新技术在气流仪上的应用研究

■ 张明柱 段伟飞

〔陕西省机械研究院，陕西咸阳712000〕

新技术在气流仪上的应用研究

■ 张明柱 段伟飞

〔陕西省机械研究院，陕西咸阳712000〕

棉花纤维细度的研究从20世纪60年代就开始探索、研究测定的方法和方式，目前有称重法测量和气流法测量。称重法是测量棉纤维的细度的好方法，该方法是切取一束定长的一段纤维，称其重量，计数其根数，从而计算出棉纤维细度的平均值。气流法是通过测试一定管道内的棉纤维气流通过所受的阻力使管道两端产生压力来确定其纤维比表面积，从纤维的比表面积与细度的关系，间接地求得细度指标，用马克隆值表示。马克隆值，就是一定棉纤维在规定的条件下的透气性的量度。而棉纤维的比表面与棉纤维的线密度和成熟度的乘积有关，马克隆值是棉花成熟度的反映，更能体现棉花的价值，不是简单的棉纤维粗细反映。是棉纤维重要的内在质量指标之一，与棉纤维的使用价值关系密切，是很重要的指标。研究表明马克隆值与成纱质量和纺纱工艺有关，可为纺织厂配棉提供准确依据，保证纺纱质量，对提高和稳定纱线质量起决定作用。马克隆值准确测试，可以减少买卖双方在质量上的纠纷，能有效杜绝以次充好现象，保证棉花优质优价。马克隆值的检测在我国历来都十分重视，它关系棉花行业有关各方的利益，对棉花收购、加工、储运、交易结价意义重大。我国GB1103—1999《棉花细绒棉》已将马克隆值列为棉花质量考核指标，马克隆值分为A、B、C三级，B级为标准级。由于A级取值范围为3.7～4.2，品质最好；B级取值范围为3.5～3.6和4.3～4.9；C级取值范围为3.4及以下和5.0及以上，品质最差，因此，提高棉花马克隆值的检测精度意义重大。

原有棉花测试马克隆值的气流仪研发于20世纪70年代。受当时科技水平及国情条件的限制，生产的仪器主要为指针式，后来改进为数字式，几十年来历代的气流仪虽然在采用的机电技术方面不断地有所改进，但是其基本型式，特别是数学模型一直未做改进，导致仪器的测试误差大。究其原因，笔者发现主要存在几个方面的问题：分度不科学，非线性问题按线性处理；仪器校准用标准棉校准操作麻烦，计算容易出错；高、中、低三段校准是否合理；采用调节气流、气压大小方式，对不同棉样产生不同影响；以及不同测试手法对测试的影响等。这些问题导致棉花马克隆测试精度低、误差大，只有不断采用先进技术，不断地研究、实验，才能解决这些问题，下面就详细介绍这方面的内容。

一、棉纤维马克隆的特性及测试原理

棉纤维马克隆值主要采用气流仪测试。具体测试方法是用气流仪来测定恒定重量的棉花纤维在被压成固定体积后的透气性，并以该刻度数值表示，数值越大，表示棉纤维越粗，成熟度越高。它的理论是依据流体力学中的层流理论和苛仁纳公式，层流通过一定管道内的棉纤维所产生的阻力大小，来确定其比表面积，从棉纤维的细度与比表面积的关系，间接地求得细度指标。马克隆值测试仪器根据基本原理可分为两大类：一类为定流量测压差型，另一类为定压差测流量型。

目前市场上应用的便携式仪器有两种：一种是指针式气流仪，它主要由气压天平系统和测量系统，校正塞和调节阀组成，对仪器只能进行一次校正，不能直接用棉样校准。使用时，用标准棉样先测试，测试结果再与标准棉样上所标的值对比，将其差值在实际测试样上进行增减，人工计算，测一次比较麻烦，不分高中低，对测试棉样有一定误差。另一种是数字式气流仪，是十几年前开发的175气流仪，由数码管、单片机、气压传感器、平衡缸、称重传感器、气泵组成。虽然达到数字显示的要求，但是功能简单，尤其是校准麻烦，按键操作（要把标准棉样的标准值和仪器的实际测试该标准棉样的值，用按键加1的方式输入到仪器中），同时还要分高、中、低三个样，操作相当繁琐、容易出错。因传感器精度低、分辨率差、数学模型不够精确，导致仪器误差大。这些问题随着新技术应用、进一步研究会很快解决。目前市场已推出触摸屏式气流仪解决了这些问题，特别是校准方面，简单、方便、更加智能化。

二、采用触摸屏技术使校准简单方便

根据国家有关标准和马克隆值的测试方法和原理，因为马克隆值对棉纤维细度并没有给出具体的值，像长度或细度直径多少微米等，所以仪器校准比较难。国标要求，每天测试前必须对仪器进行校准，原有的仪器校准麻烦，时间长、环节多，搞不好容易出错，在现实使用中不能严格按国标测试要求做，导致测试误差大，影响了马克隆仪器的权威性。采用触摸屏技术解决了目前仪器校准繁琐，容易出错等问题。该仪器分为两次校准。

第一次校准就是校正整体的气压水平和气压传感器，它是一种粗略调整。仪器在生产过程中选用的电子器件，平衡缸、气泵、测试筒等机械加工件有一定的离散性导致仪器一致性差，出现偏差。仪器本身就要校正，我们把这种校正叫一次校正，仪器在出厂前已做好，正常使用时不需要。仪器维修后，通过测试，如偏差超出范围，必须进行校正。

第二次校准就是用国家标准棉样校准，进行实际测试，用户在使用前必须校准。目前校准方法是通过国家标准马克隆棉样在仪器进行实际测试来校准该仪器。国标规定对气流仪校准，需选用高、中、低三个国标马克隆值棉样进行测试，通过对标准棉样高、中、低三个样实际测试结果与其标准值对比，进行其校准。例如：标准棉样马克隆值是4.2，仪器测试为4.0，要调整仪器气流参数或电参数将测试值到4.2即可。

新型气流仪采用触摸屏技术解决了这一问题，校准操作简单。操作画面如图1所示，标准样值输入框，输入该样标准（通过触摸键可增减），实际测试值框，测试结果自动显示，按“确认键”确认，分高、中、低区，测试值与标准值一目了然、操作方便。

图1 新型气流仪操作界面

三、采用电动加压技术的应用

采用直线电机技术，对试样筒棉样平稳自动加压，测试一次完成，减少人为操作带来的误差，减轻对密封胶圈的损伤，降低了人的劳动强度，手动操作的仪器要求人手不断地操作旋塞进行旋转加压用力，对手伤害很大，不能进行大量测试。电动加压重复定位精度高，重复测试一致性好，减少测试手法对测试结果的影响。

四、采用高精度微压传感器

采用新型进口高精度微压传感器，分辨率提高，使测试数据稳定可靠，这是压力差气流仪关键所在。通过大量数据试验，建立了马克隆值与气压的新型关系方程式，测试数据稳定可靠，同一个样测试数据相差不大于0.06。

五、采用高精度电子天平

采用高精度电子天平，使分辨率达0.01g，精度高、稳定性好、校准方便，测试数据送入电脑，对标准重量与实时称的重量的偏差进行补偿，对要求标准重量与测试重量的一致性不高，节约了试样的称重时间，达到了快速测试的目的。天平设置有过压保护，有效保护电子天平不易损坏。

图2 电子称校准示意图

六、存储技术

利用智能卡进行数据存取、将仪器测得的数据结果送入计算机，在计算机上进行数据分析处理、归纳、存档非常方便，对系统研究棉花收购质量、加工质量、存储质量分析提供了依据和方法。既突破了传统仪器的应用领域，也可在仪器上应用WIFI技术、手机技术将测试数据实时发送到远端数据平台上，利用局域网可进行数据传输到加工厂结算中心，大大提高了工作效率。

综上所述，新技术的应用提高了仪器的性能，增加了仪器的功能，智能化的控制减少了出错的几率，降低了人为因素的影响，使仪器仪表更加完善，服务于社会。☆