强力仪特性分析检定(陈维稷论文).doc

纺织电子式强力仪 测力动态特性分析与检定方法研究 济南纺织科学研究院 张 森 湖北省纺织计量中心 费建本 莱州市电子仪器有限公司 邱学明 （二等奖） 【摘要】对纺织电子式强力仪测力部分动态性能的要求和影响电子式强力仪动态特性的因素进行分析，对其检定方法进行了研究和验证。 1 前言： 纺织用电子强力仪在我国已有二十余年的发展历史。随着其测试项目和应用范围的扩大，对电子强力仪性能的要求越来越高。早在1994年《电子式单纱强力仪》部门检定规程审稿会时，与会代表就已提出测力系统动态特性的检定问题，但限于当时大家对上述问题尚无必要的前期探索资料，因此未能对电子式强力仪动态特性的检定作进一步的探讨。至今各种型号的电子强力仪的技术指标中均无此项技术要求，各仪器生产厂对此性能亦不作考核，甚至为了追求视值稳定性而采取的各种措施，反而使仪器动态特性明显恶化，导致数据不准也无法知晓的严重后果。近来为了进行《电子式织物强力仪》检定规程的编写，对纺织用电子强力仪的动态特性及其检定手段又引起广泛的关注。为满足当前技术发展要求，保证仪器测试准确性，尽快在纺织电子强力仪检定规程中增加测试系统动态性能的技术指标和它的检定方法是十分重要而迫切的问题。 2 纺织用电子式强力仪动态特性的要求 电子式强力仪测力系统的动态特性包括两方面的内涵，①力值数据采集部分的采样频率，②力-电转换部分的动态响应能力。用电子式强力仪测试的都是动态信号，这两部分的性能必然影响到测试结果的准确性。 2．1 对采样频率的要求 2．1．1 采样频率应根据信号的特征确定。可取常用且典型的单纱和织物强力测试为分析基础。 图1（a）、（b）、（c）为较常见的三种电子单纱强力拉伸EF曲线（择自乌斯特单纱与股线拉伸试验使用手册） 精梳棉100% 20tex 羊毛100% 25tex 氨纶 tex 1500/1 E=6% F=3.5N E=12% F=2N E=600% F=8N （a）精梳棉纱拉伸的 EF曲线 （b）羊毛纱拉伸的EF曲线 （c）氨纶纱拉伸的EF曲线 图 1 几种纱线的拉伸试验曲线 由图1可看出拉伸初始阶段试样受力几乎是均匀上升的，测试终了前，开始出现力值波动，最大值处显出尖峰，力值变化速率很大，如系统的采样速率或频率响应能力不够，就可能丢失、偏离信号中的最大值，必将导致测得结果偏小而发生明显的测量误差。显然，试样断裂时间越短，拉伸过程中力值变化率越大，动态误差也越大。 图2（a）、（b）、（c）为电子织物强力仪测试拉伸、撕裂和剥离功能时的Ｆ－Ｅ曲线： 条样法织物强力测试的拉伸曲线 (b) 舌形法织物撕裂试验曲线 图2—(c) 织物剥离强力试验曲线 图2 电子织物强力仪几种试验的F-E曲线 图2(a)为条形法织物拉伸断裂试验，图2(b)为舌形法织物撕裂试验，图2(c)为织物剥离强力试验（试验数据由莱州电子仪器有限公司提供）。由三条曲线可以看出，织物撕裂曲线中各峰比较密集，强力值波动的范围较大，因此三者中它对采样频率的要求最高，仪器动态特性只要能满足这项试验，其他试验一般就都可满足。 目前纺织用电子强力仪测力系统准确度都规定示值误差为 ±1%。而动态误差中采样频率是重要因素之一，另外有传感器夹持器组合件、放大器等的动态响应能力。要提高采样频率必然要付出相应的代价或作出某些牺牲，因此笔者认为，只要各项误差合成能达到±1%范围之内即可，采样误差以不大于3‰ ~ 5‰为好，这样对电子单纱强力仪能检测2s断裂的试样时，要求的数据采集频率可在 100次/秒左右。潘尚渠教授曾对电子单纱强力仪的采样频率做过分析，具体文章见参考文献。 对具有撕裂测试功能的织物强力仪，按峰--峰最小周期估计，可做如下分析： 高密织物一般经密不超过600根/10cm，当进行撕裂试验时拉伸速度为100mm/min,试样撕裂＜50mm/min，即300根/min（每秒5根）。撕破时可能几根纱线同时或顺次断裂，因此峰--峰最小周期应小于5根/秒的间距，设为其1/2，即某瞬间的断裂速率可达10根/秒。根据计算机采样原则每个波动周期采样不应少于10次，采样频率应为100次/秒以上。 2．1．2 影响采样频率的因素 2．1．2．1 A/D转换器