【正文】 棉花水分指標(biāo),僅用于棉花加工及紡織工藝,而未用于對交易的棉花重量進(jìn)行扣補(bǔ),即在棉花貿(mào)易中采用的是“準(zhǔn)重結(jié)算”。因而對棉花水分測量精度要求較低,以致對這方面的研究也較少,特別是對快速測量方法的研究更為鮮見。其它產(chǎn)棉用棉國家的情況與美國大體相同。國內(nèi)研究現(xiàn)狀： 我國是世界上最大的產(chǎn)棉用棉國家。長期以來對棉花水分檢驗十分重視,反映棉花水分大小的回潮率指標(biāo)是強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB11032007《棉花 細(xì)絨棉》中規(guī)定的重要質(zhì)量和重量指標(biāo)。由于棉花回潮率指標(biāo)的重要作用,使得我國對棉花回潮率快速檢測方法的研究及快速檢測儀器的開發(fā)歷來十分重視,從而使我國回潮率快速檢測技術(shù)方面一直位于世界前列。國內(nèi)目前棉花回潮率的測試方法有兩種,即GB/《原棉回潮率試驗方法 烘箱法》和GB/《原棉回潮率試驗方法 電測器法》。烘箱法是回潮率測試的基準(zhǔn)方法，但速度慢，需要復(fù)雜的條件和測試環(huán)境。電測器法是簡便快速的測試方法，在國內(nèi)應(yīng)用廣泛。電測器法采用的測試儀器通常簡稱為電測器。電測器在國內(nèi)的研發(fā)和應(yīng)用最早始于上世紀(jì)五十年代。其發(fā)展經(jīng)歷了上世紀(jì)五十年代結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大的549型、ZS型、SD型由交流供電的電子管式早期電測器，發(fā)展到上世紀(jì)六十年代干電池供電的晶體管式Y(jié)412型電測器。上世紀(jì)九十年代以后，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，陜西省機(jī)械研究院等單位開發(fā)出了采用單片機(jī)的數(shù)字式電測器。綜上所述，幾十年來歷代電測器在采用的機(jī)電技術(shù)方面雖不斷地有所改進(jìn)，但其基本型式，特別是數(shù)學(xué)模型一直未做改進(jìn)，導(dǎo)致儀器存在測試誤差大；低溫不能測量，常溫下溫度補(bǔ)償不準(zhǔn)確； 7～13%范圍內(nèi)的回潮率數(shù)學(xué)模型不準(zhǔn)確；分度不科學(xué)，非線性問題按線性處理；測試電壓等級高、種類多，對制造、使用和準(zhǔn)確測量都帶來了不便；測量范圍不能滿足低水測試的要求；缺少品級、品種等對電測法影響因素的處理；技術(shù)落后，跟不上棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要等八個方面的問題。這些問題導(dǎo)致棉花回潮率測試目前已成為重量結(jié)算的焦點,成了棉花行業(yè)有關(guān)各方共同關(guān)注的問題，國家有關(guān)部門多次強(qiáng)調(diào)要抓緊進(jìn)行實驗研究并盡快予以解決。陜西華斯特儀器公司研究現(xiàn)狀陜西華斯特儀器公司是陜西省機(jī)械研究院下屬的科技型企業(yè)，長期以來致力于棉纖維檢測儀器，特別是棉花水分測試儀器的研發(fā)。2007年以來，在中國纖維檢驗局、中國棉花協(xié)會、中國棉紡織協(xié)會、農(nóng)業(yè)布種植業(yè)管理司等有關(guān)部門專家的指導(dǎo)和大力支持下，公司開展了《溫濕度對棉花回潮率測量影響及新型電測器研制》課題的研究工作。通過全面系統(tǒng)的科學(xué)實驗和綜合分析，準(zhǔn)確確定了棉纖維的導(dǎo)電性能與其水分含量，及與溫度之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)而研發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)，適合中國國情以及較寬溫、濕度適應(yīng)范圍（溫度30℃～50℃，濕度15%～95%）的棉花回潮率測定儀器。該儀器全面解決了傳統(tǒng)電測器存在的八個方面的問題，把我國棉花回潮率快速檢測技術(shù)提升到了一個嶄新的階段。上述研究使陜西華斯特儀器公司開發(fā)的XJ130型高精度寬范圍原棉回潮率測試儀器代表了棉花水分快速測試儀器的當(dāng)前水平和發(fā)展方向。注釋：包括國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的研究、開發(fā)現(xiàn)狀的介紹、分析。三、主要內(nèi)容及創(chuàng)新點主要內(nèi)容及技術(shù)路線申報項目研究內(nèi)容及涉及的關(guān)鍵技術(shù)、主要解決的關(guān)鍵問題主要研究內(nèi)容：（1）寬幅步進(jìn)式調(diào)溫調(diào)濕實驗室建設(shè)實驗室由調(diào)溫區(qū)、調(diào)濕區(qū)、常溫常濕區(qū)、緩沖區(qū)等4個分區(qū)組成，各區(qū)的技術(shù)規(guī)范如下表所示。寬幅步進(jìn)式調(diào)溫調(diào)濕實驗室技術(shù)規(guī)范表分 區(qū)調(diào)溫區(qū)調(diào)濕區(qū)常溫常濕區(qū)緩沖區(qū)面積（M2）882018溫度范圍(℃)30～500～5015～30←調(diào)溫精度(℃)177。1177。1177。1—溫度分布均勻度(℃)177。1177。1177。1—溫度每1℃升降時間(MIN)＜30＜30＜30←濕度范圍(%)30～7015～9540177。80←調(diào)濕精度(%)177。10177。3177。3—濕度分布均勻度(%)177。10177。3177。3—濕度每1%RH升降時間(MIN)＜30＜30＜30←（2）品種篩選在長江流域、黃河流域和新疆棉區(qū)選用我國目前主要種植的的7個棉花品種。（3）品級和軋工方式選擇選擇同一品種的鋸齒棉和皮輥棉6級各3種。（4）數(shù)學(xué)模型建立通過對在模擬環(huán)境條件下達(dá)到調(diào)濕平衡的棉樣，在實驗室中進(jìn)行導(dǎo)電性能和回潮率基準(zhǔn)測試方法烘箱法的大量比較實驗（），建立數(shù)學(xué)模型。該模型要解決以下基礎(chǔ)性理論問題：A．建立單一90V直流電壓作為測試電壓條件下，棉纖維導(dǎo)電性能與水分含量之間的函數(shù)關(guān)系，確定并繪制它們之間的關(guān)系曲線。B．建立棉纖維導(dǎo)電性能與溫度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，繪制二者之間的關(guān)系曲線。C．確定不同品種棉花在導(dǎo)電性能方面的差異規(guī)律。D．確定不同品級棉花在導(dǎo)電性能方面的差異規(guī)律。E．確定不同軋工方式加工的棉花在導(dǎo)電性能方面的差異規(guī)律。（5）產(chǎn)品研發(fā)、驗證和定型按照試驗結(jié)果建立的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行儀器設(shè)計與樣機(jī)試制，開展樣機(jī)在模擬大氣環(huán)境實驗室中的全性能測試。并在全國選擇氣候不同的地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用試驗。依據(jù)驗證結(jié)果，進(jìn)行模型修正、產(chǎn)品定型。涉及的關(guān)鍵技術(shù)：本項目研究的難點和工作量均在實驗方法的確定和大量的實驗工作上。我國幅員遼闊，各地氣候差別很大，要想通過跟蹤氣候自然變化來進(jìn)行本方案的溫濕度試驗幾乎是不可能的。為此，就必須建立模擬大氣環(huán)境，溫度在30℃～+50℃范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，相對濕度在15%～95%的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的實驗室。棉樣可在此實驗室中平衡，整個實驗可在此實驗室中完成。在整個試驗研究和產(chǎn)品開發(fā)過程中要解決的關(guān)鍵問題如下：（1）創(chuàng)建能模擬大氣環(huán)境，溫度在30℃～+50℃范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，相對濕度在15%～95%的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的實驗室，以便進(jìn)行3%～13%回潮率試樣的制備和進(jìn)行30℃～+50℃變溫變濕的試驗。（2）建立在單一90V測試電壓和735N測試壓力條件下棉花水分含量與電阻關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)而確定出測試儀器的校準(zhǔn)電阻。（3）探索棉花電阻值隨溫度而變的準(zhǔn)確規(guī)律，建立棉花回潮率與溫度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，解決傳統(tǒng)電測器存在的溫度修正偏差太大問題。（4）通過試驗探索規(guī)律，解決長絨棉回潮率測試的差異問題。（5）通過試驗探索規(guī)律，解決回潮率4%以下的低水測量問題。（6）解決儀器在－30℃低溫環(huán)境條件下的正常使用問題。（7）設(shè)計精巧的加壓機(jī)構(gòu)和特殊的壓力檢測器件，解決試樣壓力測量和準(zhǔn)確控制問題。（8）用濕度修正的方法解決高溫低濕環(huán)境條件對回潮率測試的影響。主要解決的關(guān)鍵問題：① 創(chuàng)建能適應(yīng)本項目試驗要求的寬幅步進(jìn)式調(diào)溫調(diào)濕實驗室。② 在大量試驗和對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上建立回潮率與電參數(shù)、回潮率與溫度、回潮率與品級、品種、軋工方式等的數(shù)學(xué)模型。③ 解決—30℃低溫條件下的準(zhǔn)確測量問題。④ 解決回潮率4%以下的低回潮率測量問題。⑤ 解決高溫低濕環(huán)境條件下的準(zhǔn)確測量問題。⑥ 解決壓力精密測量及控制問題。技術(shù)路線描述整個項目產(chǎn)品的總體結(jié)構(gòu)如圖5所示, 產(chǎn)品的工作流程如圖6所示。圖5 產(chǎn)品的總體結(jié)構(gòu) 圖6 產(chǎn)品的工作流程整個項目開發(fā)包括以下四個階段。一、策劃階段與任何一個依靠設(shè)計生產(chǎn)產(chǎn)品謀求發(fā)展機(jī)會的企業(yè)一樣，開發(fā)一種新的棉花水分測試儀器的第一步是市場調(diào)研和產(chǎn)品開發(fā)規(guī)劃。在這個階段，公司對研發(fā)產(chǎn)品完成的相關(guān)功能和指標(biāo)要求進(jìn)行定位，就應(yīng)用的市場領(lǐng)域、市場份額、未來將面對的競爭對手的產(chǎn)品功能和優(yōu)缺點、公司自身研發(fā)的能力、研發(fā)進(jìn)度和風(fēng)險的控制等問題進(jìn)行了深入的調(diào)研和探討，所有這些問題討論優(yōu)化的結(jié)果，最終確定了本項目研發(fā)方案中的基本內(nèi)容：產(chǎn)品研發(fā)方向、產(chǎn)品成本、研發(fā)周期等以及研發(fā)過程中所需要的相關(guān)資源等等。在產(chǎn)品研發(fā)方案確定后，開始解決資源配置、設(shè)計方案、生產(chǎn)組裝工藝、銷售渠道等具體的細(xì)節(jié)問題。首先確定產(chǎn)品的性能、功能、成本、組裝工藝等；接著解決研發(fā)設(shè)備的硬件資源配置，完整的軟件開發(fā)環(huán)境。然后在符合生產(chǎn)工藝要求的器件代理商中做出選擇。選擇的依據(jù)主要有兩點，第一是代理商代理器件的質(zhì)量，第二是價格因素。最后制定項目的階段性研發(fā)進(jìn)度表。二、準(zhǔn)備及初步試驗階段在國內(nèi)有關(guān)部門專家的指導(dǎo)和和大力支持下，我們從2007年起啟動了本項目。在2007年1月到2007年9月，開展了本項目的前期研究工作，為項目的準(zhǔn)備及初步試驗階段。本階段主要完成了以下工作。于2007年5月底完成了本項目主要研究內(nèi)容之一“寬幅步進(jìn)式調(diào)濕調(diào)溫實驗室”的建設(shè)，為項目的開展創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。 該實驗室達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如下： 寬幅步進(jìn)式調(diào)濕調(diào)溫實驗室主要技術(shù)指標(biāo)分區(qū)調(diào)溫區(qū)調(diào)濕區(qū)恒溫恒濕區(qū)緩沖區(qū)備注面積（M2）88128調(diào)溫范圍(℃)30～500～5020177。3調(diào)溫精度(℃)177。1177。1177。1溫度分布均勻度(℃)177。1177。1177。1溫度每1℃升降時間(MIN)＜30＜30＜30調(diào)濕范圍(%)30～7020～9565177。3調(diào)濕精度(%)177。10177。2177。2濕度分布均勻度(%)177。5177。2177。2濕度每1%RH升降時間(MIN)＜30＜30＜30對9個類別的試樣進(jìn)行了各回潮點的溫度對測量影響的試驗；對9個類別試樣進(jìn)行了各回潮點20℃的標(biāo)準(zhǔn)溫度點的試驗。初步試驗的目的，一是驗證擬定的試驗方案是否可行，通過驗證對其修改和完善。二是對本項目的研究內(nèi)容有個初步評價，以利于下一步深入展開研究工作。通過近四個月的試驗摸索，一方面對試驗方案進(jìn)行了不斷地完善和改進(jìn)，同時對主要研究內(nèi)容取得了初步成果。在前期研究階段,通過對2000多個試樣的反復(fù)試驗，初步擬定出項目的試驗研究方案。2007年9月24日,中國纖維檢驗局組織在陜西咸陽召開了“溫濕度對棉花回潮率測定影響”項目試驗研究方案專家論證會。來自中國棉花協(xié)會、全國棉花交易市場、西安工程科技大學(xué)、中國棉紡織協(xié)會、陜西纖維檢驗局、安徽財經(jīng)大學(xué)等單位的12位專家參加了論證工作，西安工程科技大學(xué)姚穆院士為論證會專家組組長。中國纖維檢驗局總工程師徐水波主持了會議。與會專家聽取了《溫濕度對棉花回潮率測定影響》項目的初步研究情況匯報，并在現(xiàn)場考察用于項目研究的可調(diào)溫調(diào)濕實驗室后，對公司制定的項目試驗方案進(jìn)行了認(rèn)真論證。與會專家一致認(rèn)為，棉花回潮率檢驗是GB 1103《棉花 細(xì)絨棉》規(guī)定的重要指標(biāo)，關(guān)系到棉花貿(mào)易各方利益，關(guān)系到棉花儲存、加工和紡織使用，由中國纖維檢驗局會同有關(guān)單位，針對棉花回潮率檢驗儀器目前存在的問題，責(zé)成陜西華斯特儀器有限公司開展相關(guān)技術(shù)研究，非常重要。與會專家同意華斯特公司提出的現(xiàn)行棉花回潮率測試儀器存在的8個方面的主要問題，即與烘箱測量比較存在較大誤差；低溫不能測量，常溫下溫度補(bǔ)償不準(zhǔn)確；回潮率數(shù)學(xué)模型不準(zhǔn)確；分度不科學(xué)，非線性問題按線性處理；測試電壓等級高、種類多，對制造、使用和準(zhǔn)確測量都帶來了不便；測量范圍不能滿足低水測試的要求；缺少品級、品種等對電測法影響因素的處理；技術(shù)已經(jīng)落后，跟不上棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要。與會專家指出，這些問題也是棉花行業(yè)有關(guān)各方目前共同關(guān)注的問題，亦是迫切需要加大力度，盡快研究解決的問題。與會專家還認(rèn)為，我公司為項目研究建設(shè)的步進(jìn)寬幅式調(diào)溫調(diào)濕實驗室屬國內(nèi)首創(chuàng)，溫度調(diào)節(jié)范圍達(dá)30℃～+50℃，相對濕度調(diào)節(jié)范圍為15%～95%RH，能模擬我國大部分地區(qū)的氣候條件，可滿足項目試驗需要；項目研究方案制定的總體目標(biāo)、階段目標(biāo)和考核指標(biāo)明確、具體，研究任務(wù)全面、詳細(xì)，技術(shù)難點、創(chuàng)新點定位準(zhǔn)確；項目研究所需設(shè)備、儀器、工具和材料可滿足試驗要求，試驗的比對方法科學(xué)合理；試驗方法和試驗步驟嚴(yán)密、詳盡、合理，可操作性強(qiáng)，能正確指導(dǎo)試驗的順利進(jìn)行。專家組認(rèn)為，本項目研究如達(dá)到預(yù)期效果，將是棉花水分檢驗技術(shù)的一次革命，必將對我國棉花產(chǎn)業(yè)尤其是對國內(nèi)棉花貿(mào)易產(chǎn)生重大影響，特別是對解決新疆棉花在貿(mào)易中存在的重量偏差問題，具有十分重要的現(xiàn)實意義。通過與會專家論證，對試驗研究方案提出了下列6點完善和改進(jìn)意見。① 建議對試驗過程中的輔助設(shè)備，如溫、濕度傳感器等進(jìn)行計量鑒定，以確保試驗的科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)和準(zhǔn)確。② 建議新型電測器要注意改善絕緣條件，在低溫和高濕環(huán)境下仍應(yīng)正確測量；電源電壓為90V，并使用多級穩(wěn)壓；極板使用不銹鋼材料。③ 建議對不同溫度和濕度樣品的真實回潮率考慮準(zhǔn)確測量。在已知樣品干重的條件下，測量樣品的濕重時，要排除塑料袋內(nèi)表面可能凝結(jié)的水、冰、濕氣對測量結(jié)果的影響，要避免測量環(huán)境因素造成試驗結(jié)果偏差。④ 建議將對長絨棉回潮率的測試納入研究范圍。⑤ 建議加快研究進(jìn)度，盡快拿出樣機(jī)，進(jìn)行較大范圍的試驗驗證工作。⑥ 建議同步進(jìn)行棉花回潮率電測器和在線檢測裝置的對比研究，確保不同檢測方法結(jié)果的一致性。三、正式試驗階段從2007年10月開始，我公司以此次論證會為新的起點，在認(rèn)真總結(jié)前期研究工作的基礎(chǔ)上，按照中國纖維檢驗局的統(tǒng)一安排，依據(jù)專家論證會評審?fù)ㄟ^的試驗研究方案，以科學(xué)嚴(yán)瑾的態(tài)度和勇于創(chuàng)新的精神分兩步展開了本項目的正式試驗研究工作。 第一步：2007年10月～2008年2月，全面試驗階段在第一步驟內(nèi)完成了以下三方面的試驗任務(wù)：① 在步進(jìn)式寬幅調(diào)溫調(diào)濕實驗室內(nèi)，按《方案》規(guī)定的方法步驟，完成了各項試驗內(nèi)容。其間,中纖局組織行業(yè)有關(guān)專家親臨試驗現(xiàn)場參與試驗,并對華斯特公司的試驗工作進(jìn)行了指導(dǎo)和督查。② 在公司所在地的自然環(huán)境下，完成6000個試樣的比對試驗。③ 在全國4省區(qū)14個棉花加工廠現(xiàn)場，完成1523個棉包試樣的比對試驗。 第二步：2008年3月～2008年6月，建模和新型