微波法测试籽棉回潮率研究及应用

院志霞

摘要：

本文介绍了籽棉收购过程重量结算中采用原有皮棉回潮率测试扣重的不确定性，對目前现有几种回潮率测试方法以及针对籽棉回潮率测试采用微波法进行试验及研究，通过微波法建立微波衰减和籽棉整体回潮的对应关系，为籽棉回潮率验收提供了一种新的方法。

关键词：籽棉；回潮率；微波法

1 引言

籽棉在收购过程中需要检验颜色级、回潮率、含杂率、衣分、纤维长度、马克隆值等，其中回潮率和含杂率是和收购重量息息相关的数据。GB 1103.1—2012棉花中规定籽棉收购中采用抽样试轧成皮棉后进行回潮率确定，按照标准回潮率8.5%实行扣补。

目前回潮率测试方法有直接法和间接法，直接法主要是将物品中的水分剥离通过计算水分和干重的百分比计算回潮率。直接法中干燥棉花的方法有烘箱法、红外线干燥法、微波加热干燥法、吸湿剂干燥法、真空干燥法等。对于棉花纤维类产品，一般采取烘箱法。

间接法利用纤维的某些特性，在不同回潮之间所表现出的不同数值，通过标定特定数值和棉花回潮率之间关系建立关系，就可以得到回潮率测量。间接法主要采用电学测湿法，如电阻式测湿仪、电容式测湿仪、微波测湿法和红外测湿法等。

2 籽棉回潮率分析

籽棉中的水分分为皮棉中所含水分、棉籽中所含水分、杂质中所含水分，因此，籽棉的回潮率应该为：

W——回潮率，在标准状态下，水分与干重之比，%；H1——籽棉中皮棉的水分质量，g；H2——籽棉中棉籽的水分质量，g；H3——籽棉中杂质的水分质量，g；M——籽棉干燥重量，g。

由以上公式可见，只有在H2、H3一定的情况下，才可采用将皮棉回潮作为籽棉回潮结算的依据。我国棉花主产地在新疆，由于受人工成本以及采摘效率的影响，近几年来机采棉数量大增，有的地方已经超过80%的棉花采用机采，由于采摘时间不同，棉籽的成熟度以及含杂率不一致，所含水分也不同，因此，仅测试籽棉中皮棉的回潮率进行重量结算是不科学的。

3 试验方案及结果分析

3.1 试验方案

经过对目前市场几种设备及方案的了解，本研究主要采用微波法进行测试，通过分析，主要采取测试方案如表1。

方案1：参照微波法棉包回潮率测试方案，将籽棉测试前进行一定的预压，使其保持一定的密度，同时对车厢进行改造，使微波发射和接收得以顺利完成。经过计算，需要的微波功率超过2000dB，由于是开放式测试，超出了微波民用范围。因此该方案不可行。

方案2：参照GB 1103.1—2012《 棉花 第1部分：锯齿加工细绒棉》，籽棉在检测过程中一般取样为1.5kg～10kg，需要按照前中后、上中线分别取样5kg，根据经验，采取4.67kg/dm2进行压缩，微波功率采用棉包回潮率所用20db，测试过程监测环境温度，缺点是需称重，优点是可能会测试准确。

方案3：同方案2，取样后测试前进行称重，根据重量确定压缩量，采用同密度测量，该方案优点是重量要求不严，但同样需要称重。

方案4：同方案2，取样后设定固定容器，将容器装满后设备自动称量，按照重量确定压缩位置，保证籽棉密度和方案3保持一致，之后进行微波扫描，建模分析。

通过对以上4种方案进行分析，其中方案1需要对车辆进行改造，同时通过计算所采用的微波功率过大，本次试验放弃，对后面3种方案设计相关的试验设备，开展相关试验。

3.2 试验过程

试验在新疆生产建设兵团第一师十二团加工厂进行，从2016年5月开始，到2016年12月完成，根据试验需求，阿拉尔纤维检验所联合西安工程大学、西安阿尔特测控技术有限公司进行了针对三种方案测试设备的专项设计，并制造出符合试验方案的3种设备（见图1～图3）进行试验。

方案2采用定压力的方式测试籽棉回潮，用同一堆均衡过的机采棉160kg棉样，平均分成80份，每份5kg，其中温度按照-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃进行保温，之后按照预定的压力（70kg/15dm2）压缩后采用微波天线扫描，记录微波校准值、测试值、棉样温度、压缩压力、烘箱结果，观察微波衰减和回潮率之间的对应关系。

由方案2的测试结果可知，由于棉花的疏松特性以及在不同回潮率下压缩力量不同，采用固定压力方案在不同回潮情况下，压缩体积差异较大，试验中微波衰减率差异较小，不能建立回潮率和微波衰减值对应关系，试验失败。

方案3采用定密度、定重量要求，温度采用环境温度进行计算，试验记录棉样重量、环境温度、设备校准值、测试值、按照回归法建立计算模型，检查微波法衰减在各种情况下和籽棉总体回潮的对应关系。试验结果见表2。

由表2结果分析，方案3采用定重量和定密度后，试验数据稳定，通过西安工程大学建立数学模型计算，籽棉回潮率测试结果和烘箱法试验结果对比，误差基本在1%以内，满足籽棉回潮率使用的测试要求，但由于需要每次对棉样进行称重，之后将棉样放在检测压缩舱内，测试效率较低。

方案4采用放宽棉样重量，保证每种棉样的压缩密度一致，采用环境温度进行试验计算，记录棉样重量、设备校准值、微波测试值、烘箱回潮率，按照回归法计算微波法测试籽棉回潮和实际回潮的差距。试验结果见表3。

由表3结果分析，方案4采用定棉样体积，不定重量，设备自动称重，根据重量确定压缩距离，保持棉样密度，由于不需要精确称重，检测效率较高，检查试验测试结果和烘箱对比结果，数据基本满足回潮率误差在1%的范围内。满足籽棉回潮率测试要求。

4 结论

通过以上试验过程以及试验结果得出以下几点结论：

（1）微波法检测需要单位重量棉样的密度一致；

（2）籽棉检测压缩后最小体积宽度不得小于微波扫描天线宽度；

（3）环境温度对检测结果有一定影响，需要温度参与运算；

（4）整车检测需要整车取样才能保证测试具有代表性；

（5）微波功率需要调节稳定在一定的范围内；

（6）籽棉总体回潮率和微波衰减率具有对应关系；

（7）籽棉总皮棉回潮率和籽棉总体回潮率没有特定关系。

微波法测量籽棉回潮率的研究试验成功，可以满足籽棉在收购过程中回潮率测定要求。对籽棉收购结算具有一定的指导意义，完善了原有国家标准中采用样品试轧成皮棉后测试回潮率扣重的不确定因素，尤其对机采棉的籽棉回潮率测定意义重大。

（作者单位：阿拉尔纤维检验所）endprint