Способ определения теплозащитных свойств материалов и пакетов одежды

Авторы патента:

G01N25/18 - путем определения коэффициента теплопроводности (с помощью калориметрических измерений G01N 25/20; путем измерения сопротивления электрически нагреваемого тела G01N 27/18)

Владельцы патента RU 2527314:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный институт сервиса" (ФГБОУ ВПО "ОГИС") (RU)

Изобретение относится к текстильной и легкой промышленности и может быть использовано для определения теплозащитных свойств материалов и пакетов одежды. Сущность изобретения заключается в измерении времени остывания аккумулятора тепла, помещенного внутрь материала, пакета одежды, в заданном интервале температур и определении суммарного теплового сопротивления образца. В качестве нагревательного элемента в предложенном решении используется аккумулятор тепла с теплоносителем в виде геля в герметичной упаковке. Технический результат - повышение достоверности оценки теплозащитных свойств не только материалов и пакетов одежды, но и готовых изделий различной объемной формы и конфигурации без их разрушения для подготовки проб. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к текстильной и легкой промышленности.

Известен способ определения теплозащитных свойств материалов для одежды, основанный на принципе нестационарного теплового режима, в частности способ оценки теплозащитных свойств тканей и пакетов тканей [1], который заключается в одностороннем нагреве образца, обдуве его воздушным потоком с последующей регистрацией интегральных изменений температуры поверхности вдоль направления распространения тепла и оценке теплозащитных свойств. Для определения теплового сопротивления используют устройство, содержащее цилиндр из органического стекла, плоский нагреватель, термометр сопротивления, токоподводы. Принцип работы устройства заключается в следующем: термометром сопротивления, ориентированным в направлении распространения тепла, осуществляют измерение интегральных температур в двух областях: в эталонном образце и в исследуемом материале.

Однако данный способ не позволяет выполнять оценку теплозащитных свойств тканей, пакетов тканей в реальных условиях эксплуатации изделий из-за отсутствия мобильности и строго заданных условий проведения испытаний. Кроме того, к недостаткам способа можно отнести большой расход электроэнергии и низкую производительность.

Наиболее близкий к заявляемому техническому решению является способ определения теплозащитных свойств текстильных материалов [2], который характеризуется тем, что определяют скорость охлаждения нагретого тела, изолированного от окружающей среды испытываемым материалом. Для осуществления способа используют прибор для определения суммарного теплового сопротивления материалов для одежды ПТС-225, содержащий на передней крышке корпуса пластину с электронагревателем, текстолитовое кольцо для создания воздушной прослойки между пластиной и пробой; аэродинамическое устройство для создания воздушного потока определенной скорости и направления; термопару для определения температуры пластины и окружающего воздуха. Исследуемый образец закрепляют на пластине с помощью прижимного и игольчатого устройства. Нагревание пластины прибора с пробой производят до достижения перепада температур 60°C, после чего электронагреватель отключают от сети и включают вентилятор. Для выравнивания температурного поля пластину прибора охлаждают до перепада температур 55°C, после чего включают секундомер и фиксируют время охлаждения пластины до перепада температур 45°C.

Однако данный способ не позволяет получить запланированный нами технический результат, поскольку он не обеспечивает достоверность информации о теплозащитных свойствах, соответствующей реальным условиям эксплуатации изделий; сокращение затрат времени на подготовку и проведение испытаний; повышение мобильности и производительности проведения исследований; снижение расхода электроэнергии и стоимости проведения испытаний.

Задачей заявляемого изобретения является повышение объективности и эффективности проведения исследований по определению теплозащитных свойств материалов и пакетов одежды.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение достоверной информации о теплозащитных свойствах материалов, пакетов одежды в условиях, близких к эксплуатационным, при небольшой продолжительности испытаний и минимальных энергозатратах, а также возможность использования для определения теплозащитных свойств неразрушающим методом контроля при проведении экспертизы качества изделий.

Указанный технический результат достигают путем проведения испытаний на пробах из материалов и пакетов одежды, выполненных в виде прямоугольных конвертов. Размеры проб определяются размерами нагревательного устройства.

Устройство (фиг.1), осуществляющее данный способ, состоит из аккумулятора тепла 1 и прикрепленной к нему термопары 2. В качестве аккумулятора тепла используют гель в герметичной упаковке. Гель в силу своей консистенции наилучшим образом подходит для пакетов, имеющих заданную пространственную форму. К главным достоинствам устройства следует отнести доступность, мобильность, компактность, долговечность, простоту сборки и эксплуатации.

Определение теплозащитных свойств материалов и пакетов одежды осуществляют в заданном интервале температур 55-45°C следующим образом (фиг.2): нагретый до 60°C аккумулятор тепла с прикрепленной термопарой 1 помещают в теплозащитный пакет 2 и плотно запаковывают с помощью зажимов. Затем исследуемый объект 2 закрепляют на верхней планке стойки 3. Для выравнивания температурного поля аккумулятор охлаждают до температуры 55°C, после этого фиксируют время его охлаждения до температуры 45°C.

На фиг.3 показан заявляемый способ в оригинале.

Теплозащитные свойства материалов и пакетов одежды оценивают, рассчитывая суммарное тепловое сопротивление по формуле:

R_сум=S_пр·τ/c·m,

где R_сум - суммарное тепловое сопротивление (м²·К/Вт);

S_пр - площадь поверхности пробы, через которую совершается теплообмен (м²);

τ - время остывания аккумулятора в заданном интервале температур (сек);

с - удельная теплоемкость аккумулятора (Дж/кг·К);

m - масса аккумулятора (кг).

Удельная теплоемкость аккумулятора с=2000 Дж/(кг·К), масса m=0,15 кг.

В таблице приведены результаты исследования теплозащитных свойств материалов, пакетов одежды и меха, проведенные с использованием заявляемого способа. В качестве объектов исследования были выбраны пакеты одежды с различными объемными утеплителями, натуральный и искусственный мех.

Таблица
Результаты исследований теплозащитных свойств материалов и пакетов одежды, полученные предлагаемым способом
№	Образец	Площадь образца S_обр, (м²)	Время остывания аккумулятора τ, (сек)	Суммарное тепловое сопротивление R_сум, (м²·К/Вт)
1.	Перопуховой пакет (масса наполнителя в отсеке 0,005 кг)	0,072	2700	0,65
2.	Перопуховой пакет (масса наполнителя в отсеке 0,01 кг)	0,072	3600	0,86
3.	Перопуховой пакет (масса наполнителя в отсеке 0,015 кг)	0,072	4800	1,15
4.	Лиса, расшитая натуральной кожей	0,0396	4800	0,6
5.	Кролик	0,0396	3300	0,45
6.	Норка	0,0396	3600	0,45
7.	Теплозащитный пакет с синтепоном 10	0,041	1400	0,38
8.	Теплозащитный пакет с синтепоном 20	0,041	1800	0,49
9.	Теплозащитный пакет с тинсулейтом	0,041	1500	0,45

Анализ приведенных в таблице данных подтверждает достоверность результатов, полученных предлагаемым способом.

Применение данного способа обеспечивает получение теплозащитных характеристик материалов, пакетов одежды в реальных условиях эксплуатации, при различных температурах, влажности воздуха и скорости ветра. Предлагаемый способ универсален, так как позволяет производить оценку теплозащитных свойств не только материалов и пакетов одежды, но и готовых изделий различной объемной формы и конфигурации без их разрушения для подготовки проб, например перчаток, рукавиц, головных уборов и т.п. Кроме того, доступность и невысокая стоимость комплектующих позволяет использовать несколько устройств одновременно, что существенно сокращает время проведения испытаний.

Источники информации

1. Пат. №2012875, Российская Федерация, МПК G01N 25/18. Способ оценки теплозащитных свойств тканей и пакетов тканей. Спирин Г.Г., Лаушкина Л.А., Логинов Ю.В., Молоков В.Л.; заявитель и патентообладатель Научно-производственный комплекс «ЦНИИШерсть». №4897367/25; заявл. 29.12.1990; опубл. 15.05.1994, 7 с.: ил.

2. ГОСТ 20489-75. Материалы для одежды. Метод определения суммарного теплового сопротивления. Введ. 1976.01.01. - М.: Изд-во стандартов, 1986, 12 с.

1. Способ определения теплозащитных свойств материалов и пакетов одежды, заключающийся в измерении времени остывания нагревателя в заданном интервале температур, отличающийся тем, что для проведения испытаний текстильных материалов и пакетов из них в реальных условиях эксплуатации, в том числе при пониженных температурах, в качестве нагревательного элемента используется аккумулятор тепла с теплоносителем в виде геля в герметичной упаковке.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для повышения достоверности, точности результатов и сокращения трудоемкости вычислений суммарное тепловое сопротивление рассчитывают по формуле:
R_сум=S_пр·τ/c·m,
где R_сум - суммарное тепловое сопротивление (м²·К/Вт);
S_пр - площадь поверхности пробы, через которую совершается теплообмен (м²);
τ - время остывания аккумулятора в заданном интервале температур (сек);
с - удельная теплоемкость аккумулятора (Дж/кг·К);
m - масса аккумулятора (кг).

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к тепловому неразрушающему контролю объектов, и может быть использовано для определения теплового сопротивления и теплопроводности строительных конструкций.

Способ определения удельной теплоемкости материалов // 2523090

Изобретение относится к области технической физики, в частности к тепловым методам исследования материалов, и может быть использовано для определения удельной теплоемкости материалов.

Способ определения коэффициента теплопроводности наноструктурированного поверхностного слоя конструкционных материалов // 2521139

Изобретение относится к области исследования изменения теплофизических свойств конструкционных материалов при нанообработке нестационарным методом неразрушающего контроля.

Способ исследования нестационарного теплового режима твердого тела // 2518224

Изобретение относится к области тепловых измерений и может быть при изучении особенностей нестационарного теплового режима, нахождении теплового баланса и определении теплофизических показателей твердых материалов различного предназначения.

Способ интеллектуального энергосбережения на основе инструментального многопараметрового мониторингового энергетического аудита и устройство для его осуществления // 2516203

Группа изобретений относится к измерительной технике и может быть использована при решении задач энергетического аудита. Заявлен способ и устройство интеллектуального энергосбережения, согласно которым измеряют температуру теплоносителя на входе и выходе энергопотребляющего объекта, измеряют массу теплоносителя за определенный промежуток времени, определяют количество энергии, потребляемой объектом.

Устройство определения сопротивления теплопередачи многослойной конструкции в реальных условиях эксплуатации // 2512663

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для технической диагностики неоднородных конструкций. Устройство для определения сопротивления теплопередачи многослойной конструкции включает датчики температуры и теплового потока и тепловизионное устройство.

Способ определения теплопроводности керна // 2503956

Использование: для определения теплопроводности керна. Сущность: заключается в том, что подготавливают образец керна и рентгеновский микрокомпьютерный томограф для сканирования указанного образца керна и получения изображения для каждого сканирования, сканируют указанный образец керна, передают для обработки трехмерное сканированное изображение с томографа на компьютер, предназначенный для анализа изображений, задают толщину слоя внутри полученного трехмерного сканированного изображения для анализа, определяют слой с максимальной теплостойкостью внутри полученного трехмерного сканированного изображения и определяют эффективную теплопроводность образца керна.

Способ определения температуропроводности твердого тела при нестационарном тепловом режиме // 2502989

Изобретение относится к нестационарным способам определения температуропроводности твердых тел и может применяться в строительстве и теплоэнергетике при проведении тепловых испытаний однородных строительных объектов, теплопроводных и теплоизоляционных материалов.

Способ определения теплопроводности сыпучих материалов при нестационарном тепловом режиме // 2502988

Изобретение относится к нестационарным способам определения теплопроводности сыпучих материалов и может применяться при изучении термических свойств почв, рыхлых горных пород, сыпучих строительных и прочих дисперсных материалов.

Газоизмерительное устройство и способ его работы // 2502066

Изобретение относится к газоизмерительному устройство для измерения присутствия заданного газа в текучей среде. Устройство содержит датчик, имеющий чувствительный элемент и нагревательный элемент, сконфигурированный для нагрева чувствительного элемента до предварительно заданной рабочей температуры, причем чувствительный элемент является восприимчивым к заданному газу таким образом, что, по меньшей мере, одно электрическое свойство чувствительного элемента изменяется в зависимости от присутствия заданного газа, причем электрическое свойство чувствительного элемента измеряется газоизмерительным устройством; и цепь управления, имеющую контроллер нагревательного элемента, связанный с нагревательным элементом и измеряющий его электрическое свойство, причем цепь управления имеет источник энергии подогрева, подающий энергию к нагревательному элементу, причем контроллер нагревательного элемента связан с источником энергии подогрева и регулирует его работу в зависимости от измерения электрического свойства нагревательного элемента; средство импульсной модуляции, соединенное с контроллером нагревательного элемента, источником энергии подогрева для управления величиной энергии, подаваемому к нагревательному элементу.

Способ неразрушающего контроля комплекса теплофизических характеристик твердых строительных материалов и установка для его осуществления // 2530441

Изобретение относится к области теплофизики и может быть использовано при проведении мероприятий неразрушающего контроля комплекса теплофизических характеристик твердых строительных материалов. Согласно заявленному предложению исследуемый образец помещают между плоским нагревателем и охлаждают снизу холодильником, со всех сторон закрывают герметичными крышками и выявляют температурную волну на поверхности исследуемого материала со стороны нагревателя. В электронном блоке управления таймером задают время наблюдения, с помощью пульта управления на кнопках устанавливают температуру нагревателя, температуру холодильника, толщину образца, используя их для определения в вычислительном устройстве электронного блока управления значений коэффициента теплопроводности и коэффициента термического сопротивления. Значения температуры поверхности образца со стороны нагревателя заносят в ЭВМ и используют совместно с полученными в вычислительном устройстве электронного блока управления данными для определения искомых теплофизических характеристик. Также заявлено устройство, реализующее данный способ. Технический результат - повышение достоверности определения теплофизических характеристик твердых строительных материалов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Устройство и способ комплексного определения основных теплофизических свойств твердого тела // 2530473

Изобретение предназначено для комплексного определения основных теплофизических свойств твердого тела и может применяться в строительстве и теплоэнергетике. Устройство состоит из источника инфракрасного излучения, твердого тела и системы охлаждения твердого тела, работающей с помощью вентиляционных отверстий на крышке устройства и перфорированной перегородки. Источник инфракрасного излучения осуществляет бесконтактное тепловое воздействие на переднюю лицевую поверхность твердого тела. Температуру твердого тела регистрируют термопреобразователи в период нагрева. Плотность теплового потока регистрирует преобразователь плотности теплового потока. По результатам построения температурного поля твердого тела в период нагрева и дифференциальному уравнению теплопроводности определяют коэффициент температуропроводности твердого тела. В период стационарного теплового режима твердого тела по величине плотности теплового потока, значениям температуры на передней и задней лицевых поверхностях твердого тела и уравнению теплопроводности для плоской стенки при стационарном тепловом режиме определяют коэффициент теплопроводности твердого тела. По найденным коэффициентам температуропроводности и теплопроводности твердого тела расчетным способом определяют коэффициент удельной (объемной, массовой) теплоемкости твердого тела. Технический результат - повышение точности определения основных теплофизических свойств твердого тела. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

Способ и устройство для исследования температуропроводности материала // 2532609

Группа изобретений относится к области измерительной техники и может быть использована для исследования температуропроводности материалов. Подготовленный для исследования образец подвергают воздействию тепловой и механической нагрузке, в форме осевого одноосного механического растяжения и угловому отклонению вектора температурного градиента от вектора ускорения свободного падения, совпадающего с вектором силы тяжести. Регистрируют во времени температуру по длине образца и полученные данные используют для определения динамических теплофизических характеристик материала. Установка для исследования температуропроводности материала содержит вакуумную камеру, в которой размещен подготовленный для исследования образец, систему вакуумирования, соединенную с камерой, измерительную систему для мониторинга и регистрации температуры. Камера снабжена регулируемой тягой для механического нагружения образца осевым растяжением посредством перемещения тяги, патрубком, на котором установлен регулируемый фиксатор для фиксированного углового поворота камеры. Измерительная система соединена с термопарами, которые размещены на образце. Технический результат - повышение достоверности определения теплофизических характеристик . 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ измерения теплофизических свойств твердых материалов методом плоского мгновенного источника тепла // 2534429

Изобретение относится к области исследования теплофизических характеристик материалов и может быть использовано при тепловых испытаниях твердых материалов. Заявлен способ измерения теплофизических свойств твердых материалов методом плоского мгновенного источника тепла, заключающийся в том, что образец исследуемого материала изготавливают в виде трех пластин. Причем тонкую пластину размещают между двумя массивными. Между нижней массивной и тонкой пластинами размещают плоский электронагреватель, а термоэлектрический преобразователь располагают между верхней массивной и тонкой пластинами. Полученную систему предварительно выдерживают при заданной начальной температуре, затем на электронагреватель подают короткий электрический импульс. Для определения теплофизических свойств материала в течение активной стадии эксперимента осуществляют измерение и регистрацию температуры с постоянным шагом во времени, определяют максимальное значение температуры, рассчитывают значение температуры T′ и момент времени τ′, соответствующие заданному значению параметра β. Технический результат изобретения - повышение точности измерения теплофизических свойств твердых материалов за счет выбора оптимальных режимных параметров теплофизического эксперимента. 2 ил.

Способ и устройство для определения теплопроводности и температуропроводности неоднородного материала // 2535657

Изобретение относится к области изучения физических свойств неоднородных материалов и может быть использовано для анализа теплопроводности, температуропроводности, объемной теплоемкости различных материалов. Для определения теплопроводности и температуропроводности неоднородного материала осуществляют нагрев поверхностей образца неоднородного материала и образцов с известной теплопроводностью и температуропроводностью пятном нагрева, движущимся вдоль поверхностей всех образцов. Регистрируют температуру нагреваемой поверхности всех образцов посредством трех датчиков температуры. Возврат источника нагрева и датчиков температуры в исходное положение используют для обратного сканирования с дополнительными измерениями теплопроводности образца для слоя образца неоднородного материала с глубиной и шириной, отличными от глубины и ширины слоя измерений теплопроводности при прямом движении. Для этого устанавливают такое расстояние между одним из датчиков температуры и пятном нагрева, которое вместе с измененными значениями скорости, мощности и размеров пятна нагрева обеспечит требуемые глубину и ширину слоя измерений теплопроводности при обратном движении. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 2 н.п. и 10 з.п.ф-лы, 1 ил.

Устройство для определения характеристик материалов // 2544312

Устройство относится к области измерительной техники и может быть использовано для теплового контроля материалов. Устройство содержит источник импульсного нагрева, четыре термопары, четыре усилителя, дифференциатор, семь интеграторов, пять компараторов, шесть масштабных усилителей, датчик длительности импульса нагрева, четыре блока деления, три блока умножения, экстрематор, переключатель, два делителя частоты, четыре блока памяти, шесть сумматоров, источник опорного напряжения, пять блоков вычитания, блок управления, шесть блоков памяти, переключатель, четыре блока деления и два квадратора. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства. 1 ил.

Устройство для измерения рабочих характеристик теплообменников // 2544365

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для измерения рабочих характеристик теплообменников. Заявлено устройство для измерения рабочих характеристик теплообменников, включающее теплоизолированный корпус парогенератора с крышкой, изоляторы, электроды, теплообменник, соединенный трубопроводом с крышкой и нижней частью корпуса парогенератора, расширительную емкость, измерительно-вычислительный блок, соединенный с электродами. Устройство также содержит циркуляционный насос, выход которого связан со входом теплообменника, а вход циркуляционного насоса связан с выходом парогенератора, расходомеры жидкости и газа, установленные на входных трубопроводах, датчики давления и температуры теплоносителей, установленные на входе и выходе теплообменника, функционально соединенные с измерительно-вычислительным блоком. Выход теплообменника связан со входом парогенератора. Технический результат изобретения - увеличение диапазонов измеряемых величин и расширение функциональных возможностей устройства. 1 ил.

Способ измерения пространственного распределения теплофизических параметров изотропных материалов // 2544890

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для определения комплекса теплофизических параметров изотропных материалов. Способ включает тепловое воздействие от инфракрасного источника нагрева по всей видимой поверхности исследуемого изотропного материала. Измерение тепловизионным приемником радиационной температуры производят во всех точках пространственной сетки поверхности исследуемого изотропного материала. Перемещают инфракрасный источник нагрева и тепловизионный приемник вдоль поверхности изотропного исследуемого и эталонного материала с постоянной скоростью по криволинейной траектории. При этом с началом перемещения радиационную температуру измеряют в центре поверхности каждого эталонного материала с известными теплофизическими. После чего радиационные температуры измеряют на поверхности исследуемого изотропного материала во всех точках пространственной сетки поверхности исследуемого изотропного материала. Применяют разностную модель с использованием неявных схем. Решают оптимизационную параметрическую задачу для исследуемого изотропного материала в каждой точке пространственного разрешения в соответствии с растром изображения. Определяют из минимума невязки искомые оцененные значения для каждой точки пространственного распределения теплофизических параметров исследуемого изотропного объекта. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 6 ил.

Способ определения комплекса теплофизических параметров изотропных материалов // 2544891

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для определения комплекса теплофизических параметров изотропных материалов. Способ определения комплекса теплофизических параметров изотропных материалов включает тепловое воздействие от инфракрасного источника нагрева по всей поверхности исследуемого изотропного материала. Измерение тепловизионным приемником радиационной температуры производят во всех точках пространственной сетки поверхности исследуемого изотропного материала. Осуществляют непрерывный равномерный нагрев поверхности эталонного/исследуемого изотропного материала от перемещаемого инфракрасного источника нагрева. При этом с началом перемещения радиационную температуру измеряют на поверхности эталонного изотропного материала с известными теплофизическими параметрами в одной точке пространственной сетки поверхности эталонного изотропного материала, попадаемой в объектив тепловизионного приемника. После чего радиационную температуру измеряют на поверхности исследуемого изотропного материала во всех точках пространственной сетки поверхности исследуемого изотропного материала в процессе остывания. Применяют разностную модель с использованием неявных схем. Решают оптимизационную параметрическую задачу для исследуемого изотропного материала в каждой точке пространственного разрешения в соответствии с растром изображения. Определяют из минимума невязки искомые оцененные значения теплофизических параметров исследуемого изотропного материала. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 7 ил.

Способ оценки различия теплофизических параметров видимой поверхности изотропного объекта с учетом фона // 2544894

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для определения комплекса теплофизических параметров изотропных материалов. Заявленный способ включает тепловое воздействие от инфракрасного источника нагрева по всей поверхности исследуемого изотропного объекта. Измерение тепловизионным приемником радиационной температуры производят во всех точках пространственной сетки зондируемой поверхности исследуемого изотропного объекта. Располагают тепловизионный приемник на заданном расстоянии d от оси геометрического центра исследуемого объекта и совершают тепловизионным приемником круговое движение с постоянной скоростью относительно геометрического центра объекта, либо тепловизионный приемник, размещают неподвижно на заданном расстоянии d от оси геометрического центра исследуемого объекта, осуществляя вращения с постоянной скоростью исследуемого изотропного объекта и фона относительно оси поворотной конструкции, на которой они расположены. Формируют набор термограмм круговых разверток радиационных инфракрасных изображений объекта и фона, полученных в разные моменты времени. Применяют разностную модель с использованием неявных схем. Определяют из минимума невязки искомые оцененные значения для каждой точки пространственного распределения теплофизических параметров исследуемого изотропного объекта. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 5 ил.