電子萬能試驗機的發(fā)展現(xiàn)狀

1、電子萬能試驗機的發(fā)展現(xiàn)狀電子萬能材料試驗機的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢一、材料試驗機的發(fā)展現(xiàn)狀目前國內(nèi)外生產(chǎn)的材料試驗機根據(jù)加載方式和控制方式的不同， 主要有三代產(chǎn)品：機械式、液壓式和電子式。機械式材料試驗機的生 產(chǎn)，目前基本處于停滯狀態(tài)；產(chǎn)生于十九世紀初的液壓式萬能材料試 驗機承受負載的能力大,而且采用液壓加載時加載平穩(wěn),無沖擊現(xiàn)象。 上世紀七十年代初期，電一液伺服萬能材料試驗機問世。電子萬能材 料試驗機是近年來發(fā)展比較快的一種材料試驗機，是廣泛使用的標準 測試設(shè)備，在材料的質(zhì)量檢驗和材料科學(xué)研究中，都要用它來進行力 學(xué)性能測試。主要是采用機電一體化設(shè)計，主要由傳感器、伺服驅(qū)動 器、數(shù)據(jù)采集裝置、計算機

2、等構(gòu)成，利用計算機控制試驗機的測試過 程，并用計算機處理由數(shù)據(jù)采集裝置采集到的信號，從而得到材料的 強度極限和屈服極限等性能參數(shù);同時可以使用計算機進行精度的閉 環(huán)控制。相比傳統(tǒng)試驗機其自動化程度更高，加載的精確程度更高, 應(yīng)用范圍更廣，人機交互更為方便。1、國內(nèi)試驗機的發(fā)展現(xiàn)狀我國計量檢測事業(yè)的歷史悠久，但中國試驗機制造行業(yè)的發(fā)展起 步比較晚，產(chǎn)生于20世紀50年代，經(jīng)過60多年的努力,我國材料試驗 機的制造從無到有，從靜態(tài)到動態(tài)，已經(jīng)初具規(guī)模，有效的促進了國民 經(jīng)濟和國防建設(shè)的發(fā)展。我國材料試驗機的發(fā)展階段可分為：五十年代主要從國外引進， 六十年代仿制為主，七十年代定型并大量生產(chǎn)，八十年代

3、有了新產(chǎn)品 的研發(fā)，改革開放以后吸收國外一些先進技術(shù)進行開發(fā)。在九十年代 以前，國內(nèi)試驗機企業(yè)以國營企業(yè)為主，如長春試驗機制造廠、濟南試 驗機廠等，九十年代以后，由于我國實行了市場經(jīng)濟，民營企業(yè)逐漸登 上了試驗機制造行業(yè)的舞臺，如江都區(qū)昌隆試驗機械廠等，民營企業(yè) 的發(fā)展對試驗機制造業(yè)的繁榮和發(fā)展起到了重要作用。20世紀50年代生產(chǎn)的材料試驗機主要是機械式試驗機,例如機 械式拉力試驗機、機械萬能材料試驗機、塑料拉力機、橡膠拉力機、 安全帶萬能試驗機等。機械式材料試驗機一般具有足夠的精度和穩(wěn)定 性，可以實現(xiàn)無極調(diào)速。但加載能力不大,調(diào)整和控制加載速率比較困 難。20世紀60年代，出現(xiàn)了液壓式試驗機

4、，如液壓拉力試驗機和液壓 萬能材料試驗機。由于采用了液壓系統(tǒng)施加載荷,因此加載能力較高、 加載平穩(wěn)、加載測量范圍寬、容易實現(xiàn)雙向和三向加載。同時還增加 了一些新裝置，如定速加載裝置、應(yīng)力、應(yīng)變自動記錄裝置等。因此 液壓式試驗機比機械式試驗機在性能上有了很大提高。20世紀70年代，由于橡膠和塑料等高分子材料的不斷發(fā)展,非金 屬材料試驗機逐漸發(fā)展起來。同時隨著電子技術(shù)的采用,出現(xiàn)了電子 式材料試驗機。這類試驗機是將電子技術(shù)應(yīng)用于加載系統(tǒng)和變形測量 系統(tǒng),對加載量和變形量進行精確的測量、控制和記錄,對實驗結(jié)果進 行數(shù)據(jù)處理和曲線顯示。對加載和變形的控制，既可以采用電子線路 控制，也可以采用計算機控制

5、來實現(xiàn)。這類材料試驗機測量精度高， 加載范圍寬，操作方便,但價格昂貴。1985年長春試驗機研究所試制的200t電一液伺服試驗機，是中 國第一臺機電一體化、低應(yīng)變率、大噸位電一液伺服試驗機。該試驗 機采用電子計算機控制的電一液伺服系統(tǒng),可以實現(xiàn)對載荷、變形和 位移的控制，同時可以進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、繪圖等功能。2、國外材料試驗機的發(fā)展國外第一臺試驗機誕生在200多年前的法國，當(dāng)時只有采用根據(jù) 杠桿和法碼加載原理制成的拉力試驗機。經(jīng)過幾個世紀的發(fā)展，特別 是進入上世紀七十年代，隨著電子與信息技術(shù)的發(fā)展，試驗機的面貌 發(fā)生了很大的變化，出現(xiàn)了電子萬能材料試驗機?？傮w來說，國外電子 萬能材料試驗機

6、的發(fā)展經(jīng)歷了四個階段：電子管與品體管階段、集成 電路模擬階段、數(shù)字階段和計算機階段。國外試驗機研究一般是以企 業(yè)為中心展開的，如英斯特朗公司、日本島津制造、德國中克公司、 美國的MTS等公司，這些公司通過自己多年的研究，開發(fā)出具有自身 特色的試驗機產(chǎn)品。目前美國英斯特朗公司和日本島津公司生產(chǎn)的電 子萬能材料試驗機代表了電子力能材料試驗機的先進水平。隨著電一液伺服技術(shù)、電一液比例技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技 術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)等的飛速發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)了具有恒負載速率、恒位 移速率、恒變形速率控制等功能的新型材料試驗機這些高性能的材料 試驗機對材料科學(xué)的研究有重要的意義。二、材料試驗機的發(fā)展趨勢材料試驗

7、機技術(shù)的發(fā)展是隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展而 發(fā)展的，電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展必然帶來試驗機技術(shù)的更新。 目前國內(nèi)外生產(chǎn)的電子萬能材料試驗機一般采用的是控制伺服電機 的運轉(zhuǎn)，經(jīng)減速器減速后驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動,然后帶動橫梁運動,從而對裝 在橫梁與底座之間的試樣施加作用力，可以控制橫梁移動的速度、加 載速率和應(yīng)變率。其中后兩項指標則是現(xiàn)代材料測試所要的，也是機 械式、液壓式和舊式的電子萬能材料試驗機所不具備的兩種非常重要 的測試功能。電子萬能材料試驗機調(diào)速范圍廣，精度高，但由于伺服電 機容量的限制，一般的電子萬能材料試驗機多在較小的負載下工作。 先進的設(shè)備無疑是取得各項科研成果的有力保障，所以先進的

8、試驗設(shè) 備對國民經(jīng)濟建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。目前，試 驗機用戶需求正向產(chǎn)品技術(shù)含量高、適用范圍廣的方向發(fā)展、大型化、 動態(tài)化、個性化已稱為試驗機產(chǎn)品搶占市場的有力賣點。特別是電子 萬能材料試驗機的發(fā)展十分迅速，其發(fā)展方向主要有以下幾方面：1、可以實現(xiàn)穩(wěn)定的恒加載速率和穩(wěn)定的恒變形速率。因為加載 速率的變化對材料力學(xué)性能有重大影響，為了測試在靜載荷條件下的 力學(xué)性能就必須要求加載速率滿足特定要求而且恒定。穩(wěn)定的恒變形 速率，這一點傳統(tǒng)試驗機是無法實現(xiàn)的，而微機控制的電控試驗機可 以通過反饋自控系統(tǒng)使得加載速率穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值。2、高精度的橫梁速度控制、加載速率、應(yīng)變率、精確的控制狀

9、態(tài)轉(zhuǎn)換，以及實時地進行測量、記錄，便捷的試驗結(jié)果顯示和打印輸出。3、萬能試驗機上帶有各種自動控制和自動測量裝置，大部分采用 微型組件形式，可以隨意增加以擴大試驗機的使用范圍和功用。4、鑒于應(yīng)力、應(yīng)變測量對萬能試驗機的性能指標有很大的影響, 因此國外在不斷改進萬能試驗機結(jié)構(gòu)和加載系統(tǒng)的同時，都致力于研 制性能穩(wěn)定、反應(yīng)靈敏和精度高的應(yīng)力應(yīng)變測量裝置。目前正在大力 發(fā)展的是應(yīng)變片式負荷傳感器,差動變壓式引伸計。5、PC機和微處理器己開始應(yīng)用到萬能試驗機中，用來實現(xiàn)復(fù)雜 的實時控制和數(shù)據(jù)處理。試驗機系統(tǒng)也由基于PC機或者工控機系統(tǒng) 向獨立式測試系統(tǒng)發(fā)展，采用的總線方式由以前的ISA總線、PCI總 線向USB總線發(fā)展?？刂茰y量系統(tǒng)趨于與主機分離設(shè)置，為使試驗準 確可靠并便于操作,廣泛使用氣壓傳動和液壓夾緊裝置。6、試樣的加工、處理、搬運、安裝等過程的自動化試驗結(jié)果記 錄過程自動化;試驗結(jié)束時保護應(yīng)變計等裝置免受沖擊和試驗機自動 停機等試驗安全保護。試驗數(shù)據(jù)處理過程的自動化，以便從測出的試 驗數(shù)據(jù)中迅速得到有用的推導(dǎo)值，從而迅速進