如何測萬能材料試驗機的靈敏度

萬能材料試驗機的靈敏度是指其檢測微小變化（如力、位移）的能力。測量其靈敏度是一個需要精密操作的過程，以下是如何測量萬能材料試驗機靈敏度的主要步驟和方法：

1.明確“靈敏度"的定義：

力靈敏度：檢測微小力變化的能力（單位：N或kN）。

位移靈敏度：檢測微小長度/位移變化的能力（單位：mm或μm）。

系統綜合靈敏度：在特定量程下，能夠穩定、可靠檢測到的最小輸入信號變化（例如，能穩定分辨出0.01N的力變化或0.001mm的位移變化）。

2.測量力靈敏度：

原理：使用已知的、非常小的標準增量力，觀察試驗機力傳感器輸出信號的變化。

方法：

高精度砝碼/標準測力儀：

選擇試驗機最小量程（如1kN,100N,10N甚至更小）。

在試驗機處于“力控"模式但未加載狀態下（或使用夾具模擬加載狀態），清零力值。

使用一組經過精密標定的、質量非常小的砝碼（例如1g,2g,5g,10g）或一個能產生微小增量力的高精度標準測力儀（如杠桿式或應變式微力傳感器）。

將這些微小砝碼極其輕柔、平穩地加到試驗機下夾具或專門設計的加載平臺上（避免沖擊）。或者使用標準測力儀施加微小增量力。

記錄每次加載微小增量后，試驗機力值顯示或數據采集系統的讀數變化。

靈敏度計算：觀察試驗機是否能穩定、重復地檢測到這些微小的力增量。如果能穩定分辨的最小增量力是ΔF(例如0.01N)，那么在此量程下的力靈敏度就是ΔF。注意分辨率和噪聲水平（波動范圍）會直接影響實際可用的靈敏度。

使用試驗機自身加載：(適用于高精度試驗機)

在最小量程下，設置一個非常慢的加載速率（如0.01mm/min或更慢）。

讓橫梁移動極小的位移（例如0.001mm），記錄對應的力值變化ΔF。

這個ΔF反映了在特定加載條件下系統對微小位移引起的力變化的響應能力，間接體現了力傳感器的靈敏度（需要結合位移測量精度）。

關鍵點：消除環境振動、氣流干擾；確保加載平穩無沖擊；多次重復取平均值；關注系統噪聲水平（讀數波動范圍應遠小于目標靈敏度）。

3.測量位移靈敏度：

原理：使用已知的、非常小的標準位移量，觀察試驗機位移傳感器（通常是光柵尺或編碼器）輸出信號的變化。

方法：

高精度塊規/激光干涉儀：

將一塊或多塊經過精密標定的高精度塊規（如0.5mm,0.1mm,0.01mm等級）放置在試驗機上下夾具之間（或專用支架上）。

小心地閉合夾具夾住塊規（注意避免過緊導致變形或損壞塊規）。

記錄試驗機顯示的位移值L1。

極其平穩、小心地增加一塊更小的塊規（例如0.001mm），或者更換成尺寸相差微小ΔL(例如0.001mm)的塊規。

再次記錄位移值L2。

靈敏度計算：位移變化量ΔL_measured=|L2-L1|。如果ΔL_measured能穩定、可靠地等于或接近實際添加的微小位移ΔL(例如0.001mm)，那么在此量程下的位移靈敏度就是ΔL。同樣，分辨率（最小顯示單位）和噪聲水平是限制因素。

使用激光干涉儀：(高精度標準)

將激光干涉儀的反射鏡安裝在活動橫梁上，干涉儀本體安裝在固定橫梁上。

以非常緩慢、穩定的速度（如0.01mm/min）移動橫梁一個微小的距離（例如0.001mm）。

同時記錄激光干涉儀測量的真實位移ΔL_true和試驗機自身位移傳感器測量的位移ΔL_machine。

比較ΔL_machine與ΔL_true。試驗機位移傳感器能穩定、準確分辨的最小位移變化ΔL_machine就是其位移靈敏度（需要激光干涉儀本身的精度遠高于目標靈敏度）。

關鍵點：確保塊規或激光干涉儀安裝穩固、對中；消除機械間隙（背隙）影響；控制溫度變化；多次重復測量。

4.測量系統綜合靈敏度（間接）：

空載穩定性測試：

設置試驗機在最小力/位移量程下。

不施加任何外部載荷，讓橫梁保持靜止。

長時間（如1-5分鐘）記錄力值和位移值（采樣頻率設置高一些）。

分析記錄的力信號和位移信號的峰峰值波動范圍(Peak-to-Peak)或均方根噪聲(RMSNoise)。

這個波動范圍就是系統在該量程下實際可用的靈敏度下限。任何小于這個噪聲幅度的信號變化都難以被可靠檢測。例如，力信號峰峰值波動為0.005N，那么實際力靈敏度至少是0.005N。

低載荷下的重復性測試：

在最小量程下，對標準試樣（如細金屬絲、微小彈簧）或標準測力儀施加一個非常小的恒定載荷（如0.1%FS）。

重復加載-卸載多次（如10次）。

計算該小載荷測量結果的重復性（標準差）。較小的標準差表明系統在低載荷下具有良好的穩定性和靈敏度。