



任何一款儀器的生產都需要滿足國家的標準才行,拉力試驗機也不例外。我國在2011年12月1日正式實施了拉力試驗機的試驗、生產新標準,這套標準為我國的材料試驗如鋼材、塑膠類材料的
生產和檢驗起到了標準規范的重要依據。力高自主研發生產的拉力試驗機無論從機械結構上,測控系統和軟件設計上,都更加符合新標準的要求,我們一直深刻的理解這套檢驗標準來規范、生產每一款試驗儀器。那么這套新標準到底包含的內容有哪些呢?
這套新標準相比之前的標準增加了三個要求:
1:拉力試驗機零點的設置要求;
新標準中規定,在試驗加載鏈裝配完成后,試樣兩端被夾持之前,應設定力測量系統的零點。一旦設定了力值零點,在試驗期間力測量系統不能再發生變化。這樣做的目的一方而是為了確保夾持系統的質量在測力時得到補償,另一方而是為了保證夾持過程中產生的力不影響力值的測量結果。為了適應新標準的要求,在上夾頭夾緊以后,點擊該按鈕,設定力值零點。然后將下夾具夾緊,進行試驗。如圖下圖:

2:試樣拉力機夾具夾持方式的確定:
新標準中規定,應使用例如楔形夾頭、螺紋夾頭、平推夾頭等合適的夾具夾持試樣。應盡努力確保夾持的試樣受軸向拉力的作用,盡量減小彎曲。這對試驗脆性材料或測定規定塑性延伸強度、規定總延伸強度、規定殘余延伸強度或屈服強度時尤為重要。
為了得到直的試樣和確保試樣與夾頭對中,可以施加不超過規定強度或預期屈服強度的5%相應的預拉力。為了滿足在試驗過程中施加預拉力的要求,在軟件中的試驗方法界而中,用戶可以自己設定初載荷。點擊試驗開始時,橫梁運動對試樣進行加載,當加載載荷達到設定的初載荷以后,才正式進行試驗。這樣既盡量保證了夾持試樣受軸向拉力,又可以避免試驗初期夾具和試樣未完全嚙合時出現的打滑現象。如圖下圖所示。

3:試驗速率和控制方式設定的要求:
為了減小測定應變速率敏感參數性能時試驗速率變化和試驗結果的測量不確定度,新標準中提出了方法a,即應變速率控制的試驗方法。方法a中闡述了兩種不同類型的應變速率控制模式。種應變速率是基于引伸計的反饋而得到的。第2種是根據平行長度估計的應變速率,即通過控制平行長度與需要的應變速率相乘得到的橫梁位移速率來實現。
如果材料顯示出均勻變形能力了,力值能保持名義的恒定,基于引伸計反饋的應變速率和根據平行長度估計的應變速率大致相同。如果材料展示出不連續屈服或鋸齒狀屈服,兩種速率之間會出現不同。如果能夠控制變形發生在引伸計標距之內,則首先考慮使用引伸計反饋得到的應變速率,以消除拉力試驗機柔度對試驗結果的影響。
為了讓拉力試驗機的控制系統升級,在新的標準規定中,對試驗機的控制系統也做了詳細說明如下:
1:應變控制軟件功能的添加
為了適應新標準的要求,使測量結果更加接近真實值。軟件中在原有位移控制、應力控制的基礎上完善了應變控制。如圖下圖所示。在應變速率設定上可以根據不同的試驗階段選擇新標準中規定的應變控制速率。這樣在試驗過程中就可以實時監控時間-應變,力-應變的變化過程。


為了實現應變控制,采用基于DSP+CPLD的測控系統設計,采用模塊化的設計,專門設計3塊信號采集模塊,分別采集力值信號、軸向變形信號、橫向變形信號,系統如圖5所示。
拉力機信號采集系統。

金屬材料拉伸試驗第1部分室溫試驗方法中對數據采集頻率做了具體要求:對于每一個測量通道的機械和電子元件的頻帶寬帶和采樣頻率應足夠高,以便記錄被測材料的特性。例如為了測
量Reh,最小采樣頻率應滿足公式(1):fmin=[(e×E)/(ReH×q)]×100 公式中:fmin為最小采樣頻率,s-1;e為應變速率,s-1;E為彈性模量,MPa;q為拉力試驗機測力系統的準確度級別;ReH,為上屈服強度,MPa。為了完成數據的采集,保證拉力試驗機的分辨率達到正負1/500 000,采用24位高精度AD轉換芯進行信號的模數轉換。高精度24位A/D轉換器,最高轉換頻率為20 kHz。它采用了Σ-△調制技術,在寬動態范圍內保證具有24位無損失碼,當數據傳輸頻率達到20 kHz時,仍能得到19位的有效分辨率。AD采用差分輸入,經過Σ-△調制器轉換成數字信息的數字脈沖序列,再由數字濾波器進行處理。AD芯片直接和 CPLD相連接,由CPLD為AD提供控制信號和時鐘信號,而AD的數據輸出則直接連接到CPLD的引腳,由CPLD將AD轉換的數據讀入內部寄存器中,完成數據讀入,DSP每隔1 ms對CPLD中的數據進行讀取,并將數據上傳到上位機進行處理,保證了采樣頻率和通頻帶。
3:應變控制試驗
拉力試驗機實現應變控制之后,首先應用到了鋼鐵研究總院國家鋼鐵材料測試中心,在應變控制試驗中起到非常重要的作用。下而給出1組在該公司自主研發生產的電子拉力試驗機NCS UNT100上進行的應變控制試驗結果,如圖6所示。試驗條件為開始階段為引伸計采集的應變控制0.00025/s,在屈服階段結束后,按照標準推薦的方法,由應變速率和平行長度換算得到橫
梁位移速率。從試驗曲線中可以看出:應變控制階段平穩準確,速率由0/s平穩增加到0.00025/s,隨后在應變控制階段一直保持0.00025,應變控制的穩定性保證了試驗結果的準確性。

總結:只要我們按照國家新標準來規范、生產拉力試驗機,那么我們相信,它的質量、試驗精度一定會更好、更佳、更。