專利名稱：基于暖體假人的高溫防護(hù)服測試實驗系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及公共安全、消防安全技術(shù)等領(lǐng)域，具體涉及一種基于暖體假人的高溫防護(hù)服測試實驗系統(tǒng)，可以用于開展公共安全和消防安全領(lǐng)域的高溫環(huán)境中防護(hù)服的物理參數(shù)測定、防護(hù)服高溫防護(hù)性能化測試、舒適度測試等。
背景技術(shù)：
消防員和特殊產(chǎn)業(yè)的工人會經(jīng)常暴露在強(qiáng)熱輻射、高溫的惡劣環(huán)境當(dāng)中，而且持續(xù)的時間相差較大。在強(qiáng)輻射、高溫的工作與應(yīng)急環(huán)境當(dāng)中，高溫防護(hù)服被廣泛使用。而防護(hù)服裝的隔熱性能直接關(guān)系到防護(hù)效能和人員安全，服裝的穿著舒適度、熱舒適度等指標(biāo)則會直接影響到消防員的救援效率、工作的生產(chǎn)效率等。
我國近年來也出臺了部分防護(hù)服性能的國家規(guī)定，如GB/T20097-2006《防護(hù)服一般要求》、GB 8965. 1-2009《防護(hù)服裝阻燃防護(hù)第1部分阻燃服》、GA633-2006《消防員搶險救援防護(hù)服裝》等。國際上，美國、歐盟等出臺了一系列標(biāo)準(zhǔn)同時規(guī)定了防護(hù)服材料隔熱性能，同時規(guī)范了防護(hù)性能的測試方法與標(biāo)準(zhǔn)流程。而國內(nèi)目前針對防護(hù)服的防護(hù)性能如何測定仍缺乏統(tǒng)一認(rèn)識，對于穿著舒適度等人因指標(biāo)更是沒有涉及，因此，研制一種可以推廣的防護(hù)服防護(hù)性能與舒適性試驗裝置便十分必要。
傳統(tǒng)的防護(hù)服測試手段主要采用加熱平板對防護(hù)服紡織材料進(jìn)行隔熱性能測試， 由于無法模擬真實著裝狀態(tài)，因而無法滿足準(zhǔn)確、真實地評價防護(hù)服在人體實際穿著時的戰(zhàn)時性能的試驗需求。而在火災(zāi)等高溫環(huán)境中的研究人體熱反應(yīng)，或開展人體著裝的測試， 由于實驗環(huán)境的危險性無法用真人進(jìn)行實驗，暖體假人便成為了一種可行的工具。
自20世紀(jì)40年代以下，暖體假人(Thermal Manikin)作為一種可以模擬人體與環(huán)境之間熱濕交換的生物物理試驗設(shè)備得到了長足的發(fā)展。其身材、物理參數(shù)與普通成年人相近，本體一般由金屬材料或金屬復(fù)合材料制作而成，采內(nèi)部加熱、內(nèi)表面加熱和外表面加熱的方式模擬人體的體溫或模擬人體代謝發(fā)熱，先進(jìn)的假人設(shè)備還具備發(fā)汗、呼吸等附加功能，不斷應(yīng)用于服裝、環(huán)境等領(lǐng)域當(dāng)中與人體舒適性相關(guān)的研究當(dāng)中。
因此，建立一套以暖體假人為核心，在模擬災(zāi)害高溫環(huán)境中對防護(hù)服在開展性能化測試的試驗裝置，對滿足我國對防護(hù)服性能測試與試驗研究的迫切需求有著重要意義。發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷與能力上的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于暖體假人的高溫防護(hù)服測試實驗系統(tǒng)，創(chuàng)造一個可控的室內(nèi)高溫環(huán)境，利用暖體假人模擬人體在高溫室內(nèi)環(huán)境與環(huán)境間的熱交互過程和人體熱生理調(diào)節(jié)過程，令假人穿著防護(hù)服， 滿足根據(jù)不同實驗工況準(zhǔn)確進(jìn)行防護(hù)服性能測試的研究需求。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種基于暖體假人的高溫防護(hù)服測試實驗系統(tǒng)，包括高溫艙室1，高溫艙室1的內(nèi)部懸空設(shè)置有暖體假人2，高溫艙室 1內(nèi)設(shè)置有熱排風(fēng)系統(tǒng)3和高溫輻射板4，熱排風(fēng)系統(tǒng)3和高溫輻射板4均與控制箱5連接控制，暖體假人2及其周圍的探測器11均與假人控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6相連。
所述的高溫艙室1由耐高溫板材7搭建成空間基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)，高溫輻射板4豎直放在高溫艙室1內(nèi)，在高溫輻射板4與暖體假人2之間設(shè)置有可拆卸的輻射隔板8。
本發(fā)明使用與現(xiàn)有測試設(shè)備相比較更為先進(jìn)的暖體假人來模擬人體的熱生理過程，與現(xiàn)有的服裝測試系統(tǒng)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢明顯
(1)以暖體假人作為人體模擬設(shè)備，可以模擬保持體溫恒定的生理活動，以及人體的發(fā)汗情況，擬真性更高，測試更為真實與準(zhǔn)確。
(2)以暖體假人作為測試設(shè)備，在空間結(jié)構(gòu)上更為接近人體著裝的實際情況，使測試結(jié)果更貼近真實情況。


圖1是本發(fā)明的平面示意圖
圖2是本發(fā)明實施例的空間結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是本發(fā)明中控制箱5的示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作詳細(xì)敘述。
參照圖1、圖2，一種基于暖體假人的高溫防護(hù)服測試實驗系統(tǒng)，包括高溫艙室1， 高溫艙室1的內(nèi)部懸空設(shè)置有暖體假人2，高溫艙室1內(nèi)設(shè)置有熱排風(fēng)系統(tǒng)3和高溫輻射板 4，熱排風(fēng)系統(tǒng)3和高溫輻射板4均與控制箱5連接控制，暖體假人2及其周圍的若干探測器11均與假人控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6相連。
所述的高溫艙室1由耐高溫板材7搭建成空間基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)，高溫輻射板4豎直放在高溫艙室1內(nèi)，在高溫輻射板4與暖體假人2之間設(shè)置有可拆卸的輻射隔板8，高溫艙室1還設(shè)置有觀察窗9和艙門10，觀察窗9用于觀察高溫艙室1內(nèi)部的反應(yīng)，艙門10用于放入和取出高溫艙室1內(nèi)的各個設(shè)備。
參照圖3，所述的控制箱5包括主控芯片，主控芯片控制熱排風(fēng)系統(tǒng)3的風(fēng)機(jī)開關(guān)和高溫輻射板4的加熱開關(guān)，控制箱5內(nèi)的主控芯片包括高溫加熱控制單元，控制高溫環(huán)境的加熱模式，監(jiān)測升溫速率，記錄高溫艙室內(nèi)的環(huán)境溫度；主控芯片還包括熱排風(fēng)控制單元，控制高溫環(huán)境在測試結(jié)束后熱氣排出系統(tǒng)的啟動與停止。
所述的暖體假人2采用由多個與人體對應(yīng)的解剖段組成的假人，假人按照人體的生理結(jié)構(gòu)劃分為頭部、胸部、背部、腹部、臀部、上肢、下腳、手、腳等獨立解剖學(xué)區(qū)段。同時假人設(shè)備具備智能發(fā)熱控制、發(fā)汗功能，且各區(qū)段可獨立控制。
假人控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6內(nèi)的暖體假人控制單元控制暖體假人的發(fā)熱速率、發(fā)汗速率等參數(shù)，并進(jìn)行實時記錄；參數(shù)測量單元由多個控制器與若干探測器11組成， 用于監(jiān)測艙室內(nèi)、假人表面、服裝內(nèi)外表面等各點的溫度、相對濕度等物理參數(shù)。
高溫輻射板4的高溫環(huán)境加熱控制模式有兩種⑴恒功率模式和⑵恒溫模式。(1)恒功率控制模式當(dāng)中，設(shè)定加熱系統(tǒng)的發(fā)熱功率，使之保持在預(yù)設(shè)的功率值進(jìn)行測試；(2)恒溫模式當(dāng)中，可為高溫環(huán)境設(shè)定目標(biāo)溫度，利用自動控制系統(tǒng)智能控制加熱系統(tǒng)的開關(guān)與功率，實現(xiàn)將環(huán)境溫度在一定控制范圍內(nèi)的控制目的。4
本發(fā)明的工作原理為本發(fā)明中，高溫輻射板4與暖體假人2置于高溫艙室內(nèi)部， 其余各控制系統(tǒng)均置于艙室外部，高溫排風(fēng)系統(tǒng)出風(fēng)口置于頂部，入風(fēng)部置于側(cè)面結(jié)構(gòu)上。 高溫輻射板4與暖體假人2分別位于艙室兩側(cè)。高溫輻射板4，立于艙室地面之上；暖體假人利用吊掛結(jié)構(gòu)懸掛在艙室內(nèi)，室內(nèi)有多個吊掛點，可根據(jù)要求自行改變假人的懸掛位置。
本發(fā)明提出的基于暖體假人的高溫防護(hù)服測試系統(tǒng)，在測試過程中，在為暖體假人2穿著好測試服裝后，連接和打開各系統(tǒng)電源，啟動各控制與采集系統(tǒng)，確認(rèn)各個控制系統(tǒng)工作正常，以及采集系統(tǒng)可以正常采集數(shù)據(jù)，從而確認(rèn)可以正常開始測試流程。啟動運行于計算機(jī)上的假人控制單元，啟動暖體假人進(jìn)行預(yù)熱，使假人表面溫度達(dá)到人體表面溫度的平均值35°C后，可以設(shè)定暖體假人繼續(xù)保持體溫以模擬人體的新陳代謝情況，以及人體的發(fā)汗水平。然后設(shè)定加熱控制系統(tǒng)的控制模式，恒溫模式下可設(shè)定為室溫至400°C范圍的溫度控制模式，恒功率模式可設(shè)定為1至32kW定功率的發(fā)熱模式。確認(rèn)各部分功率正常后，關(guān)閉高溫艙室防火門，啟動高溫加熱板即可開始測試。利用暖體假人控制與采集系統(tǒng)得到的假人表面溫度、表面熱電阻得到的服裝內(nèi)、外表面溫度以及室溫等信息，可以得到高溫下服裝性能的測試結(jié)果。測試停止時，首先關(guān)閉高溫加熱系統(tǒng)，然后開始排風(fēng)系統(tǒng)對房間進(jìn)行降溫，待到房間溫度降低至35°C以下，可以停止排風(fēng)進(jìn)行自然降溫。
下面為本發(fā)明的一個具體實施例
一、高溫艙室1
耐高溫結(jié)構(gòu)由耐高溫庫板組成。庫板采用巖棉保溫鋼板，厚度100mm，容重 100kg/m3,彩鋼板的鋼板厚度0. 6mm。頂板與側(cè)板布置考慮高溫艙室內(nèi)溫度最高可達(dá) 400°C。因此，頂板和側(cè)板巖棉保溫板為100毫米+100毫米雙層布置(層間為100毫米空氣層)。同時，由于在升溫過程中，通常使用的巖棉與鋼板連接的化學(xué)膠，會融化和蒸發(fā)，鋼板和巖棉之間會脫落，造成彩鋼巖棉板材失去強(qiáng)度，發(fā)生變形。所以，本專利當(dāng)中對艙體用螺栓加固的方式進(jìn)行連接，從而增加整體強(qiáng)度，同時保證外觀的美觀。地板加固考慮到地板的強(qiáng)度要求，在兩層巖棉彩鋼板的上面加鋪一層防滑鋁板
二、高溫輻射板4即輻射熱源
本實施例中使用碳化硅紅外加熱板作為熱源，由32塊組合成為寬1. 0米、高0. 8 米的熱輻射面，裝配支架后底端距地面0. 8米，從而構(gòu)成高溫系統(tǒng)的熱源。產(chǎn)生的最大輻射熱通量為40kW/m2，輻射總功率為0至32kW，步進(jìn)為lkW。加熱板使用穩(wěn)壓電源保證加熱器的工作功率。
三、輻射隔板8
本實例當(dāng)中使用寬2. 0米、高1. 6米的鋁合金百葉形結(jié)構(gòu)構(gòu)成阻隔直接輻射的隔板，百葉結(jié)果面向輻射板一面加裝金屬襯網(wǎng)以保證吸熱與升溫均勻，同時增加了隔板的機(jī)械強(qiáng)度。外部使用角鋼構(gòu)成外框，掛于基于艙室頂部的懸掛系統(tǒng)之上，底端距地面0.4米。 安裝后，可以完全遮擋輻射板對假人的直接輻射角度。
四、熱排風(fēng)系統(tǒng)3
排風(fēng)通過消防排煙風(fēng)機(jī)直接排出室外。通過計算確定熱通風(fēng)系統(tǒng)功率經(jīng)過冬季、 夏季兩個工況的熱力計算，得到排熱必須的最大風(fēng)量，確定了使用，風(fēng)速定為6米/秒，風(fēng)量 3000立方米/小時。
五、暖體假人2
本實施例中，使用美國西北測試科技公司的型號為“NEWTON”的20區(qū)暖體假人。本實施例中，使用美國西北測試科技公司的型號為“NEWTON”的20區(qū)暖體假人。此模型由環(huán)氧金屬組成基本結(jié)構(gòu)，內(nèi)置加熱裝置、溫度傳感器，同地配備發(fā)汗系統(tǒng)。借助專用的計算機(jī)軟件可以進(jìn)行控制與數(shù)據(jù)的采集。計算機(jī)與假人電控箱相連，電控箱再與假人通過電纜進(jìn)行連接。發(fā)汗系統(tǒng)包括水泵箱、去離子水桶以及水管等組成。
六、控制箱5
本實施例當(dāng)中，高溫加熱控制與監(jiān)測單元以及熱排風(fēng)控制單
元使用一體化設(shè)計旋轉(zhuǎn)于一個控制箱5內(nèi)。使用PLC自動控制電路，對加熱、熱排風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行智能控制、數(shù)據(jù)記錄。使用觸摸式控制屏幕進(jìn)行實驗參數(shù)的輸入和設(shè)定、數(shù)據(jù)的顯不等。
暖體假人2的控制通過運行于計算機(jī)上的控制軟件實現(xiàn)，設(shè)定軟件中的參數(shù)實現(xiàn)假人控制參數(shù)的設(shè)定。
在本實施例當(dāng)中，對室內(nèi)溫度、相對濕度、假人表面溫度、服裝內(nèi)外表面溫度進(jìn)行測量。在室溫至60°C范圍中，室內(nèi)相對溫度和相對濕度使用溫濕度傳感器進(jìn)行監(jiān)測，在 60°C至400°C范圍內(nèi)，溫度探測換為使用高溫溫度傳感器進(jìn)行監(jiān)測。暖體假人2表面溫度由假人自帶的溫度傳感器進(jìn)行監(jiān)測，由軟件完成記錄。采用多個表面熱電阻貼或夾在服裝內(nèi)、 外之上，對服裝內(nèi)、外表面的溫度進(jìn)行監(jiān)測。同時，使用多通道數(shù)據(jù)采集儀對環(huán)境溫度、相對濕度、服裝內(nèi)外表面溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，集體儀與計算機(jī)相連實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測與記錄。
權(quán)利要求
1.一種基于暖體假人的高溫防護(hù)服測試實驗系統(tǒng)，其特征在于，包括高溫艙室(1)，高溫艙室(1)的內(nèi)部懸空設(shè)置有暖體假人O)，高溫艙室(1)內(nèi)設(shè)置有熱排風(fēng)系統(tǒng)C3)和高溫輻射板G)，熱排風(fēng)系統(tǒng)( 和高溫輻射板(4)均與控制箱( 連接控制，暖體假人(2)及其周圍的探測器(11)均與假人控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(6)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于暖體假人的高溫防護(hù)服測試實驗系統(tǒng)，其特征在于，所述的高溫艙室⑴由耐高溫板材(7)搭建成空間基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)，高溫輻射板⑷豎直放在高溫艙室(1)內(nèi)，在高溫輻射板(4)與暖體假人( 之間設(shè)置有可拆卸的輻射隔板 ⑶。
全文摘要
一種基于暖體假人的高溫防護(hù)服測試實驗系統(tǒng)，包括高溫艙室，高溫艙室的內(nèi)部懸空設(shè)置有暖體假人，高溫艙室內(nèi)設(shè)置有熱排風(fēng)系統(tǒng)和高溫輻射板，熱排風(fēng)系統(tǒng)和高溫輻射板均與控制箱連接控制，暖體假人及其周圍的探測器均與假人控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，將假人穿上防護(hù)服，加熱進(jìn)行高溫測試，模擬人體的熱生理過程，使測試結(jié)果更貼近真實情況。
文檔編號G01N25/00GK102507628SQ20111028225
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者申世飛, 翁文國, 袁宏永, 韓雪峰 申請人:清華大學(xué)