基于NI LabVIEW平台的织物动态热湿测试仪开发.pdf
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1、第2 9 卷第3 期 2 0 0 8 年3 月 纺织学报 J o u r n a lo f “ r e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 9N o 3 M 盯2 0 0 8 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 8 ) 0 3 0 0 2 5 0 5 基于N IL a b V I E W 平台的织物动态热湿测试 杨凯,陈益松,张渭源 ( 东华大学服装学院,上海2 0 0 0 5 1 ) 仪开发 摘要针对织物动态热湿舒适性能客观评价的问题,开发了一台基于N IL a b V l E W 平台的织物动态热湿测试仪。 该仪器是模拟出汗皮肤一微气候一
2、织物3 级系统,通过L a b V I E W 虚拟仪器程序实时测量待测织物覆盖于模拟出汗皮 肤表面时,其内外两面温湿度值的变化情况,对待测织物的动态热湿舒适性能进行评价。实验证明该仪器具有良 好的控制精度及重复精度。使用该仪器对4 种不同纤维织物进行研究,通过对微气候内的温湿度变化曲线及织物 内外层温湿度差曲线的分析,对4 种织物的动态热湿舒适性能进行评价。 关键词动态热湿舒适;L a b V I E W ;虚拟仪器;温湿度 中图分类号:T S1 0 1 9 2 3文献标识码:A D e v e l o p m e n to ft e x t i l e Sd y n a m i ch e
3、a t m o i s t u r em e a s u r i n gi n s t r u m e n t b a s e do nN IL a b V I E W Y A N GK a i ,C H E NY i s o n g ,Z H A N GW e i y u a n ( F a s h i o nI n s t i t u t e ,D o n g h u aU n i v e r s i t y ,S h a n g h a i 2 0 0 0 51 ,C h i n a ) A b s t r a c t A i m i n ga to b j e c t i v ee v
4、 a l u a t i o no nt e x t i l e Sd y n a m i ch e a t m o i s t u r ec o m f o r tp r o p e r t i e s ,t h i sp a p e r d e v e l o p e dat e x t i l e 7 Sd y n a m i ch e a t m o i s t u r e m e a s u r i n gi n s t r u m e n tb a s e do nN IL a b V I E W w h i c hs i m u l a t e d s w e a t i n g
5、s k i n m i c r o c l i m a t e f a b r i c B yt e s t i n gt h er e a lt i m ec h a n g e so ft e m p e r a t u r ea n dr e l a t i v eh u m i d i t yi n i n n e ra n do u t e r8 u l 玉a c e $ o ff a b r i cw h e ni tw a s :c o v e r e d w i t hs i m u l a t e ds w e a t i n gs k i nb yL a b V I E W
6、v i r t u a l i n s t r u m e n ts o f t w a r ep r o g r a m t h ei n s t r u m e n tm a d ee v a l u a t i o no ft e x t i l e S d y n a m i ch e a t m o i s t u r e c o m f o r t p r o p e r t i e s A n di tW a sp r o v e dt oh a v eg o o dc o n t r o l l i n gp r e c i s i o na n dr e p e a ta c
7、 c u r a c yb yl o t so fe x p e r i m e n t s T h i si n s t r u m e n tW a su s e dt os t u d yf o u rk i n d so ff a b r i c sw i t hd i f f e r e n tf i b e r sb ya n a l y z i n gt h e i rt e m p e r a t u r ea n d r e l a t i v eh u m i d i t yv a r i a t i o nc u r v e si nm i c r o c l i m a
8、 t e ,a n dt e m p e r a t u r ea n dr e l a t i v eh u m i d i t yd i f f e r e n c ec u r v e so f i n n e ra n do u t e rS u r f a c e so ff a b r i c sa n dn l a k e e v a l u a t i o no ft h ef o u rf a b r i c s d y n a m i ch e a t m o i s t u r ec o m f o r t p r o p e r t i e s K e yw o r d
9、 sd y n a m i ch e a t m o i s t u r ec o m f o r t ;L a b V I E W ;v i r t u a li n s t r u m e n t ;t e m p e r a t u r ea n dr e l a t i v eh u m i d i t y 服装材料和织物的热湿传递性能及其评价是服 装舒适性研究的重要内容,但是多年来,学术界的研 究主要集中于稳态( 静态) 时服装的热湿传递,而 实际上人体的散热散湿并非总是在稳态条件下进 行。近2 0 年来,人们逐渐开始认识到动态热湿传递 性能与稳态时有很大差别,也纷纷开始将研究集中
10、于织物的动态热湿舒适性上托。3 1 ,但是动态热湿传 递过程相当复杂,而且由于实验仪器的限制,无法对 其进行动态跟踪,许多瞬时的变化无法了解,这在很 大程度上影响了对热湿动态变化的真正观测,也就 难以对其舒适性进行客观的评价制。本文以美国国 家仪器( N I ) 公司的虚拟仪器为架构,以L a b V I E W 为 系统软件开发环境,开发了一台用于测试织物( 服装 材料) 动态热湿传递性能的微气候模拟仪。该微气 候仪能准确地对织物的动态热湿舒适性能进行 评价。 1 仪器的基本结构及功能 织物动态热湿测试仪的基本结构如图1 所示。 收稿日期:2 0 0 7 0 41 2修回日期:2 0 0 7
11、 1 0 1 7 作者简介:杨凯( 1 9 8 2 一) ,女,博士生。主要研究方向为服装舒适性。E m a i l :k a i k a i 4 2 2 y a h o o c o m c a 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 6 纺织学报 第2 9 卷 它是模拟皮肤一微气候一织物3 级系统。模拟皮肤和 待测织物之间是模拟衣下微气候区,为了减少微气 候区温湿度分布不匀的影响,仪器制成圆筒形。为 使热湿传递沿垂直于待测织物的一维方向进行,除
12、试样表面暴露于环境外,底部及四周均有内衬聚氨 酯塑料泡沫的有机玻璃外壳作隔热保护层。选择人 造麂皮( 厚0 8 1m m ,面密度2 7 6 9g m 2 ) 作为模拟皮 肤,它具有良好的水扩散性能及形状稳定性。用加 热电阻丝作为热源,给水加热,以使模拟皮肤的温湿 度值稳定在3 3o C 、1 0 0 ( 相当于人体皮肤出汗时的 温湿度值) 。待测织物通过橡胶圈固定在仪器凹槽 上,橡胶圈连同待测织物可从仪器一侧拉出和推入, 以模拟皮肤开始出汗和停止出汗的动态过程。待测 织物与模拟皮肤问的微气候区厚度可在0 5 、1 、1 5 、 2c m 之间选择,可进行单层或多层织物不同空气层 厚度的测试。
13、3 组温度、湿度传感器分别固定在待 测织物的内外两面和模拟皮肤的上表面,其温湿度 信号连同加热电阻丝的功率信号通过信号调理器、 A D 转换和数据采集卡后,送往仪器测控系统,测控 系统用于控制模拟皮肤温湿度,并对待测织物内外 两面的温湿度值进行实时记录和显示。 有机玻璃模拟待测温湿度 图1 仪器基本结构图 F i g 1 B a s i cs t r u c t u r a ld i a g r a mo ft h ei n s t r u m e n t 为保证该仪器的精度,传感器等硬件设施的选 择至关重要b 。温度传感器采用热电阻温度传感 器,由于铂电阻具有良好的稳定性和测量精度,是经 典
14、的温度传感器,故本文选用P t l 0 0 铂电阻温度传 感器,尺寸为5r a m ( 长) 2m m ( 宽) 1r a m ( 厚) ,温 度范围为一5 0 1 0 0 ,精度为0 1o C 。湿度传感器 采用美国H o n e y w e l l 公司制造的H I H 3 6 1 0 型高分子 膜( 热固性树脂膜) 湿敏电容传感器,其尺寸为 8 9m m ( 长) 3 8m l n ( 宽) x0 6m m ( 厚) ,电源电压 为5V 直流,精度为2 。信号调理卡选用S C X I 1 1 2 2 型号,其技术参数为:1 6 个独立输入通道,2 个独立 激励通道,每秒1 0 0 个采样
15、点。支持多路复用模式。 数据采集卡选用N IP C I 6 0 2 4 E 型号,其技术参数为: 1 2 位分辨率,1 6 路单端模拟输入,每秒2 0 万个采样 点的采样率。 该仪器的测控软件系统以美国国家仪器( N I ) 公 司的虚拟仪器为架构,以L a b V I E W 软件为开发环境 编制哺+ 8 1 。系统结构图见图2 。系统分为测量和控 制2 个模块。测量模块主要完成待测织物内外两面 温湿度数据的采集、图形化显示、文件存储和超限报 警;控制模块将模糊控制算法嵌入到P I D 控制模式 中,控制模拟皮肤维持在人体大量出汗的状态,即温 度3 3 。相对湿度1 0 0 。 匡垂圃日匝亘
16、固畸匦亟塑匦塑塑图西 匾匦垂圃学匝圃日 图2 测控系统结构图 F i g 2 S t r u c t u r a ld i a g r a mo fm e a s u r i n ga n dc o n t r o l l i n gs y s t e m 该仪器可用于评价织物的动态热湿舒适性能。 首先开启仪器测控系统,加热水域,控制模拟皮肤的 温湿度并稳定在3 3o C ,1 0 0 ,将温度、湿度传感器 分别固定在待测织物的内外两面,再将待测织物固 定在橡胶圈上,瞬时推入仪器,放置于仪器凹槽中, 以模拟人体皮肤开始出汗的动态过程,此时仪器测 控系统将随时间变化的织物表面温湿度信号采集下 来
17、,并以数据文件的形式存储在磁盘中,根据需要可 以随意对数据文件进行调用和各种处理。 2 仪器性能分析 为判定该仪器的性能,在人工气候室( 温度 ( 2 5 1 ) 、相对湿度( 5 0 2 ) ) 进行了棉织物的 动态热湿传递重复实验。实验过程中,模拟出汗皮 肤的温湿度控制情况如图3 所示。可以看出,模拟 皮肤表面的温湿度可以很快达到设定值( 约5r a i n ) , 而且温度和相对湿度的波动范围始终分别控制在 ( 3 3 0 1 5 ) 、( 1 0 0 2 ) ,其总变异系数分别不超 过0 2 5 、0 9 4 。表明模拟皮肤的稳定性良好,该 仪器的控制精度较高。 为检验该仪器的重复精度
18、,对同一种棉织物进 行了3 0 次重复实验。织物达到动态平衡后的温湿 度实验结果和数据处理见表1 。温度测量值的极限 误差小于0 2 5 62o C ,算术平均值极限误差小于 0 0 1 85 ,变异系数小于0 2 7 ;相对湿度测量值 的极限误差小于1 6 8 91 ,算术平均值极限误差小 于0 1 3 27 ,变异系数小于0 8 2 ,说明该仪器系 统的精密度良好。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第3 期杨凯等:基于N IL d b V I
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