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電子式拉力試驗(yàn)機(jī)在試驗(yàn)機(jī)測(cè)控環(huán)節(jié)對(duì)求取屈服點(diǎn)的影響

更新日期:2014-10-27  |  點(diǎn)擊率:4295
   試驗(yàn)機(jī)測(cè)控環(huán)節(jié)是整個(gè)試驗(yàn)機(jī)的核心,隨著技術(shù)的發(fā)展,目前這一環(huán)節(jié)基本上采用了各種電子電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)控。由于自動(dòng)測(cè)控知識(shí)的深?yuàn)W,結(jié)構(gòu)的復(fù)雜,原理的不透明,一旦在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中考慮不周,就會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重的影響,并且難以分析其原因。針對(duì)材料屈服點(diǎn)的求取zui主要的有下列幾點(diǎn):
  1、傳感器放大器頻帶太窄
  由于目前試驗(yàn)機(jī)上所采用的力值檢測(cè)元件基本上為載荷傳感器或壓力傳感器,而這兩類(lèi)傳感器都為模擬小信號(hào)輸出類(lèi)型,在使用中必須進(jìn)行信號(hào)放大。*,在我們的環(huán)境中,存在著各種各樣的電磁干擾信號(hào),這種干擾信號(hào)會(huì)通過(guò)許多不同的渠道偶合到測(cè)量信號(hào)中一起被放大,結(jié)果使得有用信號(hào)被干擾信號(hào)淹沒(méi)。為了從干擾信號(hào)中提取出有用信號(hào),針對(duì)材料試驗(yàn)機(jī)的特點(diǎn),一般在放大器中設(shè)置有低通濾波器。合理的設(shè)置低通濾波器的截止頻率,將放大器的頻帶限制在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶?,就能使試?yàn)機(jī)的測(cè)量控制性能得到極大的提高。然而在現(xiàn)實(shí)中,人們往往將數(shù)據(jù)的穩(wěn)定顯示看的非常重要,而忽略了數(shù)據(jù)的真實(shí)性,將濾波器的截止頻率設(shè)置的非常低。這樣在充分濾掉干擾信號(hào)的同時(shí),往往把有用信號(hào)也一起濾掉了。在日常生活中,我們常見(jiàn)的電子秤,數(shù)據(jù)很穩(wěn)定,其原因之一就是它的頻帶很窄,干擾信號(hào)基本不能通過(guò)。這樣設(shè)計(jì)的原因是電子秤稱(chēng)量的是穩(wěn)態(tài)信號(hào),對(duì)稱(chēng)量的過(guò)渡過(guò)程是不關(guān)心的,而材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)量的是動(dòng)態(tài)信號(hào),它的頻譜是非常寬的,若頻帶太窄,較高頻率的信號(hào)就會(huì)被衰減或?yàn)V除,從而引起失真。對(duì)于屈服表現(xiàn)為力值多次上下波動(dòng)的情況,這種失真是不允許的。就材料試驗(yàn)機(jī)而言,筆者認(rèn)為這一頻帶zui小也應(yīng)大于10HZ,達(dá)到30HZ。在實(shí)際中,有時(shí)放大器的頻帶雖然達(dá)到了這一范圍,但人們往往忽略了A/D轉(zhuǎn)換器的頻帶寬度,以至于造成了實(shí)際的頻帶寬度小于設(shè)置頻寬。以眾多的試驗(yàn)機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選用的AD7705、AD7703、AD7701等為例。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器以“zui高輸出數(shù)據(jù)速率4KHZ”運(yùn)行時(shí),它的模擬輸入處理電路達(dá)到zui大的頻帶寬度10HZ。當(dāng)以試驗(yàn)機(jī)zui常用的100HZ的輸出數(shù)據(jù)速率工作時(shí),其模擬輸入處理電路的實(shí)際帶寬只有0.25HZ,這會(huì)把很多的有用信號(hào)給丟失,如屈服點(diǎn)的力值波動(dòng)等。用這樣的電路當(dāng)然不能得到正確試驗(yàn)結(jié)果。
  2、數(shù)據(jù)采集速率太低
  目前模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)采集是通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。A/D轉(zhuǎn)換器的種類(lèi)很多,但在試驗(yàn)機(jī)上采用zui多的是∑-△型A/D轉(zhuǎn)換器。這類(lèi)轉(zhuǎn)換器使用靈活,轉(zhuǎn)換速率可動(dòng)態(tài)調(diào)整,既可實(shí)現(xiàn)高速低精度的轉(zhuǎn)換,又可實(shí)現(xiàn)低速高精度的轉(zhuǎn)換。在試驗(yàn)機(jī)上由于對(duì)數(shù)據(jù)的采集速率要求不是太高,一般達(dá)每秒幾十次到幾百次就可滿(mǎn)足需求,因而一般多采用較低的轉(zhuǎn)換速率,以實(shí)現(xiàn)較高的測(cè)量精度。但在某些廠家生產(chǎn)的試驗(yàn)機(jī)上,為了追求較高的采樣分辨率,以及*的數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定性,而將采樣速度降的很低,這是不可取的。因?yàn)楫?dāng)采樣速度很低時(shí),對(duì)高速變化的信號(hào)就無(wú)法實(shí)時(shí)采集。例如金屬材料性能試驗(yàn)中,當(dāng)材料發(fā)生屈服而力值上下波動(dòng)時(shí)信號(hào)變化就是如此,以至于不能求出上下屈服點(diǎn),導(dǎo)致試驗(yàn)失敗,結(jié)果丟了西瓜撿芝麻。
  那么如何判斷一個(gè)系統(tǒng)的頻帶寬窄以及采樣速率的高低呢?
  嚴(yán)格來(lái)說(shuō)這需要許多的測(cè)試儀器及人員來(lái)完成。但通過(guò)下面介紹的簡(jiǎn)單方法,可做出一個(gè)定性的認(rèn)識(shí)。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的采樣分辨率達(dá)到幾萬(wàn)分之一以上,而顯示數(shù)據(jù)依然沒(méi)有波動(dòng)或顯示數(shù)據(jù)具有明顯的滯后感覺(jué)時(shí),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(chǎng)合(如:校驗(yàn)試驗(yàn)機(jī)力值精度的高精度標(biāo)定儀),否則在試驗(yàn)機(jī)上是不可使用的。
  3、控制方法使用不當(dāng)
  針對(duì)材料發(fā)生屈服時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系(發(fā)生屈服時(shí),應(yīng)力不變或產(chǎn)生上下波動(dòng),而應(yīng)變則繼續(xù)增大)國(guó)標(biāo)的控制模式為恒應(yīng)變控制,而在屈服發(fā)生前的彈性階段控制模式為恒應(yīng)力控制,這在絕大多數(shù)試驗(yàn)機(jī)及某次試驗(yàn)中是很難完成的。因?yàn)樗笤趧偝霈F(xiàn)屈服現(xiàn)象時(shí)改變控制模式,而試驗(yàn)的目的本身就是為了要求取屈服點(diǎn),怎么可能以未知的結(jié)果作為條件進(jìn)行控制切換呢?所以在現(xiàn)實(shí)中,一般都是用同一種控制模式來(lái)完成整個(gè)的試驗(yàn)的(即使使用不同的控制模式也很難在上屈服點(diǎn)切換,一般會(huì)選擇超前一點(diǎn))。對(duì)于使用恒位移控制(速度控制)的試驗(yàn)機(jī),由于材料在彈性階段的應(yīng)力速率與應(yīng)變速率成正比關(guān)系,只要選擇合適的試驗(yàn)速度,全程采用速度控制就可兼容兩個(gè)階段的控制特性要求。但對(duì)于只有力控制一種模式的試驗(yàn)機(jī),如果試驗(yàn)機(jī)的響應(yīng)特別快(這是自動(dòng)控制努力想要達(dá)到的目的),則屈服發(fā)生的過(guò)程時(shí)間就會(huì)非常短,如果數(shù)據(jù)采集的速度不夠高,則就會(huì)丟失屈服值(原因第2點(diǎn)已說(shuō)明),的控制性能反而變成了產(chǎn)生誤差的原因。所以在選擇試驗(yàn)機(jī)及控制方法時(shí)不要選擇單一的載荷控制模式。

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