CC BY
72
УДК 677.31
МЕТОДЫ И ПРОБЛЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТОНИНЫ ШЕРСТИ В ОТЕЧЕСТВЕНОЙ ПРАКТИКЕ
Н. Т. Разгонов, к.с.-х. н. (ГНУ СНИИЖК)
Одним из основных технологических показателей шерсти является её тонина (в отечественной терминологии) или средний диаметр (в международной практике). Тонина шерсти является определяющим свойством её технологической ценности, точнее, прядильной способности, и важной характеристикой для породной группы овец. Поэтому этот показатель шерсти положен в основу стандартов на методы испытаний шерсти, разработанных во многих странах мира, занимающихся овцеводством.
Тонина (средний диаметр) шерсти - это среднее значение линейных размеров поперечных сечений выборки шерстяных волокон, испытанных стандартными методами. Названный показатель измеряют в микрометрах (1мкм =1 10 - 6 м). Интервал варьированной тонины для овечьей шерсти находится в диапазоне от 5 - 7 мкм до 30 (пуховые волокна), от 30 мкм до 52 (переходные волокна) и от 52 мкм и более 75 (ость). К методам инструментальной оценки среднего диаметра шерсти относятся оптические методы (проекционный микроскоп, Laserscan, OFDA) и методы воздушного потока ^г^^ - постоянный поток, постоянное давление), которые широко применяются в международной практике. На основании круговых лабораторных испытаний, проводимых Международной ассоциацией лабораторий по шерстяному текстилю (Interwoollabs), общепринята достоверность измерения среднего диаметра для каждого названного метода, которая представлена в таблице 1.
Таблица 1. - Погрешность измерения тонины (среднего диаметра) шерсти используемых на практике методов оценки_
Наименование метода
Погрешность методов ( Р=0,95)
22,0 мкм 37,0 мкм
ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ:
Микроскоп ±0,90 ±1,15
OFDA ±0,36 ±0,65
LASERSCAN ±0,32 0,70
МЕТОД ВОЗДУШНОГО ПОТОКА
AIR-FLOW (постоянное давление) ±0,45 ±0,90
AIR-FLOW (постоянный поток) ±0,45 ±0,90
В отечественной практике широко применяется оптический метод с использованием микроскопа (Lanametr), ГОСТ 17514-93 и гораздо реже метод воздушного потока по причине отсутствия соответствующих приборов в лабораториях научных институтов и производств шерстяной отрасли. В производственной лаборатории Тюменского тСк (А/О
КРОСНО) успешно применяется оптический метод с использованием единственного в России прибора ОРйД. Использование данного прибора позволяет производственникам оперативно определять средний диаметр, среднеквадратическое отклонение и получить наглядную картину в виде гистограммы распределения волокон шерсти в зависимости от их диаметров в испытуемой партии шерсти, рис.1.
Несмотря на сравнительно большой выбор методов измерений среднего диаметра волокон шерсти за рубежом, оптический метод с использованием микроскопа (IWTO - 28-93) является эталонным, по результатам испытаний которого осуществляется калибровка всех остальных методов. По технической сути, оптический метод оценки тонины шерсти по Гост 17514-93 и IWTO - 28-93 повторяют друг друга, однако алгоритм обработки результатов измерения тонины по Гост 17514-93 и среднего диаметра волокон шерсти по IWTO 28-93 имеет различия, что не отражается на конечных показателях результатов испытаний при условии правильного считывания экспериментальных данных. Различия в алгоритме обработки результатов измерения тонины и среднего диаметра волокон шерсти по российскому и международному стандартам представлены в таблицах 2 и 3.
Рис. 1. Распределение волокон мытой шерсти по их тонине, определяемой оптическим методом на приборе ОРйД. Таблица 2. - Обработка результатов измерения тонины однородной
Класс тонины в
делении шкалы Число волокон в классе Расчетные
прибора велич ины
1 2 3 4 5 6
5 - 6 26 2 27 27 27
6 - 7 58 8 63 90 ^117
7 - 8 92 0 96 186 0
8 - 9 124 18 133< а 0 0
9 - 10 96 12 111 281^ 0
10 - 11 75 8 85 170 ^325
11 - 12 31 2 36 85 155
12 - 13 38 0 39 49 70
13 - 14 5 1 6 10 21
14 - 15 1 0 1 4 11
15 - 16 1 0 1 3 7
16 - 17 0 0 0 2 4
17 - 18 2 0 2 2 2
I =600
а1 = 606; а2 = 595; в1 = 303; в2 =144; S = а1 - в1 = 303; А =
8 + 9
= 8,5
М ср. =( 8,5 + 1 303/600) • 2 = 18,0 мкм; а = 3,78 мкм; CV% = 21%.
Таблица 3. -однородной
Обработка результатов измерения тонины шерсти по стандарту 1^0 - 8-89_
Нижняя граница класса тонины
Число волокон в классе (Р)
Расчетн
д иаметр d (мкм)
ые вел Fd
ичины Fd2
1
2
3
4
5
6
5
6
7
8
9
10 11 12
13
14
15
16 17
27 63 96 133
111 85 36 39 6 1 1 0 2
11 13 15 17
19 21 23 25 27 29 31 33 35
297 819 1440 2261
2109 1785 828 975 162 29 31 0
70
3627 10647 21600 38437 40071 37485 19044 24375 4374 841 961 0
2450
2
Сумма 600
^ = = 10806/600=18,01мкм;
^ =
10806 230274
1
= 19,60;
На наш взгляд, регистрация экспериментальных данных и обработка результатов в соответствии с IWTO - 28 - 93 несколько проще. Недостатком названных методик является их высокая
трудоёмкость и большие затраты времени на испытания. Поэтому оптический метод с использованием микроскопа для определения показателей тонины шерсти в шерстепроизводящих хозяйствах, как правило, не работает, да и в промышленности он используется достаточно редко.
Метод определения среднего диаметра волокон шерсти методом воздушного потока в отечественной практике также не получил повсеместного применения по причине отсутствия отечественных приборов типа ТШВ и высокой стоимости зарубежных приборов типа Air-Flow.
Лабораторные пробы для измерения среднего диаметра волокон шерсти являются частью бурового образца и проходят процедуры промывки и сушки до постоянно-сухой массы (п. с. м.) для грязной шерсти и лишь сушку - до п. с. м. для мытой шерсти. Очищенные лабораторные пробы перед испытанием должны выдерживаться не менее восьми часов в стандартных климатических условиях. В этом есть необходимость, о чём свидетельствуют результаты измерения среднего диаметра шерсти методом воздушного потока при отклонениях влажности и температуры от их стандартных значений (таблица 4). Таблица 4. - Влияние климатических условий* на результаты измерения среднего диаметра шерсти с использованием метода воздушного потока (Air-Flow)_
Стандартные параметры среднего диаметра волокон шерсти при нормальных климатических условиях (М =65%, t =2 0 С) (мкм) Средний диаметр при от нормальных кпил для шерстян условиях отличных латических условий ого волокна
относительная влажность, W =75(%)Д =20°С температура, 1 =15°С, W =65,0(%) (град)
18,0 25,0 32,0 17,8 24,7 31,6 3 2 1 00 00 00
* -атмосферное давление при испытаниях тонины волокон шерсти = 760 мм. рт. ст.
В рамках проекта МНТЦ № 647 (Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики, г. Саров) по исходным требованиям на проектирование изготовления прибора СНИИЖК (бывший НИИЗПОШ) в 2002 - 2004 гг. был создан макет прибора, включающий в себя координатный столик для перемещения образца с шерстью, оптическую систему для его освещения и перестроения изображения волокон, камеру с цифровым интерфейсом и персональный компьютер для управления прибором и обработки полученных результатов. Управление
работой прибора и обработка полученных результатов осуществляются с помощью специально разработанной программы Fiber Scan. Измерения параметров тестовых образцов шерсти, проведенные с помощью разработанного макета прибора, показали, что он способен обеспечить точность измерения параметров шерсти в диапазоне 16,0-37,0мкм порядка одного (1) мкм.
На рисунке 2 представлен пример одного кадра с волокнами, снятого с помощью цифровой камеры. С помощью программы обработки кадра из него извлекается информация о количестве, длине и толщине всех отрезков волокон, где можно провести измерение толщины с точностью порядка 1 мкм. На пересечениях или в местах слипания, или в местах расположения крупных частиц загрязнений измерения не производятся.
Рис. 2. Фотография шерстяных волокон (сняты с помощью CCD камеры).
Таким образом, для каждого пригодного для измерения отрезка волокна определяется длина этого отрезка и его диаметр с точностью 1 мкм. Эта информация накапливается по всем отрезкам волокон в кадре и по всем кадрам при сканировании всего слайда. После чего вычисляется средний диаметр в образце шерсти,
среднеквадратическое отклонение от среднего и строится гистограмма - распределение волокон по диаметрам в измеренном образце (рис.3).
Особенность разработанного алгоритма вычисления заключается в его высокой степени производительности - обработка изображений производится в промежуток времени между получением очередных кадров. Калибровка прибора осуществлялась с помощью образцовой миры с ценой деления в 10 мкм. На рисунке 3 приведен пример
Рис. 3. Гистограмма распределения волокон шерсти по диаметру для
0
d
50
образца сорта 70К (диапазон значений по ГОСТу- с1 = 18,1 -20,5; ст < 4,5ц).
Измеренные значения: с1 = 20,3 ц ; а = 4,4 \х. Аппроксимация Гауссовым распределением: с! = 19,5 ц; ст = 4,5 \х. результатов измерений для образца шерсти сорта 70К. Значения, полученные с помощью разработанного прибора, укладываются в диапазон значений для этого сорта и являются воспроизводимыми (т.е. в пределах полученной достоверности результаты измерений повторяются для разных выборок из одного образца).
Таким образом в ходе выполнения данного проекта был разработан и создан макет оптико-электронного прибора для измерения основных параметров шерсти с точностью, необходимой для уверенного различения одного сорта шерсти от другого. Однако из-за отсутствия финансирования работа была остановлена на стадии макета прибора.
