医护纺织品保水性测试仪器的设计

一、设计原理及实现：
纺织纤维在干态下是绝缘的 ,在吸湿后其电导率会因水分的存在发生变化 ,变得可以导电 ;因此 ,织物在不同干湿状态下的质量比电阻差异很大 .当织物处于干态时 ,织物表面比电阻值达 101 2Ω～ 101 4 Ω ,即使织物处于标准状态下(相对湿度为 65 % 左右 ,温度为 20℃左右)时 ,质量比电阻也达到 108Ω以上 ,而当织物内部有液态水时 ,其质量比电阻降至 102Ω～107Ω数量级[4] .因此 ,根据吸湿后织物试样电阻会产生变化 ,设计出保水性能测试仪器 ,其原理如图 1 所示 .测试试样保水性能时 ,液体从水槽流出 ,经软管到达试样的上表面 ,并接触到金属传感器 1(有两个并列) ,以此瞬间作为计时开始点 ,然后 ,由于纤维间隙的毛细管效应 ,液体会扩散进入试样结构内部 ,渗透试样后达到下表面并接触到金属传感器 2 ,此时计时结束 .测量开始时 ,传感器之间电阻很大 ,可以认为传感器电路处于断路状态 ,液体接触传感器 ,检测电路输出电压为传感器获得的电压 ;试样被液体浸润后 ,传感器间的电阻迅速减小 ,传感器电路可视为通路状态 ,此时 ,两电阻并联 ,电路输出电压为并联电压 .根据输出电压的变化 ,将变化的信号导出 ,再利用一定的电压信号采集和转换系统 ,设计一个电子计时时钟 ,便可获得试样上液体的渗透时间值 .另外 ,对于纺织品吸收蓄积的水量可以通过电子天平得到 .这样就能得到个有关保水性的测量值 .
1、液体流路系统
在现实中 ,受环境影响 ,液体对织物的渗透很多都处于一定压力下 ,因此 ,该仪器要求在一个确定的压力条件下测试试样 ;另外 ,为了避免人为判断的不准确 ,做到测量 ,就要实现自动控制 .所以 ,此系统有三大设计要求 :稳压 ,压力可调 ,自动控制 .
(1) 稳压水槽平铺宽大 ,采用底面 50× 50cm 的轻质材料 ,相对于试样的吸收液量来说 ,槽内水位下降不明显 ,因此施加的液柱静压力不变 .
(2) 压力可调采用软管(或可伸缩管) ,高度可调 ,因此可满足多种压力条件下的测试 .取软管中一液片为研究对象 ,设管高为 h,液片重量忽略不计 ,则该液片从水槽流出到试样上表面沿竖直方向只受变力∫h0ρgsdl作用 ,其中ρ为液体密度 ,s为管截面积 ,g 为重力加速度 .根据动量定理有∫h0ρgsdl = mv ,解得 h= mv/(ρgs) .可知管高 (水压) 与液体在管中流速成线性关系 .
(3) 自动控制 当液体接触下表面传感器时 ,触发电磁阀 ,电磁阀及时关闭 ,不会因延时造成读数错误.
按照国家标准,穿透盘大小为 125× 125mm ,采用有机玻璃 ,中间孔径为 25mm ;由于试样吸收水量的限制 ,特别是试样较薄的时候 ,为保证天平读数 ,天平精度取 0 .001g ;为减少液流冲击 ,软管直径符合穿透盘孔径为 25mm .
2、检测电路
金属传感器位于穿透盘和基板的浅刻槽内 ,可与试样贴合接触,穿透盘上的两槽间距 2mm .金属传感器与检测电路连接起来。
(1) 稳压电源电压稳压电源电压越大 ,测试电路获得的输出电压也越大 ,测量精度越高 .但电压过大时 ,作用在织物上的功率也越大 ,这样会损害织物本身的性能 ,改变织物的质量比电阻 .但电源电压过小会影响测试的灵敏度和测试结果 .鉴于上述两个因素 ,本仪器稳压电源电压取 10V.仪器电源选用一个小型变压器和整流器 ,变压器直接焊接在电路板上 ,该变压器可以直接将 220V 交流电压转换成 10V 的直流稳压电源电压 .
(2) 定值电阻阻值定值电阻的大小由织物干态和湿态的电阻值的大小确定 .结合输出电压值的情况 ,定值电阻大小要求与织物湿阻接近(即达到 105Ω～107Ω数量级 ) ,如果定值电阻过小 (远小于织物湿态电阻值) ,则不论织物处于干态还是湿态 ,仪器所测电压都接近 0V ,这样不能区分织物干湿态情况 .因此定值电阻大小要求与织 物湿阻接近 (即达到 105Ω～ 107Ω 数量级 ) ,仪器的电路定值电 阻阻值选为2MΩ .
3、信号采集与转换系统
4、软件处理
PCI 板卡可用汇编语言编程 ,同时也支持 C、VB、VC + +、Delphi 等语言 .这里选用 VB6 .0 编程 .软件包括 2 个窗体和 3 个模块 .2 个窗体分别为①frmDevSel ,该窗体包括板卡型号的选择 ,板卡开始通道与终止通道的选择等 ;②frmRun ,该窗口包括测试频率的选择 ,各传感器导通时间的显示 .3 个模块分别为①Module 1 ,板卡硬件驱动模块 ;②Module 2 ,板卡相关常数定义 ;③Module 3 ,主函数及公用变量定义 。

二、测试指标：
1、渗透时间
液体从试样上表面渗透到下表面所需的时间 .对于医护纺织品来说 ,液体一旦渗透出下表面 ,将不再具有防护作用 ,因此 ,考察液体从试样上表面渗透到下表面所需的时间 ,通过计算机直接读数 .此时间为平均时间 ,因为试样内部不是均匀 ,且液体渗透受重力作用 ,在各部分的流速不一样 ,即 t = h/珔v ,h 为试样厚度 ,珔v为液体平均流速 .
2、zui大蓄液量
试样下表面被恰好渗透时试样的蓄液量 .在渗透同样深度时 ,试样蓄积的液量越大 ,说明液体向四周的传导越好 ,试样的水平传导能力越强 .毛细管中的液体流量 q = v·πR2 ,其中 v为流速 ,R为当量半径 ,蓄液量则是这些毛细管中液量的总和 .用电子天平减少的量减去电磁阀至试样上表面封闭管段的水量 (定值) ,即为试样被恰好渗透时的zui大蓄液量 .

三、测试与分析：
分别以腈纶纤维絮片、涤纶平纹织物、腈纶针织物和涤纶针织物为样品进行测试 .剪取同种的样品各3 份 ,用上述研制的保水性能测试仪器测试 .选取静压为 60cm 水柱压强 .在测试过程中 ,压强稳定 ,成功实现电磁阀的自动通断 ,仪器运作正常。