羽绒清洁度测试仪研制方案分析对比
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摘要
本文主要对可见光―透射光强度法羽绒清洁度自动测试仪样机研制和拟采用的单色光―吸光度法羽绒清洁度自动测试仪研制方案进行分析对比。
关键词：清洁度；测试仪；研制；对比
清洁度是羽绒质量检验的重要指标之一，目前主要的检测方法是使用透明度计目视测量，以看清楚管底的双十字线标志后，测量管内液体的高度值来表示清洁度。该法受光照强度、制管材料以及各观察者的视力、情绪等因素影响，测量误差较大。
目前除了人工透明度计法外，已知的自动测试方法有全自动浊度仪法、分光光度法[1]和可见光―透射光强度法。全自动浊度仪法是测量悬浮于样液中不溶性颗粒物质所产生的光的散射程度，并能定量表征这些悬浮颗粒物质的含量，用散射浊度单位（NTU）来表示。分光光度法目前只是技术研究阶段，未能实现仪器化，通过大量试验得出了清洁度一般在250mm～600mm之间，透光率在70%～90%的范围内时的透光率与清洁度的拟合方程，对超出范围没有指导意义。四川省纤维检验局与南通宏大实验仪器有限公司通过初步研究，采用可见光―透射光强度法能直接给出羽绒清洁度。
可见光―透射光强度法清洁度检测仪试制样机的原理简介：如图1所示。在加入试剂空白液时，仪器先自动调节光照强度达到规定的初始设定值，如650Lx。先打开测试管的进液电磁阀，使测试管中液位缓慢上升到600mm后，关闭进液电磁阀；静置1min待筒内气泡消失后，再打开排液电磁阀，液位高度缓慢下降，当照度传感器测得的照度达到一个阀值E1时，仪器自动测量此时的液位高度h1，同时关闭测试管的排液电磁阀，开启进液电磁阀待液位上升约20mm，静置10s，再打开排液电磁阀，液位高度缓慢下降，当照度传感器测得的照度达到阀值E1时，仪器自动测量此时的液位高度h2，重复测量h2的步骤得到液位高度h3。清洁度值h=（ h2+ h3）/2。
阀值E1可以预置，是在人工试验中人眼刚好看清底部有双黑十字线时测得的照度值，理论上可通过大量试验得到。但在样机试验中出现了数据无规律的现象。
本文主要对可见光―透射光强度法羽绒清洁度自动测试仪和拟采用的单色光―吸光度法羽绒清洁度自动测试仪进行分析对比。
1 可见光―透射光强度法羽绒清洁度自动测试仪数据无规律的原因分析
可见光―透射光强度法是测量平行光束通过样液后透射光的强度，其照度传感器的测量范围为可见光，能给出透射光的强度和实时的液位高度的关系曲线。该方法在样机试验中出现了数据无规律的现象，其原因有下列几方面。
（1）由于采用可见光造成对比尔―朗伯定律的偏离。选用光谱响应接近人眼函数曲线的可见光照度传感器，可见光的波长范围在350nm～770nm之间。而比尔―朗伯定律的重要假设条件之一是入射光为单色光[2]，可见光可以看作n个单色光的组合，但由于波长相差较大，样液对不同波长的光吸收程度不同，就导致对比尔―朗伯的偏离，出现数据无规律的现象。
（2）由于在试验过程中采用动态变化的液位就造成透射光强度的测量失真。试验证明，光线通过液体和空气的透过率是不一样的，而在试验过程中液位是动态变化的，这样就造成透射光强度的测量失真。
（3）利用透射光强度测量容易受到颜色吸收或颗粒物吸收等干扰的影响。颜色是物质对不同波长光的吸收特性表现在人视觉上所产生的反映。溶液呈现不同的颜色是由溶液中的质点（离子或分子）对不同波长的光具有选择性吸收而引起的。当白光通过某一有色溶液时，该溶液会选择性地吸收某些波长的色光而让那些未被吸收的色光透射过去即溶液呈现透射光的颜色，亦即呈现的是它吸收光的互补色的颜色。这样透射光强度测量容易受到颜色吸收或颗粒物吸收等干扰的影响。
（4）透镜表面不洁净或溶液不均匀性会使得实测的透射光强度降低。透镜表面不洁净，或若溶液不均匀性，如产生胶体或发生浑浊、沉淀对入射光产生吸收、散射，使进入传感器的光强度降低，对实测的透射光强度降低，实测吸光度偏高.且样液浓度越大偏离越严重。透镜表面的清洁要达到理想状态，难以实现。
（5）入射光是非平行光引起的对测量结果的偏离。测试时要求采用平行光束垂直入射到传感器，但由于光路较长，入射光本身非平行光、管壁的反射作用和液体的折射作用，使光线变成了非平行光，这样就会使传感器接受的透射光强度测量失真。
在实践中还发现液位在下降时会出现液面内凹和大量气泡，加剧了对光路平行光要求的影响，测量结果严重失真。
2 单色光―吸光度法羽绒清洁度自动测试仪的特点和数学模型分析
2.1 单色光―吸光度法羽绒清洁度自动测试仪的特点
单色光―吸光度法羽绒清洁度自动测试仪，采用分光光度法来测定羽绒产品清洁度，只需将制备好的样液装入分光光度计3个比色皿中，就可测出样液的平均吸光度，由于有已知的数学模型，羽绒清洁度与样液的吸光度呈直线关系，通过计算机软件计算就可给出清洁度。其特点是：
1）由于入射光是纯度较高的单色光，分析结果的准确度较高。
因入射光是纯度较高的单色光，故使偏离朗伯―比耳定律的情况大为减少，标准曲线直线部分的范围更大，分析结果的准确度较高。
2）吸光度的加和性。
当介质中含有多种吸光组分时，只要各组分间不存在着相互作用，则在某一波长下介质的总吸光度是各组分在该波长下吸光度的加和，这一规律称为吸光度的加和性。
利用吸光度的加和性，可同时测定溶液中两种或两种以上的组分，这符合羽绒清洁度样液中多组分的情况。
3）选择最大吸收波长为测量波长。
根据吸光物质的吸收曲线，一般选择最大吸收波长为测量波长，这样不仅灵敏度高，且偏离比尔定律的程度小，准确度好.若在最大吸收波长处存在干扰，则应根据“吸收最大，干扰最小”的原则选择测量波长。
2.2 单色光―吸光度法的数学模型分析
两种研制方案参数对比，如表1所示。
4 结语
单色光―吸光度法羽绒清洁度自动测试仪因入射光是纯度较高的单色光，故使偏离朗伯―比耳定律的情况大为减少，标准曲线直线部分的范围更大，分析结果的准确度较高。
单色光―吸光度法羽绒清洁度自动测试仪由于有已知的数学模型，羽绒清洁度与样液的吸光度呈直线关系，这样就直接给出羽绒清洁度值。
单色光―吸光度法羽绒清洁度自动测试仪采用计算机控制，操作软件界面友好，可保存历史记录，可直接打印报表。
单色光―吸光度法羽绒清洁度自动测试仪仪器体积小，需要的样液量少，测试速度快。
参考文献：
[1] 李俊杰.分光光度法测定羽绒产品的清洁度[J].计量技术，1994，（11）：25.
[2] 殷海青. 光度分析中工作曲线偏离比尔―朗伯定律的原因[J]. 青海师专学报，2004，（5）：63.
（作者单位：朱福忠、杨卫林，四川省纤维检验局；胡鹏，南通宏大实验仪器有限公司）