Когда речь идет об испытаниях материалов, точность — это всё

Будь то испытание на растяжение металлической проволоки, сжатие полимерного куба или усталостное испытание композитного материала — результат любого теста зависит от одного ключевого элемента: тензодатчика.

Среди множества доступных типов тензодатчиков именно S-образный датчик (S-type load cell) в последнее время стал предпочтительным выбором для универсальных испытательных машин (UTM) благодаря своей чувствительности, стабильности и универсальности.

Что такое S-образный тензодатчик

Буква “S” в названии отражает его способность измерять как растягивающие, так и сжимающие усилия.

Это тип датчика силы, предназначенный для измерения тяговых (tension) и нажимных (compression) нагрузок.

Корпус датчика изготовлен из металла и содержит наклеенные тензорезисторы. При приложении силы датчик слегка деформируется — растягивая или сжимая тензорезисторы. Это вызывает изменение их электрического сопротивления, которое преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный нагрузке.

Благодаря симметричной конструкции, S-образный тензодатчик измеряет усилия в обоих направлениях с высокой линейностью и повторяемостью. Он компактен, прост в установке и способен воспринимать нагрузки от нескольких ньютонов до нескольких тонн.

Почему S-образный тензодатчик так важен в универсальных испытательных машинах

Универсальная испытательная машина (UTM) — это устройство, которое прикладывает нагрузку к образцам материала.

Такие машины используются в контроле качества, научных исследованиях и разработке продукции в различных отраслях: металлургии, полимерах, текстиле, композитах и биомедицинских материалах.

В центре каждой UTM находится тензодатчик — компонент, непосредственно измеряющий приложенную силу.

UTM является типичным применением S-образного датчика, потому что он:

• Измеряет как растяжение, так и сжатие без смены сенсора
• Обеспечивает высокую точность в широком диапазоне нагрузок
• Демонстрирует стабильность при повторных испытаниях
• Является экономичным и легко интегрируется в вертикальные и горизонтальные испытательные системы

При правильной калибровке и настройке сигнала S-образный тензодатчик позволяет получать точные и надежные данные даже для тестов с многоступенчатыми циклами.

Применение S-образных тензодатчиков в универсальных испытательных машинах

S-образный тензодатчик используется во множестве отраслей как преобразователь для измерения статических и динамических нагрузок.

Эти сенсоры незаменимы для точного определения растягивающих, сжимающих и динамических сил, обеспечивая высокую точность и повторяемость испытаний.

Испытания на растяжение

Испытание на растяжение проводится до разрушения образца.

S-образный датчик измеряет возрастающую силу растяжения, по которой вычисляются такие механические характеристики, как предел прочности (UTS), предел текучести (YS) и относительное удлинение.

Эти датчики широко применяются для металлов, пластмасс, резины и волокон.

Испытания на сжатие

В испытаниях на сжатие материал деформируется или разрушается под действием приложенной силы.

S-образный тензодатчик измеряет приложенную нагрузку, что позволяет определять предел прочности при сжатии, модуль упругости и характеристики деформации для таких материалов, как пены, керамика и строительные материалы.

Испытания на изгиб (флексурные тесты)

Образец опирается на две точки, а нагрузка прикладывается в центре.

S-образный датчик измеряет силу, необходимую для изгиба, что позволяет определить прочность при изгибе, жесткость и модуль разрушения.

Метод часто используется для оценки прочности хрупких материалов, композитов и ламинатов.

Испытания на сдвиг

Испытания на сдвиг оценивают способность материала сопротивляться деформации вдоль внутренней плоскости.

S-образный датчик точно измеряет приложенную силу сдвига, обеспечивая надежную оценку предела прочности при сдвиге, даже в сложных условиях нагружения.

Испытания на кручение

В испытаниях на кручение образец скручивается для изучения напряжений и деформаций, вызванных крутящим моментом.

В сочетании с датчиком крутящего момента S-образный тензодатчик может измерять осевое усилие и момент, обеспечивая данные для анализа модуля сдвига и прочности при кручении.

Испытания на отрыв, разрыв и адгезию

В отрывных и разрывных испытаниях измеряется сила, необходимая для разделения склеенных или ламинированных материалов.

S-образные тензодатчики (вариация конструкции S-beam) широко используются в этих тестах, а также в крановых весах и платформенных системах, особенно в жестких условиях эксплуатации.

Испытания на вдавливание и прокол

При испытаниях на вдавливание оцениваются твердость, сопротивление проколу и прочность поверхности.

S-образный тензодатчик достаточно чувствителен, чтобы измерять очень малые силы и деформации, что делает его идеальным для тонких пленок, мембран, мягких полимеров и биоматериалов.

Испытания на модуль упругости и удлинение

В таких установках S-образный датчик измеряет силу, а деформации фиксируются датчиком перемещения или экстензометром.

Совместно они дают данные для вычисления модуля Юнга, диаграммы напряжение–деформация и скорости деформации, особенно для образцов нестандартной формы или малых размеров.

Испытания на усталость и циклические нагрузки

В испытаниях на усталость к образцу многократно прикладывается переменная нагрузка до разрушения.

S-образный датчик, обладающий высокой точностью и стабильностью, гарантирует минимальный дрейф и повторяемость измерений даже при миллионах циклов.

Испытания на ползучесть и релаксацию напряжений

В длительных испытаниях, где материал подвергается постоянной нагрузке или деформации, S-образный датчик обеспечивает высокую стабильность и низкий дрейф сигнала, позволяя получать достоверные данные о скорости ползучести и временной деформации.

Высокотемпературные и климатические испытания

S-образные тензодатчики из нержавеющей стали или с температурной компенсацией сохраняют точность даже при экстремальных условиях.

Они остаются откалиброванными при высоких температурах, влажности и коррозионных средах, что делает их идеальными для климатических камер и специализированных испытательных модулей.