一种织物接触冷感测试装置及测试方法 【技术领域】
本发明涉及一种织物接触冷感测试装置及测试方法，属于纺织工程领域。
背景技术
随着生活水平的提高，服装的舒适性受到人们极大的关注。织物的热传递性能是影响服装热舒适性的重要因素。服装的热舒适性是指通过织物的热传递作用，使人体在变化的环境中能获得舒适满意的感觉。人体穿着衣服后，身体与环境之间始终处于能量交换之中，人体的舒适感觉，取决于人体本身产生的热量和向环境散发热量之间能量交换的平衡。由织物制成的服装，在能量交换中通过热传递过程中起着调节作用。围绕纺织品服装的热传递性能及其对舒适性的影响进行深入研究，建立了一套评价织物热舒适性的客观指标。热阻就是其中的一个重要指标。研究热阻的方法很多，其中实验仪器测试方法是常用的研究方法。用仪器对织物的热传递性能进行测定、并建立相应指标，可以对服装的舒适性能进行定量描述，并且不受心理和生理等因素的影响，测试结果具有可比性，有利于生产部门对服装或织物的质量控制和产品设计。
织物的热传递性能通常用平板法测试方法(GB/T11048-2008，ISO11092和ASTMF1868)。其原理是将试样覆盖在恒温实验板上，使试验板的热量只能通过试样的方向散发。试验时，通过测定试验板在一定时间内保持温度所需的加热时间来计算织物的保暖指标。关于热传递性能研究，尽管出现了许多新技术如：热脉冲、热波、光热方法和光声方法应用在热性能测试方面，但应用热板和热电偶仍是测试织物热性能的有效方法，研究者对于测试装置的设计大多都是基于热平板，只是各自对于织物两侧条件的设计不同。这种测试方法只能测试织物达到稳态的热性能指标，与实际服装与实际有一定的差异，仅适合于对织物的舒适性进行粗略描述，不能反映织物的动态热传递性能。
随着研究的深入，很多学者开始注意到服装内微气候的重要影响，分别设计了不同类型的微气候测试仪，通过模拟在外界环境中，检测皮肤与试样间的微气候变化情况及热湿传递情况。即检测人体热量和汗汽通过织物内空气层、织物及织物外空气层与环境进行能量交换、质量交换的全过程，用温度梯度和湿度梯度法测试出织物能量交换和质量交换的状态变化，从而反映织物对能量流和质量流的阻力。这种服料的仪器测试并不能真实地反映服装配套的整体性能，国内外学者还同步开展了假人测试技术和评价方法的研究，更逼真地模拟人体穿着服装的状态。暖体假人法是在设定的环境条件下，模拟人体、服装和环境间的热交换过程，测试服装整体或局部的热湿传递性能的较先进的实验方法，优点是精确度高、重复性好，并可在真人无法试验的极端环境条件下，进行服装的热湿传递性能试验。然而由于暖体假人法是在严格控制的人工气候条件下，通过做大量的实验并进行分析而得出结论的，测试时间长、费用高。
接触冷感是指织物与皮肤接触时，织物温度低于人体皮肤温度，人体与织物之间发生热交换，从而人体产生对织物的冷、暖的感觉，称之为接触冷感。织物接触人体时发生瞬间的热传递现象，环境温度的织物从人体皮肤表面吸收大量热量，使人体感觉到冷，冷感地强弱与织物的热传递性能有关。接触冷感是纺织品舒适性的重要性能之一，由于存在织物的热交换现象，是一个动态热传递过程，因此上面的研究方法都不能正确反映织物的接触冷感。随着人们生活水平的提高.对服用纺织品的各方面舒适性能要求越来越高，接触冷感已越来越引起人们的关注。尤其是冬季使用的纺织品，接触冷感已成为影响织物热舒适性能的一个重要指标。传统的评价方法是采用日本川端开发的精密迅速热物性测定装置KES-F7，通过测试最大瞬态热流量Qmax类来评价织物的冷暖感，但是测试设备贵，技术要求高，使用和维护费用高。
【发明内容】
本发明的目的是为评价织物的接触织物的接触冷感，提出一种新的织物接触冷感测试装置和测试方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种织物接触冷感测试装置及测试方法。
测试装置由绝热帽罩(1)、测试板(2)、水槽(3)、织物夹板(4)、加热器(5)、织物表面温度传感器(6)等组成。水槽(3)上表面设置凸起的平台，测试板(2)镶嵌在凸起的平台中并构成测试平台，在水槽(3)的上表面还设置有加热器(5)和进水管(8)，加热器(5)的下端设置在水槽(3)内，水槽(3)的外壁上包覆有绝热层(9)，绝热帽罩(1)置放在水槽(3)的上表面上。
所述的测试板(2)为铜材料或铝合金材料。
所述的进水管(8)的进水口高度高于测试平台的高度。
所述的液体介质为蒸馏水或植物油。
所述的织物表面温度传感器(6)为铂电阻温度传感器。
织物接触冷感测试装置的测试方法，其测试方法包括如下步骤：
一测试准备
(a)待测织物(7)的预处理，即将待测的织物，放置在人工气候室24小时；
(b)测试装置的调整，即从进水管(8)处往水槽(3)注入液体介质，将帽罩(1)盖在测试平台上，通过加热器(5)将水槽(3)内的液体介质加热使测试板的温度调整至摄氏35℃；
(c)将织物表面温度传感器(6)粘贴在待测织物(7)的上表面；
(d)织物表面温度传感器(6)与单片机数据采集系统相连，单片机与上位计算机连接。
二测试
待测试板(2)的温度恒定35℃后，取下帽罩(1)，迅速把待测织物(7)平铺在测试板(2)上，再盖上帽罩(1)，按每秒10次的数据采集频率开始测试。
三数据处理
将单片机每秒采集到的数据进行平均处理，X‾i=Σj=110Xij/10,]]>
其中Xi为该i时间段的织物表面温度平均值，Xij为该i时间段第j时刻采集到的织物表面温度，j＝1，2，...，10，
计算出每秒的织物表面温度平均值后，求出织物表面温度升温速率的最大值。max|Xi+1-Xi|{i＝1，2，...，n-1}，
其中|Xi+1-Xi|为第i秒的织物表面温度升温速率。
用织物表面温度的升温速率的最大值来评价织物的冷感，温度差越大，织物的冷感越强。
由于采用了以上技术方案，本发明测试装置它结构合理、使用方便、体积小、制造成本低、可以大规模工业化生产；本发明测试装置采用稳定性好、精确度高的铂电阻作为温度传感器，提高了测试精度。测试平台的上方设置了由绝热材料制成的帽罩，不仅可以减少周围环境对测试的影响，而且可以减少织物热辐射带来的热量损失，提高测试的可靠性；本发明的测试装置及测试方法解决了以往测试织物的最大瞬态热流量Qmax评价织物冷感时技术要求高、测试成本高的不足。本发明的织物接触冷感测试装置及测试方法可用于织物的接触冷暖感评价领域。
【附图说明】
图1为本发明的织物表面温度测试装置的结构示意图
图2为本发明实施例的测试装置的测试原理图
图3为本发明实施例的测试的织物表面升温速率图
【具体实施方式】
下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明
见附图
测试装置由绝热帽罩1、测试板2、水槽3、织物夹板4、加热器5、织物表面温度传感器6等组成，铂电阻具有良好的稳定性和精确度，织物表面温度传感器6采用铂电阻温度传感器，在水槽3上表面设置凸起的平台，由于铜材料和铝合金材料的热传导较快，测试板2采用铜材料或铝合金材料，并且材料的厚度大于8mm，可以增加测试板2自身的热容量，提高测试的精度，测试板2镶嵌在凸起的平台中并构成测试平台，在水槽3的上表面还设置有加热器5和进水管8，测试板2与水槽3内的液体介质应中间无气泡，均匀接触，进水管8的进水口高度高于测试平台的高度，加热器5的下端设置在水槽3内，水槽3的外壁上包覆的绝热层9可以防止测试过程中热量的损失，影响测试精度，绝热帽罩1置放在水槽3的上表面上，防止热辐射所带来的热量流失。织物表面温度传感器6与单片机数据采集系统相连，来自温度传感器6的信号经过信号放大回路进行放大，使之适合于单片机的模数转换的输入电压0～5V要求，信号进入单片机后，经过A/D模数转换，转换后的数据通过串行通信端口传递给上位计算机，由计算机进行数据处理。
织物接触冷感测试装置的测试方法，其测试方法包括如下步骤：
一测试准备
(a)待测织物7的预处理，即将待测的织物，放置在人工气候室24小时，以便于织物充分达到热湿平衡，人工气候室的温度为摄氏(25±1)℃，相对湿度(50±2)％。
(b)测试装置的调整，即从进水管8处往水槽3注入液体介质，液体介质可以是蒸馏水或者是植物油。采用蒸馏水可以避免普通自来水在加热过程中产生气泡从而在测试板2下面形成堆积气泡，改变测试板2与液体介质间的接触状况，影响测试精度，植物油在加热过程中，不会产生气泡，测试板2受热均匀，可以保证测试精度。将帽罩1盖在测试平台上，减少测试板2因热辐射而产生的热量损失，测试板2的温度用一个温度传感器观察，通过加热器5将水槽3内的液体介质加热，使测试板2的温度调整至摄氏35℃。
(c)将织物表面温度传感器6粘贴在待测织物7的上表面。
(d)织物表面温度传感器6与单片机数据采集系统相连，单片机通过通过串行通信端口与上位计算机相连，启动单片机和上位计算机的数据处理程序。
二测试
先用贴附在测试板上的温度传感器测试测试板2的温度，待测试板2的温度恒定在35℃保持五分钟以上后，取下帽罩1，迅速把织物夹板4夹持好的待测织物7平铺在测试板2上，再盖上帽罩1，防止待测织物7的热辐射影响测试精度，单片机数据采集系统按每秒10次的数据采集频率开始测量，并把模数转换后的数据通过串行通信端口及时传送给上位计算机，采集时间为60秒，
三数据处理
上位计算机将单片机每秒采集到的数据进行平均处理，X‾i=Σj=110Xij/10,]]>
其中Xi为该i时间段的织物表面温度平均值，Xij为该i时间段第j时刻采集到的织物表面温度，j＝1，2，...，10，
计算出每秒的织物表面温度平均值后，求出织物表面温度升温速率的最大值。max|Xi+1-Xi|{i＝1，2，...，59}
其中|Xi+1-Xi|为第i秒的织物表面温度升温速率。
用织物表面温度的升温速率的最大值max|Xi+1-Xi|{i＝1，2，...，59}来评价织物的冷感，升温速率的最大值越大，织物的冷感越强。
具体实施例
用以上测试方法分别对三种织物表面的温度随时间的变化进行测试，求出织物表面温度的升温速率的最大值，评价织物的冷感。
表1三种织物表面温度每秒的平均值(℃)
表1
时间(秒) 棉织物 丝绸织物 毛织物 0 24.925 25.097 25.030 1 25.035 26.369 25.841 2 26.083 28.148 27.223 3 27.425 29.481 28.307 4 28.432 30.384 29.290
时间(秒) 棉织物 丝绸织物 毛织物 5 29.203 31.085 29.947 6 29.825 31.563 30.484 7 30.366 32.005 30.927 8 30.742 32.286 31.309 9 31.085 32.518 31.568 10 31.339 32.679 31.793 11 31.560 32.824 32.005 12 31.661 32.917 32.173 13 31.820 33.046 32.297 14 31.930 33.104 32.438 15 32.074 33.206 32.536 16 32.137 33.246 32.598 17 32.221 33.286 32.655 18 32.261 33.317 32.686 19 32.279 33.402 32.726 20 32.297 33.451 32.788 21 32.305 33.455 32.811 22 32.368 33.460 32.833 23 32.385 33.477 32.864 24 32.390 33.477 32.895 25 32.394 33.486 32.899 26 32.398 33.504 32.908 27 32.407 33.504 32.913 28 32.434 33.504 32.930
时间(秒) 棉织物 丝绸织物 毛织物 29 32.434 33.513 32.944 30 32.452 33.513 32.975 31 32.465 33.531 32.988 32 32.483 33.540 32.997 33 32.491 33.540 33.015 34 32.522 33.549 33.015 35 32.571 33.558 33.019 36 32.580 33.567 33.024 37 32.580 33.571 33.033 38 32.593 33.580 33.033 39 32.593 33.611 33.059 40 32.602 33.611 33.064 41 32.607 33.625 33.073 42 32.624 33.647 33.073 43 32.629 33.683 33.073 44 32.633 33.687 33.090 45 32.633 33.687 33.090 46 32.633 33.687 33.090 47 32.642 33.687 33.113 48 32.642 33.696 33.113 49 32.664 33.696 33.126 50 32.673 33.700 33.130 51 32.695 33.709 33.135 52 32.704 33.709 33.139
时间(秒) 棉织物 丝绸织物 毛织物 53 32.704 33.709 33.148 54 32.722 33.714 33.161 55 32.753 33.718 33.166 56 32.753 33.718 33.166 57 32.753 33.727 33.175 58 32.775 33.732 33.179 59 32.793 33.732 33.184 60 32.793 33.732 33.201
表2三种织物各时间段的升温速率(℃/S)
表2
时间(秒) 棉织物 丝绸织物 毛织物 0 0.000 0.000 0.000 1 0.110 1.272 0.811 2 1.048 1.779 1.382 3 1.342 1.333 1.084 4 1.007 0.903 0.983 5 0.771 0.701 0.657 6 0.622 0.479 0.537 7 0.541 0.442 0.443 8 0.376 0.281 0.382 9 0.342 0.232 0.260 10 0.255 0.161 0.225 11 0.220 0.145 0.212 12 0.101 0.093 0.168
时间(秒) 棉织物 丝绸织物 毛织物 13 0.159 0.129 0.124 14 0.110 0.058 0.142 15 0.144 0.102 0.097 16 0.063 0.040 0.062 17 0.084 0.040 0.058 18 0.040 0.031 0.031 19 0.018 0.085 0.040 20 0.018 0.049 0.062 21 0.009 0.004 0.022 22 0.062 0.004 0.022 23 0.018 0.018 0.031 24 0.004 0.000 0.031 25 0.004 0.009 0.004 26 0.004 0.018 0.009 27 0.009 0.000 0.004 28 0.027 0.000 0.018 29 0.000 0.009 0.013 30 0.018 0.000 0.031 31 0.013 0.018 0.013 32 0.018 0.009 0.009 33 0.009 0.000 0.018 34 0.031 0.009 0.000 35 0.049 0.009 0.004 36 0.009 0.009 0.004
时间(秒) 棉织物 丝绸织物 毛织物 37 0.000 0.004 0.009 38 0.013 0.009 0.000 39 0.000 0.031 0.027 40 0.009 0.000 0.004 41 0.004 0.013 0.009 42 0.018 0.022 0.000 43 0.004 0.036 0.000 44 0.004 0.004 0.018 45 0.000 0.000 0.000 46 0.000 0.000 0.000 47 0.009 0.000 0.022 48 0.000 0.009 0.000 49 0.022 0.000 0.013 50 0.009 0.004 0.004 51 0.022 0.009 0.004 52 0.009 0.000 0.004 53 0.000 0.000 0.009 54 0.018 0.004 0.013 55 0.031 0.004 0.004 56 0.000 0.000 0.000 57 0.000 0.009 0.009 58 0.022 0.004 0.004 59 0.018 0.000 0.004 60 0.000 0.000 0.018
时间(秒) 棉织物 丝绸织物 毛织物 最大值 1.342 1.779 1.382
冷感评价依据：
织物上表面温度随时间变化的曲线如图2所示。T1，T2分别为织物上表面温度传感器在t1，t2时刻所测的对应的温度。单位面积内，一定的温度T可以认为对应一定的热量q，设其对应系数为α，则q＝αT，其中α因织物的不同而不同。如图2所示，设在t1时刻织物上表面单位面积内的热量为q1，t2时刻其热量为q2。热量从织物的一侧传递到另一侧，织物上表面接受来自与测试板接触的织物下表面传递过来的热量qa的同时，也在向外界释放一定的热量qb，接受的热量大于释放的热量，这种热量差随着时间的延续而逐渐积累，宏观上表现为织物上表面温度的上升。
q＝qa-qb (1)
其中：
q为在t时刻织物上表面单位面积内的热量(J/m2h)；
qa为在t时刻织物上表面单位面积内来自与测试板接触的织物下表面传递的热量(J/m2h)；
qb为在t时刻织物上表面单位面积内向外界释放的热量(J/m2h)；
织物表面温度上升的速率为：
T2-T1t2-t1=q2-q1α(t2-t1)---(2)]]>
将式(1)代入式(2)
T2-T1t2-t1=q2-q1α(t2-t1)=(q2a-q2b)-(q1a-q1b)α(t2-t1)=q2a-q1aα(t2-t1)-q2b-q1bα(t2-t1)---(3)]]>
热量从织物的一面向另一面热传递，就是在(t2-t1)时间内从测试板传递到单位面积织物上表面的热量，它与织物的动态热传递有关，传递的热量越大，织物接触冷感就越强。
令t2-t1＝Δt，则(3)变为
T2-T1Δt=q2a-q1aα·Δt-q2b-q1bα·Δt---(3)]]>
Δt很小时，在绝热的实验空间内，织物上表面向外界释放的热量较少，且相对稳定，故可近视为一常量。有式(4)可知，织物瞬间传递的热量(q2a-q2b)越大，织物升温就越快，所以用升温速率能描述织物内部热传递速率的快慢，能反映织物动态热传递性能的优良，升温速率越快，织物传递热量就越快，接触冷感就越强。