醫(yī)護紡織品保水性測試儀器的設(shè)計

醫(yī)護紡織品保水性測試儀器的設(shè)計原理及運用，下面標準集團將做出詳細的解析：

一、設(shè)計原理及實現(xiàn)：
紡織纖維在干態(tài)下是絕緣的 ,在吸濕后其電導(dǎo)率會因水分的存在發(fā)生變化 ,變得可以導(dǎo)電 ;因此 ,織物在不同干濕狀態(tài)下的質(zhì)量比電阻差異很大 .當織物處于干態(tài)時 ,織物表面比電阻值達 101 2Ω～ 101 4 Ω ,即使織物處于標準狀態(tài)下(相對濕度為 65 % 左右 ,溫度為 20℃左右)時 ,質(zhì)量比電阻也達到 108Ω以上 ,而當織物內(nèi)部有液態(tài)水時 ,其質(zhì)量比電阻降至 102Ω～107Ω數(shù)量級[4] .因此 ,根據(jù)吸濕后織物試樣電阻會產(chǎn)生變化 ,設(shè)計出保水性能測試儀器 ,其原理如圖 1 所示 .測試試樣保水性能時 ,液體從水槽流出 ,經(jīng)軟管到達試樣的上表面 ,并接觸到金屬傳感器 1(有兩個并列) ,以此瞬間作為計時開始點 ,然后 ,由于纖維間隙的毛細管效應(yīng) ,液體會擴散進入試樣結(jié)構(gòu)內(nèi)部 ,滲透試樣后達到下表面并接觸到金屬傳感器 2 ,此時計時結(jié)束 .測量開始時 ,傳感器之間電阻很大 ,可以認為傳感器電路處于斷路狀態(tài) ,液體接觸傳感器 ,檢測電路輸出電壓為傳感器獲得的電壓 ;試樣被液體浸潤后 ,傳感器間的電阻迅速減小 ,傳感器電路可視為通路狀態(tài) ,此時 ,兩電阻并聯(lián) ,電路輸出電壓為并聯(lián)電壓 .根據(jù)輸出電壓的變化 ,將變化的信號導(dǎo)出 ,再利用一定的電壓信號采集和轉(zhuǎn)換系統(tǒng) ,設(shè)計一個電子計時時鐘 ,便可獲得試樣上液體的滲透時間值 .另外 ,對于紡織品吸收蓄積的水量可以通過電子天平得到 .這樣就能得到個有關(guān)保水性的測量值 .
1、液體流路系統(tǒng)
在現(xiàn)實中 ,受環(huán)境影響 ,液體對織物的滲透很多都處于一定壓力下 ,因此 ,該儀器要求在一個確定的壓力條件下測試試樣 ;另外 ,為了避免人為判斷的不準確 ,做到測量 ,就要實現(xiàn)自動控制 .所以 ,此系統(tǒng)有三大設(shè)計要求 :穩(wěn)壓 ,壓力可調(diào) ,自動控制 .
(1) 穩(wěn)壓水槽平鋪寬大 ,采用底面 50× 50cm 的輕質(zhì)材料 ,相對于試樣的吸收液量來說 ,槽內(nèi)水位下降不明顯 ,因此施加的液柱靜壓力不變 .
(2) 壓力可調(diào)采用軟管(或可伸縮管) ,高度可調(diào) ,因此可滿足多種壓力條件下的測試 .取軟管中一液片為研究對象 ,設(shè)管高為 h,液片重量忽略不計 ,則該液片從水槽流出到試樣上表面沿豎直方向只受變力∫h0ρgsdl作用 ,其中ρ為液體密度 ,s為管截面積 ,g 為重力加速度 .根據(jù)動量定理有∫h0ρgsdl = mv ,解得 h= mv/(ρgs) .可知管高 (水壓) 與液體在管中流速成線性關(guān)系 .
(3) 自動控制 當液體接觸下表面?zhèn)鞲衅鲿r ,觸發(fā)電磁閥 ,電磁閥及時關(guān)閉 ,不會因延時造成讀數(shù)錯誤.
按照國家標準,穿透盤大小為 125× 125mm ,采用有機玻璃 ,中間孔徑為 25mm ;由于試樣吸收水量的限制 ,特別是試樣較薄的時候 ,為保證天平讀數(shù) ,天平精度取 0 .001g ;為減少液流沖擊 ,軟管直徑符合穿透盤孔徑為 25mm .
2、檢測電路
金屬傳感器位于穿透盤和基板的淺刻槽內(nèi) ,可與試樣貼合接觸,穿透盤上的兩槽間距 2mm .金屬傳感器與檢測電路連接起來。
(1) 穩(wěn)壓電源電壓穩(wěn)壓電源電壓越大 ,測試電路獲得的輸出電壓也越大 ,測量精度越高 .但電壓過大時 ,作用在織物上的功率也越大 ,這樣會損害織物本身的性能 ,改變織物的質(zhì)量比電阻 .但電源電壓過小會影響測試的靈敏度和測試結(jié)果 .鑒于上述兩個因素 ,本儀器穩(wěn)壓電源電壓取 10V.儀器電源選用一個小型變壓器和整流器 ,變壓器直接焊接在電路板上 ,該變壓器可以直接將 220V 交流電壓轉(zhuǎn)換成 10V 的直流穩(wěn)壓電源電壓 .
(2) 定值電阻阻值定值電阻的大小由織物干態(tài)和濕態(tài)的電阻值的大小確定 .結(jié)合輸出電壓值的情況 ,定值電阻大小要求與織物濕阻接近(即達到 105Ω～107Ω數(shù)量級 ) ,如果定值電阻過小 (遠小于織物濕態(tài)電阻值) ,則不論織物處于干態(tài)還是濕態(tài) ,儀器所測電壓都接近 0V ,這樣不能區(qū)分織物干濕態(tài)情況 .因此定值電阻大小要求與織 物濕阻接近 (即達到 105Ω～ 107Ω 數(shù)量級 ) ,儀器的電路定值電 阻阻值選為2MΩ .
3、信號采集與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)
4、軟件處理
PCI 板卡可用匯編語言編程 ,同時也支持 C、VB、VC + +、Delphi 等語言 .這里選用 VB6 .0 編程 .軟件包括 2 個窗體和 3 個模塊 .2 個窗體分別為①frmDevSel ,該窗體包括板卡型號的選擇 ,板卡開始通道與終止通道的選擇等 ;②frmRun ,該窗口包括測試頻率的選擇 ,各傳感器導(dǎo)通時間的顯示 .3 個模塊分別為①Module 1 ,板卡硬件驅(qū)動模塊 ;②Module 2 ,板卡相關(guān)常數(shù)定義 ;③Module 3 ,主函數(shù)及公用變量定義 。

二、測試指標：
1、滲透時間
液體從試樣上表面滲透到下表面所需的時間 .對于醫(yī)護紡織品來說 ,液體一旦滲透出下表面 ,將不再具有防護作用 ,因此 ,考察液體從試樣上表面滲透到下表面所需的時間 ,通過計算機直接讀數(shù) .此時間為平均時間 ,因為試樣內(nèi)部不是均勻 ,且液體滲透受重力作用 ,在各部分的流速不一樣 ,即 t = h/珔v ,h 為試樣厚度 ,珔v為液體平均流速 .
2、zui大蓄液量
試樣下表面被恰好滲透時試樣的蓄液量 .在滲透同樣深度時 ,試樣蓄積的液量越大 ,說明液體向四周的傳導(dǎo)越好 ,試樣的水平傳導(dǎo)能力越強 .毛細管中的液體流量 q = v·πR2 ,其中 v為流速 ,R為當量半徑 ,蓄液量則是這些毛細管中液量的總和 .用電子天平減少的量減去電磁閥至試樣上表面封閉管段的水量 (定值) ,即為試樣被恰好滲透時的zui大蓄液量 .

三、測試與分析：
分別以腈綸纖維絮片、滌綸平紋織物、腈綸針織物和滌綸針織物為樣品進行測試 .剪取同種的樣品各3 份 ,用上述研制的保水性能測試儀器測試 .選取靜壓為 60cm 水柱壓強 .在測試過程中 ,壓強穩(wěn)定 ,成功實現(xiàn)電磁閥的自動通斷 ,儀器運作正常。