CN101403672A - 一种用于纺织品水分含量快速检测的测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于纺织品(纤维集合体、纱线、织物及膜)水分含量快速检测的测量方法及装置。其方法通过向盛样筒一端输入热空气，加速水分蒸发；向盛样筒另一端输出热空气，迅速排出水分；通过称量盛样筒质量，测量纺织品的水分含量。实现该方法的装置由调节空气流量的滑门，加热空气的电磁炉，控制空气流速的风扇，与力传感器相连的盛样筒，驱动排气系统的电磁驱动机构及箱体，信号采集和输入系统、机构驱动控制模块、程序软件和计算机组成。其特点是测量为纺织品水分含量的快速测量，且结构简单、机构精巧、测量简便、快速。
Description
技术领域
本发明属于纺织精密计量仪器技术领域，涉及包括纺织中纤维集合体、纱线、织物和膜水分含量的测量方法与装置。
背景技术
纺织品水分含量会影响其有效重量、性能与形态，因此，对纺织品水分含量的研究极为重要。而有效研究纺织品水分含量的方法为实施客观、精准的仪器测量与表征。
目前，纺织品水分含量的测量方法可分为失重快速检测和快速无损检测。前者亦为直接测量法，即直接获取纺织品中水分重量的测量方法，其原理是分别称取实际重量和驱除水分后的重量求得含水量。根据驱除材料中水分方法的不同，可分为以下几种测试方法。烘箱干燥法：通过电热丝加热使水分快速蒸发而不使纤维分解挥发这一原则加以规定的。烘箱法在湿空气排出时补入箱内的空气不是干燥的，故箱内空气的相对湿度偏高，纤维有水分保留。尤其对高吸湿性纤维来说，有较多水分残余。且由于其称量方法导致测量不准，有10％以上的误差，必须采取其它或箱内极低相对湿度的方法。红外线干燥法：利用红外辐照驱除水分，由于红外辐射的能量高，穿透力一般，对纤维材料表面能在短时间内达到很高的温度，但温度无法控制，照射能量分布不匀，测量结果也难以稳定，照射时间太长又会使纤维烘焦变质。高频加热干燥法：利用高频交变电场使水分子极化并反复翻转运动生热而被干燥。但温度无法监控，而且试样要求高，其中不能含有高浓度的无机盐或夹有金属等物质。上述三种方法在烘干水分时，由于对温度难以控制，而高温会挥发掉纤维中的其他物质如油脂等，导致测量结果偏差。但烘箱法结果较稳定，准确性尚可，虽费时、耗能，但仍是目前常用的测量方法。要提高烘箱法的测量精度，故需要对其烘干方法和测量方法进行改进，实现高精度测量。另外，直接测量方法还包括真空干燥法，即将盛有试样的密闭容器抽成真空进行水分挥发干燥，并配以加热，提高烘燥速率。这种方法温度较低或室温，干燥较快，且均匀，适应性强；吸湿剂干燥法，即将纺织品与强吸湿剂放在同一密闭的容器内，利用吸湿剂吸收容器内空气中的水分。干燥剂法虽然精确，但成本高、费时长，一般用于实验研究测量中。也可用干热氮气以一定速度流经试样，以带走试样中的水分，对少量试样，该方法测量效果精确，且效率高。
纺织品水分含量的无损检测方法，即为间接测试法，是利用纺织品中水分含量与其物理性质相关原理来预测含水量。这类方法测量迅速、不损伤纤维，可在线测量，有电阻测湿法：利用在不同的含水量下具有不同的电阻值来进行测定，该法装置简单，但易受试样数量、松紧程度、温度、电压及杂志影响，结果稳定性差。电容式测湿法：利用在不同的含水量下电容极板间电容量不同来进行测定，电容式测湿仪的结构比电阻式测湿仪复杂，稳定性也稍差。微波吸收法和红外光谱法：利用纺织品和水对光波吸收或衰减程度不同的原理，测量光波通过纺织品后的衰减量，来表达含水量。采用无损检测方法，虽不损害试样，并可实现在线、快速测量，但由于是基于统计分析方法，并以烘箱方法结果为依据进行标定而得，故结果有偏差，且干扰因素较多，结果的稳定性和准确性受到影响。
基于上述分析，故要对纺织品实施简便、客观、快速，尤其是精准、稳定的水分含量测量，应采用烘箱法测量，通过改进其烘燥原理和称量方式，采用热气流烘燥，进行小试样的稳定、快速、客观、高重现性和高精度的含水量测量。
发明内容
本发明是在于发明一种用于纺织品水分含量快速检测的测量方法及装置，可对纺织品(包括纤维集合体、纱线、织物和膜)的水分含量进行快速、客观测量。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于纺织品水分含量快速检测的测量装置，包括箱体(1)、滑门系统(2)、抽气系统(3)、排气系统(4)、盛样筒(5)、称量系统(6)以及相应的信号采集系统和机构驱动控制系统组成。
箱体(1)为钢制材料。包括内、外两层，层间可填充保温隔热材料。可用于固接滑门系统(2)、抽气系统(3)、排气系统(4)和称量系统(6)。
滑门系统(2)包括滑块(21)、手柄(22)、对称螺杆(23)、固定板(24)、滑板(25)、橡胶块(26)、通风孔(27)。橡胶块(26)粘附于滑板(25)表面上，滑板(25)与滑块(21)固定连接，滑块(21)套接于对称螺杆(23)上，手柄(22)和对称螺杆(23)均固定于固定板(24)上，固定板(24)固装于箱体(1)上。通过调节滑板(25)可调节进风空气面积，可调为0～900cm2。
抽气系统(3)包括空心圆管(31)、电磁炉(32)、电机(33)、风扇(34)、支撑杆(35)。空心圆管(31)焊接于箱体(1)上，电磁炉(32)和电机(33)及风扇(34)固装于空心圆管(31)内壁上，支撑杆(35)固定于箱体内并支撑空心圆管(31)。通过风扇(34)调节空心圆管(31)内空气流速，可调风速为0～10m/s；通过电磁炉(32)加热空气，温度可调为40℃～180℃；通过支撑杆(35)维持空心圆管(31)水平状态。
排气系统(4)包括空心圆管(41)、风扇(42)、电机(43)、橡胶(44)、支撑杆(45)、继电器(46)、电磁铁(47)、手柄(48)和支点(49)，空心圆管(41)分成两段，中间由耐高温橡胶(44)连接。空心圆管(41)焊接于箱体(1)上，电机(43)和风扇(42)均固装于空心圆管(41)内壁上，支撑杆(45)固定于箱体(1)内并支撑空心圆管(41)，手柄(48)可绕支点(49)转动并驱动空心圆管(41)水平移动。排气系统(4)通过风扇(42)调节空心圆管(41)内空气流速，可调风速为0～10m/s；通过电磁铁(47)和继电器(46)可实施空心圆管水平(41)往复移动，频率为0～5次/秒；通过支撑杆(45)维持空心圆管(41)水平状态。
盛样筒(5)包括盛样盖(51)和盛样杯(52)，盛样盖(51)和盛样杯(52)耦合，并分别与抽气系统(3)的空心圆管(31)孔径耦合和与排气系统(4)的空心圆管(41)孔径耦合。
盛样盖(51)为金属网眼盖，盛样杯为轻质铝金属。
盛样盖底部均为微孔。
称量系统(6)包括固定块(61)、力传感器(62)和挂钩(63)组成，固定块(61)焊接在箱体(1)上，力传感器(62)通过螺钉紧固于固定块(61)上，挂钩(63)挂在盛样筒(5)上，并铰链连接在力传感器(62)上。
滑板(25)移动、风扇(34)转速、电磁炉(32)加热、继电器(46)驱动，力传感器(62)感应受力，信号采集和机构驱动控制，由驱动控制卡、数据采集卡、计算机及其程序软件构成的测量系统完成。其特征是所述的驱动控制是指对风扇(34)、电磁炉(32)和继电器(46)的驱动与控制，包括数模转换卡、电压/频率变频器和步进电机；所述的信号采集是指对力信号的采集，其包括力信号数据采集卡；所述的程序软件测量是指按软件设定的程序进行的完整测量，其包括信号采集与实时显示模块、驱动控制模块、数据采集处理与存储模块和界面操作模块。
本发明实施的一种用于纺织品水分含量快速检测的测量装置的测量方法，是通过以下具体步骤实施的：
(1)先称量未装试样的盛样筒(5)的质量为G0；将盛样盖(51)与盛样杯(52)一侧衔接耦合，取试样装于盛样杯(52)内，将盛样盖(51)与盛样杯(52)另一侧衔接耦合；再将盛样筒(5)放于挂钩(63)上，并称量重量为G1；
(2)通过手柄22转动对称螺杆(23)调节滑块21，调节通风孔(27)的抽气面积，即调节抽气系统(3)和排气系统(4)的抽气和排气流量面积；
(3)起动电磁炉(32)加热抽入空气；起动风扇(34)和风扇(42)，调节气体流速，即调节抽气系统(3)和排气系统(4)的抽气和排气的流速；
(4)起动继电器(46)吸引电磁铁(47)，以一定的频率往复驱使手柄(48)带动空心圆管(41)水平推动并压紧盛样筒(5)，使盛样筒(5)与抽气系统(3)和排气系统(40衔接耦合；
(5)当排气系统(4)水平回复移动时，盛样筒(5)回移并通过与盛样筒(5)相连的力传感器(62)采集称量质量，直至恒重为G2；
(6)通过公式可得纺织品水分含量C为：C＝(G1-G2)/(G1-G0)。
一种用于纺织品水分含量快速检测的测量方法及装置，其特征在于，可用于各种纤维集合体、纱线、织物及膜类材料的测量。
本发明的测量原理是通过抽气系统向盛样筒一端输入热空气，加速试样水分蒸发；通过排气系统向盛样筒另一端输出热空气，迅速排出水分；通过称量系统称量盛样筒和试样复合质量，获得复合质量-时间特征曲线，由此特征曲线得到纺织品水分含量，实施纺织品的水分含量测量。
有益效果
1.可实现快速的纺织品(纤维集合体、纱线、织物及膜)水分含量测量，测量时间不超过10分钟；
2.可实现客观、精准的纺织品(纤维集合体、纱线、织物及膜)水分含量的在线测量；
3.整个装置机构简单、结构精巧，可实现简易、便捷、易携带的纺织品水分含量在线测试仪。
附图说明
图1一种用于纺织品水分含量快速检测的测量装置主视图
图2滑门系统(2)示意图
图3盛样筒(5)示意图
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1棉水分含量测量
先称量未装试样的盛样筒5的质量为10g；取棉试样装于盛样杯52内，将盛样盖51与盛样杯52衔接耦合；再将盛样筒5放于挂钩63上，并称量重量为15.2g；调节抽气系统3和排气系统4的抽气和排气流量面积均为100cm2；起动电磁炉32加热抽入空气的温度为105℃±5℃；起动风扇34和风扇42，调节气体流速，即调节抽气系统3和排气系统4的抽气和排气的流速为10cm/s；起动继电器46吸引电磁铁47，以1次/秒往复驱使手柄48带动空心圆管41水平推动并压紧盛样筒5，使盛样筒5与抽气系统3和排气系统4衔接耦合；与盛样筒5相连的力传感器62采集称量质量，直至恒重测量为14.736g；可得纺织品水分含量C为9.8％
实施例2毛纤维水分含量测量
先称量未装试样的盛样筒5的质量为10g；将盛样盖51与盛样杯52一侧衔接耦合，取毛试样装于盛样杯52内，将盛样盖51与盛样杯52衔接耦合；再将盛样筒5放于挂钩63上，并称量重量为15.2g；调节抽气系统3和排气系统4的抽气和排气流量面积均为100cm2；起动电磁炉32加热抽入空气的温度为105℃±5℃；起动风扇34和风扇42，调节气体流速，即调节抽气系统3和排气系统4的抽气和排气的流速为10cm/s；起动继电器46吸引电磁铁47，以2次/秒往复驱使手柄48带动空心圆管41水平推动并压紧盛样筒5，使盛样筒5与抽气系统3和排气系统4衔接耦合；与盛样筒5相连的力传感器62采集称量质量，直至恒重测量为14.655g；可得纺织品水分含量C为11.7％。
本发明不但通过数字化控制进行精密控制实验和自编软件快速完成信号采集、处理及提取纺织品水分含量测量，而且操作简便、成本低，可广泛用于检测机构、商检机构、科研机构及企业和工厂快速评价纺织品的水分含量。
Claims (10)
1、一种用于纺织品水分含量快速检测的测量装置，其特征在于，包括箱体(1)、滑门系统(2)、抽气系统(3)、排气系统(4)、盛样筒(5)、称量系统(6)以及相应的信号采集系统和机构驱动控制系统组成。
2、根据权利要求1所述的一种用于纺织品水分含量快速检测的测量装置，其特征在于，所述箱体(1)包括内、外两层，两层均为钢制材料，层间可填充保温隔热材料。
3、根据权利要求1所述的一种用于纺织品水分含量快速检测的测量装置，其特征在于，所述滑门系统(2)包括滑块(21)、手柄(22)、对称螺杆(23)、固定板(24)、滑板(25)、橡胶块(26)、通风孔(27)。橡胶块(26)粘附于滑板(25)表面上，滑板(25)与滑块(21)固定连接，滑块(21)套接于对称螺杆(23)上，手柄(22)和对称螺杆(23)均固定于固定板(24)上，固定板(24)固装于箱体(1)上。
4、根据权利要求1所述的一种用于纺织品水分含量快速检测的测量装置，其特征在于，所述抽气系统(3)包括空心圆管(31)、电磁炉(32)、电机(33)、风扇(34)、支撑杆(35)。空心圆管(31)焊接于箱体上，电磁炉(32)和电机(33)及风扇(34)固装于空心圆管(31)内壁上，支撑杆(35)固定于箱体内并支撑空心圆管(31)。
5、根据权利要求1所述的一种用于纺织品水分含量快速检测的测量装置，其特征在于，所述排气系统(4)包括空心圆管(41)、风扇(42)、电机(43)、橡胶(44)、支撑杆(45)、继电器(46)、电磁铁(47)、手柄(48)和支点(49)，空心圆管(41)分成两段，中间由耐高温橡胶(44)连接。空心圆管(41)焊接于箱体(1)上，电机(43)和风扇(42)均固装于空心圆管(41)内壁上，支撑杆(45)固定于箱体(1)内并支撑空心圆管(41)，手柄(48)可绕支点(49)转动并驱动空心圆管(41)水平移动。
6、根据权利要求1所述的一种用于纺织品水分含量快速检测的测量装置，其特征在于，所述盛样筒(5)包括盛样盖(51)和盛样杯(52)，盛样盖(51)和盛样杯(52)耦合，并分别与抽气系统(3)的空心圆管(31)孔径耦合和与排气系统(4)的空心圆管(41)孔径耦合，所述盛样盖(51)为金属网眼盖。
7、根据权利要求1所述的一种用于纺织品水分含量快速检测的测量装置，其特征在于，所述称量系统(6)包括固定块(61)、力传感器(62)和挂钩(63)组成，固定块(61)焊接在箱体(1)上，力传感器(62)通过螺钉紧固于固定块(61)上，挂钩(63)挂在盛样筒(5)上，并铰链连接在力传感器(62)上。
8、根据权利要求1、3、4、6、7所述的滑板(25)移动、风扇(34)转速、电磁炉(32)加热、继电器(46)驱动，力传感器(62)感应受力，信号采集和机构驱动控制，由驱动控制卡、数据采集卡、计算机及其程序软件构成的测量系统完成。其特征是所述的驱动控制是指对风扇(34)、电磁炉(32)和继电器(46)的驱动与控制，包括数模转换卡、电压/频率变频器和步进电机；所述的信号采集是指对力信号的采集，其包括力信号数据采集卡；所述的程序软件测量是指按软件设定的程序进行的完整测量，其包括信号采集与实时显示模块、驱动控制模块、数据采集处理与存储模块和界面操作模块。
9、应用权利要求1所述的一种用于纺织品水分含量快速检测的测量装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)先称量未装试样的盛样筒(5)的质量为G0；将盛样盖(51)与盛样杯(52)一侧衔接耦合，取试样装于盛样杯(52)内，将盛样盖(51)与盛样杯(52)另一侧衔接耦合；再将盛样筒(5)放于挂钩(63)上，并称量重量为G1；
(2)通过手柄22转动对称螺杆(23)调节滑块21，以调节通风孔(27)的抽气面积，即分别调节抽气系统(3)和排气系统(4)的抽气和排气流量面积；
(3)通过驱动系统起动电磁炉(32)加热抽入空气；起动风扇(34)和风扇(42)，调节气体流速，即调节抽气系统(3)和排气系统(4)的抽气和排气的流速；
(4)起动继电器(46)吸引电磁铁(47)，以一定的频率往复驱使手柄(48)带动空心圆管(41)水平推动并压紧盛样筒(5)，使盛样筒(5)与抽气系统(3)和排气系统(40衔接耦合；
(5)当排气系统(4)水平回复移动时，盛样筒(5)回移并通过与盛样筒(5)相连的力传感器(62)采集称量质量，直至恒重为G2；
(6)通过公式可得纺织品水分含量C为：C＝(G1-G2)/(G1-G0)。
10、根据权利要求1所述的一种用于纺织品水分含量快速检测的测量方法及装置，其特征在于，可用于各种纤维集合体、纱线、织物及膜类材料的测量。
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