测试速度对材料试验机试验力示值误差的影响

熊忠琪 康张宜 / 上海市计量测试技术研究院

0 引言

现有大部分材料试验机的检定和校准主要根据JJG 475 - 2008《电子式万能试验机检定规程》和JJG 139 - 1999《拉力、压力和万能试验机检定规程》[1,2]进行。对试验力示值误差的检定需要持续的加载，但以上两个规程都未对加载速度及加载方式进行规定。在日常检定中，通常使用逐步加载的方式，对对应的力值点进行静态的定点检定。但对于一些无法进行逐步加载，甚至无法控制其速度的试验机，由于对正确的力值标定点进行检定有困难，从而导致试验力示值误差的错误和不可靠。

通过使用三台0.1级量程分别是10 kN、100 kN和600 kN的力传感器，对600 kN电子万能材料试验机进行全量程检定。三台力传感器已通过中国计量科学研究院根据JJG 391 - 2009 《力传感器检定规程》[3]检定为0.1级合格。被测电子万能材料试验机型号为ZWICK/ROLL Z600，可由电脑控制其加载方式和速度。为了得到不同速度对试验力示值误差大小的影响，设定测试速度分别为0.05mm/min、0.2mm/min，1mm/min，设定控制方式分别为连续加载和逐步加载[4]，从而得到在三种不同速度和两种加载方式下的试验力示值误差。

1 试验

分别由三台0.1级力传感器（其型号及量程范围详见表1），对被测0.5级电子万能材料试验机（其型号及量程范围详见表2）进行分段检定，量程分为 2.4～10 kN， 10～100 kN, 100～600 kN。

表1 力传感器型号及测量范围

表2 电子万能材料试验机型号及测量范围

检定根据JJG 475 - 2008的要求进行，实验室温度和湿度控制在（20±1）℃和（50±5）%RH[1]。试验速度由电脑控制试验机的横梁位移速度分别为 0.05mm/min、0.2mm/min和1mm/min。在不同速度下分别进行两种不同的加载方式（如图1所示）。连续加载方式在规定速度下不间断加载直至量程上限。逐步加载方式在到达被测点后稳定10 s再继续加载。在三段量程中按照量程范围平均取10个点作为被测点，记录其试验力，计算出试验力示值误差。

图1 电子万能材料试验机加载方式

2 测试结果及分析

使用S9-10 kN力传感器在不同速度和加载方式下测试2.4～10 kN范围所得到的试验力示值误差范围如表3所示。

使用RTN C3/10T- 100 kN力传感器在不同速度和加载方式下测试10～100 kN范围所得到的试验力示值误差范围如表4所示。

使用RTN C3/68T- 600 kN力传感器在不同速度和加载方式下测试10～100 kN范围所得到的试验力示值误差范围如表5所示。

从测试结果可以看出，测试速度对检定试验力的示值误差有影响，在试验机力值下限2.4 kN处以1mm/min连续加载测得的试验力示值误差为1.043%，与1mm/min逐步加载测得的试验力示值误差0.123%有近10倍的偏差，从而可能导致设备检定的降级和不合格。从三张表格的数据对比可看出，在试验机全量程范围内，在三种不同试验速度下，使用逐步加载方式测试到的试验力示值误差变化不大。在以0.05mm/min速度进行测试时，连续加载和逐步加载所测得的试验力示值误差也基本相同。可见逐步加载和低速连续加载，对试验机的检定不会产生较大影响。

表3 S9 - 10 kN力传感器在不同速度和加载方式下测得的示值误差

表4 RTN C3/10T- 100 kN力传感器在不同速度和加载方式下测得的示值误差

表5 RTN C3/68T- 600 kN力传感器在不同速度和加载方式下测得的示值误差

图2～图4是三段量程在不同速度和加载方式下测得的示值误差趋势图，从曲线可看到：

1）试验速度对试验力示值误差的影响在试验机下限2.4～10 kN范围内影响最大，随着被测点力值的增大，偏差逐渐减小。

2）速度超过0.2mm/min的连续加载方式所测得的试验力示值误差偏大。

3）以1mm/min连续加载方式进行测试的示值误差要远大于以0.2mm/min连续加载方式进行的测试。

4）在连续加载方式中，测试初始点的偏差最大，后偏差逐步缩小。

图2 S9 - 10 kN力传感器的示值误差趋势图

5）以0.2mm/min连续加载方式进行测试的示值误差未超过0.5%。

6）以0.05mm/min连续加载和以不同速度逐步加载所测得的试验力示值误差曲线基本重合。

图3 RTN C3/10T- 100 kN力传感器的示值误差趋势图

图4 RTN C3/68T- 600 kN力传感器的示值误差趋势图

3 结语

通过以上测试和对测试数据的分析，可以认为测试速度对试验力示值误差有影响。使用逐步加载的方式使得在被测点处得到静载荷数据，可获得较准确的试验力示值误差。对不能使用逐步加载方式进行测试的试验机，控制其低速连续加载（速度低于0.2mm/min），可获得较准确的试验力示值误差。

[1]全国力值、硬度计量技术委员会.JJG475－2008[S].北京：中国计量出版社，2008、1999、2009.

[2]全国力值、硬度计量技术委员会.JJG139－1999[S].北京：中国计量出版社，2008、1999、2009.

[3]全国力值、硬度计量技术委员会.JJG391－2009[S].北京：中国计量出版社，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