非金属拉力试验机力值精度的影响因素
非金属拉力试验机力值精度依据JJG1392014 检定,标称 0.5/1 级是传感器整机理论精度;实际测试(橡胶、塑料、薄膜、无纺布、复合材料)力值准确度会受硬件、机械装配、试样工装、试验条件、计量校准多方面影响,薄膜、撕裂剥离这类小力测试受影响尤为突出。
一、传感器硬件本身因素
1.负荷传感器精度等级应变式负荷传感器决定力值基础误差。同样外观传感器,分为0.5 级、1 级、2 级。
关键:有效测力区间
0.5 级:一般 2%100% FS;
1 级:一般 1%100% FS。 当实际力低于传感器下限(比如只用满量程 5% 以内),即使 0.5 级传感器,实际示值误差会显著变大。 非金属很多薄膜、撕裂、剥离属于小力,量程选太大是现场最常见问题。
1.传感器过载、疲劳损伤偶然超量程撞击、长期过载,会造成传感器零点漂移、重复性变差,标称等级不变,但实际精度已经下降。
2.传感器温度漂移温度变化产生零点漂移;高低温箱配套试验时,传感器远离高温区;若传感器受热,力值零点偏移,测试结果系统偏高或偏低。
二、机械结构与装配因素
1.整机机架刚性双柱框架刚度不足,受力后机架弹性变形,横梁会产生微小位移,间接带来力值采集偏差;小力测试影响相对小,大拉力试样更明显。
2.传动系统(丝杠、同步带、减速机构)丝杠磨损、间隙大、传动卡顿,造成力值曲线抖动、跳变;伺服控制算法补偿不足时,力值重复性变差。
3.同轴度(非常关键,非金属高频误差来源)上下夹具不同轴,试样承受拉伸+ 附加弯曲。 弯曲会使传感器受力不是纯轴向拉力,测得力值偏低,平行样离散大。
现象:同一批试样,数据分散性大,不是传感器坏,是同轴度不良;一台标称0.5 级机器,同轴度差,实际效果不如同轴良好的 1 级设备。
三、夹具工装与试样带来的影响(非金属最突出)
1.夹具打滑橡胶、PE 薄膜、无纺布、软质材料极易打滑。试样滑动瞬间,力值上不去,最大力、撕裂强度偏低; 气动夹具比手动楔形夹具夹紧力稳定,减少人为夹紧力度带来力值离散。
2.夹具刀口损伤试样钳口压伤、割伤试样,试样提前断裂,最大力偏小。
3.试样装夹不对中试样歪斜、偏心,等效于同轴度变差,引入侧向分力,传感器采集到的不是真实轴向拉力。
四、试验工艺与软件采集因素
1.试验速度(非金属粘弹性材料重点)高分子材料有粘弹性:
速度过快:冲击效应,力峰值虚高;
速度过慢:材料发生蠕变,力值持续衰减。同一试样不同速度,最大力、断裂力读数会明显不同。
1.采样速率撕裂、薄膜断裂过程很短;采样率过低,断裂瞬间峰值捕捉不到,最大力读值偏低。
2.零点设置装夹试样后没有重新清零;夹具自重、试样预张力叠加,造成力值整体偏移。装夹时不要对试样预加拉应力,否则初始零点已经偏移。
3.力位移 / 引伸计采集不同步 力值和变形采样时间错位,虽然力传感器本身精度没问题,但强度、应力应变曲线失真。
五、环境干扰因素
1.振动地面震动会造成小力(几十牛以内)传感器读数跳动;薄膜、剥离测试影响显著。
2.电磁干扰变频器、电机、高低温箱干扰传感器信号,曲线抖动,力值不稳定;设备需要可靠接地。
3.温湿度实验室温度大幅度变化带来传感器温漂;高湿度造成接线端子受潮,信号漂移。
六、计量与维护因素
1.只做年度检定,日常不核查零点检定合格只代表检定点合格;日常使用过载、震动后零点会漂移,需要经常做零点核查。
2.检定砝码量程覆盖不全很多校准时只用大量程砝码校准,小力段没有校准点;薄膜小力工作区间实际精度未知。
非金属测试,计量要尽量覆盖日常常用的力值区间。
1.传感器没有定期复检传感器属于损耗件,长期使用蠕变,精度慢慢劣化。
现象原因对照表
表格
故障现象 | 力值相关主要原因 |
平行试样数据离散很大 | 装夹偏心、同轴度差;夹具打滑;量程选得过大 |
力值曲线抖动跳变 | 电磁接地不良;传动卡顿;环境振动(小力尤为明显) |
最大力持续偏低 | 夹具打滑;钳口损伤试样;试样装夹偏心 |
小力测试误差大 | 传感器量程过大,工作在有效区间下限以下;振动干扰 |
零点自己漂移 | 温度变化;传感器受过载冲击;接线受潮 |
实操改善要点
1.量程选型:试样最大力落在传感器2080%FS,不要一味选大量程传感器做薄膜、剥离小力试验。
2.重视整机同轴度,定期检查上下夹具对中;软材料优先气动夹具,减少打滑。
3.装夹完成后执行力值零点清零,避免预张力。
4.小力测试做好接地、减震;撕裂、薄膜适当提高采样频率。
5.计量校准时,必须覆盖日常使用的小力测点,不只校大载荷点。