日本 Tecgihan YAWASA 超高感度押入试验机 YWS-5N-1 工作原理

一、设备定位与检测目标

YWS-5N-1 是日本テック技贩（Tecgihan）YAWASA 系列超高感度压入试验机，专门面向低弹性软质材料开展触感力学测试。日常所说材料的软硬属于主观触觉感受，该仪器通过压入试验，将触觉感受转化为可量化的力学指标，适合食品、弹性凝胶、生物软组织、柔性高分子材料等样品评估。设备额定载荷 5N，测量杨氏模量区间 1kPa～10⁴kPa，用于获取载荷 - 位移曲线，计算杨氏模量、曲线斜率、滞后损耗与形变能量等参数，可在实验室固定支架或者手持方式开展测试。

二、伺服驱动压入机构与恒速控制原理

仪器核心由伺服驱动单元、高精度位移传感组件和可更换压头构成。伺服系统带动压头沿垂直方向做压入与回程动作，系统采用恒速控制逻辑，无论压入过程中载荷如何变化，都能够维持预设压入速度稳定。YWS-5N-1 压入速度可在 1～10mm/s 范围内设定，行程总长 18mm。恒定速度可以减少变速带来的动态误差，保证不同样品、不同批次测试条件保持一致，提升数据可复现性。

压头是与样品直接接触的部件，可根据样品形态更换，包含圆形、扁平、细长型多种样式。压头尺寸选择存在参考约束，压入深度一般不超过压头直径的 1/6，以此降低样品侧向形变对计算结果带来的干扰，保障力学模型适用。

三、载荷与位移信号采集

整套测试的基础是同步采集压入过程的载荷与位移两组信号。在压头向下接触样品后，样品发生形变，产生反作用力，仪器内置的高灵敏度弹性传感器实时采集力值；位移传感器持续记录压头行进深度。设备同步记录加载和卸载回程全过程，完整得到载荷 - 位移（F-S）曲线，而不是仅读取单点数值。

系统软件具备自动识别接触点功能，可以识别压头刚刚触碰样品表面的时刻，消除空载行程对曲线基线的干扰。基于连续采集的曲线数据，软件按照对应的力学模型计算杨氏模量。同时，加载与卸载两条曲线之间包围的面积，代表材料形变过程的能量损耗，也就是滞后特性，用于评估材料粘弹性。

四、材料力学参数的计算逻辑

杨氏模量是该仪器的核心输出指标，表征材料抵抗弹性形变的能力。在小形变条件下，根据压入载荷、压入深度、压头几何形状，通过接触力学模型计算得到杨氏模量。对于粘弹性软材料，形变同时包含弹性恢复与粘性损耗，加载时外力做功，卸载时部分能量无法回收，表现为加载与卸载曲线不重合，形成滞后环。滞后环面积反映材料内部能量耗散，适合评估凝胶、海绵、食品这类兼具弹性与粘性的物质。

该设备针对软质低弹性材料优化，对于硬质、形变量很小的材料，信号变化微弱，不适合采用该机型测量。

五、两种测试方式与稳定性要求

设备支持两种操作方式，一种是手持测量，适合现场快速筛查；另一种是搭配专用固定支架，将仪器整体锁紧，适合高精度、重复性要求高的实验室试验。手持操作会引入手部微小晃动，仅适合相对对比测试；支架固定模式可以消除仪器本体位移，保证只有压头产生位移，是精准定量测量的推荐方案。

仪器通过 Mini-B USB 连接电脑，配套专用分析软件，实时可视化载荷位移曲线，完成参数运算、数据存储与报告导出。供电采用 12V 直流适配器，控制器独立放置，减少主机的电气噪声对传感信号的影响。

六、适用场景与测试局限

设备常用于食品质地检测、柔性高分子、医用凝胶、仿生材料、皮肤触感评估等领域，用于研发配方比对、来料质检、工艺变更前后的材料触感对比。测试结果受样品厚度、表面平整度、环境温湿度影响，样品厚度不足会受到底部支撑物干扰；多孔吸水样品在压入过程发生内部结构坍塌，会造成曲线偏离理论模型。该设备适合同批次样品相对对比评估；如作为正式仲裁检测，需要统一样品制备方式、压头规格、压入速度与环境条件。

综合来看，YWS-5N-1 依靠伺服恒速驱动压头压入样品，同步采集载荷与位移信号，记录完整加载卸载曲线，借助接触力学模型把软材料的触觉软硬量化为杨氏模量、滞后能量等指标。兼顾手持现场检测与支架固定高精度测量两种模式，为低弹性软材料触感与粘弹性评估提供可复现的测试手段。