引言
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,電子萬(wàn)能試驗機在社會(huì )生產(chǎn)中的應用不斷普及,由于其具有準確度高,功能強大,操作方便等優(yōu)點(diǎn),在中小力值測量范圍內逐漸代替了傳統的機械式和液壓式試驗機,深受廣大用戶(hù)的歡迎。電子萬(wàn)能試驗機的結構形式與傳統機械式試驗機不同,電子萬(wàn)能試驗機的主要結構包括:①主機部分(機架、絲桿、夾具等);②運動(dòng)控制系統(光電編碼器、交流伺服電機、變頻器等);③測量系統(力傳感器、測量放大器、引伸計等);④數據處理系統(計算機、軟件、數據采集器等)。通過(guò)計算機控制,電子萬(wàn)能試驗機可實(shí)現對各種材料進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲和剪切等多項性能試驗,并可對試驗數據進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示記錄、打印。
1.影響電子萬(wàn)能試驗機準確度的幾個(gè)因素
由于電子萬(wàn)能試驗機的技術(shù)含量高,部分檢定人員對其內部結構不了解,同時(shí),新規程對檢定的標準儀器、檢定的方法等要求也有所提高。因此計量部門(mén)在電子萬(wàn)能試驗機的檢定工作中,應注意以下幾個(gè)影響試驗機準確度的因素。
1.1 負荷傳感器的影響
傳感器是電子萬(wàn)能試驗機的主要測量部件,其技術(shù)指標對試驗機的準確度指標影響很大。電子萬(wàn)能試驗機中使用的多數是應變式負荷傳感器,其技術(shù)指標的判定依據有JJG391-1985《負荷傳感器》和JJG669-2003《稱(chēng)重傳感器》。其中測力用傳感器以JJG391-1985《負荷傳感器》為技術(shù)依據,衡器用傳感器以JJG669-2003《稱(chēng)重傳感器》為技術(shù)依據。JJG391《負荷傳感器》中給出的技術(shù)指標如表1所示。
(1) 傳感器的準確度
用于傳感器出廠(chǎng)檢驗的力標準機主要分為靜重式、杠桿式和疊加式等幾種。其中靜重式力標準機準確度最高,一般可以達到0 005%～0 01%的準確度,可檢定0 02級～0 03級的傳感器,但由于采用砝碼直接加荷,因此制造價(jià)格高,除個(gè)別大型傳感器廠(chǎng)的靜重式力標準機可達到100kN～200kN外,一般傳感器生產(chǎn)廠(chǎng)家的靜重式力標準機多為10kN。多數廠(chǎng)家檢定10kN以上傳感器時(shí),采用價(jià)格較低的杠桿式或疊加式力標準機,其準確度為0 03%,因此只能檢定0 1級的傳感器。由于測量手段的限制,10kN以上的國產(chǎn)傳感器準確度實(shí)際上多數為0 1級或以下。
試驗機制造廠(chǎng)家選用的傳感器級別一般為0 03級至0 1級。但部分傳感器廠(chǎng)家檢驗能力不夠,卻仍然將0 1級的傳感器標稱(chēng)為0 03、或0 05級,此類(lèi)傳感器用在電子試驗機上,就會(huì )對試驗機準確度產(chǎn)生較大影響。其次,由于市場(chǎng)競爭激烈,近幾年試驗機價(jià)格大幅下降,制造廠(chǎng)家出于對成本的考慮,會(huì )選用級別較低、價(jià)格較便宜的0 1級傳感器,并認為使用0 1級的傳感器制造1級的試驗機綽綽有余,這也對試驗機準確度產(chǎn)生影響。同時(shí),由于檢定規程中采用的是滿(mǎn)量程相對誤差,因此轉換為相對誤差時(shí)傳感器的準確度更低。
(2) 傳感器的穩定性
影響負荷傳感器性能的指標包括:重復性(%FS)、直線(xiàn)度(%FS)、滯后(%FS)、長(cháng)期穩定性(%FS/月)、蠕變/蠕變恢復(%FS)、輸出溫度影響(%FS/10K)等。其中“重復性、直線(xiàn)度、滯后”合稱(chēng)綜合誤差,為主要技術(shù)指標。由于電子試驗機在計算機數據處理軟件方面,具有內部校準和非線(xiàn)性修正程序,可以對傳感器的非線(xiàn)性誤差進(jìn)行修正,使試驗機在標定后的示值誤差數據非常好,可以在±0 2%～±0 3%以?xún)?但試驗機制造廠(chǎng)家往往只關(guān)注綜合誤差指標,而容易忽視其他幾個(gè)技術(shù)指標,造成試驗機的長(cháng)期穩定性不理想。
其中,輸出溫度影響是傳感器的一個(gè)重要指標,以0 03級傳感器為例,其輸出溫度影響允差為±0 03%FS/10K,即溫度每變化10℃,傳感器信號輸出會(huì )產(chǎn)生±0 03%FS的變化,即在10%量程時(shí)有可能產(chǎn)生±0 3%的變化。同樣,0 03級傳感器的長(cháng)期穩定性為±0 06%FS/月,即在10%量程時(shí)有可能產(chǎn)生±0 6%的變化。這些誤差是無(wú)法通過(guò)軟件程序進(jìn)行修正的。在實(shí)際檢定工作中,檢定人員會(huì )發(fā)現,一些電子試驗機在標定后數據值非常好,但過(guò)一段時(shí)間就會(huì )出現較大的誤差,這往往就是由于傳感器不穩定造成的。
(3) 傳感器使用下限的問(wèn)題
由于現在的A/D轉換技術(shù)發(fā)展迅速,20位、甚至24位的轉換模塊都已開(kāi)始普及應用,對傳感器輸出電信號的測量已經(jīng)比較準確,因此試驗機生產(chǎn)廠(chǎng)家也不斷擴展試驗機的測量下限,從原來(lái)的10%擴展到現在的1%,甚至0 5%都有,但這只是考慮了A/D轉換的因素,并沒(méi)有考慮傳感器的因素。從負荷傳感器的檢定規程可以看出,負荷傳感器的檢定點(diǎn)是從10%～20%開(kāi)始,其技術(shù)指標也是以此為依據確定的,在傳感器1%的量程下使用,各種因素對傳感器的影響是不確定的,傳感器的零點(diǎn)漂移和零點(diǎn)溫度影響等指標會(huì )對測量誤差產(chǎn)生較大的影響。例如,0 03級傳感器的零點(diǎn)漂移為0 015%FS,在1%量程下,其漂移量就為1 5%,遠超出試驗機的允差,并且無(wú)法用軟件程序修正。
同時(shí),由于許多電子試驗機具有零位自動(dòng)跟蹤功能,零點(diǎn)輸出值在一定范圍內變化時(shí),程序會(huì )將其自動(dòng)置零,我們平時(shí)看到試驗機的零點(diǎn)值十分穩定就是這個(gè)原因,但這就令我們沒(méi)法知道真正的零點(diǎn)漂移誤差。
1. 2 標準測力儀偏載的影響
許多電子試驗機的下壓板有自動(dòng)調心機構,而由于標準測力儀上壓頭一般也都有自動(dòng)調心機構,在檢定壓向力時(shí),如果下壓板沒(méi)有放置水平,就有可能使標準測力儀產(chǎn)生平行傾斜,試驗機的壓力不能垂直地加到標準測力儀上,假如標準測力儀產(chǎn)生3°的傾斜,則所受的實(shí)際力值為F.cos3°≈0 9986F,即會(huì )產(chǎn)生0 14%的誤差,如果被檢試驗機等級是0 5級的話(huà),就會(huì )對結果有較大的影響。因此,在檢定0 5級試驗機時(shí),是不應該同時(shí)使用兩個(gè)自動(dòng)調心機構的。
1.3 檢定方向的影響
電子萬(wàn)能試驗機的力值檢定分拉向和壓向兩部分,部分檢定人員認為試驗機的拉、壓向示值誤差數據是相同的,而且由于檢定拉向示值需要連接反向器,或者使用拉向傳感器,特別在檢定力值較大的試驗機時(shí),連接裝置比較復雜,從而會(huì )忽略拉向力值的檢定。實(shí)際上,傳感器的在不同方向受力時(shí)的信號輸出值是不一樣的,因此,對于電子萬(wàn)能試驗機必須分別檢定拉向和壓向的力值誤差。
1.4 引伸計的檢定
引伸計是電子萬(wàn)能試驗機的一個(gè)位移測量裝置,引伸計結合試驗機的力值檢測用于測量材料的變形、應變、彈性摸量等參數。但由于引伸計是屬于幾何量的測量?jì)x器,從事力學(xué)工作檢定人員對引伸計的結構原理和檢定方法不夠熟悉,也會(huì )忽視了引伸計的檢定。而部分用戶(hù)不了解引伸計是否需要單獨檢定,也會(huì )造成漏檢,最終影響試驗機的測量結果。因此,最新修訂的JJG475-2008《電子萬(wàn)能試驗機》和JJG157-2008《非金屬拉力、壓力和萬(wàn)能試驗機》檢定規程中,都將引伸計示值誤差規定為首次檢定和后續檢定的必檢項目。
2 總結
總之,電子萬(wàn)能試驗機是結合機械、電子和傳感器技術(shù)于一體的精密測量?jì)x器,因此計量檢定人員應該對其原理和結構有一定的了解,知道影響試驗機準確度的主要因素,并在檢定工作中盡量避免這些因素對檢定結果的影響。
本文摘自《計量與測試技術(shù)》2009年第36卷第4期 |
