專利名稱：測量織物的抗拉強(qiáng)度的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量織物的抗拉強(qiáng)度的裝置和方法。
確定織物和其它有彈性的織物的抗拉強(qiáng)度是根據(jù)德國標(biāo)準(zhǔn)DIN53857(“確定最大拉力”)進(jìn)行。在這里要測量導(dǎo)致試件破壞的力。當(dāng)維持試件結(jié)合的力被外力超過，試件將不可逆轉(zhuǎn)地被破壞。
本發(fā)明的目的在于，提供一種無破壞地測量織物的抗拉強(qiáng)度的裝置和方法。
達(dá)到本發(fā)明的目的的措施是，提供一種測量織物的抗拉強(qiáng)度的裝置，由一個(gè)用于織物的張緊裝置和一個(gè)位于其上垂直的落體測量系統(tǒng)組成，從下落方向上看該測量系統(tǒng)由一個(gè)固定的可開關(guān)的、帶有朝下的開口的電磁鐵和一個(gè)可運(yùn)動的測量系統(tǒng)部件組成，所述開口為一個(gè)向上縮小的錐形空間，它的垂直縱軸長50mm，測量系統(tǒng)的組成為一個(gè)與電磁鐵的開口一致的錐尖朝上的、與開口相配合的、可由磁力吸動的、重為180—250克的質(zhì)量，該質(zhì)量的垂直延伸的縱軸長至少47mm；一個(gè)第一桿狀垂直連接體，它把質(zhì)量和位于其下的力傳感器剛性連接起來，其最大長度為40mm，所說的力傳感器是一個(gè)壓電測力器，它把所產(chǎn)生的靜電的負(fù)載信號通過一個(gè)功率放大器轉(zhuǎn)換為一個(gè)與力成比例的電壓信號，電壓信號傳送到計(jì)算機(jī)；
一個(gè)第二桿狀垂直剛性連接體，它把力傳感器與位于其下的測量體連接起來，且其最大長度同樣為40mm，所說的測量體由非彈性和非塑性的、最大重量為測量系統(tǒng)中可運(yùn)動的部件的質(zhì)量的一半的材料制成，測量體具有一個(gè)朝下的錐形或球形的圓弧頭，其半徑為0.5—25mm；張緊裝置把要測的織物的表面水平地以常量張緊在掛在電磁鐵上的可運(yùn)動的測量系統(tǒng)下面，距測量體10mm，張緊裝置由位于下落的測量體的勢能撞擊點(diǎn)的兩邊、相互平行延伸的縱向轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)組成，通過張緊裝置非織造織物的表面可以被兩邊不變的拉力固定地張緊；一張測量臺位于轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)之間和測量體勢能撞擊點(diǎn)以及測量面的下面，測量臺水平地托著要測的織物并且在測量體勢能撞擊點(diǎn)的區(qū)域開有一個(gè)20mm長的縫隙；計(jì)算機(jī)能夠按照公式F＝20N/10V*U(F(N)；U(V))以單位伏特/牛頓在給定的織物寬度上通過線性回歸計(jì)算將輸入的最大的、與力成比例的電壓信號換算為抗拉強(qiáng)度(N/5cm)。
張緊裝置的進(jìn)入邊的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由一個(gè)把相應(yīng)長度的織物帶無摩擦地夾在具有粗糙表面的輥之間的、能以步進(jìn)方式轉(zhuǎn)動的壓延機(jī)構(gòu)成；出口邊的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由一個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成，該系統(tǒng)由兩個(gè)水平相間相互平行延伸的、轉(zhuǎn)動的輥組成，在輥之間布置有一個(gè)與其平行對齊的可垂直運(yùn)動的、具有至少測量系統(tǒng)三倍質(zhì)量的跳輥，該系統(tǒng)還有一個(gè)后接在輥之后的、能以步進(jìn)方式轉(zhuǎn)動的、具有粗糙表面的雙輥，雙輥能以S形纏繞方式無摩擦地輸送織物帶。
本發(fā)明還提供一種測量織物抗拉強(qiáng)度的方法，包括，在利用所述的裝置，通過開啟電磁鐵把由質(zhì)量、力傳感器和測量體組成的可運(yùn)動的測量系統(tǒng)吸在電磁鐵上，然后通過張緊裝置把要測量的織物在中心水平地放在能自由下落的測量體的勢能撞擊點(diǎn)的下面10mm并且用不變的張力固定??；接著關(guān)掉電磁鐵，讓測量系統(tǒng)的測量體自由落在織物測量面上，接著通過來自力傳感器的、在負(fù)載放大器中被轉(zhuǎn)換成與力成比例的電壓信號的、最大的負(fù)載信號借助于計(jì)算機(jī)確定抗拉強(qiáng)度。
要測量的織物以任意長度的織物帶的形式張緊在所述的裝置中，以步進(jìn)方式行進(jìn)并且總是在靜止時(shí)進(jìn)行測量。
該裝置與一個(gè)張緊裝置安裝一起，張緊裝置把要測的織物以及要測的面水平地夾在落體測量系統(tǒng)的勢能撞擊之下，落體測量系統(tǒng)垂直地位于要測的面的中間。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳述，其中

圖1表示測量系統(tǒng)的可運(yùn)動的、自由下落的部件；圖2表示包括可運(yùn)動的測量系統(tǒng)的質(zhì)量的電磁鐵；圖3表示測量臺；圖4表示整個(gè)測量結(jié)構(gòu)的原理草圖，所述測量結(jié)構(gòu)包括具有用于要測的織物的張緊裝置的優(yōu)選型式，和圖5表示按本發(fā)明測量得到的典型的力與時(shí)間關(guān)系圖。
首先根據(jù)圖2，從下落方向看，測量系統(tǒng)由一個(gè)在上邊不能動的部件構(gòu)成，它為一個(gè)具有開口朝下的可開關(guān)的電磁鐵7，開口為一個(gè)錐形的向上縮小的空心腔，其垂直縱軸長50mm。
測量系統(tǒng)可運(yùn)動的部件1(圖1和圖3)在下落方向上垂直布置，其上部由一個(gè)重180—250克的可由磁力吸動的質(zhì)量2構(gòu)成。質(zhì)量2為一個(gè)朝上的錐體，它與所說的電磁鐵的開口相配合。質(zhì)量2的垂直軸長至少應(yīng)為47mm，以便盡可能地由其長度完全填滿電磁鐵7的空心腔。
一個(gè)最長40mm的可忽略質(zhì)量的第一垂直連接體3(例如一個(gè)鋁桿)把位于所說的質(zhì)量2下面的力傳感器5與其連接起來。
一個(gè)與第一個(gè)第一連接體一樣的第二桿狀連接體4把位于力傳感器5下面的測量體6與力傳感器5連接起來。測量體6將落在要測織物的表面上。測量體6由非彈性、當(dāng)然也是非塑性的材料制成。它的質(zhì)量應(yīng)不超整個(gè)可運(yùn)動的測量系統(tǒng)1的質(zhì)量的一半。
測量體6具有一個(gè)指向下方的錐形或球形的圓弧體，它的半徑為0.5—25mm。
力傳感器5作為一個(gè)壓電測力器工作，它把在接觸織物時(shí)通過第二個(gè)連接體4作用在測量體6上的力轉(zhuǎn)變成一個(gè)靜電負(fù)載信號。在一個(gè)負(fù)載放大器中，將其最大值轉(zhuǎn)變成以單位伏特/牛頓表示的與力成比例的電壓信號并送入一臺計(jì)算機(jī)。
一般說來，壓電力傳感器5由一個(gè)測量墊片構(gòu)成，它位于兩個(gè)特別的螺母之間并用一個(gè)鉸接螺栓預(yù)壓緊，由此使墊片有一個(gè)較高的預(yù)應(yīng)力和與之相適應(yīng)的一個(gè)較高的固有頻率。
計(jì)算機(jī)以如下方式計(jì)算出織物10的抗拉強(qiáng)度如圖5所示，在測量體6與要測的織物10每一次接觸時(shí)，張力值增至最大，接著又降低。計(jì)算機(jī)的任務(wù)是由所讀入的張力值來確定最大值，該值與抗拉強(qiáng)度相關(guān)。
與力成比例的電壓信號以單位信號0—10表示。這意味著，從0至20牛頓的力信號用負(fù)載放大器轉(zhuǎn)變成與力成比例的從0至10伏特的電壓信號，電壓信號在計(jì)算機(jī)中通過類比信號處理程序換算成相應(yīng)力值的大小F＝20N/10V*UF力(單位N)U最大的測量到的電壓(單位V)在織物帶寬度上進(jìn)行多次測量時(shí)，由強(qiáng)度值形成了一條曲線，通過對這些包含著抗拉強(qiáng)度的強(qiáng)度值的線性回歸計(jì)算(以N/5cm給出)，得出最大值和抗拉強(qiáng)度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。
例如，一織物得出一斜率52和一位移—338，斜率的單位是N/(5cm*N)，位移的單位是N/5cm，如果測量到一10N的力，那么抗拉強(qiáng)度可按如下計(jì)算最大拉力＝F*斜率＋位移＝10N*52N/(5cm*N)－338N/5cm＝182N/5cm張緊裝置把要測的織物表面水平地張緊并在測量體6之下10cm處對中，測量體6由位于測量系統(tǒng)1之上的電磁鐵7固定，這樣織物表面10處于一個(gè)不變的張力之下。
張緊裝置由位于下落的測量體6勢能撞擊點(diǎn)的兩邊、相互平行延伸的縱向轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)組成，通過張緊裝置織物10的表面可以被兩邊不變的拉力張緊。張緊力不變很重要，因?yàn)樵诮佑|測量體時(shí)織物的變形取決于這種張力并且由力傳感器5測量。
測量臺8(圖3)位于兩個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)之間并與它們有相同的距離，測量臺8水平地把要測的織物10托在測量體6勢能撞擊點(diǎn)的下面和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)之間。測量臺8在測量體6勢能撞擊點(diǎn)的兩邊有一總寬20mm的開口，構(gòu)成了一縫隙9，測量體6可以在該縫隙中沉到測量臺8的平面的下面。
圖4表示了一個(gè)本裝置的最佳形式。它可以對前后連接的任意長度的織物帶10的表面抗拉強(qiáng)度一個(gè)接著一個(gè)地進(jìn)行步進(jìn)方式的測量。張緊裝置的進(jìn)入一邊的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由兩個(gè)壓輥11組成，壓輥具有粗糙的表面，因而將織物帶不打滑地夾住。壓輥11步進(jìn)式地相對轉(zhuǎn)動。
在測量臺8和縫9的那一側(cè)從織物10傳送方向上看，出口一邊的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由一個(gè)具有兩個(gè)水平相間相互平行延伸的、轉(zhuǎn)動的、傳送織物帶10的輥12的系統(tǒng)構(gòu)成。在這些輥之間有一個(gè)與所說的兩個(gè)輥12平行的并在位于其下的平面中、可垂直運(yùn)動的、至少具有測量系統(tǒng)運(yùn)動部件1三倍質(zhì)量的跳輥(13)。
一對以步進(jìn)方式轉(zhuǎn)動的相互不接觸的輥14接在具有跳輥13的兩個(gè)輥12后面。這一對輥具有粗糙的表面并以S形纏繞無摩擦地傳送織物帶10。
測量織物的抗拉強(qiáng)度的方法是在上述的裝置的應(yīng)用之中，人們首先通過給電磁鐵7通電而將固定在系統(tǒng)上的可運(yùn)動的部件1固定于電磁鐵7上(圖1至圖3)。
然后通過張緊裝置使要測量的織物10在測量體6撞擊點(diǎn)下面10mm處中心水平地對中并且用不變的張力固定住。測量臺8的20mm寬的縫隙9為要接觸測量體6的要測量的表面提供了自由空間。
接著使電磁鐵7斷電，帶有指向下面的測量體6的測量系統(tǒng)的可運(yùn)動的部件1自由下落，以確定的撞擊速度落在織物的測量表面的中間。通過力傳感器5和負(fù)載放大器在撞擊時(shí)產(chǎn)生一個(gè)與力成比例的電壓信號，它被送到計(jì)算機(jī)中計(jì)算抗拉強(qiáng)度。
電磁鐵7和與它完全相適合的質(zhì)量2的錐形可使測量體6再回到與相關(guān)的要測的織物表面精確對中、可重復(fù)的下落位置。通過系統(tǒng)可運(yùn)動的部件1的自由下落，有效地減少了摩擦力和其它干擾。測量后，當(dāng)測量體6位于織物的測量表面時(shí)，只要保持下落高度、測量系統(tǒng)可運(yùn)動的部件1的長度和錐體縱軸的給定尺寸，電磁鐵7的空心錐體將阻止質(zhì)量2的傾倒。
一個(gè)最佳的方法是，一個(gè)任意長度的織物帶10以相同大小的表面區(qū)域一個(gè)接著一個(gè)按步進(jìn)方式從可運(yùn)動的測量系統(tǒng)1的下面通過并且每次對相鄰的另一個(gè)表面區(qū)域進(jìn)行測量(圖4)。因此，通過在比較短的時(shí)間中進(jìn)行多次單個(gè)測量，可以確定較長的織物試件的抗拉強(qiáng)度，或以區(qū)域方式分別進(jìn)行。
在對織物帶10測量時(shí)和測量期間，以步進(jìn)方式進(jìn)出張緊段，在每次處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)進(jìn)行落體測量。
織物帶10首先充滿輥11之間的壓延縫隙并由粗糙的表面夾住在那里。在進(jìn)一步的行進(jìn)中，織物帶10在測量臺8上在為要落下的測量體6準(zhǔn)備的縫隙9上張緊。
然后，織物帶10繼續(xù)前進(jìn)經(jīng)過出口邊上可移動的相鄰的兩個(gè)輥12，在輥12之間，織物帶10由可垂直移動的、較重的跳輪13向下拉。這個(gè)措施可以保持帶10在測量臺縫隙9上的恒定的張力，而幾乎不依賴于測量裝置任意一邊短時(shí)起作用的拉力。
與輥輪系統(tǒng)相接，織物帶以S形纏繞在兩個(gè)相互不接觸、相對轉(zhuǎn)動、粗糙的輥14上。然后接在纏繞裝置上。
經(jīng)過滾輥11、測量臺8、跳輪13和雙輥14對織物帶10的步進(jìn)拉動，前后連接的織物測量表面依次出現(xiàn)在下落的測量體6之下。
測量體6朝下的圓弧形頭，可以是錐形的或橢圓形的圓弧頭，半徑在0.1mm至25mm，它的選擇取決于要測試的織物材料。當(dāng)下落高度為10mm時(shí)，織物測量表面至少有3％的線性彈性變形，即當(dāng)織物10上朝下的撞擊表面發(fā)生最大變形時(shí)，最深的點(diǎn)至少為測量體6從它測量前的下落點(diǎn)到與還沒有變形的試件接觸的全部落程的3％。圓弧頭半徑當(dāng)然要很大，例如使測量體不穿過粗網(wǎng)眼的紡織材料，而只是無破壞的彈性變形。
為了算出合適的圓弧和下落高度，可以簡單地進(jìn)行試驗(yàn)并在數(shù)分鐘內(nèi)以經(jīng)驗(yàn)的方式得到實(shí)用的參數(shù)。
在它們確定之后通過一系列試驗(yàn)可以算出測量系統(tǒng)可運(yùn)動的部件1的質(zhì)量，試驗(yàn)可以確定那些至少有3％的要測試的織物表面的變形而又沒有破壞試驗(yàn)材料的值。這些試驗(yàn)也只需很少的時(shí)間。
用本發(fā)明的裝置和方法，尤其是在最佳實(shí)施方式中，不僅使無破壞地迅速地測量織物的抗拉強(qiáng)度成為可能，而且通過試件更換可得到測量值的統(tǒng)計(jì)分布在每次測量之后，通過把垂直可運(yùn)動的系統(tǒng)掛在可重復(fù)的下落位置并立即進(jìn)行下一次測量體的撞擊，可以對在同一位置的同樣試件接著進(jìn)行新的測試。另外，由于使用了自由下落，避免了裝置的摩擦影響。
權(quán)利要求
1.一種測量織物的抗拉強(qiáng)度的裝置，由一個(gè)用于織物的張緊裝置和一個(gè)位于其上垂直的落體測量系統(tǒng)組成，從下落方向上看該測量系統(tǒng)由一個(gè)固定的可開關(guān)的、帶有朝下的開口的電磁鐵(7)和一個(gè)可運(yùn)動的測量系統(tǒng)部件(1)組成，所述開口為一個(gè)向上縮小的錐形空間，它的垂直縱軸長50mm，測量系統(tǒng)的組成為一個(gè)與電磁鐵(7)的開口一致的錐尖朝上的、與開口相配合的、可由磁力吸動的、重為180—250克的質(zhì)量(2)，該質(zhì)量的垂直延伸的縱軸長至少47mm；一個(gè)第一桿狀垂直連接體(3)，它把質(zhì)量(2)和位于其下的力傳感器(5)剛性連接起來，其最大長度為40mm，所說的力傳感器(5)是一個(gè)壓電測力器，它把所產(chǎn)生的靜電的負(fù)載信號通過一個(gè)功率放大器轉(zhuǎn)換為一個(gè)與力成比例的電壓信號，電壓信號傳送到計(jì)算機(jī)；一個(gè)第二桿狀垂直剛性連接體(4)，它把力傳感器(5)與位于其下的測量體(6)連接起來，且其最大長度同樣為40mm，所說的測量體(6)由非彈性和非塑性的、最大重量為測量系統(tǒng)中可運(yùn)動的部件(1)的質(zhì)量的一半的材料制成，測量體(6)具有一個(gè)朝下的錐形或球形的圓弧頭，其半徑為0.5—25mm；張緊裝置把要測的織物(10)的表面水平地以常量張緊在掛在電磁鐵(7)上的可運(yùn)動的測量系統(tǒng)(1)下面，距測量體(6)10mm，張緊裝置由位于下落的測量體的勢能撞擊點(diǎn)的兩邊、相互平行延伸的縱向轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)組成，通過張緊裝置非織造織物的表面可以被兩邊不變的拉力固定地張緊；一張測量臺(8)位于導(dǎo)向機(jī)構(gòu)之間和測量體(6)勢能撞擊點(diǎn)以及測量面的下面，測量臺(8)水平地托著要測的織物(10)并且在測量體(6)勢能撞擊點(diǎn)的區(qū)域開有一個(gè)20mm長的縫隙(9)；計(jì)算機(jī)能夠按照公式F＝20N/10V*U(F(N)；U(V))以單位伏特/牛頓在給定的織物寬度上通過線性回歸計(jì)算將輸入的最大的、與力成比例的電壓信號換算為抗拉強(qiáng)度(N/5cm)。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，張緊裝置的進(jìn)入邊的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由一個(gè)把相應(yīng)長度的織物帶(10)無摩擦地夾在具有粗糙表面的輥(11)之間的、能以步進(jìn)方式轉(zhuǎn)動的壓延機(jī)構(gòu)成；出口邊的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由一個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成，該系統(tǒng)由兩個(gè)水平相間相互平行延伸的、轉(zhuǎn)動的輥(12)組成，在輥(12)之間布置有一個(gè)與其平行對齊的可垂直運(yùn)動的、具有至少測量系統(tǒng)三倍質(zhì)量的跳輥(13)，該系統(tǒng)還有一個(gè)后接在輥(12)之后的、能以步進(jìn)方式轉(zhuǎn)動的、具有粗糙表面的雙輥(14)，雙輥(14)能以S形纏繞方式無摩擦地輸送織物帶(10)。
3.一種測量織物抗拉強(qiáng)度的方法，包括，利用權(quán)利要求1所述的裝置，通過開啟電磁鐵(7)把由質(zhì)量(12)、力傳感器(5)和測量體(6)組成的可運(yùn)動的測量系統(tǒng)(1)吸在電磁鐵上，然后通過張緊裝置把要測量的織物(10)在中心水平地放在能自由下落的測量體(6)的勢能撞擊點(diǎn)下面10mmi處并且用不變的張力固定?。唤又P(guān)掉電磁鐵(7)，讓測量系統(tǒng)(1)的測量體(6)自由落在織物測量面上；接著通過來自力傳感器(5)的、在載荷放大器中被轉(zhuǎn)換成與力成比例的電壓信號的、最大的載荷信號借助于計(jì)算機(jī)確定抗拉強(qiáng)度。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，要測量的織物以任意長度的織物帶(10)的形式張緊在權(quán)利要求2所述的裝置中，以步進(jìn)方式行進(jìn)并且總是在靜止時(shí)進(jìn)行測量。
全文摘要
一種用于測量織物的抗拉強(qiáng)度的裝置由一個(gè)帶有電磁鐵(7)、質(zhì)量(2)、與質(zhì)量(2)連接的壓電力傳感器(5)和圓弧頭測量體(6)的測量系統(tǒng)組成。在關(guān)掉電磁鐵(7)時(shí)測量系統(tǒng)(1)的測量體(6)自由落在要測的織物面(10)上，織物面水平地固定在測量系統(tǒng)之下。由傳感器(5)獲得的撞擊力以壓電信號在放大器中轉(zhuǎn)化成與力成比例的電壓信號，計(jì)算機(jī)以類比的方式把它轉(zhuǎn)化成抗拉強(qiáng)度。使用該裝置的方法可以單個(gè)或連續(xù)地測量。
文檔編號G01N3/00GK1130763SQ9510708
公開日1996年9月11日 申請日期1995年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月26日
發(fā)明者克勞斯·施密德特, 彼得·施密特 申請人:卡爾·弗羅伊登伯格公司