摩擦力大，齿轮齿杆上有油污、脏物或齿杆上限位片压得过紧，测力活塞皮带磨损断裂等。
解决办法：a、对油缸内脏物可放油清洗并更换粘度适宜的机油
b、测力计指示装置从动针摩擦力过大，齿轮齿杆过脏，可用汽油清洗并调整压紧螺丝及齿杆上限位片，更换测力活塞上的皮带
四、万能试验机的工作原理
万能试验机是现代电子技术与机械传动技术相结合的产物，是充分发挥了机电各自特长而构成的大型精密测试仪器，可对各种材料进行拉伸、压缩、弯曲等多项性能试验，且有测量范围宽、精度高、响应快等特点。工作可靠，效率高，可对试验数据进行实时显示记录、打印。
万能试验机是由测量系统、驱动系统、控制系统、及电脑等结构组成。
1、测量系统
1)力值测量
通过测力传感器、放大器和数据处理系统来实现测量。最常用的测力传感器是应变片式传感器，当外力作用在传感器上时，引起传感器输出电压的变化，而传感器输出的电压通过放大器和数据处理系统。将电信号转化成数值，即所施加力的大小
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。
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，就可以得出试样的变形量。
3)横粱位移的测量
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转动，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。 
3、控制系统
顾名思义，就是控制试验机运作的系统，人们通过操作台可以控制试验机的运作，通过显示屏可以获知试验机的状态及各项试验参数，若该机带有电脑的话，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，它通过计算机背后的串口(COM号)进行通信，此技术比较成熟、可靠，使用方便。 
4、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。 
我根据自己的工作经验和搜集的一些资料，总结了万能试验机的一些知识，请大家帮忙看看，还有什么地方需要改进的。