動態熱防護性能測評裝置製造方法
2023-05-26 04:19:21 5
動態熱防護性能測評裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種動態熱防護性能測評裝置，屬於職業安全與健康【技術領域】，其動態熱防護性能測評裝置，用以固定待測織物以對該待測織物進行測試，包括支架、設置在支架上以固定待測織物並促使待測織物發生形變的人體動態模擬裝置、相對設置在人體動態模擬裝置兩側的災害源和熱流傳感器、以及與熱流傳感器信號連接的數據採集及程序控制系統，人體動態模擬裝置包括抵持在待測織物上的人體模擬器和至少夾持在待測織物一端的拉伸裝置，人體模擬器具有抵持在待測織物上的抵持壁，抵持壁與災害源相對設置在待測織物的兩側，待測織物與熱流傳感器相對設置在抵持壁的兩側，動態熱防護性能測評裝置還包括驅動熱流傳感器相對抵持壁移動的空氣層動態變化裝置。
【專利說明】動態熱防護性能測評裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種織物防護性能測評裝置，尤其是一種動態熱防護性能測評裝置，屬於職業安全與健康【技術領域】。
【背景技術】
[0002]海軍、消防、石油化工、能源工業、食品加工等行業工作人員可能會遭受各種熱災害環境(包括火焰、輻射熱、高溫液體或高壓蒸汽等)，從而對他們的健康產生潛在的威脅。客觀準確地測評防護織物的防護性能，可以為防護材料及裝備的研發與選擇提供重要的科學依據。當前對火焰和輻射熱災害防護性能的評價主要採用嚇？測試儀、即？測試儀、錐形量熱儀等；高溫液體防護性能的測評採用…II ？ 2701規定的高溫液體防護性能測試儀。主要原理是將待測織物試樣直接放置在傳感器板上，並暴露在特定的熱災害環境下，待測織物的另一面放置銅片熱流傳感器用於測定透過待測織物的熱流量，並通過數據採集儀記錄並基於3^)11曲線預測人體皮膚達到二級燒傷所需要的時間，從而評價熱防護織物系統的防護性能。然而，在這些實驗室模擬條件下，待測織物處於平整鬆弛狀態，待測織物與皮膚之間平行接觸或存在一定的間隙，僅能模擬人體靜態條件下防護織物系統的防護性能，忽略了動態情形下防護服裝的防護性能，不能真正反映實際工作條件下熱防護服裝的防護性能。
[0003]在實際工作環境下，著裝者會處於不同的姿勢，人體姿勢的變化會改變織物的外觀形態，產生織物形變，織物形變主要包括拉伸、彎曲、剪切和壓縮等綜合作用。其次，服裝與人體之間的間隙也隨著人體運動而有規律地增加或減小，影響服裝的防護性能。最後，因人體運動引起服裝面料與人體皮膚接觸，儲存在服裝內的能量迅速釋放，可能會導致皮膚燒傷。
[0004]實際上，由於人體動作姿態的變化，防護服裝會產生不同程度的形變，一方面織物拉伸形變的部位會直接貼近或壓迫皮膚，衣下空氣層厚度下降，使熱量傳遞速度急劇加快，尤其是當織物中存儲熱釋放時更容易導致人體的燒傷；另一方面，織物拉伸形變會改變其初始的物理特徵，導致織物的密度、透氣性、厚度、熱傳導係數、比熱容等屬性發生變化，直接影響服裝系統的熱防護性能。此外，在人體動態條件下，服裝與人體之間的空氣層有規律地增加或減小，勢必會影響其防護性能。
[0005]綜上所述，很有必要設計和開發更好的測評裝置並準確地測試動態條件下熱防護裝備的熱防護性能，確保著裝者的職業健康與安全。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種動態熱防護性能測評裝置，其可實現人體動態條件下織物系統熱防護性能測評。
[0007]本發明的動態熱防護性能測評裝置，用以固定待測織物以對該待測織物進行測試，包括支架、設置在支架上以固定待測織物並促使待測織物發生形變的人體動態模擬裝置、相對設置在人體動態模擬裝置兩側的災害源和熱流傳感器、以及與所述熱流傳感器信號連接的數據採集及程序控制系統，所述人體動態模擬裝置包括抵持在待測織物上的人體模擬器和至少夾持在待測織物一端的拉伸裝置，所述人體模擬器具有抵持在待測織物上的抵持壁，所述抵持壁與災害源相對設置在待測織物的兩側，所述待測織物與熱流傳感器相對設置在抵持壁的兩側，所述動態熱防護性能測評裝置還包括與所述熱流傳感器連接的空氣層動態變化裝置，所述空氣層動態變化裝置驅動所述熱流傳感器相對抵持壁移動，所述空氣層動態變化裝置、拉伸裝置分別和數據採集及程序控制系統連接並由數據採集及程序控制系統控制。
[0008]進一步的，所述人體模擬器設置有中空部，所述中空部與待測織物相對設置在抵持壁的兩側，且熱流傳感器設置在中空部內。
[0009]進一步的，所述空氣層動態變化裝置固定在所述中空部內，所述空氣層動態變化裝置包括固定在中空部內的缸體和設置於缸體且沿缸體移動的柱塞，所述熱流傳感器設置在柱塞上。
[0010]進一步的，所述熱流傳感器包括設置在空氣層動態變化裝置上的底座和設置在底座上的熱電偶，所述底座包括朝向所述抵持壁的安裝面，所述熱電偶設置在所述安裝面上。
[0011]進一步的，所述抵持壁呈弧形彎折，所述安裝面為弧形面，所述安裝面的弧度與抵持壁的彎折弧度相同。
[0012]進一步的，所述拉伸裝置包括破碼、與破碼連接的連接帶、以及連接連接帶與待測織物的試樣夾。
[0013]進一步的，所述拉伸裝置還包括升降臺，所述砝碼放置在升降臺上。
[0014]進一步的，所述拉伸裝置還包括設置在所述砝碼與連接帶之間的彈簧計。
[0015]進一步的，所述拉伸裝置還包括設置在連接帶內側並抵持連接帶的定滑輪和固定所述定滑輪的固定架。
[0016]進一步的，所述災害源為高溫液體災害熱源，所述高溫液體災害熱源包括水箱、朝向待測織物的噴頭、連接水箱和噴頭的傳送管路、及設置在傳送管路上的水泵和控制閥，所述噴頭相對抵持壁設置在待測織物的兩側，所述水箱帶有溫控裝置。
[0017]藉由上述方案，本發明至少具有以下優點:通過人體模擬器和拉伸裝置實現待測織物的動態形變調節，通過設置空氣層動態變化裝置並由空氣層動態變化裝置驅動熱流傳感器相對人體模擬器的抵持壁移動，以改變熱流傳感器與待測織物之間的距離，以模擬人體運動引起的衣下空氣層尺寸變化，從而更加真實地模擬工作環境中人體關節活動部位造成織物形變後的防護性能，彌補了現有防護性能測評裝置所忽略的動態因素對熱防護性能的影響，對於保護職業人員的生命安全和研發高新技術的熱防護裝備都具有非常重要的現實意義。
[0018]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的動態熱防護性能測評裝置的結構示意圖；
[0020]圖2是圖1中人體模擬器及空氣層動態變化裝置於另一視角上的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
[0022]參見圖1和圖2，本發明一較佳實施例所述的動態熱防護性能測評裝置用以固定待測織物以對該待測織物(未標號)進行測試。該動態熱防護性能測評裝置包括支架8、設置在支架8上以固定待測織物並促使待測織物發生形變的人體動態模擬裝置、設置在人體動態模擬裝置一側的災害源4、與災害源4相對設置在待測織物的兩側的熱流傳感器6、與所述熱流傳感器6連接的空氣層動態變化裝置3、以及數據採集及程序控制系統7。
[0023]所述人體動態模擬裝置包括抵持在待測織物上的人體模擬器5和夾持待測織物兩端的拉伸裝置2。所述人體模擬器5固定在支架8上，所述人體模擬器5具有抵持在待測織物上以使待測織物發生形變的抵持壁(未標號)，所述抵持壁與災害源4相對設置在待測織物的兩側。在實施例中，所述人體模擬器5用來模擬人體腿部，呈圓柱型，該抵持壁呈弧形彎折，以使待測織物發生彎曲形變。所述人體模擬器5的直徑為200皿，長度為150皿，採用無機複合材料製成，使其熱擴散性能與皮膚接近，且還具有防水性能。所述人體模擬器5設置有中空部(未標號)，中空部與待測織物相對設置在抵持壁的兩側，在實施例中，所述抵持壁朝上設置，該中空部位於抵持壁的後方，在其他實施方式中，該抵持壁也可以朝向其他方式，如朝下設置。所述中空部為100皿寬的方形孔。
[0024]所述拉伸裝置2為相對固定在待測織物兩端的兩個，分別位於人體模擬器5的兩偵I每個拉伸裝置2包括砝碼25、連接帶23、試樣夾21、彈簧計24、微型升降臺26、定滑輪22及固定架27。所述試樣夾21具有人字齒(未標號)，用於夾緊待測織物，並用螺釘(未標號)固定。所述固定架27固定定滑輪22，該定滑輪22位於連接帶23的內側且抵持連接帶23，使試樣夾21呈45。放置，從而結合弧形彎折的抵持壁，實現待測織物發生不同的彎曲、拉伸和剪切形變狀態。所述試樣夾21 —端連接待測織物，另一端通過連接帶23與彈簧計24相連。所述砝碼25與彈簧計24相連，砝碼25放置在微型升降臺26上，微型升降臺26和數據採集及程序控制系統7相連並由數據採集及程序控制系統7控制，通過數據採集及程序控制系統7內的程序調節微型升降臺26的高度，改變彈簧計24的伸長量控制待測織物的形變程度，從而模擬人體運動條件下待測織物發生的動態形變。在其他實施方式中，連接帶23可直接與砝碼25連接，從而通過改變砝碼25的重量改變拉伸量，另外，還可不設置微型升降臺26 ；又或者，所述拉伸裝置2可以僅為夾持待測織物一端的一個，或僅通過一個拉伸裝置2將待測織物的兩端夾持；在其他實施方式中，該拉伸裝置2可以不含有彈簧計24、微型升降臺26、定滑輪22及固定架27。
[0025]所述空氣層動態變化裝置3和熱流傳感器6均設置在該中空部內，所述空氣層動態變化裝置3為氣缸，包括固定在中空部內的缸體31和安裝於缸體31的柱塞32，所述柱塞32可沿缸體31移動，所述缸體31具有面向抵持壁的開口(未標號)，所述熱流傳感器6設置在柱塞32上，該柱塞32驅動熱流傳感器6相對抵持壁移動，從而改變熱流傳感器6與抵持壁之間的距離，模擬人體運動引起的衣下空氣層尺寸的變化。所述空氣層動態變化裝置3和數據採集及程序控制系統7信號連接並由所述數據採集及程序控制系統7控制，通過控制空氣層動態變化裝置3的柱塞32的升降速度和頻率，改變熱流傳感器6與待測織物之間的距離，從而模擬人體運動引起的衣下空氣層尺寸變化。在其他本實施例中，該空氣層動態變化裝置3還可以為其他結構，如自動升降機。
[0026]所述熱流傳感器6為皮膚感應傳感器，包括設置在柱塞32上的底座62和設置在底座62上的熱電偶61。所述底座62與人體模擬器5採用相同的無機複合材料製成，所述底座62具有朝向抵持壁的安裝面(未標號)，該安裝面為弧形面，安裝面的弧度與抵持壁的彎折弧度相同。由於缸體31具有面向抵持壁的開口，且安裝面的弧度與抵持壁的彎折弧度相同，可使安裝面貼靠在抵持壁上，熱電偶61貼緊在抵持壁上。所述熱流傳感器6與數據採集及程序控制系統7相連，該數據採集及程序控制系統7連有PC1-6251多功能DAQ數據板卡和自行編制的程序控制軟體。所述熱電偶61嵌設在安裝面上，熱電偶61為T型熱電偶，數量為3個。
[0027]所述災害源4可以為對流災害熱源、輻射災害熱源、高溫液體災害熱源、高溫蒸汽災害熱源中的一種或以上，從而使本發明的動態熱防護性能測評裝置具有良好的擴展性。在本實施例中，所述災害源4為高溫液體災害熱源。所述高溫液體災害熱源包括水箱41、朝向待測織物的噴頭46、連接水箱41和噴頭46的傳送管路44、及設置在傳送管路44上的水泵43和控制閥45。水箱41帶有溫控裝置42，可以自動控制加熱器42，確保恆定的液體的溫度。水泵43帶有壓力控制系統，可以設定高溫液體的壓力。傳送管路44上裝有三通球閥(未圖示)，分別連接水泵43、噴頭46和水箱41。所述控制閥45為電磁閥開關，該電磁閥開關45與數據採集及程序控制系統7相連，在電磁閥開關45關閉時，水箱41內的液體可以通過傳送管路44循環，保證傳送管路44內的液體溫度恆定，避免在實驗開始時噴射液體的溫度有所下降，影響實驗精度。所述噴頭46由不鏽鋼管制成，直徑為6?8_。
[0028]在實驗時，將待測織物的兩端分別固定在兩個試樣夾21上，根據實驗要求選擇砝碼25的重量計算待測織物的最大形變程度，通過調節兩個微型升降臺26的高度改變待測織物的動態形變；設定空氣層動態變化裝置3的變化頻率和速度，調節熱流傳感器6與待測織物之間的空氣層尺寸動態變化，從而實現了人體動態條件下皮膚與待測織物之間的動態變化模擬；最後通過數據採集及程序控制系統7控制高溫液體災害的噴射壓力和時間，通過數據採集及程序控制系統7採集熱流傳感器6的數據，從而對待測織物進行熱防護性能評估。在實驗時，拉伸裝置2和空氣層動態變化裝置3兩者可以相互配合同時使用，模擬人體關節運動的過程；或者單獨一個使用，用於模擬織物形變或空氣層尺寸變化。
[0029]綜上所述，通過人體模擬器5和拉伸裝置2實現待測織物的動態形變調節，通過設置空氣層動態變化裝置3並由空氣層動態變化裝置3驅動熱流傳感器6相對人體模擬器5的抵持壁移動，以改變熱流傳感器6與待測織物之間的距離，以模擬人體運動引起的衣下空氣層尺寸變化，從而更加真實地模擬工作環境中人體關節活動部位造成織物形變後的防護性能，彌補了現有防護性能測評裝置所忽略的動態因素對熱防護性能的影響，對於保護職業人員的生命安全和研發高新技術的熱防護裝備都具有非常重要的現實意義。另外，該人體動態模擬裝置設計簡單，成本低；通過數據採集及程序控制系統7即可控制空氣層動態變化裝置3和微型升降臺26，從而操作安全方便。
[0030]以上所述僅是本發明的優選實施方式，並不用於限制本發明，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種動態熱防護性能測評裝置，用以固定待測織物以對該待測織物進行測試，包括支架、設置在支架上以固定待測織物並促使待測織物發生形變的人體動態模擬裝置、相對設置在人體動態模擬裝置兩側的災害源和熱流傳感器、以及與所述熱流傳感器信號連接的數據採集及程序控制系統，其特徵在於:所述人體動態模擬裝置包括抵持在待測織物上的人體模擬器和至少夾持在待測織物一端的拉伸裝置，所述人體模擬器具有抵持在待測織物上的抵持壁，所述抵持壁與災害源相對設置在待測織物的兩側，所述待測織物與熱流傳感器相對設置在抵持壁的兩側，所述動態熱防護性能測評裝置還包括與所述熱流傳感器連接的空氣層動態變化裝置，所述空氣層動態變化裝置驅動所述熱流傳感器相對抵持壁移動，所述空氣層動態變化裝置、拉伸裝置分別和數據採集及程序控制系統連接並由數據採集及程序控制系統控制。
2.根據權利要求1所述的動態熱防護性能測評裝置，其特徵在於:所述人體模擬器設置有中空部，所述中空部與待測織物相對設置在抵持壁的兩側，且熱流傳感器設置在中空部內。
3.根據權利要求2所述的動態熱防護性能測評裝置，其特徵在於:所述空氣層動態變化裝置固定在所述中空部內，所述空氣層動態變化裝置包括固定在中空部內的缸體和設置於缸體且沿缸體移動的柱塞，所述熱流傳感器設置在柱塞上。
4.根據權利要求1所述的動態熱防護性能測評裝置，其特徵在於:所述熱流傳感器包括設置在空氣層動態變化裝置上的底座和設置在底座上的熱電偶，所述底座包括朝向所述抵持壁的安裝面，所述熱電偶設置在所述安裝面上。
5.根據權利要求4所述的動態熱防護性能測評裝置，其特徵在於:所述抵持壁呈弧形彎折，所述安裝面為弧形面，所述安裝面的弧度與抵持壁的彎折弧度相同。
6.根據權利要求1所述的動態熱防護性能測評裝置，其特徵在於:所述拉伸裝置包括砝碼、與砝碼連接的連接帶、以及連接連接帶與待測織物的試樣夾。
7.根據權利要求6所述的動態熱防護性能測評裝置，其特徵在於:所述拉伸裝置還包括升降臺，所述砝碼放置在升降臺上。
8.根據權利要求6所述的動態熱防護性能測評裝置，其特徵在於:所述拉伸裝置還包括設置在所述砝碼與連接帶之間的彈簧計。
9.根據權利要求6所述的動態熱防護性能測評裝置，其特徵在於:所述拉伸裝置還包括設置在連接帶內側並抵持連接帶的定滑輪和固定所述定滑輪的固定架。
10.根據權利要求1所述的動態熱防護性能測評裝置，其特徵在於:所述災害源為高溫液體災害熱源，所述高溫液體災害熱源包括水箱、朝向待測織物的噴頭、連接水箱和噴頭的傳送管路、及設置在傳送管路上的水泵和控制閥，所述噴頭相對抵持壁設置在待測織物的兩側，所述水箱帶有溫控裝置。
【文檔編號】G01N25/20GK104316562SQ201410608109
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月3日 優先權日:2014年11月3日
【發明者】盧業虎, 賴丹丹, 王發明, 張成蛟 申請人:蘇州大學張家港工業技術研究院