自动计算纤维成分含量系统的开发和应用

易宏+高玉斌+杜四海

摘要：为了提高检验流程的智能化，开发了自动计算纤维成分含量的系统，首先采用RS-232串口线将电子天平和计算机建立物理连接，然后开发应用软件实现电子天平与计算机的交互，先直接读取电子天平上的称量数据，再用计算机上的应用软件代码计算出纤维成分含量。系统的开发和应用提高了检验流程的智能化程度和检验效率，简化了检验流程，避免了人工读数的误差，保证了数据的溯源性。

关键词：智能化；纤维成分含量；电子天平；计算机

引言

在纤维成分化学法定量分析的过程中，检验员首先需要在电子天平上称量不同步骤处理前后纤维的质量，然后将人工读取的数据手写填入纸质原始记录，最后将纸质原始记录的数据人工录入到电脑，按照公式进行计算，这一系列操作存在一定的弊端。其一，人工读取、记录数据会因各个检验员的操作习惯不一样而存在差异，增加了出现误读、错写、录错等错误的发生，从而影响数据的准确性。其二，手写记录的数据也会因个人因素出现字迹潦草、手工篡改、数据转移甚至是编造数据或其他一些不可溯源的问题，造成检验结果的不准确，不仅会增加后续的复核和审核的检查、校验工作，还可能会增加复验、复检等检验流程，从而影响准确率和及时率。为了有效避免人工读取的误差，保证数据的溯源性，提高检验效率，简化检验流程，本文开发了自动计算纤维成分的系统，该系统实现电子天平与计算机的相互通信访问，自动读取电子天平称量数据和计算纤维成分含量。

1 自动计算纤维成分系统的组成

一种计算纤维成分含量的系统由电子天平、RS-232串口线、应用软件和计算机组成如图1所示。RS-232串口线将电子天平和计算机建立物理连接，应用软件实现电子天平与计算机的交互，先直接读取电子天平上的称量数据，再用计算机上的应用软件代码计算出纤维成分含量[1]。

2 自动计算纤维成分系统的工作原理

在C#环境下编写与电子天平组成的下位机通信的应用软件上位机系统，主要包括串行通信设计和数据分析部分模块设计。当电子天平为读取数据状态时，上位机将发送指定的命令给下位机，下位机收到正确的命令格式后，将以字符串的形式反馈电子天平读取数据给应用软件，应用软件解读字符串，自动读取电子天平数据[2]。自动读取数据后，在C#环境下编写代码实现纤维成分含量的自动计算。

纺织品定量化学分析采用化学溶解法和物理手工分解法。编写化学溶解法和物理法的基础计算公式代码后，根据试验数据、纤维组分、定性方法标准、纤维成分定量方案、样品纤维成分定量具体方案、定量方法标准、不同组分纤维公定回潮率、不同组分纤维修正系数变化的计算公式自动计算纤维成分含量。

2.1 化学溶解法计算公式编写原理

化学溶解法计算公式以净干质量为基础，考虑公定回潮率或预处理中非纤维物质和纤维物质的损失率的因素编写[3]。

（1）以净干质量为基础的计算公式如公式（1）所示。

式中：P为不溶组分净干质量分数，%；m0为试样的干燥质量，g；m1为残留物的干燥质量，g；d为不溶组分的质量变化修正系数。

（2）以净干质量为基础，结合公定回潮率的计算公式如（2）所示。

式中：PM为结合公定回潮率的不溶组分百分率，%；P为净干不溶组分百分率，%；a1为可溶组分的公定回潮率，%；a2为不溶组分的公定回潮率，%。

（3）以净干质量为基础，结合公定回潮率以及预处理中非纤维物质和纤维物质的损失率的计算公式如（3）所示。

式中：PA为混合物中净干不溶组分结合公定回潮率及非纤维物质去除率的百分率，%；P为净干不溶组分百分率，%；a1为可溶组分的公定回潮率，%；a2为不溶组分的公定回潮率，%；b1为预处理中可溶纤维物质的损失率，和/或可溶组分中非纤维物质的去除率，%；b2为预处理中不溶纤维物质的损失率，和/或不溶组分中非纤维物质的去除率，%。

2.2 物理手工分解法计算公式编写原理

不考虑预处理过程中纤维质量的损失，纤维净干质量分数计算公式如下：

3 自动计算纤维成分系统的应用实例

以三组分纤维样品为例，计算纤维成分含量的应用软件界面见图2。

如图2所示，填写测试三组分样品的纤维定性方法：溶氨纶，不溶莱赛尔纤维，不溶聚酯纤维；定量方法标准：FZ/T 01095—2002（化学溶解法）中二甲基甲酰胺法，根据填写内容系统自动得出氨纶、莱赛尔和聚酯纤维的公定回潮率分别为1.3、10.0和0.4，莱赛尔和聚酯纤维修正系数为1.00和1.01。电子天平分别称量1号试样和瓶子质量后，点击界面“试样+瓶重”右侧空格自动输入称量数据24.4535g；称量1号瓶子质量后，点击界面“瓶重”右侧空格自动输入称量数据23.7694g；称量1号试样和坩埚质量后，点击界面“试样+坩埚重”右侧空格自动输入称量数据24.4289g；称量1号坩埚质量后，点击界面“坩埚重”右侧空格自动输入称量数据23.7681g。根据得到数据系统自动计算出试样干重为0.6841g，不溶物干重为0.6608g。根据代码编写的计算软件计算出1号瓶氨纶的净干含量百分率为2.93%，莱赛尔纤维和聚酯纤维的净干含量百分率分别为49.29%、47.78%；数值修约后，氨纶、莱赛尔和聚酯纤维的净干含量百分率分别为2.9%、49.3%和47.8%；结合公定回潮率修约后的纤维含量百分率分别为2.8%、51.6%和45.6%。

4 自动计算纤维成分系统的优点

利用自动计算纤维成分系统解决检验工作中准确率和及时率的弊端，给检验工作带来方便、快捷，具有许多优点。

（1）优化检验流程：优化后的检验流程：收样→定性→定量与录入合并（试验数据按试验溶解分拆步骤称量后自动录入到检务系统）→打印录入的原始记录→出证。流程优化后保证原始数据的溯源性，减少数据错误，减少复核员核对录入数据的工作量，提高工作效率。

（2）规范原始记录：由手写原始记录变为电脑记录后打印，在完善补充原始记录信息的前提下节约原始记录用纸，对试验过程涉及到的仪器设备、标准方法、试验时间等细节进行规范化管理，保证原始信息的真实性和有效性。

（3）结果预判，解决复核员看显微镜时定性与定量含量不能统一的问题：新系统可以查看检验员初步定量结果，复核员在对纤维成分定性时通过预估纤维含量对检验员初步定量结果进行预判，及时发现检验员定量结果明显异常的情况，有效预防差错。

参考文献：

[1] 黄志锋，湛腾西，赵旭.一种用于电子天平的自动读数和数据通信装置：CN 201120167678.0[P].2012-01-25.

[2] 贾宏雨. 基于无线网络的纺织品检测数据采集与处理系统[D].东华大学，2014.

[3] GB/T 2910.1—2009/ISO 1833-1：2006 纺织品 定量化学分析第1部分：试验通则[S].

（作者单位：广州纤维产品检测研究院）