专利名称：测量织物的抗拉强度的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种测量织物的抗拉强度的装置和方法。
确定织物和其它有弹性的织物的抗拉强度是根据德国标准DIN53857(“确定最大拉力”)进行。在这里要测量导致试件破坏的力。当维持试件结合的力被外力超过，试件将不可逆转地被破坏。
本发明的目的在于，提供一种无破坏地测量织物的抗拉强度的装置和方法。
达到本发明的目的的措施是，提供一种测量织物的抗拉强度的装置，由一个用于织物的张紧装置和一个位于其上垂直的落体测量系统组成，从下落方向上看该测量系统由一个固定的可开关的、带有朝下的开口的电磁铁和一个可运动的测量系统部件组成，所述开口为一个向上缩小的锥形空间，它的垂直纵轴长50mm，测量系统的组成为一个与电磁铁的开口一致的锥尖朝上的、与开口相配合的、可由磁力吸动的、重为180—250克的质量，该质量的垂直延伸的纵轴长至少47mm；一个第一杆状垂直连接体，它把质量和位于其下的力传感器刚性连接起来，其最大长度为40mm，所说的力传感器是一个压电测力器，它把所产生的静电的负载信号通过一个功率放大器转换为一个与力成比例的电压信号，电压信号传送到计算机；
一个第二杆状垂直刚性连接体，它把力传感器与位于其下的测量体连接起来，且其最大长度同样为40mm，所说的测量体由非弹性和非塑性的、最大重量为测量系统中可运动的部件的质量的一半的材料制成，测量体具有一个朝下的锥形或球形的圆弧头，其半径为0.5—25mm；张紧装置把要测的织物的表面水平地以常量张紧在挂在电磁铁上的可运动的测量系统下面，距测量体10mm，张紧装置由位于下落的测量体的势能撞击点的两边、相互平行延伸的纵向转向机构组成，通过张紧装置非织造织物的表面可以被两边不变的拉力固定地张紧；一张测量台位于转向机构之间和测量体势能撞击点以及测量面的下面，测量台水平地托着要测的织物并且在测量体势能撞击点的区域开有一个20mm长的缝隙；计算机能够按照公式F＝20N/10V*U(F(N)；U(V))以单位伏特/牛顿在给定的织物宽度上通过线性回归计算将输入的最大的、与力成比例的电压信号换算为抗拉强度(N/5cm)。
张紧装置的进入边的转向机构由一个把相应长度的织物带无摩擦地夹在具有粗糙表面的辊之间的、能以步进方式转动的压延机构成；出口边的转向机构由一个系统构成，该系统由两个水平相间相互平行延伸的、转动的辊组成，在辊之间布置有一个与其平行对齐的可垂直运动的、具有至少测量系统三倍质量的跳辊，该系统还有一个后接在辊之后的、能以步进方式转动的、具有粗糙表面的双辊，双辊能以S形缠绕方式无摩擦地输送织物带。
本发明还提供一种测量织物抗拉强度的方法，包括，在利用所述的装置，通过开启电磁铁把由质量、力传感器和测量体组成的可运动的测量系统吸在电磁铁上，然后通过张紧装置把要测量的织物在中心水平地放在能自由下落的测量体的势能撞击点的下面10mm并且用不变的张力固定住；接着关掉电磁铁，让测量系统的测量体自由落在织物测量面上，接着通过来自力传感器的、在负载放大器中被转换成与力成比例的电压信号的、最大的负载信号借助于计算机确定抗拉强度。
要测量的织物以任意长度的织物带的形式张紧在所述的装置中，以步进方式行进并且总是在静止时进行测量。
该装置与一个张紧装置安装一起，张紧装置把要测的织物以及要测的面水平地夹在落体测量系统的势能撞击之下，落体测量系统垂直地位于要测的面的中间。
下面将结合附图对本发明作进一步的详述，其中
图1表示测量系统的可运动的、自由下落的部件；图2表示包括可运动的测量系统的质量的电磁铁；图3表示测量台；图4表示整个测量结构的原理草图，所述测量结构包括具有用于要测的织物的张紧装置的优选型式，和图5表示按本发明测量得到的典型的力与时间关系图。
首先根据图2，从下落方向看，测量系统由一个在上边不能动的部件构成，它为一个具有开口朝下的可开关的电磁铁7，开口为一个锥形的向上缩小的空心腔，其垂直纵轴长50mm。
测量系统可运动的部件1(图1和图3)在下落方向上垂直布置，其上部由一个重180—250克的可由磁力吸动的质量2构成。质量2为一个朝上的锥体，它与所说的电磁铁的开口相配合。质量2的垂直轴长至少应为47mm，以便尽可能地由其长度完全填满电磁铁7的空心腔。
一个最长40mm的可忽略质量的第一垂直连接体3(例如一个铝杆)把位于所说的质量2下面的力传感器5与其连接起来。
一个与第一个第一连接体一样的第二杆状连接体4把位于力传感器5下面的测量体6与力传感器5连接起来。测量体6将落在要测织物的表面上。测量体6由非弹性、当然也是非塑性的材料制成。它的质量应不超整个可运动的测量系统1的质量的一半。
测量体6具有一个指向下方的锥形或球形的圆弧体，它的半径为0.5—25mm。
力传感器5作为一个压电测力器工作，它把在接触织物时通过第二个连接体4作用在测量体6上的力转变成一个静电负载信号。在一个负载放大器中，将其最大值转变成以单位伏特/牛顿表示的与力成比例的电压信号并送入一台计算机。
一般说来，压电力传感器5由一个测量垫片构成，它位于两个特别的螺母之间并用一个铰接螺栓预压紧，由此使垫片有一个较高的预应力和与之相适应的一个较高的固有频率。
计算机以如下方式计算出织物10的抗拉强度如图5所示，在测量体6与要测的织物10每一次接触时，张力值增至最大，接着又降低。计算机的任务是由所读入的张力值来确定最大值，该值与抗拉强度相关。
与力成比例的电压信号以单位信号0—10表示。这意味着，从0至20牛顿的力信号用负载放大器转变成与力成比例的从0至10伏特的电压信号，电压信号在计算机中通过类比信号处理程序换算成相应力值的大小F＝20N/10V*UF力(单位N)U最大的测量到的电压(单位V)在织物带宽度上进行多次测量时，由强度值形成了一条曲线，通过对这些包含着抗拉强度的强度值的线性回归计算(以N/5cm给出)，得出最大值和抗拉强度之间的数学关系。
例如，一织物得出一斜率52和一位移—338，斜率的单位是N/(5cm*N)，位移的单位是N/5cm，如果测量到一10N的力，那么抗拉强度可按如下计算最大拉力＝F*斜率＋位移＝10N*52N/(5cm*N)－338N/5cm＝182N/5cm张紧装置把要测的织物表面水平地张紧并在测量体6之下10cm处对中，测量体6由位于测量系统1之上的电磁铁7固定，这样织物表面10处于一个不变的张力之下。
张紧装置由位于下落的测量体6势能撞击点的两边、相互平行延伸的纵向转向机构组成，通过张紧装置织物10的表面可以被两边不变的拉力张紧。张紧力不变很重要，因为在接触测量体时织物的变形取决于这种张力并且由力传感器5测量。
测量台8(图3)位于两个转向机构之间并与它们有相同的距离，测量台8水平地把要测的织物10托在测量体6势能撞击点的下面和转向机构之间。测量台8在测量体6势能撞击点的两边有一总宽20mm的开口，构成了一缝隙9，测量体6可以在该缝隙中沉到测量台8的平面的下面。
图4表示了一个本装置的最佳形式。它可以对前后连接的任意长度的织物带10的表面抗拉强度一个接着一个地进行步进方式的测量。张紧装置的进入一边的转向机构由两个压辊11组成，压辊具有粗糙的表面，因而将织物带不打滑地夹住。压辊11步进式地相对转动。
在测量台8和缝9的那一侧从织物10传送方向上看，出口一边的转向机构由一个具有两个水平相间相互平行延伸的、转动的、传送织物带10的辊12的系统构成。在这些辊之间有一个与所说的两个辊12平行的并在位于其下的平面中、可垂直运动的、至少具有测量系统运动部件1三倍质量的跳辊(13)。
一对以步进方式转动的相互不接触的辊14接在具有跳辊13的两个辊12后面。这一对辊具有粗糙的表面并以S形缠绕无摩擦地传送织物带10。
测量织物的抗拉强度的方法是在上述的装置的应用之中，人们首先通过给电磁铁7通电而将固定在系统上的可运动的部件1固定于电磁铁7上(图1至图3)。
然后通过张紧装置使要测量的织物10在测量体6撞击点下面10mm处中心水平地对中并且用不变的张力固定住。测量台8的20mm宽的缝隙9为要接触测量体6的要测量的表面提供了自由空间。
接着使电磁铁7断电，带有指向下面的测量体6的测量系统的可运动的部件1自由下落，以确定的撞击速度落在织物的测量表面的中间。通过力传感器5和负载放大器在撞击时产生一个与力成比例的电压信号，它被送到计算机中计算抗拉强度。
电磁铁7和与它完全相适合的质量2的锥形可使测量体6再回到与相关的要测的织物表面精确对中、可重复的下落位置。通过系统可运动的部件1的自由下落，有效地减少了摩擦力和其它干扰。测量后，当测量体6位于织物的测量表面时，只要保持下落高度、测量系统可运动的部件1的长度和锥体纵轴的给定尺寸，电磁铁7的空心锥体将阻止质量2的倾倒。
一个最佳的方法是，一个任意长度的织物带10以相同大小的表面区域一个接着一个按步进方式从可运动的测量系统1的下面通过并且每次对相邻的另一个表面区域进行测量(图4)。因此，通过在比较短的时间中进行多次单个测量，可以确定较长的织物试件的抗拉强度，或以区域方式分别进行。
在对织物带10测量时和测量期间，以步进方式进出张紧段，在每次处于静止状态时进行落体测量。
织物带10首先充满辊11之间的压延缝隙并由粗糙的表面夹住在那里。在进一步的行进中，织物带10在测量台8上在为要落下的测量体6准备的缝隙9上张紧。
然后，织物带10继续前进经过出口边上可移动的相邻的两个辊12，在辊12之间，织物带10由可垂直移动的、较重的跳轮13向下拉。这个措施可以保持带10在测量台缝隙9上的恒定的张力，而几乎不依赖于测量装置任意一边短时起作用的拉力。
与辊轮系统相接，织物带以S形缠绕在两个相互不接触、相对转动、粗糙的辊14上。然后接在缠绕装置上。
经过滚辊11、测量台8、跳轮13和双辊14对织物带10的步进拉动，前后连接的织物测量表面依次出现在下落的测量体6之下。
测量体6朝下的圆弧形头，可以是锥形的或椭圆形的圆弧头，半径在0.1mm至25mm，它的选择取决于要测试的织物材料。当下落高度为10mm时，织物测量表面至少有3％的线性弹性变形，即当织物10上朝下的撞击表面发生最大变形时，最深的点至少为测量体6从它测量前的下落点到与还没有变形的试件接触的全部落程的3％。圆弧头半径当然要很大，例如使测量体不穿过粗网眼的纺织材料，而只是无破坏的弹性变形。
为了算出合适的圆弧和下落高度，可以简单地进行试验并在数分钟内以经验的方式得到实用的参数。
在它们确定之后通过一系列试验可以算出测量系统可运动的部件1的质量，试验可以确定那些至少有3％的要测试的织物表面的变形而又没有破坏试验材料的值。这些试验也只需很少的时间。
用本发明的装置和方法，尤其是在最佳实施方式中，不仅使无破坏地迅速地测量织物的抗拉强度成为可能，而且通过试件更换可得到测量值的统计分布在每次测量之后，通过把垂直可运动的系统挂在可重复的下落位置并立即进行下一次测量体的撞击，可以对在同一位置的同样试件接着进行新的测试。另外，由于使用了自由下落，避免了装置的摩擦影响。
权利要求
1.一种测量织物的抗拉强度的装置，由一个用于织物的张紧装置和一个位于其上垂直的落体测量系统组成，从下落方向上看该测量系统由一个固定的可开关的、带有朝下的开口的电磁铁(7)和一个可运动的测量系统部件(1)组成，所述开口为一个向上缩小的锥形空间，它的垂直纵轴长50mm，测量系统的组成为一个与电磁铁(7)的开口一致的锥尖朝上的、与开口相配合的、可由磁力吸动的、重为180—250克的质量(2)，该质量的垂直延伸的纵轴长至少47mm；一个第一杆状垂直连接体(3)，它把质量(2)和位于其下的力传感器(5)刚性连接起来，其最大长度为40mm，所说的力传感器(5)是一个压电测力器，它把所产生的静电的负载信号通过一个功率放大器转换为一个与力成比例的电压信号，电压信号传送到计算机；一个第二杆状垂直刚性连接体(4)，它把力传感器(5)与位于其下的测量体(6)连接起来，且其最大长度同样为40mm，所说的测量体(6)由非弹性和非塑性的、最大重量为测量系统中可运动的部件(1)的质量的一半的材料制成，测量体(6)具有一个朝下的锥形或球形的圆弧头，其半径为0.5—25mm；张紧装置把要测的织物(10)的表面水平地以常量张紧在挂在电磁铁(7)上的可运动的测量系统(1)下面，距测量体(6)10mm，张紧装置由位于下落的测量体的势能撞击点的两边、相互平行延伸的纵向转向机构组成，通过张紧装置非织造织物的表面可以被两边不变的拉力固定地张紧；一张测量台(8)位于导向机构之间和测量体(6)势能撞击点以及测量面的下面，测量台(8)水平地托着要测的织物(10)并且在测量体(6)势能撞击点的区域开有一个20mm长的缝隙(9)；计算机能够按照公式F＝20N/10V*U(F(N)；U(V))以单位伏特/牛顿在给定的织物宽度上通过线性回归计算将输入的最大的、与力成比例的电压信号换算为抗拉强度(N/5cm)。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，张紧装置的进入边的转向机构由一个把相应长度的织物带(10)无摩擦地夹在具有粗糙表面的辊(11)之间的、能以步进方式转动的压延机构成；出口边的转向机构由一个系统构成，该系统由两个水平相间相互平行延伸的、转动的辊(12)组成，在辊(12)之间布置有一个与其平行对齐的可垂直运动的、具有至少测量系统三倍质量的跳辊(13)，该系统还有一个后接在辊(12)之后的、能以步进方式转动的、具有粗糙表面的双辊(14)，双辊(14)能以S形缠绕方式无摩擦地输送织物带(10)。
3.一种测量织物抗拉强度的方法，包括，利用权利要求1所述的装置，通过开启电磁铁(7)把由质量(12)、力传感器(5)和测量体(6)组成的可运动的测量系统(1)吸在电磁铁上，然后通过张紧装置把要测量的织物(10)在中心水平地放在能自由下落的测量体(6)的势能撞击点下面10mmi处并且用不变的张力固定住；接着关掉电磁铁(7)，让测量系统(1)的测量体(6)自由落在织物测量面上；接着通过来自力传感器(5)的、在载荷放大器中被转换成与力成比例的电压信号的、最大的载荷信号借助于计算机确定抗拉强度。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，要测量的织物以任意长度的织物带(10)的形式张紧在权利要求2所述的装置中，以步进方式行进并且总是在静止时进行测量。
全文摘要
一种用于测量织物的抗拉强度的装置由一个带有电磁铁(7)、质量(2)、与质量(2)连接的压电力传感器(5)和圆弧头测量体(6)的测量系统组成。在关掉电磁铁(7)时测量系统(1)的测量体(6)自由落在要测的织物面(10)上，织物面水平地固定在测量系统之下。由传感器(5)获得的撞击力以压电信号在放大器中转化成与力成比例的电压信号，计算机以类比的方式把它转化成抗拉强度。使用该装置的方法可以单个或连续地测量。
文档编号G01N3/00GK1130763SQ9510708
公开日1996年9月11日 申请日期1995年6月26日 优先权日1994年7月26日
发明者克劳斯·施密德特, 彼得·施密特 申请人:卡尔·弗罗伊登伯格公司