CN1200486A - 用于改进的材料试验的环境调节方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种调节用于测试的材料样品的方法和装置,所述装置中的传感器测量至少一种样品材料性能,从而确定出一个样品特性调节周期,并通过驱动一气流流过样品,来启动调节周期,气流根据影响样品性能的至少一种参数来进行调节。一种组合式样品调节和空气调节机,包括一个调节测试样品的环境调节室;和调节空气排出口,与回流空气口一样,用于将已调节空气传导至测试试验室空间、绿洲区域、以及测试区域中。气流调节装置,用于将已调节气流通过环境调节室进行传导,并通过调节空气排出口排出。
Description
本说明书中公开的方法及装置，一般来说适用于材料性能测试领域，尤其适用于材料样品或试验室空间的环境调节区域以及进行测试的仪表测试区域，本发明的最佳实施例，特别适用于棉纤材料、纱线或纤维织物样品以及试验室的快速环境调节或对它们进行测试的仪表测试区域。
众所周知，进行材料性能测试的样品的环境或状态，可极大地影响测试结果。精确的并且具有可复现性的样品制备对于获得既精确又准确的测试结果是非常重要的。样品制备中的重要因素是进行这些工序的环境条件的精确度和准确性。材料性能测试试验室或仪表测试区域的环境条件，能够极大地影响测试结果，这也是众所周知的。这种实际情况，对于纤维材料测试一般地比较重要，对于棉花、和其他的自然纤维材料，以及对于人造丝和其他的人造纤维材料来说尤其重要。调节测试区域环境状况的方法及装置，在本说明书中第一发明人以及其他人的几个美国专利中以及在其他的公开出版物上都有所描述，简单说明如下。
早期公开部分地基于这样一种认识，即必须准确、精确、具有成本效益或最佳地控制测试区域内的环境条件，而不是测试试验室中的环境条件。公开的实施例能够使测试区域内环境条件的改进得以实现。因此，在此作为参考特意引入的Shofner的美国专利4,631,781号、Leifeld等人的美国专利5,121,522号、以及Shofner等人的美国专利5,411,450号的全文说明书中，都公开了纺织品纤维材料处理机称作梳理的工序的改进。在此作为参考特意引入的Shofner的美国专利4,631,781号和Shofner等人的美国专利5,557,868号的全文说明书中，都公开了有关纤维材料测试仪表的实施例。在此作为参考特意引入的、仍在进行之中的Shofner等人1995年10月31日提出的美国专利申请系列号为08/550,710、1996年5月17日以国际公开号WO96/14262公开的国际申请号为PCT/US95/13796的申请，以及Shofner等人的美国专利5,676,177号，它们的全文说明书中都公开了纺织品编织机的改进。在此作为参考特意引入的、Shofner等人的美国专利5,560,194号的全文说明书中，公开了纺纱机的优化过程控制方法。
在纤维材料试验(它通常来说可以代表材料试验)环境控制方法和装置的改进的上下文中，初步公开了本发明。因此，下面给出的是有关“快速调节”的简单背景信息，一个样品制备工序，用于对进行HVI测试的棉花进行仪表分类。简化和改进此样品制备工序是本发明的一个目的。这种快速调节装置的工业实施例可称作是“Rapidcon”。本发明的另一个目的，是将样品的调节与试验室空间及仪表测试区域的环境调节有效地结合起来。这种既可提供外部试验室空间的空气调节、又可提供内部测试样品的快速调节的多功能装置的工业实施例，可称作“Rapidair”。
美国农业部的多篇论文当中，都描述了纤维材料试验方法中的一个重要改进，称作“快速调节”，其中样品调节时间从72或48小时降低到了15分钟或更低。例如J.L.Knowlton和RogerK.Alldredge1994年1月在加利福尼亚圣地亚哥地区棉花会议上的“HVI样品的快速调节试验”论文；以及DarrylW.Earnest1996年5月在北卡罗来纳州Raleigh纤维材料工程会议上的“USDA棉花分类设备的发展”论文。
在此“快速调节”之前超过75年的时间里，某些纤维材料、纱线或纤维织物试验都是在所谓的“标准试验室环境”或65％相对湿度和70°F(21℃)干球温度的ASTM环境下进行的。既然对于获得好的试验结果影响最大的不是试验室内的环境，而是测试时样品(以及测试区域内)的环境，所以纤维材料、纱线或纤维织物样品的各种ASTM方法，进一步包括有这样的要求，即被测试样品在标准环境下进行测试之前，应在标准环境下保存或“调节”72小时。这一保存时间大概可使样品“达到平衡状态”。应当注意，经过如此调节的样品是被动地达到平衡，并且这种平衡通常指的是样品中的水分含量。水分含量是以样品干重量百分比表示的样品水分重量。对于棉花来说，平衡的水分含量MC在65％RH、70°F(21℃)时大约是7.3％。
但是还应当注意，水分含量只是纤维材料、纱线或纤维织物材料性能测试中所关心的平衡值之一。其他的还包括弹性和长度(对于纤维材料)，并且这些材料性能对于卖出、买进和使用纤维材料来说都比水分含量更为重要。我们所要强调注意的是，水分含量会影响其他的纤维材料性能，因此，它是一个重要的控制变量，但对于交易或使用的目的来说不是这样重要。
尽管72小时的平衡时间可产生最好的、并且最稳定的试验结果，但同时在今天高度竞争和急需信息的市场当中，此时间长得无法接受。因此，准确并且精确地、也就是具有最小的偏差或随机误差地进行测试是非常重要的。但在被测性能达到平衡之前进行测试，会严重地(在利润/损耗方面)降低准确性和精确度。(我们注意到对于不同的材料测试参数，其平衡时间是不同的)。
我们已认识到迅速获得的结果与好的(精确的和准确的)结果相比较、互相之间严重的矛盾关系，美国农业部农产品市场部门的棉花分部，在九十年代的初期，便开始研究有效地且快速地调节棉花样品。这些研究获得了巨大的成功，并且证实了可以有效地形成通过HVI样品的良态试验室环境(与被动的或混乱的质量和热量传递相对比)，它的有效调节或“快速调节”可使样品在小于约15分钟的时间内，即可达到水分含量或强度的平衡。上面提到的Knowlton等人和Earnest的论文中，给出了说明。十四个USDA/AMS棉花分类管理处的大多数目前都采用“快速调节”。
我们在致力于将USDA结果延伸至具有一到四个HVIs(与二十到四十相比较)、却没有良好状态试验室的小规模仪表操作过程当中，发现只简单地形成65％、70°F(21℃C)的空气、来通过样品15分钟，对于干湿样品，都会产生不可接受的测试结果，并且需要难以接受的长调节时间才能达到好的测试结果。同时我们也发现，样品的类型和尺寸也影响测试结果和调节时间。更进一步，我们发现水分含量接近7.3％的样品，不需要进行多少、即使有也很少的快速调节。并且，在一个实际的并且经济的基础上，我们发现许多小试验室无法负担昂贵的试验室或测试区域的环境控制。
因此，本发明的一个目的是提供多元的、样品特性调节周期，该调节周期可优化测试结果，并能减少有效调节时间。
本发明的另一个目的是在一台具有成本-效益的机器中，将内部样品调节能力和试验室空间及仪表测试区域的外部空气调节能力结合在一起。
总的来说，本发明的一个基本方面，是一种对机器中的材料进行处理的方法，其中需对材料进行调节以用于随后的测试。将材料送给一个测量站，并在其中对一种或多种材料性能进行测量。根据一个机器模型，提前确定出一个环境调节周期，此环境调节周期可使材料被处理为最佳状态，以用于当前或随后的测试，环境调节周期与控制材料性能的一种或多种环境参数的瞬时和空间特性有关。
输送材料并将其送入一环境调节区域。在环境调节区域中，将一气流仔细地加到材料上，气流由控制材料性能的一种或多种参数进行调节，并且一种或多种控制参数中每一种的施加周期都是提前确定好的。在随后的一个或多个机器工序当中，对材料进行测试。
根据更为特别的一个方面，本发明提供了一种调节棉纤样品以用于测试的方法。此方法包括以下步骤：测量样品的水分含量；在已测的水分含量的基础上，确定出一个调节周期，且通过驱动被调节气流流过样品、来启动调节周期，被调气流至少以从包括温度、相对湿度、单位时间体积、以及时间间隔的组中所选出的一种参数来进行调节。最好是，所确定的调节周期可使样品被调节到进行测试的最佳状态，并包括一个时间间隔时序，其中至少一种所选参数的时序从一个时间间隔变到下一个时间间隔。根据此方法，可在确定和启动调节周期之前测量样品的水分含量，或者在确定和启动调节周期的同时测量样品的水分含量。
在一个实施例中，对多个棉纤样品，进行相类似地测量和调节，例如，对一个底面穿孔样品盘中的二十四个样品进行相似地测量和相似地调节。
本发明也提供了一种调节用于测试的棉纤样品的相应机器。该机器包括一个测量样品水分含量的传感器，以及一个以所测得的水分含量为基础、来确定出调节周期的控制器。气流调节装置，通过驱动已调节气流流过样品来启动调节周期，已调节气流至少以从包括温度、相对湿度、单位时间体积以及时间间隔的参数组中所选的一种参数进行调节。最好是，控制器确定出一个可使样品被调节至最佳测试状态的调节周期。调节周期可包括一个时间间隔时顺，其中至少一种所选参数的时序从一个时间间隔变到下一时间间隔。
根据另一方面，本发明提供了一种调节用于测试的纤维材料样品的方法。此方法包括以下步骤：测量纤维材料样品的至少一种性能，此性能选自包括重量、水分含量、嗓声等效功率含量、碎屑含量、纤维弹性、纤维强度、纤维长度、热量性能、气流穿透率性能、近红外反射性能、以及成像特性的性能组；根据所测得的纤维材料性能，确定出一个调节周期；并通过驱动一已调节气流流过样品来启动调节周期；气流根据由包括湿度、温度、静压、压力波动、速度、速度波动、气体组份、辐射粒子浓度以及时间间隔等参数的参数组中所选出的至少一种参数来进行调节。
最好是，所确定的调节周期是一个可使纤维材料样品被调节至最佳测试状态的周期。已确定的调节周期包括，对影响纤维材料样品性能的至少一种气流参数的瞬时和空间特性进行明确。调节周期可包括时间间隔时序，其中至少一种所选参数的时序从一个时间间隔变至下个一时间间隔。
可在确定和启动调节周期之前，测量样品的性能；或者在确定和调节周期的同时测量样品的性能。
此外，本发明还提供了一种调节用于测试的纤维材料样品的相应机器。该机器包括一个用于测量至少一种样品性能的传感器，所述的样品性能选自包括重量、水分含量、嗓声等效功率、碎屑含量、纤维弹性、纤维强度、纤维长度、热量性能、气流穿透性能、近红外反射性能以及成像特性的性能组。有一个根据至少一种样品性能来确定调节周期的控制器，和一个通过驱动一已调节气流流过样品、来启动调节周期的气流调节装置。已调气流根据由包括湿度、温度、静压、压力波动、速度、速度波动、气体组份、辐射粒子浓度以及时间间隔的组中所选的至少一种参数进行调节。
最好是，控制器确定出一个可使纤维材料样品被调至最佳测试状态的周期。由控制器确定的调节周期包括，对影响纤维材料样品性能的至少一种气流参数的瞬时和空间特性进行明确。调节周期可包括一个时间间隔时序，其中至少一种所选参数的时序从一个时间间隔变至下一个时间间隔。
但根据另一方面，本发明又提供了一种调节用于测试的材料样品的方法。此方法包括以下步骤：测量至少一种样品材料性能；并根据所测得的材料性能，确定出一个调节周期；且通过驱动至少根据一种参数进行调节的气流流过样品、来启动调节周期。最好的是，所确定的调节周期是一可使样品被调至最佳测试状态的周期。所确定的周期包括，对影响样品性能的至少一种气流参数的瞬时和空间特性的明确。调节周期可包括一时间间隔时序，其中至少一种参数的时序，从一个时间间隔变至下一个时间间隔。可在确定和启动调节周期之前，测量材料的性能，或在确定和启动调节周期的同时，测量材料性能。
本发明提供了一种调节用于测试的材料样品的相应机器。该机器包括一个用于测量至少一种样品材料性能的传感器，和一个根据所测得的材料性能来确定出调节周期的控制器。所提供的气流调节装置，通过驱动至少按照一种参数进行调节的气流、使其流过样品来启动调节周期。控制器确定出一个可使样品被调节至最佳测试状态的调节周期。调节周期包括，对影响样品性能的至少一种气流参数的瞬时和空间特性进行明确设计。调节周期可包括一时间间隔时序，其中至少一种参数的时序，从一个时间间隔变至下一个时间间隔。可在确定和启动调节周期之前、测量材料的性能，或在确定和启动调节周期的同时，测量材料性能。
但在另一方面，本发明提供了一种组合式的样品调节和空气调节机，它在调节材料样品的机器之内，包括一个环境调节室。该机具有至少一个调节空气排出口，用于将已调节空气传导至，从包括测试试验室空间、和测试试验室空间内的绿洲区域、以及测试机器内测试区域的区域组中所选出的至少一个区域之中。至少有一个回流空气口，从至少一个区域之中吸收空气。此外，组合机还包括气流调节装置，用于将已调节气流通过环境调节室进行传导，并通过已调节空气排出口排出。机器内的控制元件对通过进出口的气流进行调节。
根据另一方面，该组合机此外还包括，一个测量至少一种材料样品性能的传感器，和一个根据所测得的性能来确定调节周期的控制器。气流调节装置，通过驱动至少按一种参数进行控制地气流流过样品，来启动调节周期。最好是，控制器确定出一个可使样品被调节至最佳测试状态的周期。
本发明的其他方面，已在由Michael D.Watson、Robert S.Baird和Frederick M.Shofner，1997年1月9日于路易斯安纳洲新奥尔良地区棉花会议上提出的“澳大利亚和美国的RapidConTM试验”一文中公开。
尽管新颖性特点是在附加的权利要求书中特别提出，但通过下面结合附图的详细说明，可以从形式和内容两方面更好地理解和体会本发明。
图1是一样品调节机的正立面图。
图2是图1的样品调节机的右视图。
图3是水平排列的样品调节机的正立面图。
图4是图3的样品调节机的右视图。
图5和图6所示的是一集成的样品调节和空气调节机。
图7所示的是同时也能调节外部区域的样品特性调节装置的一个实施例。
图8是在图7中所示的装置操作期间，作为时间函数的入口空气的相对湿度、干球温度和负静态压力的测绘图。
图9所示的是除图7中实施例之外的另一实施例。
图1和图2是样品调节机10的正视图和右视图，此样品调节机器具有三个相同的、垂直排列的台架12，台架12上安装有底面穿孔的样品盘14。对于高容量仪表(HVI)的棉花分类样品来说，样品盘最好是32×32×6英寸(81×81×15cm)，由质轻但强度大的硬纸板或塑料制成，其大约25％或更多的底面区域上具有孔洞(未示出)。这些孔洞可限制或保持样品，并可相对无限制地允许气流通过。最好盘底包括1/16英寸(1.6mm)厚的多孔铝板，此多孔铝板具有中心间距(交错排列地)为3/16英寸(4.8mm)的1/8英寸(3.2mm)大的孔。一般来说，可以将每个约重0.25-0.75磅(0.113-0.340kg)的二十四个HVI样品，放在每个盘14中一个6×4大小的、并排的且互相靠近的结构中。纱线、纤维织物或其他的材料样品，类似地都可以放在样品盘14中。
图2中的操作人员16，假设机器19通常的尺寸和比例是，具有72英寸(183cm)的高度和34英寸(86cm)的厚度。由图1中可见，宽度约是54英寸(137cm)。同时图2中也给出了操作人员16是如何将样品盘14从样品制备空间18装入到样品调节机10中的。装入盘14之后，操作人员16利用开关23来选择出一个适当的调节周期，然后按下启动开关22，此时机器10进行初始化，并自动地执行一个样品调节周期。其中选择样品特性调节周期的方式，包括手动的或自动的方式，将在下文当中进行全面地描述。使这种周期能够进行的装置及方法是本发明的一个方面。
样品调节周期一旦结束，信号灯柱25闪烁。然后操作人员16将样品盘14推到一个机架24上，该机架安装在测试试验室空间20中。然后装入下一批样品盘14，而此时操作人员16，再次利用开关23来选择一个适当的样品调节周期，并按下启动开关22来开始此周期。
图3和图4所示的是呈水平排列的样品调节机30，其也有三个用于安装样品盘14的处理台架34，35，36。台架34，35，36的气流状况可以是不同的，或者也可以是相同的。图1和2中的机器10与图3和4中的机器30，它们二者的调节周期选择步骤以及样品调节处理速度都是相同的。
图1和2中的机器结构10以及图3和图4中的机器结构30，都是根据样品特性的调节周期来调节材料样品的，其细节将在下文中参考图7来进行描述。
参见图5和6，集成的样品调节和环境调节机40提供了一种附加功能。样品制备空间18和测试试验室空间20，一般来说由墙壁26分开。样品制备空间18呈良好状态通常来说并不重要。重要的是，测试试验室空间20必须是良好状态的，必须具有如背景技术中所述的标准环境状况。与严格调节的内部测试区域环境46相一致的、严格调节的测试试验室20的环境，在成本和性能方面具有很大的优越性，并且这可由本发明的集成机器40来实现。利用可移动调节装置的测试区域环境控制，在上面引入的Shofner等人的专利5,537,868号中有所描述。本发明的装置可为这种测试区域46的环境控制和测试试验室空间20提供已调节气流。
在图6中，已调节样品盘14的传送机构41进入试验室空间20，此空间20已由自输入管道42扩散的空气全部或部分地进行了调节。管道42中经过调节的气流220是由机器40提供的，而管道44内的已调节气流43，则用于测试仪表48中一个或多个测试区域46的内部环境调节。测试仪表48可测试纤维材料、纱线、纤维织物或其他材料。对于纤维材料测试，也是此最佳实施例所涉及的，测试仪表48可以是高容量仪表(HVI)，可以是Shofner等人于1997年10月6日申请的、美国专利申请系列号为08/944,912和08/944,913的专利申请中所公开的一种先进的纤维材料信息系统(AFIS)，或一种快速测试仪。HVI仪表是由Knoxville，Tennessee，U.S.A的Zellweger Uster公司、以及Coimbatore，India的Premier Polytronics有限公司制造的。AFIS是由ZellwegerUster公司制造的。快速测试仪是由Premier Polytronics有限公司制造的。
测试试验室空间20的一个子空间20A，在此处称作“绿洲区域”20A，具有特殊的实际作用；可以更加严格、并富有成效地对此子空间20A内的环境状况的准确性和精确度进行控制。绿洲区域20A的外部，环境可以放松。一旦由样品调节机40进行了内部调节，样品便保持在严格控制的绿洲区域20A、或测试区域46的环境之中，直到测试完成。本发明使得“绿洲区域”20A具有特别的成效。
由典型地、绝缘性能良好的管道42、44提供给试验室空间20(包括绿洲区域20A)和测试区域46的调节气流，通过回流空气网格43返回到样品调节和空气调节机40的204部位。公知的、但未示出的空气调节元件如过滤器、调节板以及诸如此类的元件，必要时都可使用。在一些情况下，回流空气管道是非常有利的。可以选择供气管道42、44和各种网格45、转动叶片47、密封件49以及其他的这种空气供给和空气回流元件，来满足样品特性的空气调节需求，这在已有技术当中已经是公知的。
本发明有两个互相联系的方面，即样品特性调节周期，和组合的样品调节和区域空气调节，下面对这两个方面进行描述。
样品特性调节周期
我们对与材料样品调节及随后测试有关的各种平衡过程所进行的研究已经揭示出，调节时间和测试结果的质量取决于样品的尺寸、样品的类型、样品的初始状态、样品的结束状态、所测材料性能对环境状况的敏感程度以及诸如此类的因素。利用一棉纤实例，在6％水分含量时开始进行调节的小量的Acala品种样品所需的调节时间，小于在3％水分含量时开始进行调节的大量的Pima品种样品所需的调节时间。对于棉花市场来说，HVI强度(即弹性)和长度对买卖利用决策的影响更为强烈。然而实现水分含量的平衡也是很重要的，我们已经发现，它对于本发明的样品调节功能，在强度和长度测量中达到较高的精确度和准确性、并且具有较短的调节时间上更为重要一些。
图7公开了一个样品特性调节装置的实施例，该实施例或者适用于图1和2中的机器10，或者适用于图3和4中的机器30。在图7中，一个底面多孔的样品盘14，装有大约二十四个棉花分类样品，每个重约0.25至0.75磅(0.113到0.340kg)，此样品盘14安装在样品环境调节室50内。样品室50上下由分隔板52、54，两侧由壁56、58，前后由未示出的门来进行限定；或者在更好一些的实例当中，可将样品盘14的前后壁设置成适当的密封结构，以减少不必要的气流损耗或输入。因此，可以知道，图1和2中以及图3和4中的每一调节台架12，实际上都是一个必要的环境隔离室，其中调节气流通过入口管57和出口管59分别进入53和离开55。进入53和离开55的气流参数由传感器101、102进行测量，并且在安装之前、或在处理期间、或在二者都是时，利用样品传感器104来测量样品特性。气流参数传感器101、102包括湿度、温度、静压、速度以及诸如此类参数的传感器，尤其包括上面引入的Shofner et al在美国专利5，361，450号当中所列参数的传感器。样品传感器104包括样品重量、水分含量、热量性能、近红外反射(NIR)、图像分析以及诸如此类的参数传感器。
最好是在调节(即初始状态)之前、但也可以在进行调节之中或者调节之后(结束状态)，进行样品性能的检测，以便获得更精确的控制。可以根据自适应控制系统方法论，来调节微处理器100中的算法，使其产生“更严密的”控制。从最广泛的意义上来说，可以单独地测量和调节每组样品，但此时结果证实增加了成本。在通常的作法中，应使每组样品都尽可能地与其他组样品相似，以便平均测量值能够适宜于控制输入气流53中的正常状况。
输入气流53中的环境状况，由传统的空气调节元件60来进行控制，该空气调节元件60最好设置成如图7中示意给出的方式。对于盘14(上面所述的)中、每个重约0.5磅(0.227kg)的二十四个样品来说，当通过样品的压差是3.5英寸(8.9cm)水柱时，气流体积约是600ft3/min(17m3/min)。灰尘过滤器61、喷嘴加湿器62、风扇64由电动机66进行驱动，蒸汽嘴加湿器68、叶片状冷却线圈70、电加热元件72，以及与它们相对应的控制元件63、67、69、71、7 3，都作成能够为每一台架50调节这种幅值和特性气流的尺寸。有三个这种台架50，如图1和图2(垂直排列)中以及图3和4(水平排列)中所示。
下面所描述的是一个程序步骤实例，该实例可完成图7中装置所实现方法。本领域中的技术人员，通过此说明可以轻易地得出更简单或更复杂的周期。
进入的样品放在盘14中。在一个或多个测量站上，对所需的样品类型、样品净重、初始水分和随后测试，手动或自动地进行测量，并与其他的样品特性输入点一起，通过未示出的按键/显示器进入I/O接口110，再输入到微控制器100中。接下来，操作人员如上所述按下开始/停止开关22，其二进制输入(触点闭合)进入到I/O接口112上。然后，微控制器100可通过I/O接口例如I/O接口113和210，使样品特性调节周期程序执行系统40环境调节元件(如加湿器68)的控制。这种复杂的、样品特性环境控制结果，是隔离环境调节室50内、盘14中样品改进的测试结果。
图8所示的是，一个干(例如小于4％)Acala品种，其输入气体的相对湿度(RH)122、干球温度(T)124、和负静态压力(真空))(ΔP)126，在结束周期时的瞬时波形120，包括间隔T1和T2的典型设定点值。因此，在8分钟的间隔T1期间，在温度为85°F(29℃)和真空压力为1英寸(2.54cm)水柱时，输入空气的RH是80％。而在6分钟的间隔T2期间，在温度减少到70°F(21℃)、相应地真空压力提高到3.5英寸(8.89cm)水柱时，输入空气的RH下降到65％。整个周期时间T1+T2是14分钟。应当注意，间隔T2期间的环境状况即是通常的“标准”环境。
假设这些Acala样品具有6％的水分含量，由微控制器100自动选择的周期可以忽略T1部分。假设样品是干Pima品种，周期的T1部分可以是加倍的时间间隔。假设样品是湿Acala(9％)品种，则相对湿度(RH)112的设定点121在周期的T1部分可以是相对较低的50％。
最重要地，在这部分的总结和结论当中，我们发现，这种样品特性调节周期产生了高级的HVI测试结果、基本目的以及良好的水分含量，并且平均来说加快了速度。更进一步地，可将纱线样品、纤维织物样品或材料样品放在隔离环境室50内台架12上的盘14中，此环境室50可根据本说明书中所公开的方法进行调节。
组合的样品调节和区域空气调节
本发明的另一个重要目的在于为试验室空间20，特别是为图6中称作“绿洲区域”的子空间20A，以及一个或多个测试仪表48中的一个或多个测试区域环境46，提供与样品调节经济地组合在一起的、具有成本效益的环境调节，由一个机器40来提供这所有的多个功能。
样品调节功能部件如图5，6和7中所示，属于隔离环境室50内机器40所固有的，而环境调节功能部附在调节装置60和控制系统装置100的作用下，也成为机器40内部的固有的，所供气流通过管道222(或者为了清楚起见，见图6中的管道42，44)，导入外部试验室空间20，20A或仪表测试区域46。因此，通过一个隔离环境室50，可以产生一个具有多功能的经济组合，并且能够实现使室50内的样品特性调节周期与外部试验室空间20或子空间20A或测试区域46的控制同时进行这样一种方法。
我们对其的发现及发展，开始于这样一种认识，即与样品调节有关的环境参数或状况，通过适当的设计和控制，应能够与环境参数或状况相匹配，所述环境参数或状况与试验室空间或测试区域调节有关。本说明书中所公开的两个实际的实施例，分别参考图7和图9对其进行描述。
在图7的实施例中，出口管59内的负压(真空)，例如在0.5到5英寸(1.27到12.7cm)水柱的范围内，典型地约为1到2英寸(2.54到5.08)水柱。这样的真空度，才可以满足将回流空气204，从试验室空间20抽入输入网格43(图6)，并通过上述提到的、但并未示出的滤波器或调节板，进入回流空气管道200。气流调节板206，由微控制器100通过一条控制信号线210控制下的驱动器208来执行，调节板202同时操作，以实现回流管道200和出口管道59内所需要的真空度。风扇64，其电机65由一个可变的频率变换器进行供电，对此风扇的速度进行调整，以在负高压室214内实现所需的真空度，从而使调节板202和206能够实现管道59和200中所需的真空度。
与此相似，我们设计的正高压室216的压力范围为0.2到2英寸(0.508到5.08cm)水柱。由调节板218、219进行的“微调”调整，可以使样品调节入口空气53和在管道222中流动的供给空气220达到满意的压力。供给管路222内的供给气流220，可以分为在试验室空间供给管路42和仪表测试区域供给管路44(图6)中流动的两个或多个气流部分。具有代表性的容量供给流速，在管道42中是2500ft3/min(70m3/min)，在管道44中是500ft3/min(14m3/min)。
由管道42和管道44所提供的气流的环境参数或状态，可以互相相等，并等于输入气流55的状态，并且这种相等仅通过简单地、将来自正高压室216的气流，用上面所述的调节板分成三个流量：即管路57中样品输入53为600ft3/min(17m3/min)、管路44中为50ft3/min(14m3/min)、管路42中为2500ft3/min(70m3/min)即可得以实现。而且这种流量划分简单明确，并可使每一相应的流量部分的环境状态都相同，且在许多装置中都是有用的，分流以后，再进一步调节每一气流部分，便可在所述的部分中获得所需要的、不同的环境参数。为了证实和举例说明，高压室216内的RH可能是80％，在试验室空间20和测试区域46内可以达到65％的设定点值。传感器101和微控制器100控制之下的电阻加热器230，可使温度增加，并可使输入空气的RH为65％。这些具有多功能的、可对多个流量实现各不相同的环境调节的方法，可以通过适当地使用微控制器100控制下的附加控制元件60，来扩展到所有的环境参数。
最后，图9公开了另一实施例，与图7中的实施例相比，它在气流通道上稍微有点不同。在图7中，样品入口气流53引自负高压室，负高压室同时也提供外部调节气流。在图9中，样品入口气流353引自回流气流204，此回流气流204在图6，7和9中都是相同的。
在图9中，调节板306和202，同前面一样可以实现适当的真空度和流量。加湿器362及其他的空气调节元件，如前面一样，按需要来调节样品入口气流353。所有调节元件，如调节装置60和各种调节板，都如前一样，由微控制器100进行控制。
图9中的结构实例就是我们称之为“RapidAir”的典型装置。
结论是，尽管它看起来比较复杂、麻烦，并且要达到这种多调节功能的元件组合具有一些限制，但我们发现，这种组合可以实现高级的HVI测试结果，特别是有关的重要的“绿洲区域”20A的结构小巧，并且试验室空间20的空气调节成本只为单独的试验室空间20空调器成本的1/2。再重申一遍，我们的发现始于这样一种认识，即用于各种目的环境参数，在我们进行研究的最初便是合理匹配的。
尽管本说明书中已对本发明的各个实施例进行了图示说明，但应当认识到，本领域的技术人员可以得到各种变形和修改。因此应当理解，附加权利要求所要覆盖的所有的变形和修改，都应落在本发明的本质精神和范围之内。
Claims (40)
1.一种调节用于测试的棉纤样品的方法，所述的方法包括：
测量样品的水分含量；并且
以所测得的水分含量为基础，确定出一个调节周期，并通过驱动一已调节气流流过样品，来启动该调节周期，已调气流根据由包括温度、相对湿度、单位时间体积、以及时间间隔的组中所选择的至少一种参数来进行调节。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定的调节周期是一个可使样品被调节至最佳测试状态的调节周期。
3.根据权利要求1所述的方法，其中调节周期包括一个时间间隔时序，其中至少一种所选参数从一个时间间隔变到下一个时间间隔。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在确定和启动调节周期之前，测量样品的水分含量。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在确定和启动调节周期的同时，测量样品的水分含量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中对多个棉花样品进行相似地测量和调节。
7.根据权利要求6所述的方法，其中对一个底面穿孔样品盘中的二十四个样品进行相似地测量和相似地调节。
8.一种调节用于测试的棉纤样品的方法，所述的方法包括：
测量纤维材料样品的至少一种性能，此性能选自包括重量、水分含量、嗓声等效功率含量、碎屑含量、纤维弹性、纤维强度、纤维长度、热量性能、气流穿透率性能、近红外反射性能、以及成像特性的性能组；并且
根据所测得的至少一种纤维材料性能，确定出一个调节周期，并通过驱动一已调节气流流过样品来启动调节周期，已调气流根据由包括湿度、温度、静压、压力波动、速度、速度波动、气体组份、辐射粒子浓度以及时间间隔等参数的参数组中所选出的至少一种参数来进行调节。
9.根据权利要求8所述的方法，其中确定的调节周期是一个可使纤维材料样品被调节至最佳测试状态的周期。
10.根据权利要求8所述的方法，其中确定的调节周期包括，对影响纤维材料样品性能的至少一种气流参数的瞬时和空间特性进行明确。
11.根据权利要求8所述的方法，其中调节周期包括一个时间间隔时序，其中至少一种所选参数从一个时间间隔变至下一个时间间隔。
12.根据权利要求8所述的方法，其中在确定和启动调节周期之前，对至少一种样品性能进行测量。
13.根据权利要求8所述的方法，其中在确定和调节周期的同时，对至少一种样品性能进行测量。
14.一种调节用于测试的棉纤样品的方法，所述的方法包括：
测量至少一种样品材料性能；并且
根据此至少一种材料性能，确定出一个调节周期，并且通过驱动至少根据一种参数进行调节的气流流过样品、来启动调节周期。
15.根据权利要求14所述的方法，其中确定的调节周期，是一个可使样品被调节至最佳测试状态的周期。
16.根据权利要求14所述的方法，其中确定的调节周期包括，对影响样品性能的至少一种气流参数的瞬时和空间特性进行明确。
17.根据权利要求14所述的方法，其中调节周期包括一个时间间隔时序，其中至少一种参数从一个时间间隔变至下一个时间间隔。
18.根据权利要求14所述的方法，其中在确定和启动调节周期之前、对至少一种材料性能进行测量。
19.根据权利要求14所述的方法，其中在确定和启动调节周期的同时，对至少一种材料性能进行测量。
20.一种调节用于测试的棉纤样品的机器，所述的机器包括：
一个测量样品水分含量的传感器；
一个以所测得的水分含量为基础、来确定出调节周期的控制器；
气流调节装置，通过驱动已调节气流流过样品来启动调节周期，已调节气流至少以从包括温度、相对湿度、单位时间体积以及时间间隔的参数组中所选的一种参数进行调节。
21.根据权利要求20所述的机器，其中所述的控制器确定出一个可使样品被调节至最佳测试状态的调节周期。
22.根据权利要求20所述的机器，其中所述的控制器确定出一个调节周期，该调节周期包括一个时间间隔时顺，其中至少一种所选参数从一个时间间隔变到下一个时间间隔。
23.根据权利要求20所述的机器，其中所述的传感器在确定和启动调节周期之前，对样品的水分含量进行测量。
24.根据权利要求20所述的机器，其中所述的传感器在确定和启动调节周期的同时，对样品的水分含量进行测量。
25.一种调节用于测试的纤维材料样品的机器，所述的机器包括：
一个用于测量至少一种样品性能的传感器，所述的样品性能选自包括重量、水分含量、嗓声等效功率含量、碎屑含量、纤维弹性、纤维强度、纤维长度、热量性能、气流穿透性能、近红外反射性能以及成像特性的性能组；
一个根据至少一种样品性能来确定调节周期的控制器；和
通过驱动一已调节气流流过样品、来启动调节周期的气流调节装置，已调气流根据由包括湿度、温度、静压、压力波动、速度、速度波动、气体组份、辐射粒子浓度以及时间间隔的组中所选的至少一种参数进行调节。
26.根据权利要求25所述的机器，其中所述的控制器确定出一个可使纤维材料样品被调节至最佳测试状态的周期。
27.根据权利要求25所述的机器，其中所述的控制器确定出一个调节周期，该调节周期包括，对影响纤维材料样品性能的至少一种气流参数的瞬时和空间特性进行明确。
28.根据权利要求25所述的机器，其中调节周期可包括一个时间间隔时序，其中至少一种参数从一个时间间隔变至下一个时间间隔。
29.根据权利要求25所述的机器，其中所述的传感器在确定和启动调节周期之前，对至少一种样品性能进行测量。
30.根据权利要求25所述的机器，其中所述的传感器在确定和启动调节周期的同时，对至少一种样品性能进行测量。
31.一种调节用于测试的材料样品的机器，所述的机器包括：
一个用于测量至少一种样品材料性能的传感器；
一个根据至少一种材料性能来确定出调节周期的控制器；以及
气流调节装置，通过驱动至少按照一种参数进行调节的气流、使其流过样品来启动调节周期。
32.根据权利要求31所述的机器，其中所述的控制器确定出一个可使样品被调节至最佳测试状态的调节周期。
33.根据权利要求31所述的机器，其中所述的控制器确定出一个调节周期，此调节周期包括，对影响样品性能的至少一种气流参数的瞬时和空间特性进行明确。
34.根据权利要求31所述的机器，其中所述的控制器确定出一个调节周期，此调节周期包括一个时间间隔时序，其中至少一种参数从一个时间间隔变至下一个时间间隔。
35.根据权利要求31所述的机器，其中所述的传感器在确定和启动调节周期之前，对材料性能进行测量。
36.根据权利要求31所述的机器，其中所述的传感器在确定和启动调节周期的同时，对材料性能进行测量。
37.一种组合式的样品调节和空气调节机，包括：
一个环境调节室，位于调节材料样品的所述机器之内；
至少一个调节空气排出口，用于将已调节空气传导至，从包括测试试验室空间、和测试试验室空间内的绿洲区域、以及测试机器内测试区域的区域组中所选出的至少一个区域之中；
至少一个回流空气口，从至少一个区域之中吸收空气；
气流调节装置，用于将已调节气流通过环境调节室进行传导，并通过至少一个调节空气排出口排出。
38.根据权利要求37所述的组合机器，其中进一步包括对通过进出口的气流进行调节地控制元件。
39.根据权利要求37所述的组合机器，其中进一步包括：
一个测量至少一种材料样品性能的传感器；
一个根据至少一种性能来确定出调节周期的控制器；并且其中
所述的气流调节装置，通过驱动至少按一种参数进行控制地气流流过样品，来启动调节周期。
40.根据权利要求37所述的组合机器，其中所述的控制器确定出一个可使样品被调节至最佳测试状态的周期。
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