金永生，安少元，王曉輝，郭敬瑤

(1.阿克蘇地區(qū)檢驗(yàn)檢測(cè)中心，新疆 阿克蘇 843000；2.陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司，陜西 寶雞 721013)

0 引言

棉花雜質(zhì)含量的檢測(cè)是整個(gè)棉花質(zhì)量檢驗(yàn)工作中的一個(gè)重要組成部分。目前，國內(nèi)棉花雜質(zhì)檢驗(yàn)依據(jù)的是國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6499—2012《原棉含雜率試驗(yàn)方法》[1]，該標(biāo)準(zhǔn)以Y101型、YG041型等原棉雜質(zhì)分析機(jī)為數(shù)據(jù)源，規(guī)定了相應(yīng)的測(cè)試規(guī)則和數(shù)據(jù)分析依據(jù)。但在實(shí)際操作過程中，這類儀器測(cè)試效率低、噪聲和振動(dòng)大，長期使用影響操作人員的身心健康。

為了提高棉花雜質(zhì)含量的檢測(cè)效率，減少人為干預(yù)，滿足加工企業(yè)、公檢行業(yè)對(duì)雜質(zhì)測(cè)量自動(dòng)化的迫切需求，陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司(簡(jiǎn)稱“長嶺紡電”)自主研制出CGT-1型原棉雜質(zhì)智能測(cè)試儀(簡(jiǎn)稱“CGT-1型測(cè)試儀”)。該儀器適用于棉花加工企業(yè)、公檢單位對(duì)原棉雜質(zhì)含量的精確測(cè)定，既滿足當(dāng)前棉花雜質(zhì)檢測(cè)自動(dòng)化的要求，又促進(jìn)原棉加工質(zhì)量提升，也為棉花交易價(jià)格和公平性提供參考。

1 CGT-1型測(cè)試儀簡(jiǎn)介

1.1 組成

CGT-1型測(cè)試儀由棉雜主機(jī)、纖塵收集裝置、電氣控制系統(tǒng)和主處理機(jī)、電子秤等組成，如圖1所示。該測(cè)試儀增加了纖塵及雜質(zhì)收集裝置，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱量；應(yīng)用聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)同步上傳；利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試視頻的留樣復(fù)查；同時(shí)能大幅降低整機(jī)振動(dòng)和噪聲。

1—主處理機(jī)(含鍵鼠)；2—纖塵收集裝置；3—臺(tái)秤；4—原棉托盤組件；5—主處理機(jī)柜；6—打印機(jī)；7—顯示器；8—喂棉板；9—棉雜主機(jī)；10—雜質(zhì)托盤組件；11—電子天平；12—管箍；13—真空軟管。

1.2 工作原理

CGT-1型測(cè)試儀利用纖維與雜質(zhì)的相對(duì)密度差異，借助氣流的作用，使纖維與雜質(zhì)分離。原棉在刺輥的作用下得到開松分解，被分解的原棉在除塵刀和流線刀的作用下，使纖維與雜質(zhì)分離，雜質(zhì)因?yàn)槊芏容^大而落入收雜箱內(nèi)的電子天平托盤上，稱量后數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳到計(jì)算機(jī)，稱量完成后托盤中的雜質(zhì)被吸入纖塵收集裝置中，纖維則隨氣流運(yùn)動(dòng)而附著在塵籠表面，測(cè)試完成后纖維經(jīng)過原棉板落入凈棉箱內(nèi)。

1.3 技術(shù)參數(shù)

該儀器技術(shù)參數(shù)：測(cè)試時(shí)間為5 min(一次樣品)；刺輥轉(zhuǎn)速為1200 r/min～1400 r/min；給棉羅拉轉(zhuǎn)速為0.9 r/min～2.2 r/min；電子天平(雜質(zhì)稱量)分度值為0.01 g；臺(tái)秤(試樣稱量)分度值為0.1 g；試樣質(zhì)量為(100±1)g；電源電壓為AC(220±22)V，頻率為50 Hz；設(shè)備的功耗為1500 W；氣源壓力為(0.6±0.1)MPa，空氣流量為50 L/min；使用環(huán)境溫度為10 ℃～30 ℃，相對(duì)濕度為45%～75%；噪聲小于40 dB(A)。

1.4 指標(biāo)計(jì)算

因CGT-1型測(cè)試儀無需人工揀出粗大雜質(zhì)，故檢測(cè)應(yīng)按照GB/T 6499—2012中規(guī)定的試驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，而CGT-1型測(cè)試儀的試樣含雜率計(jì)算公式則變?yōu)椋?/p>

(1)

式中：

Z——含雜率/%；

mf——分析出的雜質(zhì)總質(zhì)量/g；

ms——試驗(yàn)試樣質(zhì)量/g。

2 驗(yàn)證試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)儀器:選用2臺(tái)CGT-1型測(cè)試儀，分別標(biāo)記為CGT-1-1和CGT-1-2，并放置在不同的實(shí)驗(yàn)室、由2名操作員分別進(jìn)行試驗(yàn)。

試樣：重復(fù)性與再現(xiàn)性驗(yàn)證使用巴西棉、中國新疆棉和阿根廷棉3種，每種1包，每臺(tái)儀器要求完成12個(gè)單次試驗(yàn)；準(zhǔn)確性驗(yàn)證使用河北省纖檢局制作的高、中、低3種含雜標(biāo)準(zhǔn)棉樣，在CGT-1-1上完成12個(gè)單次試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6499—2012中對(duì)重復(fù)性和再現(xiàn)性的要求，本次試驗(yàn)只測(cè)試同包內(nèi)的樣品，所以只選取標(biāo)準(zhǔn)中最有代表性的內(nèi)容。

2.2.1 重復(fù)性

同一實(shí)驗(yàn)室樣品，在相同條件下(同實(shí)驗(yàn)室、同操作者、同儀器和在短時(shí)間間隔內(nèi))所完成的2個(gè)單次試驗(yàn)，含雜率結(jié)果之間差值的絕對(duì)值，在95%的概率水平下，應(yīng)小于重復(fù)性r1的值：

a) 小于2.5%的低含雜棉樣：r1=0.18%；

b) 不小于2.5%的高含雜棉樣：r1=0.29%。

對(duì)同一實(shí)驗(yàn)室樣品，在重復(fù)值條件下試驗(yàn)的3個(gè)試樣，當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果極差大于0.29%(低含雜)或0.47%(高含雜)則應(yīng)增試1次，并用格拉布斯法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行異常值檢驗(yàn)，以剔除異常值后所有結(jié)果的算術(shù)平均值作為最終試驗(yàn)結(jié)果。

2.2.2 再現(xiàn)性

同一實(shí)驗(yàn)室樣品，在不同條件下(不同實(shí)驗(yàn)室、不同操作者、不同儀器)各完成1個(gè)單次試驗(yàn)，在95%的概率水平下，所得含雜率結(jié)果之間差值的絕對(duì)值應(yīng)小于再現(xiàn)值R1。其中，小于2.5%的低含雜棉樣的R1=0.44%。

2.2.3 準(zhǔn)確性

使用高(代號(hào)為H)、中(代號(hào)為M)、低(代號(hào)為L)3種標(biāo)準(zhǔn)棉樣進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)樣品值進(jìn)行對(duì)比的誤差，應(yīng)符合表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)樣品及測(cè)試數(shù)據(jù)的誤差 單位：%

2.3 試樣選取與標(biāo)記

每種棉花樣品每次取樣600 g，按照四分法進(jìn)行混棉[2]，混棉后分割成4份，每次測(cè)4個(gè)試樣，并保留2個(gè)試樣備用。

標(biāo)準(zhǔn)樣品直接取樣進(jìn)行測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)樣品名稱按照其代號(hào)H，M，L進(jìn)行標(biāo)記，每次測(cè)試樣品為100 g。

2.4 測(cè)試結(jié)果

CGT-1型測(cè)試儀除需要人工開松和喂棉外，雜質(zhì)分離、雜質(zhì)收集稱量、計(jì)算結(jié)果均可自動(dòng)完成。3種需檢測(cè)的棉花樣品分別在同一包內(nèi)取樣后的含雜率測(cè)試數(shù)據(jù)，見表2；3種標(biāo)準(zhǔn)樣品在CGT-1-1上的含雜率測(cè)試結(jié)果，見表3。

表2 3種試驗(yàn)棉樣含雜率測(cè)試值

表3 標(biāo)準(zhǔn)樣品含雜率測(cè)試值

3 結(jié)果分析

根據(jù)重復(fù)性要求，可由表2的同一儀器測(cè)試相同棉樣的含雜率，計(jì)算出相鄰的單次試樣之間含雜率差值的絕對(duì)值K1：

K1=|第n次含雜率-第n+1次含雜率|

(2)

注意：K1為同一儀器下單次試樣之間含雜率差值的絕對(duì)值，n為測(cè)試次數(shù)(n=1,2，…，12)。計(jì)算表2含雜率差值的絕對(duì)值，見表4。

表4 試驗(yàn)棉樣單次之間含雜率差值的絕對(duì)值 單位：%

當(dāng)表2中巴西棉含雜率測(cè)試值在2.5%以下時(shí)，表4中CGT-1-1測(cè)試儀的第1組值、CGT-1-2測(cè)試儀的第2組值均不符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求；而表2中阿根廷棉含雜率測(cè)試值在2.5%以上時(shí)，表4中的測(cè)試值均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

將中國新疆棉含雜率結(jié)果按照2次平均值計(jì)算，判斷其含雜率是否小于2.5%，以判斷結(jié)果是否滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)表2計(jì)算出中國新疆棉2單次試樣之間的平均值和含雜率差值絕對(duì)值，如表5所示。

表5 新疆棉單次之間平均值和含雜率差值的絕對(duì)值 單位：%

根據(jù)表5計(jì)算結(jié)果，得出中國新疆棉試樣中CGT-1-2測(cè)試儀的第1組值不符合要求。雖然試驗(yàn)中出現(xiàn)了不符合要求的數(shù)據(jù)，但是根據(jù)重復(fù)性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，在極差大的情況下可以增加1次試樣測(cè)試，利用極差可以剔除1個(gè)異常數(shù)據(jù)，所以又對(duì)測(cè)試前預(yù)留的備用試樣進(jìn)行增測(cè)，增測(cè)后的數(shù)據(jù)完全滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)再現(xiàn)性的要求，可由表2不同儀器測(cè)試相同棉樣含雜率的測(cè)試值，計(jì)算出相同序號(hào)下單次試樣之間含雜率差值的絕對(duì)值K2：

K2=|第1臺(tái)儀器第n次含雜率-

第2臺(tái)儀器第n次含雜率|

(3)

注意：K2為不同儀器下單次試樣之間含雜率差值的絕對(duì)值，n為測(cè)試次數(shù)(n=1,2，…，12)。計(jì)算表2中的CGT-1-1和CGT-1-2之間的含雜率差值的絕對(duì)值，見表6。

表6 不同儀器試樣棉單次之間含雜率差值的絕對(duì)值

由于國家標(biāo)準(zhǔn)中再現(xiàn)性只規(guī)定了含雜率小于2.5%時(shí)，含雜率差值的絕對(duì)值小于0.44%，而不小于2.5%的則未做相關(guān)要求；表2中巴西棉含雜率小于2.5%，所以表6中的結(jié)果滿足再現(xiàn)性要求。

準(zhǔn)確性結(jié)果可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)棉樣上標(biāo)定的不確定度，衡量測(cè)試結(jié)果是否滿足要求。根據(jù)CGT-1型測(cè)試儀測(cè)試的12次標(biāo)準(zhǔn)樣的平均值，計(jì)算出表3所示的標(biāo)準(zhǔn)樣品含雜率的最終測(cè)試值，可以驗(yàn)證測(cè)試數(shù)據(jù)在國家標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。

需要說明的是，由于含雜率測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在出現(xiàn)極差大的情況下可以增測(cè)1次，這就容忍了測(cè)試過程中出現(xiàn)的一些偶發(fā)狀況。表2的數(shù)據(jù)是在未增測(cè)情況下完成的，所以出現(xiàn)了部分?jǐn)?shù)據(jù)超差，而數(shù)據(jù)超差的主要來源是棉雜分離過程中掉落在雜質(zhì)收集系統(tǒng)上的分離纖維，影響了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性；所以在原棉測(cè)試前需要人工把原棉開松的越薄越好，這樣有利于甩出雜質(zhì)而吸走纖維。

4 結(jié)語

CGT-1型測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)了原棉雜質(zhì)測(cè)試過程中的自動(dòng)化，提高了測(cè)試效率，測(cè)試數(shù)據(jù)的重復(fù)性和再現(xiàn)性滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，測(cè)試結(jié)果平均值也滿足準(zhǔn)確性要求。但是，由于每個(gè)人在測(cè)試中開松原棉程度有差異，會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)分離過程中偶爾落下游離纖維，而影響雜質(zhì)的實(shí)際質(zhì)量[3]；如何避免人員操作差異，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，需要從原棉開松端去解決。

未來，CGT-1型原棉雜質(zhì)智能測(cè)試儀需要開發(fā)自動(dòng)開松原棉和自動(dòng)喂棉系統(tǒng)，以進(jìn)一步去除測(cè)試過程中人為因素所致的差異影響，保證測(cè)試儀器在棉檢行業(yè)的公平公正性，提高自動(dòng)化原棉雜質(zhì)儀在含雜率檢測(cè)中的應(yīng)用。