抗折抗壓試驗(yàn)機(jī)的測(cè)力傳感器與控制系統(tǒng)是其實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)力學(xué)測(cè)試的核心,其原理融合了材料力學(xué)、電子工程與自動(dòng)化控制技術(shù),以下從測(cè)力傳感器的工作機(jī)制與控制系統(tǒng)的閉環(huán)邏輯展開(kāi)解析:
測(cè)力傳感器:力學(xué)信號(hào)的“電轉(zhuǎn)化器”
測(cè)力傳感器通常采用電阻應(yīng)變片式設(shè)計(jì),其核心結(jié)構(gòu)為彈性體與應(yīng)變片的組合。當(dāng)試樣受壓或受彎時(shí),壓力通過(guò)壓頭傳遞至傳感器彈性體(如高強(qiáng)度合金鋼),使其發(fā)生微米級(jí)形變。粘貼在彈性體表面的應(yīng)變片(金屬箔或半導(dǎo)體材料)隨之變形,導(dǎo)致其電阻值變化(金屬應(yīng)變片電阻變化率約0.1%-0.5%)。通過(guò)惠斯通電橋電路將電阻變化轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào),經(jīng)放大器放大后,電壓值與壓力值呈線性關(guān)系(如1V對(duì)應(yīng)10kN壓力)。例如,在水泥抗折試驗(yàn)中,傳感器可實(shí)時(shí)捕捉試樣從彈性變形到斷裂全過(guò)程的壓力波動(dòng),精度達(dá)0.05級(jí),確保數(shù)據(jù)可靠性。
控制系統(tǒng):測(cè)試過(guò)程的“智能大腦”
控制系統(tǒng)由硬件(比例閥、步進(jìn)電機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡)與軟件(PID算法、測(cè)試界面)協(xié)同構(gòu)成,實(shí)現(xiàn)“加載-測(cè)量-分析”的閉環(huán)控制:
參數(shù)設(shè)定:用戶通過(guò)軟件輸入加載速度(如0.5mm/min)、目標(biāo)載荷(如300kN)等參數(shù),系統(tǒng)將指令轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。
動(dòng)態(tài)加載:比例閥根據(jù)電信號(hào)調(diào)節(jié)液壓油流量,驅(qū)動(dòng)活塞勻速下壓;電動(dòng)絲杠機(jī)型則通過(guò)伺服電機(jī)控制橫梁位移,確保加載速率穩(wěn)定(波動(dòng)<±0.1%)。
實(shí)時(shí)反饋:傳感器將壓力信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集卡,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,軟件生成壓力-時(shí)間曲線,并自動(dòng)計(jì)算抗壓強(qiáng)度(最大載荷/試樣橫截面積)、彈性模量等參數(shù)。
安全保護(hù):當(dāng)壓力超過(guò)設(shè)定值或試樣斷裂時(shí),系統(tǒng)立即觸發(fā)急停,避免設(shè)備損壞。例如,在金屬材料拉伸試驗(yàn)中,若屈服強(qiáng)度超過(guò)材料標(biāo)準(zhǔn)值,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存數(shù)據(jù)并停止測(cè)試。
技術(shù)協(xié)同:從“機(jī)械力”到“數(shù)據(jù)鏈”的轉(zhuǎn)化
測(cè)力傳感器與控制系統(tǒng)的協(xié)同工作,使試驗(yàn)機(jī)能夠模擬材料在實(shí)際工況下的受力場(chǎng)景。例如,在混凝土抗壓試驗(yàn)中,傳感器以1000Hz頻率采集數(shù)據(jù),控制系統(tǒng)同步調(diào)節(jié)加載速度,確保試樣在均勻壓力下破壞,最終輸出符合GB/T50081標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試報(bào)告。這種“感知-響應(yīng)-分析”的閉環(huán)邏輯,不僅提升了測(cè)試效率(單次試驗(yàn)時(shí)間縮短至5分鐘內(nèi)),更通過(guò)數(shù)字化手段為材料研發(fā)、質(zhì)量控制提供了科學(xué)依據(jù)。