[0001] 本申请要求了申请日为 2014年 11月 03日， 申请号为 201410608109.3， 发明名称 为"动态热防护性能测评装置"的中国专利申请� ��优先权， 其全部内容通过引用结 合在本申请中。

技术领域

[0002] 本发明涉及一种织物防护性能测评装置， 尤其是一种动态热防护性能测评装置 ， 属于职业安全与健康技术领域。

背景技术

[0003] 海军、 消防、 石油化工、 能源工业、 食品加工等行业工作人员可能会遭受各种 热灾害环境 （包括火焰、 辐射热、 高温液体或高压蒸汽等） ， 从而对他们的健 康产生潜在的威胁。 客观准确地测评防护织物的防护性能， 可以为防护材料及 装备的研发与选择提供重要的科学依据。 当前对火焰和辐射热灾害防护性能的 评价主要采用 TPP测试仪、 RPP测试仪、 锥形量热仪等； 高温液体防护性能的测 评采用 ASTM F 2701规定的高温液体防护性能测试仪。 主要原理是将待测织物试 样直接放置在传感器板上， 并暴露在特定的热灾害环境下， 待测织物的另一面 放置铜片热流传感器用于测定透过待测织物的 热流量， 并通过数据采集仪记录 并基于 Stoll曲线预测人体皮肤达到二级烧伤所需要的� ��间， 从而评价热防护织物 系统的防护性能。 然而， 在这些实验室模拟条件下， 待测织物处于平整松弛状 态， 待测织物与皮肤之间平行接触或存在一定的间 隙， 仅能模拟人体静态条件 下防护织物系统的防护性能， 忽略了动态情形下防护服装的防护性能， 不能真 正反映实际工作条件下热防护服装的防护性能 。

[0004] 在实际工作环境下， 着装者会处于不同的姿势， 人体姿势的变化会改变织物的 外观形态， 产生织物形变， 织物形变主要包括拉伸、 弯曲、 剪切和压缩等综合 作用。 其次， 服装与人体之间的间隙也随着人体运动而有规 律地增加或减小， 影响服装的防护性能。 最后， 因人体运动引起服装面料与人体皮肤接触， 储存 在服装内的能量迅速释放， 可能会导致皮肤烧伤。 [0005] 实际上， 由于人体动作姿态的变化， 防护服装会产生不同程度的形变， 一方面 织物拉伸形变的部位会直接贴近或压迫皮肤， 衣下空气层厚度下降， 使热量传 递速度急剧加快， 尤其是当织物中存储热释放吋更容易导致人体 的烧伤； 另一 方面， 织物拉伸形变会改变其初始的物理特征， 导致织物的密度、 透气性、 厚 度、 热传导系数、 比热容等属性发生变化， 直接影响服装系统的热防护性能。 此外， 在人体动态条件下， 服装与人体之间的空气层有规律地增加或减小 ， 势 必会影响其防护性能。

[0006] 综上所述， 很有必要设计和幵发更好的测评装置并准确地 测试动态条件下热防 护装备的热防护性能， 确保着装者的职业健康与安全。

技术问题

[0007] 本发明要解决的技术问题是解决现有技术中没 有任何一种仪器可以可实现人体 动态条件下织物系统热防护性能测评的问题。

问题的解决方案

技术解决方案

[0008] 为了解决上述技术问题， 本发明提供了一种动态热防护性能测评装置， 用以固 定待测织物以对该待测织物进行测试， 包括支架、 设置在支架上以固定待测织 物并促使待测织物发生形变的人体动态模拟装 置、 相对设置在人体动态模拟装 置两侧的灾害源和热流传感器、 以及与所述热流传感器信号连接的数据采集及 程序控制系统， 所述人体动态模拟装置包括抵持在待测织物上 的人体模拟器和 至少夹持在待测织物一端的拉伸装置， 所述人体模拟器具有抵持在待测织物上 的抵持壁， 所述抵持壁与灾害源相对设置在待测织物的两 侧， 所述待测织物与 热流传感器相对设置在抵持壁的两侧， 所述动态热防护性能测评装置还包括与 所述热流传感器连接的空气层动态变化装置， 所述空气层动态变化装置驱动所 述热流传感器相对抵持壁移动， 所述空气层动态变化装置、 拉伸装置分别和数 据采集及程序控制系统连接并由数据采集及程 序控制系统控制。

[0009] 进一步的， 所述人体模拟器设置有中空部， 所述中空部与待测织物相对设置在 抵持壁的两侧， 且热流传感器设置在中空部内。

[0010] 进一步的， 所述空气层动态变化装置固定在所述中空部内 ， 所述空气层动态变 化装置包括固定在中空部内的缸体和设置于缸 体且沿缸体移动的柱塞， 所述热 流传感器设置在柱塞上。

[0011] 进一步的， 所述热流传感器包括设置在空气层动态变化装 置上的底座和设置在 底座上的热电偶， 所述底座包括朝向所述抵持壁的安装面， 所述热电偶设置在 所述安装面上。

[0012] 进一步的， 所述抵持壁呈弧形弯折， 所述安装面为弧形面， 所述安装面的弧度 与抵持壁的弯折弧度相同。

[0013] 进一步的， 所述拉伸装置包括砝码、 与砝码连接的连接带、 以及连接连接带与 待测织物的试样夹。

[0014] 进一步的， 所述拉伸装置还包括升降台， 所述砝码放置在升降台上。

[0015] 进一步的， 所述拉伸装置还包括设置在所述砝码与连接带 之间的弹簧计。

[0016] 进一步的， 所述拉伸装置还包括设置在连接带内侧并抵持 连接带的定滑轮和固 定所述定滑轮的固定架。

[0017] 进一步的， 所述灾害源为高温液体灾害热源， 所述高温液体灾害热源包括水箱

、 朝向待测织物的喷头、 连接水箱和喷头的传送管路、 及设置在传送管路上的 水泵和控制阀， 所述喷头相对抵持壁设置在待测织物的两侧， 所述水箱带有温 控装置。

发明的有益效果

有益效果

[0018] 借由上述方案， 本发明至少具有以下优点： 通过人体模拟器和拉伸装置实现待 测织物的动态形变调节， 通过设置空气层动态变化装置并由空气层动态 变化装 置驱动热流传感器相对人体模拟器的抵持壁移 动， 以改变热流传感器与待测织 物之间的距离， 以模拟人体运动引起的衣下空气层尺寸变化， 从而更加真实地 模拟工作环境中人体关节活动部位造成织物形 变后的防护性能， 弥补了现有防 护性能测评装置所忽略的动态因素对热防护性 能的影响， 对于保护职业人员的 生命安全和研发高新技术的热防护装备都具有 非常重要的现实意义。

对附图的简要说明

附图说明 [0019] 图 1是本发明的动态热防护性能测评装置的结构� �意图；

[0020] 图 2是图 1中人体模拟器及空气层动态变化装置于另一� �角上的结构示意图。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0021] 下面结合附图和实施例， 对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。 以下实 施例用于说明本发明， 但不用来限制本发明的范围。

[0022] 参见图 1和图 2， 本发明一较佳实施例所述的动态热防护性能测 评装置用以固定 待测织物以对该待测织物 （未标号） 进行测试。 该动态热防护性能测评装置包 括支架 8、 设置在支架 8上以固定待测织物并促使待测织物发生形变� �人体动态 模拟装置、 设置在人体动态模拟装置一侧的灾害源 4、 与灾害源 4相对设置在待 测织物的两侧的热流传感器 6、 与所述热流传感器 6连接的空气层动态变化装置 3 、 以及数据采集及程序控制系统 7。

[0023] 所述人体动态模拟装置包括抵持在待测织物上 的人体模拟器 5和夹持待测织物 两端的拉伸装置 2。 所述人体模拟器 5固定在支架 8上， 所述人体模拟器 5具有抵 持在待测织物上以使待测织物发生形变的抵持 壁 （未标号） ， 所述抵持壁与灾 害源 4相对设置在待测织物的两侧。 在实施例中， 所述人体模拟器 5用来模拟人 体腿部， 呈圆柱型， 该抵持壁呈弧形弯折， 以使待测织物发生弯曲形变。 所述 人体模拟器 ₅ 的直径为 200mm， 长度为 150mm， 采用无机复合材料制成， 使其热 扩散性能与皮肤接近， 且还具有防水性能。 所述人体模拟器 5设置有中空部 （未 标号） ， 中空部与待测织物相对设置在抵持壁的两侧， 在实施例中， 所述抵持 壁朝上设置， 该中空部位于抵持壁的后方， 在其他实施方式中， 该抵持壁也可 以朝向其他方式， 如朝下设置。 所述中空部为 100mm宽的方形孔。

[0024] 所述拉伸装置 2为相对固定在待测织物两端的两个， 分别位于人体模拟器 5的两 侧。 每个拉伸装置 2包括砝码 25、 连接带 23、 试样夹 21、 弹簧计 24、 微型升降台 26、 定滑轮 22及固定架 27。 所述试样夹 21具有人字齿 （未标号） ， 用于夹紧待 测织物， 并用螺钉 （未标号） 固定。 所述固定架 27固定定滑轮 22， 该定滑轮 22 位于连接带 23的内侧且抵持连接带 23， 使试样夹 21呈 45°放置， 从而结合弧形弯 折的抵持壁， 实现待测织物发生不同的弯曲、 拉伸和剪切形变状态。 所述试样 夹 21—端连接待测织物， 另一端通过连接带 23与弹簧计 24相连。 所述砝码 25与 弹簧计 24相连， 砝码 25放置在微型升降台 26上， 微型升降台 26和数据采集及程 序控制系统 7相连并由数据采集及程序控制系统 7控制， 通过数据采集及程序控 制系统 7内的程序调节微型升降台 26的高度， 改变弹簧计 24的伸长量控制待测织 物的形变程度， 从而模拟人体运动条件下待测织物发生的动态 形变。 在其他实 施方式中， 连接带 23可直接与砝码 25连接， 从而通过改变砝码 25的重量改变拉 伸量， 另外， 还可不设置微型升降台 26; 又或者， 所述拉伸装置 2可以仅为夹持 待测织物一端的一个， 或仅通过一个拉伸装置 2将待测织物的两端夹持； 在其他 实施方式中， 该拉伸装置 2可以不含有弹簧计 24、 微型升降台 26、 定滑轮 22及固 定架 27。

[0025] 所述空气层动态变化装置 3和热流传感器 6均设置在该中空部内， 所述空气层动 态变化装置 3为气缸， 包括固定在中空部内的缸体 31和安装于缸体 31的柱塞 32， 所述柱塞 32可沿缸体 31移动， 所述缸体 31具有面向抵持壁的幵口 （未标号） ， 所述热流传感器 6设置在柱塞 32上， 该柱塞 32驱动热流传感器 6相对抵持壁移动 ， 从而改变热流传感器 6与抵持壁之间的距离， 模拟人体运动引起的衣下空气层 尺寸的变化。 所述空气层动态变化装置 3和数据采集及程序控制系统 7信号连接 并由所述数据采集及程序控制系统 7控制， 通过控制空气层动态变化装置 3的柱 塞 32的升降速度和频率， 改变热流传感器 6与待测织物之间的距离， 从而模拟人 体运动引起的衣下空气层尺寸变化。 在其他本实施例中， 该空气层动态变化装 置 3还可以为其他结构， 如自动升降机。

[0026] 所述热流传感器 6为皮肤感应传感器， 包括设置在柱塞 32上的底座 62和设置在 底座 62上的热电偶 61。 所述底座 62与人体模拟器 5采用相同的无机复合材料制成 ， 所述底座 62具有朝向抵持壁的安装面 （未标号） ， 该安装面为弧形面， 安装 面的弧度与抵持壁的弯折弧度相同。 由于缸体 31具有面向抵持壁的幵口， 且安 装面的弧度与抵持壁的弯折弧度相同， 可使安装面贴靠在抵持壁上， 热电偶 61 贴紧在抵持壁上。 所述热流传感器 6与数据采集及程序控制系统 7相连， 该数据 采集及程序控制系统 7连有 PCI-6251多功能 DAQ数据板卡和自行编制的程序控制 软件。 所述热电偶 61嵌设在安装面上， 热电偶 61为 T型热电偶， 数量为 3个。 [0027] 所述灾害源 4可以为对流灾害热源、 辐射灾害热源、 高温液体灾害热源、 高温 蒸汽灾害热源中的一种或以上， 从而使本发明的动态热防护性能测评装置具有 良好的扩展性。 在本实施例中， 所述灾害源 4为高温液体灾害热源。 所述高温液 体灾害热源包括水箱 41、 朝向待测织物的喷头 46、 连接水箱 41和喷头 46的传送 管路 44、 及设置在传送管路 44上的水泵 43和控制阀 45。 水箱 41带有温控装置 42 ， 可以自动控制加热器 42， 确保恒定的液体的温度。 水泵 43带有压力控制系统 ， 可以设定高温液体的压力。 传送管路 44上装有三通球阀 （未图示） ， 分别连 接水泵 43、 喷头 46和水箱 41。 所述控制阀 45为电磁阀幵关， 该电磁阀幵关 45与 数据采集及程序控制系统 7相连， 在电磁阀幵关 45关闭吋， 水箱 41内的液体可以 通过传送管路 44循环， 保证传送管路 44内的液体温度恒定， 避免在实验幵始吋 喷射液体的温度有所下降， 影响实验精度。 所述喷头 46由不锈钢管制成， 直径 为 6〜8mm。

[0028] 在实验吋， 将待测织物的两端分别固定在两个试样夹 21上， 根据实验要求选择 砝码 25的重量计算待测织物的最大形变程度， 通过调节两个微型升降台 26的高 度改变待测织物的动态形变； 设定空气层动态变化装置 3的变化频率和速度， 调 节热流传感器 6与待测织物之间的空气层尺寸动态变化， 从而实现了人体动态条 件下皮肤与待测织物之间的动态变化模拟； 最后通过数据采集及程序控制系统 7 控制高温液体灾害的喷射压力和吋间， 通过数据采集及程序控制系统 7采集热流 传感器 6的数据， 从而对待测织物进行热防护性能评估。 在实验吋， 拉伸装置 2 和空气层动态变化装置 3两者可以相互配合同吋使用， 模拟人体关节运动的过程 ； 或者单独一个使用， 用于模拟织物形变或空气层尺寸变化。

[0029] 综上所述， 通过人体模拟器 5和拉伸装置 2实现待测织物的动态形变调节， 通过 设置空气层动态变化装置 3并由空气层动态变化装置 3驱动热流传感器 6相对人体 模拟器 5的抵持壁移动， 以改变热流传感器 6与待测织物之间的距离， 以模拟人 体运动引起的衣下空气层尺寸变化， 从而更加真实地模拟工作环境中人体关节 活动部位造成织物形变后的防护性能， 弥补了现有防护性能测评装置所忽略的 动态因素对热防护性能的影响， 对于保护职业人员的生命安全和研发高新技术 的热防护装备都具有非常重要的现实意义。 另外， 该人体动态模拟装置设计简 单， 成本低； 通过数据采集及程序控制系统 7即可控制空气层动态变化装置 3和 微型升降台 26， 从而操作安全方便。

以上所述仅是本发明的优选实施方式， 并不用于限制本发明， 应当指出， 对于 本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明技术原理的前提下， 还可以 做出若干改进和变型， 这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。