■ 張明柱 段偉飛

〔陜西省機械研究院，陜西咸陽712000〕

新技術在氣流儀上的應用研究

■ 張明柱 段偉飛

〔陜西省機械研究院，陜西咸陽712000〕

棉花纖維細度的研究從20世紀60年代就開始探索、研究測定的方法和方式，目前有稱重法測量和氣流法測量。稱重法是測量棉纖維的細度的好方法，該方法是切取一束定長的一段纖維，稱其重量，計數(shù)其根數(shù)，從而計算出棉纖維細度的平均值。氣流法是通過測試一定管道內(nèi)的棉纖維氣流通過所受的阻力使管道兩端產(chǎn)生壓力來確定其纖維比表面積，從纖維的比表面積與細度的關系，間接地求得細度指標，用馬克隆值表示。馬克隆值，就是一定棉纖維在規(guī)定的條件下的透氣性的量度。而棉纖維的比表面與棉纖維的線密度和成熟度的乘積有關，馬克隆值是棉花成熟度的反映，更能體現(xiàn)棉花的價值，不是簡單的棉纖維粗細反映。是棉纖維重要的內(nèi)在質量指標之一，與棉纖維的使用價值關系密切，是很重要的指標。研究表明馬克隆值與成紗質量和紡紗工藝有關，可為紡織廠配棉提供準確依據(jù)，保證紡紗質量，對提高和穩(wěn)定紗線質量起決定作用。馬克隆值準確測試，可以減少買賣雙方在質量上的糾紛，能有效杜絕以次充好現(xiàn)象，保證棉花優(yōu)質優(yōu)價。馬克隆值的檢測在我國歷來都十分重視，它關系棉花行業(yè)有關各方的利益，對棉花收購、加工、儲運、交易結價意義重大。我國GB1103—1999《棉花細絨棉》已將馬克隆值列為棉花質量考核指標，馬克隆值分為A、B、C三級，B級為標準級。由于A級取值范圍為3.7～4.2，品質最好；B級取值范圍為3.5～3.6和4.3～4.9；C級取值范圍為3.4及以下和5.0及以上，品質最差，因此，提高棉花馬克隆值的檢測精度意義重大。

原有棉花測試馬克隆值的氣流儀研發(fā)于20世紀70年代。受當時科技水平及國情條件的限制，生產(chǎn)的儀器主要為指針式，后來改進為數(shù)字式，幾十年來歷代的氣流儀雖然在采用的機電技術方面不斷地有所改進，但是其基本型式，特別是數(shù)學模型一直未做改進，導致儀器的測試誤差大。究其原因，筆者發(fā)現(xiàn)主要存在幾個方面的問題：分度不科學，非線性問題按線性處理；儀器校準用標準棉校準操作麻煩，計算容易出錯；高、中、低三段校準是否合理；采用調節(jié)氣流、氣壓大小方式，對不同棉樣產(chǎn)生不同影響；以及不同測試手法對測試的影響等。這些問題導致棉花馬克隆測試精度低、誤差大，只有不斷采用先進技術，不斷地研究、實驗，才能解決這些問題，下面就詳細介紹這方面的內(nèi)容。

一、棉纖維馬克隆的特性及測試原理

棉纖維馬克隆值主要采用氣流儀測試。具體測試方法是用氣流儀來測定恒定重量的棉花纖維在被壓成固定體積后的透氣性，并以該刻度數(shù)值表示，數(shù)值越大，表示棉纖維越粗，成熟度越高。它的理論是依據(jù)流體力學中的層流理論和苛仁納公式，層流通過一定管道內(nèi)的棉纖維所產(chǎn)生的阻力大小，來確定其比表面積，從棉纖維的細度與比表面積的關系，間接地求得細度指標。馬克隆值測試儀器根據(jù)基本原理可分為兩大類：一類為定流量測壓差型，另一類為定壓差測流量型。

目前市場上應用的便攜式儀器有兩種：一種是指針式氣流儀，它主要由氣壓天平系統(tǒng)和測量系統(tǒng)，校正塞和調節(jié)閥組成，對儀器只能進行一次校正，不能直接用棉樣校準。使用時，用標準棉樣先測試，測試結果再與標準棉樣上所標的值對比，將其差值在實際測試樣上進行增減，人工計算，測一次比較麻煩，不分高中低，對測試棉樣有一定誤差。另一種是數(shù)字式氣流儀，是十幾年前開發(fā)的175氣流儀，由數(shù)碼管、單片機、氣壓傳感器、平衡缸、稱重傳感器、氣泵組成。雖然達到數(shù)字顯示的要求，但是功能簡單，尤其是校準麻煩，按鍵操作（要把標準棉樣的標準值和儀器的實際測試該標準棉樣的值，用按鍵加1的方式輸入到儀器中），同時還要分高、中、低三個樣，操作相當繁瑣、容易出錯。因傳感器精度低、分辨率差、數(shù)學模型不夠精確，導致儀器誤差大。這些問題隨著新技術應用、進一步研究會很快解決。目前市場已推出觸摸屏式氣流儀解決了這些問題，特別是校準方面，簡單、方便、更加智能化。

二、采用觸摸屏技術使校準簡單方便

根據(jù)國家有關標準和馬克隆值的測試方法和原理，因為馬克隆值對棉纖維細度并沒有給出具體的值，像長度或細度直徑多少微米等，所以儀器校準比較難。國標要求，每天測試前必須對儀器進行校準，原有的儀器校準麻煩，時間長、環(huán)節(jié)多，搞不好容易出錯，在現(xiàn)實使用中不能嚴格按國標測試要求做，導致測試誤差大，影響了馬克隆儀器的權威性。采用觸摸屏技術解決了目前儀器校準繁瑣，容易出錯等問題。該儀器分為兩次校準。

第一次校準就是校正整體的氣壓水平和氣壓傳感器，它是一種粗略調整。儀器在生產(chǎn)過程中選用的電子器件，平衡缸、氣泵、測試筒等機械加工件有一定的離散性導致儀器一致性差，出現(xiàn)偏差。儀器本身就要校正，我們把這種校正叫一次校正，儀器在出廠前已做好，正常使用時不需要。儀器維修后，通過測試，如偏差超出范圍，必須進行校正。

第二次校準就是用國家標準棉樣校準，進行實際測試，用戶在使用前必須校準。目前校準方法是通過國家標準馬克隆棉樣在儀器進行實際測試來校準該儀器。國標規(guī)定對氣流儀校準，需選用高、中、低三個國標馬克隆值棉樣進行測試，通過對標準棉樣高、中、低三個樣實際測試結果與其標準值對比，進行其校準。例如：標準棉樣馬克隆值是4.2，儀器測試為4.0，要調整儀器氣流參數(shù)或電參數(shù)將測試值到4.2即可。

新型氣流儀采用觸摸屏技術解決了這一問題，校準操作簡單。操作畫面如圖1所示，標準樣值輸入框，輸入該樣標準（通過觸摸鍵可增減），實際測試值框，測試結果自動顯示，按“確認鍵”確認，分高、中、低區(qū)，測試值與標準值一目了然、操作方便。

圖1 新型氣流儀操作界面

三、采用電動加壓技術的應用

采用直線電機技術，對試樣筒棉樣平穩(wěn)自動加壓，測試一次完成，減少人為操作帶來的誤差，減輕對密封膠圈的損傷，降低了人的勞動強度，手動操作的儀器要求人手不斷地操作旋塞進行旋轉加壓用力，對手傷害很大，不能進行大量測試。電動加壓重復定位精度高，重復測試一致性好，減少測試手法對測試結果的影響。

四、采用高精度微壓傳感器

采用新型進口高精度微壓傳感器，分辨率提高，使測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，這是壓力差氣流儀關鍵所在。通過大量數(shù)據(jù)試驗，建立了馬克隆值與氣壓的新型關系方程式，測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，同一個樣測試數(shù)據(jù)相差不大于0.06。

五、采用高精度電子天平

采用高精度電子天平，使分辨率達0.01g，精度高、穩(wěn)定性好、校準方便，測試數(shù)據(jù)送入電腦，對標準重量與實時稱的重量的偏差進行補償，對要求標準重量與測試重量的一致性不高，節(jié)約了試樣的稱重時間，達到了快速測試的目的。天平設置有過壓保護，有效保護電子天平不易損壞。

圖2 電子稱校準示意圖

六、存儲技術

利用智能卡進行數(shù)據(jù)存取、將儀器測得的數(shù)據(jù)結果送入計算機，在計算機上進行數(shù)據(jù)分析處理、歸納、存檔非常方便，對系統(tǒng)研究棉花收購質量、加工質量、存儲質量分析提供了依據(jù)和方法。既突破了傳統(tǒng)儀器的應用領域，也可在儀器上應用WIFI技術、手機技術將測試數(shù)據(jù)實時發(fā)送到遠端數(shù)據(jù)平臺上，利用局域網(wǎng)可進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊庸S結算中心，大大提高了工作效率。

綜上所述，新技術的應用提高了儀器的性能，增加了儀器的功能，智能化的控制減少了出錯的幾率，降低了人為因素的影響，使儀器儀表更加完善，服務于社會?！?/p>