專利名稱：一種模擬全天候氣候條件的紡織材料保溫性能測試儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于物理測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉 及一種用于測量各種服裝用梭織物、針織物、家紡材料的模擬全天候氣候條件的紡織材料保溫性能測試儀器。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新型紡織材料日新月異不斷改變?nèi)藗兩畹姆绞剑滑F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)也對紡織材料舒適性和保暖性的測試要求越來越高、愈來愈精準(zhǔn)。目前織物保暖性的測試廣泛采用的是平板式保暖測試儀，但在實際測試過程中，由于平板式發(fā)熱結(jié)構(gòu)的一些缺陷，使得測試結(jié)果的客觀性及重現(xiàn)性不足。人體是近似圓柱體，如果從仿真角度考慮，測試儀器的熱體應(yīng)該采用圓柱體，而平板式保暖儀的熱體結(jié)構(gòu)為平板式，被測織物平鋪在實驗板上，這其實只是一個平面散熱的過程。而織物在實際穿著過程中成立體狀態(tài)，熱體熱量也是呈曲面狀向外散發(fā)。再者，因為人體各個部位的溫度并不是相同的，因而，平板式保暖儀無法測試織物在人體不同部位所具有的保暖效果，其測試結(jié)果也容易產(chǎn)生與實際穿著情況不符的現(xiàn)象。從技術(shù)參數(shù)上，平板式保暖儀的加熱板溫度調(diào)節(jié)范圍小(20 50°C)，不能模擬全天候氣象條件下的材料保溫性能；溫控精度低(±0. 5°C);溫度示值分辨率低(O. 1°C);外形尺寸大(530mmX530mmX730mm (LXWXH));操作繁雜。除了平板式保暖儀以外，亦曾有橢圓筒及圓筒式織物保溫性能測試儀，但由于這些儀器采用圓筒內(nèi)注入熱水，使用溫度計、功率表等觀測溫度變化，僅能計算出簡單的保暖參數(shù)，精確度及測量效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，提供一種模擬全天候氣候條件的紡織材料保溫性能測試儀器。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
本發(fā)明的模擬全天候氣候條件的紡織材料保溫性能測試儀器，包括測量熱體，所述的測量熱體包括雙層同心金屬圓筒，加熱管安裝于金屬圓筒幾何中心形成輻射熱源，兩圓筒間注入導(dǎo)熱油，測量熱體兩端采用絕熱材料密封，在雙層同心金屬圓筒內(nèi)設(shè)有一對溫度傳感器I ;
測量熱體外設(shè)有保溫外殼，所述的保溫外殼由4個直徑相同的1/4扇形有機玻璃罩殼組成的測量熱體同心圓，在4個扇形結(jié)合處設(shè)4個附有條縫形送風(fēng)口的空心圓柱，空心圓柱下端設(shè)置一 Y型三通，支管I與微型制冷裝置聯(lián)結(jié)，支管II與制熱裝置聯(lián)結(jié)；在測量熱體和保溫外殼之間設(shè)有一對溫度傳感器II ；
溫度傳感器I和溫度傳感器II的信號輸出端通過上位機和計算機連接。所述的制冷裝置由微型制冷壓縮機和風(fēng)機管道系統(tǒng)組成；所述的制熱裝置由電加熱管、加濕器、風(fēng)機、送風(fēng)管道組成。
所述的雙層同心金屬圓筒為雙層同心紫銅圓筒。本發(fā)明的測試儀器用于測定各種服裝用梭織物、針織物、家紡材料如床上用品、旅游帳篷、毪、被、褥、纖維材料、紙張、革制品及各種保溫材料的保溫性能，本產(chǎn)品性能符合GBl 1048-1989《紡織品保溫性能試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)對測試儀器的要求。本儀器能夠模擬全天候氣象環(huán)境條件和人體散熱環(huán)境，采用加熱管輻射及導(dǎo)熱油加熱、多組對稱型測溫傳感與控制、基于WindowsXP或Win7操作平臺的計算機數(shù)據(jù)處理等集成技術(shù),可直接測試在某一模擬氣象條件下紡織材料的熱阻(Τ-Ω );保持熱體某一溫度時(如恒溫36°C)所需要補充的熱量；設(shè)定環(huán)境溫度T=21°C，相對濕度<50%RH ，空氣流速〈lOcm/s條件下人體的克羅值；根據(jù)紡織材料的導(dǎo)熱系數(shù)判斷材料的保溫性能。計算機實時顯示紡織材料的時間一溫度曲線，可分析紡織材料保溫性能隨時間的變化規(guī)律。儀器操作簡便，測試速度快精確度高，節(jié)能環(huán)保、數(shù)字化顯示及打印，是科研院所、高校、檢驗測試機構(gòu)及紡織生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)研究不可或缺的儀器。測試材料從二維材料拓展到模擬多種氣候外界條件下紡織材料(包括片狀、絮狀、繩狀等)保溫性能。采用雙層圓筒和夾層的導(dǎo)熱油來做熱體，節(jié)約能源(加熱到同樣的溫度每升高一度消耗能量為2. 08KJ消耗能源比加水的單筒節(jié)約73. 54%)，雙層圓柱體近似模擬人體散熱體系，仿真性強。利用了熱輻射加熱，快速安全。采用DS18B20測溫頭對稱兩點實時測溫，能測試到微熱量變化，更加精準(zhǔn)。現(xiàn)代傳感技術(shù)與計算機控制技術(shù)相結(jié)合，具有可視化效果，并能實現(xiàn)所測溫度一時間曲線打印。本發(fā)明儀器主要性能參數(shù)如下測溫范圍一 20°C + 80°C ;測量精度-10 +85°C精度±0. 50C ;分辨率O. 06250C ;溫度轉(zhuǎn)換時間最多750ms ;輸出紡織材料保溫性能參數(shù)隔熱系數(shù)、保溫率、導(dǎo)熱系數(shù)、熱阻、克羅值、時間-溫度曲線。


圖I是本發(fā)明的測試儀器的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實施例方式本發(fā)明的模擬全天候氣候條件的紡織材料保溫性能測試儀器，包括測量熱體，所述的測量熱體包括雙層同心金屬圓筒，加熱管6安裝于金屬圓筒幾何中心形成輻射熱源，兩圓筒間注入導(dǎo)熱油7，測量熱體兩端分別設(shè)有上端蓋和下端蓋，采用絕熱材料密封，在雙層同心金屬圓筒內(nèi)設(shè)有一對溫度傳感器I ;測量熱體外設(shè)有保溫外殼，所述的保溫外殼由4個直徑相同的1/4扇形有機玻璃罩殼組成的測量熱體同心圓，在4個扇形結(jié)合處設(shè)4個附有條縫形送風(fēng)口的空心圓柱，空心圓柱下端設(shè)置一 Y型三通，支管I與微型制冷裝置聯(lián)結(jié)，所述的制冷裝置由微型制冷壓縮機和風(fēng)機管道系統(tǒng)組成。支管II與制熱裝置聯(lián)結(jié)；所述的制熱裝置由電加熱管、加濕器、風(fēng)機、送風(fēng)管道組成。在測量熱體和保溫外殼之間設(shè)有一對溫度傳感器II ;溫度傳感器I和溫度傳感器
II的信號輸出端通過上位機和計算機連接。下面是對本發(fā)明的詳細(xì)說明
I.熱源、熱體及測量體本儀器熱源采用220V交流電源，以I只1000W加熱管作為儀器熱源，該加熱管具有加熱效率高，輻射熱能大，通過熱輻射傳遞加熱管的能量至熱體的內(nèi)筒，由內(nèi)筒傳導(dǎo)到導(dǎo)熱油中，由導(dǎo)熱油傳到到外筒，形成一個溫度穩(wěn)定的與人體發(fā)熱部分外形相似(同)的熱體。2.測量體由熱體及絕熱端蓋組成。用O. 5mm紫銅皮做成一個外直徑13cm內(nèi)直徑IOcm高20cm(實驗區(qū)高度為16cm試驗區(qū)面積654cm2)的雙層同心圓筒,加熱管與圓筒等距安裝，兩圓筒間注入BD350導(dǎo)熱油(注滿條件下為86 7. O ml)，該導(dǎo)熱油閃點190°C、凝點-18°C、運動黏度20 50cst、對所接觸材料腐蝕性低。筒的兩端及兩個端面均采用石棉及聚氨酯絕熱保溫材料，避免端面熱量損失。3.熱體溫度檢測傳感器及環(huán)境溫度檢測傳感控制部分、單片機顯示
(I)溫度檢測傳感器。在筒體內(nèi)部導(dǎo)熱油區(qū)域及外筒以外氣候區(qū)域各有一組數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，該數(shù)字式傳感器測溫通道為8個，每個通道最多測溫點為16個，適應(yīng)電壓范圍3. O 5. 5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；微處理器與DS18B20傳感器的雙向通訊采用單線接口方式；兩組(4個)DS18B20傳感器并聯(lián)在三線上實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫，無須任何外圍元件。(2)單片機和程序軟件，用以瞬態(tài)控制電加熱管電路的功率大小，使得筒側(cè)為恒溫，當(dāng)熱量從圓柱體表面通過紡織品向外擴散時，筒側(cè)溫度降低，電加熱管功率加大，達(dá)到設(shè)定溫度，溫度恒定時，外接計算機根據(jù)溫度差按照每rc溫差消耗功率W.
計算公式
W - 0JSe7m/x 0.8%x = 2l0599Z7/dC
IGOO
式中0. 867ml為熱體導(dǎo)熱油的體積；0. 88g/ml為BD350導(dǎo)熱油的密度；2. 7KJ/kg. °C為導(dǎo)熱油的比熱容
計算維持到設(shè)定溫度時輸入的消耗功率。(3)儀器主要參數(shù)為
工作溫度0 50°C，工作濕度0 90%RH;測溫范圍一55°C + 125°C，在-10 +85°C時精度為±0. 5°C ;
設(shè)定儀器可編程分辨率為12位，對應(yīng)的可分辨溫度值為O. 0625°C，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度測溫；12位分辨率時最多在750ms內(nèi)能把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字。測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號；以“一線總線”串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力和負(fù)壓特性；即使電源極性接反時，儀器不能正常工作，但芯片不會因發(fā)熱而燒毀。4.環(huán)境溫度系統(tǒng)
(I)系統(tǒng)設(shè)置于測量體外側(cè)，由4個直徑均為33cm的1/4扇形有機玻璃罩殼組成的測量體同心圓，在4個扇形結(jié)合處設(shè)計4個附有條縫形送風(fēng)口的空心圓柱，空心圓柱下端設(shè)置一 Y型三通，支管I與微型制冷裝置聯(lián)結(jié)，制冷裝置由微型制冷壓縮機和風(fēng)機管道系統(tǒng)組成。支管2與制熱裝置聯(lián)結(jié)。制熱(濕)裝置由電加熱管、加濕器、風(fēng)機、送風(fēng)管道組成，由環(huán)境溫度室的測溫傳感器監(jiān)測和控制制熱與制冷的溫度。風(fēng)速由送風(fēng)裝置控制。連接計算機可以直接顯示環(huán)境溫度值。該環(huán)境溫度系統(tǒng)工作區(qū)域體積為O. 014451m3，該區(qū)域溫度每±1°〇，吸收(放出)熱量功率O. 00192KJ/°C。(2)環(huán)境溫度系統(tǒng)主要控制參數(shù)。測量環(huán)境區(qū)域溫度-20°C +80°C，相對濕度10% 90%RH，風(fēng)速O 10m/s，可根據(jù)需要設(shè)定。
5.單片機、基于Windows XP或WIN7平臺的計算機系統(tǒng)及顯示打印上位機程序串口接收數(shù)據(jù)。用戶選擇正確的串口號后，單擊監(jiān)測串口的按鈕對串口進(jìn)行監(jiān)測。單片機每過一段時間發(fā)送一個字節(jié)的16進(jìn)制數(shù)，程序接收到數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)類型，然后作為參數(shù)傳給繪制二維圖的函數(shù)。根據(jù)數(shù)據(jù)畫出二維圖。根據(jù)參數(shù)，調(diào)用Plotline控件中繪圖函數(shù)，畫出對應(yīng)坐標(biāo)軸的點。當(dāng)下一個數(shù)據(jù)來臨時，將所有點連接起來，繪成曲線。測試獲取表征紡織材料保溫性能的三個指標(biāo)，即熱阻Rz、克羅值、溫度-時間曲線。隔熱系數(shù)、保溫率、導(dǎo)熱系數(shù)、熱阻、克羅值。( I)測試獲得表征紡織材料保溫性能的熱阻值Rz步驟及計算公式
::試樣準(zhǔn)備片狀材料可直接包覆于測試體表面，專門為絮狀材料設(shè)計一個與測試體表面積相同的試樣袋，(需預(yù)先測試式樣袋的保溫性能)，將絮狀材料均勻裝入袋中包覆于測試體表面即可，再包覆之前需要測出材料的表觀厚度(D)。 I設(shè)定測量體的控制溫度Ttl以及環(huán)境條件(溫度Th、相對濕度、風(fēng)速Vh)；
t在裸筒條件下，對測試熱體筒中油溫加熱至設(shè)定溫度Ttl,停止加熱，經(jīng)過h時間，測試體溫度由Ttl降至T1,由計算機則根據(jù)」T計算出裸筒時測試熱體筒中油溫度由Ttl降至T1在h時間內(nèi)所散失的熱量功率Wtl,ff0=2. 0599 (KJ/°C)x (T0-T1) °C,
則在單位時間單位面積上散失的熱量功率為Qtl
Q0 = 一^一(J^jb 2A) 二 3]_49e9x^^(￡/jB 2fc)
^ 0.0654 io
$在包覆紡織材料條件下,對測試熱體筒中油溫加熱至設(shè)定溫度Ttl，停止加熱，經(jīng)過&時間，測試溫度由Ttl降至T1,由計算機則根據(jù)」T計算出包覆紡織材料后測試熱體筒中油溫度由Ttl降至T1所散失的熱量功率W1, W1= Wtl，則在單位時間單位面積上散失的熱量功率為Q1
h
:f計算指標(biāo)的公式
包覆紡織材料前后單位時間單位面積上散失的熱量功率差值為
Δ : Q1-Q0 : 31.4969x(T0 - )xm3-O
材料的絕熱系數(shù)為式I
iO
f
則材料的保暖率為N = 7Γχ100% = 7一Γχ100%式2
包覆紡織材料后，則有」Q=-A (dT/dt)，
得到材料的導(dǎo)熱系數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種模擬全天候氣候條件的紡織材料保溫性能測試儀器，其特征在于包括測量熱 體，所述的測量熱體包括雙層同心金屬圓筒，加熱管安裝于金屬圓筒幾何中心形成輻射熱 源，兩圓筒間注入導(dǎo)熱油，測量熱體兩端分別設(shè)有上端蓋和下下端蓋，在雙層同心金屬圓筒 內(nèi)設(shè)有ー對溫度傳感器I;測量熱體外設(shè)有保溫外殼，所述的保溫外殼由4個直徑相同的1/4扇形有機玻璃罩殼 組成的測量熱體同心圓，在4個扇形結(jié)合處設(shè)4個附有條縫形送風(fēng)ロ的空心圓柱，空心圓柱 下端設(shè)置ー Y型三通，支管I與微型制冷裝置聯(lián)結(jié)，支管II與制熱裝置聯(lián)結(jié)；在測量熱體和 保溫外殼之間設(shè)有ー對溫度傳感器II ；溫度傳感器I和溫度傳感器II的信號輸出端通過上位機和計算機連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬全天候氣候條件的紡織材料保溫性能測試儀器，其特征 在于所述的制冷裝置由微型制冷壓縮機和風(fēng)機管道系統(tǒng)組成；所述的制熱裝置由電加熱 管、加濕器、風(fēng)機、送風(fēng)管道組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬全天候氣候條件的紡織材料保溫性能測試儀器，其特征 在于所述的雙層同心金屬圓筒為雙層同心紫銅圓筒。
全文摘要
一種模擬全天候氣候條件的紡織材料保溫性能測試儀器，包括測量熱體，測量熱體外設(shè)有保溫外殼，在測量熱體和保溫外殼之間設(shè)有一對溫度傳感器Ⅱ；溫度傳感器Ⅰ和溫度傳感器Ⅱ的信號輸出端通過上位機和計算機連接。本儀器能夠模擬全天候氣象環(huán)境條件和人體散熱環(huán)境，采用加熱管輻射及導(dǎo)熱油加熱、多組對稱型測溫傳感與控制、計算機數(shù)據(jù)處理等集成技術(shù)，可直接測試在某一模擬氣象條件下紡織材料的熱阻(T-Ω)；保持熱體某一溫度時(如恒溫36℃)所需要補充的熱量；設(shè)定環(huán)境溫度T=21℃，相對濕度<50%RH，空氣流速<10cm/s條件下人體的克羅值；根據(jù)紡織材料的導(dǎo)熱系數(shù)判斷材料的保溫性能。
文檔編號G01N25/20GK102661971SQ20121015028
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者孫草, 崔丹丹, 張丹輝, 張欣, 朱正鋒, 韓倩 申請人:中原工學(xué)院