基本信息
- 項目名稱：
- 紡織材料保溫測試儀器
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 基于市場現(xiàn)有紡織材料保溫測試儀的不足之處，開發(fā)一種圓柱形紡織材料保溫性能測試儀器。儀器采用雙層圓柱體近似模擬人體散熱；燈管加熱，安全可靠；并與測溫傳感技術(shù)和計算機相結(jié)合；可進行數(shù)字顯示；模擬全天候氣候環(huán)境。儀器可測得紡織材料維持恒溫消耗功率，紡織材料熱阻值、克羅值，t時間內(nèi)時間--溫度曲線?？蓽y得纖維集合體、紗線、布料等紡織材料的保溫性能。
- 詳細介紹：
- 1原理本案提出用一種簡易而又準確的方法測試紡織材料保溫性能，主要原理如下：擬用紫銅皮做成一個外直徑13cm內(nèi)直徑10cm高度20cm(實驗區(qū)高度為16cm試驗區(qū)面積654cm2)的雙層圓筒，兩筒壁間加加熱油，筒的兩端及兩個端面均采用絕熱保溫材料，避免熱量損失。在筒體內(nèi)部主要有一組由DS18b20組成的測溫傳感儀，再加單片機和程序軟件，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，達到設定溫度。并可描繪t1到t2溫度--時間曲線。通過t時間內(nèi)消耗的功率W和溫度--時間曲線來衡量織物的保溫性能。該儀器簡單方便準確，使用時僅需要將要測試的紡織材料（纖維集合體、紗線、織物）均勻的包覆于裸露部分即可得到相關(guān)數(shù)據(jù)。 1．1熱體本儀器設計為雙層筒狀圓柱體，用導熱性能好的紫銅做筒體，內(nèi)側(cè)涂黑實現(xiàn)快速升溫，兩端用絕熱材料包裹，減少不必要熱損失；在里面放上一只電加熱管，使其受熱均勻。 1.2測溫傳感器兩只DS18b20測溫頭在筒體內(nèi)部對稱布置，通過熱敏電阻傳感器和單片機實現(xiàn)溫度的實體檢測及溫度控制，并測得t1℃到t2℃溫度--時間曲線，從而衡量織物的保溫性能。并可進行數(shù)字顯示。 1.3計算機軟件程序與計算機連接，軟件程序把采集的溫度自動描繪成溫度--時間曲線顯示在計算機上。 2測試內(nèi)容可測得紡織材料維持恒溫消耗功率，紡織材料熱阻值，t時間內(nèi)時間--溫度曲線。 3 測試方法方法一：測試紡織材料的熱阻值（T-Ω） (1)設定環(huán)境溫度T=21℃，相對濕度<50%RH，空氣流速<10m/s (2)在裸筒條件下，對筒里油溫加熱至設定溫度t1=33℃，有功率表測試維持油溫為該溫度t時間內(nèi)所需的功率W1 ; (3)在包覆紡織材料條件下，對筒里油溫加熱至設定溫度t1=33℃，有功率表測試維持油溫為該溫度t時間內(nèi)所需的功率W2 ； (4)由W2-W1可得到材料維持該溫度t1時所輸入功率差； (5)計算熱阻值紡織材料熱量q [KJ /(m2.h) ]或q [W /(m2.h) ] q=-λ（dT/dx），導熱系數(shù) λ(W/ m2. ℃)，λ越大，導熱性能越好。單位熱傳導阻抗為λ/D(W/ ℃. m2)，其中D—材料厚度，用下式可求得紡織材料單位熱阻為D/λ(℃. m2 /W )。方法二：測試紡織材料的溫度——時間曲線將試樣覆蓋于試驗區(qū)上，試驗筒的上下面都用絕熱性較好的石棉和聚氨酯泡沫隔熱，在筒內(nèi)用電加熱管加熱，使筒壁達到設定溫度，并使試驗筒的熱量只能通過試樣向外散發(fā)，測得試驗筒在一定時間內(nèi)的溫度--時間變化曲線。根據(jù)反復實驗所得的變化曲線，就可精確知道織物的保溫性能。 4使用說明 只需將所測材料覆蓋于試驗區(qū)，按照測試方法操作。 5儀器適用性本儀器可測得纖維集合體、紗線、布料等紡織材料的保溫性能。
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 當前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。原有的平板式保暖測試儀器操作繁雜精度低，且只能測試二維紡織面料?；谑袌鲂枨箝_發(fā)一種基于現(xiàn)代傳感技術(shù)、計算機技術(shù)的雙層圓筒式紡織材料保溫性能測試儀器。 雙側(cè)圓筒做熱體，兩端絕熱，測得t時間內(nèi)保持恒溫消耗功率及溫度--時間變化曲線。可以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。 采用雙層圓筒并在夾層中注入BD350號導熱油，具有閃點高（190℃）、 凝點低（-18℃）、 熱穩(wěn)定性好（350）、在操作溫度范圍內(nèi)運動黏度較低20～50cst、 對所接觸材料腐蝕性低且對雜質(zhì)（如氧氣）不敏感。 電熱管加熱，快速安全。熱體的兩端用絕熱性材料（石棉、聚氨酯泡沫）做隔熱設計。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?，F(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。 該儀器拓展到模擬全天候氣候條件的材料保溫性能測試。儀器外部加一圓形罩殼，采用電加熱，可使模擬環(huán)境溫度最高達60℃；在外部設置一制冷壓縮機，可使模擬環(huán)境溫度最低達-20℃；加入一循環(huán)條縫型送風裝置，做到模擬環(huán)境中風速從0～5m/min。
科學性、先進性
- 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。 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--時間曲線打印。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2011年第九屆“挑戰(zhàn)杯”河南省大學生課外學術(shù)科技作品競賽一等獎。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 知識產(chǎn)權(quán)、獨家占有、有償轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物、現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明 1 樣品制備 2設定環(huán)境條件 （溫度 風速） 3 方法一：測試紡織材料的熱阻值（T-Ω）； 方法二：測試紡織材料的溫度——時間曲線 方法三：在標準條件下測試材料的克羅值 技術(shù)特點及優(yōu)勢 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。 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--時間曲線打印。
同類課題研究水平概述
- 2006年由上海紡織工業(yè)技術(shù)監(jiān)督所研制的平板式保溫測試儀，主要性能如下。平板式織物保溫儀用來測定機織物、針織物、毛毯、被褥及各種保溫材料的保溫性能。根據(jù)GB11048—89 《紡織品保溫性能試驗方法》的規(guī)定，保溫率是無試樣時的散熱量和有試樣的散熱量之差與無試樣時的散熱量之比的百分率。保溫率的測定原理是模擬人體體溫36 ℃以通斷電的方式保持恒溫，將試樣覆蓋于試驗板上，試驗板及底板和周圍的保護板均以電熱控制相同的溫度并保持恒溫，使試驗板的熱量只能通過試樣的方向散發(fā)，測定試驗板在一定時間內(nèi)保持恒溫所需要的加熱時間來計算試樣的保溫率、傳熱系數(shù)和克羅值。正常情況下，保溫率相差2%時，人體沒有感覺，所以保溫率試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計出的標準差以小于1為宜。CV值用于不同數(shù)據(jù)集的分散程度的比較，一般而言CV值小于5%說明離散性較好。在結(jié)構(gòu)上采用符合標準的設計原理，形成一個穩(wěn)定的散熱環(huán)境，這對保證儀器的性能穩(wěn)定和試驗數(shù)據(jù)的可靠性具有一定的作用?？椢锉貎x的結(jié)構(gòu)如圖1所示。按照標準采用250 mm×250 mm鋁板作為試驗板，采用500 mm×500mm鋁板作為底板，保護板與試驗板在同一平面上，外形尺寸為500mm×500mm，并與底板間隔60mm平行放置。各板均涂上黑色，使它們的放射率與人體皮膚接近。加熱系統(tǒng)采用進口膜片式加熱器，加熱膜可以覆蓋整個板面，使各板加熱時保持均勻性，而且熱慣性較小。每塊加熱板采用4個PT100溫度傳感器，使覆蓋面積增大，從而有效地提高了測量精度和可靠性。底板的上表面和保護板的下表面溫度采取36 ℃恒溫控制，保持氣室溫度均勻，防止試驗板的橫向熱損失，以及試驗板和保護板向下的熱損失，使熱量只能向上通過試樣散熱。試驗板表面溫度采用位式控制模式，使其保持在36 ℃，并利用軟件監(jiān)控模塊自動調(diào)整不同厚薄織物所造成的試驗板表面溫度熱慣性幅度，將試驗板表面溫度波動有效控制在0.5 ℃以內(nèi)。防風有機玻璃試驗罩尺寸為530 mm×530 mm×560 mm，厚度為6mm（見圖2），前面開門460mm×250mm，頂部開口410 mm×410 mm，罩內(nèi)溫度傳感器距離試驗板370 mm。另外，配置試樣壓板，保證試樣放置平挺、無褶皺。
