摆锤式撕裂仪校准方法研究

摆锤式撕裂仪校准方法研究

 一.摆锤式撕裂仪的结构、各部件的作用

尽管撕裂仪有多种形式，但是基本结构大同小异。目前撕裂仪外形区别较大的主要是机械式和电子式，如图 1、3 ；电子式中势能法和动能法的区别主要是检测方式和传感器不同。

机械式是撕裂仪的基本形式，全部是势能法测试机理。历史悠久，国内外多个厂家生产，有多种外形，但是实质是一样的。由指针在扇形摆锤的刻度标尺上记录摆锤转角并指示撕裂力。

电子式近十几年才出现，是机械式的改进。测试机理可以是势能法，也可以是动能法。势能法仪器由旋转编码器记录摆锤转角，以数字形式显示撕裂力；动能法仪器则在检测点装有测速器件，记录摆摆到该点时的角速度。

机械式撕裂仪

机械式撕裂仪的基本结构如图 1，由底板 1、指针和挡板 2、机架 3、力值刻度标尺 4、扇形摆锤 5、指针组件 6、主轴 7、静夹持器 8、动夹持器 9、试样切刀 10、扇形摆制动器 11 及更换量程的增重锤等组成。

1. 底板： 为长方形或三角形，是整机的基础。其上装有可调节、并且可紧固的地脚螺丝，机架以及水平泡、指针挡板、扇形摆制动器等。机架安装在底板中部，前面有扇形摆制动器、指针挡板。底板的水平很重要，它直接影响示值的准确性。稳固性也是重要性能，底板晃动会消耗摆锤的势能，产生意外误差。

2.机架上部装有主轴组件，中部装有静夹持器。

3. 主轴上装有扇形摆组件和指针组件，靠轴承与机架连接。轴承的摩擦力矩要小，它影响测试精度；检定规程 JJG（纺织）060—1995 上要求：扇形摆摆动 25 个周期，摆幅减少不超过 1cm。其实，当将阻力矩计算在公式中时摆幅减小的多少对示值准确性影响不大，但是，对调零影响很大。因为摆上的零点是固定的，也就是说同一量程中，摆动系统的阻力矩

是定值。当轴承的摩擦力矩增大时，指针的摩擦力就要相应的减小，小量程时不能保持回摆时指针不滑动，指针滑动记录到的就不是最大摆角，指示的力值失准，仪器无法工作。

4. 扇形摆锤为一个复摆，用它来提供测试时需要的势能。中间有一个扇形空缺，加大量程时，可以加装不同重量的配重块，增加配重时应使摆锤的重心不偏离原来重心和轴心的连线（有的仪器如：日本和美国的，摆中间无空，配重块为圆柱形重锤；摆在自由状态时，重锤的轴在原重心的下面，增加配重时摆锤的重心下移，回转半径增大，可减小重锤质量）。其边缘部分装有弧形刻度标尺，右侧直边中间与机架上静夹持器相对应的部位装有动夹持器。

5. 标尺用来指示撕裂力值，各量程使用同一零位、同样的示值刻线，示值按量程比例增加。

6. 动、静夹持器用来夹持试样，仪器工作时将试样撕裂；在扇形摆锤竖起并被制动在初始位置时，动、静夹持器的夹持面应在同一平面内，两上平面也在同一平面内，上平面内的夹持缝与回转轴中心线平行，距离为 104mm，该距离的连线与过回转中心铅垂面的夹角为 27.5°。埃尔门道夫摆锤式撕裂仪的扇形摆在初始位置时，摆锤重心至回转中心连线与过回转中心铅垂线的夹角为一般设计为 65°～ 70°，摆锤的摆幅小于130°或 140°，在仪器工作时动、静夹持器之间的距离（即动夹持器转角的弦长）是按正弦关系变化的

2 sin2L R。之所以设计成该夹角，是因为，最初（转角从 0o 开始）变化最大，并且接近线性，撕裂速度较快；超过 130o 正弦的变化趋于平缓，非线性增大。夹持器的试样夹持深度为 15mm 或 16mm，动、静夹持器之间相距 3mm，其间装有试样切刀。当试样夹持好后，预先切开 20mm 的切口；之所以切口长度大于夹持长度，是因为在试样撕裂前给摆锤一个由静到动的加速时间，使摆具有一定的动能，可在开始时对试样产生撕裂冲击，以利于较厚试样的撕裂。方法标准 GB/T3919-83 规定试样夹持深度为 15mm 是对的；ISO 规定为 16mm。GB/T3917.1-1997 规定试样夹持深度为 15mm 或 20mm，其中的 20mm 是错误的。国内有的厂家讲：是为了防止试样滑脱；其实，防止滑脱应从加持面性能上下功夫，制造成 20mm 的应当改正。

7. 方法标准 GB/T3917.1-1997 规定了试样的形状和尺寸如图 2，其中的缺口是为了限定撕裂方向用的，撕裂终了裂缝不在缺口之内时，当次试验作废；缺口处试样长度为 63mm，预先切开 20mm 的切口后，试验中实际撕裂长度为 43mm。

图 2

8. 指针组件由指针、指针套和阻尼器组成，指针内套装配在主轴上，与扇形摆一起摆动；外套与内套动配合，其间有摩擦块在内套的沟槽内摩擦产生阻力矩，力矩大小由外套上的螺钉进行调节。更换量程时由于摆锤质量改变，势能变化，零位会发生变化，须调节阻力矩使零位正确。

9.底板的前部装有扇形摆锤制动器和指针挡板。当摆扬起时由制动器将其制动，积蓄起最大的势能；擎下时摆落下，进行工作。初始状态将指针紧靠挡板，工作时挡板挡住指针，指针内外套间滑动；工作结束时指针留在某一刻度上，指示出力值。

10. 机械摆锤式撕裂仪测试精密度可达到1%（F.S），最小量程（0~16N）的最小刻度值一般为0.2N。

1势能法电子摆锤式撕裂仪

势能法的电子摆锤式撕裂仪的工作原理、基本结构尺寸和工作器件的关系与机械式相同，只是将仪器电子化。如图 3，由底板 1、　键盘 2、　数字显示屏3、　机架4、　编码器5、　主轴6、摆锤制动器7、摆臂组件 8、　动夹持器 9、　静夹持器 10、　试样

切刀 11 等组成。1. 底板一般为长方形作用与机械式相同。

2. 机架是全机的支撑，安装在底板上，上部装有主轴，静夹持器，显示屏，操作按钮等；有的将水平泡也装在机架上面。纵向水平对测试准确度影响很大，其水平泡的精确度也比较高。                              

3. 主轴上装有记录摆锤转角的旋转编码器，摆锤组件（复摆）；靠轴承与机架连接。轴承的摩擦力矩要小，它影响测试精度。

4. 摆臂上装有摆锤，手柄，动夹持器等；为了调整方便，一般将除去摆锤（或连同摆锤轴）的摆杆，制作成绕主轴随遇平衡，以使调整、计算和制造简化。

5. 摆锤一般为圆柱形，是仪器测试需要的势能的来源；由于空摆杆绕主轴随遇平衡，能量方程中，只需计算摆锤的势能。各摆锤的作用半径相同，不同量程一般为成倍扩大，可以增加相同重量摆锤的个数。

6. 显示屏用来显示撕裂力值，有的仪器为了检定方便将旋转编码器编码数显示出来。

7. 各个量程零位一致的仪器，设有阻尼器，更换量程时须调整阻力矩。自动记录零位的仪器，没有阻尼器，但是试验前要有校对零位的步骤；它减小了摩擦阻力，避免了阻尼器的不均匀性，对于提高测试精度大有好处。

8. 动、静夹持器要求与机械式相同。二者之间装有试样切刀，当试样夹持好后，预先切开 20mm 的切口，使开始撕裂时有一个冲击力，以利于撕裂的进行。

9. 电子式撕裂仪通过按钮控制电磁铁或气缸释放摆锤；有的仪器为了减少试验完毕后摆锤的回摆次数，装有回摆制动器。有的大量程（0~300N）的撕裂仪还装有离合器和电动机，工作之前可以自动扬起摆锤。

10. 一般说来，在量程的 20％以上的范围，电子式撕裂仪的测力精确度能做到示值误差± 1%（R.S）或引用误差 1‰（F.S）之内，最小量程（0~16N）分辨力可以达到 0.01N ～ 0.1N。

⒊ 动能法电子摆锤式撕裂仪

 动能法电子摆锤式撕裂仪与势能法仪器的机械结构几乎可以完全相同，只是没有检

测角度的编码器，而被检测角速度的光耦和挡板所代替。如图中 12