整体可以拆成 力学加载系统 + 高低温环境系统 + 测量采集 + 闭环测控软件 四大模块;本质就是带恒温舱的伺服电子万能试验机,在设定温度环境下,对试样施加可控拉力 / 压力,同步采集力、变形、位移信号,计算力学性能。
1. 动力单元:伺服电机 伺服电机接收控制器指令输出精准转速、转向,通过同步带 / 减速机驱动精密滚珠丝杠转动;丝杠带动活动横梁上下匀速移动,实现拉伸、压缩、弯曲、剪切加载。
属于位移优先闭环,也可切换为力闭环(恒力保载、蠕变、应力松弛)。
1. 力值采集:力传感器(负荷传感器) 传感器安装在上横梁或夹具座,试样受力后,传感器内部应变片产生应变,转化为微弱电信号;放大器调理、A/D 转换后传给微机,得到实时力值。
力传感器的标定等级(0.5/1 级,JJG139)决定力测量精度;传感器本身存在温漂,是高低温机型重点误差源。
1. 变形采集(两种方式)
① 光栅尺(横梁位移):测横梁总行程,适合大伸长试样;包含夹具滑移、机架形变,测弹性模量精度差。
② 高低温引伸计 / DIC 光学引伸(核心):直接夹持 / 拍摄试样标距段,只采集试样本身变形,排除机架、夹具间隙影响;测弹性模量、屈服、模量必须用它。引伸计也要适配温度区间,单独校准。
环境箱包裹试样区域,主机横梁、丝杠、力传感器一般放在箱体外(大部分机型结构),避免高温低温直接损伤传感器和伺服部件:
低温:压缩机制冷 + 液氮辅助(可选超低温款),蒸发器换热带走箱内热量;常规 - 70℃起步。
高温:电阻丝 / 陶瓷加热管辐射 + 热风循环;热风搅拌保证箱内温度均匀。
温控闭环:箱内多点铂电阻 PT100 温度传感器实时采集温度 → 温控表 / PID 控制器,自动调节加热功率、制冷输出,维持设定温度;指标看温度波动度、温场均匀性。
箱体带观察窗、箱门联锁、样品孔(让上下连接杆穿过箱体连接内外夹具);连接杆做隔热处理,减少冷热传导外泄。
试样需要保温静置:达到设定温度后保温一段时间,让试样芯部温度和箱温一致再开始试验,不然数据失真。
两种闭环模式可切换:
1. 位移闭环(常用):设定横梁移动速度,控制器实时对比光栅反馈的实际位移和目标位移,调节伺服转速,恒速加载;适合常规拉伸、弯曲试验。
2. 力闭环:目标是恒定力,控制器根据力传感器反馈,动态调整横梁位置,保持负荷不变;用于蠕变、应力松弛、恒力保载。
加载全过程同步记录:时间、力、位移、标距变形、箱内温度,自动生成力 - 位移、应力 - 应变曲线,计算抗拉强度、弹性模量、断后伸长率、弯曲强度等指标。
1. 装夹试样,关闭箱门;
2. 设置目标温度,启动温控,恒温保温(如 15~60min,看试样厚度);
3. 温度稳定后,软件设置试验方案(速度、终止条件:断裂 / 位移 / 力);
4. 伺服驱动横梁运动,对试样加载;力、变形、温度信号持续采集;
5. 试样断裂 / 达到终止条件,横梁自动回位;导出曲线与试验报告。
1. 隔热连接杆、夹具会热胀冷缩,带来附加变形;
2. 即使传感器在箱外,长时高低温工况下仍存在热传导带来的力值温漂;
3. 温场不均:试样上下端温度不一致;
4. 普通常温引伸计不能进箱,低温会卡死、高温会烧毁,必须耐温专用款。
依靠伺服滚珠丝杠机构对试样施加可控载荷,力传感器、引伸计采集力学信号;配套 PID 控温的密闭环境箱,把试样稳定维持在目标高温 / 低温环境,计算机闭环控制加载并完成力学参数计算。