El sistema de medición de la máquina de prueba universal es la realización. La lógica de trabajo del módulo central de adquisición precisa de las tres cantidades físicas básicas de "valor de fuerza - desplazamiento - tensión" se puede resumir de la siguiente manera: la señal mecánica / geométrica se convierte en señal eléctrica a través de sensores especiales, y después del acondicionamiento de la señal y la conversión analógico - digital, el sistema de control procesa en datos de prueba cuantificables, y finalmente genera curvas mecánicas e informes de parámetros. Todo el proceso debe cumplir con los requisitos de "alta precisión, alta respuesta y bajo ruido", y el siguiente análisis se lleva a cabo desde los componentes básicos, el flujo de trabajo y los detalles técnicos clave (combinado con el principio práctico del equipo):

I. componentes y funciones centrales del sistema de medición

El sistema de medición está compuesto por Las cuatro unidades centrales del "sensor → acondicionamiento de señales → adquisición de datos → sistema de control" están compuestas, y cada componente tiene una clara división del trabajo y un trabajo coordinado para garantizar que la transmisión de señales no tenga distorsión:

2. principios de medición de las tres cantidades físicas básicas (desmontaje del flujo de trabajo)

El núcleo del sistema de medición es la captura precisa. "Valor de fuerza, desplazamiento, tensión", la lógica de medición de los tres es similar pero diseñada para diferentes cantidades físicas, el siguiente es el flujo de trabajo detallado:

1. medición de la fuerza: la lógica de trabajo del sensor de fuerza de la placa de tensión (el enlace de medición más central)

La medición de la fuerza es la base de todas las pruebas mecánicas. el núcleo depende del sensor de fuerza de la placa de tensión. el flujo de trabajo es el siguiente:

① transmisión de carga: durante el ensayo, la fuerza de la muestra se transmite al cuerpo elástico del sensor de fuerza a través de una pinza (como una viga de acero aleado), que produce una pequeña deformación bajo la carga (generalmente ≤ 0,1 mm, invisible a simple vista);

② conversión de señal eléctrica de deformación: la placa de deformación (alambre de resistencia metálica o material semiconductor) pegada en la superficie del cuerpo elástico se estira / comprime con la forma del cuerpo elástico, lo que resulta en un cambio en el valor de Resistencia del medidor de deformación (siguiendo el "efecto resistencia de deformación": cuanto mayor sea la deformación, mayor será el cambio de resistencia);

③ amplificación del Circuito del puente: las medidores de tensión forman el puente whistone, que proporciona un voltaje estable (generalmente 5v o 10v) por la fuente de alimentación de excitación del puente, y el cambio del valor de resistencia se convertirá en una señal de voltaje débil emitida por el puente (generalmente en el nivel de muv, como la carga de 1000n corresponde a una señal de 100 muv);

④ acondicionamiento de la señal: la señal de voltaje débil se amplifica a través de un amplificador de señal (amplificado de 1000 a 10000 veces hasta el nivel mv), mientras que la interferencia electromagnética (como el ruido de alta frecuencia generado por el motor y la fuente de alimentación) se filtra a través de un filtro de paso bajo;

⑤ conversión analógico - digital y procesamiento de datos: el convertidor A / D convierte la señal analógica amplificada en señal digital, y el controlador convierte la señal digital en valor de fuerza real (como 100mv corresponde a 1000n) de acuerdo con el coeficiente de calibración del sensor (como 1mv corresponde a 10n), que se muestra y almacena en tiempo real.

2. medición del desplazamiento: lógica de trabajo de la regla de rejilla / medidor de desplazamiento láser

La medición del desplazamiento se divide en El equipo central es la regla de rejilla (corriente principal) y el medidor de desplazamiento láser (escena de alta precisión):

（1) medición del desplazamiento de la regla de rejilla (para la mayoría de los equipos)

① composición estructural: la regla de rejilla está compuesta por una rejilla de regla (fija en el marco) y una rejilla indicadora (fija en la pinza móvil), con una pequeña brecha (unos 0,1 mm) entre las dos rejillas;

② conversión de señal óptica de desplazamiento: cuando la pinza se mueve, indica que la rejilla se desliza en relación con la rejilla de escala, y la fuente de luz (lámpara led) produce "rayas moher" (rayas de interferencia) después de irradiar la rejilla, y la velocidad de movimiento de las rayas es proporcional a la velocidad de desplazamiento de la pinza;

③ conversión de señales ópticas y eléctricas: los fotodetectores (como los fotoresistencias) captan los cambios de luz y oscuridad de las rayas Moher y las convierten en señales eléctricas de pulso (cuanto mayor sea el desplazamiento, mayor será el número de pulsos);

④ procesamiento de datos: el controlador calcula el desplazamiento real (desplazamiento = número de pulsos x distancia de rejilla) de acuerdo con el espaciamiento de la barra de la regla de rejilla (por ejemplo, 20 μm / rejilla), por ejemplo, 1000 pulsos corresponden al desplazamiento de 20 mm, logrando una medición precisa.

（2) medición del medidor de desplazamiento láser (adecuado para equipos de alta precisión de nivel 0,1 y superiores)

Principio: irradiar la superficie de la pinza o muestra mediante la emisión de un haz láser, recibir el haz reflejado y utilizar El "método del tiempo de vuelo" (que mide el tiempo de ida y vuelta del láser) o el "método de triangulación" (que mide el ángulo de desplazamiento del haz reflejado) calculan los cambios de distancia y producen directamente datos de desplazamiento;

Ventaja: medición sin contacto, sin error de fricción, resolución alcanzable0.001mm， Adecuado para pruebas de pequeño desplazamiento y alta precisión (como la medición de deformación de resorte en miniatura).

3. medición de la tensión: la lógica de trabajo del extensor (opcional, para la deformación microscópica)

La CEPA es una variable de forma por unidad de longitud del material..Epsilon = △ L / l, △ l es deformación y l es distancia estándar), que debe medirse a través de un extensor:

① instalación y fijación: fijar los dos brazos de agarre del extensor a la Sección de distancia estándar de la muestra (como la zona media de 50 mm de la placa metálica) para garantizar que el agarre sea firme y no dañe la muestra;

② transmisión de deformación: cuando la muestra se estira / comprime, la Sección de distancia estándar produce una pequeña deformación, lo que conduce a la deformación del elemento elástico del extensor y desencadena el cambio de la resistencia del medidor de tensión incorporado (sensor de fuerza del mismo principio);

③ procesamiento de señales: después de acondicionar y convertir la señal eléctrica emitida por el extensor, el controlador calcula la tensión de acuerdo con la longitud de la distancia estándar (por ejemplo, la distancia estándar es de 50 mm, la deformación es de 0,05 / 50 = 0001 = 1000 Mu M / m);

Escenario de aplicación: la prueba de parámetros de alta precisión, como la tensión de rendimiento metálico y el módulo de elasticidad de los materiales compuestos, debe combinarse con el modo de control de tensión para lograr un control de circuito cerrado.

III. detalles técnicos clave del sistema de medición (para garantizar la precisión y la estabilidad)

1. tecnología antiinterferencia de señales

Blindaje de interferencia electromagnética: el cable del sensor adopta un cable blindado y el módulo de acondicionamiento de señales está conectado a tierra (resistencia a tierra)≤ 4 omega), para evitar que el ruido electromagnético generado por el motor y el inversor afecte la señal;

Compensación de temperatura: resistencia de compensación de temperatura incorporada en sensores de fuerza y medidores de tensión para compensar la deriva cero causada por cambios de temperatura ambiente (por ejemplo, por cambio de temperatura)10 ° c, deriva ≤ 0005% fs).

2. calibración y corrección de errores

Calibración de fábrica: el fabricante calibra el sensor a través de un medidor de fuerza estándar e interferómetro láser, y establece La relación correspondiente de "cantidad física de entrada - señal eléctrica de salida", almacenando el coeficiente de calibración;

Calibración periódica: los usuarios deben usarla anualmenteCalibrar los instrumentos estándar certificados por CNAS (como bloques de medición estándar y sensores de fuerza estándar), actualizar el coeficiente de calibración y garantizar la precisión de la medición;

Corrección de errores del sistema: el software corrige automáticamente los errores del sistema, como la brecha mecánica (como el viaje vacío de la barra de alambre), la deformación del marco, etc., como eliminar la brecha de la barra de alambre mediante precarga y corregir los errores de desplazamiento causados por la deformación del marco mediante compensación de rigidez.

3. adquisición simultánea y Asociación de datos

La adquisición de las tres principales cantidades físicas debe sincronizarse estrictamente (la tasa de muestreo es consistente, como1000Hz）， Asegúrese de que los datos de fuerza, desplazamiento y tensión de cada punto de tiempo correspondan uno a uno para dibujar una curva precisa de "fuerza - desplazamiento" y "tensión - tensión";

Caché de datos y reposición: en pruebas de alta frecuencia (por ejemploMuestreo de 5khz), almacenamiento temporal de datos a través del módulo de caché para evitar la pérdida de datos debido a la velocidad de procesamiento insuficiente y garantizar que la curva sea suave y sin puntos de interrupción.

IV. indicadores de rendimiento y referencia para la selección del sistema de medición

Resumen

La esencia del sistema de medición de la máquina de prueba universal es El sistema de conversión y procesamiento de "señal física → señal eléctrica → señal digital" se basa en tres tecnologías principales: sensores de alta precisión, acondicionamiento de señal de bajo ruido y adquisición simultánea de alta velocidad. Su flujo de trabajo se puede simplificar de la siguiente manera:

El sensor convierte la fuerza, el desplazamiento y la tensión en señales eléctricas débiles;

La unidad de acondicionamiento de señales amplifica la señal y filtra el ruido;

El convertidor A / D convierte la señal analógica en señal digital;

El controlador calcula la cantidad física real de acuerdo con el coeficiente de calibración, relaciona los datos simultáneamente y genera la curva/ informe.

Al seleccionar el modelo, debemos centrarnos en la precisión del sensor (sensor de fuerza)≥ 0,05, sensor de desplazamiento ≥ nivel de regla de rejilla), tasa de muestreo (≥ 1000hz), compatibilidad de calibración (soporte de calibración cnas), cuando se utiliza, el sensor debe calibrarse regularmente y el cable de señal debe mantenerse para garantizar que el sistema de medición produzca datos confiables de manera estable a largo plazo.