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染整企业数字化转型的基础构建(八)——工艺浊度及色差的测控

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-01-04  作者:陈立秋  浏览次数:14928
核心提示:陈立秋,中国纺织工程学会染整专业委员会特聘首席专家,获得中国染整行业终身荣誉奖。现从事染整工程的创新工作。
 1 洗液及排气浊度的检测
检测洗涤水的浊度,控制水量、温度、车速,以期达到质量稳定、节能的目的;检测烘燥机排气的浊度,对于调整排气量起一定作用。
1.1 用电导率检测洗涤水浊度
通过测定溶于水中的电解质量,可以知道水的纯度(也可知浊度),图1水与电导率的关系。受信器与检测器的电极间电阻值(输出信号电平)的范围是规定的,通过适当选择由检测器电极形状所决定的常数K,在K与液的电阻X、测定液电导率k之间,有如下关系,即:
X=K/k               (1)
在式(1)中,使用某一形状常数的电极,测定电导率为k的溶液时,如以温度补偿为T,恒压发生器的发生电压为Vi,则演算放大器的输出电压V0为:
因此可以获得比例于液体电导率的输出,使T与X的温度特性相等,就可以自动进行温度补偿,演算放大器的输出V0传到指示表或通过转换器,取出0~10mV、4~20mA等的输出。
 
 
1.2 用光度计检测浊度
光度计可用来检测染色用水洗槽洗液的浊度,它由检测透光管、光源、透射率传感器组成,以透射率(光的透过量)的变化来检测洗液浊度,图2为动作原理示意。
1.3 用测定红外线吸收量的排气浊度测定
热定形机等排气中所含有的污染物质主要是石蜡系的碳氢化合物和脂肪酸酯类油脂,通过加热呈烟雾状,冷却时则成为焦油,因为具有这种性质,所以要正确测定排气浊度,一定要在高温下气化状态时进行测定。
红外线吸收式检测,是在排风道内放射波长为3.4μm的红外线(即石蜡系碳氢化合物的红外选择波长),测定其能量吸收率,以无污染状态的3.4μm波长测定能量为标准,演算相对值,以数字显示,或将测定信号线性化连接外部的控制器,做成调整排气系统。图3为原理示意图,图4表示浊度传感器的显示值与碳氢化合物浓度和污染成分中代表性油剂的红外吸收光谱。
 
1.4 洗液监控系统
开普ECO洗液监控系统采用导电率传感器探测洗涤液的污垢及洗涤剂的含量,由此跟踪整个洗涤过程,并由执行机构自动调节。
1.4.1 系统的核心
系统核心是传感器+中央微处理器图5中1是中央微处理器,用以运算由感应器(传感器)7、感应器8、感应器9所采集的数据,并准确地决定程序操作周期的起始、终止时间,循环泵10不断从洗涤液抽取小样,以便感应器7、感应器8、感应器9采集流程的重要参数:导电率(混浊度)、温度以及pH值。实践证明,导电率及洗涤液混浊度很容易受洗涤液中所含洗涤剂或污垢微粒影响,因此洗涤液的清洁度可以通过监测这些参数得到控制。
1.4.2 洗涤过程
洗涤过程分四个阶段第一阶段为清洗作用,污垢慢慢地从面料上转移到洗涤液中;第二阶段即饱和状态,洗涤液中污垢的含量已达到稳定,处于饱和状态,在这个阶段基本上没有洗涤作用,监控系统指令启动冲洗单元;第三阶段是冲洗作用,注入清水并排放掉污垢微粒与洗涤剂的混合物,洗涤液逐渐趋于清洁;第四阶段结束洗涤,洗涤液的清洁度已基本稳定,差不多已达到清水程度,没有必要再进行清洗。
开普ECO洗液监控系统可以决定染色过程后的冲洗时间,因为该系统可监测清洗液中的盐和溶于洗涤液中的其他杂质,一旦排放口放出的洗涤液达到要求的清洁程度,冲洗便自动停止。所以该系统可以适用于各种间歇式水洗机及平幅连续水洗机上。
开普ECO洗液监控系统已成功地应用于染整工艺中,它节省时间,节约能源和水,并能获得稳定的产品质量。经测算,平均可节约25%的用水量和20%的加工时间。此外,通过工作周期的优化,还可以减少助剂的用量。由于耗水量减少,排污量相应减少,对环保来讲亦是非常重要的。
2 颜色测定传感器
2.1 颜色的概念
大多数人都知道,如果让日光穿过一块三棱镜,我们就可以得到类似虹那样的颜色分布。这一现象是由英国物理学家艾萨克·牛顿发现的。这种颜色分布称为光谱,把光线分离成谱称为光谱色散。
人眼之所以能看到颜色,是因为这些特定的波长刺激了人眼中的视网膜,并将这种刺激信息传递给大脑。按照光的波长不同,色谱的顺序安排为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。人眼可以看到光区被称为可见光区;如果超出可见光区以外向波长更长的一边移动,则进入红外线区;如果我们向波长更短的一边移动,则进入紫外线区,这两个区均不能为人眼所见。
光仅仅是穿越宇宙空间的各种电磁波中的一部分。电磁波频谱的范围极宽,波长从几千公里的电波和无线电波直到波长为10-13m或更短的γ射线。可见光区仅仅是电磁波频谱中极小的一部分,波长为380~780nm。由物体反射的光(在我们看来就是颜色)实际上就是可见光区域内各种波长的光的混合(人工合成的单色光例外)。
2.2 颜色的测量
根据被测对象的性质不同而分为自发光体颜色的测量和物体色的测量两大类。如光源、显示器等所表现的颜色是其自身辐射而成,所以这类颜色的测量主要是确定其光谱功率分布;而纺织品的颜色是物体受到光源照明后经过自身的反射从而形成人眼的色觉,这种颜色实际上是物体表面的反射光度特性对照明光源的光谱功率分布进行调制而产生的,因此物体表面色的测量主要是测定物体色的光谱反射比。
总之,颜色的测量方法有目视法、光电积分法和分光光度法三种。目视测色法已逐渐被淘汰,目前主要是采用仪器的物理测色方法。
光电积分法通过把探测器的光谱响应匹配成CIE标准色度观察者光谱三刺激值曲线,从而对探测器所接收到的来自被测颜色的光谱能量进行积分测量。该方法测量速度很快,并具有适当的测量精度。光电积分型测色仪器已广泛应用于颜色工业生产、控制和产品检验与销售等品质管理过程中,如色差评价、色牢度检验、缸差分类等。
在纺织印染自动配色应用中必须获得颜色样品的光谱分布或其本身的光度特性,因此应该采用分光光度法进行颜色的测量。分光光度法通过测定物体的反射光谱功率分布,并由此计算出被测颜色在各种标准照明体下的三刺激值。这是一种精密的颜色测量方法,由此制成的仪器即为光谱光度计或分光光谱仪,成本较高。
光谱光度计包括机械扫描和电子扫描两大类。机械扫描式分光光度仪一般采用卤钨灯照明、光电倍增管接收从单色仪出射的各波长辐射能量,精度高,速度慢,比较典型的有美国的Hardy Spectrophotometer及其发展型Diano MatchScan等。随着半导体技术的进步,高性能的图像传感器不断开发,于是出现了采用闪光氙灯和自扫描光电二极管阵列为照明光源和探测器的电子扫描式光谱光度计,测量速度很快,其代表是美国MacBeth的MS系列和CE(Color Eye)系列。为满足工业生产的需求,近年来出现了基于半导体集成和光纤技术的最新产品,其代表是瑞士和美国的DataColor SF系列光谱光度仪等。为适应不同应用的需要,现有的光谱光度计一方面向高精度发展,另一方面往轻巧便携型发展。因此,根据仪器内部结构、测量精度、重复性、可靠性以及成本价格等指标,一般可分成高档的高精度型、实用的标准精度型、经济的普通精度型和方便的便携型等四个档次。
2.3 影响观察颜色的因素
当观察色时,必须保持条件恒定。
2.3.1 光源的差别:
大概很多人都有这种经验,阳光、日光灯、钨丝灯等,每一种照明都使同一个被测物的颜色看起来不一样。
2.3.2 观察者的差别:
每个人的眼睛的灵敏度总是稍有差别的,甚至色视觉正常的人,对红或蓝仍可能有所偏倚。一个人的视力通常随年龄的增大而改变。由于这些因素,各种颜色在不同的人看来是不一样的。
2.3.3 尺寸的差别:
覆盖在大面积上的颜色比覆盖在小面积上的看起来更明亮和更鲜艳,这就是所谓的面积效应。挑选大面积的物体却根据小面积的色样会产生错误。
2.3.4 背景的差别:
放在明亮背景之前的苹果看起来要比放在暗背景之前的来得黯淡。这被称之为对比效应。对于要准确地判断颜色来说,这是不利的。
2.3.5 方向的差别:
当我们从两个稍稍不同的角度观察一辆小车时,车上的某点看起来会有明暗之差。这是由于车上的涂料有方向特性的缘故。某种带色的材料,特别是金属涂料有强烈的方向特性。因此,对被测物的观察角和照明角必须保持恒定。
2.4  三刺激法和光谱光度分析法的区别
图6根据CIE 1931标准观察者定义画出的,与人眼相符的光谱灵敏度曲线,这些被称为配色函数x(λ)在红波长区具有高灵敏度;y(λ)在绿波长区具有高灵敏度;z(λ)在蓝波长区具有高灵敏度。我们所看到的颜色,是我们从某物体所收到的光线中x(λ)、y(λ)、z(λ)不同成分(色刺激)的合成物。
3 在线色差检测
3.1 MAP-CONTROL在线颜色控制系统
3.1.1 系统配置:
①移动测量光度计探头;
②远距离测量的分光光度计;
③校正薄板;
④移动和驱动的电子控制装置;
⑤用于控制和驱动的计算机;
⑥色差评定用的“色空间软件”。
3.1.2 配置的特点:
①移动测量光度计探头:此触轮式移动系统在受限的球体轨道上移动。这种结构保证了完全准确的滑动,耐用、容易维护。移动装置以12m/min的速度从右向左移动。根据需要,这种装置可以安装在不同机器上。触轮车上有两支光电管,可自动寻找布的右边和左边。触轮车不依附在柷器上,可以完全避免振动。
②远距离测量的分光光度计:应用美国Macbeth Eagle—Eye分光光度计。它不需要实验室测色那样,试样要与仪器接触,可被安装在距织物2.5~5m的范围内。
③校正薄板:这个装置在整个系统内部被自动控制着。每当系统开始校正仪器时,一个自动装置开关就控制校正薄板进行校正工作,不需要任何手工操作,保证了仪器连续读数的精确性。
④移动和驱动的电子控制装置:整个机器以及移动的触轮车、分光光度计、织物控制系统与机台的接口完全由电子驱动装置控制。
⑤用于控制和驱动的计算机:计算机可监控系统的全部操作。工作人员可选择织物和触轮车运行的速度,从而使在布上读数的两点间的距离不变。
⑥色差评定用的“色空间软件”:此软件保证与人的视觉相比最大的应用可靠性。其最大特点是能够从开始到结束查验产品,从左边到右边颜色一致性。它随时给出全部可能的变动和全部值。给出记录读数的报告,求出产品的统计结果。它提供一份产品的质量证书,此证书可得到国际ISO 9000质量认可。
系统不受蒸汽温度、背景光或织物运行时的颤动等干扰。
3.2 以色列EVS公司SVA Lite色泽差异分析仪
SVA Lite色泽差异分析仪可提供织物实时色差读数和超过阀位的偏差。它可以向染色控制计算机输出数据,用于闭路反馈。
3.2.1 优点:
①改进的一级品产量;
②提高了流程控制;
③不同批次和批次与样品对比中最终产品的色差一致;
④极大地降低了实验室采样,减少了操作负担;
⑤及时判别染色工作过程中出现的弊端;
⑥向控制染色的计算机反馈信息;
⑦减少了客户投诉;
⑧正确利用结果,进行色差分类;
⑨精确数据用于经优化的布卷切割;
⑩使用绝对科学的数值进行色差变化分析。
3.2.2 技术特征:
SVA Lite基于移动的分光光度计,可进行端到端和开始到结束的色调测量。
①分光光度计精度达0.1△E;
②标准的CIE-L*a*b*色差测量;
③L*a*b*或CMC△E计算
④10种标准光源可供选择,符合用户需要;
⑤内置555种配色软件
⑥数字标准色差库;
⑦切割计划工具。
3.2.3 完成切割计划的方式:
SVA Lite是EVS公司开发的一套在印染过程中集测量、监测、分析及控制织物色泽一致性于一体的新一代系统。
该系统使用以下三种方式完成切割计划。
①按固定长度:根据具体的预设布卷长度,布卷被分成统一的色调组;
②按质量等级:假如织物上存在色度现象,系统以提供最大可能的色调一致布卷做出切割计划;
③手动方式:切割和切除由用户手动计划,使用色差变化图形,提供已计划结果的及时反馈。
切割计划在切割布卷之前显示在监视器上,便于确保色泽的统一。
 
 
 
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