CGT-1型原棉雜質(zhì)智能測試儀的研究與應(yīng)用

金永生，安少元，王曉輝，郭敬瑤

(1.阿克蘇地區(qū)檢驗檢測中心，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)含量的檢測是整個棉花質(zhì)量檢驗工作中的一個重要組成部分。目前，國內(nèi)棉花雜質(zhì)檢驗依據(jù)的是國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6499—2012《原棉含雜率試驗方法》[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)的測試規(guī)則和數(shù)據(jù)分析依據(jù)。但在實際操作過程中，這類儀器測試效率低、噪聲和振動大，長期使用影響操作人員的身心健康。

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

1 CGT-1型測試儀簡介

1.1 組成

CGT-1型測試儀由棉雜主機(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。該測試儀增加了纖塵及雜質(zhì)收集裝置，可實現(xiàn)自動稱量；應(yīng)用聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)同步上傳；利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)及測試視頻的留樣復(fù)查；同時能大幅降低整機(jī)振動和噪聲。

1—主處理機(jī)(含鍵鼠)；2—纖塵收集裝置；3—臺秤；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型測試儀利用纖維與雜質(zhì)的相對密度差異，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)因為密度較大而落入收雜箱內(nèi)的電子天平托盤上，稱量后數(shù)據(jù)自動上傳到計算機(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)動而附著在塵籠表面，測試完成后纖維經(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)：測試時間為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 ℃，相對濕度為45%～75%；噪聲小于40 dB(A)。

1.4 指標(biāo)計算

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

(1)

式中：

Z——含雜率/%；

mf——分析出的雜質(zhì)總質(zhì)量/g；

ms——試驗試樣質(zhì)量/g。

2 驗證試驗

2.1 試驗方案

試驗儀器:選用2臺CGT-1型測試儀，分別標(biāo)記為CGT-1-1和CGT-1-2，并放置在不同的實驗室、由2名操作員分別進(jìn)行試驗。

試樣：重復(fù)性與再現(xiàn)性驗證使用巴西棉、中國新疆棉和阿根廷棉3種，每種1包，每臺儀器要求完成12個單次試驗；準(zhǔn)確性驗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個單次試驗。

2.2 試驗標(biāo)準(zhǔn)要求

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6499—2012中對重復(fù)性和再現(xiàn)性的要求，本次試驗只測試同包內(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

同一實驗室樣品，在相同條件下(同實驗室、同操作者、同儀器和在短時間間隔內(nèi))所完成的2個單次試驗，含雜率結(jié)果之間差值的絕對值，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%。

對同一實驗室樣品，在重復(fù)值條件下試驗的3個試樣，當(dāng)試驗結(jié)果極差大于0.29%(低含雜)或0.47%(高含雜)則應(yīng)增試1次，并用格拉布斯法對試驗結(jié)果進(jìn)行異常值檢驗，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結(jié)果。

2.2.2 再現(xiàn)性

同一實驗室樣品，在不同條件下(不同實驗室、不同操作者、不同儀器)各完成1個單次試驗，在95%的概率水平下，所得含雜率結(jié)果之間差值的絕對值應(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(代號為H)、中(代號為M)、低(代號為L)3種標(biāo)準(zhǔn)棉樣進(jìn)行測試，測試數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)樣品值進(jìn)行對比的誤差，應(yīng)符合表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)樣品及測試數(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4個試樣，并保留2個試樣備用。

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

2.4 測試結(jié)果

CGT-1型測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、計算結(jié)果均可自動完成。3種需檢測的棉花樣品分別在同一包內(nèi)取樣后的含雜率測試數(shù)據(jù)，見表2；3種標(biāo)準(zhǔn)樣品在CGT-1-1上的含雜率測試結(jié)果，見表3。

表2 3種試驗棉樣含雜率測試值

表3 標(biāo)準(zhǔn)樣品含雜率測試值

3 結(jié)果分析

根據(jù)重復(fù)性要求，可由表2的同一儀器測試相同棉樣的含雜率，計算出相鄰的單次試樣之間含雜率差值的絕對值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值，n為測試次數(shù)(n=1,2，…，12)。計算表2含雜率差值的絕對值，見表4。

表4 試驗棉樣單次之間含雜率差值的絕對值 單位：%

當(dāng)表2中巴西棉含雜率測試值在2.5%以下時，表4中CGT-1-1測試儀的第1組值、CGT-1-2測試儀的第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試值在2.5%以上時，表4中的測試值均符合國家標(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值 單位：%

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

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

K2=|第1臺儀器第n次含雜率-

第2臺儀器第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值，n為測試次數(shù)(n=1,2，…，12)。計算表2中的CGT-1-1和CGT-1-2之間的含雜率差值的絕對值，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，含雜率差值的絕對值小于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，衡量測試結(jié)果是否滿足要求。根據(jù)CGT-1型測試儀測試的12次標(biāo)準(zhǔn)樣的平均值，計算出表3所示的標(biāo)準(zhǔn)樣品含雜率的最終測試值，可以驗證測試數(shù)據(jù)在國家標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。

需要說明的是，由于含雜率測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在出現(xiàn)極差大的情況下可以增測1次，這就容忍了測試過程中出現(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，影響了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性；所以在原棉測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型測試儀實現(xiàn)了原棉雜質(zhì)測試過程中的自動化，提高了測試效率，測試數(shù)據(jù)的重復(fù)性和再現(xiàn)性滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，測試結(jié)果平均值也滿足準(zhǔn)確性要求。但是，由于每個人在測試中開松原棉程度有差異，會導(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)智能測試儀需要開發(fā)自動開松原棉和自動喂棉系統(tǒng)，以進(jìn)一步去除測試過程中人為因素所致的差異影響，保證測試儀器在棉檢行業(yè)的公平公正性，提高自動化原棉雜質(zhì)儀在含雜率檢測中的應(yīng)用。