CN201163280Y - 测量织物动态热湿传递的微气候模拟仪 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种测试织物动态热湿传递的微气候模拟仪，包括外壳(1)、模拟皮肤(2)、待测织物(3)、温度、湿度传感器(4)、隔热保护层(5)、水(8)，水中温度传感器(9)、加热电阻丝(10)和外部数据分析处理设备(11)，所述的模拟皮肤(2)固定在外壳(1)上，其上是活动放置在外壳(1)上的待测织物(3)。本实用新型实现了织物热湿传递的完全动态模拟，用于织物和服装面料动态热湿传递舒适性的评价，实时精确的动态数据采集，制造成本低，适合工业化生产。

Description

测量织物动态热湿传递的微气候模拟仪
技术领域
本实用新型涉及一种衣下微气候模拟仪，特别是一种用于测试织物(服装材料)动态热湿传递的微气候模拟仪。
背景技术
服装材料和织物的热湿传递性能及其评价是服装舒适性研究的重要内容，但是多年来，学术界的研究主要集中于稳态(静态)时服装的热湿传递，而实际上人体的散热散湿并非总是在稳态条件下进行，尤其是在人体生理、心理以及外界环境影响下，人体——服装——环境之间的热湿传递是一个动态的过程。近20年来学者们逐渐开始认识到动态热湿传递性能与稳态时有很大差别，也纷纷开始将研究集中于织物的动态热湿舒适性上。但是动态热湿传递过程相当复杂，而且由于实验仪器的限制，许多学者无法对其进行动态跟踪，许多瞬时的变化无法了解，这在很大程度上影响了对热湿动态变化的真正观测，这也就难以对其舒适性进行客观的评价。
目前用于研究织物动态热湿性能的仪器有很多，但都存在一定的缺陷。如Shinjung.Yoo和Roger L.Barker发表在Textile Res.J.75(7)上的论文Comfort Properties ofHeat-Resistant Protective Workwear in Varying Conditions of Physical Activity andEnvironment.Part 1：Thermophysical and Sensorial Properties of Fabric中提到的由NCSU设计的动态测试面料瞬时热湿传递的仪器装置；国内学者蒋培清发表在其博士论文《织物动态热湿舒适性能研究》中的“织物动态热湿性能测试仪”；国内学者刘瑜发表在其博士论文《以静态指标为输入参数的织物动态湿舒适性能预测模型的建立》中的“动态出汗热板仪实验装置”等。其基本构造大致相同，如图1所示，由待测织物1、隔板2、供水装置3、热平板4、模拟皮肤5和传感器组成，通过抽取隔板来模拟瞬时的热湿传递过程，这类仪器都具有一模拟皮肤或是类似模拟皮肤(具有其功能)的装置，虽然它是从织物试样刚接触模拟微气候区就记录温湿度的变化，但其模拟皮肤的温度和湿度是不变的，因而仅涉及了织物的吸湿平衡过程，还不是一个完整的动态过程，只能称之为准动态测试。只有模拟皮肤的温度是变化的，才称之为动态测试。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种测量织物动态热湿传递的微气候模拟仪，以解决现有技术中不能完全模拟动态的缺陷。
技术方案
本实用新型提供了一种测试织物动态热湿传递的微气候模拟仪，包括外壳、模拟皮肤、待测织物、温度、湿度传感器、隔热保护层、水、水中温度传感器、加热电阻丝和外部数据分析处理设备，所述的模拟皮肤固定在外壳上，其上是活动放置在外壳上的待测织物，所述的模拟皮肤和待测织物之间是模拟衣下微气候区，宽度0.5mm～2mm，所述的温度、湿度传感器为三组，分别固定在待测面料的正反两面和模拟皮肤的上表面，所述的隔热保护层安装在所述外壳的底部和四周，加热电阻丝作为热源，给水加热，水中温度传感器用于监测水温。
所述的外壳为圆筒形。
所述的待测织物为一层、二层或三层。
所述的待测织物是通过橡胶固定圈放置在外壳的凹槽上，橡胶固定圈连同待测织物可从仪器一侧拉出和推入。
所述的外部数据分析处理设备包括信号调理器、A/D转换和数据采集卡、数据采集和分析处理系统，温度、湿度传感器信号连同水中温度传感器和加热电阻丝的信号通过信号调理器、A/D转换和数据采集卡后，送往数据采集和分析处理系统。
所述的外壳的材料选自有机玻璃、不锈钢材料或铝合金材料；模拟皮肤的材料选自聚四氟乙烯树脂膜、聚丙烯膜或纯棉织物；所述的隔热保护层的材料选自聚氨酯塑料泡沫或尼龙材料。
数据采集和分析处理系统以美国国家仪器(NI)公司的虚拟仪器为架构，以LabVIEW为系统软件开发环境编制，采用PID和模糊控制算法控制模拟皮肤温度按所需的要求变化，并对待测织物正反两面的温湿度值进行实时记录和显示。
仪器放置于人工气候室中，其中温度控制范围为-35～50℃，相对湿度控制范围为40～95％。
有益效果
本实用新型模拟皮肤的温度可按所需要求连续变化，待测织物也可从仪器一侧瞬时拉出或推入，实现了织物热湿传递的完全动态模拟。
圆筒形的外壳可以减少微气候区温湿度分布不匀的影响。
仪器可对织物进行不同空气层厚度的测试，也可进行多层织物测试。
通过更换不同的模拟皮肤，可进行皮肤出液态汗和气态汗两种模拟情况下的测试。
本实用新型的应用范围广泛，实用性强，不仅可用于织物和服装面料动态热湿传递舒适性的评价，而且可以作为服用面料产品开发的性能指标测试仪并且制造成本低，能够实现实时精确的动态数据采集，可以大规模进行工业生产。
附图说明
图1现有织物动态热湿性能测试仪器的结构示意图；
图2本实用新型的微气候模拟仪的结构示意图；
图3本实用新型的微气候模拟仪的外部设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，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。
如附图2和附图3所示，一种测试织物动态热湿传递的微气候模拟仪，包括外壳1、模拟皮肤2、待测织物3、温度、湿度传感器(三组)4、隔热保护层5、橡胶固定圈6、凹槽7、水8、水中温度传感器9、加热电阻丝10、信号调理器12、A/D转换和数据采集卡13、数据采集和分析处理系统14。其中，外壳1制成圆筒形；将温度、湿度传感器4分别固定在待测面料3的正反两面，再将待测面料3固定在橡胶固定圈6上，瞬时推入仪器，放置于凹槽7中，以模拟人体皮肤开始出汗的状态，将橡胶固定圈6拉出仪器可模拟人体皮肤出汗停止的状态；待测织物3与模拟皮肤2间的微气候区厚度可在0.5cm、1cm、1.5cm、2cm之间选择；数据采集和分析处理系统14以LabVIEW为系统软件开发环境编制；加热电阻丝10作为热源，给水8加热，由数据采集和分析处理系统14控制水温，使模拟皮肤2达到所需的温湿度值或按照所需的温度曲线变化；待测面料正反两面的温度、湿度传感器信号也通过信号调理器12、A/D转换和数据采集卡13，送往数据采集和分析处理系统14，进行温湿度数值和曲线的记录和显示。
实施例1
外壳1采用有机玻璃制成，模拟皮肤2采用聚四氟乙烯树脂膜，隔热保护层5采用聚氨酯塑料泡沫制成；温度传感器采用美国Honeywell公司制造的Pt100铂电阻温度传感器，尺寸为5mm(长)×2mm(宽)×1mm(厚)，温度范围为-50℃～100℃，精度0.1℃；湿度传感器采用美国Honeywell公司制造的HIH3610型高分子膜(热固性树脂膜)湿敏电容传感器，其尺寸为8.9mm(长)×3.8mm(宽)×0.6mm(厚)，电源电压5V直流，精度2％RH；水中温度传感器9采用Honeywell公司浸入式温度传感器VF20T型；数据采集和分析处理系统14通过PID和模糊控制算法控制水温，使模拟皮肤稳定在人体出汗时的状态，即温度(33±0.5)℃，相对湿度(100±2)％；待测织物3为一层或多层(最多四层)服用面料，各层织物之间以及织物与模拟皮肤间的距离可任意设置。该套配置可测试模拟皮肤恒温恒湿且大量出汗(气态汗)状态下，单层织物(或多层织物)的动态热湿传递性能。
实施例2
外壳1采用不锈钢材料制成，模拟皮肤2采用聚四氟乙烯树脂膜，隔热保护层5采用尼龙材料制成；数据采集和分析处理系统14通过PID和模糊控制算法控制水温，使模拟皮肤的温度从28℃升高至33℃(近似直线升温，升温时间为30min)，然后稳定在(33±0.5)℃，湿度恒定在(100±4)％，模拟皮肤出汗状态为气态汗，其它设置与实施例1相同。该套配置可测试模拟皮肤变温且大量出汗(气态汗)状态下，单层织物(或多层织物)的完全动态热湿传递性能。
实施例3
外壳1采用铝合金材料制成，模拟皮肤2采用纯棉织物，隔热保护层5采用尼龙材料制成；其它设置与实施例1相同。该套配置可测试模拟皮肤恒温恒湿且大量出汗(液态汗)状态下，单层织物(或多层织物)的动态热湿传递性能。

Claims (6)

1.一种测试织物动态热湿传递的微气候模拟仪，包括外壳(1)、模拟皮肤(2)、待测织物(3)、温度、湿度传感器(4)、隔热保护层(5)、水(8)，其特征是：还包括水中温度传感器(9)、加热电阻丝(10)和外部数据分析处理设备(11)，所述的模拟皮肤(2)固定在外壳(1)上，其上是活动放置在外壳(1)上的待测织物(3)，所述的模拟皮肤(2)和待测织物(3)之间是模拟衣下微气候区，宽度0.5mm～2mm，所述的温度、湿度传感器(4)为三组，分别固定在待测面料(3)的正反两面和模拟皮肤(2)的上表面，所述的隔热保护层(5)安装在所述外壳(1)的底部和四周，加热电阻丝(10)作为热源，给水(8)加热，水中温度传感器(9)用于监测水温。
2.如权利要求1所述的测试织物动态热湿传递的微气候模拟仪，其特征是：所述的外壳(1)为圆筒形。
3.如权利要求1或2所述的测试织物动态热湿传递的微气候模拟仪，其特征是：所述的待测织物(3)为一层、二层或三层。
4.如权利要求3所述的测试织物动态热湿传递的微气候模拟仪，其特征是：所述的代测织物(3)是通过橡胶固定圈(6)放置在外壳(1)的凹槽(7)上，橡胶固定圈(6)连同待测织物(3)可从仪器一侧拉出和推入。
5.如权利要求4所述的测试织物动态热湿传递的微气候模拟仪，其特征是：所述的外部数据分析处理设备(11)包括信号调理器(12)、A/D转换和数据采集卡(13)、数据采集和分析处理系统(14)，温度、湿度传感器(4)信号连同水中温度传感器(9)和加热电阻丝(10)的信号通过信号调理器(12)、A/D转换和数据采集卡(13)后，送往数据采集和分析处理系统(14)。
6.如权利要求5所述的测试织物动态热湿传递的微气候模拟仪，其特征是：所述的外壳(1)的材料选自有机玻璃、不锈钢材料或铝合金材料；模拟皮肤(2)的材料选自聚四氟乙烯树脂膜、聚丙烯膜或纯棉织物；所述的隔热保护层(5)的材料选自聚氨酯塑料泡沫或尼龙材料。
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