電子單紗強力儀

國家標準《GB/T3916紡織品 卷裝紗單根紗線斷裂強力和伸長率的測定》明確規定了使用電子單紗強力儀測定紗線的斷裂強力，國家標準《FZ/T 98007-2011電子單紗強力儀》明確規定了電子單紗強力儀的質量要求。

隨着科技發展，人們早就致力於研製具有高效率並能自動進行統計運算的新一代單紗強力儀。國外早在五十年代末已取得了一定成果，我國亦及時引進過第一代電子式自動單紗強力儀（以下簡稱自動單強儀）。但限於當時基礎技術水平，該類儀器未能達到預期目標投入實際使用。進入六十年代後，先後有不少國家推出各種不同型號、不同工作原理的自動單強儀，我國引進中較有影響的有瑞士Zellweger Uster公司、德國Textech-no-Herbert公司、英國Instron公司、日本島津製作所等國外公司的產品，另外意大利Calderara公司、匈牙利等國亦有少量自動單強儀被引進，這為我國實現以單根紗線拉伸性代替縷紗強力評定紗線品質提供了契機，亦為我國自行開發研製電子單強儀工作提供了借鑑，在一定程度上有積極作用。但是在相當長一段時期內，我國已成為多國電子單強儀的銷售市場，形成多國產品、多種型號、眾多制式電子單強儀或自動單強儀並存的局面。由於它們技術方案多樣、技術更新迅速，往往是近日引進尚屬新穎，但不久已被淘汰。例如瑞士某公司自動單強儀在短短十年左右就更新了五代產品，其中就不乏不夠成熟之處；又如匈牙利某公司推出多頭自動單強儀，由於技術線路上的先天不足，推出不久就幾近廢型；而意大利雖有自動單強儀供應我國，但由於數量太少，缺乏維修站點，致使故障發生後維修極度困難，不久也閒置成廢鐵一堆。凡此種種負面影響，使我國推廣應用自動單強儀、制訂單紗強力測試方法標準的工作難度極大，直接影響實現標準化工作與國際接軌的進程。顯然，開發研製適合我國國情、具有我國技術特色的電子單強儀是形勢之急需。

在八十年代初期，山東紡科所推出了第一代商品性YG022型全自動電子單強儀，1990年山東萊州電子儀器有限公司第一代YG061型半自動電子單強儀通過國家鑑定，至今全國生產單強儀的廠家有十多家，完全滿足了國內需求，基本結束了進口儀器並開始走向國外。

綜上所述，引進國外電子單強儀在一定時期內是歷史發展的需要，曾起過積極作用，但要採取實事求是的分析態度，決不能忽視其負面影響，更應克服對洋貨的盲目崇拜。當今，大力發展和提高國產電子單強儀已是形勢亟需，在相當長時期內具有一定技術特點又不太複雜的半自動電子單強儀還會廣泛受到用户的歡迎，對企業有積極的經濟實效，也有明顯的社會效益。

參考1996.5《紡織標準與質量》錢雲青、張國權撰寫《略論我國電子單紗強力儀技術發展》

電子單紗強力儀採用單片機控制，在自動化狀態上區分有分全自動電子單紗強力機和半自動電子單紗強力機，高端儀器可以連接計算機，聯機後中英文界面，以適應客户羣體，傳感器（核心器件）有多種保護措施和保護程序（軟硬件保護）；聯接計算機後可以擴展功能，使微觀技術表達更加細膩，測試數據及動態曲線實時直觀地顯示於屏幕上，一組上百次的試驗曲線可以單一顯示，也可以全部顯示宏觀比較拉伸趨勢；可以把全部試驗採樣點的數據順序導入Excel，也可以把所有測得結果均可以任意導出到Word、Excel、寫字板。儀器根據一組測試結果給出基本技術指標為：單次力值、測試時間、測試伸長；平均力值、平均測試時間、平均測試伸長、最大值、最小值、力值CV值、時間CV值、伸長CV值等。

瞭解儀器的技術指標及設置範圍可以更好的發揮儀器性能、拓展試驗範圍，避免試驗事故的發生。

1最大測試力值：500.0cN、3000cN或5000cN、12000cN (見主機銘牌標示)

2試驗隔距：250mm±1mm、500mm±1mm

3 預加張力範圍：1cN～100cN

4 測力誤差：≤示值的±1%

5 伸長範圍：250mm隔距時,最大伸長率達220%；500mm隔距時,最大伸長率達80%

6 拉伸速度：50mm/min～1500mm/min或者50mm/min～5000mm/min

7 實驗次數：1～200次任意設定

8 間隔打印: 2～60次任意設定

9 線密度(tex): 1～999.9任意設定

10 電源：AC220V±10% 50Hz

GB/T 3916、GB/T14344、GB/T2696、GB/ T 5324、GB/T7690.3、GB/T2701、GB/T18371、FZ/T32001、FZ/T32002、FZ/T32003、FZ/T32004、FZ/T32005、FZ/T32006、FZ/T32007、FZ/T32008、FZ/T32009、FZ/T12001、FZ/T12002、FZ/T12003、FZ/T12004、FZ/T12005、FZ/T12006、FZ/T12007、FZ/T12008、FZ/T12009、FZ/T12010、FZ/T12011、FZ/T12012、FZ/T12013、FZ/T12014、FZ/T12015、FZ/T12016、FZ/T12017、FZ/T71005、FZ/T53001、FZ/T63001、FZ/T71008、ISO2062等

瞭解儀器結構及外觀及名稱有益於對儀器的使用，減少事故發生率和提高工作效率。 按照機械結構自動化程度區分，可以分為半自動和全自動式電子單紗強力儀。

在儀器機座上裝有電機，電機動力經過減速機或者同步齒形帶帶動鏈條轉動，鏈條轉動推拉下夾持器由2根光槓導向做上下運動，下夾持器的下方有張力裝置；在儀器上部居中位置安裝有上夾持器，上夾持器連接力傳感器。典型儀器的外觀及名稱見圖1。在試驗狀態下，將紗線引於上下夾持器之間，將上夾持器夾緊，下部夾於張力夾紗手柄和槓桿之間，這時應使張力槓桿保持水平狀態，顯示屏顯示的力值即為所加的張力值，如果需要調整張力值，可左右移動張力砝碼的位置，使顯示屏顯示的力值達到所需要的張力值，如需更大張力，將左側砝碼移至右側，調好張力後，夾緊下夾持器按“拉伸”鍵即可試驗。上下夾持器採用手動夾持方式，這種夾持方式的優點：夾持簡單，夾持器壽命長。

小知識：上夾持器連接力傳感器，使用中應避免大力扳、扭、敲、砸等有損力傳感器的動作。

儀器的自動拉伸檢測過程是在程序指揮機械結構精密配合下完成的。在儀器機座上裝有電機，電機動力經過減速機或者同步齒形帶帶動鏈條轉動，鏈條轉動推拉下夾持器由2根光槓導向做上下運動，下夾持器的下方有一對羅拉；在儀器上部居中位置安裝有上夾持器，上夾持器連接力傳感器；儀器左側裝有機械手。儀器的外觀及名稱見圖2。將試樣裝載在儀器的紗路中，進入試驗狀態後，機械手會將將紗線抓取並牽引於上下夾持器之間，在羅拉下方停住，上夾持器夾緊，然後羅拉閉合嵌住試樣並旋轉為試樣施加預張力，當張力達到設置力值時下夾持器自動夾緊並拉伸試樣，試樣斷裂後下夾持器自動返回，吸紗孔內的氣流將斷裂廢紗送入廢紗箱；機械手重複抓取試樣……；當第一個試樣達到設定拉伸次數時剪刀自動切斷試樣，紗架會自動進位，壓縮空氣將廢紗送人廢紗箱中，週而復始直至做完餘下試樣。上下夾持器採用氣動夾持方式，這種夾持方式的優點：夾持過程中可以持續加力，握持能力好；因此也適合無捻長絲。

小知識：上夾持器連接力傳感器，使用中應避免大力扳、扭、敲、砸等有損力傳感器的動作。

儀器在CPU的管理下自動完成試樣檢測：被測試樣的一端夾持在儀器上夾持器鉗口內，另一端加上標準規定的預張力後夾緊下夾持器，同時採用標準規定的恆定速率拉伸（CRE）試樣，直至試樣斷裂下夾持器自動返回原處。拉伸過程中，由於夾持器和測力傳感器緊密結合，此時測力傳感器把上夾持器受到的力轉換成相應的電壓信號，經放大電路放大後，進行模數（模擬信號裝換為數字信號：A/D）轉換，最後把轉換成的數字信號送入中央處理單元（CPU）進行處理，處理結果會暫存於隨機存取存儲器（RAM）中，並顯示、打印。儀器可記錄每次測試的技術數據，測試結束後，數據處理系統會給出所有技術數據的統計值，可顯示、打印（儀器工作基本原理流程見圖3）。進入再次試驗後，上次試驗數據則被清除。不管是否全自動，高端儀器可以駁接電腦，以便進行科研項目，駁接電腦後可以實時記錄試驗全過程，並且所有測試數據可永久性保存，任意導出到Word、Excel、寫字板，而且也可以將全部試驗採樣點的數據順序導入Excel，方便了科學研究和課題作業，也適合網絡化管理。

安裝儀器是使用前的必須要做的工作，新儀器安裝時需加以檢查在運輸過程中的顛簸、倒置、碰撞、摔打導致儀器部件脱落、鬆動、變形等情況；儀器更換場地需要注意使用環境。

如果是新購置儀器，客户首先要根據合同和裝箱單檢查驗收儀器的完好率、儀器配置的備品、配件，這是對供需雙方負責的體現，也是對於自己合法權益的維護。如果檢查無誤，則可以進行儀器的安裝調試工作了。

選擇儀器的放置地方很重要，因為儀器的分辨率很高，環境的震動和濕度會影響檢測結果。所以儀器的放置地方要沒有明顯的震動源以及考慮温濕度的環境影響，周圍無腐蝕性介質及導電塵埃；其次滿足儀器放置的穩固性——地面要堅牢。儀器基本使用環境建議温度20±15℃，相對濕度<85%。

將儀器主機放到上述所示環境中，去掉固定部件的繩索。安裝、調整機座四隻調平機腳，使儀器處於垂直穩固狀態。

1紗路安裝：根據不同型號儀器紗路要求安裝紗路。半自動單紗強力儀將放紗支軸安裝在儀器支軸架中，旋轉至合適位置；將導紗器杆以長上短下分別插入導紗裝置座安裝孔中，並固定，安裝完畢放到儀器頂端合適部位形成檢測紗路：長導紗器和放紗支軸垂直，短導紗器和夾持器鉗口左側垂直。如不合適，在試驗中校正，放紗支軸可旋轉，導紗裝置可任意移動。全自動電子單紗強力儀安裝使用手冊將所有紗管安裝。

2電氣安裝：安裝的首要責任是安全問題，首先要確定儀器的供電系統是否有可靠的接地功能？電源插座如若沒有接地功能則要在儀器機座背部接地標誌處（合格儀器必須擁有的標誌）穩妥接地，然後根據要求將打印機信號線安裝到儀器主機背部相關接口，另一端安裝到打印機；有電腦配置的還要在主機和電腦之間連接通訊線纜。

所有工作安裝完畢後，將儀器主機、打印機和電腦的電源線分別接入AC220V電源。可以進行調試工作了。

單紗強伸性能測試需要電子單紗強力儀完成測試。

單紗拉伸的性能指標是評定成紗等級的主要依據之一，它對於紗線的生產、工藝的制定、工藝的調整、織造工藝及生產效率等都有着重要意義。評價紗線拉伸性能的指標主要有平均斷裂強力、平均斷裂伸長率、斷裂強力變異係數、斷裂伸長變異係數、平均斷裂時間等，此外在某些特定的場合下還需要斷裂功、斷脱強力、初始模量等指標。拉伸性能中的最小強力、最小伸長率等弱環指標可作為後道工序（織造）的參考指標。

通過測試，掌握單紗強伸性能的測定方法，瞭解單紗強力儀的結構和工作原理，並學會分析拉伸性能的各項指標。

3.1 採用標準：GB/T 3916、ISO 2062《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和伸長率的測定》

3.2 相關標準：GB 6529《紡織品的調濕和試驗用標準大氣》、FZ/T 10014《棉及化纖純紡混紡紗線交付驗收抽樣方案》、FZ/T 10013.1《温度與回潮率及化纖純紡、混紡製品斷裂強力的修正方法 本色紗線及染色加工線斷裂強力的修正方法》、GB/T 4743《紡織品 卷裝紗 紗線線密度的測定 絞紗法》

4.1 電子單紗強力儀(如圖1或圖2所示)

4.2 取樣盤

被測試樣的一端夾持在CRE型電子單紗強力儀的上夾持器上，另一端加上標準規定的預張力後用下夾持器夾緊，同時採用100%隔距長度（相對於試樣原長度）的速率定速拉伸試樣，直至試樣斷裂。由於夾持器和測力傳感器緊密結合，此時測力傳感器把上夾持器上受到的力轉換成相應的電壓信號，經放大電路放大後，進行A/D轉換，最後把轉換成的數字信號送入計算機進行處理。儀器可記錄每次測試的斷裂強力、斷裂伸長等技術指標，測試結束後，數據處理系統會給出所有技術指標的統計值（儀器工作原理流程見圖29-2）。儀器聯接電腦後，還能增加多項測試功能，並且實時顯示、圖解、記錄拉伸全過程，可以實現數據、圖形長期存儲，更有利於網絡化管理。

6.1 按表1抽取一箱或多箱組成大樣，作為被測樣品的代表。

表1 抽取規定

6.2 如果只需要平均值，應從大樣的各箱中儘量均勻地抽取10個卷裝，作為實驗室樣品卷裝。

6.3 生產按產品標準的要求，採用等距取樣；貿易方面的檢驗取樣，按照FZ/T 10014抽取。

7.1 測試的試樣最少數量為：短纖維紗線50根，其他種類紗線20根；或根據產品標準確定數量。試樣應均勻地從10個卷裝中採集。

7.2 在紗線不造成損傷的前提下，用取樣盤來盛取試樣。

測試應在GB/T 6529標準要求的標準大氣下進行，在非標準大氣條件下測得強力應按照FZ/T 10013.1進行修正。仲裁試驗採用二級標準大氣。

9.1 預熱儀器：測試前10min開啓電源預熱儀器，同時顯示屏會顯示測試參數。

9.2 確定預張力:調濕試樣為(0.5±0.10)cN/tex，濕態試樣為(0.25±0.05)cN/tex。變形紗施加預張力要求既能消除紗線捲曲又不使之伸長，如果沒有其他協議，變形紗建議採用下列預張力（線密度超過50tex的地毯紗除外）。

表2 變形紗預張力計算（根據名義線密度）

9.3 設置參數

9.3.1 隔距：根據測試需要設置，一般採用500mm，伸長率大的試樣採用250mm。

9.3.2 拉伸速度：根據測試需要設置，一般情況下500mm隔距時採用500mm/min速度，250mm隔距時採用250mm/min速度，允許更快的速度。

9.3.3 輸入其它參數：例如次數、紗號等。

9.3.4 選擇測試需要的方法：例如定速拉伸測試、定時拉伸測試、彈性回覆率測試等。

9.4 按“試驗”鍵，進入測試狀態。

9.5 紗管放在紗管支架上，牽引紗線經導紗器進入上、下夾持器鉗口後夾緊上夾持器。

9.6 按9.2在預張力器上施加預張力（預張力器在測試前調準、備用）。

9.7 夾緊下夾持器，按“拉伸”開關，下夾持器下行，紗線斷裂後夾持器自動返回。在試驗過程中，檢查鉗口之間的試樣滑移不能超過2mm，如果多次出現滑移現象須更換夾持器或者鉗口襯墊。捨棄出現滑移時的試驗數據，並且捨棄紗線斷裂點在距鉗口或夾持器5mm以內的試驗數據。

9.8 重複9.5～9.7，換紗、換管，繼續拉伸，直至拉伸到設定次數為止，測試結束。

9.9 打印出統計數據。測試完畢，關斷電源。

注：當儀器需要校準時，可執行下列校準程序：預熱30min後，儀器在復位狀態下按“清零”鍵，上夾持器放上1000cN砝碼，數據顯示穩定後，按“滿度”鍵，然後按“校驗”鍵，最後按“復位”鍵退出。

10.1 斷裂強力

（29—1）

式中： —斷裂強力平均值，cN；

—各次斷裂強力值，cN；

—拉伸次數。

注：1.如不在標準的温、濕度條件下，測得結果應按附錄進行修正。其他材料參照FZ/T10013.1。

2.斷裂強度是指紗線斷裂強力與其線密度的比值，通常以cN/tex表示。

10.2 斷裂伸長率：

（29—2）

式中： —斷裂平均伸長率，%；

—各次斷裂伸長率，%；

—拉伸次數。

10.3 斷裂強力和斷裂伸長的標準差和變異係數公式：

（29—3）

（29—4）

式中： ——標準差；

——各次測得數據值；

——測試數據的平均值；

——測試根數，至少為50根；

——變異係數，%。

11.1 記錄：儀器測試參數，包括測試日期、儀器型號、試樣名稱、規格，温度、濕度等。

11.2 結果：斷裂強力、斷裂強度、斷裂伸長率、斷裂強力和斷裂伸長的變異係數等。

12.1 不同拉伸測試機理的儀器比較

12.1.1 標準與儀器：GB/T 3916方法標準等效採用ISO 2062標準，適用於它所涵蓋的各種產品標準。標準中規定使用CRE(等速伸長)型強力儀，舊標準中規定使用的CRL型（等加負荷）、CRT型（等速牽引）的儀器僅作為過渡，可根據協議採用。GB/T 3916標準採用定速拉伸，摒棄了舊標準的定時拉伸。三種不同的檢測機理，測得結果有較大差異，如：過去廣泛使用的CRT型儀器採用定時拉伸，儀器不可避免存在着機械摩擦和自停機構的“倒磅”負值誤差，另外測力機構的慣性造成的不確定性誤差和操作者的人為誤差，往往也不容忽視。

12.1.2 CRE型單紗強力儀的優點：CRE(等速伸長)型強力儀大都採用非電量電測技術，其測力傳感器的機械摩擦和慣性影響幾乎可忽略不計，操作者的人為誤差因素也較少，因此測得結果較為準確。加上電測系統一般都可與計算機連接，因此工作效率高，尤其強大的數據分析保存功能，是CRT機械式強力儀完全無法比擬的。

12.2 拉伸速度對斷裂強力的影響：紗線試樣以比較低的速度拉伸時，由於纖維之間的抱合力增加速率比較小，試樣中部分纖維是以抽出的形式導致試樣斷裂；當紗線試樣以比較高的速度拉伸時，纖維之間的抱合力迅速增加，在力的作用下試樣中纖維斷裂的比例增加，因此試樣的斷裂強力增大。此外，紗線拉伸過程中纖維的抽出和斷裂所需的力值還與試樣的捻係數有關。

12.3 CRE型單紗強力儀有半自動和全自動之分：半自動儀器摒棄了複雜的自動換管、引紗輔助系統，簡化了儀器結構和控制電路，降低了成本，增加了可靠性。儀器在工作過程中換管、引紗等工序可通過人、機交叉的方式同時進行，從而提高儀器的工作效率；其缺點是操作工勞動強度較大。全自動儀器自動化程度高，雖然操作工勞動強度小，但是可靠性比半自動型稍差，且價格比較昂貴。

12.4 不同試驗材料的檢測對儀器的基本要求：儀器首先要滿足試樣斷裂所需的強力要求。伸長率較大的試樣要減小試驗隔距長度。伸長率比較小的試樣，儀器測力系統應有足夠的採樣速率，對於採樣速率不能滿足要求的儀器，有時可通過降低拉伸速度的方式進行彌補。

12.5 不同試驗材料的檢測對儀器夾持器的要求：短纖維紡制的紗線對夾持器沒有特殊要求；化纖長絲試樣的夾持器要採用硬度合適的軟墊襯，並在拉伸過程中持續加壓，使之夾緊；斷裂強力比較高的試樣要採用迂迴夾持或拴柱式夾持，試樣在夾持器引出的溝槽中抱合。總之，要保證試樣既不滑脱，又不在鉗口邊斷裂。

12.6 有的製造商研製出便攜式電子單紗強力儀，可用來現場測試空氣捻結器的接頭強力。隨着新材料的不斷湧現，對測試技術的要求越來越高，而計算機技術的介入使儀器的精度也越來越高，功能越來越強大，大多數希望得到的功能都比較容易實現。