Le système de mesure de la machine d'essai universelle est la réalisation "Force valeur - déplacement - déformation" module de base pour l'acquisition précise de trois grandeurs physiques de base, dont la logique de travail peut être résumée comme suit: conversion de signaux mécaniques / géométriques en signaux électriques par des capteurs spécialisés, après conditionnement du signal, conversion analogique - numérique, traitement par le système de contrôle en Données de test quantifiables, générant finalement des courbes mécaniques et des rapports de paramètres. L'ensemble du processus doit répondre aux exigences de « haute précision, haute réponse et faible bruit», les éléments suivants sont analysés à partir des composants de base, du flux de travail et des détails techniques clés (en combinaison avec le principe de fonctionnement de l'équipement):

I. composants et fonctions de base du système de mesure

Système de mesure par "Capteur → conditionnement du signal → acquisition de données → système de contrôle" les quatre principales unités de base sont composées, la Division du travail des composants est claire et fonctionne ensemble pour assurer la transmission du signal sans distorsion:

II. Principe de mesure des trois grandeurs physiques principales (démantèlement du flux de travail)

La capture de précision au cœur du système de mesure « force value, Shift, Strain », la logique de mesure des trois est similaire mais conçue pour différentes grandeurs physiques, voici le flux de travail détaillé:

1. Mesure de la valeur de la Force: logique de travail du capteur de force à lame de déformation (le lien de mesure le plus central)

La mesure de la valeur de la force est la base de tous les tests mécaniques, le noyau repose sur un capteur de force à lame de déformation et le flux de travail est le suivant:

① transmission de la charge: lors de l'essai, la force de l'échantillon est transmise par la pince à l'élastomère du capteur de force (par exemple, poutre en acier allié), l'élastomère produit une petite déformation sous l'action de la charge (généralement ≤ 0,1 mm, invisible à l'œil nu);

② déformation - conversion de signal électrique: la Feuille de contrainte collée sur la surface de l'élastomère (fil métallique résistif ou matériau semi - conducteur) s'étire / se comprime avec la déformation de l'élastomère, ce qui entraîne une variation de la valeur de résistance de la Feuille de contrainte (suivant l'effet « déformation - résistance»: plus la déformation est importante, plus la résistance varie);

③ amplification du circuit en pont: les lames de contrainte constituent un pont de Wheatstone alimenté par une alimentation d'excitation en pont fournissant une tension stable (typiquement 5V ou 10v), la variation de la valeur de la résistance se traduit par un signal de tension faible en sortie du pont (typiquement de l'ordre de µv, comme une charge de 1000n correspond à un signal de 100µv);

④ conditionnement du signal: le signal de tension faible est amplifié par un amplificateur de signal (amplification 1000 ~ 10000 fois à l'étage MV), tout en filtrant les interférences électromagnétiques (telles que le bruit à haute fréquence généré par le moteur, l'alimentation électrique) à travers un filtre passe - Bas;

⑤ conversion analogique - numérique et traitement des données: le convertisseur A / D convertit le signal analogique amplifié en signal numérique, le Contrôleur convertit le signal numérique en valeur de force réelle (par exemple 100mv pour 1000n) en fonction du coefficient de Calibration du capteur (par exemple 1mv pour 10n), l'affiche en temps réel et Le stocke.

2. Mesure de déplacement: logique de travail de la règle de trame / compteur de déplacement laser

La mesure de déplacement est divisée en "Déplacement de la pince" (déplacement macroscopique) et "déformation de l'échantillon" (microdéformation), l'équipement de base étant une règle à grille (flux principal) et un compteur de déplacement laser (scénario de haute précision):

（1) mesure de déplacement de règle de trame (pour la plupart des appareils)

① composition structurelle: la règle de trame est composée d'un réseau de règle (fixé au rack) et d'un réseau d'indication (fixé à la pince mobile), avec un léger espace (environ 0,1 mm) entre les deux réseaux;

② déplacement - conversion optique du signal: lorsque la pince se déplace, indique que le réseau glisse par rapport au réseau de la règle, la source lumineuse (lampe à LED) après avoir éclairé le Réseau produit des « moires» (franges d'interférence), la vitesse de déplacement des franges est proportionnelle à la vitesse de déplacement de la pince;

③ conversion optique - électrique du signal: les photodétecteurs (tels que les photorésistances) captent les variations de lumière et d'obscurité des raies de Mohr, les convertissant en signaux électriques pulsés (plus le déplacement est important, plus le nombre d'impulsions est élevé);

④ traitement des données: le Contrôleur calcule le déplacement réel (déplacement = nombre d'impulsions x pas de grille) à partir du pas de grille de la règle de grille (par exemple 20 µm / grille), par exemple 1000 impulsions correspondent à un déplacement de 20 mm, ce qui permet une mesure précise.

（2) mesure du compteur de déplacement laser (pour les appareils de haute précision de classe 0,1 et plus)

Principe: illuminer la surface de la pince ou de l'échantillon en émettant un faisceau laser, recevoir un faisceau réfléchi, utiliser Calcul des variations de distance par "méthode du temps de vol" (mesure du temps d'aller - retour du laser) ou "méthode de triangulation" (mesure de l'angle de décalage du faisceau réfléchi), avec sortie directe des données de déplacement;

Avantage: mesure sans contact, aucune erreur de frottement, la force de résolution peut être atteinte0.001mm， Convient pour les petits déplacements, les tests de haute précision (tels que la mesure de la déformation du ressort miniature).

3. Mesure de déformation: logique de travail de l'extensomètre (facultatif, pour la microdéformation)

La déformation est la variable de forme de l'unité de longueur du matériau (ε = Δl / L, Δl étant la déformation et l la distance de référence), à mesurer au moyen d'un extensomètre:

① fixation de l'installation: Fixez les deux bras de préhension de l'extensomètre sur un segment étalon de l'échantillon (par exemple, la zone médiane de 50 mm de la Feuille de métal), en veillant à ce que le préhension soit ferme et ne nuise pas à l'échantillon;

② transfert de déformation: lorsque l'échantillon est étiré / comprimé, le segment de l'échelle produit une petite déformation, entraînant la déformation de l'élément élastique de l'extensomètre, déclenchant le changement de résistance de la Feuille de contrainte intégrée (principe du capteur de force);

③ traitement du signal: le signal électrique en sortie de l'extensomètre est conditionné, converti, le Contrôleur calcule la déformation en fonction de la longueur d'étalonnage (par exemple, l'étalonnage de 50 mm, la déformation de 0,05 mm, la déformation = 0,05 / 50 = 0001 = 1000 μm / M);

Scénarios d'application: essai de paramètres de haute précision tels que la déformation élastique du métal, le module d'élasticité des matériaux composites, doivent être combinés avec le mode de contrôle de contrainte pour réaliser le contrôle en boucle fermée.

Iii. Détails techniques clés du système de mesure (pour assurer la précision et la stabilité)

1. Technologie anti - interférence de signal

Blindage des interférences électromagnétiques: le câble du capteur adopte une ligne blindée, le module de conditionnement du signal est mis à la Terre (résistance à la terre)≤ 4Ω), pour éviter que le bruit électromagnétique généré par le moteur, le convertisseur de fréquence n'affecte le signal;

Compensation de température: capteur de force, résistance de compensation de température intégrée à la lame de contrainte, neutralisant la dérive du point zéro causée par les changements de température ambiante (par exemple, chaque changement de température)10°C, dérive ≤ 0005% FS).

2. Calibration et correction des erreurs

Calibrage d'usine: l'usine étalonne le capteur par un dynamomètre standard, un interféromètre laser, établit Correspondance "grandeur physique d'entrée - signal électrique de sortie", mémorisation des coefficients d'étalonnage;

Calibration régulière: l'utilisateur doit l'utiliser chaque annéeétalonnage d'appareils standard certifiés CNAS (par exemple, blocs de mesure standard, capteurs de force standard), mise à jour des coefficients d'étalonnage et garantie de la précision de la mesure;

Correction des erreurs système: le logiciel corrige automatiquement les erreurs système telles que les écarts mécaniques (par exemple, la course à vide de la vis), la déformation du rack, etc., par exemple en éliminant les écarts de vis par précharge, en corrigeant les erreurs de déplacement apportées par la déformation du rack par compensation de rigidité.

3. Acquisition synchrone et Association de données

L'acquisition de trois grandes quantités physiques nécessite une synchronisation stricte (taux d'échantillonnage cohérent, tels que1000Hz）， Assurez - vous que la valeur de la force, le déplacement, les données de déformation à chaque point de temps correspondent, afin de tracer la courbe précise « force - déplacement», « contrainte - déformation»;

Mise en cache et complétion des données: lors de tests à haute fréquence (tels que5 kHz d'échantillonnage), stocke temporairement les données via le module de cache, évite la perte de données due à une vitesse de traitement insuffisante, assure la lissage de la courbe sans point d'arrêt.

Iv. Indicateurs de performance du système de mesure et référence de sélection

Résumé

L'essence du système de mesure de la machine d'essai universelle est « signal physique → signal électrique → signal numérique» système de conversion et de traitement, le noyau repose sur trois technologies principales: capteurs de haute précision, conditionnement du signal à faible bruit et acquisition synchrone à grande vitesse. Son flux de travail peut être simplifié en:

Le capteur convertit la force, le déplacement, la déformation en un signal électrique faible;

L'unité de conditionnement du signal amplifie le signal, filtre le bruit;

Le convertisseur A / D transforme le signal analogique en signal numérique;

Le Contrôleur calcule les grandeurs physiques réelles à partir des coefficients de Calibration, synchronise les données associées et génère des courbes/ rapport.

Se concentrer sur la précision du capteur lors de la sélection du modèle (capteur de force≥ classe 0,05, capteur de déplacement ≥ niveau de règle de trame), taux d'échantillonnage (≥ 1000hz), compatibilité d'étalonnage (support de l'étalonnage CNAS), lors de l'utilisation, il est nécessaire d'étalonner régulièrement le capteur, de maintenir le câble de signal pour assurer une sortie stable à long terme du système de mesure.