新型淋雨測試儀水壓恒定裝置的設計探討

葉湖水，李樹榮，梁 灌

(廣東出入境檢驗檢疫局技術中心，廣州 510623)

淋雨測試儀是自來水在一定壓力下通過標準噴淋頭對測試樣品進行模擬淋雨測試[1]，應用于各種紡織品雨水防滲透測試，尤其適用于測定服裝用紡織材料的滲透防護，可以對單一紡織材料或復合紡織材料進行不同水壓下的測試，得到完整的滲透防護圖象。滲透性能是紡織品質(zhì)量測試的重要指標。許多國家都出臺了相應的紡織品淋雨測試標準，如：AATCC 35《拒水性：雨淋測試》、BS EN ISO 22958《紡織品 耐水性 雨淋試驗：水平噴淋法》、FZ/T 01038《紡織品防水性能淋雨滲透性試驗方法》等[2]。

1 問題分析

淋雨測試儀的一個重要技術要求是噴淋水壓力在不同水柱高度(0.6 m、0.9 m、1.2 m、1.5 m、1.8 m、2.1 m、2.4 m和3.6 m)壓力下保持持續(xù)恒定，傳統(tǒng)的水壓控制方式見圖1，水壓控制裝置由直徑200 mm的外管(進水)和直徑60 mm的內(nèi)管(溢水)組成，內(nèi)管上開鑿不同高度的溢流孔。通過人工轉動中間的堵塞桿角度來調(diào)整不同高度溢流孔的開閉，從而實現(xiàn)不同高度淋雨水壓。這種水壓控制方式存在以下弊端。

1—外管；2—內(nèi)管；3—噴頭控制；4—堵塞孔調(diào)節(jié)桿；5—水槽；6—擋水板；7—試樣支架；8—噴頭；9—溢水處；10，12—固定架；11—進水控制閥。圖1 傳統(tǒng)淋雨測試儀示意

1.1 對試驗室的室內(nèi)高度要求高

標準要求3.6 m的水壓高度，加上淋雨裝置本身的高度0.8 m，傳統(tǒng)的淋雨測試儀要求安裝的室內(nèi)高度不低于4.5 m，而實驗室基本達不到這種室內(nèi)高度，導致目前國內(nèi)紡織品試驗室安裝的淋雨測試儀的水壓高度只能在2 m以內(nèi)，不符合相關標準測試要求。

1.2 安裝困難，存在安全隱患

整個水壓調(diào)節(jié)裝置質(zhì)量約為150 kg，且需要固定在墻上，安裝非常困難，但國內(nèi)的建筑墻面多是非承重墻；加之長期用水環(huán)境會嚴重腐蝕固定的鐵質(zhì)螺釘，這些都存在嚴重的安全隱患。

1.3 手動調(diào)節(jié)水壓高度

由于是通過轉動堵塞桿的角度來調(diào)節(jié)水壓高度，所以轉動堵塞桿通常需要2人通力合作：堵塞桿太松易漏水，太緊則轉動困難。通常，使用時間超過1 a的淋雨測試儀，由于堵塞橡膠變質(zhì)造成堵塞桿過緊，同時因為水銹的原因，觀察堵塞到位情況困難。

1.4 無法滿足淋雨測試標準

隨著紡織品質(zhì)量要求的提高，淋雨測試標準也在不斷變化，比如更改、增大測試水壓等，目前這種固定式水壓高度的淋雨測試儀已經(jīng)無法滿足日益更新的測試標準變化。

2 解決方案

2.1 設計思路

新型淋雨測試儀水壓恒定裝置(專利號：ZL201720648619.2)由測試主機和控制裝置兩部分組成[3]，其原理圖見圖2。

1—自來水補水管；2—儲水槽；3—伺服電機轉速控制；4—PLC控制器；5—壓力傳感器反饋信號；6—緩沖罐；7—電磁閥；8—噴淋出口；9—加壓水泵；10—伺服電機。圖2 新型淋雨測試儀水壓恒定裝置原理示意

測試主機由儲水槽、伺服驅(qū)動水泵、緩沖罐、電磁閥、噴淋口等組成，整體尺寸為長950 mm，高800 mm，深620 mm，底部安裝移動腳輪，可以任意移動，對實驗室高度無要求，無安全隱患。

控制裝置包括水壓傳感器、PLC控制器、PID控制代碼、流量定時器、觸摸屏人機界面等組成。控制裝置與伺服驅(qū)動裝置電連接，儲水結構、噴淋口以及伺服驅(qū)動裝置均與緩沖罐連接，伺服驅(qū)動裝置與緩沖罐之間設有調(diào)壓泵，噴淋口與緩沖罐之間設有用于控制噴淋結構壓力的控制閥，緩沖罐設有用于測試噴淋口水壓的傳感器，傳感器與控制裝置電連接。通過對控制裝置、伺服驅(qū)動裝置、調(diào)壓泵以及控制閥的設置，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)淋雨測試儀噴淋口的水壓恒定、控制范圍更廣(0 m～20 m)，安裝簡單，使用方便，壓力輸出連續(xù)可控；采用工業(yè)級PLC控制系統(tǒng)，設計獨特動態(tài)PID控制模式，更好地通過改變高速響應的伺服電機轉速來實現(xiàn)水壓壓力的變化，讓噴淋水壓控制精度更高。

2.2 工作過程

首先，在人機界面上設定要求的測試水壓，PLC

控制系統(tǒng)根據(jù)設定的水壓值發(fā)出控制信號至伺服驅(qū)動裝置，伺服驅(qū)動裝置驅(qū)動調(diào)壓泵，調(diào)壓泵進行壓力調(diào)節(jié)，改變噴淋口的出口壓力；同時安裝在緩沖罐里的傳感器實時地把水壓信號反饋給控制裝置，控制裝置通過比較水壓設定值與水壓反饋值，實時進行PID計算，同時發(fā)出控制信號至伺服驅(qū)動裝置，驅(qū)動伺服驅(qū)動裝置，從而調(diào)節(jié)噴淋口出水口的壓力。

新型水壓恒定裝置采用高速響應伺服電機及高速脈沖輸出，控制裝置可將整套裝置的相應時間控制在5 ms以內(nèi)，這樣就可以維持一個較好的動態(tài)平衡。同時在測試前打開緩沖罐的控制閥讓緩沖罐裝滿空氣，測試過程中關閉緩沖罐的控制閥，這樣就會使緩沖罐的上半部分充滿一定的壓縮空氣，會對水壓的波動形成緩沖作用，提高調(diào)節(jié)水壓的精度，從而保證噴淋口的水壓精度控制在±1%。

3 結論

新型淋雨測試儀水壓恒定裝置設計科學合理,運用PLC控制器、PID控制代碼，建立一種動態(tài)自動恒壓淋雨測試控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)淋雨測試儀噴淋口水壓，水壓恒定、控制范圍更廣，安裝簡單，使用方便，符合標準要求，可廣泛應用于各種紡織品及服裝材料的滲透性能測試。

參考文獻:

[1] 劉天愚，張平.織物淋雨測試儀[J].天津紡織科技，1991(4)：32-35.

[2] 陳琳.織物滲透性能測試方法與測試儀器[J].中國纖檢，2008(10)：67-70.

[3] 何波.電氣控制及PLC技術應用[M].北京：中國電力出版社，2008：265.