棉花儀器化公證檢驗實驗室檢測方法優(yōu)化研究

周延+李瑛

新疆呼圖壁公檢實驗室于2007年建立，目前擁有HVI棉花檢測設(shè)備14臺，大型恒溫恒濕空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)4套，大型空氣壓縮機組2臺。每年呼圖壁公檢實驗室棉花檢驗量都排在全國前十位。年均檢驗量近30萬噸，樣品180萬個。

根據(jù)棉纖維的物理特性分析，其對檢測環(huán)境和檢測設(shè)備要求較高，影響檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的因素也很多。為了提高棉花公檢實驗室檢驗數(shù)據(jù)的公正性和準(zhǔn)確性，以下將從多方面對實驗室進(jìn)行優(yōu)化和改造，最大限度減少環(huán)境、設(shè)備和檢驗方法對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)相符率的影響。

環(huán)境對檢驗數(shù)據(jù)的影響分析及實驗室改造

1.環(huán)境對檢驗結(jié)果的影響?？諝獾臏貪穸扔绊懙矫蘩w維的幾何形態(tài)、物理和機械性能。在棉纖維回潮率一定的條件下，當(dāng)空氣溫度增高，纖維的溫度也隨之增高，大分子熱運動加劇，分子間結(jié)合力削弱，纖維斷裂強力和初始模量下降；當(dāng)空氣相對濕度增加，棉纖維回潮率隨之增大，纖維斷裂強度和斷裂伸長率增大。為了統(tǒng)一大氣溫濕度對棉纖維性能的影響，使檢測結(jié)果具有可比性，需統(tǒng)一試驗時的大氣條件。要保證實驗室內(nèi)空氣的溫度、相對濕度、氣流流速等在既定的基數(shù)上（標(biāo)準(zhǔn)大氣條件），就必須應(yīng)用空氣調(diào)節(jié)技術(shù)來達(dá)到這一目的，也就是利用空氣調(diào)節(jié)設(shè)備，在特定的空間內(nèi)造成一定的人工氣候——標(biāo)準(zhǔn)大氣條件。

棉纖維放置在一定大氣條件的環(huán)境中，經(jīng)過一定時間后，單位時間內(nèi)纖維從大氣中吸收的水分子數(shù)與從纖維內(nèi)逸出返回大氣的水分子數(shù)相等時，纖維的回潮率趨于一個穩(wěn)定的值，這種纖維稱為吸（放）濕平衡，所達(dá)到的回潮率成為平衡回潮率。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，樣品平衡和樣品檢驗必須在國家二級實驗室大氣條件（溫度20℃±2℃、濕度65%±3%）環(huán)境下進(jìn)行。

呼圖壁實驗室使用了兩臺大型恒溫恒濕空調(diào)機組， HVI檢驗間和平衡間溫濕度在規(guī)定范圍內(nèi)。由于測試環(huán)境要求的是動態(tài)溫濕度平衡，所以實驗室空調(diào)系統(tǒng)采用的是天花板—地板回風(fēng)技術(shù)。HVI檢驗間和平衡間地板架空，作為回風(fēng)通道。部分天花板和地板布滿回風(fēng)孔洞作為回風(fēng)板，使檢驗及樣品平衡環(huán)境中的空氣在天花板和地板之間達(dá)到一種平衡流動方式，須盡最大可能保證溫濕度環(huán)境穩(wěn)定，從而保證檢驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

2.實驗室溫濕度控制中的問題及實驗室改造。從2007年呼圖壁實驗室開始運行至今，在溫濕度控制上已發(fā)現(xiàn)不少問題。（1）實驗室空調(diào)機組在長時間使用后，濕度會偏離設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，例如標(biāo)準(zhǔn)范圍在62%～68%，標(biāo)準(zhǔn)值在65%。但是在近5年檢驗期間，溫濕度范圍經(jīng)常高達(dá)59%～71%，導(dǎo)致檢驗無法進(jìn)行。實驗室優(yōu)化改造：根據(jù)本人與新疆多家實驗室交流及探討，對空調(diào)溫濕度控制系統(tǒng)的改造，可使用目前在我國溫濕度控制較為穩(wěn)定的約頓控制系統(tǒng)。因新疆北疆水質(zhì)較硬，可采用加大空調(diào)的加濕罐容量，加設(shè)水質(zhì)軟化過濾系統(tǒng)的方法，有效地減少加濕罐進(jìn)水口堵塞。（2）由于HVI檢驗間和樣品平衡間地板下的風(fēng)道和回風(fēng)地板位置重疊等原因，回風(fēng)地板經(jīng)常被待測樣品的棉樣盒架遮蓋，從而導(dǎo)致空氣循環(huán)不暢，表現(xiàn)為溫濕度不正常。實驗室優(yōu)化改造：調(diào)整回風(fēng)通道與回風(fēng)地板之間的位置，遠(yuǎn)離待測樣品棉樣盒架，避開棉塵集中位置。增加檢驗期間對回風(fēng)通道和回風(fēng)地板的清潔頻率。保證空調(diào)各風(fēng)道空氣的通暢。

HVI棉花檢測設(shè)備對檢測數(shù)據(jù)的影響分析和解決方案

HVI檢測設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)是棉花儀器化公證檢驗工作的最重要保障，在棉花檢驗期，HVI檢測儀器必須24小時連續(xù)運轉(zhuǎn)，更要保證HVI檢測儀器的測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定和準(zhǔn)確。因其長期處于連續(xù)的工作狀態(tài)，會經(jīng)常出現(xiàn)故障，導(dǎo)致延誤檢驗時限，影響實驗室的檢驗工作進(jìn)度。經(jīng)過仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，HVI儀器的三個模塊，即長/強模塊、馬克隆模塊、顏色模塊發(fā)生故障的頻次較高。我所針對HVI檢測儀器的不同模塊出現(xiàn)的常發(fā)故障及其產(chǎn)生原因進(jìn)行分析和探討，并提出以下解決方案。

1.長/強模塊的常發(fā)故障。

（1）力傳感器A/D值不在范圍之內(nèi)。力傳感器是測量臺的關(guān)鍵部件，當(dāng)它發(fā)生故障時，電腦會提示“力傳感器A/D值不在范圍之內(nèi)”，對于這個故障，產(chǎn)生的原因有很多，我們在實驗室中經(jīng)常碰到有以下幾種情況：a.力傳感器自身使用狀態(tài)及其電壓值偏離；b.長強塔沒有處于水平位置；c.力傳感器安裝時與其他硬件接觸，在運動過程中產(chǎn)生阻力，使力傳感器螺桿頂部接近或是接觸到橫桿造成力量累加。

故障及排除方法：重新安裝和調(diào)試力傳感器就可以解決。需要注意的是，在安裝和調(diào)試力傳感器時不能擠壓力傳感器，若是外力作用較大會使力傳感器受到損壞。

（2）前后夾鉗無法關(guān)閉或后夾鉗延時校準(zhǔn)超出范圍。 維護(hù)人員首先要查看夾鉗延時校準(zhǔn)曲線，若夾鉗延時校準(zhǔn)曲線不平滑甚至出現(xiàn)鋸齒狀，產(chǎn)生故障的原因有以下幾點：a.真空壓力值偏低；b.真空傳感器“O”形圈老化漏氣；c.夾鉗安裝錯誤或者是夾鉗的聚氨酯材料破損；d.夾鉗汽缸運動不暢。

故障及排除方法：a.及時清理真空箱內(nèi)及過濾網(wǎng)上的廢棉；b.更換真空傳感器“O”形圈；c.重新安裝夾鉗或更換夾鉗；d.更換汽缸。

（3）HVI在進(jìn)行檢測時頻繁出現(xiàn)大樣品、小樣品。大樣品和小樣品是試樣在測試時光透量超出范圍，同時儀器停止測試樣品并返回初始狀態(tài)，當(dāng)錯誤信息出現(xiàn)時我們必須重做試驗，如果HVI頻繁出現(xiàn)大樣品、小樣品錯誤提示時會直接影響檢驗效率，簡述HVI儀器故障及排除方法：a.由于HVI儀器的梳針、梳夾、樣品壓板等相關(guān)硬件設(shè)施破損或隔距發(fā)生變化而引起的大小樣品數(shù)量增多。首先檢查梳針，若發(fā)現(xiàn)梳針破損應(yīng)及時更換；其次調(diào)整左、右樣品壓板到圓孔的隔距并保持其對等性；同時調(diào)整左、右梳夾到取樣器的隔距是否一致；還要查看左右梳夾的開口角度是否正常，并把梳夾的開口深度調(diào)整為最佳（即1.9mm）。b.真空壓力值偏低，也會使操作過程中大小樣品數(shù)量增多。HVI維護(hù)人員要及時清理真空箱內(nèi)及過濾網(wǎng)上的廢棉。c.模擬板電壓偏離正常值，也會引發(fā)大小樣品數(shù)量增多。若發(fā)現(xiàn)模擬板電壓不在正常范圍內(nèi)，HVI維護(hù)人員就要及時加以調(diào)整。檢查以下部件：長/強控制板到模擬板的連接線是否松動或已經(jīng)老化，光透鏡是否破損或太臟，模擬板是否損壞，IO板是否損壞，并及時更換已損壞的組件。d.毛刷壓力偏離正常值，也會引發(fā)大小樣品數(shù)量增多。若測試發(fā)中發(fā)現(xiàn)毛刷壓力偏離正常值，HVI維護(hù)人員需按照HVI服務(wù)手冊上的說明，調(diào)整壓力。

2.馬克隆模塊重點故障。馬克隆模塊主要由馬克隆腔體、天平及其相關(guān)部件組成，在日常工作中除去天平故障，馬克隆模塊產(chǎn)生的故障主要表現(xiàn)為馬克隆棉花校準(zhǔn)、氣流校準(zhǔn)無法通過，測試數(shù)據(jù)不穩(wěn)定及馬克隆沒有氣壓等幾種情況。

（1）馬克隆棉花校準(zhǔn)、氣流校準(zhǔn)無法通過，測試數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。 首先需要調(diào)整好兩個大組件，即馬克隆汽缸與工作臺的角度和馬克隆測量腔體的大小。如果馬克隆汽缸角度錯誤，馬克隆汽缸活塞不能順暢滑動，必然會與汽缸壁發(fā)生摩擦造成馬克隆棉花校準(zhǔn)失敗或是測試數(shù)據(jù)不穩(wěn)定；同樣，馬克隆腔體大小設(shè)置不準(zhǔn)確，校準(zhǔn)和測試棉樣時，試樣質(zhì)量補償也會造成馬克隆校準(zhǔn)失敗或是測試數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。

測試數(shù)據(jù)不穩(wěn)定故障排除方法：a.主氣壓和馬克隆氣壓須調(diào)整在范圍之內(nèi)；b.馬克隆活塞多孔木塞的底部太臟影響氣流效果，進(jìn)行清潔；c.精密調(diào)節(jié)閥內(nèi)部太臟，進(jìn)行清潔；d.氣橋不干凈，進(jìn)行清潔；e.“O”形圈老化或破損，進(jìn)行更換。

（2）馬克隆沒有氣壓。馬克隆沒有氣壓，就要打開HVI系統(tǒng)內(nèi)馬克隆診斷菜單，點擊馬克隆氣流打開、關(guān)閉按鈕，如果氣閥組中控制馬克隆氣流的氣閥指示燈不亮或者忽亮忽滅，那么肯定是該部件發(fā)生故障。如果該部件工作正常并且相關(guān)部件連線無松動，仍然出現(xiàn)馬克隆沒有氣壓，那么就可能是馬克隆控制板出現(xiàn)問題，更換控制板就可以解決該故障了。

3.顏色模塊重點故障。在顏色模塊中，出現(xiàn)頻率較高、難度較大的故障就是顏色頭的氙燈不工作或工作穩(wěn)定性弱。產(chǎn)生此故障的原因有以下幾點：

（1）顏色頭數(shù)據(jù)線連線及顏色采集卡松動造成顏色頭的氙燈不工作或工作穩(wěn)定性弱。 故障及排除方法：首先確定顏色頭12V電壓輸入正常，就要固定數(shù)據(jù)線的接口和顏色采集卡或者更換并重新安裝數(shù)據(jù)線就可以判斷故障產(chǎn)生的原因，如果數(shù)據(jù)線或者顏色采集卡無法正常使用時必須更換相應(yīng)的部件來解決故障。

（2）12V電壓不輸出造成顏色頭氙燈不工作。 故障及排除方法：首先要檢查12V電源線接口，若12V電源線接口正常，并且電源箱上12V電源指示燈不亮，重新啟動HVI。啟動完畢后，12V電源指示燈仍然不亮，那么很有可能就是電源箱里的12V電源出現(xiàn)故障，更換電源箱里的12V電源就可以排除故障。

HVI設(shè)備外部設(shè)施改造

除了HVI設(shè)備本身模塊對數(shù)據(jù)的影響以外，還有設(shè)備外部設(shè)施對數(shù)據(jù)的重要影響。特別是對數(shù)據(jù)相符率的影響。根據(jù)2007年至今的檢驗相符率分析，部分實驗室外部設(shè)施需要進(jìn)行改造。

1.HVI設(shè)備地板不平整對數(shù)據(jù)的影響。我國最早建設(shè)的公檢實驗室大部分做的是地回風(fēng)，地板下架空作為回風(fēng)通道，整個地板用鋼架支撐。因HVI設(shè)備有600多公斤，實驗室地板強度較差，地板長時間的振動和重壓下，易發(fā)生變形，導(dǎo)致HVI設(shè)備傾斜，使HVI測量長度和強度的長強塔傾斜。塔體常年在傾斜的環(huán)境下工作，會使HVI測量臺電壓偏移，照影曲線發(fā)生變化，導(dǎo)致長度和強度總是偏高或偏低一些。檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率受到影響。

針對上述情況，我所在每臺HVI下面鋪設(shè)5毫米厚的防銹鋼板，鋪設(shè)完成后進(jìn)行水平調(diào)整，使得HVI處在一個有一定的承重、抗壓、平整的地面上工作。

2.輸入電壓對長度和強度的影響。HVI設(shè)備輸入電壓為220V，HVI自帶有變壓器，經(jīng)過變壓器的電壓為美國標(biāo)準(zhǔn)電壓110V。根據(jù)本人在實驗室實地的測量，會在每天早上上升至235V左右，每天晚上的用電高峰期降低至190V左右。經(jīng)過HVI變壓器后，輸入各電路控制板上電壓會波動，從而導(dǎo)致測量長度和強度等數(shù)據(jù)上下浮動，使得相符率降低。

針對上述情況，我所在每臺HVI輸入電源處安裝小型穩(wěn)壓源。使得電壓穩(wěn)定在220V，從而使長度和強度測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定，提高數(shù)據(jù)的相符率。

HVI校準(zhǔn)和操作手法對檢驗數(shù)據(jù)的影響分析

1.HVI校準(zhǔn)和操作手法對檢驗結(jié)果的影響。（1）馬克隆值測試時，樣品稱量不準(zhǔn)確、多放或少放樣品在馬克隆腔體，會導(dǎo)致馬克隆腔體內(nèi)棉纖維天平稱取重量與實際測試重量不符，導(dǎo)致計算錯誤，數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。不按照要求撕松棉樣就進(jìn)行測試，會使成團(tuán)的棉纖維堵塞標(biāo)準(zhǔn)氣流的通過，使得測量壓差不準(zhǔn)確，測試結(jié)果不準(zhǔn)確。（2）進(jìn)行長強測試時，放入測量口的棉樣不能使用樣品的刀切部位的棉纖維，手撕面應(yīng)該向下。從刀切部位取樣，測得長度數(shù)據(jù)偏小。（3）顏色模塊測試時，必須按照要求放入5厘米厚的樣品，否則顏色壓手壓下不能很好地使被壓棉樣遮住顏色攝像的測量口，使得顏色頭閃光拍照漏光，測得反射率和黃度值不準(zhǔn)確。（4）校準(zhǔn)設(shè)備是非常重要的一項工作，必須按照要求使用美國農(nóng)業(yè)部制作的標(biāo)準(zhǔn)棉樣，按照標(biāo)準(zhǔn)操作手法校準(zhǔn)，否則的話，會使得HVI校準(zhǔn)曲線遠(yuǎn)離標(biāo)準(zhǔn)曲線，最終使檢驗數(shù)據(jù)全部錯誤。

2.實驗室優(yōu)化措施。加強對設(shè)備操作人員培訓(xùn)力度，操作校準(zhǔn)規(guī)程上墻，實驗室的大屏幕顯示器循環(huán)播放最佳操作手法，把檢驗數(shù)據(jù)質(zhì)量評價結(jié)果作為操作人員質(zhì)量考核結(jié)果。

（作者單位：周延，新疆昌吉州纖維檢驗；李瑛，新疆農(nóng)六師五家渠纖維檢驗所）