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电子式强力仪计量检定几个问题的探讨
 
发布时间:2004/8/10 18:48:00 文章出处:本站整理
 
 
1995年10月JJG058-95《电子式单纱强力仪(机)检定规程》发布实施以来,对统一电子单纱强力仪(以下简称电子单强仪)检定方法、促进我国电子单强仪普及使用和电子单强仪科技水平的提高,产生了明显作用。因此,这一规程受到广泛关注。但是,近年来科学技术发展迅猛,纺织检测仪器自动化、电脑化方面应用日新月异,人们对纺织品服用性要求多样化和其品质指标研究的深入,测试项目不断扩大,检测精度要求不断提高等因素,难免现行电子单强仪检定规程中有些项目和检测手段有进一步深入探讨的必要。
另外,2001年又启动了电子织物强力仪计量检定规程的制订,目前已处于起草阶段
在这种情况下,电子式强力仪计量检定规程如何跟上时代步伐,使它更符合当前技术和实际测试发展要求,营造纺电产品民族品牌,是值得有关方面共同探索的课题。
本人在多年从事纺织仪器计量工作经验基础上,针对电子式强力仪计量检定中的几个问题阐述自己一孔之见,供大家商榷如下。
(一)力值采样频率的检定:
根据单纱断裂强力的定义是纱线在拉伸断裂过程中达到的最大力值。由于一般单纱断裂过程往往在极短瞬间发生,断裂点力值变化速度极快,从最大力值到纱线完全解体所需时间可能在毫秒甚至微秒数量级之内,显然,如果力值采样频率不够,完全有可能丢失最大力值而造成明显不可忽视的误差。织物撕裂等试验,则更需要检测到许多拉伸曲线的峰值,对力值变化响应能力也要求很高。
香浓定理告诉我们,如果一个连续时间函数是有限带宽信号,若采样频率fs ≥2fmax,那么,一定可以由采样信号唯一地决定出原始信号。应该指出,香浓定理只是给出了实现采样信号完全恢复模拟信号的最小频率为fs ≥2fmax。由于所有的信号并非都是“有限带宽”,所以在实际应用中,往往所取的实际采样频率fs比两倍fmax大,一般来说fs至少取4fs。实际上,采样频率达到理论频率的10倍是平常的事。由于该定理自身条件所限,往往很难计算出fs的实际值。所以,在工程上,经常采用经验数据。
但是,如果采样频率太高,在实时控制系统中将会把许多宝贵的时间用于采样,失去了实时的控制机会。因此,如何确定采样频率,使得采样结果既不失真又不因采样过于频繁耗费微型机的时间是有待我们研究的课题。但遗憾的是,虽然这是一个显而易见且人所共知的问题,但由于它既涉及广泛的技术问题,且目前在电子强力仪范畴内尚无被公认为切实可行的确定和检测方法,因此,值得作为专题重点讨论研究。
(二)速度响应:
目前电子单强仪都采用CRE工作方式(等速拉伸),由于定夹持器可视为固定不动,所以GB/T3916-1997《纺织品 卷装纱、单根纱线断裂强力和伸长率的测定》、GB/T3923.1.2《纺织品 机织物 断裂强力和伸长率的测定》、GB/T3917.2.3《纺织品 机织物 撕破强力的测定》等一系列方法标准规定,在拉伸过程中,拉伸速度应是恒定的。虽然按电子单强仪检定规程规定,夹持器空载速度误差不超过±2%,或负载为满量程的40~60%时的速度误差不超过±5%。但是在实际测试工作中,因为一般单纱拉伸速度在500mm/min左右,方法标准还允许更高的速度范围。然而,拉伸曲线的伸长坐标往往以时间为基准(即以时间代表拉伸距离即伸长量),显然,拉伸速度的变化,必将影响拉伸曲线的准确.。特别新的单纱强力试验方法标准规定,拉伸速度应与试样长度相等,即一般500mm试样长度时,拉伸速度达到500mm/min。这样,伸长较小的试样如麻纱,其断裂时间仅1秒左右,一般棉纱线断裂时间也仅2-4秒。但事实上,要求在这很短的时间内,使拉伸过程始终保持恒定的拉伸速度是不现实的,特别是启动和停止过程中,由于各厂采用的动力源不同、设计的电路不同以及机械间隙、惯性等等的影响,尤难完全克服速度的变化。因此,拉伸速度变化对拉伸曲线准确性的影响可以达到不可忽视的程度。虽然影响拉伸速度的因素很多(如实际负荷等),但仪器拉伸采用的动力源是决定其变化程度的主要因素之一。
目前,电子单强仪拉伸动力源,不少采用步进电机,有的采用直流电机,少数也有采用交流伺服电机或在YG021型CRT式强力机改造时,有的直接采用原来的普通交流电机,不一而足。
步进电机一般可认为是恒速运转的,即在整个控制过程中只要其驱动脉冲频率恒定,步进电机的速度可保持不变。但如上所述,由于单纱或织物强力仪整个拉伸过程只有几秒钟的时间,因此要求单纱或织物强力仪启动后尽快地达到设定速度。因此,要求步进电机的速率尽可能快一些。但如果速度太快,则可能产生失步,因为步进电机的响应频率fs是比较低的(100~250步/秒)。此外,一般步进电机对空载最高启动频率都有所限制。所谓空载最高启动频率是指电机空载时,转子从静止状态不失步地步入同步(即电机每秒钟转过的角度和控制脉冲频率相对应的工作状态)的最大控制脉冲频率。当步进电机带有负载时,它的启动转距较小,带负载的能力越差;当步进电机启动后,进入稳态时的工作频率又远大于启动频率。由此可见,一个静止的步进电机不可能一下子稳定到较高的工作频率,必须在启动的瞬间采取加速的措施。一般来说,升频的时间约为0.1~1秒之间.反之,从高速运行到停止也应该有减速的措施.减速时的加速度绝对值比加速时的加速度大。
一般来说,步进电机启动或停止时往往采用下列几种变速控制方法⑴改变控制方式的变速控制。⑵均匀地改变脉冲时间间隔的变速控制。⑶采用定时器的变速控制
直流电机虽然比一般交流电机有较好的启动转矩特性,但其转速还是在一定程度上明显受其负载的影响,并且其启动和停止特性也较步进电机为差,且影响启动过程时间和拉伸速度的因素也较多,例如:实际速度、负载大小等等。
交流伺服电机,具有良好的负载特性和较短的启动稳定时间,有较宽的调速范围和较低的运行嘈声,从功能方面审视,是电子单强仪理想的驱动源,但是,由于它价格昂贵,故一般除高档机型外,目前我国大部分还较少采用。
至于一般交流电机,无论其负载特性或启动过程稳定性都较差,很难满足电子单强仪驱动性能的要求,我们认为它作电子单强仪驱动源是不可取的。
由上可知,应根据仪器使用要求和技术经济条件审慎选用单强仪拉伸驱动电机,当前也是值得重视的问题。当然,对于织物强力仪,由于拉伸速度较低,且试样断裂时间较长,基本上在10秒以上,因此相对来说启动和停止时速度的变化对拉伸曲线和断裂强力的影响不是很大。因此将来制定检定规程时建议电子单强力仪规程修订时似应将速度响应特性作为一个检定项目,而对于织物强力仪是否应将其作为检定项目尚可探讨。
(三)动夹持器定位:
电子单强仪夹持距离历来是该仪器检定的一个重要指标,它主要影响伸长测试结果的准确性。而动夹持器在反复拉伸时定位的精确和稳定与否,是决定夹持距离精确和稳定的关键。因此,各仪器生产厂都对动夹持定位的研究投入了一定的精力。目前动夹持器的定位方法主要有采用步进电机脉冲定位、霍尔元件定位、光栅定位、行程开关定位等多种。
步进电机脉冲定位方法,其优点是结构简单,成本较低,控制方便,在一定条件下也能达到相当精确的程度。其工作原理是,首先让动夹器先移动到某一基准位置,然后驱使它再移动到另一个设定的位置,(例如所设定的500mm夹持距离标志处)在动夹持器从基准位置移动到该设定位置过程中,计算机存储了移动过程中的脉冲数,并据此算出脉冲的移动距离当量和试验操作后动夹持器再返回到设定位置应发出的驱动脉冲数。这种采用步进电机脉冲定位方法,在定位初期,借助步进电机的脉冲驱动特性,夹持距离是较能保持准确的。但在多次反复拉伸过程中,,夹持距离就会因拉伸过程中频繁启停、软件设计方面的问题以及某些细微位置变化而产生积累性误差,多次拉伸后,例如至一组试验将完时,其误差往往可达到不可忽视的程度。根据笔者实测,甚至可达几毫米级的不可忽略程度。
光栅定位方法,其优点是易于控制,也是工业控制中经常采用的一种方式。在电子单强仪中,一般将光栅盘装在传动机构上,这样计数比较准确。但其缺点是,万一发生光栅盘固定螺丝松动或飞花、杂物等挡住了光路通道例如光栅孔,(实际表明,这些现象是难于完全避免的)就可能使拉伸距离发生误差。
采用用霍尔元件定位法,其缺点是线路比较复杂,提高了成本。但在电子单强仪上是比较理想的一种定位方法。其理论误差仅0.2mm,实际应用表明是切实可用的。经笔者实测其误差在0.3mm以内。
(四)织物强力仪夹持器夹持面:
织物强力仪夹持器的夹持面都呈曲面型,当试样挂上张力夹给试样加上预加张力后再夹紧夹持器时,试样上又增加了张力。目前由于各厂生产的夹持器曲面形状都不尽相同,因此在夹紧夹持器后所增加的张力值也就不同。经实测,有些型号增加的张力值在几牛之间,而有些型号增加的张力值甚至可高达几十牛。如此,将对试样伸长率和断裂强力造成一定程度的影响。因此对夹持器夹持面的曲面形状在制定织物强力仪检定规程时,是否要作为一个检定项目,对它提出一定要求,可进一步探讨。
(五)伸长、速度的检定:
原电子单强仪或织物强力仪检定规程都规定其伸长、速度检定均采用秒表和钢板尺检具手动目测操作。在过去单纱试验方法要求断裂时间为20±3秒条件下,因断裂时间较长,相对来说,手动目测方法造成的测量误差影响尚能允许,但根据新方法标准规定,单纱拉伸断裂时间一般在2-3秒左右。这就增加了伸长、速度检定的难度和测量误差影响的程度。而且目前电子式强力仪一般都是由单片机或微机控制,无论时间或距离,其控制精度都远高于手动秒表和钢板尺目测水平,采用秒表和钢板尺测量,不仅不可能准确地测量出电子式强力仪伸长、速度的误差,而且用测量精度低的方法去检定精度高的仪器反有可能造成不必要的误判,是极不合理的,这是一个亟待改进的问题。因此,值得作为专题研究解决的问题。
综上所述,笔者认为,为营造纺电产品民族品牌,提高我国检测仪器水平,电子式强力仪检定规程的修改或补充,理应成为有关方
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