数显标准测力仪在检定材料试验机中的运用

于敬水 王林虎 李金朝 刘超 王晓霞

【摘要】随着工业化进程不断加快，各行各业对高强度材料的需求日益增加。因此，对材料的力学性能进行准确测量和评估变得至关重要。本文重点介绍数显标准测力仪在检定材料试验机中的运用，采用数显标准测力仪可以大大降低试样的重复性误差，从而提高整个系统的测量精度和稳定性。

【关键词】数显标准测力仪；检定材料；试验机

【DOI编码】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

数显标准测力仪是一种新型的测试设备，它可以同时记录多个物理量参数。通过对数据的处理和分析，我们可以得到材料的弹性模量、断裂能、塑性和硬度等关键指标，从而更好地了解材料的力学性质。此外，该仪器还可以用于材料的疲劳寿命预测和损伤监测等方面的研究工作中。

1数显标准测力仪检定精度的影响因素

1.1常规温度试验

常规温度试验是指通过控制环境温度来保证测试设备处于恒温状态，从而达到准确测量的目的。在实际操作过程中，为了确保常规温度试验的效果达到要求，需要考虑多方面因素。首先，需要选择合适的温度调节器，还需要注意温度调节器的安装位置，以及调整后的温度是否稳定。此外，为了避免误差扩大，还要定期检查和维护温度调节器的工作状况，及时更换损坏或老化的部件。其次，需要注意常规温度试验的时间长度和频率[1]。实验的时间应足够长，以充分反映试样的热特性，而频率则要适当增加，以提高数据的可靠性和重复性。另外，还可以采用多次加载的方式，以进一步减少误差。最后，需要考虑试样本身的特点，如密度、形状、表面粗糙度等，这些都会影响常规温度试验的结果。因此，在进行常规温度试验时，应该尽可能地减小这些干扰因素的影响，以获得更可靠的数据。常规温度试验对于数显标准测力仪在检定材料试验机中的应用具有重要意义。

1.2高温试验

在高温环境下，温度变化会对数显标准测力仪的性能产生一定的影响。首先，高温会导致传感器内部的热膨胀系数发生变化，从而导致测量结果偏差增大。其次，高温还会加速传感器的老化和失效过程，使其寿命缩短。因此，对于在高温环境中使用的数显标准测力仪来说，需要对其进行严格的检测和维护，以确保其能够正常运行并提供准确的数据。为了更好地了解高温环境下数显标准测力仪的误差来源及其影响程度，我们进行了一些实验研究。在高温条件下对数显标准测力仪进行多次测试，记录其测量数据以及实际负荷值的变化情况。通过对得出的结果进行对比分析发现，高温环境下数显标准测力仪所产生的误差主要来自传感器本身的热膨胀效应和老化的问题。其中，传感器的热膨胀效应是造成误差的主要原因之一，而老化则会进一步加剧这种误差。针对上述存在的问题，可以采取以下方法来提高数显标准测力仪在高温环境下的可靠性：1）采用高质量的传感器，选用具有良好耐高温特性的产品；2）在安装时注意避免受潮或受到其他不良环境的影响；3）根据实际情况选择合适的电缆长度和连接方式，减少热损耗；4）定期进行维护保养，及时更换损坏的部件，保证设备处于最佳状态。

1.3加荷速度试验

加荷速度是影响数显标准测力仪检定精度的重要因素之一。为了确保实验结果的准确性和可靠性，需要对加荷速度进行严格控制和规范化管理。在加荷速度试验中，经常会使用一个高速数据采集器，将传感器输出的数据实时记录下来，并通过计算机软件对其进行分析和处理。这种方法可以有效地减少误差来源，提高检测精度和稳定性[2]。此外，在加载过程中还需要考虑一些其他因素（如温度、湿度等）的变化对加载速度产生的影响。因此，在实际应用时需要注意这些因素的变化情况，并在相应的条件下进行加载操作。总之，加荷速度是一个非常重要的因素，它直接影响数显标准测力仪的性能表现和检定精度。在加荷速度试验中，应该采取一系列措施来保证其准确性，以达到最佳的效果。

2数显标准测力仪的技术分析

2.1基本原理

数显标准测力仪是一种用于测量物体的力学性能和结构参数的仪器设备。其工作原理是通过传感器的变形来产生电信号，然后利用信号处理电路将电信号转换为数字信号输出。这种方法可以实现高精度、高速度的数据采集和分析，适用于各种机械测试领域。在数显标准测力仪中，传感器通常采用弹性膜片或弹簧作为载荷源。当施加外力时，传感器会发生位移变化，从而产生电信号。这些电信号经过信号处理后，可以用于计算物体的应变、压力、扭矩等物理量。因此，在检定材料试验机中，数显标准测力仪被广泛地应用于各种材料的力学特性研究。

2.2结构特点

数显标准测力仪通过对物体施加一定的压力或拉伸来获取其弹性模量、刚度等参数值，从而判断该物件的质量等级以及是否符合相关规范的要求。数显标准测力仪的基本构成部分包括压力传感器、控制电路板和数据采集系统等。其中，压力传感器是核心部件之一，它是由一组精密的机械装置和电子元器件组成，能够准确地检测被测试对象所承受的压力变化情况。同时，控制电路板则是负责接收信号并将其转化为数字化的输出信号，以便后续的数据处理和显示。最后，数据采集系统负责收集所有数据并进行分析和展示。数显标准测力仪还有许多独特的优势。例如，它的精度非常高，可以在微米级范围内精确地测量出物体的物理特性；具备快速响应能力，能够在短时间内完成大量的测试工作；可以实现远程监测和管理功能，方便操作人员的工作流程。总之，数显标准测力仪作为一种重要的实验设备，在检定材料试验机中得到了广泛的应用。

2.3性能指标

首先，数显标准测力仪的灵敏度是其最重要的性能指标之一。灵敏度是指测试仪器能够检测到的最小信号大小。对于数显标准测力仪来说，它的灵敏度通常取决于传感器的质量以及放大电路的设计参数。一般来说，越灵敏的传感器可以检测到越小的信号，从而提高测量精度。因此，在选择数显标准测力仪时，应该优先考虑其灵敏度是否足够高。其次，数显标准测力仪的线性也是一个重要的性能指标。线性的定义为：当输入量变化时，输出量的变化与输入量的变化成正比。如果数显标准测力仪具有良好的线性，那么它就可以保证测量结果的精确性和稳定性。此外，数显标准测力仪的重复性也是非常重要的一个性能指标。重复性指是指在相同测量条件下，对同一物体或相同参数进行连续多次测量，所得结果之间的一致程度。如果数显标准测力仪具有较高的重复性，则说明其测量结果非常稳定可靠。但是，如果数显标准测力仪的重复性较低，那么就可能会出现误差较大的情况。最后，数显标准测力仪的响应时间也是一个关键的因素。响应时间是指从接收信号开始到输出结果出现所需的时间。对于一些高速运动的实验设备，其响应时间是非常短的。因此，数显标准测力仪的响应时间必须满足相应的需求，以避免影响实验结果的准确性和可靠性。

3数显标准测力仪的安装

首先，需要确定具体的测量位置以及所需要的数据采集方式。对于大多数材料试验机来说，只需要在试样上设置一个固定点即可，而对于一些特殊类型的材料试验机，则可能需要在其内部或外部设置多个固定点以保证数据的准确性和可靠性。其次，还需要考虑如何连接数显标准测力仪与材料试验机之间的信号线。为了确保信号传输的稳定性和精度，建议使用专业的电缆连接器或者专用的数字接口板。此外，还需注意信号线的长度是否足够长，以免影响测试结果。最后需要注意的是，在安装完数显标准测力仪后，一定要对其进行校准并记录好其初始状态，以便后续更好地开展操作和维护工作。总之，数显标准测力仪的安装是整个实验流程中最关键的部分之一，只有通过合理的安装，才能够获得准确的数据，从而更好地评估材料试验机的质量和性能。

4数显标准测力仪在检定材料试验机中的运用

4.1系统检定软件操作

在实际使用中，检定人员需要通过软件来对系统进行检定和调整，以确保其准确性和可靠性。因此，熟练操作系统检定软件是非常重要的。首先，需要了解系统的检定流程。一般来说，系统检定分为初始化阶段和校准阶段。在初始化阶段，检定人员需要先连接设备并设置相关参数，如传感器的标度、载荷范围等。在此过程中需要注意的是，每个参数都需要精确地设定才能保证测量结果的准确性。在校准阶段，检定人员需要对传感器进行校准，以便于后续测试时能够得到更精准的结果。检定人员可以通过输入已知的负载值来校准传感器，从而确定其灵敏度和线性关系。同时，还需要注意校准过程中的数据采集速度是否足够快，以及数据处理的速度是否够快，这些都会影响最终结果的准确性[3]。此外还有其他一些细节问题需要注意。例如，在传输数据的过程中，要注意避免信号干扰或者网络故障等问题，以免影响实验结果的准确性，还需注意不同类型传感器之间的配合问题，如温度计与压力计之间的关系等。这些问题都需要经过充分研究和实践才能解决。

4.2测量结果不确定度分析

在使用数显标准测力仪进行检定材料试验时，需要对测量结果的不确定性进行评估。通过不确定度分析来确定测量结果的可靠性和准确性。其具体方法如下：首先，需要了解数显标准测力仪的工作原理以及所涉及的各种因素对其精度的影响。这些因素包括温度变化、机械误差、电学误差等。为了计算测量结果的不确定度，需要考虑这些因素对于测量结果产生的影响程度。其次，需要建立一个数学模型来描述测量过程中的所有变量之间的关系。这个模型可以帮助预测测量结果的精确性和稳定性。例如，可以利用线性回归模型或者非线性回归模型来估计测量结果的偏差率和方差率。最后，还需要考虑实验数据的质量。只有经过多次重复实验并收集足够的数据才能得到可靠的结果。因此，在进行不确定度分析之前应该先确保实验数据质量良好并且足够多。总之，通过不确定度分析，可以有效地评估数显标准测力仪在检定材料试验机中的性能和适用范围，有助于提高测试系统的准确性和可靠性，为后续的研究工作提供有力的支持。

5结束语

综上所述，在科学技术不断发展的今天，越来越多的新型材料在生产中被应用，这就需要材料试验仪器进行全面提升。标准测力仪是材料检测仪器中发展较快的设备之一。目前，新型的标准测力仪正朝着高灵敏、抗干扰性强、数字化程度高的方向迈进，并且在检测效率上也更加高效，同时还能有效地控制成本，使整体测量精度不断提升，并且能够更加适应多领域的材料检测。

【参考文献】

[1]冯忠彬，孔凡礼，任建，等.一种大型结构物称重系统的校准方法[J].工业计量，2022，32（2）：13-15.

[2]代鲲鹏.计量型影像测量仪在玻璃线纹尺校准中的应用及不确定度分析[J].仪器仪表标准化与计量，2021（4）：32-33，41.

[3]邵国忠.标准测力仪示值误差测量结果不确定度评定[J].中国战略新兴产业（理论版），2019（20）：252.

【作者简介】

于敬水，男，1981年出生，工程师，学士，研究方向为力学、声学、质量、密度、容量。

（编辑：李加鹏）