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(guī)程》和JJG 139 - 1999《拉力、壓力和萬能試驗機檢定規(guī)程》[1,2]進行。對試驗力示值誤差的檢定需要持續(xù)的加載，但以上兩個規(guī)程都未對加載速度及加載方式進行規(guī)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(tài)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(guī)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(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(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被測點后穩(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(xù)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(xù)加載和逐步加載所測得的試驗力示值誤差也基本相同?？梢娭鸩郊虞d和低速連續(xù)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(xù)加載方式所測得的試驗力示值誤差偏大。

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

4）在連續(xù)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(xù)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(xù)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(xù)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