織物耐靜水壓測試儀用于土工膜耐靜水壓測試解析

    織物耐靜水壓測試儀主要用于戶外運動服裝防水測試雨傘測試、防水面料測試、沖鋒衣、醫用*防護材料透液性、透血性測試。織物耐靜水壓測試儀有動態測試、靜態測試和自定義程序法測試三種測試方法，用來檢測紡織品在一定壓力下的拒水性能。試樣被固定在標準規定面積的測試區域上，通過空壓機將0-5bar的空氣加入一個充滿蒸餾水的水罐中，水罐連接測試頭，將一定的壓力傳遞給試樣。壓力曲線實時顯示在操作屏幕上，內置各種測試標準，方便用戶使用。

一、測試原理
    土工膜在一定水力壓差作用下將產生微小滲流。在規定水力壓差（一般為100kPa）下，測定一定時間內通過試樣的滲變量，然后即可根據試樣厚度計算出滲透系數及透水率。滲透系數和透水率可按（1）式、（2）式分別計算。
K=v·T/(t·A·Δp)
ψ=v/(t·A·Δp)
式中，K為滲透系數；ψ為透水率，單位為m2/s；v為時間t內的滲流量，單位為cm3；T為試樣厚度（實驗壓力Δp下），單位為cm；t為測定時間，單位為s；A為有效流流面積，單位為cm2；Δp為試樣兩側的水力壓差，單位為cm。
    在測試裝置的高壓倉中注滿水，放上經過充分浸泡濕潤的土工膜試樣，并利用網絡使試樣保持一定形狀，連接低壓倉，注入一定量的水。在高壓倉中有一個和加壓氣源相通的氣囊，通過調節氣源的壓力，使氣囊膨脹，在高壓倉產生壓力，使試樣兩側建立起一定的壓差。
試樣測試直徑為φ=16cm，有效測試面積為201cm2，壓力在0～1.6MPa之間連續可調。上述加壓裝置在試樣兩側建立一定的壓差，通過高壓倉上安裝的壓力傳感器檢測出壓力信號送入下位機。在一定壓差情況下，用標準的細計量管及光柵位移傳感器測量出時間t內的滲流量V，求出滲透系數。通過改變壓差來測定不同水力壓差條件下的滲透系統。在土工膜兩側的壓差達到一定值后，土工膜就會破裂。耐水靜壓的測定是通過逐級增加試樣兩側的水力壓差并保持一定時間實現的，當滲透急速增加時，表明試樣受到破壞，通過下位機采助記歌到這時的壓差值，那么前一級壓差值就是試樣的耐水靜壓值。如果只需判定試樣是否能達到某一規定耐靜水壓值，則可直接加壓到此壓差值，并保持兩小時。如果土工膜沒發生破裂，就判定試樣符號此耐靜水壓值的要求。
    根據國標GB/T17642-1998規定，有效滲流面積A≥200cm2。把高低壓倉的口徑及網絡的有效滲流面積設計為A=201cm2，符合國標GB/T17642-1998的要求。

二、系統組成
該系統由三部分組成：測試裝置、下位機、上位機。
1、測試裝置
測試裝置包括：高壓倉、低壓倉、氣囊、氣源、進氣孔、注水口、網絡、加壓裝置、水量、壓力檢測等。其功能主要是放置土工膜試樣、調節壓力、建立壓差、輸出壓差信號、檢測滲透水量及水量突變等。根據國標GB/T17642-1998的要求，滲透水量測定范圍為0～3.7ml，精度為1/1000；壓差值測試面積為201cm2，壓差在0～1.6MPa之間連續可調；壓力傳感器工作電壓為6V，量程為0～1.6MPa，精度為1/1000。
2、下位機
以單片計算機89C52為核心，并配置由10位A/D轉換器MC14433、功能按鍵、MAX487組成的RS-485接口等，實現對測試系統狀態的設定，對壓力、水量、時間的測定和與上位機進行數據通訊。按鍵用來進行系統狀態設定以及啟、停等功能控制，壓力傳感器用來檢測壓力，電動調壓閥用來控制加壓裝置以使壓力保持恒定，位移傳感器用來檢測滲水量。其中，電動調壓閥的控制采用光電耦合器，以提高系統的抗干擾性能。
3、上位機
利用PC機自帶的標準串行接口，通過的RS-232/RS-485轉換器，形成RS-485總線與下位機的連接，可實現對下位機測量過程的監控，并對測試數據進行處理、制表打印、繪制曲線。

三、通訊協議
    通訊協議采用半雙工異步通訊方式。數據格式為：1位起始位，8位數據位，1位停止位。幀格式包含呼叫幀和數據幀。呼叫幀由上位機發出，其格式為：起始字符，下位機地址，停止字符等。數據幀是下位機對上位機呼叫的響應，上位機呼叫地址與下位機地址一致時，下位機才發送數據幀，每一時刻只有一臺下位機和上位機通訊。

為了保證數據傳送的準確性，對兩種情況采用如下的差錯處理方法：
1、上位機發出呼叫幀4秒內沒有收到下位機發送的數據幀，則上位機連續發4次呼叫幀；如下位機仍沒有響應，則認為通訊故障，上位機報警。
2、下位機發送數據幀，上位機收到后如果累加和有誤，則要求重新發送；如果連續四次仍有錯誤，則上位機報警。

四、軟件設計
1、下位機軟件
根據測試原理及工藝過程，先設系統工作狀態和參數，再判斷是滲透系數測定還是耐靜水壓測定。采用壓力傳感器檢測壓力變化，用位移傳感器檢測水量，用89C52的定時器T0計時，通過RS-485接口響上位機發送數據。改變壓差，測不定期不同水力壓差條件下的值，其間實時采集壓力信號，經過數字濾波后，與該壓力的給定值比較得到偏差信號，該偏差信號經PI運算后，控制電動調節閥，得到所需壓力值。
2、上位機軟件編程技術
本系統上位機軟件基于WINDOWS操作系統，編程軟件為VB6.0，主要實現菜單/畫面顯示，接收下位機傳送過來的信號及數據，根據式（1）求出滲透系數或耐靜水壓值，算出五臺下位機測試結果的平均值，繪制測試曲線，打印測試報表。