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電子式拉力試驗機在試驗機測控環節對準確求取屈服點的影響
   試驗機測控環節是整個試驗機的核心,隨著技術的發展,目前這一環節基本上采用了各種電子電路實現自動測控。由于自動測控知識的深奧,結構的復雜,原理的不透明,一旦在產品的設計中考慮不周,就會對結果產生嚴重的影響,并且難以分析其原因。針對材料屈服點的求取zui主要的有下列幾點:
  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,而這兩類傳感器都為模擬小信號輸出類型,在使用中必須進行信號放大。*,在我們的環境中,存在著各種各樣的電磁干擾信號,這種干擾信號會通過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。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,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,往往把有用信號也一起濾掉了。在日常生活中,我們常見的電子秤,數據很穩定,其原因之一就是它的頻帶很窄,干擾信號基本不能通過。這樣設計的原因是電子秤稱量的是穩態信號,對稱量的過渡過程是不關心的,而材料試驗機測量的是動態信號,它的頻譜是非常寬的,若頻帶太窄,較高頻率的信號就會被衰減或濾除,從而引起失真。對于屈服表現為力值多次上下波動的情況,這種失真是不允許的。就材料試驗機而言,筆者認為這一頻帶zui小也應大于10HZ,達到30HZ。在實際中,有時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。當A/D轉換器以“zui高輸出數據速率4KHZ”運行時,它的模擬輸入處理電路達到zui大的頻帶寬度10HZ。當以試驗機zui常用的100HZ的輸出數據速率工作時,其模擬輸入處理電路的實際帶寬只有0.25HZ,這會把很多的有用信號給丟失,如屈服點的力值波動等。用這樣的電路當然不能得到正確試驗結果。
  2、數據采集速率太低
  目前模擬信號的數據采集是通過A/D轉換器來實現的。A/D轉換器的種類很多,但在試驗機上采用zui多的是∑-△型A/D轉換器。這類轉換器使用靈活,轉換速率可動態調整,既可實現高速低精度的轉換,又可實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足需求,因而一般多采用較低的轉換速率,以實現較高的測量精度。但在某些廠家生產的試驗機上,為了追求較高的采樣分辨率,以及極高的數據顯示穩定性,而將采樣速度降的很低,這是不可取的。因為當采樣速度很低時,對高速變化的信號就無法實時準確采集。例如金屬材料性能試驗中,當材料發生屈服而力值上下波動時信號變化就是如此,以至于不能準確求出上下屈服點,導致試驗失敗,結果丟了西瓜撿芝麻。
  那么如何判斷一個系統的頻帶寬窄以及采樣速率的高低呢?
  嚴格來說這需要許多的測試儀器及專業人員來完成。但通過下面介紹的簡單方法,可做出一個定性的認識。當一個系統的采樣分辨率達到幾萬分之一以上,而顯示數據依然沒有波動或顯示數據具有明顯的滯后感覺時,基本可以確定它的通頻帶很窄或采樣速率很低。除非特殊場合(如:校驗試驗機力值精度的高精度標定儀),否則在試驗機上是不可使用的。
  3、控制方法使用不當
  針對材料發生屈服時應力與應變的關系(發生屈服時,應力不變或產生上下波動,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。因為它要求在剛出現屈服現象時改變控制模式,而試驗的目的本身就是為了要求取屈服點,怎么可能以未知的結果作為條件進行控制切換呢?所以在現實中,一般都是用同一種控制模式來完成整個的試驗的(即使使用不同的控制模式也很難在上屈服點切換,一般會選擇超前一點)。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(這是自動控制努力想要達到的目的),則屈服發生的過程時間就會非常短,如果數據采集的速度不夠高,則就會丟失屈服值(原因第2點已說明),優異的控制性能反而變成了產生誤差的原因。所以在選擇試驗機及控制方法時不要選擇單一的載荷控制模式。

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