测试速度对材料试验机试验力示值误差的影响分析

摘 要：在实际的工作中，材料试验机需要经过检定和校准才能够投入使用，而国家标准中对于检定所用的加载方式并没有明确的规定，使检定的结果出现偏差。基于此，笔者选用三台不同量程的力传感器和电子万能材料试验机进行试验，明确测试速度对试验力示值误差造成的影响，实验的结果显示，测试速度会对示值误差造成影响，在检定的过程中，对于不能连续加载的试验机来说，使用低速连续加载方式能够获取较为准确的示值误差。

关键词：材料试验机；试验力；示值误差

前言：有关人员在对材料试验机进行检定和校准的时候，主要将JJG475-2008以及JJG139-1999这两个国家规定规程作为基础，这两个规程中指出，示值误差的检定要通过持续加载的方式进行，但是具体的加载方式和加载速度却没有指出。大多数材料试验机都采用逐步加载方式进行检定，但是对于不能控制速度或者不能逐步加载的试验机，其检定工作存在较大的难度，很容易得出错误的示值误差，影响检定的结果。

1.试验对象与试验过程

1.1试验对象

本文选用0.1级10kN、100kN以及600kN量程的三台力传感器作为试验仪器，进行600kN电子万能材料实验机的示值测量。应用的三台力传感满足国家标准的检定要求，均为0.1级合格。10kN力传感器的测量范围在1-10kN；100kN力传感器的测量范围在10-100kN；600kN力传感器的测量范围在60-600kN。被测量的材料试验机的型号是ZWICK/ROLL Z600，其测量范围在2.4-600kN，能够用电脑进行其加载方式及速度的控制。为了获取不同测试速度对材料试验机试验力示值误差的影响，本文将控制方式设定为连续加载以及逐步加载这两种，这样就可以得到不同加载方式和不同测试速度下的示值误差，能够使试验结果更为全面。

1.2试验过程

笔者分别使用三台力传感器进行材料试验机的分段检定，检定的量程分别是2.4-10kN、10-100kN以及100-600kN。整个检定过程完全按照JJG475-2008的要求进行，其中，实验室的温度控制在20 1℃；湿度控制在50 5%RH；测试速度由电脑进行控制，测试的速度分别为0.05mm/min、0.2mm/min以及1mm/min。连续加载方式主要是在规定的速度下，持续加载到量程的上限；逐渐加载是在力值到达被测点之后，稳定10秒再进行加载。本文所用的被测点是在三个检定量程范围内平均取值所得，将被测点的试验力进行记录，计算出最终的示值误差[1]。

2.试验结果分析

2.1试验结果

使用量程为2.4-10kN的力传感器测量时，结果如下：在2.4kN的测量点处，以连续加载方式试验时，0.05mm/min速度下，示值误差为0.18%；0.2mm/min速度下，示值误差为0.49%；1mm/min速度下，示值误差为1%。以逐步加载方式试验时，0.05mm/min速度下，示值误差为0.14%；0.2mm/min速度下，示值误差为0.11%；1mm/min速度下，示值误差为0.1%。

使用量程为10-100kN的力传感器测量时，结果如下：在10kN的测量点处，以连续加载方式试验时，0.05mm/min速度下，示值误差为0.34%；0.2mm/min速度下，示值误差为0.25%；1mm/min速度下，示值误差为0.84%。以逐步加载方式试验时，0.05mm/min速度下，示值误差为0.09%；0.2mm/min速度下，示值误差为0.06%；1mm/min速度下，示值误差为0.03%。

2.2结果分析

观察上述试验结果可以发现，测试速度会对材料试验机试验力示值误差造成影响。当试验机的力值下限为2.4kN的时候，使用1mm/min的速度以连续加载方式测量时，所得的试验力示值误差是1.04%，而使用1mm/min的速度以逐渐加载方式测量时，所得的试验力示值误差是0.12%，这两者之间的差距较为显著，很容易导致试验机在检定过程中被降级，或者评为不合格。在材料试验机的全量程内，对比三种不同测试速度下的示值误差可以发现，以逐步加载方式测量所得的示值误差基本没有变化，当测试速度为0.05mm/min的时候，两种加载方式测量所得的示值误差基本一致，由此可以看出，加载方式并不会对试验机的示值误差造成影响。

为了更加准确地得出试验的结论，笔者根据试验结果制作了示值误差趋势图，观察图中的曲线发现：当材料试验机的量程在2.4-10kN之间时，测试速度对示值误差造成的影响最大，被测点力值越大，测量偏差就越小；当测试速度大于0.2mm/min的时候，以连续加载方式测量所得的示值误差比较大；以连续加载方式进行试验时，1mm/min測试速度下的示值误差要远远高于0.2mm/min测试速度测量所得的示值误差；以连续加载方式进行试验时，测量初始点具有较大的偏差，而后续的偏差比较小；以连续加载方式进行试验时，0.2mm/min测试速度下的示值误差始终小于0.5%；以连续加载方式进行试验时，0.05mm/min测试速度下的示值误差曲线和逐步加载方式下不同测试速度的曲线重合[2]。

结论：综上所述，测试速度会对材料试验机试验力示值误差造成影响。通过本文的试验分析可知，在进行测试速度对示值误差影响的分析时，研究人员可以以逐步加载方式在量程的被测点处获得相关的静荷载数据，以此得到较为精准的示值误差，如果材料试验机不能够通过逐步加载方式进行试验，则可以控制试验机通过低速连续加载的方式进行试验，这里的速度需要小于0.2mm/min。希望本文的试验可以为研究人员进行材料试验机试验力的示值误差分析提供帮助。

参考文献

[1]马风东.恒定加力速度建筑材料试验机（抗折）示值误差的测量值的不确定度评定[J].计量与测试技术，2017，44（11）：111-112.

[2]余深务.材料试验机的检定检测[J].科技创新与应用，2012（30）：91.

作者简介

王晟（1987—），男，汉，江苏东台，本科，助理工程师。

（作者单位：东台市综合检验检测中心）