炭纸及双极板电阻仪力值加载系统的工作原理与关键技术​

工作原理​

在炭纸及双极板电阻仪中，力值加载系统承担着向炭纸或双极板样品施加特定压力的重要任务。其核心工作原理基于力的传递与控制机制。常见的力值加载系统采用电机驱动丝杠的方式。电机运转时，将电能转化为机械能，带动丝杠进行旋转运动。丝杠与螺母构成螺旋传动副，螺母在丝杠的带动下产生直线位移，进而将力传递到与螺母相连的加载压头，使压头对样品施加压力。​

例如，当需要对炭纸进行垂直电阻率测试时，加载压头在力值加载系统的作用下，缓缓下降与炭纸样品接触，并按照设定的压力值持续施加压力。在这个过程中，通过电机的转速控制以及丝杠的螺距等参数，能够精确调节加载压头的位移速度和施加力的大小。同时，力值加载系统还配备有压力传感器，用于实时监测施加在样品上的力值，并将信号反馈给控制系统，形成闭环控制，确保施加力的准确性和稳定性。​

关键技术​

1. 高精度电机控制技术 ：电机作为力值加载系统的动力源，其控制精度直接影响力值加载的准确性。采用先进的伺服电机控制技术，能够实现电机转速的精确调节。伺服电机通过编码器实时反馈电机的旋转位置和速度信息，控制系统根据预设的力值和位移参数，对电机的输入信号进行调整，确保电机能够以稳定的转速运行，从而实现加载压头的匀速移动和精确的力值施加。例如，在一些高端电阻仪的力值加载系统中，伺服电机的转速控制精度可达 0.1r/min 以下，为高精度的力值加载提供了有力保障。​
2. 压力传感器技术 ：压力传感器是力值加载系统实现闭环控制的关键部件。它能够将施加在样品上的压力转换为电信号，并传输给控制系统。目前，常用的压力传感器有应变片式压力传感器和压电式压力传感器。应变片式压力传感器利用金属应变片在受力时电阻发生变化的原理，通过测量电阻值的变化来计算压力大小。其具有精度高、稳定性好、线性度优良等特点，测量精度可达 0.1% FS（满量程）。压电式压力传感器则是基于压电材料的压电效应，当受到压力作用时，压电材料会产生电荷量与压力成正比的电荷。这种传感器响应速度快，适用于动态力测量场合，在炭纸及双极板电阻仪力值加载系统中，可用于监测快速加载过程中的力值变化。​
3. 传动机构优化技术 ：力值加载系统的传动机构，如丝杠螺母副，对力的传递效率和精度有重要影响。为了提高传动精度，通常采用高精度的滚珠丝杠。滚珠丝杠在丝杠与螺母之间安装有滚珠，通过滚珠的滚动来实现相对运动，大大降低了摩擦力，提高了传动效率和精度。同时，对丝杠的制造精度要求极高，例如丝杠的螺距误差控制在±0.002mm 以内，以确保加载压头在移动过程中的位移精度。此外，在传动机构的设计中，还会采用预紧装置，消除丝杠螺母副之间的间隙，进一步提高传动的稳定性和精度。
   

审核编辑 黄宇