CN109883862B - 一种纱团硬度测量仪及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种纱团硬度测量仪及其测量方法，纱团硬度测量仪包括测量终端和传感装置，测量终端包括按键、显示屏、基座、压力测量电路和处理器，处理器与按键、显示屏、压力测量电路均连接，基座与压力测量电路压力检测元件连接，传感装置包括保护罩和测针，测针一端穿过保护罩内部后伸出，另一端与基座连接，保护罩安装在测量终端上，测针头部为锥形结构。测量方法包括：测量值与实际硬度对应关系方程的获取：固定试样并去除包装膜；启动装置并初始化；测针对准试样被测面中心线匀速压入得到测量值；在多个圆周面上高度相同的不同点处各做一次测量得到平均测量值；用平均测量值通过方程计算得到硬度值。本申请装置结构简单、测试方便有效，准确便利。

Description

一种纱团硬度测量仪及其测量方法

技术领域

本申请涉及性能测试领域，具体的讲，涉及一种纤维纱团硬度测量仪及其测量方法，尤其适用于纤维纱团的硬度测量工作。

背景技术

以玻璃纤维行业为例，纤维纱团硬度是纱团成型的重要评价指标，对纱团硬度控制的好坏是产品是否拥有良好的外观和使用顺畅性的基础。纱团硬度偏小易导致纱团松软、直径偏大、内部结构支撑不强、易产生变形、整托包装倾斜等情况，并伴随使用过程中出现纤维纱线脱圈打结、吊起、塌筒等质量问题的产生。此外，纱团硬度同时也是间接反映纱团密度的重要物理参数，是卷绕比、拉丝张力等纤维成型工艺以及包装材料选择、包装工艺设计的重要参考依据。目前行业内尚无具体的纱团硬度测量仪器和统一的测量方法，主要操作是单凭人工手摸按压等方法进行简单的定性评价。前述评价方法，存在不能量化纱团硬度值，评价无统一标准，同时受操作人员主观感受影响大、测试结果因人而异、测试结果不准等弊端，不利于工业标准化生产的推广使用。

CN 104596872 A的专利公开文件公开了一种记忆海绵硬度测量仪及其测量方法，其结构简单，体积小巧，携带方便，操作简单，适用于各种记忆海绵硬度的检测。但是该测量仪由于其结构组成等技术方案的限制，仅适用于记忆海绵的硬度测量，不适应于纱团硬度的检测。

综上，针对以上背景技术存在的目前行业内缺乏对纤维纱团硬度进行准确、定量测量的装置及方法的缺点，亟需提供一种结构设计合理、操作简单、测量结果准确的纱团硬度测量仪及其测量方法。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计简洁，使用方便，测量受人为因素影响小，测量精度高的纱团硬度测量仪及其测量方法。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案包括：一种纱团硬度测量仪，其特征在于：包括测量终端和传感装置，所述测量终端包括按键、显示屏、基座、压力测量电路和处理器，处理器与按键、显示屏、压力测量电路均连接，所述的基座与压力测量电路的压力检测元件连接，所述传感装置包括保护罩和测针，所述的测针一端穿过保护罩内部后伸出，测针另一端与基座连接，保护罩安装在测量终端上，所述的测针头部为锥形结构。锥形结构的设置，主要考虑到测针头部的形状直接影响纱团硬度的测量结果：因不同类型的纱团硬度差异较大，如果采用圆柱形或方形平头状等非锥形测试头，对于硬度很大的纱团无法将伸出保护罩部分的测试头全部压入纱团中，进而无法获得有效的测试结果；如果采用一字形或十字形等的测试头，虽有利于将伸出保护罩部分的测试头全部压入纱团中，但会对所测试部位的产品产生破坏，影响后续产品的生产使用。本申请通过理论研究并配合长期的试验，采用合理锥度的锥形测针测试头，可有效避免上述问题的发生。

其中，所述测针有效长度（即测针一端伸出保护罩底面的长度）为3~9毫米，优选为4~8毫米，且测针头部锥形结构高度（锥高）不小于测针一端伸出保护罩底面的距离。

其中，所述的测针与基座通过螺纹结构连接。

其中，所述保护罩为中空圆柱形结构。本申请保护罩的主要作用是保证压入纱团部分的测针有效长度保持一致，确保测量结果的准确性。

其中，所述测针头部的锥度为30°~75°，锥高3~13毫米，优选的，所述测针头部的锥度为40°~70°，锥高为4~11毫米。

进一步，本发明还提供一种纱团硬度的测量方法，包括以下步骤：

S1、纱团硬度测量仪测量值与实际硬度对应关系方程的获取，所述的方程为H=（N/S_max）*L^0.5*tan（θ）=｛N/【π*（L*tan（θ/2））²】｝*L^0.5*tan（θ）；

其中，H为纱团硬度；

N为测试过程中纱团硬度仪所受最大负荷，单位为牛顿（N）；

S_max为测量过程测针有效长度时的最大横截面积，单位为平方毫米（mm²）；

L为测量过程测针有效长度（即测针一端伸出保护罩底面长度，也是实际测量过程中测针完全压入到被测纱团内的长度），单位为毫米（mm）；

θ为测针锥度，单位为度（°）；

S2、固定好被测纱团（试样），其中被测位置去除包装膜；

S3、启动纱团硬度测量仪并初始化；

S4、将测针对准（垂直于被测纱团中心线）被测纱团圆周面（外圆面）上某一点，按压直至伸出保护罩部分的测针全部压入到被测纱团内，且显示屏上的数字达到稳定状态（短时间不跳动，例如3~5秒），记录所得测量值。

S5、在被测纱团圆周面上高度相同的间隔相同距离分布的多个不同的点处各做一次测量（例如间隔5厘米或30度在被测纱团圆周面上顺时针或者逆时针在下一个位置重复S4步骤），取这些测量值的平均值得到平均测量值。

S6、用S5步中的平均测量值依据测量值与硬度的对应关系方程计算得到被测试的纱团硬度值。

其中，上述步骤S2中，被测纱团不应有机械损伤及杂质等缺陷。

其中，上述步骤S4中，测量时需对准并尽量做到匀速将伸出保护罩部分的测针全部压入到被测纱团内，切勿倾斜或直接用力过猛或测针未完全压入被测纱团中。

进一步，上述步骤S5中，取被测纱团圆周面上高度相同的间隔相同距离分布的3个以上点处各做一次测量，取这些测量值的平均值得到平均测量值。

本发明测试过程简单有效，测量结果准确性高，测量仪器体积小，携带方便，操作简单，适用于各种纤维纱团的硬度检测。

附图说明

图1是本发明实施例纱团硬度测量仪的结构示意图；

图2是图1所示传感装置与基座的连接关系示意图。

图3是被测纱团固定放置在干净平面的一种被测状态及测量点示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的内容，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1～图3所示，一种纱团硬度测量仪，包括测量终端1和传感装置2，所述传感装置2安装在测量终端1的下端；其中所述测量终端1包括按键11、显示屏12和基座13，所述传感装置2包括保护罩21和测针22。

所述测量终端1上设置有按键11、显示屏12、基座13及处理器和压力检测电路，通过按钮11可设定相关检测参数，并将检测结果通过显示屏12显示出来，所述测量终端1内部设有处理器、压力检测电路（含压力检测元件，即应变片，图上未示出），处理器内置有检测参数及检测程序，能够对检测到的数据进行计算并存储；所述测量终端1底部基座13一端外壁设有外螺纹，另一端与测量终端1内部的应变片相连。

所述传感装置2包括保护罩21和测针22。所述保护罩21为中空圆柱形结构，所述测针22一端（头部）为锥形结构，锥度为30°~75°，优选40°~70°；锥高3~13毫米，优选4~11毫米（特例性的，测针的锥度可以为35°、38°、45°、48°、50°、55°、58°、60°、65°、68°等，锥高可以为3.8毫米、4.0毫米、4.5毫米、4.8毫米、5.5毫米、5.8毫米、6毫米、6.5毫米、6.8毫米、7毫米、7.5毫米、7.8毫米、8毫米、8.5毫米、9毫米、9.5毫米、10毫米、10.5毫米、11.5毫米、12毫米、12.5毫米等），另一端（尾部）设有内螺纹，与基座13通过螺纹结构连接，所述测针22穿过保护罩21内部，并伸出保护罩21底面23，测针有效长度（即测针一端伸出保护罩底面长度）3~9毫米，优选为4~8毫米；示例性的，测针有效长度可以为3.5毫米、3.8毫米、4.5毫米、4.8毫米、5毫米、5.5毫米、5.8毫米、6毫米、6.5毫米、6.8毫米、7毫米、7.5毫米、7.8毫米、8.5毫米、8.8毫米等。

本发明的测量原理如下：在水平推力的作用下，伸出保护罩21部分的测针22全部被压入到纱团内，测针22受到的阻力通过基座13传递到测量终端1内部的应变片（压敏电阻），应变片压敏电阻阻值变化数据与压力检测电路相结合得到检测电流和/或电压信号传送至处理器，待显示屏上的数字趋于稳定后记录显示屏所显示的数据（即纱团硬度测量仪在测试过程中所受的最大负荷力），将测得的数据代入对应的计算公式中，进而计算得到被测纱团的硬度值。

本发明实施例纱团的硬度计算公式为：

H=（N/S_max）*L^0.5*tan（θ）=｛N/【π*（L*tan（θ/2））²】｝*L^0.5*tan（θ）

其中，H为纱团硬度；

N为测试过程中纱团硬度测量仪所受最大负荷，单位为牛顿（N）；

S_max为测量过程测针有效长度时的最大横截面积，单位为平方毫米（mm²）；

L为测量过程测针有效长度，单位为毫米（mm）；

θ为测针锥度，单位为度（°）；

以上方程式的得出，是发明人依据无数次试验测得数据得出，以下表格显示的是部分测试数据对应关系情况：

表1：实施例部分测试数据对应关系表

本发明申请实施例还公开了本发明纱团硬度测量仪对纱团硬度的测量方法，包括以下步骤：

S1、用本实施例纱团硬度测量仪分别检测一系列标准硬度的纱团或硬度标准品（例如0~500N分为若干档硬度，每档硬度用该档标准硬度的纱团或硬度标准品测量一次），得到本申请纱团硬度计算公式；

S2、试样纱团放在干净平面进行固定，取下被测位置部分包装膜（袋）；

S3、按“ON/OFF（开/关）”启动纱团硬度测量仪，并按顺序设置“峰值”→“置零”进行初始化；

S4、一手抵住纱团一侧，另一个手持纱团硬度测量仪并将测针22对准纱团另一侧侧面垂直的中心处的纱线交叉处，匀速用力按压直至伸出保护罩21部分的测针22全部压入到纱团内，且显示屏上的数字不再跳动（已达到峰值），记录所得测量值；

S5、将试样上水平每隔至少5cm分布的多个不同的点处，各做一次测量，取这些测量值的平均值作为平均测量值。

S6、用第5步中的平均测量值作为测量值，依据第一步测量值与硬度的对应方程计算得到硬度值。

其中，所述上述步骤S2中，试样应去除包装袋，且试样不应有机械损伤及杂质等缺陷。

其中，上述步骤S4中，测量时需水平匀速将伸出保护罩21部分的测针22全部压入到纱团内，切勿倾斜或直接用力过猛或测针22未完全压入纱团中。

其中，上述步骤S5中，取被测纱团圆周面上高度相同，间隔相同距离分布的3个以上点处各做一次测量，取这些测量值的平均值得到平均测量值，示例性的，可以为3、4、5、6及以上个。如图3所示，测量点为5个，分别为A/B/C/D/E。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种纱团硬度测量仪的测量方法，其特征是，包括以下步骤：

S1、通过检测标准硬度的纱团获取纱团硬度测量仪测量值与实际硬度的对应关系方程：

H＝(N/S_max)*L^0.5*tan(θ)＝{N/【π*(L*tan(θ/2))²】}*L^0.5*tan(θ)；

其中，H为纱团硬度；

N为测试过程中纱团硬度测量仪所受最大负荷，单位为牛顿；

S_max为测量过程测针有效长度时的最大横截面积，单位为平方毫米；

L为测量过程测针有效长度，单位为毫米；

θ为测针锥度，单位为度；

S2、固定好被测纱团，其中被测位置去除包装膜；

S3、启动纱团硬度测量仪并初始化；

S4、将测针对准被测纱团上某一点，按压直至伸出保护罩部分的测针全部压入到被测纱团内，在测针压入到被测纱团内的过程中，测针与基座螺接，且显示屏上的数字达到稳定状态，记录所得测量值，所述测量值为纱团硬度测量仪在测试过程中所受的最大负荷力；

S5、将被测纱团圆周面上高度相同的间隔相同距离分布的多个不同的点处各做一次测量，取这些测量值的平均值得到平均测量值；

S6、用S5步中的平均测量值，依据测量值与硬度的对应关系方程计算得到硬度值；

其中，所述测针头部锥度为40°～60°，锥高4～7毫米。

2.如权利要求1所述的纱团硬度测量仪的测量方法，其特征在于，所述的步骤S4中，测量时需对准并匀速将伸出保护罩部分的测针全部压入到被测纱团内。

3.如权利要求1所述的纱团硬度测量仪的测量方法，其特征在于，所述的步骤S5中，取被测纱团圆周面上高度相同的间隔相同距离分布的3个以上点处各做一次测量，取这些测量值的平均值得到平均测量值。

4.一种纱团硬度测量仪，使用如权利要求1至3中任一项的测量方法进行操作，其特征是：包括测量终端和传感装置，所述测量终端包括按键、显示屏、基座、压力测量电路和处理器，处理器与按键、显示屏、压力测量电路均连接，所述的基座与压力测量电路的压力检测元件连接，所述传感装置包括保护罩和测针，所述的测针一端穿过保护罩内部后伸出，测针另一端与基座连接，保护罩安装在测量终端上，所述的测针头部为锥形结构。

5.根据权利要求4所述纱团硬度测量仪，其特征是：所述测针头部锥形结构高度不小于测针一端伸出保护罩底面的距离。

6.根据权利要求4所述纱团硬度测量仪，其特征是：所述的测针与基座通过螺纹结构连接。

7.根据权利要求4所述纱团硬度测量仪，其特征是：所述保护罩为中空圆柱形结构。