专利名称：纺织品保温性能检测方法
技术领域：
本发明涉及到一种检测纺织品保温性能的方法，具体地说是一种定功率测温差，计算出纺织品保温率、传热系数、克罗值的方法。
背景技术：
目前国内外对于纺织品保温性能检测大都采用平板式保温仪，建立一个只能向上散热的检测系统，恒定试验板、底板、保护板温度为36±0.5℃，环境温度20±2℃，以通断电方式保温，获得对试验板加热的起停率，随后以《热工学》中材料的传热系数U＝P/A(Tp-Ta)为基础；按纺织品保温性能检测标准GB11048-89有关公式计算；得出纺织品的保温率、传热系数、克罗值。该方法标准的理论依据是正确、合理的，但“起停率”的测量受到热惯性的严重影响，以至试验结果波动很大，甚至同一台仪器同一块试样，前后检测的数据不一致，在不同检测机构得出的数据更是五花八门。目前，国内各家纺织仪器厂、包括国外仪器厂生产的纺织品保暖仪均是如此，最近纺织工业标准化研究所在全国组织多家单位对现有国内五家生产保温仪的产品进行了大量的比对检测，数据表明同一块试样，在各单位测得结果差异很大，甚至同台仪器，前后检测的结果相差很大。又如美国标准ASTM D1518---2003中12.1总结——在相同设备及一批样品中进行随机抽样的情况下，两组实验均由经验丰富的实验员完成，则要求95％以上的同一样品的两组不同试验结果试样的传热系数U2的偏差不能超过4.5％。在其他情况下，会出现较大的误差。12.2中的实验差异性一个实验员完成平均2.2％、多个实验室共同完成平均10.7％，可见既有试样之间的离散性又有检测仪器自身较大的偏差。
温度设上下限，用通断电来恒定温度的方法，在底板和保护板上散热快，热惯性不大。但在试验板上就出现严重热惯性问题，当试样覆盖后，特别是厚织物时，试验板向上的散热很慢，温度达到上限时，加热通电虽结束，温度仍然向上——过冲，试验板温度下降很慢，下降0.1℃也需很长时间，并且每次过冲的量也不一致。同样，当温度到达下限时，虽及时通电加热，试验板的温度继续下降，要过一段时间才上升，造成占空比偏差大，直接取通断电时间作为仪器的检测度量，那么结果必然会偏差大。
另外，各家生产的仪器，试验板温度上下限大都控制0.1℃至0.2℃，例如35.9到36.1℃，而目前仪器所用的温度传感器精度要粗于0.1℃，用这样的传感器来控制那么小的温度带也是造成检测不准的原因之一。
纺织品保温性能检测国际标准ISO11092所应用的仪器，虽然采用持续加温的方法，但仍然受热惯性的影响，同样造成检测结果偏差很大，该标准允许7.5％的偏差。
迄今为止，织物保暖性能检测方法，都是采用定温差，测功率的方法，因此，不可避免有热惯性的严重影响，从未报道过不受热惯性影响来检测织物保暖性能指标的方法。
发明内容
本发明的目的针对上述在检测纺织品保温性方面存在较大误差的问题，设计一种检测机理符合经典热工学原理，检测结果准确、重复性较一致的方法，提供国内外纺织品检测市场，以控制纺织品保温性能的质量。
本发明是在国家标准GB11048-89的基础上，采用对试验板加热功率逐次逼近、宏观上连续加温，采用温差控制的测试方法。
本发明的理论依据是热工学的材料传热系数计算U＝P/A(Tp-Ta)纺织品保温性能检测方法，其特征在于包括以下步骤a、保温仪通电加热试验板、保护板、底板，使三板温度高于环境温度16℃b、在温差16℃附近设上下限，以数次通断电的方式，使试验板下表面温度维持36℃，时间大约30min以上，以最后一次的起停时间之比作为初得起停率t1/t2；c、以初得起停率送出方波脉冲维持试验板的温度Ta，自动判断试验板温度Ta与环境温度Tp的温差是否在规定的温差16±0.5℃范围内，如超出界限，逐次增加或减少方波脉冲的占空比，最终使温差在规定数值区间内。
d、检测试验板温度与平均环境温度的实际温差，根据方波脉冲的最终占空比及试验板加热功率代入计算出纺织品保温性能指标保温率、传热系数及克罗值。
传热系数计算公式P＝N*t1/t2；N——发热功率；t1/t2——起停率
U＝P/A(Tp-Ta)；U——材料的传热系数 P——热量损失；A——试样面积；Tp-Ta——温差U2＝Ubp*U1/(Ubp-U1) Ubp——无试样时系统(空气、试验板)的传热系数；U1——有试样时系统(空气、试样、试验板)的传热系数；U2——试样的传热系数；克罗值计算公式CLO＝1/(0.155U2)；保温率计算公式Q＝(1-Q2/Q1)*100％；Q——保温率(％)；Q1、Q2——无、有试样时试验板累计的散热量；采用加热功率逐次逼近温差测试的方法，从宏观上，试验板始终不断地在被24伏方波脉冲频率30～50赫兹加热，温度最终恒定在一个数值上，基本没有波动。热工学中明确表示传热系数只与温差有关，与绝对温度的大小无关，因此，这种定功率测温差的方法是完全符合热工学的基本原理。最终加热脉冲电压的宽度是恒定的，只要检测出脉冲电压的占空比，实际加热功率就是占空比乘以原加热功率，这样加热功率是一个较精确的值，避免了热惯性的干扰，16℃左右的温差检测对于传感器来说要求可低些，上下0.1℃对16℃的百分比不多。仪器只需获得占空比、温差的数值及固有的试验板面积，就可得出保温率、传热系数、克罗值指标。这样对仪器制造要求较低，易获得较好测试数据的重复性和准确度，应用该方法，还可在软件编程中加上保温率、传热系数、克罗值在整个检测过程的实时变化曲线，当三个指标的走势趋向水平直线时，即为准确地结果，既可在荧屏上显示，也可打印出实时曲线报告，直观易懂。
本发明的方法所检测的结果与采用现有方法所检测的数据精度有明显的提高，国内厂家生产的仪器，所检测的结果，偏差大都要在10％以上，国外，美国ASTM D1518---2003在4.5％；ISO11092在7.5％。而我们经过一段时期的试验，同一块试样在连续近三个月反复检测试样传热系数U2的偏差在3％以下；空板试验的Q1的偏差在1％以下，达到了领先水平。
图1为纺织品保温性能检测仪结构示意图。
图中1为进风筒，2为外罩，3为试验板，4为保护板，5为试验板加热板，6为保护板加热板，7为隔热板，8为底板，9为底板温度取样点，10为底板加热板，11是试验板温度取样点，12是保护板温度取样点。
图2为图1的电脑结构框图。
图3为试验板加温功率逐次逼近控制流程图。
具体实施例方式
本发明所述的检测方法采用平板式保温仪为基本测试手段，依据热工学原理，材料传热系数计算公式，计算纺织品保温性能的各项数据。如图1所示，测试仪内部安装有试样板、保护板和底板，各加热板由绝热材料相隔开，确保测试温度的准确性。为使试样不受周围空气的影响，外围安装透明罩，透明罩前开门，顶部开有透窗。图2所示为微电脑控制系统和数据处理中心，采用单片机U1(ATMEL89C55WD)和单片机U2(ATMEL89C2051)双CPU控制，单片机U2的功能是对温度传感器的温度进行采样读取，温度传感器采用DS18B20，它的温度读取精度为0.075℃，为了准确的得到试验板上的温度，在试验板上安装了四个温度传感器，保护板和底板各一个，共七个单片机，U2对各温度传感器进行循环读取并将读取数据传送给单片机U1，由U1的CPU对接收到的温度数据通过专门设计电脑软件根据国家标准GB11048-89中的热工学公式进行处理，同时把处理后数据显示出来；并通过所得的温度数据对试验板、保护板的电加热进行控制。
为了得到检测结果偏差小，重复性好，首先对检测外在条件作相同的限定。
风速问题试验结果是风速越大，保暖率越大。目前平板式织物保温仪说是无风的，实际上是有风的，为使测试结果相一致，本方法限定风速为1米/秒。
试样在标准温湿度下的平衡时间含湿总量高的织物需要48小时以上的平衡，本方法限定48小时的调湿时间，以得到稳定的保温性能测试数据。
试样尺寸对于检测来说，试样大代表性好，但考虑要送风，且要均匀，本方法限定试验板面积为15cm×15cm，试样面积为25cm×25cm或30cm×30cm，便于把保护板全部盖住。
试验时间为达到温度梯度平衡，需2小时以上，本方法采用专用软件来判断所述试验板、保护板和底板的温度保持稳定并维持1～2分钟，得到重复性好，可靠的数据。
以试验A和试样B为例结合图3简述定功率测温差的控制过程。
设置温差为16℃，恒定风速1米/秒，试样面积300×300mm。
打开电源，通过按键选择，进入测试界面，先进入空白试验，然后依次测试A和B试样。
仪器自动执行以下控制程序温度控制程序先判断粗调(00)还是细调。(000)在粗调状态下全功率给试验板、保护板、底板加热，实时检测试验板、保护板、底板的温度。测试板、保护板、底板在加温状态，温度是上升的，并且它们与环境的温差大于设置温差16℃，停止对试验板、保护板、底板加热(01～03)。试验板、保护板、底板在停止加温状态，温度是下降的，并且它们与环境的温差小于设置温差16℃(02～04)，启动对试验板、保护板、底板加热，以维持测试板、保护板和底板的恒温(06～08)。在测试状态下(010)，试验板达到设置温差16℃后，经过设置的加热周期(一个加热周期为一个加热过程和一个停止加热过程)后，启动对加热过程和停止加热过程进行计时，得出加热过程与停止加热过程的时间之比，根据这个比值，以一定的频率控制测试板的加热功率，并置细调标志(013～021)。
在细调状态下，保护板或底板在加温状态，温度是上升的并且温度大于测试板温度(001)，停止保护板或底板加热(003)；保护板或底板在停止加温状态，温度是下降的并且温度小于试验板温度(006)，启动保护板或底板加热(008)，维持保护板和底板的温度跟试验板温度相同。
如在5分钟内，试验板与环境温度的温差在15.5℃～16.5℃，可以进行最后的数据测试，保护板和底板与试验度的温差在±0.1℃范围内，读取试验板和环境的平均温度(101、110、111)。
如在5分钟内，试验板与环境温度的温差在15.5℃～16.5℃之外，根据温差调整输出功率的占空比，改变输出功率，来改变试验板的温度，以达到测试所需要的温度(102～106)。
根据试验得到的温差Tp-Ta、输出功率的占空比t1/t2，计算出试样A的U2、CLO、Q2。
放入试样B，选择同样试验条件，仪器重复执行控制程序，得出试样B的温差Tp’-Ta’、输出功率的占空比t1’/t2’计算出试样B的U2、CLO、Q2。
在不同的时间段，对保温性能好的试样A和保温性能差的试样B进行了多次的试验。得出下表数据。
表1样机在不同日期检测同块试样的部分数据
对仪器来说，无试样散热量Q1是一个很重要的系数，在空气流动速度，温度、湿度，相对稳定的情况下，Q1应该是一个相对稳定的。表1的数据也证明了这一结果。
对试样A和试样B的测试，从表1的数据可以看出CV值都小于或远小于3％，好于美国标准ASTM 1518-1985(2003)中要求的4.5％和国际标准ISO11092的7.5％而且重复性好。从而也达到了我们设计的目的。
应用该方法，还可在软件编程中加上保温率、传热系数、克罗值在整个检测过程的实时变化曲线，当三个指标的走势趋向水平直线时，即为准确可靠的数据，既可在荧屏上显示，也可打印出实时曲线报告，直观易懂。
权利要求
1.纺织品保温性能检测方法，其特征在于包括以下步骤a、保温仪通电加热试验板、保护板、底板，使三板温度高于环境温度16℃；b、在温差16℃附近设上下限，以数次通断电的方式，使试验板下表面温度维持36℃，时间大约30min以上，以最后一次的起停时间之比作为初得起停率t1/t2；c、以初得起停率送出方波脉冲维持试验板的温度Ta，自动判断试验板温度Ta与环境温度Tp的温差是否在规定的温差16±0.5℃范围内，如超出界限，逐次增加或减少方波脉冲的占空比，最终使温差在规定数值区间内。d、检测试验板温度与平均环境温度的实际温差，根据方波脉冲的最终占空比及试验板加热功率代入计算出纺织品保温性能指标保温率、传热系数及克罗值。
2.根据权利要求1所述的纺织品保温性能检测方法，其特征是方波脉冲电压为24V，频率为30～50Hz。
3.根据权利要求1所述的纺织品保温性能检测方法，其特征是试验板面积为15cm×15cm，试样面积为25cm×25cm或30cm×30cm。
4.根据权利要求1所述的纺织品保温性能检测方法，其特征是保温仪保温测试限定风速为1米/秒。
5.根据权利要求1所述的纺织品保温性能检测方法，其特征是保温仪温度控制在粗调状态下全功率给试验板、保护板、底板加热，实时检测试验板、保护板、底板的温度。
6.根据权利要求1所述的纺织品保温性能检测方法，其特征是保温仪温度控制在细调状态下维持保护板和底板的温度跟试验板温度相同。
7.根据权利要求1所述的纺织品保温性能检测方法，其特征是保温仪在5分钟内，试验板与环境温度差在15.5℃～16.5℃，保护板和底板与试验度的温差在±0.1℃范围内，读取试验板和环境的平均温度。
8.根据权利要求1所述的纺织品保温性能检测方法，其特征是保温仪内试验板、保护板和底板的温度保持稳定并维持1～2分钟，得到重复性好，可靠的数据。
9.根据权利要求1所述的纺织品保温性能检测方法，其特征是当保温仪测出的保温率、传热系数、克罗值的实时变化曲线走势趋向水平直线时，即为准确可靠的数据。
全文摘要
纺织品保温性能检测方法，包括保温仪通电加热试验板、保护板、底板，使三板温度高于环境温度16℃；在温差16℃附近设上下限，以数次通断电方式，使试验板下表面温度维持36℃，以最后一次起停时间之比作为初得起停率t
文档编号G01N25/18GK1959393SQ20061015483
公开日2007年5月9日 申请日期2006年11月20日 优先权日2006年11月20日
发明者胡君伟, 沈建明, 陈贤军 申请人:宁波纺织仪器厂