O sistema de medição da máquina de teste universal é implementado "Valor de força - deslocamento - tensão" O módulo principal de captura precisa de três massas físicas principais, a lógica de trabalho pode ser resumida como: a conversão de sinais mecânicos / geométricos em sinais elétricos por meio de sensores dedicados, após a conversão modular e modular do sinal, é processada como dados de teste quantificáveis ​​pelo sistema de controle e, finalmente, gera relatórios de curvas mecânicas e parâmetros. Todo o processo deve atender aos requisitos de "alta precisão, alta resposta e baixo ruído", analisando os componentes principais, o fluxo de trabalho e os principais detalhes técnicos (combinando os princípios práticos do equipamento):

Componentes e funções principais do sistema de medição

O sistema de medição é "Sensor → Acondicionamento do Sinal → Captura de Dados → Sistema de Controle" é composto por quatro unidades principais, cada componente tem uma divisão clara do trabalho e trabalha em conjunto para garantir a transmissão do sinal sem distorções:

Princípios de medição das três principais massas físicas (desmontagem do fluxo de trabalho)

O núcleo do sistema de medição é a captura precisa "Força, deslocamento e tensão", três medidas com lógica semelhante, mas com design físico diferente, abaixo estão os fluxos de trabalho detalhados:

1. Medição do valor da força: lógica de trabalho do sensor de força em fragmento de tensão (o link de medição mais central)

A medição do valor da força é a base de todos os testes mecânicos, com o núcleo dependendo de sensores de força em fragmento de tensão, com o fluxo de trabalho como segue:

① Transferência de carga: no teste, a amostra é forçada a passar pelo dispositivo para o elástico do sensor de força (como a viga de aço de liga), o elástico produz pequenas deformações sob o efeito da carga (geralmente ≤ 0,1 mm, invisível ao olho nu);

② Transformação de sinal elétrico de tensão: a deformação colada na superfície do elástico (fios de resistência metálicos ou materiais semicondutores) é esticada / comprimida com a mudança de forma do elástico, causando mudanças nos valores de resistência da deformação (siga o "efeito de tensão-resistência": quanto maior a deformação, maior a mudança de resistência);

Ampliação de circuito de ponte: a variável de tensão constitui a ponte de Whiston, fornecida por uma fonte de excitação de ponte com uma tensão estável (geralmente 5V ou 10V), e a mudança do valor da resistência se transforma em um sinal de tensão fraca da saída da ponte (geralmente na faixa de μV, como a carga de 1000N corresponde ao sinal de 100μV);

Acondicionamento do sinal: o sinal de tensão fraca é amplificado pelo amplificador de sinal (amplificado de 1.000 a 10.000 vezes até o nível de mV), ao mesmo tempo que o filtro de baixa passagem filtra a interferência eletromagnética (como motor, ruído de alta frequência gerado pela fonte de energia);

Conversão analógica e processamento de dados: o conversor A / D converte o sinal analógico amplificado em sinal digital, o controlador converte o sinal digital em valores reais de força de acordo com o fator de calibração do sensor (por exemplo, 1mV correspondente a 10N), exibição e armazenamento em tempo real.

2. Medição de deslocamento: lógica de trabalho do medidor de rastre / deslocamento laser

A medição de deslocamento é dividida em "Deslocamento de fixação" (deslocamento macro) e "tensão de amostra" (deformação microscópica), com equipamentos centrais como medidores de rastre (mainstream) e deslocadores a laser (cenários de alta precisão):

（1) Medição de deslocamento do raster (para a maioria dos dispositivos)

① Composição estrutural: a grade é composta por uma grade de padrão (fixa no rack) e uma grade de indicação (fixa no fixador móvel), com uma pequena lacuna entre as duas grades (cerca de 0,1 mm);

② deslocamento - conversão de sinal óptico: quando a fixação se move, a grade de indicação desliza em relação à grade de padrão, a fonte de luz (luz LED) irradia a grade após a geração de "faixas moleiras" (faixas de interferência), a velocidade de movimento da faixa é proporcional à velocidade de deslocamento da fixação;

Convertimento de sinal óptico-elétrico: detectores fotoelétricos (como fotorresistores) capturam mudanças de luz e escuridão nas faixas de Moore e as convertem em sinais elétricos de pulso (quanto maior o deslocamento, maior o número de pulsos);

Tratamento de dados: o controlador calcula o deslocamento real (deslocamento = número de pulsos × distância de rede) de acordo com a distância de rede do medidor de rede (por exemplo, 20 μm / rede), por exemplo, 1000 pulsos correspondem a um deslocamento de 20 mm para obter medições precisas.

（2) Medição de deslocamento a laser (para equipamentos de alta precisão de nível 0,1 e superior)

Princípio: através da emissão de fixação de irradiação de feixe de laser ou superfície da amostra, receber o feixe refletido, uso "Método de tempo de voo" (medição do tempo de ida e volta do laser) ou "Método de triangulação" (medição do ângulo de desvio do feixe refletido) para calcular a variação da distância e emitir dados de desvio diretamente;

Vantagens: medição sem contato, sem erros de atrito, resolução acessível0.001mm， Adequado para pequenos deslocamentos e testes de alta precisão (por exemplo, medição de deformação de molas em micro).

3. Medição de tensão: lógica de trabalho do extensômetro (opcional, para deformações microscópicas)

A deformação é a variável da unidade de comprimento do material (ε = ΔL/L, ΔL é a deformação, L é a distância), deve ser medido por extensômetro:

① Fixação de instalação: Fixe os dois braços de suporte do extensímetro no segmento de distância da amostra (como a área de 50 mm no meio da folha de metal) para garantir que a amostra seja segura e não danifique;

② Transferência de deformação: quando a amostra é esticada / comprimida, o segmento de distância padrão produz pequenas deformações, levando a deformação do elemento elástico do extensômetro e desencadeando a mudança da resistência de deformação incorporada (sensor de força de princípio);

Tratamento de sinal: o sinal elétrico da saída do extensímetro é ajustado e convertido, o controlador calcula a tensão de acordo com o comprimento da distância (por exemplo, distância de 50 mm, deformação de 0,05 mm, tensão = 0,05 / 50 = 0,001 = 1000 μm / m);

Cenário de aplicação: teste de parâmetros de alta precisão como tensão de submissão de metais, módulo elástico de materiais compostos e outros, com o modo de controle de deformação para o controle de circuito fechado.

Detalhes técnicos essenciais do sistema de medição (garantindo precisão e estabilidade)

1. Tecnologia de sinalização anti-interferência

Proteção de interferência eletromagnética: o cabo do sensor usa um cabo de proteção, o módulo de regulamento de sinal prende a terra (resistência à terra)≤4Ω), evitando o ruído eletromagnético gerado pelo motor e conversor de frequência;

Compensação de temperatura: Sensor de força, resistência de compensação de temperatura integrada da variável de tensão para compensar a deriva de ponto zero causada por mudanças de temperatura ambiente (por exemplo, por mudança de temperatura)10 ° C, deriva ≤ 0,005% FS).

Calibração e correção de erros

Calibração de fábrica: o fabricante calibra o sensor através de um medidor de força padrão e um interferômetro a laser Correspondência da "quantidade física de entrada - sinal elétrico de saída", armazenando o coeficiente de calibração;

Calibração regular: o usuário deve usar anualmenteCalibração de equipamentos padrão certificados pela CNAS (por exemplo, blocos de medição padrão, sensores de força padrão), atualização dos coeficientes de calibração para garantir a precisão da medição;

Correção de erros do sistema: o software corrige automaticamente os erros do sistema como o espaço mecânico (como o curso vazio da parafusa) e a deformação da plataforma, por exemplo, eliminando o espaço da parafusa através da pré-carga e corrigindo o erro de deslocamento causado pela deformação da plataforma através da compensação da rigidez.

3. Coleta sincronizada e associação de dados

A coleta de três grandes quantidades físicas precisa ser rigorosamente sincronizada (taxa de amostragem consistente, como1000Hz）， Certifique-se de que os valores de força, deslocamento e dados de tensão de cada ponto do tempo correspondem um ao outro para desenhar curvas precisas de "força - deslocamento" "tensão - tensão";

Cache e Complementação de Dados: durante testes de alta frequência (comoamostragem de 5kHz), armazenando os dados temporariamente através do módulo de cache para evitar a perda de dados devido à velocidade de processamento insuficiente e garantir que as curvas sejam suaves sem pontos de interrupção.

Indicadores de desempenho e referência de seleção do sistema de medição

Resumo

O sistema de medição da máquina de teste universal é O sistema de conversão e processamento de "sinal físico → sinal elétrico → sinal digital" depende principalmente de sensores de alta precisão, condicionamento de sinal de baixo ruído e captura sincronizada de alta velocidade. Seu fluxo de trabalho pode ser simplificado para:

Sensores que convertem força, deslocamento e tensão em sinais elétricos fracos;

A unidade de acondicionamento do sinal amplifica o sinal e filtra o ruído;

O conversor A/D converte sinais analógicos em sinais digitais;

O controlador calcula a quantidade física real com base no coeficiente de calibração, sincroniza os dados associados e gera curvas/ Relatório.

Foco na precisão do sensor (sensor de força)Nível ≥0,05, sensor de deslocamento ≥ nível do raster), taxa de amostragem (≥1000Hz), compatibilidade de calibração (suporte à calibração CNAS), uso de calibração regular do sensor, manutenção do cabo de sinal para garantir a saída estável e confiável do sistema de medição a longo prazo.