共同创立的一档仪器科普栏目，每周推荐一类仪器，本周是第31期。（文末有常见品牌）

  万能试验机也叫万能材料试验机，或拉力机，双丝杆系列，控制、测量、操作一体化结构，万能试验机万能试验机融当代先进的技术于一体，具有精度高、调速范围宽、结构紧密相连、操作便捷、稳定性很高等优点。

  电子万能试验机满足GB/T1040、1041、8804、9341、9647、ISO7500-1、GB16491、GB/T17200、ISO5893、ASTMD638、695、790和塑料管材等标准的要求。适用于塑料、防水材料、纺织品、纸制品和橡胶等材料试样及制品的拉伸、压缩、弯曲、蠕变试验并配有大压盘可直接进行管材扁平压缩（压缩复原）、环刚度（抗外负荷）、蠕变比率、环抗拉强度等试验。

  今天小谱就其发展史、检测原理、结构等和大家进行探讨，一文把万能试验机讲通透。

  （如果读完文章您觉得还有哪些想听的知识点小谱没有讲到，亦或是觉得小谱文章中有哪些观点您不太认同，欢迎您积极留言。)

  1638年，著名物理学家伽利略用施加净重的方法测量木头、金属的弯曲强度，这是有文献记录以来人类第一次用严谨的试验方法计算材料的力学性能；1729年，第一台材料试验机问世，它是根据杠杆原理制作而成的；1847年，德国人A.Whler(沃勒)对金属疲劳进行了深入系统的研究；1856年，第一台高温力学性能测试装置出现；1850年，沃勒设计了第一台用于机车车轴的疲劳试验机，用来进行全尺寸机车车轴的疲劳试验。以后他又研制出多种型式的疲劳试验机，并首次用金属试样进行疲劳试验；1869年，美国的挪威移民工程师奥利森（Tinius Olsen）发明了一台杠杆式拉伸试验机，该试验机并在1880年申请了专利（专利号228214），这项专利名称叫“一个普遍测试的机器”，也就是现在所称的杠杆式拉伸试验机（外号小巨人Little Giant）；

  1908年，螺母、螺杆加载的万能试验机诞生，这个也就是现在电子万能试验机的雏形；上世纪初，同济大学建设初期，引进一台同济编号为：440001的杠杆式拉伸试验机，这台试验机上同时标有“RIEHLE BRCXPHILA16494”的小字，经查是由位于美国费城的理勒兄弟测试机械公司（Riehle Brothers Testing machines Company）生产的。目前，存放于同济大学力学试验中心。

  1932年至1933年，邓曰谟被聘为北洋大学教授，依托机械研究社，经过一系列艰苦试验，成功地设计制造出了材料试验室、水力实验室的一系列仪器设施，如油压试验机、冲击试验机、水泥拉力机、流速计、混流水泵、两级水泵、水轮机等，除了装备北洋大学的材料试验室和水力实验室外，还供给山东大学、中山大学、河南大学、重庆大学、焦作工学院、河南水利专门学校及全国其他许多高校的有关实验室使用。其中50000磅材料试验机为当时由中国人自己设计和制造的第一台万能材料试验机，能够直接进行相关材料机械性能的一系列静力试验；1943年，由英斯特朗研制出第1台位移闭环控制电子万能材料试验机；上世纪50年代，电子材料试验机出现，凭借着其众多优势，颇受人们重视；上世纪60年代，各种结构的电液伺服阀的相继问世，特别是以穆格为代表的采用干式力矩马达的级间力反馈的电液伺服阀的出现和各类电反馈技术的应用，进一步提升了电液伺服阀的性能，电液伺服技术日臻成熟，电液伺服系统已成为武器和航空、航天自动控制以及一部分民用技术设备自动控制的重要组成部分；到现在，电子计算机技术已成熟地应用到万能材料试验机中，也是我们现在最常见的材料力学试验机。

  1980年，济南试验机厂生产的 WE-60 型液压万能试验机，山东掖县材料试验机厂(即现在的莱州华银试验仪器有限公司)生产的 HB-3000 型布氏硬度计，HR-150型洛氏硬度级，HV-120 型维氏硬度计，获得国家经委颁发的银质奖，并在1983年定位国家优质产品；

  1982年，长春试验机厂研制成功 50t 电液伺服程序疲劳试验机，获得机械工业部科技成果奖。还研制成功疲劳试验机的核心部件一一无齿夹头；

  1985年，长春试验机研究所试制成功 200t 电液伺服试验机，是中国第一台机电一体化的低应变率、大吨位电液伺服试验机；

  在20世纪90年代，该所和长春试验机集团公司共同研制的电子万能试验机，产品技术指标达到国际 20 世纪 90 年代先进水平；

  1988年，苏州试验仪器厂推出5种新型振动试验台，技术水平达到国际同 类产品水平。上海申克试验机有限公司采用国际上最先进的数字调速技术，成功地应用于出口美国的大型平衡机；

  1982年，汕头超声仪器研究所，研制成功超声波探伤机用敏感元件超声换能器系列，获得机械工业部科技成果奖。丹东射线仪器(集团)股份有限公司生产X射线探伤机和γ射线探伤机，营口市材料试验机厂生产超声波探伤机和磁粉探伤机。上海探伤机厂开发了采用 280 机车曲轴检测的 CEW-10000 型产品，用于汽车零部件检测CEW-4000B 型和用于 IF 外星检测的 CBG-2000 型新产品。

  2004年4月，苏州东菱振动试验仪器有限公司首次推出 16 吨水冷式电动振动试验系统，打破国外对我国振动技术的封锁；

  2012年，该公司再次推出世界首台50吨电动振动试验系统，新华网、人民网、《科技日报》、《经济日报》、《南方日报》、《光明日报》、苏州电视台《新闻综合频道》、《社会经济频道》等媒体纷纷进行了报道；

  2008年，由长春试验机研究所有限公司承担的国家科技部专项基金开发项目--高温电子蠕变松弛持久疲劳试验机研制成功，成功填补了国内技术空白，其技术达到国际先进水平。

  2009年，苏州苏试试验仪器有限公司自主开发的国内最大推力的40吨电动振动试验系统，为国家重大科学技术项目协作配套，打破国外产品垄断，实现了本国产品零的突破。

  2012年，长春机械科学研究院成功研制出国内第一台1500KN电子式试验机，创造了国内电子式试验设备的最大试验力记录，打破了国外企业在大吨位电子式试验设备方面的垄断局面。

  2011年，苏州东菱自主研制世界首台单体50吨推力超大型电动振动试验系统，并于2012年9月亮相；

  2014年4月16日，长春机械科学研究院有限公司完成了静压支撑直线伺服液压油缸试生产工作，通过德国专家组验收，标志着我国静压支撑直线伺服油缸产品慢慢的开始国产化，将打破了中国工程试验测试领域长期依靠进口静压支撑直线伺服液压油缸的局面，为国内普及关键构件、组件和整机性能测试、疲劳寿命试验等奠定了良好的基础。

  2015年6月，苏试公司”双台 DC-40000-400”项目获得中国工业首台(套)重大技术装备示范项目奖。

  2015 年底，长春机械院为贵州钢绳股份有限公司研发制造的国内最大的微机控制电 液伺服卧式钢丝绳拉力试验机 YNS30000(3000 吨)顺利完成试验测试通过专家组验收。

  一般情况下，试验机由主机和测力系统两部分所组成，两者通过高压软管联接。1、主机主要有底座、工作台、立柱、丝杠、移动横梁以及上横梁组成。其中移动横梁上部安装有下钳口,下部安装有上压力板,上横梁下 部安装有上钳口，工作台、上横梁通过两根立柱连接,构成一刚性框架。工作台与活塞连接,随着活塞一起上下移动供应商河北大宏实验仪器有限公司。移动横梁通过传动螺母连接在丝杠上，随着丝杠的转动而作上下运动。丝杠的驱动机构由 驱动电机、链轮、链条组成。驱动电机通过链条传动使两根丝杠同步转动。由高压油泵向油缸内供油使活塞上升，带动工作台向上运动，从而进行试样的拉伸、剪切试验和抗压试验。拉伸和剪切试验在移动横梁 和上横梁之间进行，抗压试验在工作台和移动横梁之间进行。2、送油阀 送油阀是一个分路式流量调节阀，它由一个可变节流器和一个定差减压阀并联组成。3、回油缓冲阀 回油缓冲阀由一个卸荷开关和一个回油节流阀组成，其目的是卸除载荷及使工作油缸油压迅速下降。

  万能试验机是在各种各样的环境及条件下用来测定金属材料、非金属材料、工程结构、机械零件等的工艺性能、机械性能、内部缺陷和校验旋转零部件，动态不平衡量的一种精密测试仪器。在对于新材料、新技术和新结构的探索研究过程中，试验机是一种很重要的测试仪器。它大范围的应用于机械、石油、化工、冶金、建材、航空航天、交通运输、造船等工业部门以及一些相关实验室。万能试验机应使用的方法不同而分成不同的类型，常见的有冲击试验机(落锤冲击试验机、摆锤冲击试验机)、压力试验机(电液伺服压力试验机)、电子万能试验机等系列。下面就来粗略地介绍几种试验机的性能应用：

  1、常规的电子万能试验机，主要是采用伺服电机作为它的动力源，丝杠、丝母作为它的执行部件，以此来实现试验机移动横梁的速度控制，同时能对试验速度范围做调整。由于常规电子万能试验机采用速度控制，因而对系统刚度的要求不高，这样就为小吨位电子万能试验机的实现创造了有利的条件。从目前一吨以下试验机大多数都是这种规格，所以它的用途最广，性价比最高。

  2、高性能电子万能试验机；它与常规的一样，也是采用了伺服电机作为动力源，丝杠、丝母作为执行部件，它与常规所不同的是它的控制方式，可为载荷控制方式，从而使电液伺服万能试验机也可为应变控制或位移控制。

  1、手动液压力试验机；主要是采用简易高压的油源作为动力源，使用手动调整阀作为控制元件，通过人工手动实现加载，属于开环控制管理系统。受到油源流量及主机结构的限制，所以它的油缸活塞行程会比较小，一般在300mm左右，试验速度一般也比较小；

  2、电液伺服压力试验机；主要是采用了精密的高压的油源作为动力源，它使用的是伺服阀或比例阀作为控制元件，采用闭环自动控制，所以它的控制性能较高，一般可实现载荷、位移、应变三种控制模式。同手动液压力试验机一样，受到油源流量的限制，试验速度也会比较低。受整机刚度的影响，电液伺服压力试验机的吨位都不可能做的很小，大多数都在一吨以上。不过由于它有着多种控制模式，因而具有使用灵活，性能较高的特点。

  拉伸试验高温炉：配套使用于液压万能试验机和电子万能试验机为其试样提供高温环境。电炉外壳采取不锈钢制作，炉胆采用上、中、下三段加热，三个温度控制器分别控制三组加热丝，炉膛内温度均匀。采用PID模糊控制方式，试验温度过冲小，控制精度高，是高等院校、科研机构、厂矿材料研究单位的高性能材料试验设备。能够准确的通过使用环境要求与主机任意组合使用，可完成各种金属、非金属的高温拉伸试验，并能达到各种特殊行业（如塑料、橡胶）等的使用上的要求。做常温试验时只需把高温炉移开，可完全满足GB/T4338-2006，HB5195-1996中圆棒试样、矩形试样、管材等，在特殊环境和温度下的强度检验。

  万能试验机工艺试验用试验机：包括杯突试验机、弹簧试验机、弯曲试验机和线材扭转试验机。

  通过测力传感器、放大器和数据处理系统来实现测量，最常用的测力传感器是应变片式传感器。

  从材料力学上得知，在小变形条件下，一个弹性元件某一点的应变ε与弹性元件所受的力成正比，也与弹性的变形成正比。以S型传感器为例，当传感器受到拉力P的作用时，由于弹性元件表面粘贴有应变片，因为弹性元件的应变与外力P的大小成正比例，故此将应变片接入测量电路中，即可通过测出其输出电压，从而测量出力的大小。

  对于传感器，一般都会采用差动全桥测量，即将所粘贴的应变片组成桥路，R1、R2、R3、R4，实际为阻值相等的4片（或8片）应变片，即R1=R2=R3=R4，当传感器收到外部作用力（拉力或压力）作用时，传感器弹性元件产生应变而使各电阻值发生明显的变化，其变化值分别为△R1、△R2、△R3、△R4，结果原来平衡的电桥，现不平衡了，桥路就有电压输出。

  一般来说，传感器的输出信号都是非常微弱的，通常只有几个mV，如果我们直接对此信号做测量，是十分艰难的，并且不能够满足高精度测量要求。因此一定要通过放大器将此微弱信号放大，放大后的信号电压可达10V，此时的信号为模拟信号，这个模拟信号经过多路开关和A/D转换芯片转变为数字信号，接着进行数据处理，至此，力的测量告一段落。

  其原理同变形测量大致相同，都是经过测量光电编码器的输出脉冲数来获得横梁的位移量。

  2、当万能试验机在测试的过程中，不可随意的调整设备，这样会使得测量的数据存在问题，因此测量中一定不能随意调整设备，所有的调整 应该在设备未工作之前，才能保证设备测量数据的准确性。

  1、定期检查主机和油源处是否有漏油的地方，如发现有漏油，应按时换密封圈或组合垫;

  2、根据机器的使用情况及油的有效期，定期更换吸油过滤器和滤芯，更换液压油；

  3、长时间不做试验时，注意关断主机电源。如果机器在待机状态，转换开关应打到“加载”档，因为如果转换开关打在“快退”档，电磁换向阀一直在通电状态，会影响该器件的使用寿命。

  试验机主体及测力计安装时不需要特殊地基，只按地基图作好一般地基并留出地脚螺丝孔浇固即可。

  应注意接头垫圈是否完整，如不完整时应取用本机器附带的新垫圈装好以防高压时渗油。

  油的规格选用介绍：在液压传动中应采用优质的中等粘度矿物油。油内要不含水、酸及其他混合物，在普通温度下应不分解、不变稠，并在灌入机器以前，油液一定要经过过滤。由于用油不当，会使阀门和油路发生堵塞以及机器有可能产生振动，这一些都会影响试验机的正常运转。油的参考规格：比重：0.86—0.97；凝固点：-15℃到-20℃；根据真实的情况也可采用国产30—50号机油。

  开始使用试验机之前，必须将从油箱到油泵管路中间装设的活栓打开，活栓的刻线与管子成一直线时，表示油箱与油泵之间的油路畅通，如刻线与管子成正交时，则表示关闭。

  本试验机出厂接线伏，磁力启动器线伏，从电源引来的电线，经过测力计前罩接到接线板上.全部接线可参看本说明书里面附带之电气线路，接好电源并打开油箱与油泵的通路获栓，其他各部检查完毕后，可开动测力计台面上的按钮，试行运转油泵电动机，观察飞轮旋转方向是否与飞轮箭头方向一致，如不符合时应调换电源接头使其一致，再开动下钳口座升降用电动机，检查下钳口座的升降动作是否与按钮上所示的文字相符，再检查个超程及超荷电钮是否合用。

  主体安装好后通过底座上面探油针的座孔，用漏斗向油池内注入机油，注入的油深为30毫米，以探油针测出。

  安装油泵后的初次运转，先把油泵顶上的螺丝取下以与油箱内相同的油用油壶对准丝孔灌入，灌满后再拧紧螺丝，以后如发现内部机油使用日久不良时可将油泵下面螺丝堵拧开放出，再重新灌入清洁的油，如果每天正常使用的话，大约每月抽一次较适当。

  解决方案：重新选择曲线. 试验速度慢，未达到预加载设置的值，没有开始记录试验数据