于敬水 王林虎 李金朝 劉超 王曉霞

【摘要】隨著工業(yè)化進程不斷加快，各行各業(yè)對高強度材料的需求日益增加。因此，對材料的力學性能進行準確測量和評估變得至關(guān)重要。本文重點介紹數(shù)顯標準測力儀在檢定材料試驗機中的運用，采用數(shù)顯標準測力儀可以大大降低試樣的重復性誤差，從而提高整個系統(tǒng)的測量精度和穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】數(shù)顯標準測力儀；檢定材料；試驗機

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.03.058

Application of Digital Display Standard Dynamometer in Verifying Material Testing Machines

YU Jingshui， WANG Linhu， LI Jinchao， LIU Chao， WANG Xiaoxia

（Qingdao Institute of Measurement Technology，Qingdao 262101，China）

Abstract：With the continuous acceleration of industrialization， the demand for high-strength materials in all walks of life is increasing. Therefore， accurate measurement and evaluation of the mechanical properties of materials has become crucial. This article focuses on the application of digital display standard force measuring instruments in verifying material testing machines. The use of digital display standard force measuring instruments can greatly reduce the repeatability error of the sample， thereby improving the measurement accuracy and stability of the entire system.

Keywords：digital display standard dynamometer； verification materials； testing machine

數(shù)顯標準測力儀是一種新型的測試設備，它可以同時記錄多個物理量參數(shù)。通過對數(shù)據(jù)的處理和分析，我們可以得到材料的彈性模量、斷裂能、塑性和硬度等關(guān)鍵指標，從而更好地了解材料的力學性質(zhì)。此外，該儀器還可以用于材料的疲勞壽命預測和損傷監(jiān)測等方面的研究工作中。

1數(shù)顯標準測力儀檢定精度的影響因素

1.1常規(guī)溫度試驗

常規(guī)溫度試驗是指通過控制環(huán)境溫度來保證測試設備處于恒溫狀態(tài)，從而達到準確測量的目的。在實際操作過程中，為了確保常規(guī)溫度試驗的效果達到要求，需要考慮多方面因素。首先，需要選擇合適的溫度調(diào)節(jié)器，還需要注意溫度調(diào)節(jié)器的安裝位置，以及調(diào)整后的溫度是否穩(wěn)定。此外，為了避免誤差擴大，還要定期檢查和維護溫度調(diào)節(jié)器的工作狀況，及時更換損壞或老化的部件。其次，需要注意常規(guī)溫度試驗的時間長度和頻率[1]。實驗的時間應足夠長，以充分反映試樣的熱特性，而頻率則要適當增加，以提高數(shù)據(jù)的可靠性和重復性。另外，還可以采用多次加載的方式，以進一步減少誤差。最后，需要考慮試樣本身的特點，如密度、形狀、表面粗糙度等，這些都會影響常規(guī)溫度試驗的結(jié)果。因此，在進行常規(guī)溫度試驗時，應該盡可能地減小這些干擾因素的影響，以獲得更可靠的數(shù)據(jù)。常規(guī)溫度試驗對于數(shù)顯標準測力儀在檢定材料試驗機中的應用具有重要意義。

1.2高溫試驗

在高溫環(huán)境下，溫度變化會對數(shù)顯標準測力儀的性能產(chǎn)生一定的影響。首先，高溫會導致傳感器內(nèi)部的熱膨脹系數(shù)發(fā)生變化，從而導致測量結(jié)果偏差增大。其次，高溫還會加速傳感器的老化和失效過程，使其壽命縮短。因此，對于在高溫環(huán)境中使用的數(shù)顯標準測力儀來說，需要對其進行嚴格的檢測和維護，以確保其能夠正常運行并提供準確的數(shù)據(jù)。為了更好地了解高溫環(huán)境下數(shù)顯標準測力儀的誤差來源及其影響程度，我們進行了一些實驗研究。在高溫條件下對數(shù)顯標準測力儀進行多次測試，記錄其測量數(shù)據(jù)以及實際負荷值的變化情況。通過對得出的結(jié)果進行對比分析發(fā)現(xiàn)，高溫環(huán)境下數(shù)顯標準測力儀所產(chǎn)生的誤差主要來自傳感器本身的熱膨脹效應和老化的問題。其中，傳感器的熱膨脹效應是造成誤差的主要原因之一，而老化則會進一步加劇這種誤差。針對上述存在的問題，可以采取以下方法來提高數(shù)顯標準測力儀在高溫環(huán)境下的可靠性：1）采用高質(zhì)量的傳感器，選用具有良好耐高溫特性的產(chǎn)品；2）在安裝時注意避免受潮或受到其他不良環(huán)境的影響；3）根據(jù)實際情況選擇合適的電纜長度和連接方式，減少熱損耗；4）定期進行維護保養(yǎng)，及時更換損壞的部件，保證設備處于最佳狀態(tài)。

1.3加荷速度試驗

加荷速度是影響數(shù)顯標準測力儀檢定精度的重要因素之一。為了確保實驗結(jié)果的準確性和可靠性，需要對加荷速度進行嚴格控制和規(guī)范化管理。在加荷速度試驗中，經(jīng)常會使用一個高速數(shù)據(jù)采集器，將傳感器輸出的數(shù)據(jù)實時記錄下來，并通過計算機軟件對其進行分析和處理。這種方法可以有效地減少誤差來源，提高檢測精度和穩(wěn)定性[2]。此外，在加載過程中還需要考慮一些其他因素（如溫度、濕度等）的變化對加載速度產(chǎn)生的影響。因此，在實際應用時需要注意這些因素的變化情況，并在相應的條件下進行加載操作。總之，加荷速度是一個非常重要的因素，它直接影響數(shù)顯標準測力儀的性能表現(xiàn)和檢定精度。在加荷速度試驗中，應該采取一系列措施來保證其準確性，以達到最佳的效果。

2數(shù)顯標準測力儀的技術(shù)分析

2.1基本原理

數(shù)顯標準測力儀是一種用于測量物體的力學性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)的儀器設備。其工作原理是通過傳感器的變形來產(chǎn)生電信號，然后利用信號處理電路將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出。這種方法可以實現(xiàn)高精度、高速度的數(shù)據(jù)采集和分析，適用于各種機械測試領(lǐng)域。在數(shù)顯標準測力儀中，傳感器通常采用彈性膜片或彈簧作為載荷源。當施加外力時，傳感器會發(fā)生位移變化，從而產(chǎn)生電信號。這些電信號經(jīng)過信號處理后，可以用于計算物體的應變、壓力、扭矩等物理量。因此，在檢定材料試驗機中，數(shù)顯標準測力儀被廣泛地應用于各種材料的力學特性研究。

2.2結(jié)構(gòu)特點

數(shù)顯標準測力儀通過對物體施加一定的壓力或拉伸來獲取其彈性模量、剛度等參數(shù)值，從而判斷該物件的質(zhì)量等級以及是否符合相關(guān)規(guī)范的要求。數(shù)顯標準測力儀的基本構(gòu)成部分包括壓力傳感器、控制電路板和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。其中，壓力傳感器是核心部件之一，它是由一組精密的機械裝置和電子元器件組成，能夠準確地檢測被測試對象所承受的壓力變化情況。同時，控制電路板則是負責接收信號并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的輸出信號，以便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和顯示。最后，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負責收集所有數(shù)據(jù)并進行分析和展示。數(shù)顯標準測力儀還有許多獨特的優(yōu)勢。例如，它的精度非常高，可以在微米級范圍內(nèi)精確地測量出物體的物理特性；具備快速響應能力，能夠在短時間內(nèi)完成大量的測試工作；可以實現(xiàn)遠程監(jiān)測和管理功能，方便操作人員的工作流程?？傊瑪?shù)顯標準測力儀作為一種重要的實驗設備，在檢定材料試驗機中得到了廣泛的應用。

2.3性能指標

首先，數(shù)顯標準測力儀的靈敏度是其最重要的性能指標之一。靈敏度是指測試儀器能夠檢測到的最小信號大小。對于數(shù)顯標準測力儀來說，它的靈敏度通常取決于傳感器的質(zhì)量以及放大電路的設計參數(shù)。一般來說，越靈敏的傳感器可以檢測到越小的信號，從而提高測量精度。因此，在選擇數(shù)顯標準測力儀時，應該優(yōu)先考慮其靈敏度是否足夠高。其次，數(shù)顯標準測力儀的線性也是一個重要的性能指標。線性的定義為：當輸入量變化時，輸出量的變化與輸入量的變化成正比。如果數(shù)顯標準測力儀具有良好的線性，那么它就可以保證測量結(jié)果的精確性和穩(wěn)定性。此外，數(shù)顯標準測力儀的重復性也是非常重要的一個性能指標。重復性指是指在相同測量條件下，對同一物體或相同參數(shù)進行連續(xù)多次測量，所得結(jié)果之間的一致程度。如果數(shù)顯標準測力儀具有較高的重復性，則說明其測量結(jié)果非常穩(wěn)定可靠。但是，如果數(shù)顯標準測力儀的重復性較低，那么就可能會出現(xiàn)誤差較大的情況。最后，數(shù)顯標準測力儀的響應時間也是一個關(guān)鍵的因素。響應時間是指從接收信號開始到輸出結(jié)果出現(xiàn)所需的時間。對于一些高速運動的實驗設備，其響應時間是非常短的。因此，數(shù)顯標準測力儀的響應時間必須滿足相應的需求，以避免影響實驗結(jié)果的準確性和可靠性。

3數(shù)顯標準測力儀的安裝

首先，需要確定具體的測量位置以及所需要的數(shù)據(jù)采集方式。對于大多數(shù)材料試驗機來說，只需要在試樣上設置一個固定點即可，而對于一些特殊類型的材料試驗機，則可能需要在其內(nèi)部或外部設置多個固定點以保證數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。其次，還需要考慮如何連接數(shù)顯標準測力儀與材料試驗機之間的信號線。為了確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和精度，建議使用專業(yè)的電纜連接器或者專用的數(shù)字接口板。此外，還需注意信號線的長度是否足夠長，以免影響測試結(jié)果。最后需要注意的是，在安裝完數(shù)顯標準測力儀后，一定要對其進行校準并記錄好其初始狀態(tài)，以便后續(xù)更好地開展操作和維護工作。總之，數(shù)顯標準測力儀的安裝是整個實驗流程中最關(guān)鍵的部分之一，只有通過合理的安裝，才能夠獲得準確的數(shù)據(jù)，從而更好地評估材料試驗機的質(zhì)量和性能。

4數(shù)顯標準測力儀在檢定材料試驗機中的運用

4.1系統(tǒng)檢定軟件操作

在實際使用中，檢定人員需要通過軟件來對系統(tǒng)進行檢定和調(diào)整，以確保其準確性和可靠性。因此，熟練操作系統(tǒng)檢定軟件是非常重要的。首先，需要了解系統(tǒng)的檢定流程。一般來說，系統(tǒng)檢定分為初始化階段和校準階段。在初始化階段，檢定人員需要先連接設備并設置相關(guān)參數(shù)，如傳感器的標度、載荷范圍等。在此過程中需要注意的是，每個參數(shù)都需要精確地設定才能保證測量結(jié)果的準確性。在校準階段，檢定人員需要對傳感器進行校準，以便于后續(xù)測試時能夠得到更精準的結(jié)果。檢定人員可以通過輸入已知的負載值來校準傳感器，從而確定其靈敏度和線性關(guān)系。同時，還需要注意校準過程中的數(shù)據(jù)采集速度是否足夠快，以及數(shù)據(jù)處理的速度是否夠快，這些都會影響最終結(jié)果的準確性[3]。此外還有其他一些細節(jié)問題需要注意。例如，在傳輸數(shù)據(jù)的過程中，要注意避免信號干擾或者網(wǎng)絡故障等問題，以免影響實驗結(jié)果的準確性，還需注意不同類型傳感器之間的配合問題，如溫度計與壓力計之間的關(guān)系等。這些問題都需要經(jīng)過充分研究和實踐才能解決。

4.2測量結(jié)果不確定度分析

在使用數(shù)顯標準測力儀進行檢定材料試驗時，需要對測量結(jié)果的不確定性進行評估。通過不確定度分析來確定測量結(jié)果的可靠性和準確性。其具體方法如下：首先，需要了解數(shù)顯標準測力儀的工作原理以及所涉及的各種因素對其精度的影響。這些因素包括溫度變化、機械誤差、電學誤差等。為了計算測量結(jié)果的不確定度，需要考慮這些因素對于測量結(jié)果產(chǎn)生的影響程度。其次，需要建立一個數(shù)學模型來描述測量過程中的所有變量之間的關(guān)系。這個模型可以幫助預測測量結(jié)果的精確性和穩(wěn)定性。例如，可以利用線性回歸模型或者非線性回歸模型來估計測量結(jié)果的偏差率和方差率。最后，還需要考慮實驗數(shù)據(jù)的質(zhì)量。只有經(jīng)過多次重復實驗并收集足夠的數(shù)據(jù)才能得到可靠的結(jié)果。因此，在進行不確定度分析之前應該先確保實驗數(shù)據(jù)質(zhì)量良好并且足夠多?？傊?，通過不確定度分析，可以有效地評估數(shù)顯標準測力儀在檢定材料試驗機中的性能和適用范圍，有助于提高測試系統(tǒng)的準確性和可靠性，為后續(xù)的研究工作提供有力的支持。

5結(jié)束語

綜上所述，在科學技術(shù)不斷發(fā)展的今天，越來越多的新型材料在生產(chǎn)中被應用，這就需要材料試驗儀器進行全面提升。標準測力儀是材料檢測儀器中發(fā)展較快的設備之一。目前，新型的標準測力儀正朝著高靈敏、抗干擾性強、數(shù)字化程度高的方向邁進，并且在檢測效率上也更加高效，同時還能有效地控制成本，使整體測量精度不斷提升，并且能夠更加適應多領(lǐng)域的材料檢測。

【參考文獻】

[1]馮忠彬，孔凡禮，任建，等.一種大型結(jié)構(gòu)物稱重系統(tǒng)的校準方法[J].工業(yè)計量，2022，32（2）：13-15.

[2]代鯤鵬.計量型影像測量儀在玻璃線紋尺校準中的應用及不確定度分析[J].儀器儀表標準化與計量，2021（4）：32-33，41.

[3]邵國忠.標準測力儀示值誤差測量結(jié)果不確定度評定[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)（理論版），2019（20）：252.

【作者簡介】

于敬水，男，1981年出生，工程師，學士，研究方向為力學、聲學、質(zhì)量、密度、容量。

（編輯：李加鵬）