引言

　　随着科学技术的快速发展,电子万能试验机在社会生产中的应用不断普及,由于其具有准确度高,功能强大,操作方便等优点,在中小力值测量范围内逐渐代替了传统的机械式和液压式试验机,深受广大用户的欢迎。电子万能试验机的结构形式与传统机械式试验机不同,电子万能试验机的主要结构包括:①主机部分(机架、丝杆、夹具等);②运动控制系统(光电编码器、交流伺服电机、变频器等);③测量系统(力传感器、测量放大器、引伸计等);④数据处理系统(计算机、软件、数据采集器等)。通过计算机控制,电子万能试验机可实现对各种材料进行拉伸、压缩、弯曲和剪切等多项性能试验,并可对试验数据进行实时显示记录、打印。

　　1.影响电子万能试验机准确度的几个因素

　　由于电子万能试验机的技术含量高,部分检定人员对其内部结构不了解,同时,新规程对检定的标准仪器、检定的方法等要求也有所提高。因此计量部门在电子万能试验机的检定工作中,应注意以下几个影响试验机准确度的因素。

　　1.1　负荷传感器的影响

　　传感器是电子万能试验机的主要测量部件,其技术指标对试验机的准确度指标影响很大。电子万能试验机中使用的多数是应变式负荷传感器,其技术指标的判定依据有JJG391-1985《负荷传感器》和JJG669-2003《称重传感器》。其中测力用传感器以JJG391-1985《负荷传感器》为技术依据,衡器用传感器以JJG669-2003《称重传感器》为技术依据。JJG391《负荷传感器》中给出的技术指标如表1所示。

　　(1) 传感器的准确度

　　用于传感器出厂检验的力标准机主要分为静重式、杠杆式和叠加式等几种。其中静重式力标准机准确度最高,一般可以达到0 005%～0 01%的准确度,可检定0 02级～0 03级的传感器,但由于采用砝码直接加荷,因此制造价格高,除个别大型传感器厂的静重式力标准机可达到100kN～200kN外,一般传感器生产厂家的静重式力标准机多为10kN。多数厂家检定10kN以上传感器时,采用价格较低的杠杆式或叠加式力标准机,其准确度为0 03%,因此只能检定0 1级的传感器。由于测量手段的限制,10kN以上的国产传感器准确度实际上多数为0 1级或以下。

　　试验机制造厂家选用的传感器级别一般为0 03级至0 1级。但部分传感器厂家检验能力不够,却仍然将0 1级的传感器标称为0 03、或0 05级,此类传感器用在电子试验机上,就会对试验机准确度产生较大影响。其次,由于市场竞争激烈,近几年试验机价格大幅下降,制造厂家出于对成本的考虑,会选用级别较低、价格较便宜的0 1级传感器,并认为使用0 1级的传感器制造1级的试验机绰绰有余,这也对试验机准确度产生影响。同时,由于检定规程中采用的是满量程相对误差,因此转换为相对误差时传感器的准确度更低。

　　(2) 传感器的稳定性

　　影响负荷传感器性能的指标包括:重复性(%FS)、直线度(%FS)、滞后(%FS)、长期稳定性(%FS/月)、蠕变/蠕变恢复(%FS)、输出温度影响(%FS/10K)等。其中“重复性、直线度、滞后”合称综合误差,为主要技术指标。由于电子试验机在计算机数据处理软件方面,具有内部校准和非线性修正程序,可以对传感器的非线性误差进行修正,使试验机在标定后的示值误差数据非常好,可以在±0 2%～±0 3%以内,但试验机制造厂家往往只关注综合误差指标,而容易忽视其他几个技术指标,造成试验机的长期稳定性不理想。

　　其中,输出温度影响是传感器的一个重要指标,以0 03级传感器为例,其输出温度影响允差为±0 03%FS/10K,即温度每变化10℃,传感器信号输出会产生±0 03%FS的变化,即在10%量程时有可能产生±0 3%的变化。同样,0 03级传感器的长期稳定性为±0 06%FS/月,即在10%量程时有可能产生±0 6%的变化。这些误差是无法通过软件程序进行修正的。在实际检定工作中,检定人员会发现,一些电子试验机在标定后数据值非常好,但过一段时间就会出现较大的误差,这往往就是由于传感器不稳定造成的。

　　(3) 传感器使用下限的问题

　　由于现在的A/D转换技术发展迅速,20位、甚至24位的转换模块都已开始普及应用,对传感器输出电信号的测量已经比较准确,因此试验机生产厂家也不断扩展试验机的测量下限,从原来的10%扩展到现在的1%,甚至0 5%都有,但这只是考虑了A/D转换的因素,并没有考虑传感器的因素。从负荷传感器的检定规程可以看出,负荷传感器的检定点是从10%～20%开始,其技术指标也是以此为依据确定的,在传感器1%的量程下使用,各种因素对传感器的影响是不确定的,传感器的零点漂移和零点温度影响等指标会对测量误差产生较大的影响。例如,0 03级传感器的零点漂移为0 015%FS,在1%量程下,其漂移量就为1 5%,远超出试验机的允差,并且无法用软件程序修正。

　　同时,由于许多电子试验机具有零位自动跟踪功能,零点输出值在一定范围内变化时,程序会将其自动置零,我们平时看到试验机的零点值十分稳定就是这个原因,但这就令我们没法知道真正的零点漂移误差。

　　1. 2　标准测力仪偏载的影响

　　许多电子试验机的下压板有自动调心机构,而由于标准测力仪上压头一般也都有自动调心机构,在检定压向力时,如果下压板没有放置水平,就有可能使标准测力仪产生平行倾斜,试验机的压力不能垂直地加到标准测力仪上,假如标准测力仪产生3°的倾斜,则所受的实际力值为F.cos3°≈0 9986F,即会产生0 14%的误差,如果被检试验机等级是0 5级的话,就会对结果有较大的影响。因此,在检定0 5级试验机时,是不应该同时使用两个自动调心机构的。

　　1.3　检定方向的影响

　　电子万能试验机的力值检定分拉向和压向两部分,部分检定人员认为试验机的拉、压向示值误差数据是相同的,而且由于检定拉向示值需要连接反向器,或者使用拉向传感器,特别在检定力值较大的试验机时,连接装置比较复杂,从而会忽略拉向力值的检定。实际上,传感器的在不同方向受力时的信号输出值是不一样的,因此,对于电子万能试验机必须分别检定拉向和压向的力值误差。

　　1.4　引伸计的检定

　　引伸计是电子万能试验机的一个位移测量装置,引伸计结合试验机的力值检测用于测量材料的变形、应变、弹性摸量等参数。但由于引伸计是属于几何量的测量仪器,从事力学工作检定人员对引伸计的结构原理和检定方法不够熟悉,也会忽视了引伸计的检定。而部分用户不了解引伸计是否需要单独检定,也会造成漏检,最终影响试验机的测量结果。因此,最新修订的JJG475-2008《电子万能试验机》和JJG157-2008《非金属拉力、压力和万能试验机》检定规程中,都将引伸计示值误差规定为首次检定和后续检定的必检项目。

　　2　总结

　　总之,电子万能试验机是结合机械、电子和传感器技术于一体的精密测量仪器,因此计量检定人员应该对其原理和结构有一定的了解,知道影响试验机准确度的主要因素,并在检定工作中尽量避免这些因素对检定结果的影响。

　　本文摘自《计量与测试技术》2009年第36卷第4期