電子拉力試驗機原理介紹

一.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，zui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

進一步簡化為△E=[R2/4R2]（△R1/R-△R2/R+△R3/R-△R4/R）U

將△Ri/Ri=Kεi代入上式則為△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。