炭紙及雙極板電阻儀力值加載系統(tǒng)的工作原理與關(guān)鍵技術(shù)?

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(jī)制。常見的力值加載系統(tǒng)采用電機(jī)驅(qū)動絲杠的方式。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動絲杠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)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(shí)，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(gè)過程中，通過電機(jī)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(shí)，力值加載系統(tǒng)還配備有壓力傳感器，用于實(shí)時(shí)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)?

1. 高精度電機(jī)控制技術(shù) ：電機(jī)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(jī)控制技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的精確調(diào)節(jié)。伺服電機(jī)通過編碼器實(shí)時(shí)反饋電機(jī)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(jī)的輸入信號進(jìn)行調(diào)整，確保電機(jī)能夠以穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，從而實(shí)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(jī)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。?
2. 壓力傳感器技術(shù) ：壓力傳感器是力值加載系統(tǒng)實(shí)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(shí)電阻發(fā)生變化的原理，通過測量電阻值的變化來計(jì)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(diǎn)，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(shí)，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。?
3. 傳動機(jī)構(gòu)優(yōu)化技術(shù) ：力值加載系統(tǒng)的傳動機(jī)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(shí)現(xiàn)相對運(yùn)動，大大降低了摩擦力，提高了傳動效率和精度。同時(shí)，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(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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