對(duì)電子式拉力試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)生影響的因素的分析

    準(zhǔn)確求取屈服點(diǎn)在材料力學(xué)性能試驗(yàn)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(qiáng)度值（極限強(qiáng)度是所

有材料力學(xué)性能必需求取的指標(biāo)之一），然而非常準(zhǔn)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，

歸納起來有：
    ＊ 夾具的影響；
    ＊ 試驗(yàn)機(jī)測(cè)控環(huán)節(jié)的影響；
    ＊ 結(jié)果處理軟件的影響；
    ＊ 試驗(yàn)人員理論水平的影響等。
    這其中的每一種影響都包含了不同的方面。下面逐一進(jìn)行分析
 
    一、 夾具的影響
   這類影響在試驗(yàn)中發(fā)生的機(jī)率較高，主要表現(xiàn)為試樣夾持部分打滑或試驗(yàn)機(jī)某些力值傳遞環(huán)節(jié)間存在較大的間隙等因素，它在舊

機(jī)器上出現(xiàn)的概率較大。由于機(jī)器在使用一段時(shí)間后，各相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件間會(huì)產(chǎn)生磨損現(xiàn)象，使得摩擦系數(shù)明顯降低，zui直觀的表現(xiàn)

為夾塊的鱗狀尖峰被磨平，摩擦力大幅度的減小。當(dāng)試樣受力逐漸增大達(dá)到zui大靜摩擦力時(shí)，試樣就會(huì)打滑，從而產(chǎn)生虛假屈服現(xiàn)

象。如果以前使用該試驗(yàn)機(jī)所作試驗(yàn)屈服值正常，而現(xiàn)在所作試驗(yàn)屈服值明顯偏低，且在某些較硬或者較脆的材料試驗(yàn)時(shí)現(xiàn)象尤為

明顯，則一般應(yīng)首先考慮是這一原因。這時(shí)需及時(shí)進(jìn)行設(shè)備的大修，消除間隙，更換夾塊。
 
    二、 試驗(yàn)機(jī)測(cè)控環(huán)節(jié)的影響
   試驗(yàn)機(jī)測(cè)控環(huán)節(jié)是整個(gè)試驗(yàn)機(jī)的核心，隨著技術(shù)的發(fā)展，目前這一環(huán)節(jié)基本上采用了各種電子電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)控。由于自動(dòng)測(cè)控

知識(shí)的深?yuàn)W，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，原理的不透明，一旦在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中考慮不周，就會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，并且難以分析其原因。針

對(duì)材料屈服點(diǎn)的求取zui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(yàn)機(jī)上所采用的力值檢測(cè)元件基本上為載荷傳感器或壓力傳感器，而這兩類傳感器都為模擬小信號(hào)輸出類型，在使用

中必須進(jìn)行信號(hào)放大。*，在我們的環(huán)境中，存在著各種各樣的電磁干擾信號(hào)，這種干擾信號(hào)會(huì)通過許多不同的渠道偶合到

測(cè)量信號(hào)中一起被放大，結(jié)果使得有用信號(hào)被干擾信號(hào)淹沒。為了從干擾信號(hào)中提取出有用信號(hào)，針對(duì)材料試驗(yàn)機(jī)的特點(diǎn)，一般在

放大器中設(shè)置有低通濾波器。合理的設(shè)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(dāng)?shù)姆秶湍苁乖囼?yàn)機(jī)的測(cè)量控

制性能得到*的提高。然而在現(xiàn)實(shí)中，人們往往將數(shù)據(jù)的穩(wěn)定顯示看的非常重要，而忽略了數(shù)據(jù)的真實(shí)性，將濾波器的截止頻率

設(shè)置的非常低。這樣在充分濾掉干擾信號(hào)的同時(shí)，往往把有用信號(hào)也一起濾掉了。在日常生活中，我們常見的電子秤，數(shù)據(jù)很穩(wěn)定

，其原因之一就是它的頻帶很窄，干擾信號(hào)基本不能通過。這樣設(shè)計(jì)的原因是電子秤稱量的是穩(wěn)態(tài)信號(hào)，對(duì)稱量的過渡過程是不關(guān)

心的，而材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)量的是動(dòng)態(tài)信號(hào)，它的頻譜是非常寬的，若頻帶太窄，較高頻率的信號(hào)就會(huì)被衰減或?yàn)V除，從而引起失真。

對(duì)于屈服表現(xiàn)為力值多次上下波動(dòng)的情況，這種失真是不允許的。就材料試驗(yàn)機(jī)而言，筆者認(rèn)為這一頻帶zui小也應(yīng)大于10HZ，

達(dá)到30HZ。在實(shí)際中，有時(shí)放大器的頻帶雖然達(dá)到了這一范圍，但人們往往忽略了A/D轉(zhuǎn)換器的頻帶寬度，以至于造成了實(shí)際的

頻帶寬度小于設(shè)置頻寬。以眾多的試驗(yàn)機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選用的AD7705、AD7703、AD7701等為例。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器以“zui高輸出數(shù)據(jù)速率

4KHZ”運(yùn)行時(shí)，它的模擬輸入處理電路達(dá)到zui大的頻帶寬度10HZ。當(dāng)以試驗(yàn)機(jī)zui常用的100HZ的輸出數(shù)據(jù)速率工作時(shí)，其模擬輸入處

理電路的實(shí)際帶寬只有0.25HZ，這會(huì)把很多的有用信號(hào)給丟失，如屈服點(diǎn)的力值波動(dòng)等。用這樣的電路當(dāng)然不能得到正確試驗(yàn)結(jié)果

。
    2、數(shù)據(jù)采集速率太低
   目前模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)采集是通過A/D轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)的。A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，但在試驗(yàn)機(jī)上采用zui多的是∑－△型A/D轉(zhuǎn)換器。

這類轉(zhuǎn)換器使用靈活，轉(zhuǎn)換速率可動(dòng)態(tài)調(diào)整，既可實(shí)現(xiàn)高速低精度的轉(zhuǎn)換，又可實(shí)現(xiàn)低速高精度的轉(zhuǎn)換。在試驗(yàn)機(jī)上由于對(duì)數(shù)據(jù)的

采集速率要求不是太高，一般達(dá)每秒幾十次到幾百次就可滿足需求，因而一般多采用較低的轉(zhuǎn)換速率，以實(shí)現(xiàn)較高的測(cè)量精度。但

在某些廠家生產(chǎn)的試驗(yàn)機(jī)上，為了追求較高的采樣分辨率，以及*的數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定性，而將采樣速度降的很低，這是不可取的。

因?yàn)楫?dāng)采樣速度很低時(shí)，對(duì)高速變化的信號(hào)就無法實(shí)時(shí)準(zhǔn)確采集。例如金屬材料性能試驗(yàn)中，當(dāng)材料發(fā)生屈服而力值上下波動(dòng)時(shí)信

號(hào)變化就是如此，以至于不能準(zhǔn)確求出上下屈服點(diǎn)，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，結(jié)果丟了西瓜撿芝麻。
那么如何判斷一個(gè)系統(tǒng)的頻帶寬窄以及采樣速率的高低呢？
   嚴(yán)格來說這需要許多的測(cè)試儀器及專業(yè)人員來完成。但通過下面介紹的簡(jiǎn)單方法，可做出一個(gè)定性的認(rèn)識(shí)。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的采

樣分辨率達(dá)到幾萬分之一以上，而顯示數(shù)據(jù)依然沒有波動(dòng)或顯示數(shù)據(jù)具有明顯的滯后感覺時(shí)，基本可以確定它的通頻帶很窄或采樣

速率很低。除非特殊場(chǎng)合（如：校驗(yàn)試驗(yàn)機(jī)力值精度的高精度標(biāo)定儀），否則在試驗(yàn)機(jī)上是不可使用的。
 
    3、控制方法使用不當(dāng)
   針對(duì)材料發(fā)生屈服時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系（發(fā)生屈服時(shí)，應(yīng)力不變或產(chǎn)生上下波動(dòng)，而應(yīng)變則繼續(xù)增大）國(guó)標(biāo)*的控制模式為恒

應(yīng)變控制，而在屈服發(fā)生前的彈性階段控制模式為恒應(yīng)力控制，這在絕大多數(shù)試驗(yàn)機(jī)及某次試驗(yàn)中是很難完成的。因?yàn)樗笤趧?/p>

出現(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)改變控制模式，而試驗(yàn)的目的本身就是為了要求取屈服點(diǎn)，怎么可能以未知的結(jié)果作為條件進(jìn)行控制切換呢？所以

在現(xiàn)實(shí)中，一般都是用同一種控制模式來完成整個(gè)的試驗(yàn)的（即使使用不同的控制模式也很難在上屈服點(diǎn)切換，一般會(huì)選擇超前一

點(diǎn)）。對(duì)于使用恒位移控制（速度控制）的試驗(yàn)機(jī)，由于材料在彈性階段的應(yīng)力速率與應(yīng)變速率成正比關(guān)系，只要選擇合適的試驗(yàn)

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(duì)于只有力控制一種模式的試驗(yàn)機(jī)，如果試驗(yàn)機(jī)的響應(yīng)特別快（這

是自動(dòng)控制努力想要達(dá)到的目的），則屈服發(fā)生的過程時(shí)間就會(huì)非常短，如果數(shù)據(jù)采集的速度不夠高，則就會(huì)丟失屈服值（原因第2

點(diǎn)已說明），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(yàn)機(jī)及控制方法時(shí)不要選擇單一的載荷控制模式。