CGT-1型原棉杂质智能测试仪的研究与应用

金永生，安少元，王晓辉，郭敬瑶

(1.阿克苏地区检验检测中心，新疆 阿克苏 843000；2.陕西长岭纺织机电科技有限公司，陕西 宝鸡 721013)

0 引言

棉花杂质含量的检测是整个棉花质量检验工作中的一个重要组成部分。目前，国内棉花杂质检验依据的是国家标准GB/T 6499—2012《原棉含杂率试验方法》[1]，该标准以Y101型、YG041型等原棉杂质分析机为数据源，规定了相应的测试规则和数据分析依据。但在实际操作过程中，这类仪器测试效率低、噪声和振动大，长期使用影响操作人员的身心健康。

为了提高棉花杂质含量的检测效率，减少人为干预，满足加工企业、公检行业对杂质测量自动化的迫切需求，陕西长岭纺织机电科技有限公司(简称“长岭纺电”)自主研制出CGT-1型原棉杂质智能测试仪(简称“CGT-1型测试仪”)。该仪器适用于棉花加工企业、公检单位对原棉杂质含量的精确测定，既满足当前棉花杂质检测自动化的要求，又促进原棉加工质量提升，也为棉花交易价格和公平性提供参考。

1 CGT-1型测试仪简介

1.1 组成

CGT-1型测试仪由棉杂主机、纤尘收集装置、电气控制系统和主处理机、电子秤等组成，如图1所示。该测试仪增加了纤尘及杂质收集装置，可实现自动称量；应用联网技术实现测试数据同步上传；利用数据库技术，实现测试数据及测试视频的留样复查；同时能大幅降低整机振动和噪声。

1—主处理机(含键鼠)；2—纤尘收集装置；3—台秤；4—原棉托盘组件；5—主处理机柜；6—打印机；7—显示器；8—喂棉板；9—棉杂主机；10—杂质托盘组件；11—电子天平；12—管箍；13—真空软管。

1.2 工作原理

CGT-1型测试仪利用纤维与杂质的相对密度差异，借助气流的作用，使纤维与杂质分离。原棉在刺辊的作用下得到开松分解，被分解的原棉在除尘刀和流线刀的作用下，使纤维与杂质分离，杂质因为密度较大而落入收杂箱内的电子天平托盘上，称量后数据自动上传到计算机，称量完成后托盘中的杂质被吸入纤尘收集装置中，纤维则随气流运动而附着在尘笼表面，测试完成后纤维经过原棉板落入净棉箱内。

1.3 技术参数

该仪器技术参数：测试时间为5 min(一次样品)；刺辊转速为1200 r/min～1400 r/min；给棉罗拉转速为0.9 r/min～2.2 r/min；电子天平(杂质称量)分度值为0.01 g；台秤(试样称量)分度值为0.1 g；试样质量为(100±1)g；电源电压为AC(220±22)V，频率为50 Hz；设备的功耗为1500 W；气源压力为(0.6±0.1)MPa，空气流量为50 L/min；使用环境温度为10 ℃～30 ℃，相对湿度为45%～75%；噪声小于40 dB(A)。

1.4 指标计算

因CGT-1型测试仪无需人工拣出粗大杂质，故检测应按照GB/T 6499—2012中规定的试验步骤进行操作，而CGT-1型测试仪的试样含杂率计算公式则变为：

(1)

式中：

Z——含杂率/%；

mf——分析出的杂质总质量/g；

ms——试验试样质量/g。

2 验证试验

2.1 试验方案

试验仪器:选用2台CGT-1型测试仪，分别标记为CGT-1-1和CGT-1-2，并放置在不同的实验室、由2名操作员分别进行试验。

试样：重复性与再现性验证使用巴西棉、中国新疆棉和阿根廷棉3种，每种1包，每台仪器要求完成12个单次试验；准确性验证使用河北省纤检局制作的高、中、低3种含杂标准棉样，在CGT-1-1上完成12个单次试验。

2.2 试验标准要求

根据国家标准GB/T 6499—2012中对重复性和再现性的要求，本次试验只测试同包内的样品，所以只选取标准中最有代表性的内容。

2.2.1 重复性

同一实验室样品，在相同条件下(同实验室、同操作者、同仪器和在短时间间隔内)所完成的2个单次试验，含杂率结果之间差值的绝对值，在95%的概率水平下，应小于重复性r1的值：

a) 小于2.5%的低含杂棉样：r1=0.18%；

b) 不小于2.5%的高含杂棉样：r1=0.29%。

对同一实验室样品，在重复值条件下试验的3个试样，当试验结果极差大于0.29%(低含杂)或0.47%(高含杂)则应增试1次，并用格拉布斯法对试验结果进行异常值检验，以剔除异常值后所有结果的算术平均值作为最终试验结果。

2.2.2 再现性

同一实验室样品，在不同条件下(不同实验室、不同操作者、不同仪器)各完成1个单次试验，在95%的概率水平下，所得含杂率结果之间差值的绝对值应小于再现值R1。其中，小于2.5%的低含杂棉样的R1=0.44%。

2.2.3 准确性

使用高(代号为H)、中(代号为M)、低(代号为L)3种标准棉样进行测试，测试数据与标准样品值进行对比的误差，应符合表1。

表1 标准样品及测试数据的误差 单位：%

2.3 试样选取与标记

每种棉花样品每次取样600 g，按照四分法进行混棉[2]，混棉后分割成4份，每次测4个试样，并保留2个试样备用。

标准样品直接取样进行测试，标准样品名称按照其代号H，M，L进行标记，每次测试样品为100 g。

2.4 测试结果

CGT-1型测试仪除需要人工开松和喂棉外，杂质分离、杂质收集称量、计算结果均可自动完成。3种需检测的棉花样品分别在同一包内取样后的含杂率测试数据，见表2；3种标准样品在CGT-1-1上的含杂率测试结果，见表3。

表2 3种试验棉样含杂率测试值

表3 标准样品含杂率测试值

3 结果分析

根据重复性要求，可由表2的同一仪器测试相同棉样的含杂率，计算出相邻的单次试样之间含杂率差值的绝对值K1：

K1=|第n次含杂率-第n+1次含杂率|

(2)

注意：K1为同一仪器下单次试样之间含杂率差值的绝对值，n为测试次数(n=1,2，…，12)。计算表2含杂率差值的绝对值，见表4。

表4 试验棉样单次之间含杂率差值的绝对值 单位：%

当表2中巴西棉含杂率测试值在2.5%以下时，表4中CGT-1-1测试仪的第1组值、CGT-1-2测试仪的第2组值均不符合国家标准要求；而表2中阿根廷棉含杂率测试值在2.5%以上时，表4中的测试值均符合国家标准要求。

将中国新疆棉含杂率结果按照2次平均值计算，判断其含杂率是否小于2.5%，以判断结果是否满足国家标准要求。根据表2计算出中国新疆棉2单次试样之间的平均值和含杂率差值绝对值，如表5所示。

表5 新疆棉单次之间平均值和含杂率差值的绝对值 单位：%

根据表5计算结果，得出中国新疆棉试样中CGT-1-2测试仪的第1组值不符合要求。虽然试验中出现了不符合要求的数据，但是根据重复性测试标准，在极差大的情况下可以增加1次试样测试，利用极差可以剔除1个异常数据，所以又对测试前预留的备用试样进行增测，增测后的数据完全满足国家标准要求。

根据国家标准对再现性的要求，可由表2不同仪器测试相同棉样含杂率的测试值，计算出相同序号下单次试样之间含杂率差值的绝对值K2：

K2=|第1台仪器第n次含杂率-

第2台仪器第n次含杂率|

(3)

注意：K2为不同仪器下单次试样之间含杂率差值的绝对值，n为测试次数(n=1,2，…，12)。计算表2中的CGT-1-1和CGT-1-2之间的含杂率差值的绝对值，见表6。

表6 不同仪器试样棉单次之间含杂率差值的绝对值

由于国家标准中再现性只规定了含杂率小于2.5%时，含杂率差值的绝对值小于0.44%，而不小于2.5%的则未做相关要求；表2中巴西棉含杂率小于2.5%，所以表6中的结果满足再现性要求。

准确性结果可以根据标准棉样上标定的不确定度，衡量测试结果是否满足要求。根据CGT-1型测试仪测试的12次标准样的平均值，计算出表3所示的标准样品含杂率的最终测试值，可以验证测试数据在国家标准要求范围内。

需要说明的是，由于含杂率测试标准规定在出现极差大的情况下可以增测1次，这就容忍了测试过程中出现的一些偶发状况。表2的数据是在未增测情况下完成的，所以出现了部分数据超差，而数据超差的主要来源是棉杂分离过程中掉落在杂质收集系统上的分离纤维，影响了测试结果的准确性；所以在原棉测试前需要人工把原棉开松的越薄越好，这样有利于甩出杂质而吸走纤维。

4 结语

CGT-1型测试仪实现了原棉杂质测试过程中的自动化，提高了测试效率，测试数据的重复性和再现性满足国家标准要求，测试结果平均值也满足准确性要求。但是，由于每个人在测试中开松原棉程度有差异，会导致杂质分离过程中偶尔落下游离纤维，而影响杂质的实际质量[3]；如何避免人员操作差异，确保数据准确性，需要从原棉开松端去解决。

未来，CGT-1型原棉杂质智能测试仪需要开发自动开松原棉和自动喂棉系统，以进一步去除测试过程中人为因素所致的差异影响，保证测试仪器在棉检行业的公平公正性，提高自动化原棉杂质仪在含杂率检测中的应用。