微波法測試籽棉回潮率研究及應(yīng)用

院志霞

摘要：

本文介紹了籽棉收購過程重量結(jié)算中采用原有皮棉回潮率測試扣重的不確定性，對目前現(xiàn)有幾種回潮率測試方法以及針對籽棉回潮率測試采用微波法進(jìn)行試驗(yàn)及研究，通過微波法建立微波衰減和籽棉整體回潮的對應(yīng)關(guān)系，為籽棉回潮率驗(yàn)收提供了一種新的方法。

關(guān)鍵詞：籽棉；回潮率；微波法

1 引言

籽棉在收購過程中需要檢驗(yàn)顏色級、回潮率、含雜率、衣分、纖維長度、馬克隆值等，其中回潮率和含雜率是和收購重量息息相關(guān)的數(shù)據(jù)。GB 1103.1—2012棉花中規(guī)定籽棉收購中采用抽樣試軋成皮棉后進(jìn)行回潮率確定，按照標(biāo)準(zhǔn)回潮率8.5%實(shí)行扣補(bǔ)。

目前回潮率測試方法有直接法和間接法，直接法主要是將物品中的水分剝離通過計(jì)算水分和干重的百分比計(jì)算回潮率。直接法中干燥棉花的方法有烘箱法、紅外線干燥法、微波加熱干燥法、吸濕劑干燥法、真空干燥法等。對于棉花纖維類產(chǎn)品，一般采取烘箱法。

間接法利用纖維的某些特性，在不同回潮之間所表現(xiàn)出的不同數(shù)值，通過標(biāo)定特定數(shù)值和棉花回潮率之間關(guān)系建立關(guān)系，就可以得到回潮率測量。間接法主要采用電學(xué)測濕法，如電阻式測濕儀、電容式測濕儀、微波測濕法和紅外測濕法等。

2 籽棉回潮率分析

籽棉中的水分分為皮棉中所含水分、棉籽中所含水分、雜質(zhì)中所含水分，因此，籽棉的回潮率應(yīng)該為：

W——回潮率，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，水分與干重之比，%；H1——籽棉中皮棉的水分質(zhì)量，g；H2——籽棉中棉籽的水分質(zhì)量，g；H3——籽棉中雜質(zhì)的水分質(zhì)量，g；M——籽棉干燥重量，g。

由以上公式可見，只有在H2、H3一定的情況下，才可采用將皮棉回潮作為籽棉回潮結(jié)算的依據(jù)。我國棉花主產(chǎn)地在新疆，由于受人工成本以及采摘效率的影響，近幾年來機(jī)采棉數(shù)量大增，有的地方已經(jīng)超過80%的棉花采用機(jī)采，由于采摘時(shí)間不同，棉籽的成熟度以及含雜率不一致，所含水分也不同，因此，僅測試籽棉中皮棉的回潮率進(jìn)行重量結(jié)算是不科學(xué)的。

3 試驗(yàn)方案及結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)方案

經(jīng)過對目前市場幾種設(shè)備及方案的了解，本研究主要采用微波法進(jìn)行測試，通過分析，主要采取測試方案如表1。

方案1：參照微波法棉包回潮率測試方案，將籽棉測試前進(jìn)行一定的預(yù)壓，使其保持一定的密度，同時(shí)對車廂進(jìn)行改造，使微波發(fā)射和接收得以順利完成。經(jīng)過計(jì)算，需要的微波功率超過2000dB，由于是開放式測試，超出了微波民用范圍。因此該方案不可行。

方案2：參照GB 1103.1—2012《 棉花 第1部分：鋸齒加工細(xì)絨棉》，籽棉在檢測過程中一般取樣為1.5kg～10kg，需要按照前中后、上中線分別取樣5kg，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，采取4.67kg/dm2進(jìn)行壓縮，微波功率采用棉包回潮率所用20db，測試過程監(jiān)測環(huán)境溫度，缺點(diǎn)是需稱重，優(yōu)點(diǎn)是可能會測試準(zhǔn)確。

方案3：同方案2，取樣后測試前進(jìn)行稱重，根據(jù)重量確定壓縮量，采用同密度測量，該方案優(yōu)點(diǎn)是重量要求不嚴(yán)，但同樣需要稱重。

方案4：同方案2，取樣后設(shè)定固定容器，將容器裝滿后設(shè)備自動稱量，按照重量確定壓縮位置，保證籽棉密度和方案3保持一致，之后進(jìn)行微波掃描，建模分析。

通過對以上4種方案進(jìn)行分析，其中方案1需要對車輛進(jìn)行改造，同時(shí)通過計(jì)算所采用的微波功率過大，本次試驗(yàn)放棄，對后面3種方案設(shè)計(jì)相關(guān)的試驗(yàn)設(shè)備，開展相關(guān)試驗(yàn)。

3.2 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師十二團(tuán)加工廠進(jìn)行，從2016年5月開始，到2016年12月完成，根據(jù)試驗(yàn)需求，阿拉爾纖維檢驗(yàn)所聯(lián)合西安工程大學(xué)、西安阿爾特測控技術(shù)有限公司進(jìn)行了針對三種方案測試設(shè)備的專項(xiàng)設(shè)計(jì)，并制造出符合試驗(yàn)方案的3種設(shè)備（見圖1～圖3）進(jìn)行試驗(yàn)。

方案2采用定壓力的方式測試籽棉回潮，用同一堆均衡過的機(jī)采棉160kg棉樣，平均分成80份，每份5kg，其中溫度按照-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃進(jìn)行保溫，之后按照預(yù)定的壓力（70kg/15dm2）壓縮后采用微波天線掃描，記錄微波校準(zhǔn)值、測試值、棉樣溫度、壓縮壓力、烘箱結(jié)果，觀察微波衰減和回潮率之間的對應(yīng)關(guān)系。

由方案2的測試結(jié)果可知，由于棉花的疏松特性以及在不同回潮率下壓縮力量不同，采用固定壓力方案在不同回潮情況下，壓縮體積差異較大，試驗(yàn)中微波衰減率差異較小，不能建立回潮率和微波衰減值對應(yīng)關(guān)系，試驗(yàn)失敗。

方案3采用定密度、定重量要求，溫度采用環(huán)境溫度進(jìn)行計(jì)算，試驗(yàn)記錄棉樣重量、環(huán)境溫度、設(shè)備校準(zhǔn)值、測試值、按照回歸法建立計(jì)算模型，檢查微波法衰減在各種情況下和籽棉總體回潮的對應(yīng)關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2結(jié)果分析，方案3采用定重量和定密度后，試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，通過西安工程大學(xué)建立數(shù)學(xué)模型計(jì)算，籽棉回潮率測試結(jié)果和烘箱法試驗(yàn)結(jié)果對比，誤差基本在1%以內(nèi)，滿足籽棉回潮率使用的測試要求，但由于需要每次對棉樣進(jìn)行稱重，之后將棉樣放在檢測壓縮艙內(nèi)，測試效率較低。

方案4采用放寬棉樣重量，保證每種棉樣的壓縮密度一致，采用環(huán)境溫度進(jìn)行試驗(yàn)計(jì)算，記錄棉樣重量、設(shè)備校準(zhǔn)值、微波測試值、烘箱回潮率，按照回歸法計(jì)算微波法測試籽棉回潮和實(shí)際回潮的差距。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

由表3結(jié)果分析，方案4采用定棉樣體積，不定重量，設(shè)備自動稱重，根據(jù)重量確定壓縮距離，保持棉樣密度，由于不需要精確稱重，檢測效率較高，檢查試驗(yàn)測試結(jié)果和烘箱對比結(jié)果，數(shù)據(jù)基本滿足回潮率誤差在1%的范圍內(nèi)。滿足籽棉回潮率測試要求。

4 結(jié)論

通過以上試驗(yàn)過程以及試驗(yàn)結(jié)果得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）微波法檢測需要單位重量棉樣的密度一致；

（2）籽棉檢測壓縮后最小體積寬度不得小于微波掃描天線寬度；

（3）環(huán)境溫度對檢測結(jié)果有一定影響，需要溫度參與運(yùn)算；

（4）整車檢測需要整車取樣才能保證測試具有代表性；

（5）微波功率需要調(diào)節(jié)穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)；

（6）籽棉總體回潮率和微波衰減率具有對應(yīng)關(guān)系；

（7）籽棉總皮棉回潮率和籽棉總體回潮率沒有特定關(guān)系。

微波法測量籽棉回潮率的研究試驗(yàn)成功，可以滿足籽棉在收購過程中回潮率測定要求。對籽棉收購結(jié)算具有一定的指導(dǎo)意義，完善了原有國家標(biāo)準(zhǔn)中采用樣品試軋成皮棉后測試回潮率扣重的不確定因素，尤其對機(jī)采棉的籽棉回潮率測定意義重大。

（作者單位：阿拉爾纖維檢驗(yàn)所）endprint