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正文內(nèi)容

華斯特創(chuàng)新基金最終定稿分享-資料下載頁

2025-06-24 07:38本頁面
  

【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(duì)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(duì)棉花水分測(cè)量精度要求較低,以致對(duì)這方面的研究也較少,特別是對(duì)快速測(cè)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(zhǎng)期以來對(duì)棉花水分檢驗(yàn)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(duì)棉花回潮率快速檢測(cè)方法的研究及快速檢測(cè)儀器的開發(fā)歷來十分重視,從而使我國回潮率快速檢測(cè)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(cè)試方法有兩種,即GB/《原棉回潮率試驗(yàn)方法 烘箱法》和GB/《原棉回潮率試驗(yàn)方法 電測(cè)器法》。烘箱法是回潮率測(cè)試的基準(zhǔn)方法,但速度慢,需要復(fù)雜的條件和測(cè)試環(huán)境。電測(cè)器法是簡(jiǎn)便快速的測(cè)試方法,在國內(nèi)應(yīng)用廣泛。電測(cè)器法采用的測(cè)試儀器通常簡(jiǎn)稱為電測(cè)器。電測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)器。綜上所述,幾十年來歷代電測(cè)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(cè)試誤差大;低溫不能測(cè)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(cè)試電壓等級(jí)高、種類多,對(duì)制造、使用和準(zhǔn)確測(cè)量都帶來了不便;測(cè)量范圍不能滿足低水測(cè)試的要求;缺少品級(jí)、品種等對(duì)電測(cè)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(gè)方面的問題。這些問題導(dǎo)致棉花回潮率測(cè)試目前已成為重量結(jié)算的焦點(diǎn),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(shí)驗(yàn)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(zhǎng)期以來致力于棉纖維檢測(cè)儀器,特別是棉花水分測(cè)試儀器的研發(fā)。2007年以來,在中國纖維檢驗(yàn)局、中國棉花協(xié)會(huì)、中國棉紡織協(xié)會(huì)、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(duì)棉花回潮率測(cè)量影響及新型電測(cè)器研制》課題的研究工作。通過全面系統(tǒng)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)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(cè)定儀器。該儀器全面解決了傳統(tǒng)電測(cè)器存在的八個(gè)方面的問題,把我國棉花回潮率快速檢測(cè)技術(shù)提升到了一個(gè)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(cè)試儀器代表了棉花水分快速測(cè)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(diǎn)主要內(nèi)容及技術(shù)路線申報(bào)項(xiàng)目研究?jī)?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?jī)?nèi)容:(1)寬幅步進(jìn)式調(diào)溫調(diào)濕實(shí)驗(yàn)室建設(shè)實(shí)驗(yàn)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)間(MIN)<30<30<30←(2)品種篩選在長(zhǎng)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(gè)棉花品種。(3)品級(jí)和軋工方式選擇選擇同一品種的鋸齒棉和皮輥棉6級(jí)各3種。(4)數(shù)學(xué)模型建立通過對(duì)在模擬環(huán)境條件下達(dá)到調(diào)濕平衡的棉樣,在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行導(dǎo)電性能和回潮率基準(zhǔn)測(cè)試方法烘箱法的大量比較實(shí)驗(yàn)(),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(cè)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(jí)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(yàn)證和定型按照試驗(yàn)結(jié)果建立的數(shù)學(xué)模型,進(jìn)行儀器設(shè)計(jì)與樣機(jī)試制,開展樣機(jī)在模擬大氣環(huán)境實(shí)驗(yàn)室中的全性能測(cè)試。并在全國選擇氣候不同的地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)。依據(jù)驗(yàn)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(xiàng)目研究的難點(diǎn)和工作量均在實(shí)驗(yàn)方法的確定和大量的實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(duì)濕度在15%~95%的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的實(shí)驗(yàn)室。棉樣可在此實(shí)驗(yàn)室中平衡,整個(gè)實(shí)驗(yàn)可在此實(shí)驗(yàn)室中完成。在整個(gè)試驗(yàn)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(duì)濕度在15%~95%的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的實(shí)驗(yàn)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(yàn)。(2)建立在單一90V測(cè)試電壓和735N測(cè)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(cè)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(cè)器存在的溫度修正偏差太大問題。(4)通過試驗(yàn)探索規(guī)律,解決長(zhǎng)絨棉回潮率測(cè)試的差異問題。(5)通過試驗(yàn)探索規(guī)律,解決回潮率4%以下的低水測(cè)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(jì)精巧的加壓機(jī)構(gòu)和特殊的壓力檢測(cè)器件,解決試樣壓力測(cè)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(duì)回潮率測(cè)試的影響。主要解決的關(guān)鍵問題:① 創(chuàng)建能適應(yīng)本項(xiàng)目試驗(yàn)要求的寬幅步進(jìn)式調(diào)溫調(diào)濕實(shí)驗(yàn)室。② 在大量試驗(yàn)和對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jí)、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(cè)量問題。④ 解決回潮率4%以下的低回潮率測(cè)量問題。⑤ 解決高溫低濕環(huán)境條件下的準(zhǔn)確測(cè)量問題。⑥ 解決壓力精密測(cè)量及控制問題。技術(shù)路線描述整個(gè)項(xiàng)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(gè)項(xiàng)目開發(fā)包括以下四個(gè)階段。一、策劃階段與任何一個(gè)依靠設(shè)計(jì)生產(chǎn)產(chǎn)品謀求發(fā)展機(jī)會(huì)的企業(yè)一樣,開發(fā)一種新的棉花水分測(cè)試儀器的第一步是市場(chǎng)調(diào)研和產(chǎn)品開發(fā)規(guī)劃。在這個(gè)階段,公司對(duì)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(chǎng)領(lǐng)域、市場(chǎng)份額、未來將面對(duì)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品功能和優(yōu)缺點(diǎn)、公司自身研發(fā)的能力、研發(fā)進(jìn)度和風(fēng)險(xiǎn)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(xiàng)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(jì)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(diǎn),第一是代理商代理器件的質(zhì)量,第二是價(jià)格因素。最后制定項(xiàng)目的階段性研發(fā)進(jìn)度表。二、準(zhǔn)備及初步試驗(yàn)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(dòng)了本項(xiàng)目。在2007年1月到2007年9月,開展了本項(xiàng)目的前期研究工作,為項(xiàng)目的準(zhǔn)備及初步試驗(yàn)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(xiàng)目主要研究?jī)?nèi)容之一“寬幅步進(jìn)式調(diào)濕調(diào)溫實(shí)驗(yàn)室”的建設(shè),為項(xiàng)目的開展創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。 該實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)間(MIN)<30<30<30對(duì)9個(gè)類別的試樣進(jìn)行了各回潮點(diǎn)的溫度對(duì)測(cè)量影響的試驗(yàn);對(duì)9個(gè)類別試樣進(jìn)行了各回潮點(diǎn)20℃的標(biāo)準(zhǔn)溫度點(diǎn)的試驗(yàn)。初步試驗(yàn)的目的,一是驗(yàn)證擬定的試驗(yàn)方案是否可行,通過驗(yàn)證對(duì)其修改和完善。二是對(duì)本項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容有個(gè)初步評(píng)價(jià),以利于下一步深入展開研究工作。通過近四個(gè)月的試驗(yàn)摸索,一方面對(duì)試驗(yàn)方案進(jìn)行了不斷地完善和改進(jìn),同時(shí)對(duì)主要研究?jī)?nèi)容取得了初步成果。在前期研究階段,通過對(duì)2000多個(gè)試樣的反復(fù)試驗(yàn),初步擬定出項(xiàng)目的試驗(yàn)研究方案。2007年9月24日,中國纖維檢驗(yàn)局組織在陜西咸陽召開了“溫濕度對(duì)棉花回潮率測(cè)定影響”項(xiàng)目試驗(yàn)研究方案專家論證會(huì)。來自中國棉花協(xié)會(huì)、全國棉花交易市場(chǎng)、西安工程科技大學(xué)、中國棉紡織協(xié)會(huì)、陜西纖維檢驗(yàn)局、安徽財(cái)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(huì)專家組組長(zhǎng)。中國纖維檢驗(yàn)局總工程師徐水波主持了會(huì)議。與會(huì)專家聽取了《溫濕度對(duì)棉花回潮率測(cè)定影響》項(xiàng)目的初步研究情況匯報(bào),并在現(xiàn)場(chǎng)考察用于項(xiàng)目研究的可調(diào)溫調(diào)濕實(shí)驗(yàn)室后,對(duì)公司制定的項(xiàng)目試驗(yàn)方案進(jìn)行了認(rèn)真論證。與會(huì)專家一致認(rèn)為,棉花回潮率檢驗(yàn)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(chǔ)存、加工和紡織使用,由中國纖維檢驗(yàn)局會(huì)同有關(guān)單位,針對(duì)棉花回潮率檢驗(yàn)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(huì)專家同意華斯特公司提出的現(xiàn)行棉花回潮率測(cè)試儀器存在的8個(gè)方面的主要問題,即與烘箱測(cè)量比較存在較大誤差;低溫不能測(cè)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(cè)試電壓等級(jí)高、種類多,對(duì)制造、使用和準(zhǔn)確測(cè)量都帶來了不便;測(cè)量范圍不能滿足低水測(cè)試的要求;缺少品級(jí)、品種等對(duì)電測(cè)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(huì)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(huì)專家還認(rèn)為,我公司為項(xiàng)目研究建設(shè)的步進(jìn)寬幅式調(diào)溫調(diào)濕實(shí)驗(yàn)室屬國內(nèi)首創(chuàng),溫度調(diào)節(jié)范圍達(dá)30℃~+50℃,相對(duì)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(xiàng)目試驗(yàn)需要;項(xiàng)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(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn)定位準(zhǔn)確;項(xiàng)目研究所需設(shè)備、儀器、工具和材料可滿足試驗(yàn)要求,試驗(yàn)的比對(duì)方法科學(xué)合理;試驗(yàn)方法和試驗(yàn)步驟嚴(yán)密、詳盡、合理,可操作性強(qiáng),能正確指導(dǎo)試驗(yàn)的順利進(jìn)行。專家組認(rèn)為,本項(xiàng)目研究如達(dá)到預(yù)期效果,將是棉花水分檢驗(yàn)技術(shù)的一次革命,必將對(duì)我國棉花產(chǎn)業(yè)尤其是對(duì)國內(nèi)棉花貿(mào)易產(chǎn)生重大影響,特別是對(duì)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(shí)意義。通過與會(huì)專家論證,對(duì)試驗(yàn)研究方案提出了下列6點(diǎn)完善和改進(jìn)意見。① 建議對(duì)試驗(yàn)過程中的輔助設(shè)備,如溫、濕度傳感器等進(jìn)行計(jì)量鑒定,以確保試驗(yàn)的科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)和準(zhǔn)確。② 建議新型電測(cè)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(cè)量;電源電壓為90V,并使用多級(jí)穩(wěn)壓;極板使用不銹鋼材料。③ 建議對(duì)不同溫度和濕度樣品的真實(shí)回潮率考慮準(zhǔn)確測(cè)量。在已知樣品干重的條件下,測(cè)量樣品的濕重時(shí),要排除塑料袋內(nèi)表面可能凝結(jié)的水、冰、濕氣對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,要避免測(cè)量環(huán)境因素造成試驗(yàn)結(jié)果偏差。④ 建議將對(duì)長(zhǎng)絨棉回潮率的測(cè)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(yàn)驗(yàn)證工作。⑥ 建議同步進(jìn)行棉花回潮率電測(cè)器和在線檢測(cè)裝置的對(duì)比研究,確保不同檢測(cè)方法結(jié)果的一致性。三、正式試驗(yàn)階段從2007年10月開始,我公司以此次論證會(huì)為新的起點(diǎn),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(yàn)局的統(tǒng)一安排,依據(jù)專家論證會(huì)評(píng)審?fù)ㄟ^的試驗(yàn)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(xiàng)目的正式試驗(yàn)研究工作。 第一步:2007年10月~2008年2月,全面試驗(yàn)階段在第一步驟內(nèi)完成了以下三方面的試驗(yàn)任務(wù):① 在步進(jìn)式寬幅調(diào)溫調(diào)濕實(shí)驗(yàn)室內(nèi),按《方案》規(guī)定的方法步驟,完成了各項(xiàng)試驗(yàn)內(nèi)容。其間,中纖局組織行業(yè)有關(guān)專家親臨試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)參與試驗(yàn),并對(duì)華斯特公司的試驗(yàn)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(gè)試樣的比對(duì)試驗(yàn)。③ 在全國4省區(qū)14個(gè)棉花加工廠現(xiàn)場(chǎng),完成1523個(gè)棉包試樣的比對(duì)試驗(yàn)。 第二步:2008年3月~2008年6月,建模和新型
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