ZB-34暖體出汗假人測試系統(tǒng)方案

一、暖體出汗假人，用以模擬人體、服裝和環(huán)境之間的熱濕交換過程。暖體出汗假人可在多種環(huán)境下進行連續(xù)試驗，是進行服裝熱濕性能試驗的理想設(shè)備。應(yīng)用暖體出汗假人，有利于隨時地測試服裝整體或局部的熱學(xué)性能參數(shù)，為選擇服裝材料和改進結(jié)構(gòu)設(shè)計提供試驗參考依據(jù)

一直以來，如何真實、周全的評價服裝熱濕傳遞性能，模擬人體—服裝系統(tǒng)的熱濕交換過程，是個困擾業(yè)界的難題。目前市場上主要測試熱阻和濕阻的標準和儀器，還是基于紡織品織物面料方面的測試，但是服裝的熱濕性能不僅與面料有關(guān)，還與服裝的設(shè)計、結(jié)構(gòu)、加工等工藝過程有關(guān)，而且真實人體的各部分的出汗程度也不相同，僅僅依靠對面料進行測試，不能周全評估成品服裝的保溫和透濕功能。

我公司開發(fā)的RANZI-34暖體出汗假人，采用中國50分位標準人體尺寸數(shù)據(jù)，假人模型由環(huán)氧金屬組成，內(nèi)置加熱裝置，溫度傳感器和可選配的出汗系統(tǒng)，加熱裝置和出汗系統(tǒng)用來模擬新陳代謝熱量和汗液的排出水平。專用電腦的以及預(yù)安裝的RanziDAQ軟件，可以控制暖體出汗假人模型的溫度和所有內(nèi)部系統(tǒng)可顯示的數(shù)據(jù)。

二、 出汗暖體出汗假人符合以下相關(guān)測試標準

ISO 7730、ISO 7726、ISO/DIS 11079、ISO/DIS 14505、ISO/DIS 7933、ISO/DIS 15831；prEN 13537；ASTM F1291、ASTM F2370、ASTM F1720、ASTM F2371；ENV342、 ANSI/ASHRAE Standard 55-2004、EN344、EN 511；GB/T13459、GB/T18398

三、 出汗暖體出汗假人原理熱阻濕阻：應(yīng)用暖體出汗假人測試服裝熱阻濕阻的基本原理，是模擬人體—服裝—環(huán)境之間熱濕交換的過程中，從暖體出汗假人的皮膚表面溫度與環(huán)境溫度之間的溫差、暖體出汗假人的皮膚表面濕度與環(huán)境之間的濕度差，體表單位面積的散熱率等物理參數(shù)之間的關(guān)系，可以定量計算出服裝的熱阻和濕阻值。

四、暖體出汗假人系統(tǒng)組成框架

該系統(tǒng)包括人體模型、運動控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)、溫濕度及風(fēng)速測試系統(tǒng)、PC計算機以及控制軟件RANZI-DAQ。其中人體模型包括環(huán)氧出汗假人、出汗系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、溫度保護等子系統(tǒng)。

1. 暖體出汗假人高度為 1.7±0.2m，表面積為 1.8±0.3m2。采用中國50分位標準人體尺寸數(shù)據(jù)，暖體出汗假人設(shè)有肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)，髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)，各個關(guān)節(jié)具有活動角度，活動角度范圍如下表

連接              旋轉(zhuǎn)運動                      橫向運動

2. 暖體出汗假人分為 34 個獨立發(fā)熱區(qū)，每個發(fā)熱區(qū)都擁有獨立的溫控系統(tǒng)、出汗系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?？梢詫Ψb進行全身或局部測試

3. 溫控系統(tǒng)采用了PT1000溫度傳感器、緊密貼合暖體出汗假人表面均勻分布的加熱器

4. 發(fā)汗系統(tǒng)采用進口高精度微量調(diào)節(jié)閥，體積零件設(shè)計同時可獨立控制各個分區(qū)的發(fā)汗速率，發(fā)汗液體溫度由加熱系統(tǒng)控制，可以發(fā)汗溫度可以設(shè)定為跟暖體出汗假人各個暖體分區(qū)溫度一致

5. 暖體出汗假人可提供三種測試模式： 

l 溫度控制模式（=皮膚溫度穩(wěn)定性/熱流可變性）：測量是按要求的加熱功率來維持皮膚溫度在一個固定的溫度點。

l 熱流量控制模式（=熱流恒量/皮膚溫度可變性）：加熱功率是設(shè)置一個固定值，代表著人體代謝的發(fā)生（比如70W/m2　?。?。因而人體模型的皮膚溫度是可計算出的。

l 可編程控制模式：在這個操作上，人體模型設(shè)置獲得一個時間順序文件。這個可以供應(yīng)模仿實際級別能力或按照準確時間表循環(huán)工作。

6. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用 RS232串口 通訊方式，可高頻率地實時采集環(huán)境及暖體出汗假人的各項測試數(shù)據(jù)。

(一) 運動控制系統(tǒng)

l 暖體出汗假人有靜止站立、平躺以及動態(tài)步行三種姿態(tài)，其中靜止平躺姿態(tài)主要為了測試被子及睡袋的熱阻性能，而靜止站立和動態(tài)行走為服裝類測試。

l 運動控制系統(tǒng)采用外置式曲柄連桿電機驅(qū)動聯(lián)接方式，可以方便的選擇動靜兩種狀態(tài)進行測試。整體框架采用高強度航空用鋁型材，伺服電機驅(qū)動運動機構(gòu)，能準備的設(shè)置和控制暖體出汗假人的行走速度

(一) 周圍環(huán)境數(shù)據(jù)測試系統(tǒng)

在暖體出汗假人周圍安裝環(huán)境溫度傳感器 2個，相對濕度傳感器 2 個，全向型風(fēng)速傳感器 3 只，分別安裝在可移動支架上，放置在距假人周圍一米位置處；在假人放置和著裝測試時，可以移開傳感器支架。溫度傳感器的精度±0.2℃，分辨率0.01℃；相對濕度傳感器的精度±3%，分辨率0.1；風(fēng)速傳感器精度±0.1m/s，分辨率±0.01m/s

(二) PC電腦及RANZIDAQ 控制軟件

l RANZIDAQ軟件提供一個完整的和直接的環(huán)境來進行寬闊空間的熱舒適度分析。RANZIDAQ軟件是全自動數(shù)據(jù)獲取和控制程序，并且能夠?qū)崟r顯示，使操作者能夠瀏覽整個測試的進展情況和利用內(nèi)置統(tǒng)計分析功能。數(shù)據(jù)文件可以直接使用EXCEL格式打開，或其他windows支持的電子表格格式。

l RANZIDAQ軟件可以在測試過程或測試后從數(shù)據(jù)文件中自動生成總結(jié)性報告，也可以載入之前的測試數(shù)據(jù)，進行直觀瀏覽、數(shù)據(jù)分析和生成報告。

l 在剛打開RANZIDAQ軟件的軟件主界面，使用此界面，可以開始一個新的測試，瀏覽實時參數(shù)，或手動控制假人。

l 該界面由三大區(qū)域組成：工具欄，數(shù)據(jù)表和圖像顯示區(qū)。圖像顯示區(qū)展示了假人的外形和每一個區(qū)的區(qū)域分割。還有每一個區(qū)的數(shù)據(jù)輸出值，可以標示出不同區(qū)域的參數(shù)。另外，用戶也可以點擊圖中的任一區(qū)域或區(qū)域組，彈出菜單選擇顯示所選定區(qū)域的其他實時數(shù)據(jù)。

l 數(shù)據(jù)表顯示了假人和環(huán)境條件的一些信息，包括：

假人區(qū)域部分：顯示了假人區(qū)域的信息，和根據(jù)實驗類型實時顯示RCT或RET值。

加熱控制部分：顯示假人區(qū)域的溫度和熱流量的設(shè)定值。也重新設(shè)定加熱器控制模式和設(shè)定值。

環(huán)境部分：顯示環(huán)境條件的信息，包含環(huán)境溫度，相對濕度和風(fēng)速。如果假人具有行走支架選項，也會顯示行走速度和行走設(shè)定值。

區(qū)域組加權(quán)平均值：如果定義一個區(qū)域組，也會顯示相應(yīng)所選區(qū)域組的熱阻或濕阻值。

l 實驗界面是當開始一個實驗時出現(xiàn)，顯示實時測試情況的數(shù)據(jù)和圖像。該界面由四個主要區(qū)域構(gòu)成：工具欄、實驗界面表，實驗顯示現(xiàn)行圖和底部的工具欄。這些區(qū)域給操作者提供了寬闊的顯示和控制的選擇。

(一) 出汗暖體出汗假人服裝熱阻濕阻測試程序

熱阻測試程序

l 制作適合假人穿著的服裝。

l 實驗前需將實驗服裝在溫度（ (20 ± 5)℃ 、相對濕度（50 ± 20)RH％的條件下調(diào)溫調(diào)濕 12 h ,

l 設(shè)定暖體出汗假人的皮膚溫度 Ts（32- 35)℃。

l 設(shè)定暖體出汗假人實驗狀態(tài)，暖體出汗假人可分為靜態(tài)實驗和動態(tài)實驗。動態(tài)實驗時設(shè)定步速

l 設(shè)定氣候室溫度 Ta ，根據(jù)預(yù)估被測服裝熱阻值設(shè)定，赤身時低于皮膚溫度不小于 10℃; 熱阻值在 1～3clo 之間時，低于皮膚溫度不小于 20℃;大于 3clo 時，低于皮膚溫度不小于 30℃。

l 氣候室濕度設(shè)定（30%～50%）Rh。

l 氣候室風(fēng)速設(shè)定（0.15～8）m/s。

l 暖體出汗假人進人動態(tài)熱平衡后，至少每分鐘檢測一次皮膚溫度、環(huán)境溫度和調(diào)控加熱功率，這種狀態(tài)務(wù)必保持 30 min 以上。

l 將測試服裝穿著到假人身上，開始進行測試，暖體出汗假人再次進入動態(tài)熱平衡后，務(wù)必保持 30min 以上。

l 熱阻測試結(jié)束并給出測試數(shù)據(jù)。

濕阻測試程序

l 制作適合假人穿著的服裝。

l 實驗前需將實驗服裝放置在氣候室中至少 12h。

l 氣候室溫度設(shè)定與假人的皮膚溫度相同，使假人與環(huán)境之間不產(chǎn)生干熱交換。

l 設(shè)定假人實驗狀態(tài)，假人可分為靜態(tài)實驗和動態(tài)實驗。動態(tài)實驗時設(shè)定步速

l 氣候室溫度與風(fēng)速設(shè)定，氣候室濕度設(shè)定（30%～50%）Rh。氣候室風(fēng)速設(shè)定（0.15～8）m/s。

l 設(shè)定暖體出汗假人各個區(qū)域的出汗量(0~1000ml.hr/m2)（水溫須與設(shè)定的皮膚溫度一致）以保持表面的含水飽和狀態(tài)，達到熱平衡后保持在 30min 以上。

l 將測試服裝穿著到假人身上，開始進行測試，假人再次進入動態(tài)熱平衡后，務(wù)必保持 30min 以上。

l 濕阻測試結(jié)束并給出測試數(shù)據(jù)

假人主要技術(shù)參數(shù)

1. 假人尺寸：1.7±0.2m 2、假人表面積：18±0.3m2

2. 分區(qū)數(shù)量：34

3. 重量：約 35Kg

4. 電源：AC 220V，50Hz

5. 溫度設(shè)定：15～45℃,溫度分辨率：0.01℃溫度測量精度：0.2℃

6. 特大出功率：700W/m2,功率測量精度：±2%

7. 發(fā)汗速率：0 – 1000 ml/hr 11、熱阻量程：0.6 – 6.5 clo

8. 暖體假人準確度：基準定義條件下測得熱阻值(0.78 ± 0.03) clo

9. 暖體假人重復(fù)性：對同種配套服裝 3 次重復(fù)試驗結(jié)果的誤差不大于 3%

10. 數(shù)據(jù)采集頻率：10 次/分鐘

11. 假人運動設(shè)定：默認 45±2 步/分鐘（5～60 步可調(diào)），步幅 63±10cm 手臂擺動：默認 45±2 次/分鐘（5～60 次可調(diào)），擺幅 53±10cm