数字式弹性元件刚度测试仪

　　1　引言

　　数字式弹性元件刚度测试仪是用于测量位移式弹性元件(如各种波纹管、膜片、膜盒和仪表弹簧等)刚度的新型仪器的典型代表,其特点是静态特性线性度高,灵敏度高,稳定性好,结构简单,数字方式显示,工作可靠,温度漂移小,操作简便,读数直观,既可用作元件刚度值的测量,又可用作元件刚度的分选,也可用于刚度特性(集中力—位移特性)的测试。

　　2　工作原理

　　对于测量用敏感类波纹管、膜片、膜盒而言,其轴向位移特性是一个非常重要的性能指标。轴向位移特性是波纹管等元件在集中力载荷作用下产生轴向变形位移的性能,它决定了波纹管等元件在实际工作中力、位移两个参数之间的相互转换关系。其集中力载荷与所产生的位移之比,就是元件的刚度。元件的刚度是元件的弹性系数,既元件在集中力载荷的作用下,产生单位位移所需要的集中力大小,也就是施加的集中力与在该力作用下所产生的位移之比。数字刚度仪的基本结构形式有3种,如图1所示。其中图1(a)所示的结构,结构系统误差最小,但要求位移测量系统产生的测量附加力尽可能小,且在整个测量量程中尽量保持恒定,这对位移机构要求较高。图1(b)所示的结构,由于测力机构的力传感器在测量力载荷的作用下,所产生的变形量被引入到测量位移中,形成附加误差,使位移误差变大,但这个变形量和测量力载荷呈一定的函数关系,通常情况下重复性都比较好,可采用适当的补偿措施消除该变形引起的绝大部分位移误差。

　　此刚度测试仪是将集中力测量与位移测量有机地结合为一体的仪器。其基本结构原理见图2,采用电阻应变计,并以交流供电,可减少漂移。信号经处理器计算处理后,显示出被测力的读数值。测量时,通过处理器清零键,可使显示自动清零(主要用来清除元件重量和预压力)。该仪器若配置计算机,则可实现数据的自动采集和处理。

　　3　测量方法

　　测量时,按照有关标准或设计图纸的要求,首先给被测件以预压力或预位移(若标准及图纸均无要求,则预压力约为最大被测力的10%,预位移约为元件最大位移的10%)。然后通过清零键使显示清零,再通过螺旋千分尺或千分螺杆机构,使被测件产生规定的测量位移,通常大于等于0.5 mm(具体位移参照有关标准或图纸要求给定),测出此时被测件对工作台的作用力(不包括元件自重及预压力或是预位移对应的预压力值),经过计算便可得到被测件的刚度值,位移机构所测的位移值和测力机构所测的力值若由仪器所配的计算机自动采集,则计算自动完成。

　　4　计算公式及数显上下限的确定

　　4·1　刚度计算公式