--------溫州方圓儀器有限公司
一、引言
隨著生活水平的提高,消費(fèi)者對(duì)服裝、家用紡織品及各類生活用品的要求,已把關(guān)注點(diǎn)從耐用為主要要求逐步轉(zhuǎn)換為美觀、環(huán)保等。但“皮之不存,毛將焉附”,無論何種材料(或產(chǎn)品),若沒有足夠的強(qiáng)力,其它性能都無法體現(xiàn)。為此,對(duì)服裝面料的力學(xué)性能的檢測(cè)不但沒有放松,反而越來越受各種服裝及輔料生產(chǎn)企業(yè)的重視,并且隨著紡織品應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大,測(cè)試方法也變得多樣化。
二、現(xiàn)代概念材料試驗(yàn)機(jī)的派生
我公司生產(chǎn)研發(fā)紡織品及服裝檢測(cè)儀器多年,結(jié)合本人對(duì)強(qiáng)力機(jī)的理解,特作如下闡述,請(qǐng)各位專家、老師批評(píng)指正。
現(xiàn)代概念的材料試驗(yàn)機(jī)開始于1946年,由麻省理工學(xué)院兩位在校研究生發(fā)明。此前杜邦公司應(yīng)美國軍方要求,開發(fā)成功尼龍66,以期取代絲綢制成的降落傘,但其力學(xué)性能到底與絲綢有多大差距呢?為此急需新的測(cè)試手段。因?yàn)榇饲暗臏y(cè)試機(jī)的根本原理都是杠桿式,無法全面反映材料的應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系。
三、電子材料試驗(yàn)機(jī)的基本原理
3.1 紡織材料的力學(xué)性能
紡織材料的力學(xué)性能包括強(qiáng)力和伸長兩方面,其性能與其它組成的基本單元---纖維的力學(xué)性能密不可分,天然麻纖維的伸長較小,其制成品較剛硬;而羊毛伸長大,其制成品較柔軟;化學(xué)纖維的強(qiáng)力與伸長可在加工過程中控制。除基本的拉伸斷裂特性外,它們?cè)谕饬ψ饔孟碌淖冃位貜?fù)能力,也決定了紡織品的應(yīng)用范圍及使用壽命,為此,需要測(cè)定紡織材料及其制成品的斷裂強(qiáng)力、反復(fù)拉伸特性及蠕變等。
3.2 紡織用材料試驗(yàn)機(jī)的基本原理:
紡織材料在電機(jī)及傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的作用(拉伸、壓縮、變曲等)下,產(chǎn)生變形并給傳感器施加相等的力,使傳感器產(chǎn)生微量變形,從而轉(zhuǎn)換成電信號(hào)(基于電阻應(yīng)變片等傳感器),交由后級(jí)的模擬--數(shù)字變換器轉(zhuǎn)換成中央處理單元可識(shí)別的數(shù)字信號(hào),并顯示或打印出測(cè)試結(jié)果。
3.3 傳感器:
傳感器用來將力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),可分為電阻式、電感式等。由于在稱重、天平等各行業(yè)的大量采用,現(xiàn)今的傳感器已形成大批量、多廠家的生產(chǎn)格局。故生產(chǎn)整套測(cè)試儀器廠家不約而同的采用成品傳感器。
3.4 中央處理單元:
如圖一所示,在測(cè)試機(jī)的統(tǒng)一的系統(tǒng)內(nèi),中央處理器(以單片機(jī)為主)是核心器件,以下幾方面決定了測(cè)試機(jī)的性能。
a. 由于整機(jī)內(nèi)存在大量的電子元器件、電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器等元件,再加上外部電源的電躁音等都有可能形成干擾,使其紊亂、死機(jī)或出錯(cuò)。此項(xiàng)指標(biāo)主要取決于芯片廠商技術(shù)力量,儀器廠家主要在器件選型、應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)及匯編語言的設(shè)計(jì)上加以避免(如看門狗的設(shè)計(jì))。
b. 隨著測(cè)試快速化、多樣化的發(fā)展,完成測(cè)試所要處理的數(shù)據(jù)量(如強(qiáng)力、伸長等)越來越大,現(xiàn)在國外先進(jìn)廠家已有選用32位單片機(jī)的新型產(chǎn)品,國內(nèi)仍以8位機(jī)為主。
c. 與計(jì)算機(jī)的兼容能力:
隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC機(jī))的廣泛應(yīng)用,其信息處理量大、操作方便等特點(diǎn)不言而喻,各儀器廠商均開發(fā)了PC機(jī)的聯(lián)接技術(shù),其可靠性主要取決于單片機(jī)的兼容性。
3.5 電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng):
a. 電機(jī)響應(yīng)時(shí)間
該部分是整機(jī)的“心臟”系統(tǒng),決定其測(cè)試范圍及長期運(yùn)行可靠性,如要求將某一試樣拉伸至屈服點(diǎn)附近,并保持在該負(fù)荷下若干時(shí)間以后,再測(cè)算材料的變形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化,此時(shí)要求驅(qū)動(dòng)器—電機(jī)能在△t時(shí)間內(nèi)完成一次從靜止到拉伸再停止的過程,△t即為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間,該值越小,則整機(jī)越能輕松完成較復(fù)雜的測(cè)試過程(如蠕變、定負(fù)荷、反復(fù)定負(fù)荷循環(huán)拉伸)。
b. 速比范圍
速度范圍指驅(qū)動(dòng)器-電機(jī)系統(tǒng)能完成的較大速度與較小速度的比值,此值越大越能體現(xiàn)測(cè)試機(jī)的適用廣泛性。
c. 多種保護(hù)
由于使用環(huán)境(溫度、濕度、電源、操作人員素質(zhì))不同,要求驅(qū)動(dòng)器-電機(jī)系統(tǒng)具有較好的過壓、過流、沖位等多重保護(hù)功能,以保證整機(jī)的長期耐用。
d. 發(fā)展過程
大多儀器廠家根據(jù)不同的電機(jī)設(shè)計(jì)如交流異步、直流、步進(jìn)、變頻、直流伺服、交流伺服等,可通過以上幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)分辯各儀器性能的優(yōu)劣。
3.6 應(yīng)變(位移)測(cè)量
大部分紡織品的力伸長比較小,故常規(guī)強(qiáng)力機(jī)均以夾具鉗口位移來代替試樣變形量,但對(duì)于如芳綸制品、玻璃纖維、陶瓷及其它高模量纖維制品等小變形材料來說,不能忽略鉗內(nèi)材料的變形,故對(duì)試樣變形的測(cè)量通常選取其被握持的中間區(qū)域(這就是“牽伸器”的測(cè)試原理)。
3.7 輸入輸出系統(tǒng)
因早期面對(duì)的測(cè)試任務(wù)較簡(jiǎn)單(如斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長等),故顯示方式采用LED為主流,但隨著測(cè)試范圍的擴(kuò)大及測(cè)試要求的提高,LED的表達(dá)能力遠(yuǎn)不能勝任,故在主機(jī)外掛接繪圖儀或打印機(jī)給出測(cè)試結(jié)果。測(cè)試過程所需相關(guān)參數(shù),在開始測(cè)試前預(yù)先以代碼形式通過拔段開關(guān)輸入,操作過程相當(dāng)煩瑣,故障率較高(任一誤設(shè)定、任一器件故障均會(huì)出錯(cuò)或無法測(cè)試)。隨之而發(fā)展的藍(lán)屏及觸摸屏(俗稱人機(jī)界面)等的應(yīng)用則大大減小故障隱患,并簡(jiǎn)化操作。
近年來,由于計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用,出現(xiàn)了下掛計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出(如測(cè)試報(bào)告、強(qiáng)伸曲線)與參數(shù)輸入,從而大大方便簡(jiǎn)化操作過程。
四、電子材料試驗(yàn)機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向
國外大多數(shù)儀器制造商已普遍實(shí)現(xiàn)了三閉環(huán)(即應(yīng)力、應(yīng)變、位移)控制技術(shù),而國內(nèi)廠家,甚至是一些紡織儀器老廠,連應(yīng)力閉環(huán)控制也很難做到,倒是某些新生的紡儀企業(yè)的起點(diǎn)較高,
實(shí)現(xiàn)了其中之一或兩項(xiàng),但大勢(shì)所趨,誰占領(lǐng)技術(shù)優(yōu)勢(shì),誰就可能會(huì)被市場(chǎng)看好。