专利名称：织物透气测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及测试纺织性能的测量仪器，特别是关于织物的透气性能测量仪。
背景技术：
目前国内仍以油压式织物透气测量仪为主，它在精度方面误差太大，可测透气率范围较小，可测织物厚度5mm，且适用标准单一，只能适用国标，因而适应不了形势发展需要。具体技术问题表述在以下方面，压力是通过斜管的油压面来显示，靠人眼辩别油压面位置，读数通过查数表来计算透气量，手动操作过程繁琐，测量速度慢，还容易造成人为误差和仪器故障。
织物透气性测试原理用可调吸风量的吸风机对被压于测试头的试样产生负压，测量经过喷嘴两端密闭室内的压差ΔP，借助事先标定好的差压—流量曲线或差压-透气量表，对应查得被测试样的透气量值Q，因此仪器的核心部件为差压流量计，而差压流量计的主要部件之一为设在上下腔室中的定压喷嘴，它是非标准件，必须用实验来确定流量与上下腔室压差关系。为此必须按喷嘴口径大小逐一标定，然后根据标定值回归分析并考虑试样面积因素找出ΔP与Q的函数关系，显然织物孔径大小不同要选择喷嘴口径大小也不同，或者说喷嘴口径大小与织物透气量相对应，按测试样品不同要标定大小不同口径的喷嘴并作出相对应的曲线或数表，因此每测定一个试样就必须调换一个喷嘴，由于要求密封性好，因此稍有失误就使测试失效。
再是试样压紧时技术难度大，油压式织物透气测量仪虽然采用凸轮、摆杆、滑块、调节螺母等部件，达到压紧试样的目的，但这些都是手工操作，全靠经验，织物试样厚薄不一，产生人为误差在所难免。
国外为瑞士TXTEST公司研制的FX3300电脑型织物透气仪，全自动测试精度为小于或等于±3％，压力量程为98～2500Pa，可测透气率2～9000mm/s。但它无自动压紧试样装置和无自动调换喷嘴装置，也无一机多控功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对目前国内外织物透气测量仪存在的技术问题，设计一种由单片机控制的实现自动测量织物透气性，要求能自动压紧试样、自动定压差、自动调换喷嘴、自动打印测量数据的数字式织物透气性快速测量仪。
本发明以下列的技术方案实现上述目的。
织物透气测量仪，它包括一气流腔，设在气流腔中间的气流喷嘴，一设在气流腔下端的吸气机，一设在气流腔上端的测试头，一控制中心CPU，和与CPU相连接的打印机及触摸输入显示屏，其特征在于所述的气流喷嘴分布在圆盘的径向等间距位置，由CPU与设在圆盘边缘的光电耦合开关相连接，组成控制圆盘转动自动调换气流喷嘴装置；由CPU与设在压杆一端的光电耦合开关相连接，组成控制电磁铁吸合的测试头自动压紧试样装置；由CPU与分别设在气流喷嘴上下端的压力传感器相连接，组成测量织物透气量装置。
为理解本发明设计的技术方案，有必要对织物透气性问题作以下说明性介绍所谓织物透气性就是织物在两面存在压差的情况下，空气透过织物的性能，织物透气量则是织物在规定的压差下，单位时间流过织物单位面积的空气体积，压差是空气赖以流动的条件，只有在被测织物两面保持一定的压力差，空气才能透过织物而流动，因此织物透气量总是与压力差相关联的，按照滤流阻力定律，透气量Q与织物两面压差ΔP0间的关系可用下式表示。
Q＝Cμd2εΔPa，其中Q为空气流量，C为仪器常数，μ为流量系数，ε为空气密度变化系数，d为气孔直径，Δpa为前后腔室间气压差。
由公式可知，通过织物的空气流与气孔直径平方成比例，并与前后室空气室的静压差一定关系。此气孔是指仪器中的喷嘴孔，此喷嘴孔直径是根据织物透气性的不同制成的标准孔面板确定的，不同的织物对应定压差的空气流量也不同，用预先测定标准孔板方法确定相对应喷嘴孔口径，因此定压差法是采用一组大小不一的喷嘴孔进行测量，当喷嘴口为同一口径时，其两面压差大小与流量大小成一定函数关系。所以读出气流腔前后室的静压差，就可以求出通过织物的空气流量，织物透气性用透气量来表示，它是在稳流情况下，织物两边保持一定压力差时，单位时间内通过织物单位面积的空气量，其计算公式为BP＝V/AT式中BP——透气量M3/M2SV——通过织物空气的体积M3A——试样面积T——时间秒S
上式表明透气量愈大，织物透气性越好。测试时为简化计算，常将上式绘制成专用对照图，根据压力表读数和所使用喷嘴口的直径，即可由图中直接查出透气量。
本发明的设计方案以上述原理为基础，由测试头、气流腔、上下室中的气流喷嘴、电控箱、CPU控制器和打印机组成。气流依顺序进入测试头、上气室、下气室、吸风机形成小于大气压的负压。织物被压紧于测试头，由风机吸气，在测试物两面形成的压差由喷嘴的上、下气室的气压差所代替，由压力传感器转换成电信号，通过CPU处理运算，得到对应定压值的空气流量也即织物的透气率。
本发明与原有的油压式织物透气测量仪相比设置压差量程由50～2500Pa提高到50～4000Pa，可测透气率由8.5～11834mm/s提高到2～11937mm/s；测试精度小于等于±2％；重复一致性由95％提高到99.80％，测试时间由5分钟减少至8秒钟，由手动操作改为全自动操作，极大提高测试精度和工作效率。本发明设计的测试头自动压紧装置、自动调换喷嘴装置和一机多控功能为前所未有的设计，瑞士的FX3300也没有上述三种结构和功能，本发明设计的压力量程比瑞士FX3300的高1500Pa，可测透气率范围比瑞士FX3300大2932mm/s，数据重复性、稳定度比瑞士FX3300高出10倍。
图1为本发明的机械结构图。
图2-1为本发明CPU控制电路框图，图2-2为触摸输入显示屏和打印输出示意图。
图3-1为测试头自动压紧控制电路图，图3-2为测试头自动压紧光机电结合图。
图4为光电耦合开关与CPU控制电机电路图。
图5为转动圆盘工作过程控制图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明结构作具体说明。
图1为本发明的机械结构部分，包括设在台面上的压杆13、测试头11和手压柄12，水平设置在台面上的压杆13，其一端通过连接旋钮16连接一圆环测试头11，测试头可根据不同标准的要求调换。测试头11的中间腔与台面上的进气筒21中间腔相对应，测试头11与进气筒21之间的中间腔为放置测试样品的进气通道，测试头11的底端凸出的密封圈平面，进气筒21的顶端外围也对应光洁平整的平面，两者平面共同压平夹紧测试样品，使测试样品保持原来的孔径大小和形状位置，确保测试条件稳定。
测试头压紧装置1由压杆13，设在压杆另一端的气弹簧17、上连杆18、下连杆19和电磁铁20组成。气弹簧17与压杆11末端垂直活动连接，上连杆18与压杆13末端下部垂直活动连接，下连杆19与上连杆活动连接，并由下端的铁块与电磁铁20电磁接触。如图1所示为电磁铁通电吸合，上、下连杆拉直，测试头11与进气筒21处于压紧状态。
风机吸气装置2、进气筒21与测试头11的进风口相对接，进气筒21下端与上腔气室22相连接，中间设上防尘网26，上腔气室22设上腔室压力传感器27，下腔气室25中设下腔室压力传感器28，上下腔气室之间为设在转盘31上的气流喷嘴33，上下腔室壁上设防止空气进入的密封圈23和密封压头24，加强气密封防止圆盘转动时空气入侵，下腔气室25下端经防尘网26后由波纹软管14与吸气机30相连接，吸气机30为产生低于大气压的抽真空风机，气压在20～5000Pa之间变化，根据喷嘴口径大小，由CPU调节控制。
转动圆盘3为本发明的核心部件，由转盘31、转盘中心主轴32和等间距设在转盘31径向位置的若干气流喷嘴33组成，转盘中心主轴32下端由同步传动带38与一大传动比的减速电机37相连接，电机37带动转盘转动，其旋转速度和方向由设在转盘边缘的一组光电耦合开关启动CPU发出的控制信号所控制。转盘31在转动过程中既要运行无阻，又要保持密封不漏气，选用不锈钢和周边用优质聚四氟乙烯作为耐磨、防漏密封件。参看图5，转盘31的等间距径向位置设有11个气流喷嘴孔，分别在11个孔内放入口径为φ0.8、φ1.2、φ2、φ3、φ4、φ6、φ8、φ10、φ12、φ16、φ20的喷嘴，转盘31外边缘上设置11组喷嘴位置识别孔65，每组与一个气流喷嘴33的口径大小相对应。
上腔室压力传感器27和下腔室压力传感器28选用具有高精度的硅敏感特性和集成芯片结合的压力传感器，超低压检测达到1″水柱，内有ASIC芯片，有表压力和差压力量程可选，线性和磁带组合误差满量程＜0.25％，补偿温度0～50度，能自动输出电压，线性度好。
CPU选用美国Silaba公司的C8051F060芯片，具有高速数据采集，自动口径装换，带AD模数转换，光电检测高速运算1M SPS，实时通讯等功能。
图2-1表示本发明的CPU控制中心，包括设在台面上的CPU控制台5、打印机51、触摸输入液晶显示屏52。控制光电耦合控制信号输入、喷嘴位置采取及位置调整，电机运动控制信号，上下腔室压力传感器信号采集，风机驱动控制信号等。
图3为测试头部分的光电耦合信号采集和控制信号输出部份，设在压杆13末端的挡光板62未插入光电耦器中间输出信号电压为高电平，反之为低电平，压杆压下挡光板62进入光电管61之间，挡光一次为启动信号输入CPU，在测试过程中，光电管61再一次被挡光，作为中途停机信号以中断信号输入CPU。
图4为转动圆盘边缘的光电耦合开关与CPU和电机控制电路图，图4中的U2、U3、U4、U5、U6和U7为一组设在圆盘边缘的光电耦合开关，接入CPU输入端，CPU输出端通过光电耦合开关U8、U9与双向可控硅Q1和Q相连接控制减速电机的正转或反转。
图5表示光电耦合开关组63停留在转动圆盘3的边缘的一组喷嘴位置识别孔65上，与此同时在上下腔室之间滑动的转动圆盘3正好停止在φ0.8喷嘴的外围，也就是说由停留在编号为0001位的光电耦合开关组63的触发信号自动选取中φ0.8的喷嘴。光电管的挡光板为转动圆盘3本身，转动圆盘边缘设11组喷嘴位置识别孔，转动圆盘3转动到一组识别孔与光电管组相对时产生一个低电平触发信号，其中光电管U2和U7用于喷嘴号码读取时定位，当U2和U7都不被挡住时，才可以读取喷嘴号。根据U3、U4、U5和U6被挡住与否，可得出四位二进制数0000～1111判别当前为哪一个喷嘴，如0001对应φ0.8喷嘴，0002对应φ1.2喷嘴，依此类推确定喷嘴口径的大小。
以下结合附图简述测定纺织品透气性的测量过程。
将被测试样品放置于测试头11和进气筒21之间的夹紧面上压下手柄12，压杆13另一端的光电耦合开关U1输入信号给CPU控制中心，CPU输出信号控制电磁铁20吸合，上连杆4与下连杆5拉直，保持测试头压紧试样。
通过触摸屏输入选择设置，如选择自动操作，CPU输出控制信号吸风机30启动，空气从试样进入上下腔室产生风压，CPU从压力传感器27、28采取压力信号后输出控制信号启动电机37带动圆盘31作水平旋转，CPU根据试样选择转动圆盘控制减速电机37转动带动转动圆盘正转或逆转，在转动圆盘上选择合适口径的喷嘴，如图5所示，转动圆盘旋转至光电耦合开关组63时，圆盘31停止，φ0.8喷嘴进入上下腔室之间，光电耦合开关组所对应的编码为0001，表示CPU选择φ0.8喷嘴与测试样相对，CPU将上下腔室压力传感器所测信号进行处理运算后由打印机输出测定压500Pa时，透气率为200mm/s，整个测试时间为5秒钟。
上述为CPU控制自动调换喷嘴，也通过触摸屏输入设置以手动选择喷嘴，如当前喷嘴对应于φ4，通过触摸屏输入设置选择喷嘴φ0.8，CPU读取了当前的喷嘴，通过内部比较，得出反转只需经过三个喷嘴，而正转要经过六个喷嘴，CPU则会选择最近的线路——反转。然后在CPU的反转端P2.1置、反转信号。在反转的过程中，不断的采集喷嘴位置数据进行比较，直到采集到φ0.8的喷嘴位置数据为0001，在CPU的反转端P2.1置停止信号。为使本测量仪与国际测量仪器接轨或符合国外主要行业标准，本发明在符合国家标准基础上，采用调换不同面积的测试头和输入换算软件相配合的办法，增加7个国外主要行业标准，除97国家标准外，如美国ASTMD737、ASTMD3574，法国AFNORG07-11，英国BS5636，法国DIN53887，日本JISL1096-A等标准。
为了适应生产企业对在线产品进行实时测试，本发明选用的CPU芯片具有2个UART串行口、59个I/O口、2个16位IMSPS的AD转换模块、22个中断接口，能用一台电脑控制多台设备，同时对多台设备进行动态监测，及时取得产品的质量信息，包括显示透气量和压力差数据及曲线变化，有利于生产企业对在线产品进行实时控制。数据库保存采样和控制信息。CPU的远程操控功能，能用一台电脑对远程多台设备的在线生产进行控制。
权利要求
1.织物透气测量仪，它包括一气流腔，设在气流腔中间的气流喷嘴，一设在气流腔下端的吸气机，一设在气流腔上端的测试头，一控制中心CPU，和与CPU相连接的打印机及触摸输入显示屏，其特征在于所述的气流喷嘴分布在圆盘的径向等间距位置，由CPU与设在圆盘边缘的光电耦合开关相连接，组成控制圆盘转动自动调换气流喷嘴装置；由CPU与设在压杆一端的光电耦合开关相连接，组成控制电磁铁吸合的测试头自动压紧试样装置；由CPU与分别设在气流喷嘴上下端的压力传感器相连接，组成测量织物的透气量装置。
2.根据权利要求1所述的织物透气测量仪，其特征是圆盘自动转动调换气流喷嘴装置还包括转盘(31)、转盘中心主轴(32)和等间距设在转盘(31)径向位置的若干气流喷嘴(33)，转盘中心主轴(32)下端由同步传动带(38)与一大传动比的减速电机(37)相连接。
3.根据权利要求1或2所述的织物透气测量仪，其特征是圆盘(31)的等间距的径向位置设计11个气流喷嘴，圆盘(31)外边缘上设置11组喷嘴位置识别孔，每组与一个气流喷嘴口径大小相对应。
4.根据权利要求1所述的织物透气测量仪，其特征是压力传感器分别由设在上腔室压力传感器(27)和设在下腔室压力传感器(28)。
5.根据权利要求1所述的织物透气性测量仪，其特征是测试头压紧装置由压杆(11)，设在压杆一端的气弹簧(17)、上连杆(18)、下连杆(19)和与下连杆相连的电磁铁(20)。
6.根据权利要求1所述的织物透气测量仪，其特征是控制中心CPU包括设在台面上的CPU控制台(5)、打印机(51)、触摸输入液晶显示屏(52)。
7.根据权利要求1所述的织物透气测量仪，其特征是为测量织物透气量装置的可测透气率为2～11937mm/s。
8.根据权利要求1所述的织物透气测量仪，其特征是测量织物透气量装置的测试精度为小于等于±2％；重复性为99.8％。
9.根据权利要求1所述的织物透气测量仪，其特征是测量织物透气量装置的设置压差为50～4000Pa。
10.根据权利要求1所述的织物透气测量仪，其特征是控制中心CPU用于对多台设备进行在线实时工作控制。
全文摘要
织物透气测量仪，它包括一气流腔，设在气流腔中间的气流喷嘴，一设在气流腔下端的吸气机，一设在气流腔上端的测试头，一控制中心CPU，和与CPU相连接的打印机及触摸输入显示屏，所述气流喷嘴分布在圆盘的径向等间距位置，由CPU与设在圆盘边缘的光电耦合开关相连接，组成控制圆盘转动自动调换气流喷嘴装置；由CPU与设在压杆一端的光电耦合开关相连接，组成控制电磁铁吸合的测试头自动压紧试样装置；由CPU与分别设在气流喷嘴上下端的压力传感器相连接，组成测量织物透气量装置。本发明的设置压差量程为50～4000Pa，可测透气率为2～11937mm/s；测试精度小于等于±2％；重复一致性为99.80％，测试时间为8秒钟，极大提高测试精度和工作效率。
文档编号G01N33/36GK101059415SQ200710068928
公开日2007年10月24日 申请日期2007年5月31日 优先权日2007年5月31日
发明者胡君伟, 王建裕, 陈贤军 申请人:宁波纺织仪器厂