硬度計是什麼？硬度計種類及硬度測試方式 4 大硬度計重點一次看！

一、硬度計你聽過嗎？硬度計原理是什麼？

硬度計是一種應用物理原理的檢測儀器，主要功能為各種軟硬材料的硬度值測量，例如聚合物 （Polymer）、合成橡膠（Synthetic Rubber）、熱塑性聚氨酯（TPU）、泡棉（PU Foam）、矽膠（Silicone）、金屬（Metal）或任何其他的複合材料（Composite Material）等等。

一般而言，每一種材料都訂有相關測試標準，並會依此決定使用何種測試方法進行硬度測量。舉例而言，軟性橡膠會使用邵式A（Shore A），而塑膠這種較硬的材料則會使用邵式D（Shore D）。

而每一種硬度測試方法的工作原理大有不同，以下我們就以邵式硬度與國際橡膠硬度（IRHD International Rubber Hardness Degree）2者的工作原理來簡單說明分別：

（一）邵式硬度（Shore Hardness）工作原理介紹

源於20世紀初的邵式硬度測試法已經有超過100年的歷史，多年來此測試方法被廣泛應用在具彈性的各種高分子材料上，並於DIN ISO 7619，DIN EN ISO 868，ASTM D 2240標準裡都有被正式規範。

若想初步瞭解邵式硬度的測試原理，可以參考下圖：

由上面的示意圖可以看出，邵式硬度的工作原理是透過一個內建彈簧來計量，彈簧的力值（Spring Force）與探針 （Indenter） 的幾何形狀依不同的邵氏單位會有不同的定義。

實際的操作法如下：通過人力或機電下壓，探針會觸碰到被測品，隨著不斷的下壓，探針就會反推並擠壓彈簧，而探針反推的深度（Displacement） 與彈簧受壓的力值有著線性的關係。

每0.025 mm的反推代表1個邵式度，因此若被測品是一塊金屬，此時的邵氏值應為100度，也就代表探針已經完全被反推2.5 mm。同理，當被測品是一塊軟橡膠時，就算整台硬度計的下壓動作做滿，探針也會因為橡膠的軟特性而回推。也就是說，一部分的探針長度會壓痕（Indentation）於橡膠中，另一部分則反推去擠壓彈簧。

藉由以上的論調，我們可以總結：越硬的材料，硬度壓痕的深度則越淺，越軟的材料則越深。

但要特別注意的是，測量時應注意數值的有效範圍，每一種邵式單位的有效測值範圍是30-90，若拿一台邵式A硬度計去測一塊金屬，測值顯示為邵氏100度，代表邵氏A硬度計不適用於金屬的硬度測試，此筆數據不能被有效採用。

（二）國際橡膠硬度（IRHD Hardness）工作原理介紹

國際橡膠硬度測試法（International Rubber Hardness Degrees）又簡稱為IRHD，IRHD被規範在DIN ISO 48和 ASTM D 1415標準裡，而國際橡膠硬度（IRHD Hardness）一共為4種單位，分別為微型（IRHD Micro）、正規（IRHD Normal）、硬（IRHD Hard）與軟（IRHD Low）。

一般來說，最通用的單位為 IRHD Micro 與IRHD Normal，其工作原理是透過力值傳感器 （Load Cell）將初力（Pre-load）與主力（Main Load）用兩階段方式分別下壓。以IRHD Micro 為例，當其探針接觸到樣品表面時，其下壓初力為8.3 mN，此時可以初力為起始點，持續下壓主力145 mN，這兩段下壓之間的位移距離就可以換算成 IRHD的硬度值。

雖然IRHD的應用範圍較邵式硬度測試法侷限，但是IRHD在針對肉厚較薄、面積較小的樣品，如 O-ring、油封等橡膠密封件時，可以突破傳統邵式在樣品厚度需足6 mm，表面面積需足Ø 42 mm的瓶頸。以IRHD Micro 為例，IRHD Micro 的探針是一個直徑0.4 mm的圓體探針，加上總位移約在0.2-0.3 mm，因此非常適用在又薄又細的樣品上。

（三）硬度計單位怎麼看？

上述介紹了彈性體硬度測試最普遍的2種方法：邵氏硬度（Shore Hardness）與國際橡膠硬度（IRHD Hardness），而這2種硬度測試方法針對樣品的軟硬度可再做更細部的區分，以下就接續說明。

邵式硬度（Shore Hardness）

邵式硬度一共分為 A、AO、B、O、C、D、DO、OO、OOO、OOOS、E、M、AM，而每一種邵式單位的有效的數值範圍是30-90，若有超出範圍的現象，則代表此硬度單位不適宜測量此物質。

舉例而言，一般軟橡膠通常會採用Shore A，當某橡膠的Shore A硬度值高達90以上時，則代表此橡膠的硬度已不適合用Shore A來測試，用Shore D來測量會比較合適（通常是用在塑料的硬度量測）。

國際橡膠硬度（IRHD Hardness）

國際橡膠硬度（IRHD Hardness） 的單位分類只有4種，分別是 Micro， Normal， Hard and Low，每一種單位的有效數值範圍依單位有所不同。

IRHD Micro與IRHD Normal最常見是針對軟橡膠進行測試，其測量上的優勢能讓橡膠成品件（Rubber Molded Parts）的數值與同批料的橡膠標準片（Rubber Standard Samples）數值去做對比。

二、硬度計種類：手持式橡膠硬度計與檯式橡膠硬度計比較

剛認識硬度計的初學者往往會被許多名詞搞混，如維氏硬度計、維克氏硬度計、微小維克氏硬度計是什麼？同樣是橡膠硬度計， 手持式硬度計與檯式硬度計差異在哪裡？相同的樣品，兩種形式的硬度計在數值上是否能比對？其實不必過度探求，較常見的硬度計種類以手持與檯式為主，以下將仔細說明。

（一）邵式硬度（Shore Hardness）

手持硬度計

普遍市面上見到的手持硬度計（Durometer），多數是以邵氏硬度計（Shore Hardness）為主，而非洛氏硬度計，由於蕭氏硬度計機械原理簡單，容易生產，因此很多的產品品質參差不齊，多數便宜的Shore 硬度計來自中國和印度，中階產品多數來自日本，高階則來自德國。

而在操作上，手持硬度計的應用範圍限制很多，也較容易受人為影響造成數值偏差（Measurment Discrepency）或連貫性差（Inconsistent Measurements），因此實務操作上需是肉厚足6 mm 、平整面積足42 mm直徑的橡膠、塑料測試標準片才可進行測量。

雖然手持硬度計（Durometer）的技術、原理並不複雜，但是一台好的攜帶式硬度計的組成需要高品質的零件和嚴謹的製程，才能避免測量出現誤差，建議在挑選時就須特別留意。

檯式

由於檯式硬度計多半應用在成品件的測量上，例如O型圈、油封，或各類奇形怪狀又薄又小的橡膠等等，因此以邵式硬度（Shore Hardness）原理製作的檯式硬度計應用廣泛度較為侷限。

然而，隨著材料科技的進步，對於直接用邵式硬度測量法進行微小橡膠成品件測量的需求不斷增加，這時市場上有稱之為微型邵式A和微型邵式D（Micro Shore A and Micro Shore D）的獨門測法，所測出的值能夠有效的比對標準邵式於標準品上的測值。

（二）國際橡膠硬度（IRHD Hardness）

手持式

由於國際橡膠的測試法需要精準的測量時間計算以及兩段式的力值輸出，並不容易在手持的設備上做到如此的精準操作，因此國際橡膠硬度原理測試目前「沒有」手持式硬度計。

檯式

一般國際橡膠硬度（IRHD Hardness）的機台都是以全自動座台式的架構為主流，能夠做到精準的硬度測試，對於較微小、不平整的材質也可測量，能夠補足部分邵式硬度計的侷限處。

而目前市場上能做出高精度的國際橡膠硬度計（IRHD Hardness Tester）多數來自於德國以及日本。

三、正確的硬度計使用方法與您分享

選購完適合的硬度計後，接下來就進入使用的環節了，不少人看著邵氏硬度計使用方法說明書，試著將硬度計校正，但看了半天都無法掌握要領，接下來就讓我們用下列的圖文步驟為您詳細說明正確的硬度計使用方法。

邵氏硬度計使用方法

1.校正邵氏硬度計

2.壓腳貼平測試樣品表面並計時

壓腳是邵氏硬度計下方的一個圓形金屬片，中央的開孔可以讓探針通過，進而測量樣本硬度。

由於使用邵氏硬度計時，需要讓壓腳與樣本表面緊密貼合，才能得到穩定一致的測量結果，因此準備的樣品需要符合下列幾點原則：

• 厚度至少6 mm
• 表面面積需足Ø 24 mm
• 樣本表面保持平整

在測量時也需要依循下列這幾個原則：

• 在距離樣本邊緣至少12 mm處進行測量
• 每個測量的點之間至少距離6 mm
• 在壓腳接觸到樣本表面的瞬間就開始計時，隨著測量時間的延長，硬度數值會有下降的趨勢。

3.下壓探針

硬度計的探針會依據測量方法的不同而有不同的形狀和尺寸，由於測量時探針會頻繁穿透測量樣本而產生磨損，因此是硬度計中的耗損零件，我們將硬度計壓腳與測試樣本貼合後，即可將探針下壓進行測量。 4.判讀數值

在排除第一次測量的結果後，我們即可開始紀錄、判讀每一次測量的數值。

如下圖所示，圓形標示盤內顯示了0-100的硬度單位，以0.025 mm的位移可以對應1個硬度單位，以此類推樣本硬度。

最後，如果希望測量的結果更加準確，可以仰賴測量支架的幫助。

測量支架是一台有助於維持測量一致性與正確性的工具，每次使用支架測量時，必須要確認壓腳與置物台平型貼合，方可適應不同尺寸的樣本，具體操作流程有4個步驟：

1. 轉動鎖桿以鬆開測試平台
2. 旋轉手柄將硬度計降低到測試平台上
3. 前後左右輕輕移動測試平台，直到標示盤顯示數值為100
4. 以3.2mm/s的速度緩慢轉動手柄，降低硬度計

最後，藉由以上的測量，我們可以在測量報告上紀錄以下資訊

• 測試日期
• 測量時間
• 測試次數
• 環境溫度
• 環境溼度
• 測試硬度值
• 硬度計製造商
• 樣品表面溫度
• 產品型號及序列號
• 最後校準日期、校準到期日期

四、硬度試驗機推薦！一台全方面的硬度測試機

市面上硬度機的種類、用途繁多，若是選購時沒有詳細注意，很可能選用到不合適的硬度計，例如想買邵氏硬度計卻買到洛氏硬度試驗機，那就難以精準測量材質的硬度。

因此，若你有使用硬度計的需求，卻不知道如何選購，這邊推薦最具權威的硬度試驗機專家—Bareiss給你。

Bareiss自1954年起在硬度測量的領域上始終保持領先的地位，提供專業的硬度測量器材諮詢，下列的這些核心優勢，能夠讓你在五花八門的商品中找到最合適的硬度計。

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• DAkkS官方校正：博銳自1996年起成為全德國第一家具備Shore／IRHD校正資格的官方校正實驗室。
• 試測服務：我們提供樣品測試，博銳服務據點於上海、台北、北卡萊納州以及德國總部都設有實驗設備。
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