CN104316562A - 动态热防护性能测评装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动态热防护性能测评装置，属于职业安全与健康技术领域，其动态热防护性能测评装置，用以固定待测织物以对该待测织物进行测试，包括支架、设置在支架上以固定待测织物并促使待测织物发生形变的人体动态模拟装置、相对设置在人体动态模拟装置两侧的灾害源和热流传感器、以及与热流传感器信号连接的数据采集及程序控制系统，人体动态模拟装置包括抵持在待测织物上的人体模拟器和至少夹持在待测织物一端的拉伸装置，人体模拟器具有抵持在待测织物上的抵持壁，抵持壁与灾害源相对设置在待测织物的两侧，待测织物与热流传感器相对设置在抵持壁的两侧，动态热防护性能测评装置还包括驱动热流传感器相对抵持壁移动的空气层动态变化装置。

Description

动态热防护性能测评装置

技术领域

本发明涉及一种织物防护性能测评装置，尤其是一种动态热防护性能测评装置，属于职业安全与健康技术领域。

背景技术

海军、消防、石油化工、能源工业、食品加工等行业工作人员可能会遭受各种热灾害环境(包括火焰、辐射热、高温液体或高压蒸汽等)，从而对他们的健康产生潜在的威胁。客观准确地测评防护织物的防护性能，可以为防护材料及装备的研发与选择提供重要的科学依据。当前对火焰和辐射热灾害防护性能的评价主要采用TPP测试仪、RPP测试仪、锥形量热仪等；高温液体防护性能的测评采用ASTM F 2701规定的高温液体防护性能测试仪。主要原理是将待测织物试样直接放置在传感器板上，并暴露在特定的热灾害环境下，待测织物的另一面放置铜片热流传感器用于测定透过待测织物的热流量，并通过数据采集仪记录并基于Stoll曲线预测人体皮肤达到二级烧伤所需要的时间，从而评价热防护织物系统的防护性能。然而，在这些实验室模拟条件下，待测织物处于平整松弛状态，待测织物与皮肤之间平行接触或存在一定的间隙，仅能模拟人体静态条件下防护织物系统的防护性能，忽略了动态情形下防护服装的防护性能，不能真正反映实际工作条件下热防护服装的防护性能。

在实际工作环境下，着装者会处于不同的姿势，人体姿势的变化会改变织物的外观形态，产生织物形变，织物形变主要包括拉伸、弯曲、剪切和压缩等综合作用。其次，服装与人体之间的间隙也随着人体运动而有规律地增加或减小，影响服装的防护性能。最后，因人体运动引起服装面料与人体皮肤接触，储存在服装内的能量迅速释放，可能会导致皮肤烧伤。

实际上，由于人体动作姿态的变化，防护服装会产生不同程度的形变，一方面织物拉伸形变的部位会直接贴近或压迫皮肤，衣下空气层厚度下降，使热量传递速度急剧加快，尤其是当织物中存储热释放时更容易导致人体的烧伤；另一方面，织物拉伸形变会改变其初始的物理特征，导致织物的密度、透气性、厚度、热传导系数、比热容等属性发生变化，直接影响服装系统的热防护性能。此外，在人体动态条件下，服装与人体之间的空气层有规律地增加或减小，势必会影响其防护性能。

综上所述，很有必要设计和开发更好的测评装置并准确地测试动态条件下热防护装备的热防护性能，确保着装者的职业健康与安全。

发明内容

本发明的目的是提供一种动态热防护性能测评装置，其可实现人体动态条件下织物系统热防护性能测评。

本发明的动态热防护性能测评装置，用以固定待测织物以对该待测织物进行测试，包括支架、设置在支架上以固定待测织物并促使待测织物发生形变的人体动态模拟装置、相对设置在人体动态模拟装置两侧的灾害源和热流传感器、以及与所述热流传感器信号连接的数据采集及程序控制系统，所述人体动态模拟装置包括抵持在待测织物上的人体模拟器和至少夹持在待测织物一端的拉伸装置，所述人体模拟器具有抵持在待测织物上的抵持壁，所述抵持壁与灾害源相对设置在待测织物的两侧，所述待测织物与热流传感器相对设置在抵持壁的两侧，所述动态热防护性能测评装置还包括与所述热流传感器连接的空气层动态变化装置，所述空气层动态变化装置驱动所述热流传感器相对抵持壁移动，所述空气层动态变化装置、拉伸装置分别和数据采集及程序控制系统连接并由数据采集及程序控制系统控制。

进一步的，所述人体模拟器设置有中空部，所述中空部与待测织物相对设置在抵持壁的两侧，且热流传感器设置在中空部内。

进一步的，所述空气层动态变化装置固定在所述中空部内，所述空气层动态变化装置包括固定在中空部内的缸体和设置于缸体且沿缸体移动的柱塞，所述热流传感器设置在柱塞上。

进一步的，所述热流传感器包括设置在空气层动态变化装置上的底座和设置在底座上的热电偶，所述底座包括朝向所述抵持壁的安装面，所述热电偶设置在所述安装面上。

进一步的，所述抵持壁呈弧形弯折，所述安装面为弧形面，所述安装面的弧度与抵持壁的弯折弧度相同。

进一步的，所述拉伸装置包括砝码、与砝码连接的连接带、以及连接连接带与待测织物的试样夹。

进一步的，所述拉伸装置还包括升降台，所述砝码放置在升降台上。

进一步的，所述拉伸装置还包括设置在所述砝码与连接带之间的弹簧计。

进一步的，所述拉伸装置还包括设置在连接带内侧并抵持连接带的定滑轮和固定所述定滑轮的固定架。

进一步的，所述灾害源为高温液体灾害热源，所述高温液体灾害热源包括水箱、朝向待测织物的喷头、连接水箱和喷头的传送管路、及设置在传送管路上的水泵和控制阀，所述喷头相对抵持壁设置在待测织物的两侧，所述水箱带有温控装置。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：通过人体模拟器和拉伸装置实现待测织物的动态形变调节，通过设置空气层动态变化装置并由空气层动态变化装置驱动热流传感器相对人体模拟器的抵持壁移动，以改变热流传感器与待测织物之间的距离，以模拟人体运动引起的衣下空气层尺寸变化，从而更加真实地模拟工作环境中人体关节活动部位造成织物形变后的防护性能，弥补了现有防护性能测评装置所忽略的动态因素对热防护性能的影响，对于保护职业人员的生命安全和研发高新技术的热防护装备都具有非常重要的现实意义。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的动态热防护性能测评装置的结构示意图；

图2是图1中人体模拟器及空气层动态变化装置于另一视角上的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1和图2，本发明一较佳实施例所述的动态热防护性能测评装置用以固定待测织物以对该待测织物(未标号)进行测试。该动态热防护性能测评装置包括支架8、设置在支架8上以固定待测织物并促使待测织物发生形变的人体动态模拟装置、设置在人体动态模拟装置一侧的灾害源4、与灾害源4相对设置在待测织物的两侧的热流传感器6、与所述热流传感器6连接的空气层动态变化装置3、以及数据采集及程序控制系统7。

所述人体动态模拟装置包括抵持在待测织物上的人体模拟器5和夹持待测织物两端的拉伸装置2。所述人体模拟器5固定在支架8上，所述人体模拟器5具有抵持在待测织物上以使待测织物发生形变的抵持壁(未标号)，所述抵持壁与灾害源4相对设置在待测织物的两侧。在实施例中，所述人体模拟器5用来模拟人体腿部，呈圆柱型，该抵持壁呈弧形弯折，以使待测织物发生弯曲形变。所述人体模拟器5的直径为200mm，长度为150mm，采用无机复合材料制成，使其热扩散性能与皮肤接近，且还具有防水性能。所述人体模拟器5设置有中空部(未标号)，中空部与待测织物相对设置在抵持壁的两侧，在实施例中，所述抵持壁朝上设置，该中空部位于抵持壁的后方，在其他实施方式中，该抵持壁也可以朝向其他方式，如朝下设置。所述中空部为100mm宽的方形孔。

所述拉伸装置2为相对固定在待测织物两端的两个，分别位于人体模拟器5的两侧。每个拉伸装置2包括砝码25、连接带23、试样夹21、弹簧计24、微型升降台26、定滑轮22及固定架27。所述试样夹21具有人字齿(未标号)，用于夹紧待测织物，并用螺钉(未标号)固定。所述固定架27固定定滑轮22，该定滑轮22位于连接带23的内侧且抵持连接带23，使试样夹21呈45°放置，从而结合弧形弯折的抵持壁，实现待测织物发生不同的弯曲、拉伸和剪切形变状态。所述试样夹21一端连接待测织物，另一端通过连接带23与弹簧计24相连。所述砝码25与弹簧计24相连，砝码25放置在微型升降台26上，微型升降台26和数据采集及程序控制系统7相连并由数据采集及程序控制系统7控制，通过数据采集及程序控制系统7内的程序调节微型升降台26的高度，改变弹簧计24的伸长量控制待测织物的形变程度，从而模拟人体运动条件下待测织物发生的动态形变。在其他实施方式中，连接带23可直接与砝码25连接，从而通过改变砝码25的重量改变拉伸量，另外，还可不设置微型升降台26；又或者，所述拉伸装置2可以仅为夹持待测织物一端的一个，或仅通过一个拉伸装置2将待测织物的两端夹持；在其他实施方式中，该拉伸装置2可以不含有弹簧计24、微型升降台26、定滑轮22及固定架27。

所述空气层动态变化装置3和热流传感器6均设置在该中空部内，所述空气层动态变化装置3为气缸，包括固定在中空部内的缸体31和安装于缸体31的柱塞32，所述柱塞32可沿缸体31移动，所述缸体31具有面向抵持壁的开口(未标号)，所述热流传感器6设置在柱塞32上，该柱塞32驱动热流传感器6相对抵持壁移动，从而改变热流传感器6与抵持壁之间的距离，模拟人体运动引起的衣下空气层尺寸的变化。所述空气层动态变化装置3和数据采集及程序控制系统7信号连接并由所述数据采集及程序控制系统7控制，通过控制空气层动态变化装置3的柱塞32的升降速度和频率，改变热流传感器6与待测织物之间的距离，从而模拟人体运动引起的衣下空气层尺寸变化。在其他本实施例中，该空气层动态变化装置3还可以为其他结构，如自动升降机。

所述热流传感器6为皮肤感应传感器，包括设置在柱塞32上的底座62和设置在底座62上的热电偶61。所述底座62与人体模拟器5采用相同的无机复合材料制成，所述底座62具有朝向抵持壁的安装面(未标号)，该安装面为弧形面，安装面的弧度与抵持壁的弯折弧度相同。由于缸体31具有面向抵持壁的开口，且安装面的弧度与抵持壁的弯折弧度相同，可使安装面贴靠在抵持壁上，热电偶61贴紧在抵持壁上。所述热流传感器6与数据采集及程序控制系统7相连，该数据采集及程序控制系统7连有PCI-6251多功能DAQ数据板卡和自行编制的程序控制软件。所述热电偶61嵌设在安装面上，热电偶61为T型热电偶，数量为3个。

所述灾害源4可以为对流灾害热源、辐射灾害热源、高温液体灾害热源、高温蒸汽灾害热源中的一种或以上，从而使本发明的动态热防护性能测评装置具有良好的扩展性。在本实施例中，所述灾害源4为高温液体灾害热源。所述高温液体灾害热源包括水箱41、朝向待测织物的喷头46、连接水箱41和喷头46的传送管路44、及设置在传送管路44上的水泵43和控制阀45。水箱41带有温控装置42，可以自动控制加热器42，确保恒定的液体的温度。水泵43带有压力控制系统，可以设定高温液体的压力。传送管路44上装有三通球阀(未图示)，分别连接水泵43、喷头46和水箱41。所述控制阀45为电磁阀开关，该电磁阀开关45与数据采集及程序控制系统7相连，在电磁阀开关45关闭时，水箱41内的液体可以通过传送管路44循环，保证传送管路44内的液体温度恒定，避免在实验开始时喷射液体的温度有所下降，影响实验精度。所述喷头46由不锈钢管制成，直径为6～8mm。

在实验时，将待测织物的两端分别固定在两个试样夹21上，根据实验要求选择砝码25的重量计算待测织物的最大形变程度，通过调节两个微型升降台26的高度改变待测织物的动态形变；设定空气层动态变化装置3的变化频率和速度，调节热流传感器6与待测织物之间的空气层尺寸动态变化，从而实现了人体动态条件下皮肤与待测织物之间的动态变化模拟；最后通过数据采集及程序控制系统7控制高温液体灾害的喷射压力和时间，通过数据采集及程序控制系统7采集热流传感器6的数据，从而对待测织物进行热防护性能评估。在实验时，拉伸装置2和空气层动态变化装置3两者可以相互配合同时使用，模拟人体关节运动的过程；或者单独一个使用，用于模拟织物形变或空气层尺寸变化。

综上所述，通过人体模拟器5和拉伸装置2实现待测织物的动态形变调节，通过设置空气层动态变化装置3并由空气层动态变化装置3驱动热流传感器6相对人体模拟器5的抵持壁移动，以改变热流传感器6与待测织物之间的距离，以模拟人体运动引起的衣下空气层尺寸变化，从而更加真实地模拟工作环境中人体关节活动部位造成织物形变后的防护性能，弥补了现有防护性能测评装置所忽略的动态因素对热防护性能的影响，对于保护职业人员的生命安全和研发高新技术的热防护装备都具有非常重要的现实意义。另外，该人体动态模拟装置设计简单，成本低；通过数据采集及程序控制系统7即可控制空气层动态变化装置3和微型升降台26，从而操作安全方便。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种动态热防护性能测评装置，用以固定待测织物以对该待测织物进行测试，包括支架、设置在支架上以固定待测织物并促使待测织物发生形变的人体动态模拟装置、相对设置在人体动态模拟装置两侧的灾害源和热流传感器、以及与所述热流传感器信号连接的数据采集及程序控制系统，其特征在于：所述人体动态模拟装置包括抵持在待测织物上的人体模拟器和至少夹持在待测织物一端的拉伸装置，所述人体模拟器具有抵持在待测织物上的抵持壁，所述抵持壁与灾害源相对设置在待测织物的两侧，所述待测织物与热流传感器相对设置在抵持壁的两侧，所述动态热防护性能测评装置还包括与所述热流传感器连接的空气层动态变化装置，所述空气层动态变化装置驱动所述热流传感器相对抵持壁移动，所述空气层动态变化装置、拉伸装置分别和数据采集及程序控制系统连接并由数据采集及程序控制系统控制。

2.根据权利要求1所述的动态热防护性能测评装置，其特征在于：所述人体模拟器设置有中空部，所述中空部与待测织物相对设置在抵持壁的两侧，且热流传感器设置在中空部内。

3.根据权利要求2所述的动态热防护性能测评装置，其特征在于：所述空气层动态变化装置固定在所述中空部内，所述空气层动态变化装置包括固定在中空部内的缸体和设置于缸体且沿缸体移动的柱塞，所述热流传感器设置在柱塞上。

4.根据权利要求1所述的动态热防护性能测评装置，其特征在于：所述热流传感器包括设置在空气层动态变化装置上的底座和设置在底座上的热电偶，所述底座包括朝向所述抵持壁的安装面，所述热电偶设置在所述安装面上。

5.根据权利要求4所述的动态热防护性能测评装置，其特征在于：所述抵持壁呈弧形弯折，所述安装面为弧形面，所述安装面的弧度与抵持壁的弯折弧度相同。

6.根据权利要求1所述的动态热防护性能测评装置，其特征在于：所述拉伸装置包括砝码、与砝码连接的连接带、以及连接连接带与待测织物的试样夹。

7.根据权利要求6所述的动态热防护性能测评装置，其特征在于：所述拉伸装置还包括升降台，所述砝码放置在升降台上。

8.根据权利要求6所述的动态热防护性能测评装置，其特征在于：所述拉伸装置还包括设置在所述砝码与连接带之间的弹簧计。

9.根据权利要求6所述的动态热防护性能测评装置，其特征在于：所述拉伸装置还包括设置在连接带内侧并抵持连接带的定滑轮和固定所述定滑轮的固定架。

10.根据权利要求1所述的动态热防护性能测评装置，其特征在于：所述灾害源为高温液体灾害热源，所述高温液体灾害热源包括水箱、朝向待测织物的喷头、连接水箱和喷头的传送管路、及设置在传送管路上的水泵和控制阀，所述喷头相对抵持壁设置在待测织物的两侧，所述水箱带有温控装置。