1 概述
隨著紡織業(yè)的發(fā)展，不論是國內(nèi)還是國外對織物的要求越來越高，織物測試也越來越顯現(xiàn)出它的重要性，對織物測試的理解也不單單停留在斷裂強(qiáng)力上，對其他指標(biāo)也越來越受到重視，尤其是織物的拉伸過程，也就是F_E曲線格外受到重視。以往的測試儀只是測試織物的斷裂強(qiáng)力和斷裂時(shí)間，測試方法相對簡單，對近幾年來新的織物品種已無法適應(yīng)。隨著電子計(jì)算機(jī)和測試技術(shù)的發(fā)展，在測試方法和功能上相對機(jī)械式的強(qiáng)力機(jī)都有較大的不同，使原來不能實(shí)現(xiàn)的功能得以實(shí)現(xiàn)，電子式強(qiáng)力機(jī)的應(yīng)用大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。
YG067A織物強(qiáng)力機(jī)是長嶺紡織機(jī)電科技有限公司研制的新一代織物強(qiáng)力機(jī)，該儀器具有自檢、設(shè)置、測試、校正、查詢和打印等功能，可以測試織物的斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長、斷裂伸長率、斷裂功和斷裂時(shí)間等強(qiáng)力指標(biāo)并統(tǒng)計(jì)最大值、最小值、平均值和CV值，同時(shí)顯示織物的F-E曲線。
2 產(chǎn)品主要特點(diǎn)與性能指標(biāo)
2.1 主要特點(diǎn)
2.1.1 測試范圍大，最大值可以達(dá)到5000N。
2.1.2 夾頭設(shè)計(jì)合理，適應(yīng)于強(qiáng)力小于5000N、伸長率小于200%的各種織物。
2.1.3 適合紡織標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3923.1-1997和FZ/T 01030-93。
2.1.4 測試過程中顯示F-E曲線，幫助技術(shù)人員分析試樣的拉伸情況。
2.1.5 可以根據(jù)用戶的要求隨時(shí)剔除數(shù)據(jù)和補(bǔ)充數(shù)據(jù)。
2.1.6 采用氣動(dòng)夾頭，操作方便。
2.1.7 安全性高。
2.2 性能指標(biāo)
2.2.1 強(qiáng)力測試范圍：0～5000N
2.2.2 顯示分辨率：0.5N
2.2.3 夾持試樣長度：80～400mm（范圍內(nèi)任意設(shè)置）
2.2.4 伸長范圍：0～400mm(試樣200mm時(shí))
2.2.5 拉伸速度：10～600mm/min （范圍內(nèi)可任意設(shè)置）
3 主要組成與工作原理
3.1 織物強(qiáng)力機(jī)由以下幾個(gè)部分組成
3.1.1 測試主機(jī)：織物試樣的拉伸機(jī)構(gòu)。
3.1.2 數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)：數(shù)據(jù)處理和控制單元。
3.1.3 打印機(jī)：打印測試結(jié)果。
3.2 工作原理
YG067A織物強(qiáng)力機(jī)采用等速伸長（CRE）測試原理。
試樣所受拉力通過夾持器作用于傳感器，產(chǎn)生較弱的模擬電壓信號，信號經(jīng)放大器放大后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機(jī)，將力值信息，伸長信息等經(jīng)過處理后通過計(jì)算機(jī)串口送入PC機(jī)進(jìn)行處理、顯示、儲存和打印。
4 技術(shù)特點(diǎn)
4.1 精密拉壓雙向傳感器把織物的拉力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?jīng)16位的A/D采集傳到計(jì)算機(jī)，經(jīng)過處理，顯示和打印測試結(jié)果。16位的AD保證了數(shù)據(jù)采集精度。
4.2 傳感器的激勵(lì)電壓采用線性電源供電，確保傳感器的輸出信號的噪聲頻譜集中在一定的范圍內(nèi)。放大電路采用高性能的儀表放大器，線性電源供電減少電源紋波，共模抑制比高。在信號噪聲的頻率范圍內(nèi)，儀表放大器的共模抑制能力滿足設(shè)計(jì)要求。放大器的輸出采用一階RC低通濾波，為A/D轉(zhuǎn)換提供信號源。A/D轉(zhuǎn)換的頻率為4800Hz，MCU讀取A/D值后進(jìn)行平均和數(shù)字濾波處理得到有效采樣值。這樣使得數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和一致性好。由于A/D轉(zhuǎn)換頻率為4800Hz使得結(jié)果的有效采樣頻率大于110Hz，從而保證了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。對有效數(shù)據(jù)采集頻率在檢定規(guī)程中有明顯的規(guī)定，它是數(shù)據(jù)采集精度的保證。規(guī)定如表一：
4.3 在測試中根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要預(yù)加張力，方法標(biāo)準(zhǔn)中可用兩種方法，張力法和松弛夾持法。大部分儀器采用傳統(tǒng)的方法，在試樣下掛一張力夾。這種方法不但增大了操作人員動(dòng)作，而且對伸長率的測試增加了人為誤差。我們知道，儀器制造廠家為了使一種夾頭適應(yīng)各種試樣，大多采用波浪夾頭，來增大試樣和夾頭接觸面的摩擦系數(shù)，當(dāng)張力夾夾在試樣下端時(shí)，此時(shí)試樣自然下垂，可是當(dāng)波浪夾頭閉合時(shí)，由于波浪夾頭咬合力的作用使試樣的張力增大幾倍甚至幾十倍。我們做過試驗(yàn)，當(dāng)把2N張力夾夾在試樣下端，閉合波浪夾頭，從界面上看到此時(shí)實(shí)際的張力達(dá)到十幾牛頓，有時(shí)更大。人為減小了試樣的長度，使伸長率的測試出現(xiàn)誤差。我們采用松弛夾持方法，在夾布時(shí)，對試樣不施加任何張力，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的預(yù)加張力的大小自動(dòng)尋找該值對應(yīng)的位置作為起始位置。這種方法可以大大簡化操作步驟，增加工作效率，也增大了伸長率的測試精度。
4.4 夾頭的設(shè)計(jì)
4.4.1 采用氣動(dòng)夾頭，操作方便并提高了工作效率。
大部分織物強(qiáng)力機(jī)采用的是機(jī)械夾頭，加緊力因人而異，加緊力大容易出現(xiàn)斷鉗口現(xiàn)象，力小容易發(fā)生滑移現(xiàn)象，給測試帶來諸多的不便，影響測試效率。采用氣動(dòng)夾頭，操作人員根據(jù)試樣的特點(diǎn)通過調(diào)節(jié)主氣壓力的大小，來調(diào)節(jié)加緊力，從而保證加緊力的穩(wěn)定性避免斷鉗口和滑移現(xiàn)象。4.4.2 把傳統(tǒng)的波浪式夾頭改為平板式，為了增大試樣和夾持平面的摩擦系數(shù)，在夾持面上粘貼一種特殊材料，特殊材料對試樣也起到了保護(hù)作用，因?yàn)楫?dāng)強(qiáng)力比較大時(shí)，就要求有大的氣壓作用到夾持面上，剛性夾持面容易損傷試樣。這樣使測試數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確可靠。
4.5 安全性設(shè)計(jì)
安全性從以下兩個(gè)方面考慮：
4.5.1 移動(dòng)夾頭的安全性
上夾頭在拉伸時(shí)如果設(shè)計(jì)考慮不周會出現(xiàn)“沖頂”現(xiàn)象。在軟件上對拉伸長度作了限制，但拉伸長度大于上限時(shí)，自動(dòng)回到起始位置。硬件上，在上限位置安裝一限位開關(guān)，當(dāng)上夾頭碰到上限位開關(guān)時(shí)，停止拉伸，并回到起始位置，同樣，在最下面也安裝了限位開關(guān)，從軟件和硬件兩個(gè)方面保證了上夾頭不會出現(xiàn)“沖頂”現(xiàn)象。
4.5.2 氣動(dòng)夾頭的安全性
氣動(dòng)夾頭在使用上大大提高了效率，也降低了試樣斷鉗口和試樣的滑移現(xiàn)象，夾頭的安全性就顯現(xiàn)出來。設(shè)計(jì)不當(dāng)就會對人身安全造成影響。 主氣壓作用在夾頭上的力最大時(shí)為2800N，操作人員在往夾頭上試樣時(shí)，經(jīng)常把手指伸到夾頭內(nèi)，如果此時(shí)按動(dòng)夾頭閉合按鈕，就會出現(xiàn)意想不到的后果。夾頭開口越小越安全，但給操作者上試樣造成不便，對有些比較軟的試樣很難上到位。為此在設(shè)計(jì)夾頭時(shí)既要保證方便，又要使用安全。
我們采用預(yù)加緊方式，即把試樣送入夾頭后，按預(yù)加緊按鈕，氣缸給夾頭一安全氣壓（0.05MPa），此時(shí)夾緊力只有100N左右，使其輕輕閉合，然后，按啟動(dòng)測試按鈕，夾頭緊緊閉合，此時(shí)的夾緊力在2800N左右，開始拉伸，操作起來安全可靠。
另外，如果沒有進(jìn)行預(yù)加緊，而直接啟動(dòng)，夾頭是不會閉合的，也就不會因?yàn)檎`操作帶來不安全。
5 軟件設(shè)計(jì)
5.1 軟件采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)語言Visuall C++ 設(shè)計(jì)，圖形化的界面清晰、美觀，而且便于版本升級。
5.2 拉伸過程中實(shí)時(shí)顯示拉伸曲線，并且隨著伸長率的變化，系統(tǒng)會自動(dòng)變換坐標(biāo)系，呈現(xiàn)完整的拉伸過程曲線，為技術(shù)人員分析試樣的拉伸過程提供了方便。
6 結(jié)論
YG067A織物強(qiáng)力機(jī)能測試織物的斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長量、斷裂伸長量，斷裂時(shí)間和斷裂功，可實(shí)時(shí)顯示F-E曲線，具有查詢、剔除數(shù)據(jù)、打印等功能，操作簡單，使用方便，安全可靠。有效數(shù)據(jù)采集頻率達(dá)到125次/秒，達(dá)到檢定規(guī)程中一類機(jī)的要求。
