基於暖體假人的高溫防護服測試實驗系統的製作方法

2023-06-12 06:59:36 1

專利名稱：基於暖體假人的高溫防護服測試實驗系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及公共安全、消防安全技術等領域，具體涉及一種基於暖體假人的高溫防護服測試實驗系統，可以用於開展公共安全和消防安全領域的高溫環境中防護服的物理參數測定、防護服高溫防護性能化測試、舒適度測試等。
背景技術：
消防員和特殊產業的工人會經常暴露在強熱輻射、高溫的惡劣環境當中，而且持續的時間相差較大。在強輻射、高溫的工作與應急環境當中，高溫防護服被廣泛使用。而防護服裝的隔熱性能直接關係到防護效能和人員安全，服裝的穿著舒適度、熱舒適度等指標則會直接影響到消防員的救援效率、工作的生產效率等。我國近年來也出臺了部分防護服性能的國家規定，如GB/T 20097-2006《防護服一般要求》、GB 8965. 1-2009《防護服裝阻燃防護第1部分阻燃服》、GA633-2006《消防員搶險救援防護服裝》等。國際上，美國、歐盟等出臺了一系列標準同時規定了防護服材料隔熱性能，同時規範了防護性能的測試方法與標準流程。而國內目前針對防護服的防護性能如何測定仍缺乏統一認識，對於穿著舒適度等人因指標更是沒有涉及，因此，研製一種可以推廣的防護服防護性能與舒適性試驗裝置便十分必要。傳統的防護服測試手段主要採用加熱平板對防護服紡織材料進行隔熱性能測試， 由於無法模擬真實著裝狀態，因而無法滿足準確、真實地評價防護服在人體實際穿著時的戰時性能的試驗需求。而在火災等高溫環境中的研究人體熱反應，或開展人體著裝的測試， 由於實驗環境的危險性無法用真人進行實驗，暖體假人便成為了一種可行的工具。自20世紀40年代以下，暖體假人(Thermal Manikin)作為一種可以模擬人體與環境之間熱溼交換的生物物理試驗設備得到了長足的發展。其身材、物理參數與普通成年人相近，本體一般由金屬材料或金屬複合材料製作而成，採內部加熱、內表面加熱和外表面加熱的方式模擬人體的體溫或模擬人體代謝發熱，先進的假人設備還具備發汗、呼吸等附加功能，不斷應用於服裝、環境等領域當中與人體舒適性相關的研究當中。因此，建立一套以暖體假人為核心，在模擬災害高溫環境中對防護服在開展性能化測試的試驗裝置，對滿足我國對防護服性能測試與試驗研究的迫切需求有著重要意義。
發明內容為了克服上述現有技術的缺陷與能力上的不足，本實用新型的目的在於提供一種基於暖體假人的高溫防護服測試實驗系統，創造一個可控的室內高溫環境，利用暖體假人模擬人體在高溫室內環境與環境間的熱交互過程和人體熱生理調節過程，令假人穿著防護月艮，滿足根據不同實驗工況準確進行防護服性能測試的研究需求。為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現的一種基於暖體假人的高溫防護服測試實驗系統，包括高溫艙室1，高溫艙室1的內部懸空設置有暖體假人2，高溫艙室1內設置有熱排風系統3和高溫輻射板4，熱排風系統3和高溫輻射板4均與控制箱5連接控制，暖體假人2及其周圍的探測器11均與假人控制系統及數據採集系統6相連。所述的高溫艙室1由耐高溫板材7搭建成空間基礎支撐結構，高溫輻射板4豎直放在高溫艙室1內，在高溫輻射板4與暖體假人2之間設置有可拆卸的輻射隔板8。本實用新型使用與現有測試設備相比較更為先進的暖體假人來模擬人體的熱生理過程，與現有的服裝測試系統相比，本實用新型的優勢明顯(1)以暖體假人作為人體模擬設備，可以模擬保持體溫恆定的生理活動，以及人體的發汗情況，擬真性更高，測試更為真實與準確。(2)以暖體假人作為測試設備，在空間結構上更為接近人體著裝的實際情況，使測試結果更貼近真實情況。

圖1是本實用新型的平面示意圖圖2是本實用新型實施例的空間結構示意圖圖3是本實用新型中控制箱5的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的結構原理和工作原理作詳細敘述。參照圖1、圖2，一種基於暖體假人的高溫防護服測試實驗系統，包括高溫艙室1， 高溫艙室1的內部懸空設置有暖體假人2，高溫艙室1內設置有熱排風系統3和高溫輻射板 4，熱排風系統3和高溫輻射板4均與控制箱5連接控制，暖體假人2及其周圍的若干探測器11均與假人控制系統及數據採集系統6相連。所述的高溫艙室1由耐高溫板材7搭建成空間基礎支撐結構，高溫輻射板4豎直放在高溫艙室1內，在高溫輻射板4與暖體假人2之間設置有可拆卸的輻射隔板8，高溫艙室1還設置有觀察窗9和艙門10，觀察窗9用於觀察高溫艙室1內部的反應，艙門10用於放入和取出高溫艙室1內的各個設備。參照圖3，所述的控制箱5包括主控晶片，主控晶片控制熱排風系統3的風機開關和高溫輻射板4的加熱開關，控制箱5內的主控晶片包括高溫加熱控制單元，控制高溫環境的加熱模式，監測升溫速率，記錄高溫艙室內的環境溫度；主控晶片還包括熱排風控制單元，控制高溫環境在測試結束後熱氣排出系統的啟動與停止。所述的暖體假人2採用由多個與人體對應的解剖段組成的假人，假人按照人體的生理結構劃分為頭部、胸部、背部、腹部、臀部、上肢、下腳、手、腳等獨立解剖學區段。同時假人設備具備智能發熱控制、發汗功能，且各區段可獨立控制。假人控制系統及數據採集系統6內的暖體假人控制單元控制暖體假人的發熱速率、發汗速率等參數，並進行實時記錄；參數測量單元由多個控制器與若干探測器11組成， 用於監測艙室內、假人表面、服裝內外表面等各點的溫度、相對溼度等物理參數。高溫輻射板4的高溫環境加熱控制模式有兩種(1)恆功率模式和( 恆溫模式。
(1)恆功率控制模式當中，設定加熱系統的發熱功率，使之保持在預設的功率值進行測試；
(2)恆溫模式當中，可為高溫環境設定目標溫度，利用自動控制系統智能控制加熱系統的開關與功率，實現將環境溫度在一定控制範圍內的控制目的。[0023]本實用新型的工作原理為本實用新型中，高溫輻射板4與暖體假人2置於高溫艙室內部，其餘各控制系統均置於艙室外部，高溫排風系統出風口置於頂部，入風部置於側面結構上。高溫輻射板4與暖體假人2分別位於艙室兩側。高溫輻射板4，立於艙室地面之上；暖體假人利用吊掛結構懸掛在艙室內，室內有多個吊掛點，可根據要求自行改變假人的懸掛位置。本實用新型提出的基於暖體假人的高溫防護服測試系統，在測試過程中，在為暖體假人2穿著好測試服裝後，連接和打開各系統電源，啟動各控制與採集系統，確認各個控制系統工作正常，以及採集系統可以正常採集數據，從而確認可以正常開始測試流程。啟動運行於計算機上的假人控制單元，啟動暖體假人進行預熱，使假人表面溫度達到人體表面溫度的平均值35°C後，可以設定暖體假人繼續保持體溫以模擬人體的新陳代謝情況，以及人體的發汗水平。然後設定加熱控制系統的控制模式，恆溫模式下可設定為室溫至400°C範圍的溫度控制模式，恆功率模式可設定為1至32kW定功率的發熱模式。確認各部分功率正常後，關閉高溫艙室防火門，啟動高溫加熱板即可開始測試。利用暖體假人控制與採集系統得到的假人表面溫度、表面熱電阻得到的服裝內、外表面溫度以及室溫等信息，可以得到高溫下服裝性能的測試結果。測試停止時，首先關閉高溫加熱系統，然後開始排風系統對房間進行降溫，待到房間溫度降低至35°C以下，可以停止排風進行自然降溫。下面為本實用新型的一個具體實施例一、高溫艙室1耐高溫結構由耐高溫庫板組成。庫板採用巖棉保溫鋼板，厚度100mm，容重 100kg/m3,彩鋼板的鋼板厚度0. 6mm。頂板與側板布置考慮高溫艙室內溫度最高可達 400°C。因此，頂板和側板巖棉保溫板為100毫米+100毫米雙層布置(層間為100毫米空氣層)。同時，由於在升溫過程中，通常使用的巖棉與鋼板連接的化學膠，會融化和蒸發，鋼板和巖棉之間會脫落，造成彩鋼巖棉板材失去強度，發生變形。所以，本專利當中對艙體用螺栓加固的方式進行連接，從而增加整體強度，同時保證外觀的美觀。地板加固考慮到地板的強度要求，在兩層巖棉彩鋼板的上面加鋪一層防滑鋁板二、高溫輻射板4即輻射熱源本實施例中使用碳化矽紅外加熱板作為熱源，由32塊組合成為寬1. 0米、高0. 8 米的熱輻射面，裝配支架後底端距地面0. 8米，從而構成高溫系統的熱源。產生的最大輻射熱通量為40kW/m2，輻射總功率為0至32kW，步進為lkW。加熱板使用穩壓電源保證加熱器的工作功率。三、輻射隔板8本實例當中使用寬2. 0米、高1. 6米的鋁合金百葉形結構構成阻隔直接輻射的隔板，百葉結果面向輻射板一面加裝金屬襯網以保證吸熱與升溫均勻，同時增加了隔板的機械強度。外部使用角鋼構成外框，掛於基於艙室頂部的懸掛系統之上，底端距地面0. 4米。 安裝後，可以完全遮擋輻射板對假人的直接輻射角度。四、熱排風系統3排風通過消防排煙風機直接排出室外。通過計算確定熱通風系統功率經過冬季、 夏季兩個工況的熱力計算，得到排熱必須的最大風量，確定了使用，風速定為6米/秒，風量 3000立方米/小時。[0034]五、暖體假人2本實施例中，使用美國西北測試科技公司的型號為「NEWTON」的20區暖體假人。本實施例中，使用美國西北測試科技公司的型號為「NEWTON」的20區暖體假人。此模型由環氧金屬組成基本結構，內置加熱裝置、溫度傳感器，同地配備發汗系統。藉助專用的計算機軟體可以進行控制與數據的採集。計算機與假人電控箱相連，電控箱再與假人通過電纜進行連接。發汗系統包括水泵箱、去離子水桶以及水管等組成。六、控制箱5本實施例當中，高溫加熱控制與監測單元以及熱排風控制單元使用一體化設計旋轉於一個控制箱5內。使用PLC自動控制電路，對加熱、熱排風系統進行智能控制、數據記錄。使用觸摸式控制屏幕進行實驗參數的輸入和設定、數據的顯示等。暖體假人2的控制通過運行於計算機上的控制軟體實現，設定軟體中的參數實現假人控制參數的設定。在本實施例當中，對室內溫度、相對溼度、假人表面溫度、服裝內外表面溫度進行測量。在室溫至60°C範圍中，室內相對溫度和相對溼度使用溫溼度傳感器進行監測，在 60°C至400°C範圍內，溫度探測換為使用高溫溫度傳感器進行監測。暖體假人2表面溫度由假人自帶的溫度傳感器進行監測，由軟體完成記錄。採用多個表面熱電阻貼或夾在服裝內、 外之上，對服裝內、外表面的溫度進行監測。同時，使用多通道數據採集儀對環境溫度、相對溼度、服裝內外表面溫度進行數據採集，集體儀與計算機相連實現數據的實時監測與記錄。
權利要求1.一種基於暖體假人的高溫防護服測試實驗系統，其特徵在於，包括高溫艙室(1)，高溫艙室(1)的內部懸空設置有暖體假人O)，高溫艙室(1)內設置有熱排風系統C3)和高溫輻射板G)，熱排風系統( 和高溫輻射板(4)均與控制箱( 連接控制，暖體假人(2)及其周圍的探測器(11)均與假人控制系統及數據採集系統(6)相連。
2.根據權利要求1所述的一種基於暖體假人的高溫防護服測試實驗系統，其特徵在於，所述的高溫艙室⑴由耐高溫板材(7)搭建成空間基礎支撐結構，高溫輻射板⑷豎直放在高溫艙室(1)內，在高溫輻射板(4)與暖體假人( 之間設置有可拆卸的輻射隔板 ⑶。
專利摘要一種基於暖體假人的高溫防護服測試實驗系統，包括高溫艙室，高溫艙室的內部懸空設置有暖體假人，高溫艙室內設置有熱排風系統和高溫輻射板，熱排風系統和高溫輻射板均與控制箱連接控制，暖體假人及其周圍的探測器均與假人控制系統及數據採集系統相連，將假人穿上防護服，加熱進行高溫測試，模擬人體的熱生理過程，使測試結果更貼近真實情況。
文檔編號G01N25/00GK202267664SQ201120355929
公開日2012年6月6日 申請日期2011年9月21日 優先權日2011年9月21日
發明者申世飛, 翁文國, 袁宏永, 韓雪峰 申請人:清華大學