測(cè)試速度對(duì)材料試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)力示值誤差的影響

熊忠琪 康張宜 / 上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

0 引言

現(xiàn)有大部分材料試驗(yàn)機(jī)的檢定和校準(zhǔn)主要根據(jù)JJG 475 - 2008《電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》和JJG 139 - 1999《拉力、壓力和萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》[1,2]進(jìn)行。對(duì)試驗(yàn)力示值誤差的檢定需要持續(xù)的加載，但以上兩個(gè)規(guī)程都未對(duì)加載速度及加載方式進(jìn)行規(guī)定。在日常檢定中，通常使用逐步加載的方式，對(duì)對(duì)應(yīng)的力值點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)的定點(diǎn)檢定。但對(duì)于一些無(wú)法進(jìn)行逐步加載，甚至無(wú)法控制其速度的試驗(yàn)機(jī)，由于對(duì)正確的力值標(biāo)定點(diǎn)進(jìn)行檢定有困難，從而導(dǎo)致試驗(yàn)力示值誤差的錯(cuò)誤和不可靠。

通過(guò)使用三臺(tái)0.1級(jí)量程分別是10 kN、100 kN和600 kN的力傳感器，對(duì)600 kN電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行全量程檢定。三臺(tái)力傳感器已通過(guò)中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院根據(jù)JJG 391 - 2009 《力傳感器檢定規(guī)程》[3]檢定為0.1級(jí)合格。被測(cè)電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)型號(hào)為ZWICK/ROLL Z600，可由電腦控制其加載方式和速度。為了得到不同速度對(duì)試驗(yàn)力示值誤差大小的影響，設(shè)定測(cè)試速度分別為0.05mm/min、0.2mm/min，1mm/min，設(shè)定控制方式分別為連續(xù)加載和逐步加載[4]，從而得到在三種不同速度和兩種加載方式下的試驗(yàn)力示值誤差。

1 試驗(yàn)

分別由三臺(tái)0.1級(jí)力傳感器（其型號(hào)及量程范圍詳見表1），對(duì)被測(cè)0.5級(jí)電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)（其型號(hào)及量程范圍詳見表2）進(jìn)行分段檢定，量程分為 2.4～10 kN， 10～100 kN, 100～600 kN。

表1 力傳感器型號(hào)及測(cè)量范圍

表2 電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)型號(hào)及測(cè)量范圍

檢定根據(jù)JJG 475 - 2008的要求進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)室溫度和濕度控制在（20±1）℃和（50±5）%RH[1]。試驗(yàn)速度由電腦控制試驗(yàn)機(jī)的橫梁位移速度分別為 0.05mm/min、0.2mm/min和1mm/min。在不同速度下分別進(jìn)行兩種不同的加載方式（如圖1所示）。連續(xù)加載方式在規(guī)定速度下不間斷加載直至量程上限。逐步加載方式在到達(dá)被測(cè)點(diǎn)后穩(wěn)定10 s再繼續(xù)加載。在三段量程中按照量程范圍平均取10個(gè)點(diǎn)作為被測(cè)點(diǎn)，記錄其試驗(yàn)力，計(jì)算出試驗(yàn)力示值誤差。

圖1 電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)加載方式

2 測(cè)試結(jié)果及分析

使用S9-10 kN力傳感器在不同速度和加載方式下測(cè)試2.4～10 kN范圍所得到的試驗(yàn)力示值誤差范圍如表3所示。

使用RTN C3/10T- 100 kN力傳感器在不同速度和加載方式下測(cè)試10～100 kN范圍所得到的試驗(yàn)力示值誤差范圍如表4所示。

使用RTN C3/68T- 600 kN力傳感器在不同速度和加載方式下測(cè)試10～100 kN范圍所得到的試驗(yàn)力示值誤差范圍如表5所示。

從測(cè)試結(jié)果可以看出，測(cè)試速度對(duì)檢定試驗(yàn)力的示值誤差有影響，在試驗(yàn)機(jī)力值下限2.4 kN處以1mm/min連續(xù)加載測(cè)得的試驗(yàn)力示值誤差為1.043%，與1mm/min逐步加載測(cè)得的試驗(yàn)力示值誤差0.123%有近10倍的偏差，從而可能導(dǎo)致設(shè)備檢定的降級(jí)和不合格。從三張表格的數(shù)據(jù)對(duì)比可看出，在試驗(yàn)機(jī)全量程范圍內(nèi)，在三種不同試驗(yàn)速度下，使用逐步加載方式測(cè)試到的試驗(yàn)力示值誤差變化不大。在以0.05mm/min速度進(jìn)行測(cè)試時(shí)，連續(xù)加載和逐步加載所測(cè)得的試驗(yàn)力示值誤差也基本相同。可見逐步加載和低速連續(xù)加載，對(duì)試驗(yàn)機(jī)的檢定不會(huì)產(chǎn)生較大影響。

表3 S9 - 10 kN力傳感器在不同速度和加載方式下測(cè)得的示值誤差

表4 RTN C3/10T- 100 kN力傳感器在不同速度和加載方式下測(cè)得的示值誤差

表5 RTN C3/68T- 600 kN力傳感器在不同速度和加載方式下測(cè)得的示值誤差

圖2～圖4是三段量程在不同速度和加載方式下測(cè)得的示值誤差趨勢(shì)圖，從曲線可看到：

1）試驗(yàn)速度對(duì)試驗(yàn)力示值誤差的影響在試驗(yàn)機(jī)下限2.4～10 kN范圍內(nèi)影響最大，隨著被測(cè)點(diǎn)力值的增大，偏差逐漸減小。

2）速度超過(guò)0.2mm/min的連續(xù)加載方式所測(cè)得的試驗(yàn)力示值誤差偏大。

3）以1mm/min連續(xù)加載方式進(jìn)行測(cè)試的示值誤差要遠(yuǎn)大于以0.2mm/min連續(xù)加載方式進(jìn)行的測(cè)試。

4）在連續(xù)加載方式中，測(cè)試初始點(diǎn)的偏差最大，后偏差逐步縮小。

圖2 S9 - 10 kN力傳感器的示值誤差趨勢(shì)圖

5）以0.2mm/min連續(xù)加載方式進(jìn)行測(cè)試的示值誤差未超過(guò)0.5%。

6）以0.05mm/min連續(xù)加載和以不同速度逐步加載所測(cè)得的試驗(yàn)力示值誤差曲線基本重合。

圖3 RTN C3/10T- 100 kN力傳感器的示值誤差趨勢(shì)圖

圖4 RTN C3/68T- 600 kN力傳感器的示值誤差趨勢(shì)圖

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上測(cè)試和對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析，可以認(rèn)為測(cè)試速度對(duì)試驗(yàn)力示值誤差有影響。使用逐步加載的方式使得在被測(cè)點(diǎn)處得到靜載荷數(shù)據(jù)，可獲得較準(zhǔn)確的試驗(yàn)力示值誤差。對(duì)不能使用逐步加載方式進(jìn)行測(cè)試的試驗(yàn)機(jī)，控制其低速連續(xù)加載（速度低于0.2mm/min），可獲得較準(zhǔn)確的試驗(yàn)力示值誤差。

[1]全國(guó)力值、硬度計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJG475－2008[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2008、1999、2009.

[2]全國(guó)力值、硬度計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJG139－1999[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2008、1999、2009.

[3]全國(guó)力值、硬度計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJG391－2009[S].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2008、1999、2009.

[4]Bulent Aydemir, Sinan Fank, Baris Cal.Effect of test speed on verification of material testing machine[J].Science Direct Measurement, 2007, 40: 343－346