拉力試驗機詳細介紹

拉力機也稱拉力試驗機，是用來對金屬材料和非金屬材料進行拉伸、壓縮、彎曲、剪切、剝離等力學性能試驗用的機械加力的試驗機。結構原理是采用機電一體化設計 ，主要由測力傳感器、變送器、微處理器、負荷驅動機構、計算機及彩色噴墨打印機構成。主要適用于橡膠、異型材，管材、塑料薄膜、塑料板材、電線電纜等材料 的各種物理機械性能測試

。拉力機夾具作為儀器的重要組成部分，不同的材料需要不同的夾具，也是試驗能否順利進行及試驗結果準確度高低的一個重要因素。 拉伸試驗一般是將材料試樣兩端分別夾在兩個間隔一定距離的夾具上，兩夾具以一定的速度分離并拉伸試樣，測定試樣上的應力變化，直到試樣破壞為止.拉力機拉伸試驗是研究材料力學強度zui廣泛使用的方法之一，需要使用恒速運動的。按載荷測定方式的不同，早期大體可以分為擺錘式拉力試驗機和電子拉力試驗機兩類。

拉力機的校正方法

一、拉力機的力量值校正： 進入計算機程序后于打開校正界面，按測試開始,取一標準重量砝碼輕掛于上夾具連接座,記錄計算機顯示力量值,并計算與標準重量砝碼之差,誤差應不超出±1%

二、拉力機的速度校正： 1、首先記錄機臺橫擔之初始位置,在控制面板上選擇速度值（使用標準直鋼尺量測橫擔行程）. 2、起動機臺的同時電子秒表開始計時一分鐘,秒表到達時間的同時按下機臺停止鍵, 根據(jù)秒表的時間,記錄橫擔行程值即為每分鐘之速率（mm/min）,觀察橫擔行程值與直鋼尺之差,并計算橫擔行程誤差值,應不超出±1%. 目前市場上用于檢測材料拉伸性能的拉力試驗機很多，但是并非所有的試驗機都適合軟包裝材料的拉伸試驗，本文結合我國材料檢測標準，分析了選擇軟包材檢測的拉力機時應尤其關注的指標。高分子聚合物，拉伸，拉力機，行程，夾具 塑料和橡膠的拉伸性能是其力學性能中zui重要、zui基本的性能之一，它在很大程度上決定了該種塑料和橡膠的使用場合。拉伸性能的好壞，可以通過拉伸試驗來檢測。

　　1、高分子聚合物的拉伸性能 作為材料使用時要求高分子聚合物具有必要的力學性能?？梢哉f，對于高分子聚合物的大部分應用而言，力學性能比其他物理性能顯得更為重要。 高分子聚合物具有所有已知材料中可變性范圍zui寬的力學性質，這是由于高聚物由長鏈分子組成，分子運動具有明顯的松弛特性的緣故。如高聚物材料具有相當高的伸長率，一般PE的斷裂伸長率在90％～950％（其中線性低密度聚乙烯LLDPE的伸長率較高），通過特殊的制作工藝，部分材料的伸長率可在1000％之上，而普通高聚物材料的斷裂伸長率也多在50％～100％之間。通常對材料的拉伸性能要求較高的有熱收縮膜以及拉伸膜等?！　　?/P>

  　2、拉伸試驗 拉伸試驗（應力－應變試驗）一般是將材料試樣兩端分別夾在兩個間隔一定距離的夾具上，兩夾具以一定的速度分離并拉伸試樣，測定試樣上的應力變化，直到試樣破壞為止。 拉伸試驗是研究材料力學強度zui廣泛使用的方法之一，需要使用恒速運動的拉力試驗機。按載荷測定方式的不同，拉力試驗機大體可以分為擺錘式拉力試驗機和電子拉力試驗機兩類，目前使用較多的是電子拉力試驗機?！　?/P>

　　3、電子拉力試驗機選擇指標 由于軟包裝材料主要是高分子聚合物或它的相關材料，如前所述高聚物材料的伸長率遠遠優(yōu)于金屬、纖維、木材、板材等材料，因此檢測高分子聚合物的拉力機就與通常的材料拉伸性能檢測拉力機有一定的差別，尤其需要注意的是電子拉力機的有效行程以及試樣夾具兩方面。 3.1有效行程 在進行拉伸試驗時，所用試樣的尺寸雖然小，但材料的伸長率普遍比較高，因此用于檢測軟包裝材料的拉伸性能需要配備行程較大的拉力機，否則夾具運行可能會超過行程的使用極限、造成設備的損壞?！　?/P>

　　需要注意的是在伸長率的計算中，我們僅采集試樣上兩條標線間的伸長量。標線是通過打印或手工的方式畫在制取完成的試樣上的（標線的添加應對試樣不產(chǎn)生任何影響），而標線間的距離是多少呢？不同的標準給出的這一距離大多存在一定的差異，而同一標準中也是往往針對不同的材料給出不同的試樣尺寸，因此標線之間的距離也是不同的，不過這樣有利于檢測伸長率非常大或非常小的材料并得到的試驗結果。對于塑料薄膜，標線之間的距離通常是在25～50mm之間?！?/P>

　　　由于試樣在拉伸試驗中變形伸長不僅僅是在標線之內(nèi)，凡是在兩夾具之間的試樣都會得到不同程度的拉伸變形。標準中與標線距離相對應的夾具間的初始距離在80～115mm以內(nèi)，如果兩夾具間的試樣都能保持同樣的伸長率并假設為500％，則拉力機的有效行程需在480～690mm，如果是伸長率為1000％的試樣，則拉力機的有效行程至少為880mm才能保證試驗的正常進行?！?/P>

　　　對目前市場上出售的電子拉力機的有效行程進行了隨機調查，在所調查的國內(nèi)外幾個品牌的72臺拉力機中?！?/P>

　　　行程在500mm以下的設備，占13.9％；行程在500～900mm的設備，占56.9％；行程在901～1100mm的設備，占20.8％；行程在1100mm以上的設備，僅占8.4％。

         然而在這次統(tǒng)計的電子拉力機中，大行程的設備并非全部用于軟包裝材料的檢測，部分是用于人造木板、帆布、窗簾、銅材等材料的拉伸試驗中。　　

　　3.2 試樣夾具　　

　　GB13022-91《塑料薄膜拉伸性能試驗方法》中對夾具的描述為：“試驗機應備有適當?shù)膴A具，該夾具不應引起試樣在夾具處斷裂，施加任何負荷時，試驗機上的夾具應能立即對準成一條線，以使試樣的長軸與通過夾具中心線的拉伸方向重合?！瓕⒃嚇又糜谠囼灆C的兩夾具中，使試樣縱軸與上、下夾具中心連線相重合，并且要松緊適宜，以防止試樣滑脫和斷裂在夾具內(nèi)。夾具內(nèi)應襯橡膠之類的彈性材料?！庇捎诟呔畚锊牧狭W性能的特殊性以及軟包裝材料特殊的使用方式使軟包材檢測的試樣厚度非常薄，一般的夾具無法滿足要求，使用不當會引起試樣在夾具處斷裂致使試驗失敗。

       電子式拉力試驗機是現(xiàn)代電子技術與機械傳動技術相結合的產(chǎn)物，是充分發(fā)揮了機電各自特長而構成的大型精密測試儀器，可對各種材料進行拉伸、壓縮、彎曲等多項性能試驗，且有測量范圍寬、精度高、響應快等特點。工作可靠，效率高，可對試驗數(shù)據(jù)進行實時顯示記錄、打印。

      電子式拉力機是由測量系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、及電腦等結構組成。 一.測量系統(tǒng)

1． 力值的測量 通過測力傳感器、放大器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來實現(xiàn)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(nèi)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(chǎn)生應變而使各電阻值發(fā)生變化，其變化值分別為△R1△、R2、△R3、△R4，結果原來平衡的電橋，現(xiàn)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 進一步筒化有 △E=[R2/4R2]（△R1/R-△R2/R+△R3/R-△R4/R）U 將△Ri/Ri=Kεi代上上式 則有 △E=[UK/4]（ε1-ε2+ε3-ε4） 簡單來說，外力P引起傳感器內(nèi)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(jīng)過多路開關和A/D轉換芯片轉變?yōu)閿?shù)字信號，然后進行數(shù)據(jù)處理，至此，力的測量告一段落。

2． 變形的測量 通過變形測量裝置來測量，它是用來測量試樣在試驗過程中產(chǎn)生的形變。 該裝置上有兩個夾頭，經(jīng)過一系列傳動機構與裝在測量裝置頂部的光電編碼器連在一起，當兩夾頭間的距離發(fā)生變化時，帶動光電編碼器的軸旋轉，光電編碼器就會有脈沖信號輸出。再由單片機對此信號進行處理，就可以得出試樣的變形量。

3橫粱位移的測量 其原理同變形測量大致相同，都是通過測量光電編碼器的輸出脈沖數(shù)來獲得橫梁的位移量。

二.驅動系統(tǒng) 主要是用于試驗機的橫梁移動，其工作原理是由伺服系統(tǒng)控制電機，電機經(jīng)過減速箱等一系列傳動機構帶動絲桿轉動，從而達到控制橫梁移動的目的。通過改變電機的轉速，可以改變橫梁的移動速度。

三.控制系統(tǒng) 顧名思義，就是控制試驗機運作的系統(tǒng)，人們通過操作臺可以控制試驗機的運作，通過顯示屏可以獲知試驗機的狀態(tài)及各項試驗參數(shù)，若該機帶有電腦的話，也可以由電腦實現(xiàn)各項功能并進行數(shù)據(jù)處理分析、試驗結果打印。試驗機同電腦之間的通信一般都是使用RS232串行通信方式，它通過計算機背后的串口（COM號）進行通信，此技術比較成熟、可靠，使用方便。

四.電腦 用來采集和分析數(shù)據(jù)，進入試驗界面后，電腦會不斷采集各樣試驗數(shù)據(jù)，實時畫出試驗曲線，自動求出各試驗參數(shù)及輸出報表。