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萬能材料試驗機作為工業領域經常使用的設備，在金屬、非金屬材料力學性能試驗中經常被用來檢測材料拉伸、彎曲、壓縮、剪切、環剛度等參數，是現代電子技術與機械傳動技術的結合。萬能材料試驗機根據工作介質可分為電子萬能材料試驗機和液壓式萬能材料試驗機。電子式萬能材料試驗機傳感器在移動的負荷承重臺上，清零操作簡單。而油泵下置式液壓萬能材料試驗機（以下出現的萬能試驗機均為油泵下置式液壓萬能試驗機），其壓力傳感器與油泵連接，無論是手動供油式還是電動伺服供油式，在使用前后都需要特別注意設備的清零問題。

1清零的作用與意義

清零對體現現代化檢測設備的自動化程度具有重要意義。清零可使設備恢復運行前的初始狀態，設備運行過程中都是依靠初始狀態來確定其示值的。雖然有些檢測初始位置可以不是零位位置，也就是不用清零，多用于手頭記錄。但在使用自動化設備時，特別是計量工作使用的儀器設備，清零是必要的一個環節，無論是百分表使用前對零，還是游標卡尺、萬能試驗機的清零，都是必不可少的步驟。例如百分表的清零需要在使用前旋轉表盤，讓指針與零點位置對齊，這表示使用狀態為零點位置。自動化式萬能材料試驗機的清零操作更為簡單，只需點擊清零鍵，由電控系統處理，自動將初始狀態設置為零點。

2萬能材料試驗機清零問題原因

雖然清零這個動作簡單，但是萬能材料試驗機由于結構原因（如圖1所示），在加壓時油壓推動負荷承重臺向上運動，此時負荷承重臺的自重就會產生一定的壓力，加上油缸向上運動時產生的摩擦，實驗人員如果沒有掌握清零操作方法，會導致無法正確清零。一般情況下，實驗人員打開電機后，在空載狀態下直接清零，會導致設備在運行過程中忽略負荷承重臺自重以及油缸運行摩擦力，給檢測結果帶來一定的誤差。

3零位誤差分析

3.1零位清零的區分

為了確定誤差對檢測結果帶來的影響，本文對空載直接清零和空載運行清零兩種方式進行分析。1）空載直接清零。打開試驗機后，空載直接清零。空載運行清零。當試驗機空載運行一定的距離，也就是讓承重負荷承重臺上升一段距離時（一般運行到力值穩定狀態），再進行清零。目前普遍使用的萬能試驗機，主要分為手動供油式和微機伺服供油式兩種：1）手動供油式萬能試驗機的空載直接清零和空載運行清零均為手動控制。微機伺服式萬能試驗機的空載直接清零和空載運行清零則由于生產廠家軟件的設計有所不同。有些會在計量檢定過程中，提示承重負荷承重臺上升一段距離后清零，以免影響計量檢定的數據存在誤差，有些則不會。這就需要實驗人員在使用的過程中判斷設備清零是否正確，如果不正確，則根據控制系統進行清零。

3.2清零方式的誤差分析

選擇一臺1000kN電液伺服萬能材料試驗機進行測量（本次試驗數據均使用同一臺試驗機，其他試驗機以此參考分析），步驟如下：空載直接清零，即直接打開電機，點擊清零。空載運行清零，即打開電機，清零，然后關閉回油閥，打開送油閥，當負荷承重臺運行一定的距離后，讀取該值，記錄并清零。電腦控制伺服萬能材料試驗機點擊運行，待示值穩定后，記錄該值并清零。具體數值見表1。從表1得出空載直接清零F1時，零位直接清零，該值即為0.00kN，然后關閉回油閥，打開送油閥，進行加壓，萬能材料試驗機空載運行一段位移時，此時處于空載狀態，此時的力值卻為7.34kN。以上零位示值是空載在沒有進行任何負載試驗過程中出現了壓力值，這是萬能材料試驗機的機械結構所決定的。由于萬能試驗機工作時需要供油系統將整個負荷承重臺向上移動，從而達到加壓的目的，該負荷承重臺的重量以及油缸向上運動時相互運動帶來的摩擦，導致空載運行時存在一個負載值，這個值在試驗過程中會被計入試驗數據，對實驗結果產生影響。

4清零誤差對試驗結果的影響

由表1得知，不同清零操作方式會產生清零誤差。在試驗過程中，該誤差對試驗結果數據產生影響。以本臺萬能材料試驗機為例，由于負荷承重臺和缸體摩擦帶來了7.34kN的力值誤差，根據萬能試驗機檢定規程可知，萬能材料試驗機用相對誤差計算，1級萬能材料試驗機最大相對誤差為±1%，根據公式（1）可以推算出相對引用值=示值誤差/示值相對誤差絕對值=7.34kN/1%=734kN：從公式（1）的計算值可以推算出該負荷承重臺和缸體摩擦引入的力值相對本臺萬能材料試驗機在734kN內的誤差均超差。如果該誤差沒有正確清除，則會給試驗結果帶來結果偏差，由于該誤差值屬于相對誤差，則在734kN以內誤差大于1%。例如，在200kN、400kN、600kN、800kN、1000kN位置，帶來的相對誤差如表2所示，該負荷承重臺引入的誤差值對于小量程使用時，力值對結果影響更大，對試驗數據影響更大。由以上實驗分析數據可知，實驗人員如果忽略萬能試驗機存在的清零誤差，那么在檢定合格的萬能試驗機上進行實驗后，結果實驗值大于材料的實際強度，則會對材料強度出現誤判。有誤實驗值大于實際值，此類誤判對于合格臨界值的材料或小強度的合格材料影響是比較大的。由于實驗得出的強度偏大，導致判斷合格的產品實際上有可能是不合格產品。現在部分實驗室和檢驗檢測機構的實驗操作人員往往忽視清零產生的誤差，從而無法得到正確的結果，即使出現問題也找不到問題的根源，更不知道如何操作才能避免由于清零引起的誤差。

5消除清零誤差

從實驗數據總結出，如果沒有對萬能材料試驗機正確清零，由于負荷承重臺和油缸運動摩擦引入的清零誤差將對試驗結果帶來很大的影響。其實可以看出，清零誤差是由于負荷承重臺的自重和運動過程中的摩擦引入的，因此，我們必須在實驗之前找到負荷承重臺自重和運動過程中的摩擦值，從而消除掉清零引入的誤差。清零的方法是在設備使用前先空載加壓直至壓力值穩定，然后清零。手動加壓的萬能材料試驗機需要手動供油至穩定壓力值清零，再進行強度檢測實驗。但現有的多數伺服液壓萬能材料試驗機由于各個廠家軟件設計不同，在清零方式上各有不同。有些會在運行過程中提升負荷承重臺已上升穩定，提示清零，有些廠家的軟件則需要實驗人員自己空載運行至壓力值穩定后清零，或點擊停止時清零，完成消除清零誤差。

6結論

零位清零作為實驗數據記錄的開始，對后續實驗數據的真實性起著重要作用。一旦零位沒有正確記錄，后續實驗數據的真實性就無法保障。目前現代化、智能化的檢測系統廣泛應用于儀器設備，模板式的操作模式會讓很多實驗人員過分依賴智能化的操作步驟，缺乏主動發現問題、分析問題的探索精神。萬能試驗機的零位清零問題便是其中之一，在實際檢測中由于萬能試驗機由于清零的不正確，導致實驗數據存在問題的案例屢見不鮮。綜上實驗數據可以看出，在使用實驗設備進行數據測量時，需要實驗人員對每一步驟進行分析探討，發現可能引入誤差的因素，從而鑒別該誤差對于實驗結果的影響。就如本文探討的萬能材料試驗機零位清零，由于忽視零位清零的影響，從而影響實驗結果的可靠性。所以，實驗人員在實驗過程中，需要認真分析從開始到結束的每一個步驟，消除類似零位清零這種引入的誤差，以便得到更加真實可靠的實驗數據。

作者:黃桂榮 劉飛 況嚴 黃元媛 單位:重慶市計量質量檢測研究院