專利名稱：織物透氣測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測試紡織性能的測量儀器，特別是關(guān)于織物的透氣性能測量儀。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)仍以油壓式織物透氣測量儀為主，它在精度方面誤差太大，可測透氣率范圍較小，可測織物厚度5mm，且適用標準單一，只能適用國標，因而適應不了形勢發(fā)展需要。具體技術(shù)問題表述在以下方面，壓力是通過斜管的油壓面來顯示，靠人眼辯別油壓面位置，讀數(shù)通過查數(shù)表來計算透氣量，手動操作過程繁瑣，測量速度慢，還容易造成人為誤差和儀器故障。
織物透氣性測試原理用可調(diào)吸風量的吸風機對被壓于測試頭的試樣產(chǎn)生負壓，測量經(jīng)過噴嘴兩端密閉室內(nèi)的壓差ΔP，借助事先標定好的差壓—流量曲線或差壓-透氣量表，對應查得被測試樣的透氣量值Q，因此儀器的核心部件為差壓流量計，而差壓流量計的主要部件之一為設(shè)在上下腔室中的定壓噴嘴，它是非標準件，必須用實驗來確定流量與上下腔室壓差關(guān)系。為此必須按噴嘴口徑大小逐一標定，然后根據(jù)標定值回歸分析并考慮試樣面積因素找出ΔP與Q的函數(shù)關(guān)系，顯然織物孔徑大小不同要選擇噴嘴口徑大小也不同，或者說噴嘴口徑大小與織物透氣量相對應，按測試樣品不同要標定大小不同口徑的噴嘴并作出相對應的曲線或數(shù)表，因此每測定一個試樣就必須調(diào)換一個噴嘴，由于要求密封性好，因此稍有失誤就使測試失效。
再是試樣壓緊時技術(shù)難度大，油壓式織物透氣測量儀雖然采用凸輪、擺桿、滑塊、調(diào)節(jié)螺母等部件，達到壓緊試樣的目的，但這些都是手工操作，全靠經(jīng)驗，織物試樣厚薄不一，產(chǎn)生人為誤差在所難免。
國外為瑞士TXTEST公司研制的FX3300電腦型織物透氣儀，全自動測試精度為小于或等于±3％，壓力量程為98～2500Pa，可測透氣率2～9000mm/s。但它無自動壓緊試樣裝置和無自動調(diào)換噴嘴裝置，也無一機多控功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對目前國內(nèi)外織物透氣測量儀存在的技術(shù)問題，設(shè)計一種由單片機控制的實現(xiàn)自動測量織物透氣性，要求能自動壓緊試樣、自動定壓差、自動調(diào)換噴嘴、自動打印測量數(shù)據(jù)的數(shù)字式織物透氣性快速測量儀。
本發(fā)明以下列的技術(shù)方案實現(xiàn)上述目的。
織物透氣測量儀，它包括一氣流腔，設(shè)在氣流腔中間的氣流噴嘴，一設(shè)在氣流腔下端的吸氣機，一設(shè)在氣流腔上端的測試頭，一控制中心CPU，和與CPU相連接的打印機及觸摸輸入顯示屏，其特征在于所述的氣流噴嘴分布在圓盤的徑向等間距位置，由CPU與設(shè)在圓盤邊緣的光電耦合開關(guān)相連接，組成控制圓盤轉(zhuǎn)動自動調(diào)換氣流噴嘴裝置；由CPU與設(shè)在壓桿一端的光電耦合開關(guān)相連接，組成控制電磁鐵吸合的測試頭自動壓緊試樣裝置；由CPU與分別設(shè)在氣流噴嘴上下端的壓力傳感器相連接，組成測量織物透氣量裝置。
為理解本發(fā)明設(shè)計的技術(shù)方案，有必要對織物透氣性問題作以下說明性介紹所謂織物透氣性就是織物在兩面存在壓差的情況下，空氣透過織物的性能，織物透氣量則是織物在規(guī)定的壓差下，單位時間流過織物單位面積的空氣體積，壓差是空氣賴以流動的條件，只有在被測織物兩面保持一定的壓力差，空氣才能透過織物而流動，因此織物透氣量總是與壓力差相關(guān)聯(lián)的，按照濾流阻力定律，透氣量Q與織物兩面壓差ΔP0間的關(guān)系可用下式表示。
Q＝Cμd2εΔPa，其中Q為空氣流量，C為儀器常數(shù)，μ為流量系數(shù)，ε為空氣密度變化系數(shù)，d為氣孔直徑，Δpa為前后腔室間氣壓差。
由公式可知，通過織物的空氣流與氣孔直徑平方成比例，并與前后室空氣室的靜壓差一定關(guān)系。此氣孔是指儀器中的噴嘴孔，此噴嘴孔直徑是根據(jù)織物透氣性的不同制成的標準孔面板確定的，不同的織物對應定壓差的空氣流量也不同，用預先測定標準孔板方法確定相對應噴嘴孔口徑，因此定壓差法是采用一組大小不一的噴嘴孔進行測量，當噴嘴口為同一口徑時，其兩面壓差大小與流量大小成一定函數(shù)關(guān)系。所以讀出氣流腔前后室的靜壓差，就可以求出通過織物的空氣流量，織物透氣性用透氣量來表示，它是在穩(wěn)流情況下，織物兩邊保持一定壓力差時，單位時間內(nèi)通過織物單位面積的空氣量，其計算公式為BP＝V/AT式中BP——透氣量M3/M2SV——通過織物空氣的體積M3A——試樣面積T——時間秒S
上式表明透氣量愈大，織物透氣性越好。測試時為簡化計算，常將上式繪制成專用對照圖，根據(jù)壓力表讀數(shù)和所使用噴嘴口的直徑，即可由圖中直接查出透氣量。
本發(fā)明的設(shè)計方案以上述原理為基礎(chǔ)，由測試頭、氣流腔、上下室中的氣流噴嘴、電控箱、CPU控制器和打印機組成。氣流依順序進入測試頭、上氣室、下氣室、吸風機形成小于大氣壓的負壓?？椢锉粔壕o于測試頭，由風機吸氣，在測試物兩面形成的壓差由噴嘴的上、下氣室的氣壓差所代替，由壓力傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，通過CPU處理運算，得到對應定壓值的空氣流量也即織物的透氣率。
本發(fā)明與原有的油壓式織物透氣測量儀相比設(shè)置壓差量程由50～2500Pa提高到50～4000Pa，可測透氣率由8.5～11834mm/s提高到2～11937mm/s；測試精度小于等于±2％；重復一致性由95％提高到99.80％，測試時間由5分鐘減少至8秒鐘，由手動操作改為全自動操作，極大提高測試精度和工作效率。本發(fā)明設(shè)計的測試頭自動壓緊裝置、自動調(diào)換噴嘴裝置和一機多控功能為前所未有的設(shè)計，瑞士的FX3300也沒有上述三種結(jié)構(gòu)和功能，本發(fā)明設(shè)計的壓力量程比瑞士FX3300的高1500Pa，可測透氣率范圍比瑞士FX3300大2932mm/s，數(shù)據(jù)重復性、穩(wěn)定度比瑞士FX3300高出10倍。


圖1為本發(fā)明的機械結(jié)構(gòu)圖。
圖2-1為本發(fā)明CPU控制電路框圖，圖2-2為觸摸輸入顯示屏和打印輸出示意圖。
圖3-1為測試頭自動壓緊控制電路圖，圖3-2為測試頭自動壓緊光機電結(jié)合圖。
圖4為光電耦合開關(guān)與CPU控制電機電路圖。
圖5為轉(zhuǎn)動圓盤工作過程控制圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明結(jié)構(gòu)作具體說明。
圖1為本發(fā)明的機械結(jié)構(gòu)部分，包括設(shè)在臺面上的壓桿13、測試頭11和手壓柄12，水平設(shè)置在臺面上的壓桿13，其一端通過連接旋鈕16連接一圓環(huán)測試頭11，測試頭可根據(jù)不同標準的要求調(diào)換。測試頭11的中間腔與臺面上的進氣筒21中間腔相對應，測試頭11與進氣筒21之間的中間腔為放置測試樣品的進氣通道，測試頭11的底端凸出的密封圈平面，進氣筒21的頂端外圍也對應光潔平整的平面，兩者平面共同壓平夾緊測試樣品，使測試樣品保持原來的孔徑大小和形狀位置，確保測試條件穩(wěn)定。
測試頭壓緊裝置1由壓桿13，設(shè)在壓桿另一端的氣彈簧17、上連桿18、下連桿19和電磁鐵20組成。氣彈簧17與壓桿11末端垂直活動連接，上連桿18與壓桿13末端下部垂直活動連接，下連桿19與上連桿活動連接，并由下端的鐵塊與電磁鐵20電磁接觸。如圖1所示為電磁鐵通電吸合，上、下連桿拉直，測試頭11與進氣筒21處于壓緊狀態(tài)。
風機吸氣裝置2、進氣筒21與測試頭11的進風口相對接，進氣筒21下端與上腔氣室22相連接，中間設(shè)上防塵網(wǎng)26，上腔氣室22設(shè)上腔室壓力傳感器27，下腔氣室25中設(shè)下腔室壓力傳感器28，上下腔氣室之間為設(shè)在轉(zhuǎn)盤31上的氣流噴嘴33，上下腔室壁上設(shè)防止空氣進入的密封圈23和密封壓頭24，加強氣密封防止圓盤轉(zhuǎn)動時空氣入侵，下腔氣室25下端經(jīng)防塵網(wǎng)26后由波紋軟管14與吸氣機30相連接，吸氣機30為產(chǎn)生低于大氣壓的抽真空風機，氣壓在20～5000Pa之間變化，根據(jù)噴嘴口徑大小，由CPU調(diào)節(jié)控制。
轉(zhuǎn)動圓盤3為本發(fā)明的核心部件，由轉(zhuǎn)盤31、轉(zhuǎn)盤中心主軸32和等間距設(shè)在轉(zhuǎn)盤31徑向位置的若干氣流噴嘴33組成，轉(zhuǎn)盤中心主軸32下端由同步傳動帶38與一大傳動比的減速電機37相連接，電機37帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，其旋轉(zhuǎn)速度和方向由設(shè)在轉(zhuǎn)盤邊緣的一組光電耦合開關(guān)啟動CPU發(fā)出的控制信號所控制。轉(zhuǎn)盤31在轉(zhuǎn)動過程中既要運行無阻，又要保持密封不漏氣，選用不銹鋼和周邊用優(yōu)質(zhì)聚四氟乙烯作為耐磨、防漏密封件。參看圖5，轉(zhuǎn)盤31的等間距徑向位置設(shè)有11個氣流噴嘴孔，分別在11個孔內(nèi)放入口徑為φ0.8、φ1.2、φ2、φ3、φ4、φ6、φ8、φ10、φ12、φ16、φ20的噴嘴，轉(zhuǎn)盤31外邊緣上設(shè)置11組噴嘴位置識別孔65，每組與一個氣流噴嘴33的口徑大小相對應。
上腔室壓力傳感器27和下腔室壓力傳感器28選用具有高精度的硅敏感特性和集成芯片結(jié)合的壓力傳感器，超低壓檢測達到1″水柱，內(nèi)有ASIC芯片，有表壓力和差壓力量程可選，線性和磁帶組合誤差滿量程＜0.25％，補償溫度0～50度，能自動輸出電壓，線性度好。
CPU選用美國Silaba公司的C8051F060芯片，具有高速數(shù)據(jù)采集，自動口徑裝換，帶AD模數(shù)轉(zhuǎn)換，光電檢測高速運算1M SPS，實時通訊等功能。
圖2-1表示本發(fā)明的CPU控制中心，包括設(shè)在臺面上的CPU控制臺5、打印機51、觸摸輸入液晶顯示屏52。控制光電耦合控制信號輸入、噴嘴位置采取及位置調(diào)整，電機運動控制信號，上下腔室壓力傳感器信號采集，風機驅(qū)動控制信號等。
圖3為測試頭部分的光電耦合信號采集和控制信號輸出部份，設(shè)在壓桿13末端的擋光板62未插入光電耦器中間輸出信號電壓為高電平，反之為低電平，壓桿壓下?lián)豕獍?2進入光電管61之間，擋光一次為啟動信號輸入CPU，在測試過程中，光電管61再一次被擋光，作為中途停機信號以中斷信號輸入CPU。
圖4為轉(zhuǎn)動圓盤邊緣的光電耦合開關(guān)與CPU和電機控制電路圖，圖4中的U2、U3、U4、U5、U6和U7為一組設(shè)在圓盤邊緣的光電耦合開關(guān)，接入CPU輸入端，CPU輸出端通過光電耦合開關(guān)U8、U9與雙向可控硅Q1和Q相連接控制減速電機的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。
圖5表示光電耦合開關(guān)組63停留在轉(zhuǎn)動圓盤3的邊緣的一組噴嘴位置識別孔65上，與此同時在上下腔室之間滑動的轉(zhuǎn)動圓盤3正好停止在φ0.8噴嘴的外圍，也就是說由停留在編號為0001位的光電耦合開關(guān)組63的觸發(fā)信號自動選取中φ0.8的噴嘴。光電管的擋光板為轉(zhuǎn)動圓盤3本身，轉(zhuǎn)動圓盤邊緣設(shè)11組噴嘴位置識別孔，轉(zhuǎn)動圓盤3轉(zhuǎn)動到一組識別孔與光電管組相對時產(chǎn)生一個低電平觸發(fā)信號，其中光電管U2和U7用于噴嘴號碼讀取時定位，當U2和U7都不被擋住時，才可以讀取噴嘴號。根據(jù)U3、U4、U5和U6被擋住與否，可得出四位二進制數(shù)0000～1111判別當前為哪一個噴嘴，如0001對應φ0.8噴嘴，0002對應φ1.2噴嘴，依此類推確定噴嘴口徑的大小。
以下結(jié)合附圖簡述測定紡織品透氣性的測量過程。
將被測試樣品放置于測試頭11和進氣筒21之間的夾緊面上壓下手柄12，壓桿13另一端的光電耦合開關(guān)U1輸入信號給CPU控制中心，CPU輸出信號控制電磁鐵20吸合，上連桿4與下連桿5拉直，保持測試頭壓緊試樣。
通過觸摸屏輸入選擇設(shè)置，如選擇自動操作，CPU輸出控制信號吸風機30啟動，空氣從試樣進入上下腔室產(chǎn)生風壓，CPU從壓力傳感器27、28采取壓力信號后輸出控制信號啟動電機37帶動圓盤31作水平旋轉(zhuǎn)，CPU根據(jù)試樣選擇轉(zhuǎn)動圓盤控制減速電機37轉(zhuǎn)動帶動轉(zhuǎn)動圓盤正轉(zhuǎn)或逆轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)動圓盤上選擇合適口徑的噴嘴，如圖5所示，轉(zhuǎn)動圓盤旋轉(zhuǎn)至光電耦合開關(guān)組63時，圓盤31停止，φ0.8噴嘴進入上下腔室之間，光電耦合開關(guān)組所對應的編碼為0001，表示CPU選擇φ0.8噴嘴與測試樣相對，CPU將上下腔室壓力傳感器所測信號進行處理運算后由打印機輸出測定壓500Pa時，透氣率為200mm/s，整個測試時間為5秒鐘。
上述為CPU控制自動調(diào)換噴嘴，也通過觸摸屏輸入設(shè)置以手動選擇噴嘴，如當前噴嘴對應于φ4，通過觸摸屏輸入設(shè)置選擇噴嘴φ0.8，CPU讀取了當前的噴嘴，通過內(nèi)部比較，得出反轉(zhuǎn)只需經(jīng)過三個噴嘴，而正轉(zhuǎn)要經(jīng)過六個噴嘴，CPU則會選擇最近的線路——反轉(zhuǎn)。然后在CPU的反轉(zhuǎn)端P2.1置、反轉(zhuǎn)信號。在反轉(zhuǎn)的過程中，不斷的采集噴嘴位置數(shù)據(jù)進行比較，直到采集到φ0.8的噴嘴位置數(shù)據(jù)為0001，在CPU的反轉(zhuǎn)端P2.1置停止信號。為使本測量儀與國際測量儀器接軌或符合國外主要行業(yè)標準，本發(fā)明在符合國家標準基礎(chǔ)上，采用調(diào)換不同面積的測試頭和輸入換算軟件相配合的辦法，增加7個國外主要行業(yè)標準，除97國家標準外，如美國ASTMD737、ASTMD3574，法國AFNORG07-11，英國BS5636，法國DIN53887，日本JISL1096-A等標準。
為了適應生產(chǎn)企業(yè)對在線產(chǎn)品進行實時測試，本發(fā)明選用的CPU芯片具有2個UART串行口、59個I/O口、2個16位IMSPS的AD轉(zhuǎn)換模塊、22個中斷接口，能用一臺電腦控制多臺設(shè)備，同時對多臺設(shè)備進行動態(tài)監(jiān)測，及時取得產(chǎn)品的質(zhì)量信息，包括顯示透氣量和壓力差數(shù)據(jù)及曲線變化，有利于生產(chǎn)企業(yè)對在線產(chǎn)品進行實時控制。數(shù)據(jù)庫保存采樣和控制信息。CPU的遠程操控功能，能用一臺電腦對遠程多臺設(shè)備的在線生產(chǎn)進行控制。
權(quán)利要求
1.織物透氣測量儀，它包括一氣流腔，設(shè)在氣流腔中間的氣流噴嘴，一設(shè)在氣流腔下端的吸氣機，一設(shè)在氣流腔上端的測試頭，一控制中心CPU，和與CPU相連接的打印機及觸摸輸入顯示屏，其特征在于所述的氣流噴嘴分布在圓盤的徑向等間距位置，由CPU與設(shè)在圓盤邊緣的光電耦合開關(guān)相連接，組成控制圓盤轉(zhuǎn)動自動調(diào)換氣流噴嘴裝置；由CPU與設(shè)在壓桿一端的光電耦合開關(guān)相連接，組成控制電磁鐵吸合的測試頭自動壓緊試樣裝置；由CPU與分別設(shè)在氣流噴嘴上下端的壓力傳感器相連接，組成測量織物的透氣量裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物透氣測量儀，其特征是圓盤自動轉(zhuǎn)動調(diào)換氣流噴嘴裝置還包括轉(zhuǎn)盤(31)、轉(zhuǎn)盤中心主軸(32)和等間距設(shè)在轉(zhuǎn)盤(31)徑向位置的若干氣流噴嘴(33)，轉(zhuǎn)盤中心主軸(32)下端由同步傳動帶(38)與一大傳動比的減速電機(37)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的織物透氣測量儀，其特征是圓盤(31)的等間距的徑向位置設(shè)計11個氣流噴嘴，圓盤(31)外邊緣上設(shè)置11組噴嘴位置識別孔，每組與一個氣流噴嘴口徑大小相對應。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物透氣測量儀，其特征是壓力傳感器分別由設(shè)在上腔室壓力傳感器(27)和設(shè)在下腔室壓力傳感器(28)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物透氣性測量儀，其特征是測試頭壓緊裝置由壓桿(11)，設(shè)在壓桿一端的氣彈簧(17)、上連桿(18)、下連桿(19)和與下連桿相連的電磁鐵(20)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物透氣測量儀，其特征是控制中心CPU包括設(shè)在臺面上的CPU控制臺(5)、打印機(51)、觸摸輸入液晶顯示屏(52)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物透氣測量儀，其特征是為測量織物透氣量裝置的可測透氣率為2～11937mm/s。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物透氣測量儀，其特征是測量織物透氣量裝置的測試精度為小于等于±2％；重復性為99.8％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物透氣測量儀，其特征是測量織物透氣量裝置的設(shè)置壓差為50～4000Pa。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物透氣測量儀，其特征是控制中心CPU用于對多臺設(shè)備進行在線實時工作控制。
全文摘要
織物透氣測量儀，它包括一氣流腔，設(shè)在氣流腔中間的氣流噴嘴，一設(shè)在氣流腔下端的吸氣機，一設(shè)在氣流腔上端的測試頭，一控制中心CPU，和與CPU相連接的打印機及觸摸輸入顯示屏，所述氣流噴嘴分布在圓盤的徑向等間距位置，由CPU與設(shè)在圓盤邊緣的光電耦合開關(guān)相連接，組成控制圓盤轉(zhuǎn)動自動調(diào)換氣流噴嘴裝置；由CPU與設(shè)在壓桿一端的光電耦合開關(guān)相連接，組成控制電磁鐵吸合的測試頭自動壓緊試樣裝置；由CPU與分別設(shè)在氣流噴嘴上下端的壓力傳感器相連接，組成測量織物透氣量裝置。本發(fā)明的設(shè)置壓差量程為50～4000Pa，可測透氣率為2～11937mm/s；測試精度小于等于±2％；重復一致性為99.80％，測試時間為8秒鐘，極大提高測試精度和工作效率。
文檔編號G01N33/36GK101059415SQ200710068928
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者胡君偉, 王建裕, 陳賢軍 申請人:寧波紡織儀器廠