摆锤冲击试验机误差分析与思考
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其中 : EA = m g H = m gL (1 - cosα) EB = m gL (1 - cosβ) A K = EA - EB = m gL (cosβ- cosα) A K = M (cosβ- cosα) 式中 : m —摆锤质量 kg ; G —当地加速度 m/ s2 ; L —摆锤长度 m ; M —摆锤力矩 Nm 。 2 误差分析与思考 摆锤式冲击试验机主要是由三大部分组成 :冲击试 验机机架 ;冲击摆锤 ;试样砧座与支座 。 (1) 通过分析 ,我们不难发现 :首先 ,冲击试验机应水 平安装在具有足够质量稳固的地基上 ,这一条非常重要 ,
M ( T) = MB ( T r)
(4)
根据斯忒潘 - 波尔兹曼定律 ,辐射温度 T r 与物体
真实温度 T 的关系如下 :
ε=
(
T
)
δБайду номын сангаасπ
T
4
=
δ π
T
4 r
(5)
得
T
=
[ε(
Tr T)
]1/ 4
(6)
则辐射温度 Tr = T [ε( T) ]1/ 4 ,由于ε( T) ≤1 ,所以 T
≥Tr 故此辐射温度总是小于真实温度。而这个辐射温度才
在 400 ℃点检定一只红外测温仪 ,发射率ε= 0195 ; 辐射源发射率 ε0 = 01995 ,二等标准铂电阻温度计测出 辐射源的温度为 40016 ℃, 红外 测 温 仪 的 两 次 读 数 为 39614 ℃、39618 ℃。计算出温度计在该被检温度点的示 值误差 。
①辐射源的辐射温度 : T r = T [ε( T) ]1/ 4 = 40011 ℃ ②温度计平均实测值 : t′N = ( t′1 + t′2) / 2 = 39711 ℃ ③温度计示值 : T′N = t′N - ΔtN = t′N - ( T r - T标 ) = 39616 - 011 = 39615 ℃
图 1 初始势能的测定
设摆锤初始位置 A 的预扬角为α,当摆锤冲击试样 后其位置为 B ,扬角为β,设摆锤在位置 A 时能量为 EA , 在 B 位置时的能量为 EB ,在空气的阻力消耗的能量忽 略不计的情况下 ,则试样在冲击力作用下折断时消耗的 能 。如图 1 可知 : A k = EA - EB 。
(3) 冲击试验机的首次检定同样也是十分的重要的。 冲击试验机的地基必须质量良好 ,安装必须水平、牢固可靠。 各项技术指标必须合格。就理论上分析 ,冲击试验机比较 稳定的部分有 :主机架、冲击摆锤、冲击常数、打击中心距至 摆锤轴线的距离。冲击摆锤是一刚体 ,在不受强烈非正常 外力情况下 ,摆杆不会变形 ,摆杆内的质量调整块不会变化 , M 和 l 是不会变化的。因此检定规程中规定 ,在后续检定 中不对此项目进行重复检定 ,我想目的也在于此。
表1
序号 现象
产生原因
排除方法
(1) 调整机体水平度
(1) 机体不水平
(2) 调整指针位置 。使弹簧
能量损 (2) 指示机构的摩擦过大 片的弹力保证指针松紧程度
1 耗超差 指针装得太紧
适宜 。但不得涂油
(3) 轴承问题
(3) 清洗或更换轴承及加少
量的钟表油
(1) 机体不垂直 ,机体向减 (1) 调整水平
1 工作原理分析 摆锤冲击试验机的试验原理是利用摆锤冲击试样前
后的能量差来测定该试样的冲击消耗的能量 A K ,每一 个运动着的物体都具有能量 ,冲击现象实际上是物体之 间能量的转换 ,或者说是能量的传递过程 。材料的韧性 强弱就是用其能接受这种能量的高低来衡量的 。材料的 韧性可以用材料在冲击力的作用下 ,试件一次冲断时单 位截面积上所消耗的冲击功来表示 ,即冲击韧性 ak = A k/ s ( J/ cm2) 。如图 1 所示 。
满足使用的 。
有一个问题需要明白 ,红外测温仪所测的温度是物 体的辐射温度而不是物体的实际温度 ,由于绝对黑体是 不存在的 ,所以红外测温仪测出的温度肯定是应小于物 体的真实温度 。作为使用者在使用温度计测温时是想知
道物体的真实温度而不是辐射温度 ,因此在检定红外温 度计时还应当考虑以下因素 :
(1) 辐射源的发射率ε是永远小于 1 的 , (它一般为 0199～01995) 。基尔霍夫定律指出 ,在同一温度下实际 物体热辐射总量总比绝对黑体辐射总量要小 ,故此辐射 温度总是小于真实温度 ,而红外测温仪所能吸收到的又 是辐射温度 。根据斯忒潘 - 波尔兹曼定律 ,辐射温度 T r 定义为 :设有一物体的温度为 T ,它的辐射率为 ε( T ) , 辐射出度为 M ( T) 。当该物体的辐射出度与某一黑体 的总辐射出度 MB ( T r) 相等时 ,这个黑体的温度 T r 就被 定义为该物体的辐射温度 。数学表达式为 :
com. cn.
作者简介 :张钦 ,男 ,工程师 。工作单位 :成都市计量监督检定测试院 。通 讯地址 :610021 成都市东风路北二巷 5 号 。 收稿时间 :2008 - 07 - 07
(上接第 45 页) (2) 冲击试验机的间接检定也是十分重要的 。该项
指标的检定必须合格 ,因为它是对试验机综合指标的验 证 。可以说从某种意义上讲 ,即便直接鉴定合格 ,也不能 表示该冲击实验机是真正的合格 。
因此对这些部件的检定必须要上升到一理论的高度 来认识它 。以此指导着我们的检测实践 。我想这才是一 种科学的 、实事求是的态度 。
作者简介 :张福平 ,男 ,工程师 。工作单位 :新疆计量测试研究院力学二室 。 通讯地址 :830011 新疆乌鲁木齐北京南路 40 号附 9 号 。 收稿时间 :2008 - 06 - 13
是红外测温仪所能测量的温度值。所以此时我们认为 :ΔtN
应为 Tr - T标 则 : T′N = t′N - ΔtN = t′N - ( Tr - T标) 。
(2) 对于大多数使用的红外测温仪发射率通常是被 固定为ε= 0195 ,检定时虽然辐射源的发射率要远高于 它 ,但此时温度计所显示的温度值是发射率为ε= 0195 的辐射温度 ,而不是辐射源的辐射温度更不是辐射源真 实温度 。此时我们就应根据公式 (6) 计算出发射率为ε = 1 时测温仪所应显示的温度 ,此温度值就作为测温仪 在此被检温度点所测出的物体的温度 。下面举例说明 :
④该温度计测出的物体实际温度
:
T′=
[ε(
Tr T)
]1/ 4
=
39615 [ 0195 ]1/
4
=
40116
℃
⑤误差 :Δ = 40116 - 40016 = 110 ℃
注 :任何材料的发射率 ,在一定温度下 ,数值上都等于
同一温度下的吸收率 ,发射率越大吸收率也就越大。所以
通常将吸收率也称作发射率 。实际上不少材料的发射率不
张福平 :摆锤冲击试验机误差分析与思考
4 5
摆锤冲击试验机误差分析与思考
Er ror Analysis a nd Thi nki ng of Pendul um Impact Testi ng Machi ne
张福平
(新疆计量测试研究院 ,新疆 乌鲁木齐 830011)
摘 要 :本文从摆锤冲击试验机工作原理方面分析了误差产生的原因及故障处理 。 关键词 :动负荷试验机 ;吸收能量 ;刚性 ;能量损失
(4) 对于试样砧座和支座 ,冲击刀刃是必须检定的项 目 。这些部件只要进行冲击试验就必须承受巨大的冲击载
荷 。这些部位的消耗 、磨损将直接影响实验数据的准确 。 3 一般故障处理
计量工作的宗旨是为了保证量值的准确可靠 。因此 在计量测试工作中故障处理 ,调试与维护就显得尤为重 要 。本文针对 JB 系列的摆锤冲击试验机在工作中常出 现的问题 ,在故障现象 ,故障原因及处理方法上作为分 析 ,供大家参考 (见表 1) 。 4 结束语
仅与材料性质、表面状态和温度有关 ,而且与波长有关。
参考文献 [ 1 ]JJ G415 - 2001《工作用辐射温度计检定规程》. 国家质量技术监督局. [ 2 ]温度计量. 中国计量出版社. 2007. [ 3 ]郑子伟. 红外测温仪概述. 计量与测试技术杂志 ,2006 (10) . [4 ]北京海晖佳华科贸有限公司. 红外测温仪技术问答 www. 5817.
它是冲击试验机示值准确的基本保障 。因为试验机最终
综合计量指标是冲击能量 —J 焦耳 。这一能量的表现形 式是标准试样的冲击吸收能量 。它指示了冲击试验机冲
击试样的能量 ,以及冲击机的能量传递给试样准确的程 度 。因此对摆锤冲击试验机的检定最为重要的是 :考核整 机的性能、整机的刚性、安装质量。检定规程 611 条规定 ,确 保基础质量不小于摆锤质量的 40 倍。也正是这一含义。实 践经验告诉我们 ,摆锤空击时回零差超差 ,或大或小。以及 预扬角超差基本上都由水平安装不合格造成的 。
刀刃 、 5 砧座 (1) 长期冲击试样所致
变形
(1) 配制或修复 (2) 与标准试样的检定结果 结合起来考察是否更换
(下转第 47 页)
张钦 :红外测温仪的工作原理及检定数据处理方法探讨
4 7
度值 , ℃。 以上是将参考标准所测的温度就作为辐射源辐射出
的温度 ,或者说认为辐射源的发射率ε= 1 时且温度计的 发射率也予置为 1 时是这种情况 ,这是一种理想状态 ,但 是大多数使用的红外测温仪发射率固定为 0195 。它在 一般的检定或者是准确度要求不高的情况下是完全可以
小扬起角一方倾斜 摆锤空
(2) 清洗或更换轴承及加少
2
击时 ,指 针不到
(2) 轴承有问题 (3) 摆锤钩挂或挡销磨损
量的钟表油 (3) 修理或更换挂钩和挡销
过大 零点
(4) 调整指针位置 。使弹簧
(4) 指示机构的摩擦过大 片的弹力保证指针松紧程度
指针装得太紧
适宜 。但不得涂油
(1) 调整水平
摆锤空 (1) 机体不垂直 ,机体增大 (2) 调整指针位置 。使弹簧
击时 , 扬起角一方倾斜 3 指针超 (2) 指针太松
片的弹力保证指针松紧程度 适宜 。但不得涂油
零点 (3) 拨针的位置不正确
(3) 滚子 12 的螺钉过短 , 应
适当调长些
4
指针 颤动
(1) 指示机构的摩擦过大
(1) 调整指针位置 。使弹簧 片的弹力保证指针松紧程度
指针装得太紧
适宜 。但不得涂油
M ( T) = MB ( T r)
(4)
根据斯忒潘 - 波尔兹曼定律 ,辐射温度 T r 与物体
真实温度 T 的关系如下 :
ε=
(
T
)
δБайду номын сангаасπ
T
4
=
δ π
T
4 r
(5)
得
T
=
[ε(
Tr T)
]1/ 4
(6)
则辐射温度 Tr = T [ε( T) ]1/ 4 ,由于ε( T) ≤1 ,所以 T
≥Tr 故此辐射温度总是小于真实温度。而这个辐射温度才
在 400 ℃点检定一只红外测温仪 ,发射率ε= 0195 ; 辐射源发射率 ε0 = 01995 ,二等标准铂电阻温度计测出 辐射源的温度为 40016 ℃, 红外 测 温 仪 的 两 次 读 数 为 39614 ℃、39618 ℃。计算出温度计在该被检温度点的示 值误差 。
①辐射源的辐射温度 : T r = T [ε( T) ]1/ 4 = 40011 ℃ ②温度计平均实测值 : t′N = ( t′1 + t′2) / 2 = 39711 ℃ ③温度计示值 : T′N = t′N - ΔtN = t′N - ( T r - T标 ) = 39616 - 011 = 39615 ℃
图 1 初始势能的测定
设摆锤初始位置 A 的预扬角为α,当摆锤冲击试样 后其位置为 B ,扬角为β,设摆锤在位置 A 时能量为 EA , 在 B 位置时的能量为 EB ,在空气的阻力消耗的能量忽 略不计的情况下 ,则试样在冲击力作用下折断时消耗的 能 。如图 1 可知 : A k = EA - EB 。
(3) 冲击试验机的首次检定同样也是十分的重要的。 冲击试验机的地基必须质量良好 ,安装必须水平、牢固可靠。 各项技术指标必须合格。就理论上分析 ,冲击试验机比较 稳定的部分有 :主机架、冲击摆锤、冲击常数、打击中心距至 摆锤轴线的距离。冲击摆锤是一刚体 ,在不受强烈非正常 外力情况下 ,摆杆不会变形 ,摆杆内的质量调整块不会变化 , M 和 l 是不会变化的。因此检定规程中规定 ,在后续检定 中不对此项目进行重复检定 ,我想目的也在于此。
表1
序号 现象
产生原因
排除方法
(1) 调整机体水平度
(1) 机体不水平
(2) 调整指针位置 。使弹簧
能量损 (2) 指示机构的摩擦过大 片的弹力保证指针松紧程度
1 耗超差 指针装得太紧
适宜 。但不得涂油
(3) 轴承问题
(3) 清洗或更换轴承及加少
量的钟表油
(1) 机体不垂直 ,机体向减 (1) 调整水平
1 工作原理分析 摆锤冲击试验机的试验原理是利用摆锤冲击试样前
后的能量差来测定该试样的冲击消耗的能量 A K ,每一 个运动着的物体都具有能量 ,冲击现象实际上是物体之 间能量的转换 ,或者说是能量的传递过程 。材料的韧性 强弱就是用其能接受这种能量的高低来衡量的 。材料的 韧性可以用材料在冲击力的作用下 ,试件一次冲断时单 位截面积上所消耗的冲击功来表示 ,即冲击韧性 ak = A k/ s ( J/ cm2) 。如图 1 所示 。
满足使用的 。
有一个问题需要明白 ,红外测温仪所测的温度是物 体的辐射温度而不是物体的实际温度 ,由于绝对黑体是 不存在的 ,所以红外测温仪测出的温度肯定是应小于物 体的真实温度 。作为使用者在使用温度计测温时是想知
道物体的真实温度而不是辐射温度 ,因此在检定红外温 度计时还应当考虑以下因素 :
(1) 辐射源的发射率ε是永远小于 1 的 , (它一般为 0199～01995) 。基尔霍夫定律指出 ,在同一温度下实际 物体热辐射总量总比绝对黑体辐射总量要小 ,故此辐射 温度总是小于真实温度 ,而红外测温仪所能吸收到的又 是辐射温度 。根据斯忒潘 - 波尔兹曼定律 ,辐射温度 T r 定义为 :设有一物体的温度为 T ,它的辐射率为 ε( T ) , 辐射出度为 M ( T) 。当该物体的辐射出度与某一黑体 的总辐射出度 MB ( T r) 相等时 ,这个黑体的温度 T r 就被 定义为该物体的辐射温度 。数学表达式为 :
com. cn.
作者简介 :张钦 ,男 ,工程师 。工作单位 :成都市计量监督检定测试院 。通 讯地址 :610021 成都市东风路北二巷 5 号 。 收稿时间 :2008 - 07 - 07
(上接第 45 页) (2) 冲击试验机的间接检定也是十分重要的 。该项
指标的检定必须合格 ,因为它是对试验机综合指标的验 证 。可以说从某种意义上讲 ,即便直接鉴定合格 ,也不能 表示该冲击实验机是真正的合格 。
因此对这些部件的检定必须要上升到一理论的高度 来认识它 。以此指导着我们的检测实践 。我想这才是一 种科学的 、实事求是的态度 。
作者简介 :张福平 ,男 ,工程师 。工作单位 :新疆计量测试研究院力学二室 。 通讯地址 :830011 新疆乌鲁木齐北京南路 40 号附 9 号 。 收稿时间 :2008 - 06 - 13
是红外测温仪所能测量的温度值。所以此时我们认为 :ΔtN
应为 Tr - T标 则 : T′N = t′N - ΔtN = t′N - ( Tr - T标) 。
(2) 对于大多数使用的红外测温仪发射率通常是被 固定为ε= 0195 ,检定时虽然辐射源的发射率要远高于 它 ,但此时温度计所显示的温度值是发射率为ε= 0195 的辐射温度 ,而不是辐射源的辐射温度更不是辐射源真 实温度 。此时我们就应根据公式 (6) 计算出发射率为ε = 1 时测温仪所应显示的温度 ,此温度值就作为测温仪 在此被检温度点所测出的物体的温度 。下面举例说明 :
④该温度计测出的物体实际温度
:
T′=
[ε(
Tr T)
]1/ 4
=
39615 [ 0195 ]1/
4
=
40116
℃
⑤误差 :Δ = 40116 - 40016 = 110 ℃
注 :任何材料的发射率 ,在一定温度下 ,数值上都等于
同一温度下的吸收率 ,发射率越大吸收率也就越大。所以
通常将吸收率也称作发射率 。实际上不少材料的发射率不
张福平 :摆锤冲击试验机误差分析与思考
4 5
摆锤冲击试验机误差分析与思考
Er ror Analysis a nd Thi nki ng of Pendul um Impact Testi ng Machi ne
张福平
(新疆计量测试研究院 ,新疆 乌鲁木齐 830011)
摘 要 :本文从摆锤冲击试验机工作原理方面分析了误差产生的原因及故障处理 。 关键词 :动负荷试验机 ;吸收能量 ;刚性 ;能量损失
(4) 对于试样砧座和支座 ,冲击刀刃是必须检定的项 目 。这些部件只要进行冲击试验就必须承受巨大的冲击载
荷 。这些部位的消耗 、磨损将直接影响实验数据的准确 。 3 一般故障处理
计量工作的宗旨是为了保证量值的准确可靠 。因此 在计量测试工作中故障处理 ,调试与维护就显得尤为重 要 。本文针对 JB 系列的摆锤冲击试验机在工作中常出 现的问题 ,在故障现象 ,故障原因及处理方法上作为分 析 ,供大家参考 (见表 1) 。 4 结束语
仅与材料性质、表面状态和温度有关 ,而且与波长有关。
参考文献 [ 1 ]JJ G415 - 2001《工作用辐射温度计检定规程》. 国家质量技术监督局. [ 2 ]温度计量. 中国计量出版社. 2007. [ 3 ]郑子伟. 红外测温仪概述. 计量与测试技术杂志 ,2006 (10) . [4 ]北京海晖佳华科贸有限公司. 红外测温仪技术问答 www. 5817.
它是冲击试验机示值准确的基本保障 。因为试验机最终
综合计量指标是冲击能量 —J 焦耳 。这一能量的表现形 式是标准试样的冲击吸收能量 。它指示了冲击试验机冲
击试样的能量 ,以及冲击机的能量传递给试样准确的程 度 。因此对摆锤冲击试验机的检定最为重要的是 :考核整 机的性能、整机的刚性、安装质量。检定规程 611 条规定 ,确 保基础质量不小于摆锤质量的 40 倍。也正是这一含义。实 践经验告诉我们 ,摆锤空击时回零差超差 ,或大或小。以及 预扬角超差基本上都由水平安装不合格造成的 。
刀刃 、 5 砧座 (1) 长期冲击试样所致
变形
(1) 配制或修复 (2) 与标准试样的检定结果 结合起来考察是否更换
(下转第 47 页)
张钦 :红外测温仪的工作原理及检定数据处理方法探讨
4 7
度值 , ℃。 以上是将参考标准所测的温度就作为辐射源辐射出
的温度 ,或者说认为辐射源的发射率ε= 1 时且温度计的 发射率也予置为 1 时是这种情况 ,这是一种理想状态 ,但 是大多数使用的红外测温仪发射率固定为 0195 。它在 一般的检定或者是准确度要求不高的情况下是完全可以
小扬起角一方倾斜 摆锤空
(2) 清洗或更换轴承及加少
2
击时 ,指 针不到
(2) 轴承有问题 (3) 摆锤钩挂或挡销磨损
量的钟表油 (3) 修理或更换挂钩和挡销
过大 零点
(4) 调整指针位置 。使弹簧
(4) 指示机构的摩擦过大 片的弹力保证指针松紧程度
指针装得太紧
适宜 。但不得涂油
(1) 调整水平
摆锤空 (1) 机体不垂直 ,机体增大 (2) 调整指针位置 。使弹簧
击时 , 扬起角一方倾斜 3 指针超 (2) 指针太松
片的弹力保证指针松紧程度 适宜 。但不得涂油
零点 (3) 拨针的位置不正确
(3) 滚子 12 的螺钉过短 , 应
适当调长些
4
指针 颤动
(1) 指示机构的摩擦过大
(1) 调整指针位置 。使弹簧 片的弹力保证指针松紧程度
指针装得太紧
适宜 。但不得涂油