棉花儀器化公證檢驗實驗室檢測方法優化研究

周延+李瑛

新疆呼圖壁公檢實驗室于2007年建立，目前擁有HVI棉花檢測設備14臺，大型恒溫恒濕空氣調節系統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。

根據棉纖維的物理特性分析，其對檢測環境和檢測設備要求較高，影響檢測數據準確性的因素也很多。為了提高棉花公檢實驗室檢驗數據的公正性和準確性，以下將從多方面對實驗室進行優化和改造，最大限度減少環境、設備和檢驗方法對數據準確性和數據相符率的影響。

環境對檢驗數據的影響分析及實驗室改造

1.環境對檢驗結果的影響。空氣的溫濕度影響到棉纖維的幾何形態、物理和機械性能。在棉纖維回潮率一定的條件下，當空氣溫度增高，纖維的溫度也隨之增高，大分子熱運動加劇，分子間結合力削弱，纖維斷裂強力和初始模量下降；當空氣相對濕度增加，棉纖維回潮率隨之增大，纖維斷裂強度和斷裂伸長率增大。為了統一大氣溫濕度對棉纖維性能的影響，使檢測結果具有可比性，需統一試驗時的大氣條件。要保證實驗室內空氣的溫度、相對濕度、氣流流速等在既定的基數上（標準大氣條件），就必須應用空氣調節技術來達到這一目的，也就是利用空氣調節設備，在特定的空間內造成一定的人工氣候——標準大氣條件。

棉纖維放置在一定大氣條件的環境中，經過一定時間后，單位時間內纖維從大氣中吸收的水分子數與從纖維內逸出返回大氣的水分子數相等時，纖維的回潮率趨于一個穩定的值，這種纖維稱為吸（放）濕平衡，所達到的回潮率成為平衡回潮率。根據標準要求，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%）環境下進行。

呼圖壁實驗室使用了兩臺大型恒溫恒濕空調機組， HVI檢驗間和平衡間溫濕度在規定范圍內。由于測試環境要求的是動態溫濕度平衡，所以實驗室空調系統采用的是天花板—地板回風技術。HVI檢驗間和平衡間地板架空，作為回風通道。部分天花板和地板布滿回風孔洞作為回風板，使檢驗及樣品平衡環境中的空氣在天花板和地板之間達到一種平衡流動方式，須盡最大可能保證溫濕度環境穩定，從而保證檢驗數據準確可靠。

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現不少問題。（1）實驗室空調機組在長時間使用后，濕度會偏離設定的標準值，例如標準范圍在62%～68%，標準值在65%。但是在近5年檢驗期間，溫濕度范圍經常高達59%～71%，導致檢驗無法進行。實驗室優化改造：根據本人與新疆多家實驗室交流及探討，對空調溫濕度控制系統的改造，可使用目前在我國溫濕度控制較為穩定的約頓控制系統。因新疆北疆水質較硬，可采用加大空調的加濕罐容量，加設水質軟化過濾系統的方法，有效地減少加濕罐進水口堵塞。（2）由于HVI檢驗間和樣品平衡間地板下的風道和回風地板位置重疊等原因，回風地板經常被待測樣品的棉樣盒架遮蓋，從而導致空氣循環不暢，表現為溫濕度不正常。實驗室優化改造：調整回風通道與回風地板之間的位置，遠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通道和回風地板的清潔頻率。保證空調各風道空氣的通暢。

HVI棉花檢測設備對檢測數據的影響分析和解決方案

HVI檢測設備的正常運轉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小時連續運轉，更要保證HVI檢測儀器的測試數據穩定和準確。因其長期處于連續的工作狀態，會經常出現故障，導致延誤檢驗時限，影響實驗室的檢驗工作進度。經過仔細觀察發現，HVI儀器的三個模塊，即長/強模塊、馬克隆模塊、顏色模塊發生故障的頻次較高。我所針對HVI檢測儀器的不同模塊出現的常發故障及其產生原因進行分析和探討，并提出以下解決方案。

1.長/強模塊的常發故障。

（1）力傳感器A/D值不在范圍之內。力傳感器是測量臺的關鍵部件，當它發生故障時，電腦會提示“力傳感器A/D值不在范圍之內”，對于這個故障，產生的原因有很多，我們在實驗室中經常碰到有以下幾種情況：a.力傳感器自身使用狀態及其電壓值偏離；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：重新安裝和調試力傳感器就可以解決。需要注意的是，在安裝和調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）前后夾鉗無法關閉或后夾鉗延時校準超出范圍。 維護人員首先要查看夾鉗延時校準曲線，若夾鉗延時校準曲線不平滑甚至出現鋸齒狀，產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.及時清理真空箱內及過濾網上的廢棉；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在進行檢測時頻繁出現大樣品、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，當錯誤信息出現時我們必須重做試驗，如果HVI頻繁出現大樣品、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、樣品壓板等相關硬件設施破損或隔距發生變化而引起的大小樣品數量增多。首先檢查梳針，若發現梳針破損應及時更換；其次調整左、右樣品壓板到圓孔的隔距并保持其對等性；同時調整左、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量增多。HVI維護人員要及時清理真空箱內及過濾網上的廢棉。c.模擬板電壓偏離正常值，也會引發大小樣品數量增多。若發現模擬板電壓不在正常范圍內，HVI維護人員就要及時加以調整。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，也會引發大小樣品數量增多。若測試發中發現毛刷壓力偏離正常值，HVI維護人員需按照HVI服務手冊上的說明，調整壓力。

2.馬克隆模塊重點故障。馬克隆模塊主要由馬克隆腔體、天平及其相關部件組成，在日常工作中除去天平故障，馬克隆模塊產生的故障主要表現為馬克隆棉花校準、氣流校準無法通過，測試數據不穩定及馬克隆沒有氣壓等幾種情況。

（1）馬克隆棉花校準、氣流校準無法通過，測試數據不穩定。 首先需要調整好兩個大組件，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，必然會與汽缸壁發生摩擦造成馬克隆棉花校準失敗或是測試數據不穩定；同樣，馬克隆腔體大小設置不準確，校準和測試棉樣時，試樣質量補償也會造成馬克隆校準失敗或是測試數據不穩定。

測試數據不穩定故障排除方法：a.主氣壓和馬克隆氣壓須調整在范圍之內；b.馬克隆活塞多孔木塞的底部太臟影響氣流效果，進行清潔；c.精密調節閥內部太臟，進行清潔；d.氣橋不干凈，進行清潔；e.“O”形圈老化或破損，進行更換。

（2）馬克隆沒有氣壓。馬克隆沒有氣壓，就要打開HVI系統內馬克隆診斷菜單，點擊馬克隆氣流打開、關閉按鈕，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生故障。如果該部件工作正常并且相關部件連線無松動，仍然出現馬克隆沒有氣壓，那么就可能是馬克隆控制板出現問題，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定性弱。產生此故障的原因有以下幾點：

（1）顏色頭數據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，就要固定數據線的接口和顏色采集卡或者更換并重新安裝數據線就可以判斷故障產生的原因，如果數據線或者顏色采集卡無法正常使用時必須更換相應的部件來解決故障。

（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電源出現故障，更換電源箱里的12V電源就可以排除故障。

HVI設備外部設施改造

除了HVI設備本身模塊對數據的影響以外，還有設備外部設施對數據的重要影響。特別是對數據相符率的影響。根據2007年至今的檢驗相符率分析，部分實驗室外部設施需要進行改造。

1.HVI設備地板不平整對數據的影響。我國最早建設的公檢實驗室大部分做的是地回風，地板下架空作為回風通道，整個地板用鋼架支撐。因HVI設備有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，易發生變形，導致HVI設備傾斜，使HVI測量長度和強度的長強塔傾斜。塔體常年在傾斜的環境下工作，會使HVI測量臺電壓偏移，照影曲線發生變化，導致長度和強度總是偏高或偏低一些。檢測數據準確率受到影響。

針對上述情況，我所在每臺HVI下面鋪設5毫米厚的防銹鋼板，鋪設完成后進行水平調整，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設備輸入電壓為220V，HVI自帶有變壓器，經過變壓器的電壓為美國標準電壓110V。根據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。經過HVI變壓器后，輸入各電路控制板上電壓會波動，從而導致測量長度和強度等數據上下浮動，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壓源。使得電壓穩定在220V，從而使長度和強度測試數據穩定，提高數據的相符率。

HVI校準和操作手法對檢驗數據的影響分析

1.HVI校準和操作手法對檢驗結果的影響。（1）馬克隆值測試時，樣品稱量不準確、多放或少放樣品在馬克隆腔體，會導致馬克隆腔體內棉纖維天平稱取重量與實際測試重量不符，導致計算錯誤，數據不準確。不按照要求撕松棉樣就進行測試，會使成團的棉纖維堵塞標準氣流的通過，使得測量壓差不準確，測試結果不準確。（2）進行長強測試時，放入測量口的棉樣不能使用樣品的刀切部位的棉纖維，手撕面應該向下。從刀切部位取樣，測得長度數據偏小。（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確。（4）校準設備是非常重要的一項工作，必須按照要求使用美國農業部制作的標準棉樣，按照標準操作手法校準，否則的話，會使得HVI校準曲線遠離標準曲線，最終使檢驗數據全部錯誤。

2.實驗室優化措施。加強對設備操作人員培訓力度，操作校準規程上墻，實驗室的大屏幕顯示器循環播放最佳操作手法，把檢驗數據質量評價結果作為操作人員質量考核結果。

（作者單位：周延，新疆昌吉州纖維檢驗；李瑛，新疆農六師五家渠纖維檢驗所）