基于单片机的织物动态热传递性能测试装置

作者:张如全;周双喜;陶荣;林建勇 刊名:纺织学报 上传者:刘小英

【摘要】针对织物接触冷暖感的客观评价问题,开发了1台基于单片机的织物动态热传递测试装置。该装置能模拟织物接触人体时的热交换过程,通过单片机实时测试织物表面温度对时间的变化来表征织物的动态热传递性能。从理论上分析了测试装置的测试参数与织物接触冷暖感的关系,并使用该装置对棉、毛、丝、麻4种织物的动态吸热曲线进行测试。试验结果表明,织物的原料、结构参数不同,其吸热曲线也不相同。这种装置可用于客观评价织物的接触冷暖感,并具有良好的测试精度及重复性。

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织物的热传递性能是关系到人体舒适性的重要因素,而接触冷暖感是人体舒适性的一个组成部分,随着人们生活水平的提高,织物的接触冷暖感越来越受到重视。近些年来对热舒适性的研究较为活跃,研究范围较广,建立了评价织物热舒适性的客观指标和综合评价方法,归纳起来主要有织物热传递性能、热传递机制和测试原理、测试方法的研究。在织物热传递性能和热传递机制方面,Hager等[1]探讨了辐射热与织物热阻性能的关系,Farnworth[2]、Stuart等[3]研究了辐射热传递方式与织物的理论模型,但是这类理论模型并不能准确预测人体的热反应。随着对织物热传递性能与舒适性关系的深入研究,热阻作为评价织物热舒适性的客观指标被广泛应用。由于人体织物环境之间的热交换过程比较复杂,采用热阻评价织物的热舒适性虽然简化了问题,但是与实际有一定的差异。随着对舒适性认识的深入,在服装内微气候条件下,织物动态热传递性能对舒适性的影响越来越受到重视,国内外学者分别设计了不同类型的微气候测试仪。姚穆、俞建勇等分别研制了织物热传递性能测试仪[4-5]。原田隆司等[6]研制了同时测量热、湿传递的织物微气候仪,该仪器可模拟人体无感出汗和显性出汗。谌玉红等[7]利用暖体假人对服装的隔热保暖性能进行了测试与分析。杨凯等[8]开发了织物动态热湿测试仪,通过模拟出汗皮肤微气候,来评价织物的动态热湿舒适性能。Martin等[9]研制了一种动态测试装置,测试织物的热扩散系数。Mohammadi等[10]通过自行研制的测试装置研究了多层非织造织物的名义导热系数。以上关于纺织品热传递性能的研究中,测试装置的设计大都基于热平板,只是对于织物两侧条件的设定各有不同。利用已有或研制的测试仪对纺织品的静态热传递性能和基于热平板的织物动态热传递的研究,其结果有一定的局限性[11]。在评价织物接触冷暖性能方面,以上基于热平板的热传递研究不能完全反映织物的动态热传递情况。目前,对织物接触冷暖感的研究还比较少,织物接触冷暖感的评价常用文献[12]设计的Thermo-Labo型纺织品精密迅速热物性测定装置,该装置可测量织物的干态接触、干态非接触、湿态接触、湿态非接触4种状态时的最大热流量Qmax值,通过测试得到的最大瞬态热流量Qmax来评价织物的冷暖感,但是该装置价格昂贵,最大热流量值是一个瞬时值,是反映织物动态热传递性能的综合指标,并没有包含在时间序列上织物动态热传递过程的信息。为最终评价织物的接触冷暖感,进一步对织物动态传热特性进行深入探讨,本文研制了1台织物动态热传递测试装置,该测试装置通过测试织物表面温度对时间的变化来研究织物的动态热传递性能。1测试装置织物动态传热测试装置的基本结构如图1所示。其结构主体由试验台、铜板、温度传感器组成。试验台由恒温水箱构成,水箱的中央有1个凸起部分,铜板嵌入水箱凸起上部形成1个试验平台;水箱的右部与加热器相连,左部设计了1个注水口,测试时将水箱注满蒸馏水。织物从铜板表面吸收热量后,理论上铜板表面的温度会有所降低。装置选用铜板作为导热介质,主要考虑铜板的导热系数较大,导热速度快,为维持较短时间内铜板温度的恒定,要求铜板有足够的热容量。本文测试装置中,选用8mm厚的铜板做导热介质。考虑到容器向外界的热损失,在水箱外面包覆绝热层,以防止热量的散失;实际测试时,在织物上方也用绝热层罩上,减少由于织物热辐射带来的测试误差。图1测试装置结构简图Fig.1Basicstructureoftestequipment测量系统主要由铜板、温度传感器、放大电路、单片机、上位计算机构成。织物表面的温度传感器感应织物表面

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