CN100595561C - 一种模拟皮肤透湿性能的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟皮肤透湿性能的测试装置，包括模拟皮肤和压力供水装置及加热控制系统，所述的模拟皮肤(4)通过紧箍圈(5)密封固定在金属盘(3)上，金属盘(3)和模拟皮肤(4)之间充满水(2)，水由与之连通的高达2.5米的水管(1)输入，金属盘(3)的底座内装有加热电阻丝(7)，底座被隔热材料(8)包围，金属盘(3)的一侧边缘装有温度传感器(6)，其输出端与测控系统的输入端相连，测控系统的输出端与加热电阻丝(7)相连，模拟皮肤(4)表面温度用红外测温仪(9)测量。由于本发明是建立在被动法出汗原理基础上的出汗方式，可精确地测量模拟皮肤在不同水压条件下和温度条件下的透湿量，提供了一种更为科学准确的模拟皮肤透湿实验方法。同时，该系统亦可作为独立的出汗源，用于相关的织物和服装的透湿测量系统中。

Description

一种模拟皮肤透湿性能的测试方法

技术领域

本发明属服装热湿舒适性测试技术领域，特别是涉及一种测试模拟皮肤在不同水压力和不同温度共同作用下的透湿量的装置和方法。

背景技术

在服装透湿性能测试的各种出汗暖体假人或服装面料的透湿测试仪中，都需要一个模拟人体出汗的出汗源——“出汗”模拟皮肤。最早的出汗暖体假人是在干态暖体假人上套上贴身高吸湿棉织物，用喷水器喷水来模拟皮肤出汗(参考文献：Ralpy F.GoldmanThermal Manikins，Their Origins and Role，Thermal Manikins and Modelling，PloyUHongKong，2006：3-18)。上世纪八十年代以后，暖体假人的研制都是基于供水系统通过管路将水通入假人的模拟皮肤(参考文献：Zhang W Y，Zhu L J.Study on the thermalsweating manikin，Proceedings of the Fourth International Meeting on ThermalManikins，4IMM，EMPA，Switzerland，2001；Meinander H.Evaluation of functionalclothing systems with a sweating thermal manikin，VTT SYMPOSIUM 133，Textiles andComposites 92，Finland，1992：289-295；Richards M G M.Development of a sweatingagile thermal manikin.Proceedings of the Fourth International Meeting on ThermalManikins，4IMM，EMPA，Switzerland，2001)，这样可以使“皮肤”持久保持水分。许多“出汗”热板仪也采用相似的方式。但以上“出汗”方式主要是让模拟皮肤表面保持湿态，其最大缺点是透过服装或面料的透湿量很难准确测量。2002年研制成功的新一代暖体假人“Walter”(参考文献：Fan J，Chen YS，Measurement of clothing thermal insulationand moisture vapour permeability using a novel perspiring fabric thermal manikin，Measurement Science and Technology，2002，13(7)：1115-1123)，其整体结构是由微孔膜织物为皮肤，内部以水循环系统构成，首次实现了全身均匀出汗的功能，同时排汗量由不同的皮肤特性决定，其供水方式为被动供水(参考文献：陈益松等，新型出汗假人“Walter”与“一步法”测量原理，东华大学学报(自然科学版)，2005，31(3)：100-103和Chen Y S.，Xu J.，Fan J.，Passive and active water supply to perspiring manikin，Thermal Manikins and Modelling，PloyU HongKong，2006，227-234)，区别于以前假人的主动供水方式，使得测量结果更为科学精确。基于这种出汗方式，如果用来制作模拟出汗皮肤的微孔膜复合织物的种类和特性不同，就必然导致出汗特性上的差异。

发明内容

所要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是提供一种微孔膜织物出汗模拟皮肤的透湿性能的测试装置和方法，可以在不同的测试温度和不同水压力共同作用下，得到准确的模拟皮肤的透湿出汗性能的测试结果。

技术方案

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种模拟皮肤透湿性能的测试装置，包括模拟皮肤和压力供水装置及加热控制系统，所述的模拟皮肤通过紧箍圈密封固定在金属盘上，金属盘和模拟皮肤之间充满水，水由与之连通的高达2.5米的水管输入，金属盘的底座内装有加热电阻丝，底座被隔热材料包围，金属盘的一侧边缘装有温度传感器.其输出端与测控系统的输入端相连，测控系统的输出端与加热电阻丝相连，模拟皮肤的表面温度由红外测温仪测量。

所述的模拟皮肤使用微孔膜复合织物。

所述的金属盘呈拱形，金属盘与充水拱起后织物之间的距离近似相等，使模拟皮肤表面各处温度均匀一致。

一种模拟皮肤透湿性能的测试方法，包括下列步骤：

1)透气织物密封固定在测试装置的金属盘上，放置24小时等待粘合剂干燥；

2)往水管中注入纯净水至测试高度，装置放置12小时待气体全部排出并待模拟皮肤膨胀稳定；

3)测控系统开机预热1～3小时，温度控制采用PID控制，PID控制曲线稳定后，再补充水位至初始高度，系统进入工作状态；

4)每隔一定时间记录水柱的高度；织物表面温度用红外测温仪定时测量；

5)环境温、湿度由系统自动测量，定时记录数据；

6)测控系统根据数据分析得出模拟皮肤的出汗率及膨胀率。

可控温度为室温～50℃，误差不大于±0.5℃。

水柱高度为240cm至40cm。

该仪器可以同时控制模拟皮肤的表面温度和压力，通过记录水管中水柱的下降量，可准确地测量皮肤的出汗量。同时，本装置可测量模拟皮肤的膨胀率。

测试原理：

1.水汽转移速度测试

水汽通过织物的转移速度可以由下面公式计算。

$U=\frac{Q}{t\·A}---\left(1\right)$

式中：U——水蒸气转移速度(g/m²/hr)

Q——水蒸气的转移质量(g)

t——时间(hr)

A——被测织物表面积(m²)

本发明装置中，水汽的转移质量由水柱下降的高度差来计算，水柱的半径为r₁，那么可以由此计算水汽转移的质量为：

$Q=\mathrm{\ρ}\·\mathrm{\π}\·r_1^2\·\mathrm{\ΔH}---\left(2\right)$

式中：Q——水蒸气的转移质量；

ρ_水——水的密度；

r₁——水管内半径；

ΔH——两个时间段的水柱高度差。

试样包覆在加热金属盘上，在一定的压力下，试样的表面拱起成球缺状。试样的表面积可以由球缺的表面积公式来计算，计算公式如下：

$R=\frac{{r_2}^2+E^2}{2E}---\left(3\right)$

A＝2π·E·R    (4)

$\mathrm{\ϵ}=\frac{A-\mathrm{\π}\·{r_2}^2}{\mathrm{\π}\·{r_2}^2}---\left(5\right)$

式中：R——球缺半径

r₂——金属圆盘半径

E——试样表面拱起高度

A——膨胀后试样的表面积

ε——试样膨胀率(％)

2.模拟皮肤湿阻R_e的测试

模拟皮肤湿阻R_e可以通过测量皮肤表面温度和相对湿度、环境的温度和相对湿度以及每小时的出汗率来计算：

$R_e=\frac{A\·(P_{\mathrm{si}}-P_a\·{\mathrm{RH}}_a)}{\mathrm{\λ}\·Q}---\left(6\right)$

式中：A——模拟皮肤的表面积(m²)

P_si——模拟皮肤内表面饱和水汽压(Pa)

P_a——环境温度下的饱和水汽压(Pa)

RH_a——环境相对湿度的平均值(％)

λ——模拟皮肤温度的水蒸发热(J/g)

Q——每小时模拟皮肤的出汗量(g/hr)

模拟皮肤的表面积A可由式(3)、(4)得出，模拟皮肤内表面饱和水气压P_si和环境饱和水气压P_a可根据模拟皮肤表面温度值和环境温度值由查表取得。由于模拟皮肤试样直接接触水面，因此其内表面的相对湿度值为100％，环境的相对湿度RH_a由模拟皮肤测试装置每秒测1000数据点，取平均值而测得。

有益效果

本发明可以测试不同结构、不同类型的防水透湿织物的出汗透湿性能。通过该装置的测量，可选择更加合适和满足要求的出汗模拟皮肤应用于先进的被动法暖体出汗假人的研制中(如假人“Walter”)。同时，该装置可作为被动法出汗源直接应用于面料透湿性能测量仪的研制中。由于本发明是建立在被动法出汗原理基础上的出汗方式，可精确地测量模拟皮肤在不同水压条件下和温度条件下的透湿量，为模拟皮肤透湿性研究提供了一种更为科学准确的实验方法。同时，该系统亦可作为独立的出汗源，用于相关的织物和服装的透湿测量系统中。

附图说明

图1为出汗模拟皮肤透湿测试装置结构示意图。

图中：1.水管 2.水 3.金属盘 4.模拟皮肤 5.紧箍圈 6.温度传感器7.加热电阻丝 8.隔热材料 9.红外测温仪

图2为不同温度下水柱高度与出汗蒸发速度的关系图。

图中：△模拟皮肤36度测得数据

◇模拟皮肤29.9度测得数据

○模拟皮肤21.9度测得数据

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示：本发明的模拟皮肤透湿性能的测试装置，包括水管1、模拟皮肤4、加热电阻丝7、温度传感器6和金属盘3，模拟皮肤4使用微孔膜复合织物，通过紧箍圈5密封固定在金属盘3上，金属盘3和模拟皮肤4之间充满水2，水由与之连通的高达2.5米的水管1输入，金属盘3呈拱形，金属盘与充水拱起后织物之间的距离近似相等，使模拟皮肤表面各处温度均匀一致。金属盘3的底座内装有加热电阻丝7，底座被隔热材料8包围，金属盘3的一侧边缘装有温度传感器6，其输出端与测控系统的输入端相连，测控系统的输出端与加热电阻丝7相连，模拟皮肤4的表面温度由红外测温仪9测量。

模拟皮肤透湿性能的测试方法，包括下列步骤：

1)透气织物密封固定在测试装置的金属盘上，放置24小时等待粘合剂干燥；

2)往水管中注入纯净水至测试高度，装置放置12小时待气体全部排出并待模拟皮肤膨胀稳定；

3)测控系统开机预热1～3小时，温度控制采用PID控制，PID控制曲线稳定后，再补充水位至初始高度，系统进入工作状态；

4)每隔一定时间记录水柱的高度；织物表面温度用红外测温仪定时测量；

5)环境温、湿度由系统自动测量，定时记录数据；

6)测控系统根据数据分析得出模拟皮肤的出汗率及膨胀率。

可控温度为室温～50℃，误差不大于±0.5℃。

水柱高度为240cm至40cm。

下面是一种PTFE微孔膜复合织物的透湿性能测试结果：

不同温度下水柱高度与出汗蒸发速度的关系如图2所示。

Claims (2)

1.一种测试模拟皮肤在不同水压力和不同温度共同作用下的透湿量的方法，其测试装置包括：被测模拟皮肤和压力供水装置及加热控制系统，其中，使用微孔膜复合织物的模拟皮肤(4)通过紧箍圈(5)密封固定在金属盘(3)上，金属盘(3)和模拟皮肤(4)之间充满水(2)，水由与之连通的高达2.5米的水管(1)输入，金属盘(3)的底座内装有加热电阻丝(7)，底座被隔热材料(8)包围，金属盘(3)的一侧边缘装有温度传感器(6)，其输出端与测控系统的输入端相连，测控系统的输出端与加热电阻丝(7)相连，模拟皮肤(4)的表面温度由红外测温仪(9)测量，所述的金属盘(3)呈拱形；所述测试方法包括下列步骤：

1)将微孔膜复合织物密封固定在测试装置的金属盘上，放置24小时等待粘合剂干燥；

2)往水管中注入纯净水至测试高度，装置放置12小时待气体全部排出并待模拟皮肤膨胀稳定；

3)测控系统开机预热1～3小时，温度控制采用PID控制，PID控制曲线稳定后，再补充水位至初始位置，系统进入测试状态；

4)每隔一定时间记录水柱的高度；所述织物表面温度用红外测温仪定时测量；

5)环境温、湿度由系统自动测量，定时记录数据；

6)测控系统根据数据分析得出模拟皮肤的透湿量及膨胀率。

2.根据权利要求1所述的一种测试模拟皮肤在不同水压力和不同温度共同作用下的透湿量的方法，其特征在于：水柱高度为240cm至40cm。

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