电子拉伸试验机的力传

电子拉伸试验机的力传感器是如何工作的？

信息来源：发布时间：2025-12-19 点击数：

电子拉伸试验机的力传感器是核心测力元件，其作用是将试样拉伸过程中产生的机械载荷转化为可测量的电信号，再由测控系统计算处理为精准的力值数据，核心工作原理基于弹性体变形 + 应变片电桥检测，具体工作流程如下：

一、力传感器的核心结构

电子拉伸试验机常用的力传感器为轮辐式传感器（中高载荷机型，如 50kN~500kN）或S 型传感器（微型 / 小型机型，如 0.1kN~5kN），两者结构原理一致，核心由三部分组成：

弹性体：传感器的核心承载部件，通常采用高强度合金钢或不锈钢制成，经热处理提升弹性和抗疲劳性能。

受力时会产生弹性变形（变形量极小且可逆，卸载后可恢复原状），变形量与所受载荷成正比；

轮辐式弹性体的结构设计可抵消偏心载荷影响，适合拉伸试验机的轴向载荷测量。

应变片：贴在弹性体内部应力集中区的电阻式敏感元件，是实现 “力 - 电转换” 的关键。

应变片基底为绝缘材料，敏感栅为高电阻系数的金属丝 / 箔；

当弹性体变形时，应变片敏感栅会同步伸长或缩短，导致其电阻值发生变化（遵循电阻应变效应：\(ΔR/R = K·ε\)，其中K为应变片灵敏系数，\(ε\)为应变）。

测量电桥：由 4 片应变片组成惠斯通电桥电路（全桥接法），并内置温度补偿片，消除温度变化对测量精度的影响。

二、完整工作流程

载荷传递与弹性体变形当电子拉伸试验机对试样施加拉力时，载荷通过夹具、拉杆传递至力传感器，传感器弹性体受轴向拉力作用，产生均匀的弹性拉伸变形。

弹性体的变形量严格与载荷成正比（在弹性极限内），例如 50kN 传感器的弹性体，每承受 1kN 载荷，会产生对应的微米级变形。

应变片电阻变化贴在弹性体上的 4 片应变片随弹性体同步变形：

两片应变片被拉伸，电阻值增大；

另外两片应变片被压缩，电阻值减小；

电阻变化量与弹性体的变形量成正比，进而与所受载荷成正比。

信号转换应变片组成的电桥接入稳定的激励电压（通常为 5V 或 10V 直流电压）：

无载荷时，电桥处于平衡状态，输出电压为0V；

有载荷时，应变片电阻变化导致电桥失衡，输出与载荷成正比的微弱差分电压信号（毫伏级，如 50kN 载荷对应输出 20mV）。

全桥接法的优势是灵敏度高（是半桥接法的 2 倍）、抗干扰能力强，且能抵消温度和偏心载荷的影响。

信号放大与数据处理

传感器输出的毫伏级信号通过屏蔽电缆传输至测控系统的信号放大器，放大为伏级的标准电压信号（如 0~10V）；

放大后的信号送入A/D 转换器（模数转换器），将模拟信号转化为数字信号；

测控系统根据传感器的标定系数（出厂前校准的 “电压 - 载荷” 对应关系），计算出实时载荷值，并在软件界面显示，同时绘制力 - 位移 / 应力 - 应变曲线。

三、保障测量精度的关键设计

温度补偿：内置温度补偿应变片，抵消环境温度变化导致的弹性体模量变化和应变片电阻漂移，确保不同温度下的测量精度。

过载保护：弹性体设计有过载限位结构，当载荷超过量程的 120%~150% 时，限位装置会限制弹性体的最大变形，防止传感器损坏。

抗干扰设计：采用屏蔽电缆传输信号，传感器外壳接地，避免电磁干扰（如伺服电机、电源的干扰）对信号的影响。

定期校准：传感器需定期（通常每年一次）送计量机构校准，修正标定系数，确保力值示值误差为≤±0.3%（电子拉伸试验机的标准精度要求）。

四、与电子拉伸试验机的适配要点

量程匹配：传感器量程需覆盖试样最大拉力的 10%~90%，例如测试最大拉力 10kN 的试样，优先选 50kN 量程的传感器，避免小载荷下精度不足。

安装方式：轮辐式传感器通常串联在加载横梁与上夹具之间，确保载荷沿轴向传递，避免偏心受力导致的测量误差。