棉花回潮率的测试研究

摘要：现行回潮率检验抽样比例所形成的随机误差难以保证棉花检验复验允差的规定，应适度增加抽样比例或适当放宽允差幅度。插入式棉包水分测定仪因方便快捷近年来得以广为使用，但其存在的缺陷所造成的数据偏差亦应引起重视。

关键词：回潮率；公定重量；盈亏；抽样；仪器

近年来，受国家政策和棉花经营形势的影响，公证检验逐渐成为我国棉花质量评定的主要形式，棉花公证检验在我国棉花加工、储备、市场交易、期货交割以及经营环节的推行和实施，极大程度上遏制了以往频发的棉花质量问题，棉花质量纠纷和争议日趋减少，而受检验方法、仪器设备和环境等诸多因素影响的棉花重量问题，却逐渐引起了人们的关注，几乎取代质量问题成为市场交易纠纷的主角。回潮率是决定棉花公定重量的关键指标，也是棉花重量检验中最难把握的指标，本文对与其有关的几个问题加以研究。

1 棉花回潮率与公定重量

GB 1103—1999《棉花 细绒棉》首次以国家标准的形式明确了棉花公定重量的概念和计算方法。即将实施的GB 1103.1—2012《棉花 第一部分：锯齿加工细绒棉》也基本上沿袭了GB 1103—1999对于棉花公定重量的规定。回潮率和公定重量的关系见公式（1）。

（1）

式中：W——公定重量，t；

R ——平均回潮率，%；

Z——平均含杂率，%；

Z0——标准含杂率，%；

R0——公定回潮率（8.5），%；

W2——净重，t。

我们常说的重量“扣补”，实质上是按照棉花净重，根据其实际回潮率、含杂率和公定回潮率、标准含杂率的差异所做的减增。另外，也不难得出如下结论：即在其他条件相同的情况下，棉花回潮率越大，公定重量就越小；反之，棉花回潮率越小，公定重量就越大，正是基于上述关系，棉花回潮率检测数据的大小，往往成为棉花交易各方关注和争议的重点。

所谓回潮率，就是指规定条件下测得的原棉水分含量，以试样的湿重与干重的差值对干重的百分率表示，其定义公式见（2）。

（2）

式中：R——回潮率，%；

W1——棉花干重，t。

结合公式（2），可以对公式（1）作下列推算，得到公式（3）：

（3）

公式（3）说明，理论上，一批棉花的公定重量多少和其回潮率大小并无直接的关系，而是取决于该批棉花的干重和含杂率。一般认为，含杂率并不随回潮率变化而变化，所以说，一批棉花回潮率发生变化，其公定重量并不会随之而变，换言之，基于干重考虑，回潮率对于公定重量的影响是固定的，即1.085的系数。公定重量公式的设计使棉花经营者恶意提高回潮率来提高公定重量的想法无法实现，一定程度上鼓励了棉花经营者合理降低回潮率的行为，体现了标准制定者促进棉花质量提高、维护市场交易公平秩序的思想。

2 抽样比例与重量允差

棉花国家标准规定，成包皮棉按批抽样，每10包（不足10包按10包计）抽1包，用于回潮率的检验。现通过下列分析，来探讨上述抽样检验比例对于回潮率检验结果产生的影响，从而对我国目前的抽样比例和现行棉花复验重量允差的确定提出建议。

2.1 数据来源及分析方法

随机选取新疆某棉花加工企业的A批棉花的100包棉花在线回潮率检测结果作为分析对象，以1～100作为棉包包号。该结果仅作数据分析之用，每个数据均视为代表该包棉花的实际回潮率。

利用Excel函数功能，随机选取1～100（含）间的整数，将其作为测试棉包包号，来对应棉花回潮率数据，形成10组数据，每组数据10个，作为按照棉花国家标准规定比例对A批棉花所进行的10次回潮率测量结果（表1），然后利用t检验法，检验10组数据每组均值和总体均值之间是否存在显著性差异，来验证现行重量允差的合理性。

上述利用计算机随机选定的方法，不仅摆脱了试验条件的限制，而且规避了仪器、环境和检验过程中其他因素所可能形成的数据误差，更为重要的是可以充分体现完全随机状态下抽样所形成的数据差异状况。

2.2 结果分析

2.2.1 用t检验法检验各组数据均值与总体均值之间差异的显著性

利用公式（4），各组数据t值经计算后，见于表1。

（4）

由df=10-1=9，查t表，得t0.05（9）=2.262。

各组|t|值均小于2.262，10组数据平均值和总体均值都不存在显著性差异。

2.2.2 重量复验允差规定合理性分析

根据t检验法对10组数据均值和总体均值所做的显著性检验，可以看到，本次试验所做的每组试验结果均可以代表该批棉花的总体平均回潮率，而10组试验均值经排序后，两两比较，共形成c102个差值结果。

经对各组平均值之间两两比较差值分析，在不考虑仪器误差、环境变化、测试时机以及测试误差等诸多因素的情况下，本次对同一批棉花所做的10次平行试验，在通过显著性检验的情况下，仅仅随机取样过程所形成的测量结果之间的差值超过0.5%的就达7个，占全部结果的15.6%，而0.5%的回潮率偏差，对棉花公定重量的影响接近5‰。

长期以来，我国各类棉花检验中对于公定重量复检所规定的允差一般规定不超过5‰，对比本试验所得到的数据，上述允差规定显得过于严格，因随机抽样样品不一致形成的回潮率数据被因此所否定，不仅平添了检验机构的压力，同时也容易丢弃合理数据，损害棉花交易双方的正常利益。

2.3 意见与建议

复检重量的允差范围过小不仅不利于棉花交易双方利益的维护，反而容易引发更多的争议，理论上尚无法满足的规定，实践中更难执行，根据我国检测技术水平和抽样规则的现状，建议从下列两个方面予以改进：一是适当扩大抽样检验的比例，使检测平均回潮率数据进一步靠近总体均值，笔者多次进行了进一步模拟，在本次试验的基础上，当抽样比例达到15%时，即每组数据达到15个时，各组数据均值两两比较得到的差值超过0.5%的大为减少，甚至几近消失；二是适度放宽允差范围，当然允差过大，也就失去了对初检控制和考核的意义，基于本次试验，允差控制在0.8%～1.0%可能显得更为可行。

3 测试偏差与重量盈亏

在自然环境中存储的棉包，其整包回潮率始终处于大惯量动态变化的过程中[1]。由于棉包回潮率的不稳定性，我国棉花国家标准一直将棉包包身表面内10cm～15cm的棉花作为回潮率的测试对象，棉包内何处的棉花回潮率可以准确代表整包回潮率成为人们关注和研究的重点。

韩刚等[2]在《新疆棉花“亏重”与否探讨》（以下简称《探讨》）中对棉包分层回潮率变化研究情况进行了介绍：①利用烘箱干燥法对试验棉包取样进行回潮率测定，进而确定棉包原始干重，并以该数据利用称重法计算不同环境下棉包的实际回潮率；②利用温湿度传感器对不同温湿度条件下同一时刻棉包内不同面层的温湿度进行测试，然后按照温湿度与回潮率“一一对应”关系，查表确定测试位置棉层的回潮率；③利用散点图对不同日期各棉层回潮率、同一时刻各棉层回潮率和棉包实际回潮率进行比照，形成研究结论。上述做法详尽、细致、多角度反映了棉包分层回潮率与实际回潮率的比较情况，研究过程周密、有序。

笔者认为，其下列基础数据的准确性存在可商榷之处：①棉包原始回潮率和原始干重数据。《探讨》研究主要结论之一就是离棉包表面100mm～150mm深度“棉块”的回潮率与整个棉包的实际回潮率存在一定差异，该研究却将该处的棉花用于原始回潮率和干重的确定，并且该数据同时用于重量法所确定的棉包实际回潮率。②各棉层回潮率。《探讨》依据《棉纤维检验学》的有关资料将棉包内各测试点温湿度数据转换为相应测试点的回潮率。而实际上，《棉纤维检验学》[3]还介绍，棉花回潮率大小不仅取决于棉纤维所处的温湿度等外部因素，还受纤维素分子组成和排列等内部因素影响；另外，棉纤维的吸湿滞后性也会造成同一棉块同一温湿度下不同的回潮率或者不同的温湿度下相同的回潮率等状况。吕晓英等[4]试验认为，同一温湿度下，吸湿平衡和放湿平衡下的回潮率差值可达近1%；《棉纤维检验学》[3]也介绍，棉花标准状态下回潮率为7%～8%的区间，所以，《探讨》所依据的棉花回潮率和温湿度之间一一对应关系严格意义上并不存在。上述数据是形成《探讨》研究结论的重要基础，其不可靠显然会大大降低对赖以准确数据支撑的研究结论的可信度。

尽管如此，笔者认为，根据《探讨》研究，下列结论依然可以得到证实：①自然环境下，棉包回潮率是动态变化的，且包内棉层回潮率分布不一致；②代表棉包实际回潮率的棉层不固定，棉花国家标准将棉包包身表层10cm～15cm处的棉层作为回潮率测试样品有可能造成棉包回潮率数据失真；③要比较准确地获得棉包的实际回潮率，宜采用多点测试的办法。

基于上述研究，结合回潮率计算公式，棉花交易过程中频频出现的所谓棉花亏重和盈重形成的原因，剔除杂质和称重因素，笔者认为，归根结底在于初检和复检回潮率与棉包实际回潮率的偏差大小不一致形成的，和初检相比，复检低于实际回潮率多，则表现为盈重，否则，则表现为亏重。外部环境对于棉包有着持续的影响（为便于比较和描述，这里将初检数据视为棉包的实际数据），当外部环境使棉包处于吸湿状态，如新疆棉花销售至内地就常常处于这样的状况，如果时间不长，棉包表层内10cm～15cm处的测试点尚没有受到吸湿作用影响或者所受影响相对较小，测试回潮率低于实际回潮率时，则表现为盈重；反之，当该测试点受吸湿影响显著导致回潮率高于棉包实际回潮率时，该棉包就表现为亏重。外部环境使棉包处于放湿状态时，同样可做类似推断。

当论及新疆棉亏重与否的问题时，《探讨》认为新疆棉运至内地，当回潮率检验取样深度较浅（小于40mm），回潮率测试结果比棉包实际回潮率大，存在新疆棉花亏重问题，否则，按照国家标准规定的深度抽样检验，则不存在亏重问题。笔者认为，上述判断有失偏颇，一方面，脱离了国家标准规定所进行的检验，“重量”也就失去了可比性，也难言“亏重”与否；另一方面，屡屡反映出的新疆棉花“亏重”显然也非标准状态下检验所形成的结果，并且，《探讨》所列举的试验数据也已经证实了棉花国家标准规定的测试点回潮率极有可能高于实际回潮率。实际交易中，依据国家标准规定的取样深度检验所形成的“亏重”这一事实也确实大量存在，新疆棉花内地销售亏重问题长期以来困扰着新疆和内地企业，为规避亏重所造成的经济损失，以新疆企业出具的“原单结算”一度成为新疆棉花内地销售的潜规则，为探讨其形成原因，不少专业人员做了多角度的分析和研究。事实上，除了部分企业恶意伪造重量数据外，形成这一局面的根本原因在于目前检验方法和仪器设备对于棉花实际回潮率的把握和反映能力不足，换句话说，这种亏重，多数可能并非实际亏重，而是由当前尚无法避免的数据测量偏差所造成的。

4 测试仪器与使用效果

（1）烘箱法是我国棉花回潮率检验中最为常见的直接法，其作为标定间接法仪器纤维特性与棉纤维含水关系的依据，也是现行棉花国家标准指定的争议判定办法。烘箱作为烘箱法主要仪器，在我国纺织企业、纤维检验机构得到了广泛使用，近年来，尽管有快速烘箱的出现，烘箱法依然受使用条件、检验时间等诸多限制，仅用于实验室检验。

（2）电学测定法是我国棉花回潮率检验较为常用的间接法，其中原棉水分测定仪（电测器）、棉包回潮率在线测试系统以及插入式棉包水分测定仪是最为常用的间接法测量仪器。

电测器在我国的使用历史悠久，其根据棉花不同的回潮率具有不同的电阻特性，在试样的重量、密度和极板面积等试验条件一定时，利用通过棉花的电流与电阻成反比的关系，测量流过棉花的电流大小，间接得出棉花的回潮率值[5]。自投入使用以来，电测器得到了充分认可，近年来其数据显示方法、测试精度、温度补偿机制、环境适应性等各方面性能不断得到改进和提高，成为目前较为成熟的间接法测量仪器，不足的是其对于成包棉花测试需开包抽样的要求一定程度上限制了其进一步的使用。

棉包回潮率在线测试系统是一种安装在打包机上对所生产的皮棉回潮率实时连续测量的仪器，它通过安装在打包机压板上的传感器，在打包机工作时自动测得皮棉成包后的回潮率[5]。该系统配套我国棉花质检体制改革，在新体制棉花加工企业广为使用，其采用多点布局的传感器采样方式使得所采集的数据能够充分代表成包皮棉的实际回潮率。但由于其受控于棉花加工企业单方，数据的公正性和准确性往往受到质疑，近年来，随着防作弊手段和监管机构监管措施的进一步实施，对于规范的棉花加工企业，该数据不仅应该得到尊重，而且，得益于加工环节棉包包内回潮率较高的一致性，较之于其他环节检验数据，应该具有更高的准确性。

插入式棉包水分测定仪（以下简称插入式测定仪）是近年来开始在我国棉花检验中大量投入使用的仪器，该仪器攻克了回潮率抽样问题，凭借其简便、快捷、高效的特点，很快在我国棉花检验中得到了推广应用。但是，使用以来，插入式测定仪也暴露出其存在的缺陷。

5 结论

1）棉花公定重量理论上不随回潮率变化而变化，实际中，由于测试回潮率数据与棉花实际回潮率之间的差异，常常会造成盈重或亏重现象。

2）现行回潮率抽样比例下，仅抽样随机性所造成的回潮率偏差，就可能使公定重量突破现行规定的允差，为增强允差的可行性，应考虑适当增加抽样比例或增大允差范围。

3）棉包包内回潮率在不同棉层之间有差异，没有固定的棉层能够反映棉花的实际回潮率，而我国目前的回潮率测试仪器多为单点测试仪器，其准确性往往因此受制于测试点的代表性，多点测试是进一步减小回潮率偏差的重要途径，应鼓励棉花回潮率测试仪器研发单位研发多点测试仪器。

4）插入式测定仪方便、快速，提高了我国棉花重量检验的效率，但较之于高效，其存在缺陷所造成数据偏差更应引起重视。

参考资料：

[1]熊宗伟，韩刚，徐水波.棉包回潮率数学模型的建立与统计分析[J].中国纤检，2010（10）上：58-61.

[2]韩刚，何永政.新疆棉花“亏重”与否探讨[J].中国纤检，2011（1）上：55-59.

[3]国家标准纤维检验局.棉花纤维检验学[M].北京：中国标准出版社，1984.

[4]吕晓英，蒋春玲.浅谈棉花样品预调湿处理的重要性[J].中国纤检，2012（6）上：62-63.

[5]刘从九，徐守东.棉花检验学[M].合肥：安徽大学出版社，2008.

（作者单位：徐州市纤维检验中心）