基本信息
- 项目名称：
- 纺织材料保温测试仪器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 基于市场现有纺织材料保温测试仪的不足之处，开发一种圆柱形纺织材料保温性能测试仪器。仪器采用双层圆柱体近似模拟人体散热；灯管加热，安全可靠；并与测温传感技术和计算机相结合；可进行数字显示；模拟全天候气候环境。仪器可测得纺织材料维持恒温消耗功率，纺织材料热阻值、克罗值，t时间内时间--温度曲线。可测得纤维集合体、纱线、布料等纺织材料的保温性能。
- 详细介绍：
- 1原理本案提出用一种简易而又准确的方法测试纺织材料保温性能，主要原理如下：拟用紫铜皮做成一个外直径13cm内直径10cm高度20cm(实验区高度为16cm试验区面积654cm2)的双层圆筒，两筒壁间加加热油，筒的两端及两个端面均采用绝热保温材料，避免热量损失。在筒体内部主要有一组由DS18b20组成的测温传感仪，再加单片机和程序软件，用以瞬态控制电加热管电路的功率大小，使得筒侧为恒温，当热量从圆柱体表面通过纺织品向外扩散时，筒侧温度降低，电加热管功率加大，达到设定温度。并可描绘t1到t2温度--时间曲线。通过t时间内消耗的功率W和温度--时间曲线来衡量织物的保温性能。该仪器简单方便准确，使用时仅需要将要测试的纺织材料（纤维集合体、纱线、织物）均匀的包覆于裸露部分即可得到相关数据。 1．1热体本仪器设计为双层筒状圆柱体，用导热性能好的紫铜做筒体，内侧涂黑实现快速升温，两端用绝热材料包裹，减少不必要热损失；在里面放上一只电加热管，使其受热均匀。 1.2测温传感器两只DS18b20测温头在筒体内部对称布置，通过热敏电阻传感器和单片机实现温度的实体检测及温度控制，并测得t1℃到t2℃温度--时间曲线，从而衡量织物的保温性能。并可进行数字显示。 1.3计算机软件程序与计算机连接，软件程序把采集的温度自动描绘成温度--时间曲线显示在计算机上。 2测试内容可测得纺织材料维持恒温消耗功率，纺织材料热阻值，t时间内时间--温度曲线。 3 测试方法方法一：测试纺织材料的热阻值（T-Ω） (1)设定环境温度T=21℃，相对湿度<50%RH，空气流速<10m/s (2)在裸筒条件下，对筒里油温加热至设定温度t1=33℃，有功率表测试维持油温为该温度t时间内所需的功率W1 ; (3)在包覆纺织材料条件下，对筒里油温加热至设定温度t1=33℃，有功率表测试维持油温为该温度t时间内所需的功率W2 ； (4)由W2-W1可得到材料维持该温度t1时所输入功率差； (5)计算热阻值纺织材料热量q [KJ /(m2.h) ]或q [W /(m2.h) ] q=-λ（dT/dx），导热系数 λ(W/ m2. ℃)，λ越大，导热性能越好。单位热传导阻抗为λ/D(W/ ℃. m2)，其中D—材料厚度，用下式可求得纺织材料单位热阻为D/λ(℃. m2 /W )。方法二：测试纺织材料的温度——时间曲线将试样覆盖于试验区上，试验筒的上下面都用绝热性较好的石棉和聚氨酯泡沫隔热，在筒内用电加热管加热，使筒壁达到设定温度，并使试验筒的热量只能通过试样向外散发，测得试验筒在一定时间内的温度--时间变化曲线。根据反复实验所得的变化曲线，就可精确知道织物的保温性能。 4使用说明 只需将所测材料覆盖于试验区，按照测试方法操作。 5仪器适用性本仪器可测得纤维集合体、纱线、布料等纺织材料的保温性能。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 当前对纺织材料舒适性和保暖性的测试要求越来越高、愈来愈精准。原有的平板式保暖测试仪器操作繁杂精度低，且只能测试二维纺织面料。基于市场需求开发一种基于现代传感技术、计算机技术的双层圆筒式纺织材料保温性能测试仪器。 双侧圆筒做热体，两端绝热，测得t时间内保持恒温消耗功率及温度--时间变化曲线。可以拓展到模拟多种气候外界条件下纺织 材料（包括片状、絮状、绳状等）保温性能。 采用双层圆筒并在夹层中注入BD350号导热油，具有闪点高（190℃）、 凝点低（-18℃）、 热稳定性好（350）、在操作温度范围内运动黏度较低20～50cst、 对所接触材料腐蚀性低且对杂质（如氧气）不敏感。 电热管加热，快速安全。热体的两端用绝热性材料（石棉、聚氨酯泡沫）做隔热设计。采用DS18b20测温头对称两点实时测温，能测试到微热量变化，更加精准。现代传感技术与计算机控制技术相结合，具有可视化效果。 该仪器拓展到模拟全天候气候条件的材料保温性能测试。仪器外部加一圆形罩壳，采用电加热，可使模拟环境温度最高达60℃；在外部设置一制冷压缩机，可使模拟环境温度最低达-20℃；加入一循环条缝型送风装置，做到模拟环境中风速从0～5m/min。
科学性、先进性
- 测试材料从二维材料拓展到模拟多种气候外界条件下纺织材料（包括片状、絮状、绳状等）保温性能。 采用双层圆筒和夹层的导热油来做热体，节约能源（加热到同样的温度每升高一度消耗能量为2.08KJ消耗能源比加水的单筒节约73.54%），双层圆柱体近似模拟人体散热体系，仿真性强。 利用了热辐射加热，快速安全。 采用DS18b20测温头对称两点实时测温，能测试到微热量变化，更加精准。 现代传感技术与计算机控制技术相结合，具有可视化效果，并能实现所测温度--时间曲线打印。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年第九届“挑战杯”河南省大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 知识产权、独家占有、有偿转让
作品可展示的形式
- 实物、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明 1 样品制备 2设定环境条件 （温度 风速） 3 方法一：测试纺织材料的热阻值（T-Ω）； 方法二：测试纺织材料的温度——时间曲线 方法三：在标准条件下测试材料的克罗值 技术特点及优势 测试材料从二维材料拓展到模拟多种气候外界条件下纺织 材料（包括片状、絮状、绳状等）保温性能。 采用双层圆筒和夹层的导热油来做热体，节约能源（加热到同样的温度每升高一度消耗能量为2.08KJ消耗能源比加水的单筒节约73.54%），双层圆柱体近似模拟人体散热体系，仿 真性强。 利用了热辐射加热，快速安全。 采用DS18b20测温头对称两点实时测温，能测试到微热量 变化，更加精准。 现代传感技术与计算机控制技术相结合，具有可视化效果， 并能实现所测温度--时间曲线打印。
同类课题研究水平概述
- 2006年由上海纺织工业技术监督所研制的平板式保温测试仪，主要性能如下。平板式织物保温仪用来测定机织物、针织物、毛毯、被褥及各种保温材料的保温性能。根据GB11048—89 《纺织品保温性能试验方法》的规定，保温率是无试样时的散热量和有试样的散热量之差与无试样时的散热量之比的百分率。保温率的测定原理是模拟人体体温36 ℃以通断电的方式保持恒温，将试样覆盖于试验板上，试验板及底板和周围的保护板均以电热控制相同的温度并保持恒温，使试验板的热量只能通过试样的方向散发，测定试验板在一定时间内保持恒温所需要的加热时间来计算试样的保温率、传热系数和克罗值。正常情况下，保温率相差2%时，人体没有感觉，所以保温率试验数据统计出的标准差以小于1为宜。CV值用于不同数据集的分散程度的比较，一般而言CV值小于5%说明离散性较好。在结构上采用符合标准的设计原理，形成一个稳定的散热环境，这对保证仪器的性能稳定和试验数据的可靠性具有一定的作用。织物保温仪的结构如图1所示。按照标准采用250 mm×250 mm铝板作为试验板，采用500 mm×500mm铝板作为底板，保护板与试验板在同一平面上，外形尺寸为500mm×500mm，并与底板间隔60mm平行放置。各板均涂上黑色，使它们的放射率与人体皮肤接近。加热系统采用进口膜片式加热器，加热膜可以覆盖整个板面，使各板加热时保持均匀性，而且热惯性较小。每块加热板采用4个PT100温度传感器，使覆盖面积增大，从而有效地提高了测量精度和可靠性。底板的上表面和保护板的下表面温度采取36 ℃恒温控制，保持气室温度均匀，防止试验板的横向热损失，以及试验板和保护板向下的热损失，使热量只能向上通过试样散热。试验板表面温度采用位式控制模式，使其保持在36 ℃，并利用软件监控模块自动调整不同厚薄织物所造成的试验板表面温度热惯性幅度，将试验板表面温度波动有效控制在0.5 ℃以内。防风有机玻璃试验罩尺寸为530 mm×530 mm×560 mm，厚度为6mm（见图2），前面开门460mm×250mm，顶部开口410 mm×410 mm，罩内温度传感器距离试验板370 mm。另外，配置试样压板，保证试样放置平挺、无褶皱。
