《撕裂度仪校准规范》征求意见稿

一、任务来源
根据国家质量监督检验检疫总局国质检量函［2013］101号要求，在归口单位全国力值硬度计量技术委员会领导下，由浙江省计量科学研究院主要承担、部分制造商及计量检验部门共同参与了《撕裂度仪校准规范》（以下简称规程）的修订工作。
二、编制目的与意义
撕裂度仪由摆锤支架、摆轴、摆体、增容砣、固定夹具、活动夹具、冲刀、摆锤释放机构、样品开缺口和锁紧系统组成，用于纸和纸板、织物等试样撕裂度的测定，其结果是判断纸和纸板、薄膜和薄片、织物及橡胶或塑料涂覆织物质量的重要依据。准确确定撕裂强度对产品质量控制，对产品性能提高具有非常重要的指导意义。
尽管撕裂度仪有行业检定规程JJG（轻工）63－2000《撕裂度测定仪检定规程》、行业校准规范JJF（纺织）049－2012 《摆锤式织物撕裂仪校准规范》，由于行业检定规程与行业校准规范测量方法不全面，实用性不强，甚至无法完全满足实际需要。随着仪器设备研发制造水平的发展与对使用要求的提高，有必要制定校准规范统一撕裂度仪计量特性的校准条件、校准项目和校准方法，规范计量标准，保证测量数据溯源的一致性，保证撕裂度仪检测数据的准确、可靠。
三、编写过程
本校准规范的编写根据JJF 1071-2010《国家计量校准规范编写规则》规定的规则编写。参考了轻工行业检定规程JJG（轻工）63－2000《撕裂度测定仪检定规程》与纺织行业计量校准规范JJF（纺织）049－2012 《摆锤式织物撕裂仪校准规范》，并参照国家标准GB/T 455-2002《纸和纸板撕裂度的测定》、GB/T 3917.1-2009《纺织品 织物撕破性能 第1部分：冲击摆锤法撕破强力的测定》、GB/T 16578.2-2009《塑料 薄膜和薄片 耐撕裂性能的测定 第2部分；埃莱门多夫(Elmendorf)法》、行业标准HG/T 2581.2-2009《橡胶或塑料涂覆织物 耐撕裂性能的测定 第2部分:冲击摆锤法》及国际标准ISO 1974-2012 纸--撕裂度的测定 埃尔曼多法（Paper--Determination of tearing resistance Elmendorf method)等标准的术语、符号与定义以及相关的技术要求、技术指标和测试方法。
1、概述
于2013年4月开展对国内各式撕裂度仪到四川长江造纸仪器厂、济南兰光机电技术中心、山东莱州电子仪器有限公司作了调研，研究了撕裂度仪的结构、原理、使用标准、校准方法及专用检具等。撕裂度测试方法将试样固定在夹持器上，并切开一个切口，释放摆锤动夹持器运动使试样沿切口方向被撕裂，测定撕破试样一定长度所消耗的功，按试样原长度换算为平均撕裂力。
撕裂度仪按测量原理分为势能法撕裂仪与动能法撕裂仪，前者势能法撕裂仪测量摆体势能变化计算撕裂力，它通过可以保持最大摆幅的指针或编码器测量摆锤从初始位置摆动到另一侧最高位置的摆过角度，计算出摆锤重心的高度差来确定摆锤能量的衰减；后者动能法撕裂仪测量摆体动能变化计算撕裂力，它通过角速度测量装置检测不夹试样与夹试样状态下摆在某一位置的角速度差来确定摆锤能量的衰减。其中势能法撕裂仪按指示方式分为机械式（指针式）、数显式（电子式）撕裂度仪。
2、撕裂度仪现状
国内外生产、在用的撕裂度仪大都按势能法工作原理制造，只有少数摆锤式撕裂仪按动能法工作原理制造，如国外SDL ATLAS（美）、国内莱州电子仪器有限公司、温州大荣纺织仪器有限公司试生产了动能法摆锤式撕裂仪，由于动能法数量很少，且国内莱州电子仪器有限公司、温州大荣纺织仪器有限公司已停止生产，因而本校准规范不考虑动能法撕裂度仪的校准。撕裂度仪主要有美国纸张与造纸工业技术协会（TAPPI）与澳大利亚和新西兰制浆造纸技术协会（Appita）两种类型，前者（TAPPI）撕裂度（f）由撕裂力（F）、同时撕裂的试样层数（n）确定,满足f=F/n与f=kP/n ，式中：k=16或32，P为撕裂度仪示值；后者（Appita）与国际标准（ISO）、国家标准（GB）相同，撕裂度（f）由撕裂力（F）、同时撕裂的试样层数n（n=4或8）确定,满足f=F/n与f=kP/n，式中：k=2、8、16或32，P为撕裂度仪指示值。另外还有撕裂度仪，如织物撕裂仪示值（P）往往直接指示撕裂力（F），从而满足f=F与f=P，即同时撕裂的试样层数n=1，仪器刻度的设计层数k=1。
四、主要技术说明
1 术语和计量单位
    对撕裂度、撕裂力、摆锤容量、摆动次数等术语进行了定义。
    2 计量特性
2.1摆锤摆动摩擦与指针摩擦
摆锤摆动摩擦阻力技术指标按摆别用摆动次数表示。指针摩擦阻力技术指标按摆别用指针偏离零位距表示，技术参数要求参照JJG（轻工）63－2000《撕裂度测定仪检定规程》，并参考了美国纸张与造纸工业技术协会标准TAPPI T414 《纸的内部撕裂阻力》（Internal tearing resistance of paper），见表1。
表 1    摆锤摆动摩擦与指针摩擦技术指标
摆锤容量        2N        4N        8N        16N        32N        64N        128N及以上
摆别        超轻摆
(最轻摆)        次轻摆        轻摆        标准摆        重摆        加重摆        超重摆
系
列        TAPPI                                标准摆        重摆               
        Appita        A/4        A/2        A        B        C        2C       
摆锤质心矩
常数系列        M/8或M/10        M/4或M/5        M/2        M        2M        4M        8M
摆动次数        ≥8        ≥20        ≥25        ≥35        ≥80        ≥110        ≥140
指针偏离
零位距离        10～30        10～30        4～8        2～4        0.2～0.5        0.1～0.3        0～0.2
注：数显式撕裂仪无指针偏离零位距离要求
2.2 准确度分级
准确度分级有两种方法，按摆锤测量上限（摆锤容量）示值引用误差确定准确度级别与按摆锤校准点示值相对误差确定准确度级别。按摆锤容量满量程误差分为0.5FS级、1FS级，按校准点相对误差分为0.5级、1级、2级，计量性能如表2所示。
表 2    撕裂度仪准确度分级与技术指标
准确度级别        示值误差        示值重复性        零点变动性
按摆锤容量
示值引用误差        0.5FS        ±0.5％FS        0.5％FS        0.25% FS
        1FS        ±1.0％FS        1.0％FS        0.5% FS
按校准点
示值相对误差        0.5        ±0.5％        0.5％        0.05% FS
        1        ±1.0％        1.0％        0.1% FS
        2        ±2.0％        2.0％        0.2% FS
JJF（纺织）049－2012《摆锤式织物撕裂仪校准规范》规定：织物撕裂仪要满足1FS级要求，而JJG（轻工）63－2000《撕裂度测定仪检定规程》分为0级、1级。本规范将0级改为0.5级，使准确度分级符合新的分级要求，并根据撕裂度仪生产、使用现状，增加了2级撕裂度仪。另外，JJG（轻工）63－2000《撕裂度测定仪检定规程》中“零位稳定性”修改为“零点变动性”，其含义更为准确，并对不同准确度级别撕裂度仪的零点变动性作了具体要求。
2.3 校准项目和校准方法
2.3.1校准前检查
校准前检查包括外观检查、夹具、切刀机构、指示装置、水平调整等项目，目的是保证仪器运行正常。并强调：指针式撕裂度仪水平调整先仪器安放在稳固的台上，摆上的夹持器无试样并关闭，摆锤停止器压下时调整仪器水平，使摆垂直地悬挂着，摆锤与底座的标志重合；轻轻移动摆锤，在摆锤停止器压下时检查它前后移动至返回停止时摆锤与底座的标志是否仍重合；而数显式撕裂仪水平由于不同厂家数值计算方法不同，从而规定可根据仪器说明书调整。
2.3.2 摆锤摆动摩擦与指针摩擦
调节好撕裂度水平后，摆档距释放器右侧25mm处作一标志，释放摆锤并维持释放器按下使摆锤下落自由摆动，用摆动次数（即摆档边缘要摆过标志左侧）计数来校准摆锤摆动摩擦，与JJG（轻工）63－2000《撕裂度测定仪检定规程》一致。摆动次数不够，表示摆锤摆动摩擦过大，摆轴轴承需清洗加油。
指针位置偏移距离与JJG（轻工）63－2000《撕裂度测定仪检定规程》一致，并参考了TAPPI T414 《纸的内部撕裂阻力》（Internal tearing resistance of paper）。具体调好指针零点空摆，估读指针的移动距离（单位：靠近零线的刻度分数）校准指针摩擦；或者观察指针是否停止在指示标尺双刻度线以内；或者按仪器说明进行校准。指针偏离零位距离不够或指针不到双刻度线表示指针摩擦过大，要擦试干净轴承套的接触表面与指针套筒内表面；指针偏离零位距离偏大或指针超出双刻度线表示指针摩擦不足，均要调节压紧指针弹簧的螺丝，增加摩擦。
2.3.3 零点变动性
将撕裂度仪水平调整后闭合空夹，调整好零点，空摆3次记录撕裂度仪读数，取其绝对值最大值按式（1）计算零点变动性。
                           （1）
与JJG（轻工）63－2000《撕裂度测定仪检定规程》不同，不以空摆5次而用空摆3次的撕裂度仪读数来校准零点变动性；与JJF（纺织）049－2012 《摆锤式织物撕裂仪校准规范》相同，用空摆3次的撕裂度仪读数来校准零点变动性。并将JJG（轻工）63－2000《撕裂度测定仪检定规程》中“零点稳定性”、JJF（纺织）049－2012 《摆锤式织物撕裂仪校准规范》中“零点误差”修改为“零点变动性”。
2.3.4示值误差与示值重复性
由于撕裂度仪的校准点通常无法定在整数点，只能在预定值的附近，所以实际校准时在每一摆锤容量选取撕裂仪摆锤容量的20%、50%及80%附近（即指示器示值上限的15%～25%、45%～55%、75%～85%）选取3点进行校准，与TAPPI T414 《纸的内部撕裂阻力》（Internal tearing resistance of paper）一致。
校准时先调整撕裂仪水平和零点，将校准砝码固定在摆锤（或动夹具）上，用高度测量装置测量校准砝码质心位置的初始高度H（或清零）；摆锤释放后校准砝码质心位置随之升高至最高点后自由摆动，读取撕裂仪指示值P或撕裂度示值f计算撕裂力F，再测量摆锤达到最高点时校准砝码质心位置的高度h，计算校准砝码质心位置高度变化ΔH。，为了方便校准人员操作，规范中提供了两种典型的操作方法。结果计算步骤如下：
1）测量点撕裂度仪指示值的测量平均值按式（2）计算：
                                               （2）
2）撕裂度仪的示值误差分别按式（3）、式（4）计算：
                                        （3）
                                        （4）
3）撕裂度仪的示值重复性分别按式（5）、式（6）计算：
                                    （5）  
                                    （6）
准确度级别根据摆锤容量引用误差分为0.5FS级、1FS级，示值引用误差与重复性按式（3）、式（5）计算；根据测量点相对误差分为0.5级、1级、2级，示值误差与重复性按式（4）、式（6）计算。自带校准砝码撕裂度仪可用自带校准砝码进行校准，其标称值应先用Ⅱ级天平对自带校准砝码称重，再按方法一或方法二测量校准砝码质心位置高度变化，从而既对自带校准砝码撕裂力标准值进行了重新校准，也对撕裂度仪进行了校准。