一種適用於織物微氣候儀的溼度測量裝置的製作方法

2023-09-16 13:11:30

專利名稱：一種適用於織物微氣候儀的溼度測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種適用於織物撖氣候儀的溼度測量裝置。
技術背景織物徵氣候儀是JR裝和紡織品熱舒適性研究的重要實驗設備之一。國內、外學 者對織物鐓氣候儀的研究很多，在檢瀕模擬皮膚與試樣(織物)間的微氣候變化時， 通常採用高分子膜電容式溼敏元件淵量空氣的相對溼度。但是，無論高檔次或低檔 次的電容式溼敏元件，長期穩定性都不理想。溼敏元件的電容容值漂移往往引起相 對溼度數據的很大誤差，甚至失效和損壞。市場上出售的有些電容式溼敏元件產品 的線性度、 一致性和重複性都達不到實驗要求。由此看來相對溼度測量的穩定性和 可靠性是準確獲得織物熱溼綜合傳遞數據的關鍵。根據熱工學原理可知，如果淵量 得到了空氣的幹球溫度和溼球溫度，空氣的相對溼度也就間接淵量得到了。本實用 新型採用穩定性好的溫度傳感器測量空氣的幹球溫度和溼球溫度，就可以獲得穩定 性好的空氣相對溼度數據。發明內容為了提髙溼度測l:的長期穩定性，本實用新型提供一種適用於織物微氣候儀的 溼度測量裝置，用該裝置擁得織物徵氣候儀中的幹球溫度和溼球溫度後，就可以準 確知道微氣候儀裡空氣的相對溼度，一致性和重複性髙，可以對相對溼度進行穩定 和可靠的潿量。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是一種適用於織物徵氣候儀的溼度籌量裝置，其特徵在於在微氣候空間7中放置幹球溫度傳感器1和溼球溫度 傳感器2，在溼球溫度傳感器2上裹有空心棉紗條3，棉紗條向下垂進入供水膠管 4的裡面，供水膠管的另一端與儲水盒5相連，儲水盒中盛有的水，溼球溫度傳感 器與空心桷紗條之間用導熱性能好的電絕緣材料隔離，兩個溫度傳感器接溫度轉換 電路，溫度轉換電路的信號輸入計算機，計算機的運算程序按下列公式得出微氣候 空間7中的相對溼度p:式中；^=/^,^) = /^一^^一^)——空氣中的水蒸氣分壓力，Pa; /——空氣幹球溫度，1C;S——空氣的溼球溫度，/^■s——對應於G下的飽和空氣水蒸氣分壓力，Pa,在0 — 5 0"範圍內根據飽和空氣的水蒸氣分壓力值擬合成為一個具體的函數式；J = (65 + 6.75/v),其中v為空氣流速，m/"對於織物微氣候儀內可取v <——對應於/下的飽和空氣水蒸氣分壓力，Pa,在0 — 5 0 1C範圍內根據飽和空氣的水蒸氣分壓力值擬合成為一個具體的函數式。本實用新型的原理本實用新型的溫度傳感部分放置在織物13與模擬人造皮 膚8之間的微氣候空間7中，由於微氣候空間7裡的空氣是未飽和空氣，棉紗條3 上的水分將蒸發，水分蒸發所需的能量先是來自溼桷紗條3的溫度降低而放出的熱 量。棉紗條3上水分不斷蒸發的結果導致棉紗條3水溫繼續下降並低於空氣溫度， 使溼球溫度傳感器2的讀數不斷降低。當達到熱溼平衡時，棉紗條3上水分蒸發的 熱量就全部來自微氣候空間空氣7的對流換熱，棉紗條3上水分溫度不再降低，此 時測到的溫度就是溼球溫度。在達到熱平衡時，溼棉紗條3水分蒸發所霱的潛熱完 全來自空氣，而這部分潛熱又由水蒸氣帶回到空氣中，所以不會使微氣候空間7 空氣的焓發生改變。本實用新型的有益效果是，使得織物微氣候儀的使用性能具有長期穩定性，在 測試織物熱溼綜合傳遞數據時一致性和重複性好，結構簡單。


以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。圖l是本實用新型實施例的傳感部分的結構示意圉。其中l.幹球溫度傳感器， 2.溼球溫度傳感器，3.空心棉紗條，4.毛細供水膠管，5.儲水盒，6.傳感器導線。 圖2是圖l傳感部分在織物微氣候儀中的位子示意圖。其中，7.微氣候空間， 8.模擬人造皮膚，9.織物微氣候儀內壁，10.電加熱器，11.331C恆溫水浴，12. 絕熱層，13.織物。圖3是本實用新型實施例的溫度轉換電路的信號放大電路圖。 圖4是本實用新型實施例的溫度轉換電路的單片機部分電路圖。 圖5是本實用新型實施例的單片機溫度數據採集程序流程圖。
具體實施方式
本實用新型的適用於織物徵氣候儀的溼度瀾量裝置，在徵空間7中放置幹球溫 度傳感器l和潘球溫度傳感器2，在溼球溫度傳感器2上裹有空心桷紗條3，棉紗 條向下垂10mm進入供水膠管4的裡面，供水膠管的另一端與儲水盒5相連，儲水
盒中濂有3/4的水，溼球溫度傳感器與空心棉紗條之間用導熱性能好的電絕緣材料 隔離，兩個溫度傳感器獲得的電信號經溫度轉換電路處理後轉換成幹球溫度值和溼 球溫度值，再通過計算機的計算得出空氣中的相對溼度。所用計算公式 空氣中的水蒸氣分壓力與空氣的幹，溼球溫度之間的函數關係為式中Pv一_空氣中的水蒸氣分壓力，Pa; Z——空氣幹球溫度，"C; ^一一空氣的溼球溫度，"C;Pfe—一對應於^下的飽和空氣水蒸氣分壓力，Pa,在0 — 5 0 1C範圍內根據飽和空氣的水蒸氣分壓力值擬合成為一個具體的函數式；= (65 + 6.75/v),其中v為空氣流速，m/"對於織物徵氣候儀內可取v〈 0.25w/a 。空氣中的相對溼度就是式中 /^j— 一對應於/下的飽和空氣水蒸氣分壓力，Pa,在0 — 5 0T範圍內 根據飽和空氣的水蒸氣分壓力值擬合成為一個具體的函數式。在圖1中，裹有空心棉紗條的溫度傳感器2用來籌量溼球溫度，相當於一個溼 球溫度計；沒有裹空心棉紗條的溫度傳感器1用來翻量幹球溫度，相當於一個幹球 溫度計。本實用新型的傳感部分放置在織物13與模擬人造皮膚7之間的傲氣候空 間7,如圖2所示。由於微氣候空間空氣是未飽和空氣，棉紗條上的水分將蒸發，水分蒸發所需的 能量先是來自溼棉紗條的溫度降低而放出的熱量。棉紗條上水分不斷蒸發的結果導 致棉紗條水溫繼續下降並低於空氣溫度，使溼球溫度計的讀數不斷降低。當達到熱 溼平衡時，棉紗條上水分蒸發的熱Jt就全部來自徵氣候空間空氣的對流換熱，棉紗 條上水分溫度不再降低，此時渕到的溫度就是溼球溫度。在達到熱平衡時，溼棉紗 條水分蒸發所需的潛熱完全來自空氣，而這部分潛熱又由水蒸氣帶回到空氣中。所 以不會使徵氣候空間空氣的焓發生改變。棉紗條插入毛細供水膠管4中，由毛細供 水膠管4供給水分。毛細供水膠管4的管口應低於溼球溫度傳感器2大約lOmm, 並且應保證髙於儲水盒5中的水面。毛細供水膠管4的另一端與儲水盒5相連。儲 水盒5上部有一開孔，使得儲水盒5內.外的氣壓平衡，以利於供水。圖1中的溫度傳感器可以採用PN結溫度傳感器，也可以採用鉑電阻溫度傳感
器。本實旛例中的溫度轉換電路由信號放大電路和採集數據的單片機兩個部分組 成。兩個溫度傳感器產生的電信號經單片機處理後就可轉換成幹球溫度值和溼球溫 度值。以下是溫度轉換電路部分的工作原理說明採用PN結溫度傳感器的多路溫度測量部分如圑3所示。圖中R41、 R42、 R43、 R44、 R45是半導體溫度傳感器HN15， Ul, U2, U3， U4, U5是AD620儀表運算放大 器。R2、 R3產生一個基準電位接入AD620的3腳，Rln, R2n產生另一個電位接入 AD620的2腳。由於半導體溫度傳感器R4n的電阻值是隨溫度變化而變化的，這樣 就在AD620的2、 3腳之間產生了一個隨溫度變化而變化的模擬電信號。AD620將 該模擬信號放大，從ADC處輸出。單片機採集溫度模擬信號的電路圖見圖4。通用穩壓源U3提供一個5V的電源， DS1為工作指示燈。C0N1是一個10孔插座，用於向ATMEGa8L-8PI寫入數據採集指 令程序。模擬信號從ADC處引入ATMEGa8L-8PI的23—27引腳，採集的數據由2、 3腳輸出至MAX232cpe的11、 12腳。MAX232cpe將數據信號經電平轉換後由串口 J2傳到計算機的COM 1或COM 2 口上。圖5是單片機的溫度數據採集程序流程圖。用C51語言編寫溫度數據採集程序， 然後在CodeVision AVR集成調試環境中進行編譯。編譯通過的溫度數據採集程序 從CONl插座寫入ATMEGa8L-8PI。單片機與計算機之間採用9600波特率進行10位 數據傳輸，其中數據佔8位，l位是起始位，l位是停止位。由於計算機串口接受的單片機數據信號是電壓，需要把這個數據信號轉換成為 溫度值。為了得到電壓與溫度之間的函數關係，必需對這套溫度淵i系統進行標定 後才能使用。可把這五路半導體溫度傳感器和一個分度值為0.01TC的溫度計綁在 一起，置於恆溫裝置中。當溫度計的讀數穩定在一個值上後，記錄下電壓值。例如 其中一路的標定過程是在16t: 411C的範圍內測試了 15個溫度點，得到200個 數據，用Origin 7.0擬合得到電壓與溫度之間的函數關係是^6.41615 + 9.9卯64F。把電壓與溫度之間的函數關係編入計算機運算程序，把R41作為幹球溫度傳感 器，把R42作為溼球溫度傳感器，就可以得到微氣候儀中的幹球溫度值和溼球溫度值，再根據前面介紹的熱工計算公式算得微氣候儀中空氣的相對溼度。這部分計算 機數據處理軟體可在Windows XP平臺上用Visual C編制，編寫界面友好、操作簡 單的菜單處理程序。用於實時溼度顯示、再現歷史溼度曲線以及其它擴展功能。本實用新型的計算機的相對溼度計算功能可以由溫度轉換電路中的單片機完 成，即由溫度傳感器和信號放大電路將溫度變成模擬電量，然後模擬電量的數據採 集和相對溼度計算都有單片機完成。
權利要求1、一種適用於織物微氣候儀的溼度測量裝置，其特徵在於在微氣候空間(7)中放置幹球溫度傳感器(1)和溼球溫度傳感器(2)，在溼球溫度傳感器(2)上裹有空心棉紗條(3)，棉紗條向下垂進入供水膠管(4)的裡面，供水膠管的另一端與儲水盒(5)相連，儲水盒中盛有的水，溼球溫度傳感器與空心棉紗條之間用導熱性能好的電絕緣材料隔離，兩個溫度傳感器接溫度轉換電路，溫度轉換電路的信號輸入計算機，計算機的運算程序按下列公式得出微氣候空間(7)中的相對溼度式中pv＝f(t，ts)＝pbs-A(t-ts)pv——空氣中的水蒸氣分壓力，Pa；t——空氣幹球溫度，℃；ts——空氣的溼球溫度，℃；pbs——對應於ts下的飽和空氣水蒸氣分壓力，Pa，在0-50℃範圍內根據飽和空氣的水蒸氣分壓力值擬合成為一個具體的函數式；A＝(65+6.75/v)，其中v為空氣流速，m/s，對於織物微氣候儀內可取v＜0.25m/s；pb——對應於t下的飽和空氣水蒸氣分壓力，Pa，在0-50℃範圍內根據飽和空氣的水蒸氣分壓力值擬合成為一個具體的函數式。
專利摘要一種適用於織物微氣候儀的溼度測量裝置，其特徵在於在微氣候空間7中放置幹球溫度傳感器1和溼球溫度傳感器2，在溼球溫度傳感器2上裹有空心棉紗條3，棉紗條向下垂進入供水膠管4的裡面，供水膠管的另一端與儲水盒5相連，儲水盒中盛有的水，溼球溫度傳感器與空心棉紗條之間用導熱性能好的電絕緣材料隔離，兩個溫度傳感器接溫度轉換電路，溫度轉換電路的信號輸入計算機，計算機的運算程序按熱工學原理公式得出微氣候空間7中的相對溼度φ。具有一致性和重複性高的優點，可以對相對溼度進行穩定和可靠的測量。
文檔編號G01N25/56GK201034956SQ20072008431
公開日2008年3月12日 申請日期2007年4月24日 優先權日2007年4月24日
發明者鋒 葉, 昌 張, 徐衛林, 李衛鋒, 李文斌 申請人:武漢科技學院