试验机的选购与使用（三）

弹性模量求不准的原因及解决方法 任何的机器，设备都是由各种材料构成，要使机器，设备安全，可靠的工作，组成机器设备的各零部件，就必须工作在弹性范围之内而弹性模量就是反应材料弹性阶段性能的最重要指标之一。因此准确的求取材料的弹性模量非常重要。但遗憾的是，在众多的材料力学性能的指标中，弹性模量是少有的几个不易准确求取的指标之一。试验机生产厂家专业技术人员长期从事材料试验机的研发工作，对这一问题进行了深入研究和理论分析，揭示了产生这一问题的原因并给出了问题的解决办法。

产生弹性模量测量误差的原因很多，但归纳起来大概可以分为材料试验机选型，试验机本身和使用三类问题，下面按分类逐个进行分析。（1）试验机选型不合理 按照弹性模量的定义及标准给出的算法，弹性模量的计算公式为E=（▷F/s）/（▷L/L）式中：▷F-轴向力的增量 沧州欧谱s-试样原始横截面积 ▷L-轴向变形增量 L-变形标距显然弹性模量是一个复合函数，式中的任何一个参数的不准确都会导致结果的不准确。而这些参数都是通过试验机取得的，试验时试验机选取的不合理就会导致这些参数的不准确。

a）悬臂梁冲击试验机精度太低 目前试验机准确度级别按照有关试验机有关国际标准大约分为0.5级、1级、2级、3级四种情况，在近几年2，3级的试验机已经禁止生产，但许多早年生产的该级别试验机，社会上还有部分数量仍在使用，另外还有一些出厂时在0.5级，1级的试验机，因为各种原因，准确度级别已下降为2级甚至3级。特别要引起注意重视的是试验机的精准指标中，大部分的试验机变形性能都未做长期的跟踪校准，准确度一般都较差，用这样的试验机当然得不出高精度的数据。由于弹性模量的测量要求高，因此试验力的准确度低的话，所取得的弹性模量准确度会更低。

b）未配置变形规（最常见的拉伸实时用引伸计），而使用位移来求弹性模量，这在压缩试验中较普遍。众所周知材料在弹性范围内的变形量是很小的，而位移的测量范围是很大的，因而它的小信号测量精度很低。另外使用位移时还会产生许多附件误差，如滑移，整机变形等，使得位移值完全不能反应试样的真实变形。同时由此试样夹持部分也会产生变形，使得标距无法准确确定，同时对部分试样来说其试样横截面也就难以确定。这样在计算弹性模量的四个参数中，有个三个存在极大误差，结果也就可想而知了。所以要求取弹性模量一定要配置相应的变形规。需要特别强调的是一般的试验机在选购配置时，大部分会选配测量拉伸变形的引伸计，但很少有人会选配测量压缩实验的变形规，不得已在做压缩弹性模量试验时，基本都采用了位移代替的方法，这是很不正常的的现象，应力求避免。

c）选用的引伸计量程太大，甚至用测量塑料薄膜，橡胶延伸率的大变形测量装置求取弹性模量。 引伸计最主要的用途就是用来求取弹性模量及非比例应力。对于绝大多数材料来说这时材料的变形量一般都不会很大，根据统计，对于标距50mm来说，95%的材料的这一变形值在5mm以内，但事实上却有95%以上的配置选用了10mm以上测量范围的引伸计，许多达到了25mm。引伸计的量程越大，小信号的测量精度就越低，这样就人为的加大了变形误差，影响了弹性模量的求取精度。更有甚者，在塑料拉伸试验中，经常会有人使用求取延伸率的大变形装置来求取弹性模量，这是完全错误的。一般来说，大变形装置根本就不能用它来测量20mm以下的变形。因为第一，它的分辨率太低，大约在0.04mm的数量值。第二，它一般为两路数字信号差动输出，必然导致小信号变形测量局部线性度降低。第三，它采用间接测量方法，会产生许多不确定的误差，使得小信号的测量重复性很差，从而导致弹性模量精度很差，重复性低。因此绝对不能用大变形来求取弹性模量，而应配备专用引伸计，以精度求取弹性模量值。

（2）试验机本身存在设计缺陷 a）数据采集方式不合理 沧州欧谱按定义求取弹性模量的应力、应变是一组关联数据，它们应该同步采集，以此求取的弹性模量才是真实的。早期的材料试验机弹性模量的求取基本上采取X-Y记录仪所绘制的应力-应变曲线求解法取得，这从原理上保证了数据的同步性。但是随着A/D转换器及计算机技术在试验机上的应用，目前的数据采集情况比较复杂。有些是同步采集，有些是非同步，用户很难区分。下面给大家介绍一个方法，虽不是完全准确，但在大多数时还是可行的。对于测量弹性模量来说，最少需要两路模拟通道（目前载荷，变形规基本都是模拟传感器），因此可从A/D转换器的数量进行判断。若有多篇A/D，则一般为同步采集。至少为准同步采集，若只有一片A/D则一定为非同步采集，对于集成系统的控制器（以计算机为主体，加配各功能卡组装而成），A/D转换器基本上都是采用A/D转化卡，它基本上属于非同步采集。那什么是准同步采集，一般的非同步采集是怎么进行的呢？

所谓的准同步采集是指不同的通道各自使用独立的A/D转换器，并以同一时钟信号工作，但开始转换与结束转换的时间不完全一致，相互间存在一个恒定的时间间隔。但由于这个时间间隔一般很小，最大也不会大于一个采样周期（注意：在试验机上最常使用的A/D一般采样周期远小于转换周期），其量值最大也就是几个毫秒，因此对数据采集影响很小。

常见的非同步采集一般采用循环采样的方法采集不同通道，沧州欧谱由于是循环，采集的一组数据中前后采集的时间间隔可能就会较大，当采集通道较多时，所采集数据的关联性就会明显降低。另外任何的电子元件都存在一定的输入电容与输入电阻，当进行采集通道切换时，这一电容电阻构成的积分环节，对测量信号会产生积分滞后的效应，使得测量准确度受到影响。受到这双重环节影响导致求取的数据精度降低。因此一般情况下应尽量不采用这一采样模式。对于必须采用这一模式的情况，则应尽可能降低实验速度，力求单位时间的数据增量最小，以降低不同步采集的关联误差。并在编制采集软件时，进行适当处理，如丢掉切换后的前几次转换值等方法，以降低积分效应的影响，但这又会加大循环时间，增大关联误差，所以应综合考虑。建议不要用该类压力试验机进行高硬度，小变形量，大试验塑料的材料实验，它除会对弹性模量有影响外，可能对其他指标的影响更大。