[发明专利]一种高分辨力变量程微尺度材料试验机

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于微尺度材料力学性能测试的仪器。特别涉及一种可变量程，可以进行拉、压两种方式测试的材料试验机，可在10^-6N～10¹N范围内进行微尺度力学性能测试。

背景技术

随着科技的发展，微机械(MEMS)技术、生物纳米技术等以其独特的优势得到愈来愈快的发展，这些技术所用材料的力学性能是决定技术能否安全、可靠使用的关键。这些材料属于微尺度材料，力学性能测试涉及10^-6N～10^-1N范围，传统的材料试验机受到结构及原理的限制，不能满足测量要求，因而迫切需要研制出新的高精度的微尺度材料试验机。

目前用于微尺度材料力学测试的仪器主要两种：(1)小型化的材料试验机。这种仪器多采用马达驱动、应变式力传感器测量力。典型代表有INSTRON5848Micro Tester和束纤维强力仪(斯特洛仪)。其中，INSTRON 5848Micro Tester载荷量程范围在100N～103N，最小分辨率可达0.01N，位移范围在110mm以内；束纤维强力仪(斯特洛仪)通常量程在10^-1N～10²N，最小分辨力可达0.001N，位移测量范围较大，只能进行拉伸测试而不能进行压缩测试。以上两种小型材料试验机的共同的不足是分辨力低，不能满足微米量级力的测试要求。(2)电磁式微力学测试仪。此种测试仪采用电磁驱动兼载荷计量，利用通电线圈在磁场中受力的原理，通过测量和控制线圈中电流来测量和施加微小载荷。这类仪器量程范围在10^-3N～10⁰N，能够实现微力的测量，但受磁场均匀性的限制，位移测量的范围收到限制，对于小力大变形的测试不能有效的实现。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种可以实现变量程微尺度力学性能测试的材料试验机，具有高分辨力，能够方便地测量小力/小变形和小力/大变形两种极端的情况。

本发明提供的一种高分辨力变量程微尺度材料试验机包括：支架、升降机构、位移传感器、具有一定重量的重力块和电子天平，升降机构安装在支架上，位移传感器的一端设置在升降机构上，所述升降机构用于在高度方向上对位移传感器进行举升；位移传感器的另一端固定有第一夹具，重力块置于电子天平上，重力块上安装有第二夹具，当测量10^-6N～1N的载荷时，试样夹持在第一夹具和第二夹具之间。

优选地，还包括力传感器，该力传感器设置在支架上，该力传感器上设置有第三夹具，当测量1N～10N量级的载荷时，所述试样夹持在第一夹具和第三夹具之间。

优选地，还包括信号采集器、通讯单元和计算机，所述信号采集器采集所述位移传感器测量的数据，并将采集的数据信号通过通讯单元传递给所述计算机，所述计算机再结合所述电子天平或力传感器测量的数据进行处理。

本发明具有如下优点：

1、可以实现微尺度测量，测量范围为10^-6N～10¹N量级；

2、使用天平和力传感器两种方法来测量力，可以实现变量程测量。其中天平的分辨力可以很小，有些电子天平的可读性可达0.01mg，故试验机分辨力可到10^-6N量级，量程约为1N。载荷传感器则可测量10¹N范围的力。

3、位移大行程，位移范围可在10⁰～10¹mm，对于小载荷大变形和小载荷小变形两种极端情况的测量提供了解决方案。

4、变量程分别使用电子天平和力传感器，原理变化大，仪器本身变化却很小，控制部分具有良好的兼容性，实现一机多用。

5、可以进行拉、压两种形式的测试。

6、与强力机比较：用于纤维材料的强力机(斯特洛仪)通常量程在10^-1～10²N，分辨力约为0.001～1N，分辨力低，不能满足高分辨力，微小力的测量。且强力机只能进行拉伸测试，而不能进行压缩的测试。

7、与之前电磁控制的仪器相比优势：本发明不受磁场均匀性的控制，位移测量范围大大增加。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1对本发明的一个优选实施例进行详细说明：