準(zhǔn)確求取屈服點(diǎn)在材料力學(xué)性能試驗中是非常重要的，在許多的時候，它的重要性甚至大于材料的極限強(qiáng)度值（極限強(qiáng)度是所有材料力學(xué)性能必需求取的指標(biāo)之一），然而非常準(zhǔn)確的求取它，在許多的時候又是一件不太容易的事。它受到許多因素的制約，其中就有試驗機(jī)測控環(huán)節(jié)的影響。

 

　　電子萬能試驗機(jī)測控環(huán)節(jié)的影響

 

　　試驗機(jī)測控環(huán)節(jié)是整個試驗機(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現(xiàn)自動測控。由于自動測控知識的深奧，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，原理的不透明，一旦在產(chǎn)品的設(shè)計中考慮不周，就會對結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，并且難以分析其原因。針對材料屈服點(diǎn)的求取主要的有下列幾點(diǎn)：

 

　　1、傳感器放大器頻帶太窄

 

　　由于目前試驗機(jī)上所采用的力值檢測元件基本上為載荷傳感器或壓力傳感器，而這兩類傳感器都為模擬小信號輸出類型，在使用中必須進(jìn)行信號放大。眾所周知，在我們的環(huán)境中，存在著各種各樣的電磁干擾信號，這種干擾信號會通過許多不同的渠道偶合到測量信號中一起被放大，結(jié)果使得有用信號被干擾信號淹沒。為了從干擾信號中提取出有用信號，針對材料試驗機(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適當(dāng)?shù)姆秶?，就能使試驗機(jī)的測量控制性能得到極大的提高。然而在現(xiàn)實中，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的同時，往往把有用信號也一起濾掉了。在日常生活中，我們常見的電子秤，數(shù)據(jù)很穩(wěn)定，其原因之一就是它的頻帶很窄，干擾信號基本不能通過。這樣設(shè)計的原因是電子秤稱量的是穩(wěn)態(tài)信號，對稱量的過渡過程是不關(guān)心的，而材料試驗機(jī)測量的是動態(tài)信號，它的頻譜是非常寬的，若頻帶太窄，較高頻率的信號就會被衰減或濾除，從而引起失真。對于屈服表現(xiàn)為力值多次上下波動的情況，這種失真是不允許的。就萬能材料試驗機(jī)而言，筆者認(rèn)為這一頻帶小也應(yīng)大于10HZ，達(dá)到30HZ。在實際中，有時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，以至于造成了實際的頻帶寬度小于設(shè)置頻寬。以眾多的試驗機(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“輸出數(shù)據(jù)速率4KHZ”運(yùn)行時，它的模擬輸入處理電路達(dá)到的頻帶寬度10HZ。當(dāng)以試驗機(jī)常用的100HZ的輸出數(shù)據(jù)速率工作時，其模擬輸入處理電路的實際帶寬只有0.25HZ，這會把很多的有用信號給丟失，如屈服點(diǎn)的力值波動等。用這樣的電路當(dāng)然不能得到正確試驗結(jié)果。

 

　　2、數(shù)據(jù)采集速率太低

 

　　目前模擬信號的數(shù)據(jù)采集是通過A/D轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)的。A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，但在試驗機(jī)上采用多的是∑－△型A/D轉(zhuǎn)換器。這類轉(zhuǎn)換器使用靈活，轉(zhuǎn)換速率可動態(tài)調(diào)整，既可實現(xiàn)高速低精度的轉(zhuǎn)換，又可實現(xiàn)低速高精度的轉(zhuǎn)換。在試驗機(jī)上由于對數(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足需求，因而一般多采用較低的轉(zhuǎn)換速率，以實現(xiàn)較高的測量精度。但在某些廠家生產(chǎn)的試驗機(jī)上，為了追求較高的采樣分辨率，以及極高的數(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。因為當(dāng)采樣速度很低時，對高速變化的信號就無法實時準(zhǔn)確采集。例如金屬材料性能試驗中，當(dāng)材料發(fā)生屈服而力值上下波動時信號變化就是如此，以至于不能準(zhǔn)確求出上下屈服點(diǎn)，導(dǎo)致試驗失敗，結(jié)果丟了西瓜撿芝麻。

 

　　那么如何判斷一個系統(tǒng)的頻帶寬窄以及采樣速率的高低呢？

 

　　嚴(yán)格來說這需要許多的專用測試儀器及專業(yè)人員來完成。但通過下面介紹的簡單方法，可做出一個定性的認(rèn)識。當(dāng)一個系統(tǒng)的采樣分辨率達(dá)到幾萬分之一以上，而顯示數(shù)據(jù)依然沒有波動或顯示數(shù)據(jù)具有明顯的滯后感覺時，基本可以確定它的通頻帶很窄或采樣速率很低。除非特殊場合（如：校驗試驗機(jī)力值精度的高精度標(biāo)定儀），否則在試驗機(jī)上是不可使用的。

 

　　3、控制方法使用不當(dāng)

 

　　針對材料發(fā)生屈服時應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系（發(fā)生屈服時，應(yīng)力不變或產(chǎn)生上下波動，而應(yīng)變則繼續(xù)增大）國標(biāo)推薦的控制模式為恒應(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)試驗機(jī)及某次試驗中是很難完成的。因為它要求在剛出現(xiàn)屈服現(xiàn)象時改變控制模式，而試驗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)實中，一般都是用同一種控制模式來完成整個的試驗的（即使使用不同的控制模式也很難在上屈服點(diǎn)切換，一般會選擇超前一點(diǎn)）。對于使用恒位移控制（速度控制）的試驗機(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速度，全程采用速度控制就可兼容兩個階段的控制特性要求。但對于只有力控制一種模式的試驗機(jī)，如果試驗機(jī)的響應(yīng)特別快（這是自動控制努力想要達(dá)到的目的），則屈服發(fā)生的過程時間就會非常短，如果數(shù)據(jù)采集的速度不夠高，則就會丟失屈服值（原因第2點(diǎn)已說明），優(yōu)異的控制性能反而變成了產(chǎn)生誤差的原因。所以在選擇試驗機(jī)及控制方法時不要選擇單一的載荷控制模式。http://m.v-cut.cn