工作原理?
在炭紙及雙極板電阻儀中,力值加載系統(tǒng)承擔(dān)著向炭紙或雙極板樣品施加特定壓力的重要任務(wù)。其核心工作原理基于力的傳遞與控制機制。常見的力值加載系統(tǒng)采用電機驅(qū)動絲杠的方式。電機運轉(zhuǎn)時,將電能轉(zhuǎn)化為機械能,帶動絲杠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運動。絲杠與螺母構(gòu)成螺旋傳動副,螺母在絲杠的帶動下產(chǎn)生直線位移,進(jìn)而將力傳遞到與螺母相連的加載壓頭,使壓頭對樣品施加壓力。?
例如,當(dāng)需要對炭紙進(jìn)行垂直電阻率測試時,加載壓頭在力值加載系統(tǒng)的作用下,緩緩下降與炭紙樣品接觸,并按照設(shè)定的壓力值持續(xù)施加壓力。在這個過程中,通過電機的轉(zhuǎn)速控制以及絲杠的螺距等參數(shù),能夠精確調(diào)節(jié)加載壓頭的位移速度和施加力的大小。同時,力值加載系統(tǒng)還配備有壓力傳感器,用于實時監(jiān)測施加在樣品上的力值,并將信號反饋給控制系統(tǒng),形成閉環(huán)控制,確保施加力的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。?
關(guān)鍵技術(shù)?
- 高精度電機控制技術(shù) :電機作為力值加載系統(tǒng)的動力源,其控制精度直接影響力值加載的準(zhǔn)確性。采用先進(jìn)的伺服電機控制技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的精確調(diào)節(jié)。伺服電機通過編碼器實時反饋電機的旋轉(zhuǎn)位置和速度信息,控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的力值和位移參數(shù),對電機的輸入信號進(jìn)行調(diào)整,確保電機能夠以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速運行,從而實現(xiàn)加載壓頭的勻速移動和精確的力值施加。例如,在一些高端電阻儀的力值加載系統(tǒng)中,伺服電機的轉(zhuǎn)速控制精度可達(dá) 0.1r/min 以下,為高精度的力值加載提供了有力保障。?
- 壓力傳感器技術(shù) :壓力傳感器是力值加載系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制的關(guān)鍵部件。它能夠?qū)⑹┘釉跇悠飞系膲毫D(zhuǎn)換為電信號,并傳輸給控制系統(tǒng)。目前,常用的壓力傳感器有應(yīng)變片式壓力傳感器和壓電式壓力傳感器。應(yīng)變片式壓力傳感器利用金屬應(yīng)變片在受力時電阻發(fā)生變化的原理,通過測量電阻值的變化來計算壓力大小。其具有精度高、穩(wěn)定性好、線性度優(yōu)良等特點,測量精度可達(dá) 0.1% FS(滿量程)。壓電式壓力傳感器則是基于壓電材料的壓電效應(yīng),當(dāng)受到壓力作用時,壓電材料會產(chǎn)生電荷量與壓力成正比的電荷。這種傳感器響應(yīng)速度快,適用于動態(tài)力測量場合,在炭紙及雙極板電阻儀力值加載系統(tǒng)中,可用于監(jiān)測快速加載過程中的力值變化。?
- 傳動機構(gòu)優(yōu)化技術(shù) :力值加載系統(tǒng)的傳動機構(gòu),如絲杠螺母副,對力的傳遞效率和精度有重要影響。為了提高傳動精度,通常采用高精度的滾珠絲杠。滾珠絲杠在絲杠與螺母之間安裝有滾珠,通過滾珠的滾動來實現(xiàn)相對運動,大大降低了摩擦力,提高了傳動效率和精度。同時,對絲杠的制造精度要求極高,例如絲杠的螺距誤差控制在±0.002mm 以內(nèi),以確保加載壓頭在移動過程中的位移精度。此外,在傳動機構(gòu)的設(shè)計中,還會采用預(yù)緊裝置,消除絲杠螺母副之間的間隙,進(jìn)一步提高傳動的穩(wěn)定性和精度。
審核編輯 黃宇
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電機系統(tǒng)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)及展望
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