材料测试是工程设计、开发和研究的一部分，它依赖于这样或那样的实验室测试来回答问题。在制造过程中也需要测试，以确保材料或产品符合某些预定义的规格。万能试验机用于测量材料在拉伸、压缩、弯曲或扭转等方面的力学性能。这篇博文介绍了两种不同类型的通用试验机(机电和液压)，以及为什么精度、重复性和分辨率对于获得正确的测试结果很重要。亚博用户登录
机械测试不仅要求熟悉测量系统，还要求对实验的计划、执行和评估有一定的了解。在许多情况下，有公司联系我们，因为他们的测试结果与另一个实验室的结果不匹配，或者他们目前获得的结果与历史值不同，即使他们的制造工艺没有改变。
有两类试验机，机电和液压，主要的区别是如何施加负载。
机电试验机
机电机械采用一个变速电动机，齿轮减速系统和一个，两个或四个螺钉来移动十字头向上或向下。这种运动使试样处于拉伸或压缩状态。通过改变电机的速度，可以获得一定范围的十字头速度。基于微处理器的闭环伺服系统可实现对十字头速度的精确控制。
解剖机电试验机
eXpert 2600万亚博用户登录能试验机
专家2600双柱机电测试系统可用于桌面或地板站立配置，可达到600kN (137,000lbf)的力容量。伺服控制电机允许在非常慢的净偏转率下运行测试。
eXpert 7600万亚博用户登录能试验机
专家7600单柱机电万能试验机，提供三种力能力:1kN (225lbf)， 亚博用户登录2.5kN (500lbf)和5kN (1000 lbf)。这些单元适合在431x520mm的空间内，并具有业界最大的垂直测试空间，使其成为测试高伸长率材料(如橡胶)的理想选择。
eXpert 5000通亚博用户登录用试验机
专家5000系列机电试验机具有模块化的单柱和双柱框架组件，底座和可拆卸的执行机构。这种设置为广泛的应用程序提供了在各种垂直或水平方向上配置系统的能力。eXpert 5000系统的一个流行配置是ASTM D3574泡沫测试配置用于拉伸和压缩方向的静态和动态测试。
eXpert 4000微量检测仪
专家4000机电微测试系统非常适合测试组织，骨骼，生物材料，纤维，螺纹，凝胶，薄膜，金属，电线等小尺寸样品。eXpert 4000 MicroTest系统具有高达5kN的力容量和各种握把、夹具、加热和冷却室以及流体浴，适用于各种高倍成像系统。
液压试验机
液压试验机采用单作用或双作用活塞来上下移动十字头。大多数静态液压试验机使用单作用活塞或冲压件。在手动操作的机器中，操作者调节压力补偿针阀的孔来控制加载速度。在闭环液压伺服系统中，针阀被电动伺服阀取代，以实现精确控制。
所有ADMET试验机都采用一个闭环系统，连续地将信息从闭环控制器发送到电机，也从电机发送到闭环控制器。这种恒定的反馈允许某些变量(如负载率和应力率)在整个测试过程中保持指定的状态。由于能够立即对可能的变化做出反应，闭环系统提供了更高的精度。
液压试验机的解剖
eXpert 1000通亚博用户登录用试验机
专家1000伺服液压测试系统非常适合在非常高的负载能力下测试金属，复合材料，医疗设备和植入物，混凝土，织带和其他材料。每个框架采用应变测力元件直接测量力。无需补偿活塞摩擦和其他非线性，这些框架提供了卓越的精度和精度，同时降低了长期校准和服务成本。eXpert 1600系列专为静态测试而设计，而eXpert 1900系列配置为满足疲劳测试应用的力-行程-频率要求。
快速提示
准确性、重复性和分辨率
要记住的三个基本定义是关于一台试验机测量应力和应变的准确性、重复性和分辨率。
精度是能够告诉十字头的真实位置。精度是任意两个十字头位置之间的最大误差。
可重复性(精度)是指十字头反复回到同一位置的能力。重复性是指将十字头移动到同一位置的多次连续尝试之间的误差。
决议十字头位置的最小可编程步长或十字头可执行的最小机械步长中较大的一个。
影响准确性、重复性和分辨率的因素
一个好的测试工程师必须对测试过程中可能引入的错误的来源有很好的理解。在开始测试之前，测试工程师应审查传感器和测量仪器的选择，牢记每种传感器和测量仪器的适用性和准确性。换句话说，为了进行准确的测量，人们应该知道如何测量误差，以防止它们渗透到结果中。
传感器是所有机械测试测量的核心。测试框架、动力传动、握把和夹具也会影响传感器的准确性和可重复性。传感器安装在错误的位置，被加热，或安装螺栓变形都会导致测量误差。
eXpert 2600带有手动虎钳和轴向伸度计
安装传感器时最重要的考虑因素是安装在哪里，以确保准确测量所需的量。要考虑的一件事是传感器应该安装在变速器的输入端还是输出端。如果传感器与电机一起安装在变速器的输入端，那么系统的分辨率将提高一个等于传动比的因素。然而，变速器、皮带、滚珠丝杠、测试架、握把和夹具中的间隙和顺应性也会影响传感器的输出。另一方面，如果传感器安装在变速器的输出端，它将更准确地测量过程，但分辨率将降低。
ASTM D790塑料弯曲测试中的传感器位置
ASTM D790规定非增强和增强塑料的弯曲模量的测定。测试设置需要三点弯曲夹具加载机头位于支架中间，如图机电测试系统解剖图所示。支架和装载机头显示为浅蓝色。加载头在点4接触矩形试样，并直接连接到测压元件。试验程序包括使试样偏转，直到试样的外表面发生破裂或达到最大应变为止。
双柱eXpert 2600上的3点弯曲测试设置
切线模量、割线模量和弦模量是我们感兴趣的三个性质。这三者都需要精确的力和弯曲应变测量，以获得适当的模量读数。假设测压元件已验证满足ASTM E4精度要求，所有力测量应准确地表示施加的力。挠曲应变是直接相关的挠曲试件在中间点之间的支持。
示例1利用安装在电机上的旋转编码器测量弯曲应变
大多数现代机电测试机器测量直线十字头位置与旋转编码器安装在电机。旋转编码器与试件之间有电机轴、直角传动、同步带、圆锥滚子轴承、滚珠丝杠、滚珠螺母、移动十字头、测力元件和测力头。当对试件施加力时，应变测量误差由以下方式引入:
-由于施加扭矩，电机轴的扭转顺应性。由于没有任何机器部件是真正刚性的，人们可以将电机轴视为具有一定扭转刚度的扭转弹簧。
-直角传动中配合齿轮之间的扭转顺应性和机械间隙。-在同步传动皮带中拉伸。
-圆锥滚子轴承的遵从性。圆锥滚子轴承非线性变形，特别是在负载是其额定值的一部分。预压轴承会导致按比例较小的偏转量，但可能会降低移动十字头的有效重复性和分辨率。
-滚珠丝杠的一致性和导程误差。施加在试样上的压缩载荷将在滚珠丝杠中产生拉伸载荷，从而导致滚珠丝杠拉伸。
-在ballnuts反弹。在空载状态下，重力会使滚珠螺母中的滚珠轴承与上轴承圈接触。当施加的压缩载荷超过移动十字头、测压元件和加载头的重量时，球轴承将切换到接触下轴承圈。
-移动十字头、测力元件、测力头、试样支架和机座是否符合要求。同样，没有任何机器部件是真正刚性的，可以把每个部件看作弹簧。
考虑到这一点，重要的问题是:“与我试图测量的应变相比，总误差有多大?”没有明确的答案，但如果机器的整体刚度远大于试件的刚度，人们可以使用这种方法来测量弯曲应变。在用电机编码器测量弯曲应变之前，要对测试装置进行仔细的分析。
注:如果可以用无限刚性的试样代替试验试样，旋转编码器测量的载荷与应变曲线将是非线性的。非线性使得在软件中找出机器误差非常困难。
示例2用线性位移传感器测量移动十字头与顶支架之间的弯曲应变
测量弯曲应变的第二种方法可能是在顶部支架(绿色部分)和移动十字头之间安装一个线性位移传感器。上图中为位移b，在这种布置中，当对试件施加一个力时，应变测量误差如下所示:
-圆锥滚子轴承的遵从性。
-滚珠丝杠符合要求。
-在ballnuts反弹。
-移动十字头、测力元件、测力头、试样支架和机座是否符合要求。
由于位移B传感器比旋转编码器更接近标本，因此误差来源更少。然而，就像例子1一样，对于通过测量移动十字头和顶部支架之间的相对运动而引入的误差是否小到无关紧要，没有明确的答案。同样，仔细分析测试设置和结果是合理的。
建议的弯曲应变测量方法
当用于测量例1和例2中所概述的弯曲应变的方法不充分时，通常使用一种测量支架(上图中3点)和机座(5点)之间的试样底部之间的相对位移的设备。一个这样的装置是挠度计．由支架和底座的柔度引起的误差通常比试件中的弯曲应变小得多。
测量误差最小的方法是在图1和图2点试样的相对两侧安装两根棒材。点1和点2位于支撑的正上方，位于试件的中性轴上。当荷载施加到试件上时，杆只在点1和2处与试件接触，保持直线和无应力。然后将一个线性传感器固定在支架中间的杆上，并在点4处测量试样的挠度。
点击下面进一步阅读通用试验机电机控制以及ADMET控制器如何确保在整个测试过程中准确地保持指定的测试速率。
结论
所有实验测量都包含误差。在开始测试之前，一个好的测试工程师总是会问这样一个问题:“我的测量误差是否小到无关紧要?”彻底了解误差的来源和大小对于进行准确的测量至关重要。
