任何一款儀器的生產(chǎn)都需要滿足國家的標(biāo)準(zhǔn)才行，拉力試驗(yàn)機(jī)也不例外。我國在2011年12月1日正式實(shí)施了拉力試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)、生產(chǎn)新標(biāo)準(zhǔn)，這套標(biāo)準(zhǔn)為我國的材料試驗(yàn)如鋼材、塑膠類材料的
生產(chǎn)和檢驗(yàn)起到了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的重要依據(jù)。力高自主研發(fā)生產(chǎn)的拉力試驗(yàn)機(jī)無論從機(jī)械結(jié)構(gòu)上，測控系統(tǒng)和軟件設(shè)計上，都更加符合新標(biāo)準(zhǔn)的要求，我們一直深刻的理解這套檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范、生產(chǎn)每一款試驗(yàn)儀器。那么這套新標(biāo)準(zhǔn)到底包含的內(nèi)容有哪些呢？
這套新標(biāo)準(zhǔn)相比之前的標(biāo)準(zhǔn)增加了三個要求：
1：拉力試驗(yàn)機(jī)零點(diǎn)的設(shè)置要求；
新標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，在試驗(yàn)加載鏈裝配完成后，試樣兩端被夾持之前，應(yīng)設(shè)定力測量系統(tǒng)的零點(diǎn)。一旦設(shè)定了力值零點(diǎn)，在試驗(yàn)期間力測量系統(tǒng)不能再發(fā)生變化。這樣做的目的一方而是為了確保夾持系統(tǒng)的質(zhì)量在測力時得到補(bǔ)償，另一方而是為了保證夾持過程中產(chǎn)生的力不影響力值的測量結(jié)果。為了適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)的要求，在上夾頭夾緊以后，點(diǎn)擊該按鈕，設(shè)定力值零點(diǎn)。然后將下夾具夾緊，進(jìn)行試驗(yàn)。如圖下圖：
2：試樣拉力機(jī)夾具夾持方式的確定：
新標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，應(yīng)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(yīng)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(yàn)脆性材料或測定規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度、規(guī)定總延伸強(qiáng)度、規(guī)定殘余延伸強(qiáng)度或屈服強(qiáng)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(guī)定強(qiáng)度或預(yù)期屈服強(qiáng)度的5%相應(yīng)的預(yù)拉力。為了滿足在試驗(yàn)過程中施加預(yù)拉力的要求，在軟件中的試驗(yàn)方法界而中，用戶可以自己設(shè)定初載荷。點(diǎn)擊試驗(yàn)開始時，橫梁運(yùn)動對試樣進(jìn)行加載，當(dāng)加載載荷達(dá)到設(shè)定的初載荷以后，才正式進(jìn)行試驗(yàn)。這樣既盡量保證了夾持試樣受軸向拉力，又可以避免試驗(yàn)初期夾具和試樣未完全嚙合時出現(xiàn)的打滑現(xiàn)象。如圖下圖所示。
3：試驗(yàn)速率和控制方式設(shè)定的要求：
為了減小測定應(yīng)變速率敏感參數(shù)性能時試驗(yàn)速率變化和試驗(yàn)結(jié)果的測量不確定度，新標(biāo)準(zhǔn)中提出了方法a，即應(yīng)變速率控制的試驗(yàn)方法。方法a中闡述了兩種不同類型的應(yīng)變速率控制模式。種應(yīng)變速率是基于引伸計的反饋而得到的。第2種是根據(jù)平行長度估計的應(yīng)變速率，即通過控制平行長度與需要的應(yīng)變速率相乘得到的橫梁位移速率來實(shí)現(xiàn)。
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(yīng)變速率和根據(jù)平行長度估計的應(yīng)變速率大致相同。如果材料展示出不連續(xù)屈服或鋸齒狀屈服，兩種速率之間會出現(xiàn)不同。如果能夠控制變形發(fā)生在引伸計標(biāo)距之內(nèi)，則首先考慮使用引伸計反饋得到的應(yīng)變速率，以消除拉力試驗(yàn)機(jī)柔度對試驗(yàn)結(jié)果的影響。
為了讓拉力試驗(yàn)機(jī)的控制系統(tǒng)升級，在新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中，對試驗(yàn)機(jī)的控制系統(tǒng)也做了詳細(xì)說明如下：
1：應(yīng)變控制軟件功能的添加
為了適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)的要求，使測量結(jié)果更加接近真實(shí)值。軟件中在原有位移控制、應(yīng)力控制的基礎(chǔ)上完善了應(yīng)變控制。如圖下圖所示。在應(yīng)變速率設(shè)定上可以根據(jù)不同的試驗(yàn)階段選擇新標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的應(yīng)變控制速率。這樣在試驗(yàn)過程中就可以實(shí)時監(jiān)控時間-應(yīng)變，力-應(yīng)變的變化過程。
為了實(shí)現(xiàn)應(yīng)變控制，采用基于DSP+CPLD的測控系統(tǒng)設(shè)計，采用模塊化的設(shè)計，專門設(shè)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(tǒng)如圖5所示。
拉力機(jī)信號采集系統(tǒng)。
金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分室溫試驗(yàn)方法中對數(shù)據(jù)采集頻率做了具體要求:對于每一個測量通道的機(jī)械和電子元件的頻帶寬帶和采樣頻率應(yīng)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(yīng)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(yīng)變速率，s-1;E為彈性模量，MPa;q為拉力試驗(yàn)機(jī)測力系統(tǒng)的準(zhǔn)確度級別;ReH，為上屈服強(qiáng)度，MPa。為了完成數(shù)據(jù)的采集，保證拉力試驗(yàn)機(jī)的分辨率達(dá)到正負(fù)1/500 000，采用24位高精度AD轉(zhuǎn)換芯進(jìn)行信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換。高精度24位A/D轉(zhuǎn)換器，最高轉(zhuǎn)換頻率為20 kHz。它采用了Σ-△調(diào)制技術(shù)，在寬動態(tài)范圍內(nèi)保證具有24位無損失碼，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸頻率達(dá)到20 kHz時，仍能得到19位的有效分辨率。AD采用差分輸入，經(jīng)過Σ-△調(diào)制器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息的數(shù)字脈沖序列，再由數(shù)字濾波器進(jìn)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(shù)據(jù)輸出則直接連接到CPLD的引腳，由CPLD將AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)讀入內(nèi)部寄存器中，完成數(shù)據(jù)讀入，DSP每隔1 ms對CPLD中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)進(jìn)行處理，保證了采樣頻率和通頻帶。
3：應(yīng)變控制試驗(yàn)
拉力試驗(yàn)機(jī)實(shí)現(xiàn)應(yīng)變控制之后，首先應(yīng)用到了鋼鐵研究總院國家鋼鐵材料測試中心，在應(yīng)變控制試驗(yàn)中起到非常重要的作用。下而給出1組在該公司自主研發(fā)生產(chǎn)的電子拉力試驗(yàn)機(jī)NCS UNT100上進(jìn)行的應(yīng)變控制試驗(yàn)結(jié)果，如圖6所示。試驗(yàn)條件為開始階段為引伸計采集的應(yīng)變控制0.00025/s，在屈服階段結(jié)束后，按照標(biāo)準(zhǔn)推薦的方法，由應(yīng)變速率和平行長度換算得到橫
梁位移速率。從試驗(yàn)曲線中可以看出:應(yīng)變控制階段平穩(wěn)準(zhǔn)確，速率由0/s平穩(wěn)增加到0.00025/s，隨后在應(yīng)變控制階段一直保持0.00025，應(yīng)變控制的穩(wěn)定性保證了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
總結(jié)：只要我們按照國家新標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范、生產(chǎn)拉力試驗(yàn)機(jī)，那么我們相信，它的質(zhì)量、試驗(yàn)精度一定會更好、更佳、更。