CGT-1型原棉雜質智能測試儀的研究與應用

金永生，安少元，王曉輝，郭敬瑤

(1.阿克蘇地區檢驗檢測中心，新疆 阿克蘇 843000；2.陜西長嶺紡織機電科技有限公司，陜西 寶雞 721013)

0 引言

棉花雜質含量的檢測是整個棉花質量檢驗工作中的一個重要組成部分。目前，國內棉花雜質檢驗依據的是國家標準GB/T 6499—2012《原棉含雜率試驗方法》[1]，該標準以Y101型、YG041型等原棉雜質分析機為數據源，規定了相應的測試規則和數據分析依據。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。

為了提高棉花雜質含量的檢測效率，減少人為干預，滿足加工企業、公檢行業對雜質測量自動化的迫切需求，陜西長嶺紡織機電科技有限公司(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、公檢單位對原棉雜質含量的精確測定，既滿足當前棉花雜質檢測自動化的要求，又促進原棉加工質量提升，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、纖塵收集裝置、電氣控制系統和主處理機、電子秤等組成，如圖1所示。該測試儀增加了纖塵及雜質收集裝置，可實現自動稱量；應用聯網技術實現測試數據同步上傳；利用數據庫技術，實現測試數據及測試視頻的留樣復查；同時能大幅降低整機振動和噪聲。

1—主處理機(含鍵鼠)；2—纖塵收集裝置；3—臺秤；4—原棉托盤組件；5—主處理機柜；6—打印機；7—顯示器；8—喂棉板；9—棉雜主機；10—雜質托盤組件；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的相對密度差異，借助氣流的作用，使纖維與雜質分離。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，使纖維與雜質分離，雜質因為密度較大而落入收雜箱內的電子天平托盤上，稱量后數據自動上傳到計算機，稱量完成后托盤中的雜質被吸入纖塵收集裝置中，纖維則隨氣流運動而附著在塵籠表面，測試完成后纖維經過原棉板落入凈棉箱內。

1.3 技術參數

該儀器技術參數：測試時間為5 min(一次樣品)；刺輥轉速為1200 r/min～1400 r/min；給棉羅拉轉速為0.9 r/min～2.2 r/min；電子天平(雜質稱量)分度值為0.01 g；臺秤(試樣稱量)分度值為0.1 g；試樣質量為(100±1)g；電源電壓為AC(220±22)V，頻率為50 Hz；設備的功耗為1500 W；氣源壓力為(0.6±0.1)MPa，空氣流量為50 L/min；使用環境溫度為10 ℃～30 ℃，相對濕度為45%～75%；噪聲小于40 dB(A)。

1.4 指標計算

因CGT-1型測試儀無需人工揀出粗大雜質，故檢測應按照GB/T 6499—2012中規定的試驗步驟進行操作，而CGT-1型測試儀的試樣含雜率計算公式則變為：

(1)

式中：

Z——含雜率/%；

mf——分析出的雜質總質量/g；

ms——試驗試樣質量/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名操作員分別進行試驗。

試樣：重復性與再現性驗證使用巴西棉、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；準確性驗證使用河北省纖檢局制作的高、中、低3種含雜標準棉樣，在CGT-1-1上完成12個單次試驗。

2.2 試驗標準要求

根據國家標準GB/T 6499—2012中對重復性和再現性的要求，本次試驗只測試同包內的樣品，所以只選取標準中最有代表性的內容。

2.2.1 重復性

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)所完成的2個單次試驗，含雜率結果之間差值的絕對值，在95%的概率水平下，應小于重復性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，在重復值條件下試驗的3個試樣，當試驗結果極差大于0.29%(低含雜)或0.47%(高含雜)則應增試1次，并用格拉布斯法對試驗結果進行異常值檢驗，以剔除異常值后所有結果的算術平均值作為最終試驗結果。

2.2.2 再現性

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，所得含雜率結果之間差值的絕對值應小于再現值R1。其中，小于2.5%的低含雜棉樣的R1=0.44%。

2.2.3 準確性

使用高(代號為H)、中(代號為M)、低(代號為L)3種標準棉樣進行測試，測試數據與標準樣品值進行對比的誤差，應符合表1。

表1 標準樣品及測試數據的誤差 單位：%

2.3 試樣選取與標記

每種棉花樣品每次取樣600 g，按照四分法進行混棉[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。

標準樣品直接取樣進行測試，標準樣品名稱按照其代號H，M，L進行標記，每次測試樣品為100 g。

2.4 測試結果

CGT-1型測試儀除需要人工開松和喂棉外，雜質分離、雜質收集稱量、計算結果均可自動完成。3種需檢測的棉花樣品分別在同一包內取樣后的含雜率測試數據，見表2；3種標準樣品在CGT-1-1上的含雜率測試結果，見表3。

表2 3種試驗棉樣含雜率測試值

表3 標準樣品含雜率測試值

3 結果分析

根據重復性要求，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(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準要求；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準要求。

將中國新疆棉含雜率結果按照2次平均值計算，判斷其含雜率是否小于2.5%，以判斷結果是否滿足國家標準要求。根據表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：%

根據表5計算結果，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。雖然試驗中出現了不符合要求的數據，但是根據重復性測試標準，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個異常數據，所以又對測試前預留的備用試樣進行增測，增測后的數據完全滿足國家標準要求。

根據國家標準對再現性的要求，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(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

由于國家標準中再現性只規定了含雜率小于2.5%時，含雜率差值的絕對值小于0.44%，而不小于2.5%的則未做相關要求；表2中巴西棉含雜率小于2.5%，所以表6中的結果滿足再現性要求。

準確性結果可以根據標準棉樣上標定的不確定度，衡量測試結果是否滿足要求。根據CGT-1型測試儀測試的12次標準樣的平均值，計算出表3所示的標準樣品含雜率的最終測試值，可以驗證測試數據在國家標準要求范圍內。

需要說明的是，由于含雜率測試標準規定在出現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的一些偶發狀況。表2的數據是在未增測情況下完成的，所以出現了部分數據超差，而數據超差的主要來源是棉雜分離過程中掉落在雜質收集系統上的分離纖維，影響了測試結果的準確性；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而吸走纖維。

4 結語

CGT-1型測試儀實現了原棉雜質測試過程中的自動化，提高了測試效率，測試數據的重復性和再現性滿足國家標準要求，測試結果平均值也滿足準確性要求。但是，由于每個人在測試中開松原棉程度有差異，會導致雜質分離過程中偶爾落下游離纖維，而影響雜質的實際質量[3]；如何避免人員操作差異，確保數據準確性，需要從原棉開松端去解決。

未來，CGT-1型原棉雜質智能測試儀需要開發自動開松原棉和自動喂棉系統，以進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的公平公正性，提高自動化原棉雜質儀在含雜率檢測中的應用。