数字式压力试验机的主要组成部分

数字式压力试验机的主要组成部分

数字式压力试验机是用于材料（如混凝土、金属、塑料、石材等）抗压强度、抗折强度等力学性能测试的精密设备，其核心是通过数字化控制、测量与数据处理实现高精度测试。其主要组成部分可分为 6 大核心系统，各系统功能协同，确保测试的准确性、稳定性和便捷性。

一、加载系统：核心力源与传递结构

加载系统是试验机产生压力的 “动力核心"，负责将驱动能量转化为稳定的压力，并传递至试样，决定了设备的Z大加载能力和加载稳定性。主要包括：

1、加载框架（主机架）

1.1结构：通常为四柱式或门式刚性框架，由上横梁、下横梁（工作台）、立柱、螺母等组成，材质多为高强度合金结构钢（如 45# 钢、Q345 钢）。1.2作用：提供稳定的加载支撑，承受测试过程中的全部压力，需具备J高的刚性（变形量≤0.1mm），避免框架自身变形影响测试精度。

2、驱动装置

2.1类型：分为液压驱动和电动驱动（伺服电机驱动），对应 “液压式压力试验机" 和 “电子式压力试验机"（数字式的主流类型）。（1）液压驱动：通过液压泵、油缸产生高压油，推动活塞带动横梁移动，适合大吨位测试（如 1000kN 以上，混凝土试块测试常用）。（2）电动驱动：由伺服电机（如交流伺服电机）提供动力，精度更高，响应速度快，适合中小吨位（如 10kN-500kN，金属、塑料测试常用）。

3、传动机构

3.1作用：将驱动装置的动力转化为横梁的直线运动（上下移动），实现对试样的加压。3.2类型：（1）液压驱动：通过油缸与活塞直接传动，结构简单，承载力大。（2）电动驱动：通过滚珠丝杠副传动（丝杠 + 螺母），传动效率高（≥90%），定位精度高（±0.01mm），无间隙，确保加载速度稳定。

二、力值测量系统：J确捕捉压力信号

力值测量系统是 “精度核心"，负责实时采集测试过程中的压力值，并将物理信号转化为可处理的电信号，直接决定测试数据的准确性。主要包括：

1、测力传感器（力传感器）

1.1核心部件：目前主流为应变片式称重 / 测力传感器，由弹性体（高强度合金，如合金钢、钛合金）、应变片（金属箔式）、密封外壳组成。1.2原理：当传感器承受压力时，弹性体产生微小变形，应变片随变形发生电阻变化，通过惠斯通电桥将电阻变化转化为微弱的电压信号（mV 级）。1.3关键参数：精度等级（常见 0.05 级、0.1 级，符合 GB/T 16491 标准）、量程（需与试验机Z大加载力匹配，通常为Z大力的 10%Y00%）、线性度（≤0.03%）。

2、信号调理模块

2.1作用：处理传感器输出的微弱电压信号，解决 “信号弱、易受干扰" 问题。2.2功能：（1）信号放大：将 mV 级信号放大至 V 级（如 0-5V），便于后续处理；（2）滤波：滤除电网干扰（50Hz 工频干扰）、机械振动干扰，确保信号稳定；（3）温度补偿：抵消环境温度变化对传感器精度的影响（温度漂移≤0.01% FS/℃）。2.3A/D 转换器（模拟 - 数字转换器）（1）作用：将调理后的模拟电压信号转化为数字信号，传输至控制系统或数据处理系统。（2）关键参数：分辨率（常见 16 位、24 位，24 位分辨率可实现更小的力值分辨力，如 0.1N）、转换速率（≥100Hz，确保实时采集动态力值变化）。

三、控制系统：实现数字化J准控制

控制系统是试验机的 “大脑"，通过软件程序和硬件电路，实现对加载速度、加载模式的J准控制，并根据力值反馈实时调整加载状态（闭环控制），避免过加载或加载不稳定。主要包括：

1、控制硬件

1.1核心：PLC（可编程逻辑控制器） 或工业级单片机 / 嵌入式系统，部分G端机型采用 “工业计算机 + 运动控制卡" 组合。1.2辅助：伺服驱动器（配合伺服电机，控制电机转速和扭矩）、继电器（控制电源、急停等开关量）、接口电路（与传感器、A/D 转换器通信）。

2、控制软件与算法

2.1核心功能：实现恒速率加载（如 1mm/min 位移控制）、恒应力加载（如 5MPa/s 应力控制）、恒载荷保持（如保压 10s 测试蠕变）等标准测试模式，符合 GB、ISO、ASTM 等G际标准。2.2闭环控制：通过 “传感器反馈→软件对比设定值→调整驱动输出" 的闭环逻辑，确保加载精度（如速度误差≤±2%），避免试样突然破坏导致的力值波动。

四、数据采集与处理系统：数字化记录与分析

该系统负责采集、存储、计算、分析测试数据，并生成可视化报告，是 “数字式" 试验机的核心特征之一，替代了传统的指针式或模拟式记录方式。主要包括：

1、数据采集模块

采集参数：除力值外，还可采集位移（通过位移传感器，如光栅尺、编码器）、变形（通过引伸计，测试材料微小变形）、测试时间等关键参数，采样频率≥100Hz，确保捕捉峰值力（破坏点）。

2、数据处理软件

2.1计算功能：自动计算抗压强度（Z大力 / 试样截面积）、弹性模量（应力 - 应变曲线斜率）、断裂强度等力学指标，无需人工计算，减少误差。2.2可视化功能：实时显示力 - 位移曲线、力 - 时间曲线、应力 - 应变曲线，直观反映试样受力过程；支持曲线放大、标注、对比（如多组试样数据对比）。2.3报告生成：自动生成标准测试报告（Word/Excel/PDF 格式），包含试样信息（材质、尺寸、编号）、测试参数（加载速度、环境温度）、原始数据、计算结果、曲线图表，可直接导出或打印。

五、试样夹持与定位系统：确保受力均匀

该系统用于固定试样，确保试样在测试过程中中心受力（无偏心），避免因夹持不当导致测试结果偏差（如偏心加载会使测得强度偏低）。主要包括：

1、夹持夹具

1.1类型：根据试样形状和材质定制，常见有：（1）平板夹具：用于立方体（如混凝土试块）、圆柱体（如金属棒）试样，上下夹具为光滑平板，材质为高强度淬火钢（硬度≥HRC55），表面平整度≤0.01mm/m。（2）V 型夹具：用于管材、线材等圆形试样，防止试样滚动。（3）T殊夹具：如抗折夹具（三点弯曲、四点弯曲），用于测试混凝土、陶瓷的抗折强度。1.2功能：部分夹具具备自对中功能（如球面万向节夹具），可自动调整试样中心，抵消试样尺寸偏差导致的偏心。

2、定位装置

2.1结构：如工作台定位销、试样限位块、夹具高度调节机构等。2.2作用：快速定位试样，确保试样轴线与加载轴线重合（同轴度≤0.5mm），提高测试重复性（同一批次试样测试误差≤±3%）。

六、人机交互与辅助系统：操作便捷性与A全性

该系统负责用户操作、设备状态监控和A全保护，确保测试过程便捷、A全，是设备易用性的关键。主要包括：

1、人机交互界面

1.1硬件：通常为触摸屏（10-15 英寸，电容屏或电阻屏）、工业显示器 + 键盘鼠标，部分G端机型支持远程操作（通过电脑或手机 APP）。1.2软件界面：图形化操作界面，直观显示设备状态（如 “待机"“加载中"“完成"）、实时参数（当前力值、位移、进度），支持参数一键设置（如快速调用混凝土、金属的标准测试程序），无需专业编程知识。

2、A全保护系统

核心功能：防止设备过载、试样飞溅、人员误操作导致的A全事故，主要保护措施包括：2.1过载保护：当力值超过Z大量程的 110%-120% 时，系统自动停止加载并报警（硬件 + 软件双重保护）；2.2急停保护：设备正面 / 侧面设置急停按钮，按下后立即切断驱动电源，停止所有动作；2.3限位保护：通过上下限位开关，限制横梁移动范围，避免横梁碰撞框架或夹具；2.4防飞溅保护：部分机型配备透明防护罩（有机玻璃或钢化玻璃），防止试样破坏时碎片飞溅伤人。

3、辅助系统

3.1润滑系统：对滚珠丝杠、导轨等传动部件进行自动或手动润滑（如油脂润滑），减少磨损，延长使用寿命；3.2温控系统：部分高精度测试（如金属低温测试）需配备恒温箱，控制测试环境温度（-40℃~150℃），避免温度影响材料力学性能；3.3电源与散热系统：稳定的开关电源（220V/380V），配合散热风扇或散热片，防止控制模块、伺服电机过热。

七、总结：各系统的协同工作流程

数字式压力试验机的工作过程本质是各系统的协同配合：

1、操作人员通过人机交互界面设置测试参数（试样尺寸、加载速度、测试模式），并将试样固定在夹持系统中；

2、控制系统启动驱动装置，通过加载系统对试样施加压力；

3、力值测量系统实时采集力值信号，转化为数字信号后传输至数据采集系统；

4、数据处理系统同步采集位移、变形等参数，计算力学指标并绘制曲线；

5、当试样破坏（力值下降至峰值的 80% 以下），系统自动停止加载，生成测试报告；

6、若出现过载或异常，A全保护系统立即触发，停止设备运行。

正是通过以上 6 大核心系统的J准配合，数字式压力试验机才能实现 “高精度、自动化、数字化" 的测试需求。要想了解更多产品组成部分，可随时联系河北天棋星子检测设备有限公司工作人员。