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作者:林耀謙、楊哲彰(2005-07-17);推薦:徐業良(2005-07-17)

防音耳罩夾緊力測試機台設計與使用手冊

勝富國際股份有限公司委託本實驗室設計製作「防音耳罩夾緊力測試機台」,供自行檢測產品之用。本文描述防音耳罩夾緊力測試機台之設計、操作、與維護。

1.         測試機台設計

本防音耳罩夾緊力測試機台,主要依據CNS中國國家標準【CNS T2012 84541982,防音防護具】、ANSI美國標準協會[ANSI S3.19]、與AS/NZS澳洲及紐西蘭標準協會[AS/NZS 1270:2002 ]之耳罩夾緊力相關規範設計。此三項測試標準之測試流程相似,本機台以CNSAS/NZS標準之量測方式為主要設計依據。測試過程將待測防音耳罩適當調整後固定於架撐模型二塊耳墊平板上,測試期間不改變二塊耳墊平板間距離與頭帶至耳殼護蓋中心之距離,於配戴防音耳罩後經過120±5秒後量測頭帶彈性施加於二塊耳墊平板之力量範圍。如圖1所示,本防音耳罩夾緊力測試機台主要包括架撐模型、耳墊平板、以及測量夾緊力之荷重規等三項元件。

1. 防音耳罩夾緊力測試機台設計

為使本測試機台在測試不同防音耳罩的適用性上能更為廣泛,架撐模型上設計有寬、高度調整機構,左右兩側支撐耳殼護蓋之耳墊平板分別裝置有一組螺桿機構,以調整測試機台水平寬度,而垂直高度經由上下之滑槽機構來調整頭帶高度指示器,經由這二個固定位置的尺寸微調,使測試機台能夠以不同頭型尺寸進行測試,合乎CNSANSIAS/NZS三項標準之測試規範。圖2AS/NZS防音耳罩夾緊力測試標準之頭型尺寸,表1彙整三項標準中頭型尺寸之規範要求。本機台型之頭帶高度調整範圍介於70.2mm154.7mm之間,耳墊平板寬度調整範圍介於133mm152mm之間,此調整範圍包含CNSANSIAS/NZS之最大和最小尺寸。

夾緊力量測以S型荷重規作為感測元件,S型荷重規之外形設計具有可承受兩方向相對力量同時施於其上的特性,並藉由金屬壓電效應將所受壓力轉換為電壓輸出,其受力方式與量測特性十分符合夾緊力測試之設計需求。

2. AS/NZS防音耳罩尺寸位置圖

1. CNS, ANSIAS/NZS之防音耳罩關鍵尺寸彙整

標準

尺寸(mm)

a

b

c

e

ANSI

130.8

143.5

*

*

CNS

151

*

*

*

AS/NZS

S

122±2

135±2

75±2

115±2

M

130±2

145±2

90±2

130±2

L

135±2

150±2

105±2

140±2

2為本測試機台主要元件表,架稱模型細部工程圖如附件,本機台所選用荷重規等元件規格說明如下:

2. 耳罩夾緊力測試機台

零件/裝置

廠牌

型號/規格

價格

數量

架撐模型

 

委外訂製

7900

1

荷重規

朝陽衡器

STS Metric C2(2000)

4410

1

荷重規表頭

英展實業

Racer EX-2001

7000

1

標準砝碼

松展衡器

1Kg

2500

1

零件成本小計

21,810

 

(1)   荷重規

採用朝陽衡器公司(Sun Scale)生產之S型泛用荷重規外型與詳細規格性能見圖3與表3

3. Sun Scale STS Metric 荷重規

3. Sun Scale STS Metric C2(2000) 規格表

Accuracy class(max. number of intervals)

C2(2000)

Rated capacities

50Kg

Combined error (% of R.O. )

0.025

Non-Repeatability (% of R.O.)

0.010

Minimum division size (V min., % of R.O. )

0.015

Temperature coefficient

Output (ppm/, of load)

10

Zero (ppm/, of R.O.)

21

Creep return (% of load, 30 Min.)

0.025

Rated output (mV/V)

3±0.25% except 2 for 50Kg

Zero balance (% of R.O.)

±2

Excitation (V)

10 recommended, 15 Max.

Input impedance (W)

385±10

Output impedance (W)

350±1%

Operating temperature range ()

-40~+60

Environmental protection (DIN)

IP 65

Safe overload (% of R.O.)

150

Deflection (mm,@ rated capacity)

0.10, 0.15, 0.17, 0.25, 0.40, 0.35, 0.40

(2)   荷重規錶頭

荷重規錶頭採用英展實業股份有限公司生產之Racer EX-2001表頭顯示器(如圖4),A/D轉換精度為19bit,取樣頻率每秒100,具備線性校正、重量校正與自動調整零點位置的功能。

4. Racer EX 2001荷重規錶頭

(3)   標準重量砝碼

重量校正使用1Kgw之標準砝碼,砝碼精度±5mg。校正過後精度可0.1N/digit

2.     操作程序

(1)   確認裝置連接

耳罩夾緊力測試機台包含架撐模型與顯示器表頭兩部份,使用前須注意荷重元之訊號線是否有與顯示器錶頭正確連接,若有確實連接,顯示器表頭開機後會及時顯示荷重元之讀值,使用前最好先預開機1530分鐘,以求量測值之準確與穩定。

(2)   線性校正與歸零

初次使用本機台時,必須進行校正程序始能使用,校正工作包含重量校正、零點校正、與線性校正三項。首先將荷重元自架撐模型上取下,以有鑽孔之兩相對平面為受力方向,放置在平坦而硬質的平面上。於顯示器表頭面板左方的旋鈕轉開,將小蓋板卸下後可看見「校正模式開關」,開啟至ON後顯示器表頭即進入校正模式。

重量校正流程如圖5所示,進入校正模式後,顯示「SEt」字樣,按下CAL鈕後字幕顯示「01CAL」,即進入重量校正程序,請依照圖5之流程圖操作,即可完成零點與重量校正。進行重量校正時,「放置砝碼設定重量」採用1kgw(9.81N)的校正砝碼放立在荷重規上,可設定重量參數為9.81(N)1000(g),按下Enter鍵等待錶頭紀錄數值,當字幕出現「SEt」字樣後即完成重量校正。

5. 重量校正操作流程

完成前述的零點與重量校正後,才能進行接下來的線性校正,操作程序也請依照圖6之操作流程進行,始可完成。完成線性校正後,將荷重規如圖7所示安裝至機台上。

6. 線性校正操作流程

7. 將荷重規安裝至架撐模型上

(3)   夾緊力量測

待所有的校正工作完成後,顯示器表頭返回正常模式,且零點位置正確,即可開始量測夾緊力。首先調整機台之頭帶高度距離(圖2a, c, e)與耳墊平板距離(圖2b)至指定的距離長度,調整頭帶高度時,以頭帶高度指示器之錐形尖端(或內六腳螺栓之中心點)直接對照右邊的尺標刻度;耳墊平板距離之調整則以直接轉動耳墊平板達成,操作時需注意保持荷重規位於中心處。接著將耳罩配戴至架撐模型上,即可顯示夾緊力(如圖8)。

本機台之設計並無完全固定住荷重規,因此使用時荷重規連同耳墊平板可在兩直線軸承間自由滑動,使用者也可調整荷重規下方之螺栓,使之支撐並固定住荷重規,惟量測時若變更其固定方式,則需重新進行零點校正,方可確保量測數據之準確。

8. 耳罩夾緊力量測情形

3.     問題診斷與排除

l          荷重規已經與顯示器表頭連接,但無法顯示出讀數

請檢查荷重元訊號線之8-pin接頭,可打開橡膠套環,檢查內部各股端子連接是否正確,發生異常的情形可能是接點失效,例如接點斷路、接點間之短路等,圖9為荷重元訊號線裝配8-pin接頭,內部各股線蕊與端子之配線。

9. 荷重元訊號線與8-pin接頭裝配示意圖

l          使用測試機台時,夾緊力讀數普遍低於一般情況

主要原因可是連接荷重元與耳墊平板的軸,其表面帶有顆粒狀之污染物,或缺乏潤滑所致,可將軸的表面清潔,並施以適當之潤滑。另一個可能的原因是兩直線軸承之間的同心度誤差過大,造成與軸心的明顯摩擦情形,此時可將夾持兩直線軸承之兩個組件(可參見附錄零件圖“side”)位於底座的螺栓稍微鬆開,取下荷重歸、耳墊平板以及兩短軸,接著以本機台所附之150mm校正軸(可參見附錄零件圖“calibration bar”)穿越兩個直線軸承後,再將“side”組件與底座緊鎖,此時直線軸承之同心度偏差已校正,取出校正軸後,重新安裝元零件即可。

l          使用測試機台時,夾緊力普遍呈現異常讀值

可能的原因為直線軸承損壞,此時需更換直線軸承;另一個可能的原因為荷重規損壞,需要更換荷重規。

l          每次使用時是否需要進行所有的校正工作?

本機台完成出廠時,已完成荷重規錶頭所有的校正程序,惟荷重規之零點位置會隨著擺放位置、角度、搬運,以及其上螺栓的緊鎖程度有所變異,因此正常操作下,不必每次都需要進行重量與線性校正程序,但需要隨時注意零點之位置,若有過大的偏移,則需要進行單獨的零點校正。原則上,每次重新開啟荷重規錶頭,或拆裝荷重規之後,皆需要進行重量校正。

附錄:架撐模型零件圖