電子萬(wàn)能試驗機知識概論
發(fā)布時(shí)間：2018-11-23 來(lái)源：濟南恒思盛大儀器有限公司 瀏覽：次
屈服點(diǎn)在材料力學(xué)性能試驗中是非常重要的，在許多的時(shí)候，它的重要性甚至大于材料的極限強度值 ( 極限強度是所有材料力學(xué)性能必需求取的指標之一 ) ，然而非常準確的求取它，在許多的時(shí)候又是一件不太容易的事。它受到許多因素的制約，歸納起來(lái)有：
一、夾具的影響； 二、 試驗機測控環(huán)節的影響； 三、 結果處理軟件的影響； 四、 試驗人員理論水平的影響等。
一、夾具的影響； 二、 試驗機測控環(huán)節的影響； 三、 結果處理軟件的影響； 四、 試驗人員理論水平的影響等。
一、 夾具的影響
這類(lèi)影響在 試驗中發(fā)生的機率較高，主要表現為試樣夾持部分打滑或試驗機某些力值傳遞環(huán)節間存在較大的間隙等因素，它在舊機器上出現的概率較大。由于機器在使用一段時(shí)間后，各相對運動(dòng)部件間會(huì )產(chǎn)生磨損現象，使得摩擦系數明顯降低，直觀(guān)的表現為夾塊的鱗狀尖峰被磨平，摩擦力大幅度的減小。當試樣受力逐漸增大達到靜摩擦力時(shí)，試樣就會(huì )打滑，從而產(chǎn)生虛假屈服現象。
這類(lèi)影響在 試驗中發(fā)生的機率較高，主要表現為試樣夾持部分打滑或試驗機某些力值傳遞環(huán)節間存在較大的間隙等因素，它在舊機器上出現的概率較大。由于機器在使用一段時(shí)間后，各相對運動(dòng)部件間會(huì )產(chǎn)生磨損現象，使得摩擦系數明顯降低，直觀(guān)的表現為夾塊的鱗狀尖峰被磨平，摩擦力大幅度的減小。當試樣受力逐漸增大達到靜摩擦力時(shí)，試樣就會(huì )打滑，從而產(chǎn)生虛假屈服現象。
二、 試驗機測控環(huán)節的影響
試驗機測控環(huán)節是整個(gè)試驗機的核心，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，目前這一環(huán)節基本上采用了各種電子電路實(shí)現自動(dòng)測控。由于自動(dòng)測控知識的深奧，結構的復雜，原理的不透明，一旦在產(chǎn)品的設計中考慮不周，就會(huì )對結果產(chǎn)生嚴重的影響，并且難以分析其原因。針對材料屈服點(diǎn)的求取主要的有下列幾點(diǎn)：
1 、傳感器放大器頻帶太窄 由于目前試驗機上所采用的力值檢測元件基本上為載荷傳感器或壓力傳感器，而這兩類(lèi)傳感器都為模擬小信號輸出類(lèi)型，在使用中必須進(jìn)行信號放大。眾所周知，在我們的環(huán)境中，存在著(zhù)各種各樣的電磁干擾信號，這種干擾信號會(huì )通過(guò)許多不同的渠道偶合到測量信號中一起被放大，結果使得有用信號被干擾信號淹沒(méi)。為了從干擾信號中提取出有用信號，針對材料試驗機的特點(diǎn)，一般在放大器中設置有低通濾波器。合理的設置低通濾波器的截止頻率，將放大器的頻帶限制在一個(gè)適當的范圍，就能使試驗機的測量控制性能得到極大的提高。然而在現實(shí)中，人們往往將數據的穩定顯示看的非常重要，而忽略了數據的真實(shí)性，將濾波器的截止頻率設置的非常低。這樣在充分濾掉干擾信號的同時(shí)，往往把有用信號也一起濾掉了。就萬(wàn)能材料試驗機而言，筆者認為這一頻帶小也應大于 10HZ ，達到 30HZ 。在實(shí)際中，有時(shí)放大器的頻帶雖然達到了這一范圍，但人們往往忽略了 A/D 轉換器的頻帶寬度，以至于造成了實(shí)際的頻帶寬度小于設置頻寬。以眾多的試驗機數據采集系統選用的 AD7705 、 AD7703 、 AD7701 等為例。 2 、數據采集速率太低 目前模擬信號的數據采集是通過(guò) A/D 轉換器來(lái)實(shí)現的。 A/D 轉換器的種類(lèi)很多，但在試驗機上采用多的是∑－△型 A/D 轉換器。這類(lèi)轉換器使用靈活，轉換速率可動(dòng)態(tài)調整，既可實(shí)現高速低精度的轉換，又可實(shí)現低速高精度的轉換。在試驗機上由于對數據的采集速率要求不是太高，一般達每秒幾十次到幾百次就可滿(mǎn)足需求，因而一般多采用較低的轉換速率，以實(shí)現較高的測量精度。 3 、控制方法使用不當 針對材料發(fā)生屈服時(shí)應力與應變的關(guān)系 ( 發(fā)生屈服時(shí)，應力不變或產(chǎn)生上下波動(dòng)，而應變則繼續增大 ) 國標推薦的控制模式為恒應變控制，而在屈服發(fā)生前的彈性階段控制模式為恒應力控制，這在絕大多數試驗機及某次試驗中是很難完成的。對于使用恒位移控制 ( 速度控制 ) 的試驗機，由于材料在彈性階段的應力速率與應變速率成正比關(guān)系，只要選擇合適的試驗速度，全程采用速度控制就可兼容兩個(gè)階段的控制特性要求。但對于只有力控制一種模式的試驗機，如果試驗機的響應特別快 ( 這是自動(dòng)控制努力想要達到的目的 ) ，則屈服發(fā)生的過(guò)程時(shí)間就會(huì )非常短，如果數據采集的速度不夠高，則就會(huì )丟失屈服值，優(yōu)異的控制性能反而變成了產(chǎn)生誤差的原因。所以在選擇試驗機及控制方法時(shí)不要選擇單一的載荷控制模式。
三、 結果處理軟件的影響
目前生產(chǎn)的試驗機絕大部分都配備了不同類(lèi)型的計算機 ( 如 PC 機，單片機等 )) ，以完成標準或用戶(hù)定義的各類(lèi)數據測試。與過(guò)去廣泛采用的圖解法相比有了非常大的進(jìn)步。然而由于標準的滯后，原有的部分定義，就顯得不夠明確。如屈服點(diǎn)的定義，只有定性的解釋?zhuān)鴽](méi)有定量的說(shuō)明，很不適應計算機自動(dòng)處理的需求。這就造成了：
判斷條件的各自設定 就屈服點(diǎn)而言 ( 以金屬拉伸 GB/T 228-2002 為例 ) 標準是這樣定義的：“屈服強度：當金屬材料呈現屈服現象時(shí)，在試驗期間達到塑性變形發(fā)生而力不增加的應力點(diǎn)，應區分上屈服強度和下屈服強度。上屈服強度：試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的應力。 下屈服強度 ：在屈服期間，不計初始瞬時(shí)效應時(shí)的應力。 " 屈服強度的疑問(wèn) ：如何理解“塑性變形發(fā)生而力不增加 ( 保持恒定 )" ？由于各種干擾源的存在，即使材料在屈服階段真的力值保持恒定 ( 這是不可能的 ) ，計算機所采集的數據也不會(huì )保持恒定，這就需要給出一個(gè)允許的數據波動(dòng)范圍，由于國標未作定義，所以各個(gè)試驗機生產(chǎn)廠(chǎng)家只好自行定義。由于條件的不統一，所求結果自然也就有所差異。 上下屈服強度的疑問(wèn) ：若材料出現上下屈服點(diǎn)，則必然出現力值的上下波動(dòng)，但這個(gè)波動(dòng)的幅度是多少呢？國標未作解釋?zhuān)羧〉奶?，可能將干擾誤求為上下屈服點(diǎn)，若取得太大，則可能將部分上下屈服點(diǎn)丟失。目前為了解決這一難題，各廠(chǎng)家都想了許多的辦法，如按材料進(jìn)行分類(lèi)定義“誤差帶 " 及“波動(dòng)幅度 " ，這可以解決大部分的使用問(wèn)題。但對不常見(jiàn)的材料及新材料的研究依然不能解決問(wèn)題。為此部分廠(chǎng)家將“誤差帶 " 及“波動(dòng)幅度 " 設計為用戶(hù)自定義參數，這從理論上解決了問(wèn)題，但對使用者卻提出了極高的要求。對下屈服點(diǎn)定義中“不計初始瞬時(shí)效應 " 的誤解什么叫“初始瞬時(shí)效應 " ？它是如何產(chǎn)生，是否所有的試驗都存在？這些問(wèn)題國標都未作解釋。所以在求取下屈服強度時(shí)絕大多數的情況都是丟掉了個(gè)“下峰點(diǎn) " 的。既然不是所有的試驗機都存在初始瞬時(shí)的效應，所以在求取結果時(shí)就不能一律丟掉個(gè)下峰點(diǎn)。但事實(shí)上，大部分的廠(chǎng)家的試驗機處理程序都是丟掉了個(gè)下峰點(diǎn)的。
四、 試驗人員的影響
在試驗設備已確定的情況下，試驗結果的優(yōu)劣就完全取決于試驗人員的綜合素質(zhì)。目前我國材料試驗機的操作人員綜合素質(zhì)普遍不高，專(zhuān)業(yè)知識與理論水平普遍較為欠缺，再加上新概念、新名詞的不斷出現，使他們很難適應材料試驗的需求。
試驗機測控環(huán)節是整個(gè)試驗機的核心，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，目前這一環(huán)節基本上采用了各種電子電路實(shí)現自動(dòng)測控。由于自動(dòng)測控知識的深奧，結構的復雜，原理的不透明，一旦在產(chǎn)品的設計中考慮不周，就會(huì )對結果產(chǎn)生嚴重的影響，并且難以分析其原因。針對材料屈服點(diǎn)的求取主要的有下列幾點(diǎn)：
1 、傳感器放大器頻帶太窄 由于目前試驗機上所采用的力值檢測元件基本上為載荷傳感器或壓力傳感器，而這兩類(lèi)傳感器都為模擬小信號輸出類(lèi)型，在使用中必須進(jìn)行信號放大。眾所周知，在我們的環(huán)境中，存在著(zhù)各種各樣的電磁干擾信號，這種干擾信號會(huì )通過(guò)許多不同的渠道偶合到測量信號中一起被放大，結果使得有用信號被干擾信號淹沒(méi)。為了從干擾信號中提取出有用信號，針對材料試驗機的特點(diǎn)，一般在放大器中設置有低通濾波器。合理的設置低通濾波器的截止頻率，將放大器的頻帶限制在一個(gè)適當的范圍，就能使試驗機的測量控制性能得到極大的提高。然而在現實(shí)中，人們往往將數據的穩定顯示看的非常重要，而忽略了數據的真實(shí)性，將濾波器的截止頻率設置的非常低。這樣在充分濾掉干擾信號的同時(shí)，往往把有用信號也一起濾掉了。就萬(wàn)能材料試驗機而言，筆者認為這一頻帶小也應大于 10HZ ，達到 30HZ 。在實(shí)際中，有時(shí)放大器的頻帶雖然達到了這一范圍，但人們往往忽略了 A/D 轉換器的頻帶寬度，以至于造成了實(shí)際的頻帶寬度小于設置頻寬。以眾多的試驗機數據采集系統選用的 AD7705 、 AD7703 、 AD7701 等為例。 2 、數據采集速率太低 目前模擬信號的數據采集是通過(guò) A/D 轉換器來(lái)實(shí)現的。 A/D 轉換器的種類(lèi)很多，但在試驗機上采用多的是∑－△型 A/D 轉換器。這類(lèi)轉換器使用靈活，轉換速率可動(dòng)態(tài)調整，既可實(shí)現高速低精度的轉換，又可實(shí)現低速高精度的轉換。在試驗機上由于對數據的采集速率要求不是太高，一般達每秒幾十次到幾百次就可滿(mǎn)足需求，因而一般多采用較低的轉換速率，以實(shí)現較高的測量精度。 3 、控制方法使用不當 針對材料發(fā)生屈服時(shí)應力與應變的關(guān)系 ( 發(fā)生屈服時(shí)，應力不變或產(chǎn)生上下波動(dòng)，而應變則繼續增大 ) 國標推薦的控制模式為恒應變控制，而在屈服發(fā)生前的彈性階段控制模式為恒應力控制，這在絕大多數試驗機及某次試驗中是很難完成的。對于使用恒位移控制 ( 速度控制 ) 的試驗機，由于材料在彈性階段的應力速率與應變速率成正比關(guān)系，只要選擇合適的試驗速度，全程采用速度控制就可兼容兩個(gè)階段的控制特性要求。但對于只有力控制一種模式的試驗機，如果試驗機的響應特別快 ( 這是自動(dòng)控制努力想要達到的目的 ) ，則屈服發(fā)生的過(guò)程時(shí)間就會(huì )非常短，如果數據采集的速度不夠高，則就會(huì )丟失屈服值，優(yōu)異的控制性能反而變成了產(chǎn)生誤差的原因。所以在選擇試驗機及控制方法時(shí)不要選擇單一的載荷控制模式。
三、 結果處理軟件的影響
目前生產(chǎn)的試驗機絕大部分都配備了不同類(lèi)型的計算機 ( 如 PC 機，單片機等 )) ，以完成標準或用戶(hù)定義的各類(lèi)數據測試。與過(guò)去廣泛采用的圖解法相比有了非常大的進(jìn)步。然而由于標準的滯后，原有的部分定義，就顯得不夠明確。如屈服點(diǎn)的定義，只有定性的解釋?zhuān)鴽](méi)有定量的說(shuō)明，很不適應計算機自動(dòng)處理的需求。這就造成了：
判斷條件的各自設定 就屈服點(diǎn)而言 ( 以金屬拉伸 GB/T 228-2002 為例 ) 標準是這樣定義的：“屈服強度：當金屬材料呈現屈服現象時(shí)，在試驗期間達到塑性變形發(fā)生而力不增加的應力點(diǎn)，應區分上屈服強度和下屈服強度。上屈服強度：試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的應力。 下屈服強度 ：在屈服期間，不計初始瞬時(shí)效應時(shí)的應力。 " 屈服強度的疑問(wèn) ：如何理解“塑性變形發(fā)生而力不增加 ( 保持恒定 )" ？由于各種干擾源的存在，即使材料在屈服階段真的力值保持恒定 ( 這是不可能的 ) ，計算機所采集的數據也不會(huì )保持恒定，這就需要給出一個(gè)允許的數據波動(dòng)范圍，由于國標未作定義，所以各個(gè)試驗機生產(chǎn)廠(chǎng)家只好自行定義。由于條件的不統一，所求結果自然也就有所差異。 上下屈服強度的疑問(wèn) ：若材料出現上下屈服點(diǎn)，則必然出現力值的上下波動(dòng)，但這個(gè)波動(dòng)的幅度是多少呢？國標未作解釋?zhuān)羧〉奶?，可能將干擾誤求為上下屈服點(diǎn)，若取得太大，則可能將部分上下屈服點(diǎn)丟失。目前為了解決這一難題，各廠(chǎng)家都想了許多的辦法，如按材料進(jìn)行分類(lèi)定義“誤差帶 " 及“波動(dòng)幅度 " ，這可以解決大部分的使用問(wèn)題。但對不常見(jiàn)的材料及新材料的研究依然不能解決問(wèn)題。為此部分廠(chǎng)家將“誤差帶 " 及“波動(dòng)幅度 " 設計為用戶(hù)自定義參數，這從理論上解決了問(wèn)題，但對使用者卻提出了極高的要求。對下屈服點(diǎn)定義中“不計初始瞬時(shí)效應 " 的誤解什么叫“初始瞬時(shí)效應 " ？它是如何產(chǎn)生，是否所有的試驗都存在？這些問(wèn)題國標都未作解釋。所以在求取下屈服強度時(shí)絕大多數的情況都是丟掉了個(gè)“下峰點(diǎn) " 的。既然不是所有的試驗機都存在初始瞬時(shí)的效應，所以在求取結果時(shí)就不能一律丟掉個(gè)下峰點(diǎn)。但事實(shí)上，大部分的廠(chǎng)家的試驗機處理程序都是丟掉了個(gè)下峰點(diǎn)的。
四、 試驗人員的影響
在試驗設備已確定的情況下，試驗結果的優(yōu)劣就完全取決于試驗人員的綜合素質(zhì)。目前我國材料試驗機的操作人員綜合素質(zhì)普遍不高，專(zhuān)業(yè)知識與理論水平普遍較為欠缺，再加上新概念、新名詞的不斷出現，使他們很難適應材料試驗的需求。
