Influence of humidity and geometrical characteristics of wool fiber on the passage of the sound signal on the PAM-1 device

Ввиду высокого удельного веса стоимости сырья в шерстяной промышленности, первостепенное значение приобретает рациональное и экономное использование шерсти. В результате несоответствия качественных показателей физической шерсти требованиям отрасли первичной обработки наблю­дается тенденция снижения выхода волокна.

В связи с такой ситуацией высокую актуальность приобретают научные исследования, направленные на разработку и внедрение более совершенных испытательных приборов нового поколения и соответствующие методы оценки ее свойств. Поэтому использование экспрессного акустического метода определения геометрических характеристик и сравнение полученных результатов с полученными при определении по стандартным методикам, является актуальной задачей.

Целью исследования явилось изучение возмож­ности использования акустического прибора ПАM-1 при определении качественных характеристик шерстяных волокон.

Косвенные характеристики тонины и грубости шерстяных волокон отобранных пород были также определены на унифицированном акустическом приборе ПАM-1. Акустический прибор ПАM-1, пред­назначенный для определения показания микронейр хлопкового волокна экспрессным методом. Принцип работы прибора основан на способности пропускать звуковые импульсы через текстильные волокна в зависимости от их структуры. Метод является косвенным методом оценки тонины и грубости волокон [1].

Для оценки шерстяных волокон на приборе ПАM-1 экспрессным методом были проведены экспериментальные исследования. Результаты определения прохождения сигналов звуковых импульсов через шерстяные волокна на приборе ПАM-1 при массе образцов 10 грамм и влажности 17% представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Оценка грубости шерстяных волокон акустическим методом

Результаты прохождения звуковых импульсов представлены на рис.1

Рисунок 1. Прохождения звуковых импульсов через шерстяные волокна на приборе ПАM-1

Величина проходящего через массу навески шерсти звукового импульса зависит от плотности укладки массы волокон в измерительной камере. Плотность будет тем выше, чем больше в составе тонких пуховых волокон.

Анализ результатов показывает, что наибольшую величину прохождения звукового импульса имеет грубая помесная шерсть, у которой самое большое значение толщины волокна и равномерность по длине, что способствует равномерной укладке волокон в измерительной камере и прохождению наибольшего значения звукового импульса.

Самое маленькое значение прохождения звукового сигнала у образца Гиссарской шерсти. Оно соответственно на 48 % и 56% меньше, чем у Каракульской и Помесной шерсти, что вероятно можно объяснить большей плотностью укладки волокон в камере прибора. Это можно объяснить тем, что Гиссарская шерсть имеет наименьший диаметр, большую равномерность по тонине и присутствие коротких волокон, дают сильное уплотнение и препятствуют проникновение звука.

Так как воздух является проводником звука, то чем больше плотность волокон, препятствующих проникновению воздуха, отмечается большее затухание импульса. Таким образом, более тонкие и мягкие волокна будут создавать более высокую плотность укладки и способствовать затуханию импульсов.

Для исследования формы связи пар данных, приведенных в таблице 2, проведен регрессионный анализ. Для этого по статистическим данным получены уравнения зависимостей (линейная, полиномиальная) и рассчитаны коэффициенты детерминации с использованием программы Microsoft Еxcel.

Таблица 2.

Показание прибора ПАM-1 в зависимости от тонины, массы и влажности образцов

В таблицу 3 занесены уравнения полиномиальных моделей регрессии, которые наилучшим образом описывают зависимость пар данных, а коэффициенты детерминации принимают наибольшие значения.

Таблица 3.

Сводные данные регрессионного анализа

Качество составленных уравнений регрессии оценено с помощью величины достоверности аппроксимации (коэффициента детерминации), который равен квадрату коэффициента корреляции (R2). Он показывает, в какой мере изменчивость у (результативного признака) объясняется поведением х (факторного признака), т. е. какая часть общей изменчивости у вызвана собственно влиянием х. Этот показатель вычисляется путём простого возведения в квадрат коэффициента корреляции. Тем самым доля изменчивости у, определяемая выражением 1 − R2, оказывается необъясненной [2].

Результаты регрессионного анализа показывают, что между факторами звукового сигнала и диаметром образцов шерстяных волокон наблюдается сильная зависимость, коэффициент детерминации при влажности 17% и при тонине шерстяных волокон соответственно : 29 мкм, 33 мкм, 44 мкм составляет R² = 1, значение которого говорит о том, что 100% общей вариации звукового импульса обусловлено вариацией фактора – размером поперечного сечения шерстяных волокон.

Полученные значения по среднеквадратическому отклонению и коэффициенту вариации по выходному параметру (прохождение звукового сигнала) в зависимости от массы отобранных лабораторных проб при влажности проб 17% приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Показатели неравномерности значений прохождения звукового импульса

Как видно из таблицы 4 среднеквадратическое отклонение по звуковому сигналу при массе отобранной пробы равной 8 грамм у Гиссарской шерсти составляет 1,16 мВ, что на 16,5% меньше чем у Каракульской шерсти и на 23,4% больше чем у Помесной шерсти; коэффициент вариации у Гиссарской шерсти составляет 0,096% что на 0,7% меньше чем у Каракульской шерсти и на 0,046% больше чем у Помесной шерсти. Среднеквадратическое отклонение по звуковому сигналу при массе отобранной пробы равной 9 грамм у Гиссарской шерсти равняется нулю, у Каракульской шерсти- 1,22мВ, что на 39% меньше чем у Помесной шерсти; коэффициент вариации у Каракульской шерсти составляет 0,08% что на 0,04% меньше чем у Помесной шерсти. При массе отобранных проб, составляющих 10 грамм у Гиссарской шерсти и у Помесной значения по среднеквадратическим отклонения и коэффициентам вариации равны нулю, но у Каракульской шерсти, учитывая её большую неравномерность по тонине, которая по стандартной методике составляет 51,5%, среднеквадратическое отклонение по звуковому сигналу составляет 1,73 мВ, а коэффициент вариации – 0,13%.

При определении среднего арифметического значения неровноты звукового импульса на приборе ПАM-1 в зависимости от массы образца при помощи значений, приведённых в таблице 4, получим, что при массе 8 грамм среднеквадратическое отклонение составило 1,16 мВ, а коэффициент вариации -0,075%, при массе образца 9 грамм среднеквадратическое отклонение составило 1,07 мВ, а коэффициент вариации -0,06%, при массе образца 10 грамм среднеквадратическое отклонение составило 0,6 мВ, а коэффициент вариации -0,04%.

Выводы:

1. Между факторами звукового сигнала и диаметром образцов шерстяных волокон наблюдается сильная зависимость, коэффициент детерминации при влажности 17% и при тонине шерстяных волокон соответственно : 29 мкм, 33 мкм, 44 мкм составляет R² = 1, значение которого говорит о том, что 100% общей вариации звукового импульса обусловлено вариацией фактора – размером поперечного сечения шерстяных волокон.
2. Можно сделать вывод, что для шерстяных волокон наиболее оптимальной массой образца является значение в 10 грамм, так как при указанной массе показатели среднеквадратического отклонение и коэффициента вариации результатов испытаний наименьшие.