基于C8051F040的多口位马克隆仪设计与研究

　　0 引言

　　马克隆仪是检验马克隆值的重要仪器，长期以来，棉花等纤维品质的检测仪器水平一直阻碍着我国棉花、羊毛使用价值的提高。目前，我国棉花标准检验体系及检测仪器大部分是沿用50 年代前苏联及美国的一套，该标准要求检测仪器必须在恒温恒湿的环境条件下方可准确的工作，建立恒温恒湿测试室会花费巨大的资金。而国外的马克隆仪也只能完成单一样品的测试。因此，研制对测试环境不敏感、多口位马克隆仪成为行业界的迫切需求。我们在充分研究国内外同类产品优缺点的基础上，研制了具有连续多样品自动测试功能的马克隆仪，以满足棉花收购站和签证检验站的需要。试验表明：高性能、多口位马克隆仪的研制不仅是成功的，并且弥补了国内外空白。该仪器研制成功使我国产的棉花可按新的国家标准快速准确地将具有不同马克隆值的棉花分级，达到国家新标准所要求的棉花收购签证水平。

　　1 温度自补偿马克隆仪的测量原理

　　1.1 经典的纤维马克隆仪基本测量原理

　　经典的纤维马克隆仪基本测量原理是：在一定容积的“试样筒”中，放置一定质量的棉纤维样品，当一恒定压力的气流通过时，试样筒两端(进口、出口)将产生压力差。因为纤维的细度和成熟度不同，其比外表面积亦不同，导致压力差也不同。根据压力差仪表可以得到对应的纤维马克隆值。在相同温湿度下，棉花纤维样品的体积、质量恒定时，若纤维越细则比表面积越大，对气流的阻力就越大，“试样筒”两端的压力差就越大，马克隆值就越小;反之，纤维越粗，马克隆值就越大。基本测量原理如图1 所示。

　　这种表征纤维细度与成熟度的测试定量关系，即“试样筒”中测量的压力差与纤维马克隆值的对应关系是在1950年美国农业部由二次回归方程得出的非线性刻度。1972年马克隆值又被制定为国际标准ISO2403-1972。

　　显然，按图1 表示的经典纤维马克隆值的基本测量原理，其中压力差值在不同的温湿度条件下是不同的。因此，直接按图1的方式测量纤维马克隆值就只能工作在恒温恒湿条件下。这也是传统的马克隆仪难以得到推广应用的原因。

　　1.2 本项目纤维马克隆仪的基本测量原理

　　本项目所研究的高性能纤维马克隆仪，首先需要在测量方法和测量原理上解决传统仪器必须在恒温恒湿环境条件下才可工作的技术难题。在充分研究和借鉴国外产品的基础上，我们采用气桥差分测量方法，较好地解决了环境温度、湿度对测量精度影响的自动补偿问题。通过对比试验证了高性能纤维马克隆仪在非恒温恒湿条件下的测量准确性。利用气桥测量方式下对桥臂气路差分测量的原理来消除环境的温、湿度影响。使仪器在非恒温恒湿环境条件下也能准确地测量纤维马克隆值。测量原理如图2 示意图所示。