1 前言
隨著社會的進步，科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，各類新材料層出不窮，材料試驗機行業(yè)也有了長遠的發(fā)展。各種新技術(shù)、新方案被大量的應(yīng)用在試驗機領(lǐng)域，因而試驗機的性能有了非常大的提高，使用領(lǐng)域也較過去有了非常大的拓展。
試驗機一般采用分檔的方法擴展量程，近年來隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了不分檔、寬量程測量的試驗機。相對于分檔測量試驗機來說，不分檔測量試驗機對傳感器的特性有更高的要求。
2 原理分析
現(xiàn)代試驗機一般采用電子式測力方式，電子式測力主要是通過傳感器實現(xiàn)的�，F(xiàn)在使用的傳感器多為貼片電阻式傳感器，通過彈性體改變長度及截面積，使貼片電阻阻值隨之產(chǎn)生線性變化，傳感器的輸出電壓也隨之產(chǎn)生變化。傳感器的檢定規(guī)程規(guī)定：傳感器的線性檢定是取五或十個點進行檢定，即20%-100%FN或10%-100%FN，我們?nèi)≥^大的范圍即10%-100%FN，這也是傳感器的有效使用范圍，傳感器的線性也適用于這一范圍。我們所使用的傳感器的線性一般是0.1%，指的是進程平均校準曲線與平均端點直線偏差的最大值與額定負荷的比值，即絕對誤差；試驗機的示值精度±1%是測量值與標準值之差與標準值的比值，即相對誤差。因此在小量程測量范圍內(nèi)可能會出現(xiàn)傳感器的線性不滿足試驗機的示值精度要求。在等價于四檔的不分檔試驗機中所要求的測量范圍是2%-10%FN，這樣傳感器2%-10%FN的示值精度就不能保證與10%-100%FN一致，可能出現(xiàn)2%-10%FN的示值精度超差。為了不影響傳感器10%-100%FN測量范圍的精度，需要在不分檔、寬量程測量的試驗機軟件中加上分段標定。
在電子測力的過程中我們需要使用傳感器的線性，即傳感器的輸出信號與所受到的負荷是成比例關(guān)系的。但是在現(xiàn)實中，傳感器的信號與負荷不可能是完全線性的，它總是有一定的偏差的，如圖1所示：
圖1 傳感器的線性特性
理論上力F與傳感器的信號有一定的線性函數(shù)關(guān)系：
F= F(v)= kv
以1000kN一級屏顯試驗機為例，傳感器的有效值為100kN-1000kN，線性為0.1%；等價于四檔的屏顯試驗機測量范圍為20kN-1000kN，示值精度為±1 %。對于試驗機測量的最小點20kN這點，按傳感器的線性允許產(chǎn)生1000kN×0.1%=1kN的誤差，按試驗機的示值精度允許產(chǎn)生20kN×±1 % =±0.2kN。這樣傳感器示值的最大誤差為1kN÷20 kN= 5 %,就超出了±1%的要求，這時就需要對這點進行非線性修正，提高試驗機準確度，減少誤差。因此在不分檔、寬量程的試驗機軟件中，使用分段標定提高示值準確度是必要的。
當(dāng)傳感器的線性不能夠滿足試驗機測量試驗力的要求時，如圖(1)，線性函數(shù)的偏差超出允許的范圍時，就要通過軟件對試驗機的力值進行分段標定。分段標定的算法很多，主要使用的是插值法，在整個信號區(qū)間內(nèi)找到一個或者是幾個線性偏差大的點，然后得出曲線Kl和K2，其斜率分別為kl和k2，如圖2所示：
圖2 分段標定后的線性特性
試驗力F的函數(shù)為：
經(jīng)過分段標定以后，所有的測量點的力值都在允許的范圍以內(nèi)了。
當(dāng)插入的點更多，達到無窮多個時就有
試驗機所有的點的示值都與實際標準值相同了。在實際應(yīng)用過程中，力F對標準值的誤差在±1%以內(nèi)就達到國家標準的要求，所以只需將F= F(v)=kv中偏離標準值最大的幾個點分段標定就能夠滿足試驗機的使用要求了。
綜上所述在不分檔，寬量程測量試驗機上使用分段標定可以增加測量范圍，提高試驗機準確度，減少偏差。
參考文獻
[1] JJG 391-1985 《負荷傳感器》
[2] GB 5603~5604-85 《負荷傳感器術(shù)語和實驗方法》
[3] JB/T 8612-1997 《電液伺服萬能試驗機》
[4] GB/T16826-1997 《電液式萬能試驗機》 |
