醫護紡織品保水性測試儀器的設計

醫護紡織品保水性測試儀器的設計原理及運用，下面標準集團將做出詳細的解析：

一、設計原理及實現：
紡織纖維在干態下是絕緣的 ,在吸濕后其電導率會因水分的存在發生變化 ,變得可以導電 ;因此 ,織物在不同干濕狀態下的質量比電阻差異很大 .當織物處于干態時 ,織物表面比電阻值達 101 2Ω～ 101 4 Ω ,即使織物處于標準狀態下(相對濕度為 65 % 左右 ,溫度為 20℃左右)時 ,質量比電阻也達到 108Ω以上 ,而當織物內部有液態水時 ,其質量比電阻降至 102Ω～107Ω數量級[4] .因此 ,根據吸濕后織物試樣電阻會產生變化 ,設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 ,液體會擴散進入試樣結構內部 ,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 ,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 ,此時 ,兩電阻并聯 ,電路輸出電壓為并聯電壓 .根據輸出電壓的變化 ,將變化的信號導出 ,再利用一定的電壓信號采集和轉換系統 ,設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保水性的測量值 .
1、液體流路系統
在現實中 ,受環境影響 ,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 ,就要實現自動控制 .所以 ,此系統有三大設計要求 :穩壓 ,壓力可調 ,自動控制 .
(1) 穩壓水槽平鋪寬大 ,采用底面 50× 50cm 的輕質材料 ,相對于試樣的吸收液量來說 ,槽內水位下降不明顯 ,因此施加的液柱靜壓力不變 .
(2) 壓力可調采用軟管(或可伸縮管) ,高度可調 ,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系 .
(3) 自動控制 當液體接觸下表面傳感器時 ,觸發電磁閥 ,電磁閥及時關閉 ,不會因延時造成讀數錯誤.
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 ,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 ,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) 穩壓電源電壓穩壓電源電壓越大 ,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 ,改變織物的質量比電阻 .但電源電壓過小會影響測試的靈敏度和測試結果 .鑒于上述兩個因素 ,本儀器穩壓電源電壓取 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 交流電壓轉換成 10V 的直流穩壓電源電壓 .
(2) 定值電阻阻值定值電阻的大小由織物干態和濕態的電阻值的大小確定 .結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數量級 ) ,如果定值電阻過小 (遠小于織物濕態電阻值) ,則不論織物處于干態還是濕態 ,儀器所測電壓都接近 0V ,這樣不能區分織物干濕態情況 .因此定值電阻大小要求與織 物濕阻接近 (即達到 105Ω～ 107Ω 數量級 ) ,儀器的電路定值電 阻阻值選為2MΩ .
3、信號采集與轉換系統
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 ,各傳感器導通時間的顯示 .3 個模塊分別為①Module 1 ,板卡硬件驅動模塊 ;②Module 2 ,板卡相關常數定義 ;③Module 3 ,主函數及公用變量定義 。

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 .此時間為平均時間 ,因為試樣內部不是均勻 ,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越好 ,試樣的水平傳導能力越強 .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 ,壓強穩定 ,成功實現電磁閥的自動通斷 ,儀器運作正常。