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          關于傳感器、200000測量分辨率及控制
           
             分辨率是反映試驗機在保證測量精度的前提下,可達到最低起測點的主要指標。使該機能達到較寬的測量范圍。一機多用,使用范圍廣??蔀橛脩艄澥〈罅抠Y金。
             一、測量分辨率的目的和意義:在同等線性精度條件下,提高測量分辨率可以得到寬的測量范圍。例如以100kN為滿度的測量系統,在要求測量系統線性精度達到±1%、滿度的0.4%作為起測點時,系統的分辨率必須達到1/100000分辨率。如果在要求測量系統線性精度達到±1%、滿度的0.2%作為起測點,那么系統的分辨率必須達到1/200000分辨率。如果沒有高的分辨率,就不會有寬的測量范圍。但同時有了高的分辨率,在寬的測量范圍內,達不到同等精度,那么高分辨率也就沒有達到實際的意義。
             二、關于測量
             測量系統分交流放大和直流放大,國內大多數廠家全是采用直流放大器,零點飄移、溫度飄移及長時飄移是直流放大器無法解決的技術難題。目前試驗機的測量系統有三種:
             1、分檔的測量系統:是分檔測量放大器。事先選擇檔好位,只能在此范圍內進行測量試驗。試驗機測量范圍比較小。如果對不了解的材料進行試驗時,選擇錯了不能完成試驗。該技術早在80年代初就已經淘汰。
             2、內部換檔的測量系統(濟南試金、上海華龍、深圳三思):表面上是連續測量不分檔,實際上是內部分檔,自動換檔的產品。一般是從最低檔開始,在該檔測量范圍不夠時自動換到上一檔,但在換檔瞬間電壓會出現階躍變化,產生測量突跳,由于電壓的瞬間階越變化,對于等應力控制或等應變控制來說,會出現階段的震蕩的試驗曲線,有些廠家將這一現象用軟件處理,不顯示在屏幕上。這一現象同時對伺服連續控制會產生嚴重影響,嚴重影響控制效果和控制精度。計算機顯示出的平滑曲線,是被人為處理后的不真實曲線,這樣的曲線無法真實反映試樣本身的特性。不能滿GB/T228-2002金屬材料 室溫拉伸試驗法的要求。(以100 kN試驗機為例,衰減10倍當時,該機相當于10kN試驗機,試驗力加到10kN時,測量系統輸出電壓滿度為10V,當力值接近10kN換到下一檔即衰減5倍當時,相當于20kN試驗機,此時測量系統輸出滿度電壓仍為10V。但10kN在該檔電壓輸出卻變為5V,電壓瞬間掉下一半,必然出現控制震蕩,影響全量程控制。)該技術早在80年代末就已經淘汰了。另外濟南的控制精度最高才能達到5%,樣本根本沒有控制精度指標,因為根本做不到真正的純閉環控制。是假閉環。
             3、關于傳感器:負荷傳感器,是直接測力,與周圍的介質不發生影響,具有較高的可靠性。應變片直接貼在高剛度的彈性體上,同時具有零點、線性補償及溫度補償直接作在傳感器內,具有極高的線性、穩定性、靈敏性。是目前世界上最通用的高精度傳感器。而液壓傳感器是間接測力,通過液壓油到傳感器在轉換成力值,轉換過程的準確與否與主機油缸的摩擦力的大小有直接關系,更主要的是油缸的摩擦力是不均勻,對零點影響較大,開始時噸位小摩擦力比較大,隨著試驗力的增加,系統壓力增大,油缸的間隙油內瀉增大,摩擦力才逐漸減少。尤其是做不規則試樣試驗時,油缸的活塞與缸壁摩擦力增大,整個試驗過程摩擦力無規律可言,測力的穩定性較差,直接影響測力的線性,測量范圍只能做到2%-100%,不可能做到負荷傳感器的測量范圍0.4%-100%。
          另外液壓油的溫度的變化,直接影響傳感器的零點飄移,很難達到負荷傳感器的測量精度水平。即使想辦法達到也是通過在檢定的條件下人為修正才可滿足,一旦做試驗時與當時修正的線性規律不可能一樣,對試驗力精度、穩定性及可靠性產生較大影響,對整機狀態也會產生影響。
          此外由于液壓傳感器時間接測力,靈敏度較低,反應遲緩,對控制有較大的影響,濟南的控制精度最高也只能達到5%,達到此精度與手閥加荷就沒什么兩樣了。
          關于傳感器的幅寬,主要是針對傳感器的靈敏度而言,負荷傳感器的靈敏度一般是2-3MV/V是一個固定穩定的數值,剛度大,不易損壞,反應較快,是高檔試驗機必備的傳感器之一。液壓傳感器的靈敏度只有0.7-0.8MV/V,反應較慢,不可能實現高精度的電液伺服控制。另外負荷傳感器價格比較昂貴,一般是液壓傳感器的十倍以上。100噸以上的傳感器,有高出20倍以上。而一般液壓傳感器在500元左右,從精度、穩定性,可靠性、耐用性及各方面都沒有可比性。
             4、連續測量不分檔的測量系統:還有一種是以金力公司產品為代表的國產測量系統和德國進口的DoLi電箱,真正實現連續測量不分檔,達到了1/200000測量分辨率。
             有些廠家稱可達到1/240000、1/250000甚至1/500000測量分辨率,既然達到如此高的分辨率,根本無須分檔,而影響整機的控制。就是因為連1/100000都達不到,沒有辦法只能采用分檔測量。另外即使達到相應分辨率所對應的效果,從測量范圍即測量起測點,和該點能夠達到的測量精度就可以看出來了。目前國外最高也只能做到1/200000。因為再高的AD片世界上還沒有生產出來。
             金力公司生產的產品測量系統是真正實現了1/200000測量分辨率,連續測量、內外不分檔,實現了寬范圍、高精度測量。
             以100kN試驗機為例: 分檔產品: 1、  2、  5、  10、  20、  50六檔。
             分擋后的滿度: 100  50   20    10    5     2(kN)
             對100kN試驗機來說,各檔的試驗機滿度如上,從而最小滿度為衰減50倍檔時2kN,那么試驗機的最小起測點為2kN 的20%,即為0.4kN。
             金力公司的測量范圍為滿度的0.4%~100%也正是0.4kN。當分辨率為1/100000時0.4kN可顯示400個字。精度達到±1%也就是誤差小于4個字的變化。而1/200000分辨率時。它相當相于七檔1、2、5、10、20、50、100,測量范圍可達到滿度的0.2%~100%,0.2%×200000=400字。精度達到±1%也就是誤差小于4個字的變化。
            (以600kN為例,100000萬分辨率0.4%-100%FS的測量范圍,對應得力值范圍為2.4kN-600kN
                         200000萬分辨率0.2%-100%FS的測量范圍,對應得力值范圍為1.2kN-600kN
                         300000萬分辨率0.1%-100%FS的測量范圍,對應得力值范圍為0.6kN-600kN)
             而有的廠家的測量范圍1%-100%FS的測量范圍,對應得力值范圍為6.0kN-600kN。其真實的測量分辨率才達到1/60000,連1/100000到達不到。
             三、關于控制
          只有高精度連續測量,才能實現高精度的連續控制。目前由于真正的全量程連續測量的測量技術,多數廠家尚無能力解決,多數采用的內部分檔、自動換檔產品。而且有的廠家采用假閉環即開環控制。不能實現計算機全過程的高速全自動跟蹤反饋,只是計算機給定一個值,不管控制對象結果如何。因此無法保證全量程的控制精度,只能分段。對電子萬能試驗機來說,由于是機械無間隙傳動,因此等位移、等應變控制影響不大,而對等應力控制,對不均勻的材料來說實在談不到控制精度這一問題了。而對于電液伺服試驗機來說,由于各種閥及缸存在著內泄,是非理想的執行元件,因此各廠家就連控制精度都不能提出,因為開環控制根本做不到。對于剛性材料在變形均勻時,稍好的控制精度能達到5%,而對于變形不均勻、力突然變化較大的材料,如水泥、混泥土塊等,控制精度就無法談了。而金力公司生產的是真正全數字式閉環伺服控制系統,通過PID調節結合先進的控制理論,實現了真正的計算機控制高速閉環反饋。實現各種控制的無擾動切換。結合高精度寬范圍的測量的系統,配備精確的主機及液壓伺服系統,使得各種控制方式(等應力、等應變、等位移、恒應力、恒應變、恒位移)控制精度遠優于±0.5%設定值。無級調速,各種控制速度及控制方式可在試驗過程中任意平滑切換??勺孕性O置控制參數, 實現程序自動運行,可進行三角波、正弦波、梯波等低周循環及用戶自行設計的各種組合波形試驗。

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