一种用于测试服装用电加热片加热功能的系统及方法与流程

1.本发明属于物理检测领域，具体涉及一种用于测试服装用电加热片加热功能的系统及方法。


背景技术：

2.目前服装用电加热片没有特定的检测方法和仪器，国内外研究中主要以红外成像仪检测其温度和温度变化，并据此评价其加热功能。红外成像仪在使用中必须与被测表面保持一定距离，因此要求测试空间较大，难以在小型环境箱中使用。测试时，仪器和被测表面之间不能有任何光学遮挡，待测样品表面不能包覆任何面料，因此无法模拟加热片在服装中的实际工作状态(因为在实际使用中,电加热片通常是配置在冬装里使用的,如果实验时不进行包覆,测试的环境与实际使用环境的差异是巨大的,所得到的数据也就不具备参考价值)。另外该类仪器通常为手动操作，能够自动测量并记录温度数据的型号较为昂贵。
3.目前还有少数研究中采用电阻式测温仪进行接触式测温，采用该类测温仪进行测试时往往是单点测温，效率低，重现性差，操作繁琐。
4.而且，现有的仪器和方法都需要人工进行数据筛选和处理，经过大量计算后才能得到平均温度、升温速度、温度分布系数等数据。
5.目前我国的服装用电加热片的年生产量已超百万件，但各生产企业和应用单位还没有统一、规范的检测和评价其加热功能的仪器和方法，从而使应用中无法准确提出适当的技术指标。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种用于测试服装用电加热片加热功能的系统及方法，能够测得加热片在包覆状态下的多个点的温度，供服装用电加热片的研究者、生产者、使用者在统一的条件下对其进行分析、检测和评价，获得具有可比性的技术参数。
7.本发明是通过以下技术方案实现的：
8.本发明的第一个方面，提供了一种用于测试服装用电加热片加热功能的系统，所述用于测试服装用电加热片加热功能的系统包括：柜体，所述柜体被分隔成环境箱和设备箱；
9.在所述环境箱内腔中的底部设置有测试平台，在所述测试平台上设置有加热片测试包，待测试的电加热片放置在加热片测试包内；
10.在所述环境箱内设置有加热片温度测试装置，用于测试电加热片的温度；
11.在所述设备箱内设置有温湿度控制装置，用于控制环境箱内的温度和湿度。
12.本发明的进一步改进在于，所述加热片测试包为具有开口的袋状结构，其包括上片和下片，上片和下片均采用织物或絮片；
13.上片和下片缝合形成袋状结构，留有开口；
14.在所述上片上开有多个卡槽孔，每个卡槽孔将加热片测试包的外部与加热片测试包的内腔连通；
15.在每个卡槽孔内均设置有一个卡槽，每一个卡槽就是一个测温点。
16.优选的，多个卡槽均匀分布在所述上片上；
17.在所述上片的几何中心处设置有卡槽。
18.本发明的进一步改进在于，所述加热片温度测试装置包括多条测温导线，每条测温导线的一端与测温探头连接；
19.每个所述测温探头能够插入到所述加热片测试包上的一个卡槽内，并与位于加热片测试包内的加热片直接接触。
20.本发明的进一步改进在于，所述测试平台为凸台，该凸台采用隔热材料制成。
21.本发明的进一步改进在于，在所述环境箱内还设置有温度传感器和湿度传感器，用于检测环境箱内的温度和湿度；
22.在所述设备箱内还设置有环境箱温湿度显示记录仪、加热片温度显示记录仪和数据处理输出装置；所述数据处理输出装置包括单片机和显示屏；
23.在所述设备箱的前面板上设有多个开口，分别安装环境箱温湿度显示记录仪的显示屏、加热片温度显示记录仪的显示屏、数据处理输出装置的显示屏；
24.每条所述测温导线的另一端与加热片温度显示记录仪连接，所述加热片温度显示记录仪再与数据处理输出装置连接；所述加热片温度记录仪采用多通道温度记录仪；
25.所述温度传感器、湿度传感器分别通过电线与环境箱温湿度显示记录仪连接；
26.在所述环境箱的前侧设置有能够开合的前面板；
27.在所述设备箱的一侧或者后侧设置有能够开合的侧面板或者后面板。
28.本发明的第二个方面，提供了一种测试服装用电加热片加热功能的方法，所述方法包括：
29.选择加热片测试包，然后将加热片置于加热片测试包中；
30.将加热片测试包放置在测试平台上，将加热片温度测试装置的测温探头与加热片测试包上的卡槽相连；将电加热片连接电源；
31.将环境箱中的温度和湿度调整到测试所需的温度和湿度；
32.开启电加热片使其处于工作状态；
33.加热片温度测试装置连续测量各个测温点的温度，获得特定温度、湿度条件下、特定包覆条件下的电加热片表面的温度；
34.待电加热片表面温度稳定后，每个测温点的温度值为该测温点的稳定工作温度值；
35.利用加热片温度测试装置测得的温度获得电加热片的质量指标。
36.本发明的进一步改进在于，所述利用加热片温度测试装置测得的温度获得电加热片的质量指标的操作包括：
37.利用下式计算获得电加热片平均最高温度值t
max
：
[0038][0039]
其中，t
max
为电加热片平均最高温度值，单位为k；
[0040]
t
i
为电加热片上第i点的稳定工作温度值，单位为k；
[0041]
n为测温点的个数。
[0042]
本发明的进一步改进在于，所述利用加热片温度测试装置测得的温度获得电加热片的质量指标的操作包括：
[0043]
利用下式计算获得温度分布系数α：
[0044][0045]
其中:t
z
为电加热片的几何中心处的稳定工作温度值，单位为k；
[0046]
t
i
为电加热片上第i点的稳定工作温度值，单位为k；
[0047]
n为除几何中心处测温点外的测温点的个数；
[0048]
α为温度分布系数。
[0049]
本发明的进一步改进在于，所述利用加热片温度测试装置测得的温度获得电加热片的质量指标的操作包括：
[0050]
对每个测温点，利用下式计算获得该测温点的升温速率：
[0051]
v＝δt/δt
[0052]
其中：v为升温速率，单位为k/min；
[0053]
δt为温度差，单位为k；
[0054]
δt为升高δt所需的时间，单位为min；
[0055]
然后，对各个测温点的升温速率取算术平均值得到该电加热片的平均升温速率。
[0056]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用本发明在测试时能够对电加热片进行包覆，进而更准确地模拟了加热片在服装内的使用工况，而且能够测得电加热片上多点的升温曲线,并计算出有效加热面积内的平均温度、温度不均匀度和升温速率，利用这些数据能够对电加热片的加热功能进行科学测评。
[0057]
利用本发明保证了相关数据是在特定温湿度条件下获得的，因此测得的数据更具有可比性和可参考性。而且包覆面料的厚度、材质和热阻值作为测试条件列出，可更加准确地评价加热片本身的加热功能。
附图说明
[0058]
图1本发明系统的组成结构示意图；
[0059]
图2本发明系统中的加热片测试包的结构示意图；
[0060]
图3
‑
1本发明实施例一中第一个测试点的温度曲线；
[0061]
图3
‑
2本发明实施例一中第二个测试点的温度曲线；
[0062]
图3
‑
3本发明实施例一中第三个测试点的温度曲线；
[0063]
图3
‑
4本发明实施例一中第四个测试点的温度曲线；
[0064]
图3
‑
5本发明实施例一中第五个测试点的温度曲线；
[0065]
图3
‑
6本发明实施例一中第六个测试点的温度曲线；
[0066]
图3
‑
7本发明实施例一中第七个测试点的温度曲线；
[0067]
图3
‑
8本发明实施例一中第八个测试点的温度曲线；
[0068]
图3
‑
9本发明实施例一中第九个测试点的温度曲线；
[0069]
图4
‑
1本发明实施例二中第一个测试点的温度曲线；
[0070]
图4
‑
2本发明实施例二中第二个测试点的温度曲线；
[0071]
图4
‑
3本发明实施例二中第三个测试点的温度曲线；
[0072]
图4
‑
4本发明实施例二中第四个测试点的温度曲线；
[0073]
图4
‑
5本发明实施例二中第五个测试点的温度曲线；
[0074]
图中：01——环境箱；02——测试平台；03——环境箱温湿度显示记录仪；04——温湿度控制装置；05——加热片温度测试装置；06——加热片温度显示记录仪；07——数据处理输出装置；10——加热片测试包；11——卡槽。
具体实施方式
[0075]
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
[0076]
如图1所示，本发明用于测试服装用电加热片加热功能的系统包括：柜体，所述柜体被隔板分隔成两部分，上方为环境箱01，下方为设备箱，在所述环境箱01的前侧设置有能够开合的前面板，便于打开前面板，放入和取出样品，实验时关上前面板。在设备箱的一侧或者后侧设置有可以开合的侧面板或者后面板，便于打开设备箱对里面的设备进行维护，在所述设备箱的前面板上设置有多个显示屏。
[0077]
具体的，在所述环境箱01的内腔中的底部设置有测试平台02，所述测试平台02是设置在隔板上的一个凸台，该凸台采用隔热材料制成。隔热材料采用现有的多种隔热材料即可，例如玻璃纤维复合材料等。
[0078]
在所述环境箱01内设置有加热片温度测试装置05。为了模拟加热片被包覆的使用状态，本发明用于测试服装用电加热片加热功能的系统还包括加热片测试包10。测试时，加热片放置在加热片测试包10内，所述加热片测试包10放置在所述测试平台02上。
[0079]
具体的，在所述环境箱01的内腔中的一侧设置有加热片温度测试装置05，所述加热片温度测试装置05包括多条测温导线，每条测温导线的一端与一个测温探头连接。所述测温探头可采用目前常用的铂电阻类或热电偶类温度探头，在测试温度范围内精度能达到
±
1℃即可，最好达到
±
0.5℃。
[0080]
优选的，每个所述测温探头均采用pt100贴片式铂热电阻温度传感器，其为凸起结构，能够插入到测试包内直接接触加热片的表面，进而测试加热片的表面温度。
[0081]
具体的，所述加热片测试包10的如图2所示，其为具有开口的袋状结构，包括上片和下片，上片和下片均可以采用织物或絮片，可根据测试条件选择相应厚度和热阻值的织物或絮片，将上片和下片缝合形成袋状结构，例如将上片、下片的3条边缝合(图2中用虚线表示了缝合处)，1条边不缝合，即留下开口，以便从开口放入待测的电加热片样品。
[0082]
在所述上片上开有多个卡槽孔，每个卡槽孔将加热片测试包10的外部与加热片测试包10的内腔连通，在每个卡槽孔内均设置有一个卡槽11。卡槽11可以采用铆接或者其它现有的多种连接方式安装在上片上。所述加热片温度测试装置05中的每个测温导线上的测温探头能够插入到一个卡槽11内，该卡槽11能够将所述测温探头卡住，测温探头也可以从卡槽11内拔出。当测温探头插入到卡槽11后，测温探头伸入到加热片测试包10的内腔中与
位于加热片测试包10内的电加热片直接接触，进而测得电加热片的表面温度，测温探头从卡槽11拔出后，测温探头与电加热片不再接触。卡槽采用能够插拔测温探头的卡槽结构即可，在此不再赘述。
[0083]
这样，由于测温探头是穿过上片后与电加热片直接接触，测试的是电加热片的表面温度，而电加热片是放置在测试包内的，通过这种结构很好地模拟了电加热片被衣物包覆的使用工况。
[0084]
优选的，多个卡槽均匀分布在上片上，每一个卡槽就是一个测温点。更优选的，在上片的几何中心处设置有卡槽，使用时，将电加热片的几何中心与上片的几何中心对齐，即可测得加热片的几何中心处的温度。图2所示的实施例中设置了9个测温点，也可以根据需要设置更多或者更少的测温点，实际测试中也可以不接通全部的测温点，只根据需要选择接通相应的测温点即可，温度测试频率不低于1次/min，例如通常的测试频率是10秒钟测1次。
[0085]
进一步的，在所述环境箱01内还设置有温度传感器和湿度传感器，用于检测环境箱01内的温度和湿度。温度传感器和湿度传感器均采用现有市售产品即可，在此不再赘述。
[0086]
在所述设备箱内设置有温湿度控制装置04、环境箱温湿度显示记录仪03、加热片温度显示记录仪06和数据处理输出装置07。由于温湿度控制装置04的体积较大，因此优选的将其放置在环境箱01下方的设备箱内。环境箱温湿度显示记录仪03、加热片温度显示记录仪06、数据处理输出装置07固定安装在设备箱中的适当位置即可。
[0087]
所述数据处理输出装置07包括单片机和显示屏，在所述设备箱的前面板上设有多个开口，分别安装环境箱温湿度显示记录仪03的显示屏、加热片温度显示记录仪06的显示屏、数据处理输出装置07的显示屏，使得各个显示屏外露，便于观察各个显示屏显示的内容。
[0088]
每条所述测温导线的另一端与加热片温度显示记录仪06连接，加热片温度显示记录仪06再与数据处理输出装置07连接，各个测温探头测得的温度经过测温导线传输给加热片温度显示记录仪06，再通过加热片温度显示记录仪06发送给数据处理输出装置07。实际设计时，可以在环境箱的侧壁上开孔，将各条测温导线穿过该孔，测温导线穿出后可以从外部走线接入到设备箱中的加热片温度显示记录仪06上，环境箱侧壁上的孔能够将各条导线固定并能够密封，例如可以采用密封胶等现有的密封方式进行密封。
[0089]
具体的，所述温湿度控制装置04可采用与现有的恒温恒湿环境箱类似的技术，包括：制冷装置、加热装置和加湿、除湿装置，用以控制环境箱01内的温度和湿度，其可保持环境箱01内的温度在
‑
40
‑
20℃、相对湿度在5
‑
80％范围内恒定，其通过出风口调节环境箱01内的温湿度，出风口和回风口均匀分布即可，具体的，可以在环境箱01的底板上或者侧板上开有出风口和回风口，温湿度控制装置04通过管路分别与出风口、回风口连接，出风口、回风口的位置可以根据实际情况进行设置。
[0090]
位于所述环境箱01内的温度传感器、湿度传感器分别通过电线与位于设备箱中的环境箱温湿度显示记录仪03连接，两者的测试数据能够显示在环境箱温湿度记录仪03的显示屏上。制冷装置、加热装置和加湿、除湿装置均采用现有市售产品即可，环境箱温湿度显示记录仪03、加热片温度显示记录仪06均可以采用目前常用的无纸记录仪，在此不再赘述。
[0091]
优选的，所述加热片温度记录仪06可采用目前常用的多通道温度记录仪,它可以
显示多个测温点的实时温度数据，也可以同时记录储存大量数据。该仪器安装在设备箱内，显示屏朝外，使用者可以观察数据，并控制开关。
[0092]
数据处理输出装置07的单片机能够利用加热片温度测试装置05测得的温度数据计算出平均最高温度、温度不均匀度以及升温速率等结果数据(利用下面给出的各个公式进行计算)，并在其显示屏上进行显示。所有原始数据和计算结果均可存储并输出。
[0093]
本发明还提供了一种测试服装用电加热片加热功能的方法，所述方法包括：
[0094]
选择加热片测试包，然后将加热片置于所述加热片测试包中。为模拟电加热片在不同服装中的状态，可以根据测试需求选择由不同厚度和热阻值制成的加热片测试包；
[0095]
将加热片测试包放置在测试平台上，将加热片温度测试装置的测温探头与加热片测试包上的卡槽相连；将电加热片连接电源(电加热片上本身就连接有电源线，电源线上设置有加热开关)；
[0096]
将环境箱中的温度和湿度调整到测试所需的温度和湿度；
[0097]
开启电加热片的加热开关，使电加热片处于工作状态；
[0098]
加热片温度测试装置连续测量各个测温点的温度，获得特定温度、湿度条件下、特定包覆条件下的电加热片表面的温度，根据不同时间测得的温度可以得到温度随时间变化的曲线，即温度曲线。
[0099]
待电加热片表面温度稳定后，每个测温点的温度值为该测温点的稳定工作温度值。电加热片一般都有控温装置，升到设定温度后就不再升温了，而是稳定在该温度，该温度即稳定工作温度；
[0100]
利用加热片温度测试装置测得的温度获得电加热片的质量指标。
[0101]
所述利用加热片温度测试装置测得的温度获得电加热片的质量指标的操作包括：
[0102]
取所有测温点的稳定工作温度的平均值作为平均最高温度t
max
：
[0103][0104]
其中，t
max
为电加热片平均最高温度值，单位为k；
[0105]
t
i
为电加热片表面第i点的稳定工作温度值，单位为k；
[0106]
n为测温点的个数。
[0107]
t
max
应处于合理范围，温度过低无法满足人体热舒适的要求，温度过高存在烫伤风险。因此t
max
是服装用电加热片的重要质量指标。
[0108]
还可通过电加热片表面各个测温点的稳定工作温度计算得到电加热片表面的温度不均匀度，即温度分布系数α，具体的，利用下面的公式进行计算:
[0109][0110]
式中:t
z
为电加热片的几何中心处的稳定工作温度值，单位为k，对于图2所示的实施例，几何中心处即9个点中的第2行第2列的测温点；
[0111]
t
i
为电加热片第i点的稳定工作温度值，单位为k；
[0112]
n为除几何中心处测温点外的测温点的个数；
[0113]
α为温度分布系数。
[0114]
温度分布系数α越大，电加热片的表面温度差异越大，存在过热或过冷点的可能性越大，穿着体验越差。因此温度分布系数也是电加热片的重要质量指标。
[0115]
还可以通过电加热片表面各个测温点的温度曲线获得电加热片的升温速率v，即加热状态下，单位时间内电加热片表面升高的温度，以k/min为单位，具体的，利用下式计算获得一个测温点的升温速率：
[0116]
v＝δt/δt
[0117]
式中：v为升温速率，单位为k/min；
[0118]
δt为温度差，单位为k；
[0119]
δt为升高δt所需的时间(即从t到t+δt的时间)，单位为min。
[0120]
对各个测温点的升温速率取算术平均值即可得到该电加热片的平均升温速率。通过平均升温速率可以评价该加热片升温的效率。
[0121]
本发明的实施例如下：
[0122]
【实施例一】
[0123]
对电加热片样品a的加热功能进行测试，该电加热片的外部尺寸为24*14cm2，有效加热面积20*10cm2。加热片测试包的尺寸为25*15cm2，材质为纯棉标准布、厚度为0.34mm,热阻值为0.43clo。环境箱内设定温度20℃、相对湿度60％。连接9个测试点，记录加热片接通电源后的表面温度曲线。根据测得的温度曲线(如图3
‑
1到图3
‑
9所示)可同时获得对应的时间和温度数据。
[0124]
根据各点温度曲线上记录的温度以及时间，可以计算出加热片温度稳定后的平均最高温度t
max
。
[0125][0126]
加热片a的t
max
为39.1℃，高于人体躯干部表面平均温度(33.5℃)，低于发生低温烫伤(6h)的温度(42℃)。说明该电加热片样品在标准环境下，配置在单层衣物内能够满足人体热舒适的安全要求。
[0127]
通过电加热片表面各点温度的差异计算电加热片表面的温度不均匀度，即温度分布系数α:
[0128][0129]
截取各曲线中25
‑
30℃区间，通过公式v＝δt/δt可计算各个测温点的升温速率分别为：
[0130]
v1＝1.30k/min，v2＝0.566k/min，v3＝0.261k/min；
[0131]
v4＝2.73k/min，v5＝3.33k/min，v6＝0.261k/min，
[0132]
v7＝1.05k/min，v8＝0.244k/min，v9＝0.857k/min
[0133]
该电加热片的平均升温速率
[0134]
其中：v
i
为各点升温速率，单位为k/min；
[0135]
为平均升温速率，单位为k/min。
[0136]
【实施例二】
[0137]
实施例二对电加热片样品b在低温环境下的加热功能进行测试，电加热片外部尺寸为24*14cm2，有效加热面积为20*10cm2。加热片测试包的尺寸为25*15cm2，材质为聚酯纤维絮片，厚度为27.8mm,热阻值为2.45clo。测试箱体内设定温度
‑
30℃、相对湿度40％。连接5个测试点(图2中的1个中心点和四角位置的点)，记录加热片接通电源后的表面温度曲线,如图4
‑
1到图4
‑
5所示。
[0138]
根据各点温度曲线上记录的温度以及时间，可以计算出加热片温度稳定后的平均最高温度t
max
。
[0139][0140]
由此可知，电加热片b在
‑
30℃的低温环境下,以相当于棉服的絮片包裹时平均最高温度t
max
为27.4℃，低于人体躯干部表面平均温度(33.5℃)，说明该加热片样品制作的棉服类冬季服装在
‑
30℃的极寒环境下，难以满足人体热舒适的要求。
[0141]
通过电加热片表面各点温度的差异计算电加热片表面的温度不均匀度，即温度分布系数α:
[0142][0143]
截取各曲线中
‑
20
‑
10℃区间，通过公式v＝δt/δt可计算各点升温速率分别为：
[0144]
v1＝11.6k/min，v2＝6.77k/min，v3＝10.0k/min，
[0145]
v4＝14.3k/min，v5＝6.29k/min，
[0146]
平均升温速率
[0147]
其中：v
i
为各点升温速率，单位为k/min；
[0148]
为平均升温速率，单位为k/min。
[0149]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0150]
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描
述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0151]
最后应说明的是，上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。