| 仪器化摆锤式冲击试验机通常又称数字化摆锤式冲击试验机（在计算机技术被应用之前也称为示波冲击试验机），是目前摆锤冲
击试验机中最高端的产品。
在普通冲击试验机上附加力传感器，测试试样冲击过程中受的力，把力传感器输出的电压信号转变为数字信号，经过数据存储和
软件计算，把采集的信号绘制成冲击力 - 时间、冲击力 - 位移、位移 - 时间及能量 - 时间等曲线，形象地给出被冲断试样的受力及变
形过程，并可把试样吸收的能量分解为裂纹形成功和裂纹扩展功，使短时的动态载荷冲击试验实现了数字化的可量化过程分析。这种
冲击试验机就叫仪器化冲击试验机。
仪器化冲击是数字化时代的产物。从测量材料的冲击性能指标来看，不仅是精度的提高和指标数量的增加，而且为冲击试验的标
准化提供了可能，是冲击试验的质变，也为冲击试验的深入推广应用创造了良好的条件。
仪器化冲击试验机将是现用普通冲击试验机的替代和发展方向按照 ISO14556：
2000《Steeel-charpy V-notch Pendnlum Impact Test-Instvumented Test Method》、GB/T19748-2005《钢材 夏比 V 型缺
口摆锤冲击试验 仪器化试验方法》、GB/T3808-2002《摆锤式冲击试验机的检验》及 JJF1320-2011《仪器化夏比摆锤冲击试验机
校准规范》中的有关要求研制。通过测试冲击力值、采集与分析冲击过程数据、绘制能量变化曲线，给出材料断裂不同阶段明确的物
理学意义与解释，为研究、分析材料断裂过程的行为，提供详细准确的数据。
该系列仪器化冲击试验机的一般性能指标参数同 JBW-300C/450C/600C/750C。
冲击力和冲击能量测控系统，是仪器化摆锤冲击试验机最为核心的部分，也是摆锤试验机能称之为仪器化冲击试验机的根本所在。
下面主要介绍仪器化测控系统的功能、特点和指标。
仪器化摆锤式冲击试验机
一、二、简介：
摆锤式冲击试验机仪器化测控系统是为摆锤式冲击试验机研制的专用测控系统，该系统可以与多种不同规格的摆锤
式冲击试验机配套使用。该仪器化测控系统满足 ISO14556:2000《Steel-Charpy V-notch Pendulum impact testInstrumented test method》、GB/T19748-2005《钢材 夏比 V 型缺口摆锤冲击试验 仪器化试验方法》、GB/T3808-
2002《摆锤式冲击试验机的检验》及 JJF1320-2011《仪器化夏比摆锤冲击试验机校准规范》中的有关要求。
系统通过对摆锤扬角的控制、摆锤反扬角的测试以及冲击过程中试样所受力的实时监测，能准确地给出冲击能量、吸
收能量、最大力、屈服力、不稳定裂纹扩展起始力以及力－时间波形、能量－时间波形、力－位移波形、能量－位移波形
等测试数据，为试验提供准确可靠的测试结果。
该测试系统采用先进的虚拟仪器技术设计，测试与控制相结合，功能齐全、数据测试准确，软件界面美观大方、操作方便。
三、系统组成：
1. 系统框图
系统由冲击力传感器、编码器、动态测力变送器、
数据采集、数据分析系统、计算机、打印机等组成，
其功能框图如右图：
测试系统框图
2. 各部分功能说明
◆ 冲击力传感器：
冲击力传感器是根据要求专门研制的，用于测试冲击过程中试样所受的力，能真实地反映出试件在冲击过程中所受力
的变化历程。
◆ 编码器：
编码器是用来测试和控制摆锤的扬摆高度，以及测试冲击过程中摆锤的反扬角，它安装在摆锤摆轴上，其输出的电平
脉冲个数与摆锤的扬角或反扬角成正比。
◆ 动态测力变送器：
动态测力变送器主要是为冲击力传感器、编码器提供电源以及对两个传感器的输出信号进行预处理，输出标准的电信
号给数据采集系统以及输出控制信号给控制柜。
◆ 数据采集卡：
数据采集卡的功能在于利用足够大的采样率真实地采集所需的数据，并进行 A/D 转换，输入计算机。同时通过它将控
制信号输出给控制柜。
◆ 计算及控制软件：
该软件是专用软件，通过计算分析能够给出：摆锤的冲击速度、冲击能量、吸收能量、裂纹形成能量、裂纹扩展能量、
屈服力、屈服能量、屈服时间、屈服位移、最大力、最大力时的能量、最大力时的时间、最大力时的位移、不稳定裂纹扩
展起始力、不稳定裂纹扩展起始能量、不稳定裂纹扩展起始时间、不稳定裂纹扩展终止力、不稳定裂纹扩展终止时间等 24
个数据，以及力－时间、能量－时间、位移－时间、力－位移、能量－位移五种波形；并能自动生成检测报告；通过软件
给出控制信号对摆锤的扬摆、冲击、放摆、停止等进行控制。四、技术指标：
测控系统主要技术指标如下：
1. 冲击力传感器：量程 50kN（100kN），精度优于 ±1.0%（配放大器精度）；
2.AD 转换器：16 位，频响 1.25MHz；
3. 信号放大器：频响 1.5MHz；
4. 旋转编码器：3600 线；
5. 数据采集卡：国外进口的高性能数据采集卡，采样率≥ 1.25M。
五、主要功能：
1. 测量摆锤的扬角、反扬角：利用高精度编码器测试摆锤的扬角和反扬角，对变扬角的摆锤扬角进行自动识别，测试角度精度可达
±0.1°，角度分辨率 0.025°；
2. 测量冲击试样过程中的力－时间波形：利用专门为摆锤试验机研制的冲击力传感器测试摆锤冲击试样过程中试样所承受的力－时
间波形；
3. 数据采集：利用国外进口的高性能、高采样率数据采集卡采集冲击过程中摆锤所承受的力－时间波形，保证在很短的冲击过程中
有足够多的采样点数，确保能量变化曲线的真实性；
4. 软件分析：测试系统配有较强的软件分析功能，满足用户提出的对数据处理的要求，给出数据处理结果；
5. 控制功能：可以给出多个电平信号对摆锤的扬摆、放摆、退销、冲击等多个功能进行控制，使操作可以完全由软件完成；
6. 空打标定：利用高精度的编码器随时对试验机的摩擦阻力和空气阻力损耗进行测试，并自动反馈到测试结果中，使测试更加准确；
7. 无效试验自动判别：对死打，试样吸收能量小于最大冲击能量的 10% 或大于最大冲击能量的 90% 均作为无效试验处理，软件自
动识别并给出提示；
8. 测试结果显示：通过软件分析，可以显示出本次试验的扬角、冲击能量、吸收能量、冲击速度、冲击时间、最大力、最大力时的能量、
最大力时的变形、屈服力、屈服力时间、屈服力时的变形、失稳力、失稳力时间、失稳力时的变形、力－时间波形、力－位移波形、能量－
时间波形等，并且可以通过打印机打印输出；
9. 报告生成：每做完一次试验都可以自动生成一个检测报告，该报告包括了 8 中的测试结果以及相关的试样尺寸、牌号、编号、温度、
环境温湿度等情况；报告可以存取，方便查阅；报告为自动生成（除剪切面积百分数外），不需用户填写；
10. 数据库功能：关键数据如冲击能量、吸收能量、冲击速度等可以通过主界面上的一个按钮保存到 EXCEL 中的同一个文档中，每
次试验占一行数据，顺序排列，更方便数据的保存、查找、对比等；
11. 光标读数：波形曲线上的数据可以通过读数光标直接读数；
12. 周期检测：可以自动测试出摆锤的摆动周期，在小于 5°范围内摆动 100 次的周期平均值；
13. 能量损耗测试：可以自动测试出摆锤在 10 个半周期内的空气及机械摩擦损耗；
14. 摆动扬摆：在操作出现失误或试验机出现错误情况下，摆锤可能以很大的幅度摆动，此时如要停止摆锤需手动停止或长时间等待，
手动停止存在危险，因此设置摆动扬摆，可以在摆锤摆动情况下挂摆；
15. 前面提到的曲线及各个能量值也可以方便地复制拷贝到 Word 文档中，由用户做成自己满意的测试报告；
16. 操作：软件的操作为顺序式操作，界面上会依次弹出相应的操作对话框，上一操作没完成不能进行下一步操作，可以防止意外情
况的发生。
六、系统工作过程：
测控系统简要工作过程如下：先通过软件给一扬摆信号，此时编码器（安装在摆锤转轴上）开始测试扬角，当扬角接近预扬角时，再
给一停摆信号，摆锤停在预扬角位置；扬好摆、放好试样后即可做试验，通过软件给一冲击信号，信号控制摆锤脱钩装置，摆锤脱钩下摆
打击试样，在打击试样过程中，冲击力传感器（由摆锤刀刃改制而成）测试试样所承受的力－时间曲线，同时在整个摆锤工作过程中编码
器一直工作测试摆锤扬角（α）与反扬角（β），摆锤冲击完试样后还具有一定的动能，摆锤会继续扬到一定高度（反扬角 β），然后回摆，
当回摆的扬角接近反扬角大小时（动能接近 0），再给一扬摆信号，使摆锤继续上扬，当达到预扬角位置时，软件再给一停摆信号，摆锤
挂在挂钩上。此时，放好试样即可进行下一试验，如果不做试验，通过软件给一放摆信号，摆锤缓慢放到最低位置，放摆过程中编码器测
试放摆角度，当接近扬角位置时，给一停摆信号，摆锤停在最低位置 根据编码器测得的冲击过程中的扬角（α）和反扬角（β）
可以由公式（1）计算出试样的吸收能量。由冲击力传感器测得
的力－时间曲线，通过运算可以得到能量－时间、能量－位移、
力－位移曲线，并且通过对曲线上特征的分析可以给出四个特征
值点（屈服点、最大值点、失稳起始点、失稳终止点）的测试数据。
（1）式中：
W －试样的吸收能量，J；
m －摆锤的质量，kg；
g －试验地的重力加速度，m/s ；
α －摆锤的扬角，°；
β －摆锤打击完试样后的反扬角，°。
六、软件及操作说明
◆ 操作界面及功能简述：
界面左上角为功能菜单操作区，可以进行各功能操作，依次
为：调零、扬摆、空打标定、试验、放摆、摆动扬摆、检测报告、
数据保存（excel）、参数修改、周期检测、能量损耗测试、退
出。其中调零、扬摆、检测报告、周期检测可单独执行；空打标
定、试验、放摆、能量损耗测试四项操作需在扬摆后方可操作；
摆动扬摆是摆锤在摆动状态下扬摆用；数据保存需在有测试数据
后方可操作；参数修改只有在安装该软件后第一次运行程序时和
力传感器重新检定时才用；能量损耗测试用于自动测试摆锤试验
机 10 个半周期的能量损耗。
界面中间部分为波形和数据显示区：中间的最下方为几个关
键数据的测试结果，试验完后直接显示，波形及数据显示为三个
层叠式的框，点击左上角相应框的选择可以看到：力（能量、位
移）－时间波形、力（能量）－位移波形、测试数据，其中力（能
量、位移）－时间波形为三个波形，需选择切换分别显示，选择
及刷新按钮在界面的右下角，力（能量）－位移波形的选择切换
显示相同。波形显示区的下方有一行波形显示操作功能区，从左
到右依次为：“坐标示值”，指的是波形图中光标处的坐标值，
光标既可以锁定到曲线上，显示曲线上任意一点的坐标值，也可
以不锁定到曲线上，显示图中任意一点的坐标值；“图形放缩”，
该框内有几个按钮，既可以整个整个放缩图形，也可以局部放缩
图形，既可以放大 X 轴，也可以放大 Y 轴。
界面波形显示区的左右两边上部分为试验信息框，包括：检
测日期、送检单位等十个参数。左边下部分为修正系数、重力加
速度、阻力损耗系数、扬角显示区。
波形显示区的右边下部为波形切换操作区，如波形显示区选
择的是力（能量、位移）－时间波形，当要看力－时间波形时，
先从时间波形切换中选择力－时间波形，再点击下面的波形刷新
即可看到力－时间波形。力（能量）－位移波形操作相同。 ◆试验曲线：
微机通过数据分析及软件处理，可
以获取：力 - 时间、位移 - 时间、能量 -
时间、力 - 位移、能量 - 位移等曲线。
送料操作界面
力 - 时间波形图
位移 - 时间波形图
试验数据显示界面图 试验报告格式界面（厂内演示操作） 试验检测报告格式图
力 - 位移波形图 能量 - 位移波形图
能量 - 时间波形图
冲击操作界面
◆测试数据及试验报告：
软件通过数据分析和计算，可得到：冲击速度、冲击时间、冲击能量、吸收能量、位移、裂纹形成能量、裂纹扩展能量、屈服力、屈
服时间、屈服位移、屈服能量、最大力、最大力时的时间、最大力时的位移、最大力时的能量、不稳定裂纹扩展起始力、不稳定裂纹扩展
终止力、不稳定裂纹扩展终止位移、不稳定裂纹扩展起始能量、不稳定裂纹扩展终止能量等多个特征值。
摆锤式半自动冲击试验机
一、整机外观图：
JB/JBS/JBW-300B/500B
二、性能说明：
JB-B 系列冲击试验机用于测定金属材料在动负荷下抵抗冲击的性能，从而判断材料在动负荷作用下的质量状况。
本机为半自动控制试验机，操作简单工作效率高，扬摆、冲击、放摆电气控制，并能利用冲断试样后的剩余能量自动扬摆作好下次试
验准备，特别适用于连续做冲击试验的实验室和大量做冲击试验的冶金、机械制造等行业。JB-B 系列冲击试验机符合国标 GB/T3808-
2002《摆锤式冲击试验机的检验》，按国标 GB/T229-2007《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》对金属材料进行冲击试验。
JB 系列为度盘显示，冲击功从度盘上读取；
JBS 系列为数显式，采用单片机控制，电动扬摆、冲击、单片机测量、运算、数显结果并可打印；
JBW 系列为微机控制式，电动扬摆、冲击、微机测量、运算、屏幕数显结果并可打印等，工作效率高、测试精度高。计算机可计算
和数显材料冲击吸收功、冲击韧性、摆锤扬角及试验平均值，并可打印当次试验数据及试验的平均值。
三、技术特点：
1. 试验机主机为单支承柱式结构，悬臂式挂摆方式，摆锤锤体 C 型；
2. 冲击刀采用螺钉安装固定，更换简单方便；
3. 试样简支梁式支承；
4. 主机装有安全防护销，并且配备了安全防护网；
5. 试验机为半自动控制，扬摆、挂摆、冲击、放摆均为电气控制，并能利用冲断试样后的剩余能量自动扬摆做好下次试验准备，特别
适用于连续做冲击试验的试验室和大量做冲击试验的冶金、机械制造等部门；
6. 试验机符合国标 GB/T3803-2002《摆锤式冲击试验机的检验》，按国标 GB/T229-2007《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》
对金属材料进行冲击试验。
型号 JB-300B JBS-300B JBW-300B JB-500B JBS-500B JBW-500B
冲击能量 300J 150J 500J 250J
摆锤预扬角 150°
摆轴中心至冲击点距离 750mm 800mm
冲击速度 5.24m/s 5.4 m/s
试样支座跨距 40mm
钳口圆角 R1-1.5mm
冲击刀刃圆角 R2.0~2.5mm
标准试样尺寸 10×10(7.5 或 5)×55mm
外形尺寸 2200×650×1900mm 2200×650×1960mm
角度准确度 0.1° |
