在討論之前，請(qǐng)?jiān)试S我們先假設(shè)讀者具備一點(diǎn)力學(xué)基礎(chǔ)，對(duì)下置式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)有所印象(本文將以此為例)。并且，直接影響電測(cè)試驗(yàn)機(jī)最終性能的兩個(gè)重要因素，由于無(wú)論對(duì)壓強(qiáng)傳感器測(cè)力還是力傳感器測(cè)力都同樣重要，因此我先假設(shè)這兩個(gè)因素同樣理想，所以，同時(shí)忽略，不在本文之中討論。這兩個(gè)因素是:①信號(hào)放大部分的性能②上下鉗口中心線與活塞中心線重合，二根升降絲桿中心線與活塞中心線在同一個(gè)平面。

  眾所周知，力傳感器輸出的電信號(hào)反映的是作用在傳感器上的力值。以油缸下置式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)為例，多數(shù)采用了精度優(yōu)于0.3‰的輪輻式傳感器，并將傳感器安裝在工作活塞和臺(tái)板之間。這樣，在活塞未升起感器主要受到由臺(tái)板、立柱、上橫梁構(gòu)成的框架的自身重力，該力是恒定的。當(dāng)活塞升起，試驗(yàn)機(jī)開(kāi)始工作時(shí)，傳感器受到框架自重G0(一般通過(guò)清零在顯示讀數(shù)前去除)、試樣上受到的拉力F0、框與升降絲桿間的摩擦力fk三個(gè)力的作用。這里fk是一個(gè)非線性力，但由于相對(duì)于F而言很小，在量程不是很小的情況下可以在精度允許范圍內(nèi)忽略。所以，可以認(rèn)為微機(jī)上顯示的試樣受力F0等于傳感器所受力F，即F0=F。

  而壓強(qiáng)傳感器反映的是液壓系統(tǒng)內(nèi)部的壓強(qiáng)，根據(jù)帕斯卡原理，該壓強(qiáng)值乘以工作活塞面積，即為工作活塞受到的力F′，而活塞面積對(duì)每一臺(tái)試驗(yàn)機(jī)而言，都是一個(gè)常數(shù)，即F′=P.K。這時(shí)，試樣受到的力F0=F′-G0-fk-fH。其中fH是活塞與油缸壁間的摩擦力，該力的大小于油缸活塞的制造工藝、配合精度、密封方式相關(guān)。所以，相對(duì)于力傳感器而言，使用壓強(qiáng)傳感器的測(cè)力系統(tǒng)要將壓強(qiáng)轉(zhuǎn)化為顯示給用戶的力值，除了要忽略框架與絲桿間摩擦力fk外，還需處理好油缸活塞間摩擦力fH。當(dāng)fH不是足夠小，或者fH變動(dòng)比較大，那么總摩擦力f=fk+fH就不能輕易被忽略掉，尤其在量程低端更加可能使精度超差?，F(xiàn)在，我們可以推出一個(gè)結(jié)論了，要想使壓強(qiáng)傳感器測(cè)力系統(tǒng)表現(xiàn)得和力傳感器測(cè)力系統(tǒng)一樣好，必須使fH足夠小。

  fH能做得足夠小嗎?回答是肯定的。當(dāng)近百年前德國(guó)人開(kāi)始生產(chǎn)油缸上置式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)并應(yīng)用動(dòng)擺測(cè)力機(jī)構(gòu)時(shí)，這個(gè)問(wèn)題就已經(jīng)部分解決了。答案就是精確控制油缸、活塞的形狀、尺寸、配合以及表面光潔度，不使用任何形式的密封圈，依靠控制油缸活塞間的間隙既達(dá)到密封目的，也達(dá)到潤(rùn)滑目的。也就是說(shuō)，既要讓油缸活塞間始終存在一層油膜，又不能讓壓力高達(dá)25MPa的油從這里泄漏出去。試想，當(dāng)油缸和活塞表面本身已非常光潔(鏡面)，而且還有清潔的油膜在潤(rùn)滑，其摩擦力無(wú)疑是足夠小的。這樣做還帶來(lái)了額外的好處，那就是①永遠(yuǎn)無(wú)需更換密封圈②油缸活塞的使用壽命幾乎無(wú)限長(zhǎng)。例如，我們用做鑄件內(nèi)部質(zhì)量控制的一臺(tái)300kN試驗(yàn)機(jī)是上世紀(jì)70年代生產(chǎn)的，至今仍在正常運(yùn)作。

  把fH做小容易嗎?這個(gè)問(wèn)題的答案將會(huì)因廠家而異。無(wú)疑需要一些專(zhuān)用設(shè)備，如珩磨機(jī)、研磨機(jī)，更重要的是需要熟練的檢驗(yàn)人員。對(duì)于直徑達(dá)數(shù)百毫米的油缸活塞來(lái)說(shuō)，其測(cè)量誤差不能超過(guò)0.01毫米，也就是人工測(cè)量要達(dá)到數(shù)萬(wàn)分之一的分辨率，這時(shí)不僅要求測(cè)量設(shè)備的精度要夠，更重要的是操作者要性格穩(wěn)、手勢(shì)穩(wěn)。而且，測(cè)量后的結(jié)果并不能保證每只油缸或活塞都能在同一批次里找到自己的另一半，于是就要將暫時(shí)不能配對(duì)的油缸或活塞庫(kù)存起來(lái)。同時(shí)，由于油缸活塞在車(chē)、磨等加工工序會(huì)積累內(nèi)部應(yīng)力，導(dǎo)致微小的變形，所以這些半成品不能馬上精加工成為成品，而是必須存放三個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間，待內(nèi)部應(yīng)力釋放完畢、變形穩(wěn)定后方可精加工和測(cè)量。由于這兩個(gè)原因，需要在油缸活塞生產(chǎn)環(huán)節(jié)中保持相當(dāng)數(shù)量的成品和半成品，導(dǎo)致一些資金積壓和場(chǎng)地占用。上述這些必要的條件，有些不是可以一蹴而就的，因此對(duì)于試驗(yàn)機(jī)行業(yè)內(nèi)自己具備金加工能力的老廠而言，做到不難;對(duì)于機(jī)械部分依靠外購(gòu)的試驗(yàn)機(jī)廠家，或許就有些難度和成本壓力了。