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        織物透濕性能測(cè)試儀計(jì)量特性影響分析

        2018-12-14 08:03:14鄧力生
        中國(guó)纖檢 2018年12期
        關(guān)鍵詞:溫濕度濕度分量

        文/鄧力生

        (作者單位:福建省纖維檢驗(yàn)局)

        1 引言

        透濕性能測(cè)試儀(以下簡(jiǎn)稱透濕儀)用于紡織品透濕性能測(cè)試,主要由恒溫恒濕試驗(yàn)箱、旋轉(zhuǎn)試樣架及透濕杯組成。使用部門(mén)提出透濕儀申購(gòu)需求時(shí),是根據(jù)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中描述的儀器計(jì)量特性,通常不夠嚴(yán)謹(jǐn),指標(biāo)也比較粗放,其指標(biāo)的偏離對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果影響量多大,并無(wú)深入分析,導(dǎo)致驗(yàn)收合格透濕儀投入使用后檢驗(yàn)結(jié)果誤差大。要進(jìn)一步研究設(shè)備各項(xiàng)計(jì)量特性對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果影響,才能提出適用的具體計(jì)量特性指標(biāo),做到保證檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確情況下經(jīng)濟(jì)合理選擇儀器。

        在織物透濕性能檢驗(yàn)項(xiàng)目比對(duì)中,不僅檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)之間比對(duì)結(jié)果離散性大,甚至同一人員在同一時(shí)間同一地點(diǎn)的同型號(hào)兩臺(tái)儀器上的比對(duì),仍存在檢驗(yàn)結(jié)果差異大的情況發(fā)生,分析原因,往往問(wèn)題出在儀器上,即忽略了透濕儀計(jì)量結(jié)果的深入分析及精準(zhǔn)應(yīng)用。透濕儀的主要計(jì)量特性有:溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、透濕杯有效直徑。以下,結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)[1-2]的試驗(yàn)條件為例,分別分析透濕儀各項(xiàng)計(jì)量特性指標(biāo)的偏離對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果影響。

        2 透濕杯有效直徑影響

        不做空白試驗(yàn),試樣透濕率按式(1)計(jì)算,試驗(yàn)結(jié)果以三塊的平均值表示[1]。

        式中:WVT——透濕率, g/(m2·h);Δm——同一試驗(yàn)組合體兩次稱量之差,g;A——有效試驗(yàn)面積,m2;D——杯口內(nèi)直徑,m;t——試驗(yàn)時(shí)間,h。

        為便于分析,排除檢驗(yàn)員操作上引起的不確定度影響及樣品不均勻、溫濕度誤差及稱重影響,即不考慮Δm導(dǎo)致的不確定度分量影響,我們僅考慮由面積A及試驗(yàn)時(shí)間t兩個(gè)計(jì)量特性導(dǎo)致的不確定度分量影響,并保證這兩個(gè)計(jì)量特性合成相對(duì)不確定度分量小于1%,來(lái)反推求得計(jì)量特性的具體指標(biāo)允差。根據(jù)不確定度傳播律,式(1)轉(zhuǎn)化為相對(duì)不確定分量形式來(lái)分析比較便捷:

        按urel(WVT )≤1%來(lái)分析直徑D及時(shí)間t校準(zhǔn)允差。

        試驗(yàn)時(shí)間t按檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是1h,按目前成熟的工業(yè)制造技術(shù),透濕儀計(jì)時(shí)器示值允差達(dá)到±2s不成問(wèn)題,設(shè)其不確定分量按平均分布,則

        杯口內(nèi)直徑D標(biāo)稱值為60mm,如果其尺寸允差按±1mm制作,不確定度分量按平均分布,則

        代入式(2)計(jì)算,urel(WVT)=1.9%,超出1%要求,故直徑計(jì)量特性按(60±1)mm是不合適的,且直徑誤差是合成不確定度分量的主要來(lái)源,必須減少該分量。按允差±0.5mm計(jì)算, urel(WVT)=0.97% ,正好滿足1%的預(yù)定要求,考慮到透濕杯制作加工工藝水平及常年使用過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一定的形變、污漬或磨損,故杯口直徑允差按±0.3mm,足以保證長(zhǎng)期使用過(guò)程對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果影響的不確定貢獻(xiàn)小于1%。

        3 溫濕度影響

        試樣透濕度按式(3)計(jì)算[1]

        式中:WVP——透濕度,g/(m2·Pa·h);Δp——試樣兩側(cè)的水蒸氣壓差,Pa;pCB——在試驗(yàn)溫度下的飽和水蒸氣壓力,Pa;R1——試驗(yàn)箱的相對(duì)濕度,%;R2——透濕杯內(nèi)相對(duì)濕度,%;ΔR——透濕杯內(nèi)外相對(duì)濕度差,%。

        忽略其他因素影響,只考慮溫度影響量pCB及相對(duì)濕度影響量ΔR,根據(jù)不確定度傳播律,轉(zhuǎn)化為相對(duì)不確定分量分析:

        這里,在透濕儀檢驗(yàn)要求的溫度和濕度下,儀器實(shí)際值存在偏差,列出試驗(yàn)人員不考慮儀器偏差導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的相對(duì)誤差表,分別見(jiàn)表1及表2。

        表1 濕度偏差與相對(duì)誤差

        由表1發(fā)現(xiàn),蒸發(fā)法A中,由于標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件的濕度差50%RH比吸濕法條件90%RH小,濕度偏差的影響量更大。

        由表1與表2對(duì)比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),透濕儀溫濕度數(shù)值對(duì)試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的貢獻(xiàn)是相當(dāng)大的,尤其是溫度,溫度偏離1℃造成的相對(duì)誤差影響要大于濕度偏離2%RH的影響。如果檢驗(yàn)人員按試驗(yàn)設(shè)定值而不是按透濕儀溫濕度計(jì)量結(jié)果實(shí)際值計(jì)算,結(jié)果會(huì)有較大偏差。假設(shè)透濕儀溫濕度為40℃/52%RH,溫度偏差+2℃,濕度偏差+2%RH,雖然指標(biāo)滿足檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求,但溫度偏差引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量達(dá)11.30%,濕度偏差引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為4.00%,按式(4)計(jì)算出合成不確定度分量 urel(WVP)=12% ,這僅是溫濕度偏差導(dǎo)致的透濕度相對(duì)不確定度分量理論值,再綜合考慮其他人工操作、天平稱重等各種標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量影響,最終檢驗(yàn)結(jié)果的不確定度更大。所以要提高檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度,需從各方面加以改進(jìn),對(duì)透濕儀,提高溫濕度準(zhǔn)確度,降低這12%影響是有意義的??紤]目前絕大多數(shù)廠家的技術(shù)水平,再進(jìn)一步提高溫濕度準(zhǔn)確度不僅難度大,制造成本也急劇提高,故將透濕儀的溫濕度計(jì)量特性指標(biāo)定在±0.5℃/±2%RH。以38.5℃/52%RH為例計(jì)算, urel(WVP)=4.8% ,在尚可接受范圍。所以,透濕儀溫濕度必須定期校準(zhǔn),發(fā)現(xiàn)超差必須修正后才能使用。

        表2 溫度偏差與相對(duì)誤差

        4 風(fēng)速影響

        透濕儀的風(fēng)速大小直接影響到試驗(yàn)數(shù)據(jù),風(fēng)速大增加了水的蒸發(fā)量。不同種類的織物,風(fēng)速大小對(duì)其影響的程度不同。標(biāo)準(zhǔn)給出試驗(yàn)條件是氣流速度(0.3~0.5)m/s,文獻(xiàn)指出[3],在風(fēng)速1m/s內(nèi)試驗(yàn),風(fēng)速每升高0.2m/s,織物透濕率的試驗(yàn)結(jié)果平均值升高了(1.8~4.6)%,原透濕率大的增加值也大,無(wú)試樣的空白試驗(yàn)增加值達(dá)7.8%。透濕儀內(nèi)氣流分布非常復(fù)雜,存在湍流,各空間幾何位置點(diǎn)流速差異大,總體是離入風(fēng)口近端的位置氣流流速大,遠(yuǎn)端流速低,即使是固定點(diǎn)也測(cè)不出穩(wěn)定的氣流流速,好在試驗(yàn)過(guò)程試樣架不停勻速旋轉(zhuǎn),使得試樣架上各透濕杯所受氣流影響基本一致,給均衡了。溫度濕度存在的少許不均勻,也是通過(guò)勻速旋轉(zhuǎn)給均衡了。校準(zhǔn)或核查時(shí)須旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下測(cè)量,不用太糾結(jié)瞬間流速,應(yīng)以較長(zhǎng)時(shí)間段的平均值為準(zhǔn),當(dāng)平均氣流速度達(dá)(0.4±0.1)m/s時(shí),固定透濕儀風(fēng)速調(diào)整裝置并做好標(biāo)記。

        5 結(jié)語(yǔ)

        儀器設(shè)備申購(gòu)前,須有計(jì)量參數(shù)對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果影響量的評(píng)估,投入使用的儀器設(shè)備須定期校準(zhǔn),且校準(zhǔn)證書(shū)的校準(zhǔn)結(jié)果須正確加以應(yīng)用,這些是保障檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確的基礎(chǔ)。以上對(duì)結(jié)果影響量分析表明,透濕杯口徑偏差1mm影響占比1.9%。在透濕度檢驗(yàn)中,溫度偏差2℃影響占比11.3%,濕度偏差2%RH影響占比4.0%,風(fēng)速偏差0.2m/s根據(jù)不同試樣影響占比在(1.8~4.6)%之間,溫度偏差影響占比最大,卻往往容易給忽視。建議透濕儀的計(jì)量,因透濕杯有效直徑使用中變化不大,首次校準(zhǔn)即可,后續(xù)定期校準(zhǔn)溫度、濕度、氣流流速這3個(gè)計(jì)量參數(shù)。如果校準(zhǔn)結(jié)果無(wú)法滿足透濕儀溫度誤差±0.5℃、濕度誤差±2%RH、氣流速度符合(0.3~0.5)m/s,透濕儀必須根據(jù)校準(zhǔn)結(jié)果校正或調(diào)修后使用。

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