新型淋雨测试仪水压恒定装置的设计探讨

2018-04-20叶湖水李树荣

纺织器材 2018年2期

叶湖水，李树荣，梁灌

(广东出入境检验检疫局技术中心，广州 510623)

淋雨测试仪是自来水在一定压力下通过标准喷淋头对测试样品进行模拟淋雨测试[1]，应用于各种纺织品雨水防渗透测试，尤其适用于测定服装用纺织材料的渗透防护，可以对单一纺织材料或复合纺织材料进行不同水压下的测试，得到完整的渗透防护图象。渗透性能是纺织品质量测试的重要指标。许多国家都出台了相应的纺织品淋雨测试标准，如：AATCC 35《拒水性：雨淋测试》、BS EN ISO 22958《纺织品耐水性雨淋试验：水平喷淋法》、FZ/T 01038《纺织品防水性能淋雨渗透性试验方法》等[2]。

1 问题分析

淋雨测试仪的一个重要技术要求是喷淋水压力在不同水柱高度(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)压力下保持持续恒定，传统的水压控制方式见图1，水压控制装置由直径200 mm的外管(进水)和直径60 mm的内管(溢水)组成，内管上开凿不同高度的溢流孔。通过人工转动中间的堵塞杆角度来调整不同高度溢流孔的开闭，从而实现不同高度淋雨水压。这种水压控制方式存在以下弊端。

1—外管；2—内管；3—喷头控制；4—堵塞孔调节杆；5—水槽；6—挡水板；7—试样支架；8—喷头；9—溢水处；10，12—固定架；11—进水控制阀。图1 传统淋雨测试仪示意

1.1 对试验室的室内高度要求高

标准要求3.6 m的水压高度，加上淋雨装置本身的高度0.8 m，传统的淋雨测试仪要求安装的室内高度不低于4.5 m，而实验室基本达不到这种室内高度，导致目前国内纺织品试验室安装的淋雨测试仪的水压高度只能在2 m以内，不符合相关标准测试要求。

1.2 安装困难，存在安全隐患

整个水压调节装置质量约为150 kg，且需要固定在墙上，安装非常困难，但国内的建筑墙面多是非承重墙；加之长期用水环境会严重腐蚀固定的铁质螺钉，这些都存在严重的安全隐患。

1.3 手动调节水压高度

由于是通过转动堵塞杆的角度来调节水压高度，所以转动堵塞杆通常需要2人通力合作：堵塞杆太松易漏水，太紧则转动困难。通常，使用时间超过1 a的淋雨测试仪，由于堵塞橡胶变质造成堵塞杆过紧，同时因为水锈的原因，观察堵塞到位情况困难。

1.4 无法满足淋雨测试标准

随着纺织品质量要求的提高，淋雨测试标准也在不断变化，比如更改、增大测试水压等，目前这种固定式水压高度的淋雨测试仪已经无法满足日益更新的测试标准变化。

2 解决方案

2.1 设计思路

新型淋雨测试仪水压恒定装置(专利号：ZL201720648619.2)由测试主机和控制装置两部分组成[3]，其原理图见图2。

1—自来水补水管；2—储水槽；3—伺服电机转速控制；4—PLC控制器；5—压力传感器反馈信号；6—缓冲罐；7—电磁阀；8—喷淋出口；9—加压水泵；10—伺服电机。图2 新型淋雨测试仪水压恒定装置原理示意

测试主机由储水槽、伺服驱动水泵、缓冲罐、电磁阀、喷淋口等组成，整体尺寸为长950 mm，高800 mm，深620 mm，底部安装移动脚轮，可以任意移动，对实验室高度无要求，无安全隐患。

控制装置包括水压传感器、PLC控制器、PID控制代码、流量定时器、触摸屏人机界面等组成。控制装置与伺服驱动装置电连接，储水结构、喷淋口以及伺服驱动装置均与缓冲罐连接，伺服驱动装置与缓冲罐之间设有调压泵，喷淋口与缓冲罐之间设有用于控制喷淋结构压力的控制阀，缓冲罐设有用于测试喷淋口水压的传感器，传感器与控制装置电连接。通过对控制装置、伺服驱动装置、调压泵以及控制阀的设置，实现自动调节淋雨测试仪喷淋口的水压恒定、控制范围更广(0 m～20 m)，安装简单，使用方便，压力输出连续可控；采用工业级PLC控制系统，设计独特动态PID控制模式，更好地通过改变高速响应的伺服电机转速来实现水压压力的变化，让喷淋水压控制精度更高。

2.2 工作过程

首先，在人机界面上设定要求的测试水压，PLC

控制系统根据设定的水压值发出控制信号至伺服驱动装置，伺服驱动装置驱动调压泵，调压泵进行压力调节，改变喷淋口的出口压力；同时安装在缓冲罐里的传感器实时地把水压信号反馈给控制装置，控制装置通过比较水压设定值与水压反馈值，实时进行PID计算，同时发出控制信号至伺服驱动装置，驱动伺服驱动装置，从而调节喷淋口出水口的压力。

新型水压恒定装置采用高速响应伺服电机及高速脉冲输出，控制装置可将整套装置的相应时间控制在5 ms以内，这样就可以维持一个较好的动态平衡。同时在测试前打开缓冲罐的控制阀让缓冲罐装满空气，测试过程中关闭缓冲罐的控制阀，这样就会使缓冲罐的上半部分充满一定的压缩空气，会对水压的波动形成缓冲作用，提高调节水压的精度，从而保证喷淋口的水压精度控制在±1%。