測試速度對材料試驗機試驗力示值誤差的影響

熊忠琪 康張宜 / 上海市計量測試技術研究院

0 引言

現有大部分材料試驗機的檢定和校準主要根據JJG 475 - 2008《電子式萬能試驗機檢定規程》和JJG 139 - 1999《拉力、壓力和萬能試驗機檢定規程》[1,2]進行。對試驗力示值誤差的檢定需要持續的加載，但以上兩個規程都未對加載速度及加載方式進行規定。在日常檢定中，通常使用逐步加載的方式，對對應的力值點進行靜態的定點檢定。但對于一些無法進行逐步加載，甚至無法控制其速度的試驗機，由于對正確的力值標定點進行檢定有困難，從而導致試驗力示值誤差的錯誤和不可靠。

通過使用三臺0.1級量程分別是10 kN、100 kN和600 kN的力傳感器，對600 kN電子萬能材料試驗機進行全量程檢定。三臺力傳感器已通過中國計量科學研究院根據JJG 391 - 2009 《力傳感器檢定規程》[3]檢定為0.1級合格。被測電子萬能材料試驗機型號為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試驗力示值誤差大小的影響，設定測試速度分別為0.05mm/min、0.2mm/min，1mm/min，設定控制方式分別為連續加載和逐步加載[4]，從而得到在三種不同速度和兩種加載方式下的試驗力示值誤差。

1 試驗

分別由三臺0.1級力傳感器（其型號及量程范圍詳見表1），對被測0.5級電子萬能材料試驗機（其型號及量程范圍詳見表2）進行分段檢定，量程分為 2.4～10 kN， 10～100 kN, 100～600 kN。

表1 力傳感器型號及測量范圍

表2 電子萬能材料試驗機型號及測量范圍

檢定根據JJG 475 - 2008的要求進行，實驗室溫度和濕度控制在（20±1）℃和（50±5）%RH[1]。試驗速度由電腦控制試驗機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行兩種不同的加載方式（如圖1所示）。連續加載方式在規定速度下不間斷加載直至量程上限。逐步加載方式在到達被測點后穩定10 s再繼續加載。在三段量程中按照量程范圍平均取10個點作為被測點，記錄其試驗力，計算出試驗力示值誤差。

圖1 電子萬能材料試驗機加載方式

2 測試結果及分析

使用S9-10 kN力傳感器在不同速度和加載方式下測試2.4～10 kN范圍所得到的試驗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試10～100 kN范圍所得到的試驗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試10～100 kN范圍所得到的試驗力示值誤差范圍如表5所示。

從測試結果可以看出，測試速度對檢定試驗力的示值誤差有影響，在試驗機力值下限2.4 kN處以1mm/min連續加載測得的試驗力示值誤差為1.043%，與1mm/min逐步加載測得的試驗力示值誤差0.123%有近10倍的偏差，從而可能導致設備檢定的降級和不合格。從三張表格的數據對比可看出，在試驗機全量程范圍內，在三種不同試驗速度下，使用逐步加載方式測試到的試驗力示值誤差變化不大。在以0.05mm/min速度進行測試時，連續加載和逐步加載所測得的試驗力示值誤差也基本相同。可見逐步加載和低速連續加載，對試驗機的檢定不會產生較大影響。

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得的示值誤差趨勢圖，從曲線可看到：

1）試驗速度對試驗力示值誤差的影響在試驗機下限2.4～10 kN范圍內影響最大，隨著被測點力值的增大，偏差逐漸減小。

2）速度超過0.2mm/min的連續加載方式所測得的試驗力示值誤差偏大。

3）以1mm/min連續加載方式進行測試的示值誤差要遠大于以0.2mm/min連續加載方式進行的測試。

4）在連續加載方式中，測試初始點的偏差最大，后偏差逐步縮小。

圖2 S9 - 10 kN力傳感器的示值誤差趨勢圖

5）以0.2mm/min連續加載方式進行測試的示值誤差未超過0.5%。

6）以0.05mm/min連續加載和以不同速度逐步加載所測得的試驗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圖

圖4 RTN C3/68T- 600 kN力傳感器的示值誤差趨勢圖

3 結語

通過以上測試和對測試數據的分析，可以認為測試速度對試驗力示值誤差有影響。使用逐步加載的方式使得在被測點處得到靜載荷數據，可獲得較準確的試驗力示值誤差。對不能使用逐步加載方式進行測試的試驗機，控制其低速連續加載（速度低于0.2mm/min），可獲得較準確的試驗力示值誤差。

[1]全國力值、硬度計量技術委員會.JJG475－2008[S].北京：中國計量出版社，2008、1999、2009.

[2]全國力值、硬度計量技術委員會.JJG139－1999[S].北京：中國計量出版社，2008、1999、2009.

[3]全國力值、硬度計量技術委員會.JJG391－2009[S].北京：中國計量出版社，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