同步測量線密度的紗線條干測試系統研究

周 彬 王慧玲 周紅濤 袁春雷 王韶輝

[1.鹽城工業職業技術學院，江蘇鹽城，224005；2.浙江理工大學，浙江杭州，310018；3.江蘇省生物質功能紡織纖維開發與應用工程研究中心，江蘇鹽城，224000；4.南通三思機電科技有限公司，江蘇南通，224005；5.法國國際檢驗局（法國BV）南京辦事處，江蘇南京，210000]

條干均勻度是衡量紗線長度方向粗細均勻程度的指標，是反映紗線成紗結構和外觀的重要參數，它是紗線評等定級的重要指標，直接影響紡紗后道各工序正常進行及最終產品外觀質量，分為短片段不勻和長片段不勻，需要分別采用不同的儀器和方法進行測試。短片段不勻一般采用電容式條干均勻度儀測試，以紗線條干均勻度變異系數作為表征指標，紗線穿過電容時，可將電容器等效成一個多層介質（空氣與紗線）串聯的平板電容器，紗樣的電容量與紗線集合體的體積或外觀形態有極大相關性，并非與紗線質量呈正比，而與紗線的加捻程度、體積差異具有一定的密度效應[1?3]。條干均勻度測試屬于常規測試，測試量較大，試驗材料耗費大，而傳統儀器沒有設置試驗樣品回收機構，導致大量的試驗樣品浪費，經濟損失較大[4]。長片段不勻率采用百米重量變異系數作為表征指標，按照GB/T 4743—2009《紡織品卷裝紗絞紗法線密度的測定》、ISO 2060《紡織品 卷裝紗線線密度（單位長度的質量）的測定》等標準，要求采用縷紗測長機通過“測長切斷稱重”測試不同片段長度（50 m、100 m、200 m等）紗線的質量差異。這種測試結果不同于受地球引力影響的重量，因此其不是重量不勻率，而是質量不勻率。目前采用質量不勻率替代重量不勻率，一般測試片段長度不全是100 m，為回避“重量”及“百米”的概念，新規中用線密度變異系數來替代百米重量變異系數[5?6]。但這種測試方法存在一定缺陷。一是計長不準。采用周長1 m的縷紗框繞紗，當繞紗圈數較大時，紗線重疊非常嚴重，導致樣品實際測試長度偏大，最終試驗結果也偏大。二是計長和計重需要分開操作。繞紗達到設定圈數后要將縷紗從紗框上剪斷，然后放到電子天平上稱重，過程復雜，容易造成二次誤差，勞動強度高。三是原料無法回收再用，浪費嚴重。縷紗從紗框上扯斷后進行稱重，一般會扭成一團，基本沒有什么回收利用價值，造成原料的極大浪費。

只有結合長片段不勻和短片段不勻兩類指標才能更加全面綜合的反映紗線的條干均勻度情況，兩種指標分開測試時，測試紗線樣品不是嚴格意義上的同一段試樣樣品，使得測試結果不能很好的反映紗線條干情況，也增加了紗線的耗費量。同時分開測試兩個指標工作量大，檢測效率低。

本研究對現有電容式條干均勻度測試儀器進行改進設計，在電容測試前端設置紗線重量變化（線密度變化）跟蹤測試單元，基于重量變化和電容變化同步測試來表征紗線片段不勻率，降低紗線長片段測試的不準確度，為紡紗生產提供更準確的參考依據。

1 儀器設計原理及結構單元

圖1為儀器設計框架圖，圖2為儀器結構圖。按照對“同一段紗線的質量變化和電容變化同步測試”的原理來設計測試儀器，質量變化測試單元通過對紗線電子計重和電子計長來實時反映不同長度紗線的質量，根據測試值來計算線密度變異系數，電容測試單元采用極板電容器來測試通過兩個電容板之間的紗線的電容值，根據電容值的變化情況來計算條干均勻度。整個測試過程可以同時獲取紗線的線密度值、中長片段不勻率和短片段不勻率，達到“一機多用”的目的，同時，紗線回收單元采用自動絡筒機的槽筒卷繞成形結構，回收連續無損紗線[7]。儀器主要有4個單元，分別是質量變化測試單元、電容測試單元、紗線回收單元和計算控制單元IPC。

圖1 儀器設計框架圖

圖2 儀器結構圖

1.1 質量變化測試單元

電子計重。該單元核心部件為電子天平，其作用是將繞紗前后待測管紗或筒子紗質量數值傳輸到工業控制計算機IPC上。其精度為0.00001 g，靈敏度高，穩定性好，能滿足常規筒子紗或者其他卷裝紗線的質量稱量要求。在計重單元外圍為金屬層密閉設置，可以有效屏蔽外界電磁等可能引起紗線波動的其他外在干擾，確保電子天平計量精確。電子天平上有紗座和紗管，當繞紗長度達到設定值繞紗結束，電子天平開始計重前落紗器下落使張緊的紗線松弛，避免紗線張力對計重結果產生影響。

電子計長。落紗器前方固定安裝一導紗孔，導紗孔前面固定安裝一計長圓盤，計長圓盤替代了縷紗測長機上的縷紗框，避免了紗線重疊帶來的誤差，如圖3所示。計長圓盤外周為凹槽設計，其凹槽周長（30±0.1）cm，凹槽內部摩擦因數較大，防止繞在凹槽里的紗線打滑。一般來講，只要控制好紗線張力，紗線不打滑，紗線只接觸計長圓盤左側，避免了紗線重疊帶來的誤差。旋轉編碼器連接計長圓盤計數其轉數，該轉數與凹槽周長相乘便可得到試驗紗線的長度。編碼器分辨率為50，結果可精確至0.02 r，也可以根據不同的測試精度要求使用不同分辨率的編碼器。

圖3 電子計長單元原理圖

1.2 電容變化測試單元

電容測試單元上端固裝一定位孔，定位孔與導紗孔、走紗孔和計長圓盤在同一水平線上，定位孔正下方固裝電容檢測器，電容檢測器正下方固裝一對膠輥，紗線由定位孔和膠輥控制，保證紗線在電容檢測器中間位置固定不變，防止紗線位置變化引起介電常數的意外變化。

1.3 紗線回收單元

該單元是整個測試過程中的動力來源，與自動絡筒機上的槽筒卷繞機構原理完全一樣，如圖4所示，該單元包括槽筒、紗筒和變頻電機。

圖4 紗線回收單元

1.4 計算控制單元

采用工業控制計算機進行程序控制，用于設置基本試驗參數，配置的專家分析軟件系統實時對紗線質量、電容值和紗線片段長度進行數據匯總并進行計算分析。

2 測試流程

紗線條干的測試過程主要包括如下步驟。

（1）參數設置。首先通過工業控制計算機設置基本試驗參數，試驗前測試紗管質量、紗管空管質量和紗筒質量分別記為G紗管、G管、G筒，紗線公定回潮率Wk，這些數據均存儲在工業控制計算機中，設定測試片段長度L，測試次數n等。對恒溫恒濕箱、電子天平、旋轉編碼器、電容檢測器進行調零，待系統穩定后，按照GB/T 3292.1—2008《紡織品紗線條干不勻試驗方法第1部分：電容法》以及GB/T 6529—2008《紡織品調濕和試驗用標準大氣》要求，通過工業控制計算機設置恒溫恒濕箱的溫濕度。

（2）紗線引繞。將紗座上的紗管引出紗頭穿過落紗器、導紗孔、在計長圓盤的凹槽里環繞1周，再依次穿過走紗孔、定位孔、電容檢測器的兩個極板中間，由膠輥夾持，經槽筒卷繞到紗筒上。

（3）樣品檢測。通過工業控制計算機啟動檢測程序，膠輥和槽筒在變頻電機的帶動下，將紗線緩緩引出紗管，電子天平上紗管的質量變化值、旋轉編碼器的轉數值、電容檢測器中紗線電容值實時傳輸到工業控制計算機，在測試紗線條干均勻度過程中，工業控制計算機可以獲取片段長度L的紗線與之對應的紗線重量G L，G L為繞取片段長度為L紗線前后紗管的質量之差。

（4）測試結束。當紗管上的紗線退完即天平計重穩定后，數據采集立即結束，最終紗線全部回收卷繞到紗筒上，可以作為其他用途。

（5）紗線線密度計算。紗管上紗線的濕重G濕=（G紗管-G管），當紗線全部繞到紗筒上時，取下紗筒烘干稱重，其重量記為G紗筒，則紗筒上紗線的干重G干=（G紗筒-G筒），該紗線實際回潮率WS計算公式見公式（1）。紗線的線密度Ntex計算公式見公式（2）。

（6）紗線條干均勻度計算。工業控制計算機中配置的專家分析軟件系統實時對紗線質量變化值、電容變化值和繞紗長度的變化情況進行分析計算及自動糾錯擬合，確定紗線的條干均勻度C V值、不勻率U等指標[8]。

3 測試分析

分別選擇幾種不同線密度的滌棉混紡紗線進行測試分析，片段長度分別設為50 m、100 m和200 m，測試組數為30組，測試其線密度、線密度變異系數、條干均勻度、條干不勻率等指標，結果如表1所示。

表1 試驗結果

從表1可以看出，待測紗線經過儀器測試，可以同時測試紗線的線密度值、長片段不勻率及短片段不勻率，以便于對同一段紗線進行綜合評價，短片段不勻率采用條干均勻度和條干不勻率兩個指標來表征，從結果上可以看出，對于不同線密度和不同片段長度的紗樣，其變化規律比較吻合，線密度變異系數反映的是紗線的長片段不勻率，分別選取不同片段長度各連續測試30組，計算可得其線密度變異系數，從4組紗線的變化規律可以看出，線密度變異系數隨著紗線片段長度的增大有變小的趨勢，線密度變異系數隨著紗線線密度的增大有減小的趨勢，這種趨勢比較明顯，而條干均勻度受到紗線質量、外觀形態及捻度等多種因素的影響，因此其變化與線密度的變化沒有明顯的規律性，整個測試結束后，紗線樣品全部回收到紗筒，不影響其作為正常原料使用，整個測試過程一次完成，中間無需其他操作，節約了人力，提高了試驗效率。

4 結論

設計開發的條干均勻度測試儀器可同時測量同一段紗樣的長片段不勻率和短片段不勻率，彌補了現有測試方法需要分步進行測試的弊端，解決了原位檢測問題，試驗結果更具有代表性和準確性。同時解決了縷紗測長機不能連續測試多組紗樣、紗線繞紗重疊及無法回收再利用等缺陷，試驗效率大大提高，檢測成本大大降低，而且紗線可回收再利用，節約了大量資源，因此其具有較高的產業化和推廣價值，為現有測試儀器的改進和提高提供了一個新的思路。