自動計算纖維成分含量系統的開發和應用

易宏+高玉斌+杜四海

摘要：為了提高檢驗流程的智能化，開發了自動計算纖維成分含量的系統，首先采用RS-232串口線將電子天平和計算機建立物理連接，然后開發應用軟件實現電子天平與計算機的交互，先直接讀取電子天平上的稱量數據，再用計算機上的應用軟件代碼計算出纖維成分含量。系統的開發和應用提高了檢驗流程的智能化程度和檢驗效率，簡化了檢驗流程，避免了人工讀數的誤差，保證了數據的溯源性。

關鍵詞：智能化；纖維成分含量；電子天平；計算機

引言

在纖維成分化學法定量分析的過程中，檢驗員首先需要在電子天平上稱量不同步驟處理前后纖維的質量，然后將人工讀取的數據手寫填入紙質原始記錄，最后將紙質原始記錄的數據人工錄入到電腦，按照公式進行計算，這一系列操作存在一定的弊端。其一，人工讀取、記錄數據會因各個檢驗員的操作習慣不一樣而存在差異，增加了出現誤讀、錯寫、錄錯等錯誤的發生，從而影響數據的準確性。其二，手寫記錄的數據也會因個人因素出現字跡潦草、手工篡改、數據轉移甚至是編造數據或其他一些不可溯源的問題，造成檢驗結果的不準確，不僅會增加后續的復核和審核的檢查、校驗工作，還可能會增加復驗、復檢等檢驗流程，從而影響準確率和及時率。為了有效避免人工讀取的誤差，保證數據的溯源性，提高檢驗效率，簡化檢驗流程，本文開發了自動計算纖維成分的系統，該系統實現電子天平與計算機的相互通信訪問，自動讀取電子天平稱量數據和計算纖維成分含量。

1 自動計算纖維成分系統的組成

一種計算纖維成分含量的系統由電子天平、RS-232串口線、應用軟件和計算機組成如圖1所示。RS-232串口線將電子天平和計算機建立物理連接，應用軟件實現電子天平與計算機的交互，先直接讀取電子天平上的稱量數據，再用計算機上的應用軟件代碼計算出纖維成分含量[1]。

2 自動計算纖維成分系統的工作原理

在C#環境下編寫與電子天平組成的下位機通信的應用軟件上位機系統，主要包括串行通信設計和數據分析部分模塊設計。當電子天平為讀取數據狀態時，上位機將發送指定的命令給下位機，下位機收到正確的命令格式后，將以字符串的形式反饋電子天平讀取數據給應用軟件，應用軟件解讀字符串，自動讀取電子天平數據[2]。自動讀取數據后，在C#環境下編寫代碼實現纖維成分含量的自動計算。

紡織品定量化學分析采用化學溶解法和物理手工分解法。編寫化學溶解法和物理法的基礎計算公式代碼后，根據試驗數據、纖維組分、定性方法標準、纖維成分定量方案、樣品纖維成分定量具體方案、定量方法標準、不同組分纖維公定回潮率、不同組分纖維修正系數變化的計算公式自動計算纖維成分含量。

2.1 化學溶解法計算公式編寫原理

化學溶解法計算公式以凈干質量為基礎，考慮公定回潮率或預處理中非纖維物質和纖維物質的損失率的因素編寫[3]。

（1）以凈干質量為基礎的計算公式如公式（1）所示。

式中：P為不溶組分凈干質量分數，%；m0為試樣的干燥質量，g；m1為殘留物的干燥質量，g；d為不溶組分的質量變化修正系數。

（2）以凈干質量為基礎，結合公定回潮率的計算公式如（2）所示。

式中：PM為結合公定回潮率的不溶組分百分率，%；P為凈干不溶組分百分率，%；a1為可溶組分的公定回潮率，%；a2為不溶組分的公定回潮率，%。

（3）以凈干質量為基礎，結合公定回潮率以及預處理中非纖維物質和纖維物質的損失率的計算公式如（3）所示。

式中：PA為混合物中凈干不溶組分結合公定回潮率及非纖維物質去除率的百分率，%；P為凈干不溶組分百分率，%；a1為可溶組分的公定回潮率，%；a2為不溶組分的公定回潮率，%；b1為預處理中可溶纖維物質的損失率，和/或可溶組分中非纖維物質的去除率，%；b2為預處理中不溶纖維物質的損失率，和/或不溶組分中非纖維物質的去除率，%。

2.2 物理手工分解法計算公式編寫原理

不考慮預處理過程中纖維質量的損失，纖維凈干質量分數計算公式如下：

3 自動計算纖維成分系統的應用實例

以三組分纖維樣品為例，計算纖維成分含量的應用軟件界面見圖2。

如圖2所示，填寫測試三組分樣品的纖維定性方法：溶氨綸，不溶萊賽爾纖維，不溶聚酯纖維；定量方法標準：FZ/T 01095—2002（化學溶解法）中二甲基甲酰胺法，根據填寫內容系統自動得出氨綸、萊賽爾和聚酯纖維的公定回潮率分別為1.3、10.0和0.4，萊賽爾和聚酯纖維修正系數為1.00和1.01。電子天平分別稱量1號試樣和瓶子質量后，點擊界面“試樣+瓶重”右側空格自動輸入稱量數據24.4535g；稱量1號瓶子質量后，點擊界面“瓶重”右側空格自動輸入稱量數據23.7694g；稱量1號試樣和坩堝質量后，點擊界面“試樣+坩堝重”右側空格自動輸入稱量數據24.4289g；稱量1號坩堝質量后，點擊界面“坩堝重”右側空格自動輸入稱量數據23.7681g。根據得到數據系統自動計算出試樣干重為0.6841g，不溶物干重為0.6608g。根據代碼編寫的計算軟件計算出1號瓶氨綸的凈干含量百分率為2.93%，萊賽爾纖維和聚酯纖維的凈干含量百分率分別為49.29%、47.78%；數值修約后，氨綸、萊賽爾和聚酯纖維的凈干含量百分率分別為2.9%、49.3%和47.8%；結合公定回潮率修約后的纖維含量百分率分別為2.8%、51.6%和45.6%。

4 自動計算纖維成分系統的優點

利用自動計算纖維成分系統解決檢驗工作中準確率和及時率的弊端，給檢驗工作帶來方便、快捷，具有許多優點。

（1）優化檢驗流程：優化后的檢驗流程：收樣→定性→定量與錄入合并（試驗數據按試驗溶解分拆步驟稱量后自動錄入到檢務系統）→打印錄入的原始記錄→出證。流程優化后保證原始數據的溯源性，減少數據錯誤，減少復核員核對錄入數據的工作量，提高工作效率。

（2）規范原始記錄：由手寫原始記錄變為電腦記錄后打印，在完善補充原始記錄信息的前提下節約原始記錄用紙，對試驗過程涉及到的儀器設備、標準方法、試驗時間等細節進行規范化管理，保證原始信息的真實性和有效性。

（3）結果預判，解決復核員看顯微鏡時定性與定量含量不能統一的問題：新系統可以查看檢驗員初步定量結果，復核員在對纖維成分定性時通過預估纖維含量對檢驗員初步定量結果進行預判，及時發現檢驗員定量結果明顯異常的情況，有效預防差錯。

參考文獻：

[1] 黃志鋒，湛騰西，趙旭.一種用于電子天平的自動讀數和數據通信裝置：CN 201120167678.0[P].2012-01-25.

[2] 賈宏雨. 基于無線網絡的紡織品檢測數據采集與處理系統[D].東華大學，2014.

[3] GB/T 2910.1—2009/ISO 1833-1：2006 紡織品 定量化學分析第1部分：試驗通則[S].

（作者單位：廣州纖維產品檢測研究院）