專利名稱：紡織品保溫性能檢測方法
技術領域：
本發明涉及到一種檢測紡織品保溫性能的方法，具體地說是一種定功率測溫差，計算出紡織品保溫率、傳熱系數、克羅值的方法。
背景技術：
目前國內外對于紡織品保溫性能檢測大都采用平板式保溫儀，建立一個只能向上散熱的檢測系統，恒定試驗板、底板、保護板溫度為36±0.5℃，環境溫度20±2℃，以通斷電方式保溫，獲得對試驗板加熱的起停率，隨后以《熱工學》中材料的傳熱系數U＝P/A(Tp-Ta)為基礎；按紡織品保溫性能檢測標準GB11048-89有關公式計算；得出紡織品的保溫率、傳熱系數、克羅值。該方法標準的理論依據是正確、合理的，但“起停率”的測量受到熱慣性的嚴重影響，以至試驗結果波動很大，甚至同一臺儀器同一塊試樣，前后檢測的數據不一致，在不同檢測機構得出的數據更是五花八門。目前，國內各家紡織儀器廠、包括國外儀器廠生產的紡織品保暖儀均是如此，最近紡織工業標準化研究所在全國組織多家單位對現有國內五家生產保溫儀的產品進行了大量的比對檢測，數據表明同一塊試樣，在各單位測得結果差異很大，甚至同臺儀器，前后檢測的結果相差很大。又如美國標準ASTM D1518---2003中12.1總結——在相同設備及一批樣品中進行隨機抽樣的情況下，兩組實驗均由經驗豐富的實驗員完成，則要求95％以上的同一樣品的兩組不同試驗結果試樣的傳熱系數U2的偏差不能超過4.5％。在其他情況下，會出現較大的誤差。12.2中的實驗差異性一個實驗員完成平均2.2％、多個實驗室共同完成平均10.7％，可見既有試樣之間的離散性又有檢測儀器自身較大的偏差。
溫度設上下限，用通斷電來恒定溫度的方法，在底板和保護板上散熱快，熱慣性不大。但在試驗板上就出現嚴重熱慣性問題，當試樣覆蓋后，特別是厚織物時，試驗板向上的散熱很慢，溫度達到上限時，加熱通電雖結束，溫度仍然向上——過沖，試驗板溫度下降很慢，下降0.1℃也需很長時間，并且每次過沖的量也不一致。同樣，當溫度到達下限時，雖及時通電加熱，試驗板的溫度繼續下降，要過一段時間才上升，造成占空比偏差大，直接取通斷電時間作為儀器的檢測度量，那么結果必然會偏差大。
另外，各家生產的儀器，試驗板溫度上下限大都控制0.1℃至0.2℃，例如35.9到36.1℃，而目前儀器所用的溫度傳感器精度要粗于0.1℃，用這樣的傳感器來控制那么小的溫度帶也是造成檢測不準的原因之一。
紡織品保溫性能檢測國際標準ISO11092所應用的儀器，雖然采用持續加溫的方法，但仍然受熱慣性的影響，同樣造成檢測結果偏差很大，該標準允許7.5％的偏差。
迄今為止，織物保暖性能檢測方法，都是采用定溫差，測功率的方法，因此，不可避免有熱慣性的嚴重影響，從未報道過不受熱慣性影響來檢測織物保暖性能指標的方法。

發明內容
本發明的目的針對上述在檢測紡織品保溫性方面存在較大誤差的問題，設計一種檢測機理符合經典熱工學原理，檢測結果準確、重復性較一致的方法，提供國內外紡織品檢測市場，以控制紡織品保溫性能的質量。
本發明是在國家標準GB11048-89的基礎上，采用對試驗板加熱功率逐次逼近、宏觀上連續加溫，采用溫差控制的測試方法。
本發明的理論依據是熱工學的材料傳熱系數計算U＝P/A(Tp-Ta)紡織品保溫性能檢測方法，其特征在于包括以下步驟a、保溫儀通電加熱試驗板、保護板、底板，使三板溫度高于環境溫度16℃b、在溫差16℃附近設上下限，以數次通斷電的方式，使試驗板下表面溫度維持36℃，時間大約30min以上，以最后一次的起停時間之比作為初得起停率t1/t2；c、以初得起停率送出方波脈沖維持試驗板的溫度Ta，自動判斷試驗板溫度Ta與環境溫度Tp的溫差是否在規定的溫差16±0.5℃范圍內，如超出界限，逐次增加或減少方波脈沖的占空比，最終使溫差在規定數值區間內。
d、檢測試驗板溫度與平均環境溫度的實際溫差，根據方波脈沖的最終占空比及試驗板加熱功率代入計算出紡織品保溫性能指標保溫率、傳熱系數及克羅值。
傳熱系數計算公式P＝N*t1/t2；N——發熱功率；t1/t2——起停率
U＝P/A(Tp-Ta)；U——材料的傳熱系數 P——熱量損失；A——試樣面積；Tp-Ta——溫差U2＝Ubp*U1/(Ubp-U1) Ubp——無試樣時系統(空氣、試驗板)的傳熱系數；U1——有試樣時系統(空氣、試樣、試驗板)的傳熱系數；U2——試樣的傳熱系數；克羅值計算公式CLO＝1/(0.155U2)；保溫率計算公式Q＝(1-Q2/Q1)*100％；Q——保溫率(％)；Q1、Q2——無、有試樣時試驗板累計的散熱量；采用加熱功率逐次逼近溫差測試的方法，從宏觀上，試驗板始終不斷地在被24伏方波脈沖頻率30～50赫茲加熱，溫度最終恒定在一個數值上，基本沒有波動。熱工學中明確表示傳熱系數只與溫差有關，與絕對溫度的大小無關，因此，這種定功率測溫差的方法是完全符合熱工學的基本原理。最終加熱脈沖電壓的寬度是恒定的，只要檢測出脈沖電壓的占空比，實際加熱功率就是占空比乘以原加熱功率，這樣加熱功率是一個較精確的值，避免了熱慣性的干擾，16℃左右的溫差檢測對于傳感器來說要求可低些，上下0.1℃對16℃的百分比不多。儀器只需獲得占空比、溫差的數值及固有的試驗板面積，就可得出保溫率、傳熱系數、克羅值指標。這樣對儀器制造要求較低，易獲得較好測試數據的重復性和準確度，應用該方法，還可在軟件編程中加上保溫率、傳熱系數、克羅值在整個檢測過程的實時變化曲線，當三個指標的走勢趨向水平直線時，即為準確地結果，既可在熒屏上顯示，也可打印出實時曲線報告，直觀易懂。
本發明的方法所檢測的結果與采用現有方法所檢測的數據精度有明顯的提高，國內廠家生產的儀器，所檢測的結果，偏差大都要在10％以上，國外，美國ASTM D1518---2003在4.5％；ISO11092在7.5％。而我們經過一段時期的試驗，同一塊試樣在連續近三個月反復檢測試樣傳熱系數U2的偏差在3％以下；空板試驗的Q1的偏差在1％以下，達到了領先水平。


圖1為紡織品保溫性能檢測儀結構示意圖。
圖中1為進風筒，2為外罩，3為試驗板，4為保護板，5為試驗板加熱板，6為保護板加熱板，7為隔熱板，8為底板，9為底板溫度取樣點，10為底板加熱板，11是試驗板溫度取樣點，12是保護板溫度取樣點。
圖2為圖1的電腦結構框圖。
圖3為試驗板加溫功率逐次逼近控制流程圖。
具體實施例方式
本發明所述的檢測方法采用平板式保溫儀為基本測試手段，依據熱工學原理，材料傳熱系數計算公式，計算紡織品保溫性能的各項數據。如圖1所示，測試儀內部安裝有試樣板、保護板和底板，各加熱板由絕熱材料相隔開，確保測試溫度的準確性。為使試樣不受周圍空氣的影響，外圍安裝透明罩，透明罩前開門，頂部開有透窗。圖2所示為微電腦控制系統和數據處理中心，采用單片機U1(ATMEL89C55WD)和單片機U2(ATMEL89C2051)雙CPU控制，單片機U2的功能是對溫度傳感器的溫度進行采樣讀取，溫度傳感器采用DS18B20，它的溫度讀取精度為0.075℃，為了準確的得到試驗板上的溫度，在試驗板上安裝了四個溫度傳感器，保護板和底板各一個，共七個單片機，U2對各溫度傳感器進行循環讀取并將讀取數據傳送給單片機U1，由U1的CPU對接收到的溫度數據通過專門設計電腦軟件根據國家標準GB11048-89中的熱工學公式進行處理，同時把處理后數據顯示出來；并通過所得的溫度數據對試驗板、保護板的電加熱進行控制。
為了得到檢測結果偏差小，重復性好，首先對檢測外在條件作相同的限定。
風速問題試驗結果是風速越大，保暖率越大。目前平板式織物保溫儀說是無風的，實際上是有風的，為使測試結果相一致，本方法限定風速為1米/秒。
試樣在標準溫濕度下的平衡時間含濕總量高的織物需要48小時以上的平衡，本方法限定48小時的調濕時間，以得到穩定的保溫性能測試數據。
試樣尺寸對于檢測來說，試樣大代表性好，但考慮要送風，且要均勻，本方法限定試驗板面積為15cm×15cm，試樣面積為25cm×25cm或30cm×30cm，便于把保護板全部蓋住。
試驗時間為達到溫度梯度平衡，需2小時以上，本方法采用專用軟件來判斷所述試驗板、保護板和底板的溫度保持穩定并維持1～2分鐘，得到重復性好，可靠的數據。
以試驗A和試樣B為例結合圖3簡述定功率測溫差的控制過程。
設置溫差為16℃，恒定風速1米/秒，試樣面積300×300mm。
打開電源，通過按鍵選擇，進入測試界面，先進入空白試驗，然后依次測試A和B試樣。
儀器自動執行以下控制程序溫度控制程序先判斷粗調(00)還是細調。(000)在粗調狀態下全功率給試驗板、保護板、底板加熱，實時檢測試驗板、保護板、底板的溫度。測試板、保護板、底板在加溫狀態，溫度是上升的，并且它們與環境的溫差大于設置溫差16℃，停止對試驗板、保護板、底板加熱(01～03)。試驗板、保護板、底板在停止加溫狀態，溫度是下降的，并且它們與環境的溫差小于設置溫差16℃(02～04)，啟動對試驗板、保護板、底板加熱，以維持測試板、保護板和底板的恒溫(06～08)。在測試狀態下(010)，試驗板達到設置溫差16℃后，經過設置的加熱周期(一個加熱周期為一個加熱過程和一個停止加熱過程)后，啟動對加熱過程和停止加熱過程進行計時，得出加熱過程與停止加熱過程的時間之比，根據這個比值，以一定的頻率控制測試板的加熱功率，并置細調標志(013～021)。
在細調狀態下，保護板或底板在加溫狀態，溫度是上升的并且溫度大于測試板溫度(001)，停止保護板或底板加熱(003)；保護板或底板在停止加溫狀態，溫度是下降的并且溫度小于試驗板溫度(006)，啟動保護板或底板加熱(008)，維持保護板和底板的溫度跟試驗板溫度相同。
如在5分鐘內，試驗板與環境溫度的溫差在15.5℃～16.5℃，可以進行最后的數據測試，保護板和底板與試驗度的溫差在±0.1℃范圍內，讀取試驗板和環境的平均溫度(101、110、111)。
如在5分鐘內，試驗板與環境溫度的溫差在15.5℃～16.5℃之外，根據溫差調整輸出功率的占空比，改變輸出功率，來改變試驗板的溫度，以達到測試所需要的溫度(102～106)。
根據試驗得到的溫差Tp-Ta、輸出功率的占空比t1/t2，計算出試樣A的U2、CLO、Q2。
放入試樣B，選擇同樣試驗條件，儀器重復執行控制程序，得出試樣B的溫差Tp’-Ta’、輸出功率的占空比t1’/t2’計算出試樣B的U2、CLO、Q2。
在不同的時間段，對保溫性能好的試樣A和保溫性能差的試樣B進行了多次的試驗。得出下表數據。
表1樣機在不同日期檢測同塊試樣的部分數據

對儀器來說，無試樣散熱量Q1是一個很重要的系數，在空氣流動速度，溫度、濕度，相對穩定的情況下，Q1應該是一個相對穩定的。表1的數據也證明了這一結果。
對試樣A和試樣B的測試，從表1的數據可以看出CV值都小于或遠小于3％，好于美國標準ASTM 1518-1985(2003)中要求的4.5％和國際標準ISO11092的7.5％而且重復性好。從而也達到了我們設計的目的。
應用該方法，還可在軟件編程中加上保溫率、傳熱系數、克羅值在整個檢測過程的實時變化曲線，當三個指標的走勢趨向水平直線時，即為準確可靠的數據，既可在熒屏上顯示，也可打印出實時曲線報告，直觀易懂。
權利要求
1.紡織品保溫性能檢測方法，其特征在于包括以下步驟a、保溫儀通電加熱試驗板、保護板、底板，使三板溫度高于環境溫度16℃；b、在溫差16℃附近設上下限，以數次通斷電的方式，使試驗板下表面溫度維持36℃，時間大約30min以上，以最后一次的起停時間之比作為初得起停率t1/t2；c、以初得起停率送出方波脈沖維持試驗板的溫度Ta，自動判斷試驗板溫度Ta與環境溫度Tp的溫差是否在規定的溫差16±0.5℃范圍內，如超出界限，逐次增加或減少方波脈沖的占空比，最終使溫差在規定數值區間內。d、檢測試驗板溫度與平均環境溫度的實際溫差，根據方波脈沖的最終占空比及試驗板加熱功率代入計算出紡織品保溫性能指標保溫率、傳熱系數及克羅值。
2.根據權利要求1所述的紡織品保溫性能檢測方法，其特征是方波脈沖電壓為24V，頻率為30～50Hz。
3.根據權利要求1所述的紡織品保溫性能檢測方法，其特征是試驗板面積為15cm×15cm，試樣面積為25cm×25cm或30cm×30cm。
4.根據權利要求1所述的紡織品保溫性能檢測方法，其特征是保溫儀保溫測試限定風速為1米/秒。
5.根據權利要求1所述的紡織品保溫性能檢測方法，其特征是保溫儀溫度控制在粗調狀態下全功率給試驗板、保護板、底板加熱，實時檢測試驗板、保護板、底板的溫度。
6.根據權利要求1所述的紡織品保溫性能檢測方法，其特征是保溫儀溫度控制在細調狀態下維持保護板和底板的溫度跟試驗板溫度相同。
7.根據權利要求1所述的紡織品保溫性能檢測方法，其特征是保溫儀在5分鐘內，試驗板與環境溫度差在15.5℃～16.5℃，保護板和底板與試驗度的溫差在±0.1℃范圍內，讀取試驗板和環境的平均溫度。
8.根據權利要求1所述的紡織品保溫性能檢測方法，其特征是保溫儀內試驗板、保護板和底板的溫度保持穩定并維持1～2分鐘，得到重復性好，可靠的數據。
9.根據權利要求1所述的紡織品保溫性能檢測方法，其特征是當保溫儀測出的保溫率、傳熱系數、克羅值的實時變化曲線走勢趨向水平直線時，即為準確可靠的數據。
全文摘要
紡織品保溫性能檢測方法，包括保溫儀通電加熱試驗板、保護板、底板，使三板溫度高于環境溫度16℃；在溫差16℃附近設上下限，以數次通斷電方式，使試驗板下表面溫度維持36℃，以最后一次起停時間之比作為初得起停率t
文檔編號G01N25/18GK1959393SQ20061015483
公開日2007年5月9日 申請日期2006年11月20日 優先權日2006年11月20日
發明者胡君偉, 沈建明, 陳賢軍 申請人:寧波紡織儀器廠