電子式万能試験機と油圧式万能試験機: どちらが最適ですか?

どちらかを選ぶときは、 電子万能試験機 (EUTM) そして 油圧万能試験機 (HUTM) 、その答えは、必要な力の範囲、材料の種類、精度のニーズによって異なります。 300 kN 未満のほとんどの研究室および品質管理アプリケーションでは、電子 UTM が優れた精度と低い運用コストを実現します。構造用鋼や大きなコンクリート試験片など、500 kN を超える重負荷の工業試験では、油圧 UTM が依然として好ましい選択肢です。

どちらのタイプの機械も引張、圧縮、曲げ、せん断試験を実行しますが、駆動機構、力の容量、メンテナンスの必要性、総所有コストが大きく異なります。これらの違いを理解することは、研究所、メーカー、研究機関が適切な投資を行うのに役立ちます。

各機械がどのように力を生成し制御するのか

電子万能試験機

電子 UTM は、 サーボモーターとボールネジまたは送りネジ駆動システム 機械的に力を加える。モーターは電気エネルギーを正確な直線運動に変換し、通常 0.001 mm/min から 1,000 mm/min 以上の非常に細かい速度制御を可能にします。閉ループ制御システムは負荷と変位を常に監視し、非常に細かい分解能でのリアルタイム調整を可能にします。 表示値の±0.5％ .

油圧万能試験機

油圧 UTM は、 加圧油によって駆動される油圧ピストン 。電気モーターとポンプを備えた油圧パワー ユニット (HPU) が流体を加圧し、サーボ バルブが流れを調整して力を制御します。このメカニズムにより、非常に大きな力が可能になります。商用モデルは通常、次のような範囲にあります。 200kN～3,000kN 、カスタム システムでは 10,000 kN 以上に達します。ただし、作動油の固有の圧縮性とバルブの応答時間により、電子システムと比較して位置決め分解能が制限されます。

主なパフォーマンスの比較

電子 UTM が優れている場所

電子万能試験機は、ほとんどの研究室、学術、品質管理環境の標準となっています。これらの利点は、次のシナリオで最も顕著になります。

• ポリマーとゴムの試験: 低力、高伸び試験 (例: 500 ～ 1,000% 伸びるエラストマー) には、電気ドライブのみが提供する超微細な速度と変位制御が必要です。
• 医療機器および生体材料の試験: 縫合糸、ステント、および組織サンプルには、サブニュートンの力の分解能が必要です。ハイエンドの電子 UTM は、次の解像度を達成します。 0.001N .
• 接着力と剥離試験: 油圧変動のない一定の低速クロスヘッド移動により、再現性のある剥離力測定が保証されます。
• 繊維およびフィルムのテスト: ASTM D638、ISO 527、または EN 14704 に従ってテストされた軽量で柔軟な素材は、スムーズでプログラム可能なランプ レートの恩恵を受けます。
• クリーンルームと繊細な実験室環境: 作動油がないということは、汚染リスクがゼロであることを意味します。これは、半導体、医薬品、食品包装の試験において重要です。

Instron、Zwick Roell、MTS などの大手メーカーの一般的な 100 kN 電子 UTM は、およそ 1.5～3kW アクティブテスト中はエネルギーがゼロに近く、スタンバイ中はエネルギーがほぼゼロになるため、同等の力を消費する油圧システムと比較して、年間電気コストが大幅に削減されます。 7～15kW 継続的に。

油圧 UTM が引き続き主流となる場所

電子機械の機能が向上しているにもかかわらず、油圧 UTM は次のような需要の高い分野で不可欠です。

• 構造用鋼および鉄筋の試験: GB/T 228、ASTM A370、ISO 6892-1 などの大径鉄筋 (≥40 mm) または厚板試験片の規格では、多くの場合、 600kN～2,000kN — ほとんどの電子 UTM の能力をはるかに超えています。
• コンクリート立方体と円柱の圧縮: 標準的な 150 mm コンクリート立方体は、高強度グレード (C60) で最大 2,000 kN を必要とします。油圧圧縮機はこれを日常的に処理します。
• 本格的なコンポーネントのテスト: 自動車のシャーシ部品、航空機の着陸装置部品、橋梁ケーブルには、油圧アクチュエータのみが提供できる持続的な高力出力が必要です。
• 高負荷での動的および疲労試験: サーボ油圧システムは、50 ～ 100 Hz の周波数で 1,000 kN を超える力で周期的な負荷を加えることができます。この組み合わせは、現在の電動ボールねじ機械では実現できません。

国立研究所および大規模な建設材料試験センターの場合、 2,000 kN 油圧 UTM 通常の費用は 120,000 ～ 300,000 ドルで、事実上あらゆる土木資材を試験できるため、運用コストは高くなりますが、汎用性の高いアンカー マシンとなります。

精度とデータ品質の違い

力と変位の精度は、テストの有効性、認証結果、および材料特性データベースに直接影響します。電子 UTM は、精度の測定基準において常に油圧システムを上回ります。

力の測定

高分解能ロードセルとデジタルサーボドライブを使用する電子 UTM は通常、次の条件を満たします。 ISO 7500-1 に基づくクラス 0.5 の精度 、力の誤差が読み取り値の ±0.5% 以内であることを意味します。最新のシステムの多くは、クラス 0.5 の精度を最低レベルから達成します。 ロードセル容量の2% 、大容量の機械で信頼性の高い低力測定を可能にします。油圧システムは一般的にクラス 1 (±1%) で動作し、粘度やバルブの性能に影響を与える流体の温度変化により、時間の経過とともにドリフトが発生する場合があります。

変位とひずみの制御

電子 UTM のボールねじドライブは、クロスヘッド変位分解能を提供します。 ±0.001mm以上 バックラッシュのない動きにより、伸び計に基づく正確なひずみ測定に最適です。油圧シリンダは、高品質の位置トランスデューサ (LVDT) を使用していても、スティックスリップやバルブのヒステリシスにより、低速で小さな位置の不安定性を示すことがあります。測定可能な誤差は通常、次の範囲です。 0.01～0.05mm .

総所有コストの分析

購入価格は財務状況の一部にすぎません。 10 年間の運用寿命、メンテナンス、エネルギー、消耗品のコストによって、どのシステムがより経済的であるかが大きく変わる可能性があります。

これらの図は、電子 UTM の 初期コストと運用コストの削減 これは、同様の力容量の油圧ユニットと比較して、10 年間で合計 50,000 ～ 80,000 ドルの節約につながります。これは、300 ～ 500 kN を超える力を必要としない研究室にとっては説得力のある議論です。

適用される規格と準拠

どちらのマシンタイプも、国際的な試験機性能基準に準拠する必要があります。最も関連性の高いものは次のとおりです。

• ISO 7500-1: 静的一軸試験機の検証 (クラス 0.5、1、または 2 の等級の両方のタイプをカバー)。
• ASTM E4: 試験機の力検証の標準慣行 (米国の ISO 7500-1 に相当)。
• ISO 9513: 一軸試験に使用される伸び計の校正。
• EN 10002 / ISO 6892-1: 金属材料の引張試験 - 両方の機械タイプに対応。
• GB/T 228.1: 金属引張試験に関する中国の国家規格であり、油圧 UTM を備えた施設に広く適用されています。

批判的に言えば、 ISO 6892-1:2019 ではひずみ速度制御要件が導入されました (方法 A) 優れた閉ループ速度制御により、電子 UTM が好まれます。油圧機械では、準拠したひずみ速度制御を実現するためにアップグレードされたサーボバルブ システムが必要となり、コストと複雑さが増加します。

設置と環境への配慮

スペースと基礎の要件

標準的な 100 kN 電子 UTM には通常、次の設置面積が必要です。 0.6m×1.2m 必要なのは、水平で振動のない床だけです。ほとんどの場合、特別な基礎固定は必要ありません。対照的に、1,000 kN 油圧 UTM には、 鉄筋コンクリートピット基礎 、専用電源（三相、380V/440V）、および騒音と潜在的な油流出を抑えるための独立した油圧電源ユニット室。

環境への影響

電子 UTM は、作動油の廃棄の問題がなく、エネルギー消費量の削減による二酸化炭素排出量の削減、オープンプランのラボ設計を可能にする静かな動作など、グリーンラボの取り組みと一致しています。油圧システムには次のものが必要です 定期的なオイル交換 (通常は 2,000 ～ 4,000 運転時間ごと) また、地域の産業流体廃棄物処理規制に準拠する必要があります。これは、ISO 14001 認定施設にとってますます重要な要素です。

アプリケーションに適切な UTM を選択する方法

選択のガイドとして、次の意思決定フレームワークを使用してください。

1. 必要な最大の力を定義します。 最も重い試験片に 600 kN を超える力が必要な場合は、油圧システムが必要になる可能性があります。 300 kN 未満の力の場合は、ほとんどの場合、電子 UTM が推奨されます。
2. 材料の種類を評価し、感度をテストします。 柔らかい素材、薄膜、または生体組織には、電子ドライブの精度が必要です。スチールやコンクリートなどの硬い構造材料は両方と互換性がありますが、電子 UTM の能力を超える可能性があります。
3. 該当する規格を確認してください。 ラボがひずみ速度制御を使用して ISO 6892-1 メソッド A または ASTM E8 に準拠して作業している場合は、マシンの閉ループ機能を確認してください。最新の電子 UTM はこれをネイティブに処理します。
4. 施設の制約を評価します。 スペースが限られている、ピット基礎がない、騒音制限、またはクリーンな環境要件はすべて、電子 UTM を必要としています。
5. 10 年間の総所有コストを計算します。 購入価格だけでなく、エネルギー、オイル/液体、メンテナンス、校正も含めます。年間 2,000 件未満のテストを実行するほとんどのラボでは、電子 UTM は 500 kN 未満でより優れた ROI を提供します。

一部の大量生産産業ラボでは、 デュアルマシン戦略 標準的な品質管理と研究作業には電子 UTM が採用され、大型構造コンポーネントの検証には油圧 UTM が補完されます。このアプローチにより、必要な場合は精度が最大化され、必要な場合は力の能力が最大化されます。