简单一句话:同步采集【力值】+【变形 / 位移】,输出力 - 变形曲线,用来评价材料、零部件力学特性的精密测试设备,市场上很多也叫力位移测试仪、小型试验机、力学检测仪、质构仪(软材料),大型款就是电子试验机。

、原理

  1. 测力:采用应变式负荷传感器(称重传感器 / 力传感器),内部应变片组成惠斯通电桥,受力→应变片形变→电阻变化→转换成电压信号,换算成拉力、压力、剥离力、剪切力、扭矩;常见 0.5 级、0.2 级,高可达 0.05% FS。

  2. 测变形(两种主流方案)

    • ① 横梁位移:伺服电机编码器读取十字头移动距离(粗测,适合只测断裂力)

    • ② 引伸计(关键!):接触式夹持在试样标距段,直接测试样本身真实伸长 / 压缩变形,测弹性模量、屈服强度、泊松比必须用引伸计;分辨率可达 0.1μm 级别

    • ③ 非接触 DIC(数字图像相关):相机拍照,光学散斑计算全场变形,不接触样品,适合薄膜、软材料、高温试样

  3. 控制逻辑:伺服系统闭环控制,可以按恒速度、恒力、恒位移、恒应变加载;软件同步记录时间、力、变形,自动绘制 F-ΔL 曲线(力 - 变形曲线),自动计算指标

二、整机组成

  1. 刚性机架:C 型(小量程,1kN 以内,零部件、端子、弹簧)、门式(大量程,1kN~100kN+,板材、金属、结构件)、卧式(线材、插拔力),机架刚度必须足够,避免机架自身变形干扰测试结果

  2. 伺服驱动单元:伺服电机 + 丝杠,控制加载速度;速度范围跨度很大:0.001 mm/min ~ 500/2000 mm/min

  3. 传感器组:力传感器、引伸计 / 位移传感器、可选扭矩传感器

  4. 夹具工装:拉伸夹、压缩压盘、三点弯曲、剪切、剥离、顶破、插拔工装,根据样品更换

  5. 采集控制器:信号放大、AD 高速采集、滤波

  6. 上位机软件:实时曲线、参数设置、标准库(GB/T 1040、ASTM、ISO 等)、自动计算、数据存储、导出

三、能测哪些参数

  • 力指标:力、断裂力、屈服力、剥离力、保持力、峰值力、平均力

  • 变形指标:断裂伸长率、标距变形、残余变形、挠度、压缩量

  • 材料力学指标(软件自动算):弹性模量 E、屈服强度、抗拉强度、断裂强度、刚度 K、泊松比

  • 曲线:力 - 位移、力 - 时间、应力 - 应变曲线;支持循环加载(疲劳、反复按压测试)

四、主要分类

  1. 按量程分

    • 微力型:mN 级,薄膜、纤维、生物材料、微焊点、支架

    • 小型台式:10N~5kN,塑胶件、弹簧、连接器、胶带、包装、按键手感测试(工厂 QC 常用)

    • 大型门式:5kN~300kN,金属板材、型材、复合材料、结构件

  2. 按加载方式:伺服电子式(主流,速度可控、干净)、液压式(超大吨位)

  3. 按变形测量:编码器位移型、带引伸计型、DIC 光学非接触型

  4. 行业专用款:弹簧刚度检测仪、插拔力试验机、质构仪(食品 / 硅胶软材料)、端子拉力测试仪、混凝土 / 岩土变形模量测试仪

五、典型应用行业

  • 塑胶、橡胶、薄膜:拉伸、撕裂、压缩、回弹

  • 电子连接器、线束、电池:端子拉拔力、焊点拉力、FPC 弯折、电芯顶压

  • 五金、弹簧、紧固件:弹簧刚度、螺栓屈服、垫片压缩变形

  • 包装行业:胶带剥离、封口强度、纸箱抗压

  • 新材料、科研:碳纤维、复合材料、水凝胶、生物支架

  • 建筑土工:土工布、砂浆、试件压缩变形

  • 医药:注射器推力、胶塞穿刺力、医用导管拉伸

六、关键选型要点(采购时重点看)

  1. 力传感器量程:常规建议测试力落在满量程 30%~80% 区间,不要用大量程测微小力

  2. 等级:0.5 级(QC 质检够用)、0.2 级(第三方实验室、研发)

  3. 是否标配引伸计:测模量、屈服必须配;只测破坏力可以不用

  4. 速度范围、控制模式(是否支持恒力保载)

  5. 软件标准库、数据导出格式、计量溯源证书

  6. 工装夹具:非标样品一般需要定制夹具

七、和普通拉力机的区别

很多人会混淆:力与变形检测仪 = 强调 “同时测变形” 的拉力机。 普通简易拉力机只测力 + 横梁位移;带引伸计、精准捕捉试样本身变形,才是严格意义的力与变形检测,适合需要应力应变、模量的试验。

八、简单测试流程

装夹试样 → 力、变形清零 → 设置试验标准、速度、停止条件 → 启动加载 → 同步采集力 & 变形 → 自动生成曲线与 → 保存导出