Тепловая модель человека

 

ОП ИСЛНИЕ „„„„„

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено22.11.74 (21) 2076436/25 с присоединением заявки №(23) Приоритет (43) Опубликовано 05.03 77 Бюллетень № 9 (45) Дата опубликования описания 28.04.77 (51) М. Кл.

G 01N 25/30

Гасударственный иомитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Д) УДК 536.24 (088. 8) (72) Автор изобретения

А. А. Глушко

Институт медико-биологических проблем (71) Заявитель (54) ТЕПЛОВАЯ МОДЕЛЬ ЧЕЛОВЕКА

Изобретение относится к области технологической физики и медицины, например, к средствам исследования теплового состояния человека, находящегося, в частности, в изолирующих средствах индивидуальной зашиты (СИЗ/, например, водолазных костюмах, авиационных и космических скафандрах, комбинезонах для зашиты человека, работающего в условиях загрязнения воздушной среды различными токсическими веществами. 10

Устройства подобного типа известны и обычно представляют собой обогреваемый манекен, с помощью которого имитируется теплопродукция человека, однако они не позволяют моделировать термотопографию и по- 15 товыдэления человеками.

Ближайшим технологическим решением к изобретению является т;пловая модель человека, позволяющая имитировать теплообмен отдельных зон поверхности тела чело gp века: головы, плеч, туловища и т.д., состоящая из манекена, наполняемого воздухом, регулятора избыточного давления, электронагревательных элементов, контактных датчиков температуры, тепломеров, стабилизи ол рованных источников питания, измерительной схемы (2).

Недостатками известного устройства являются:

- жесткость метрических характеристик манекена, что исключает размещение его в изолирующих средствах зашиты человека, имеющих ограниченный распах, и не позволяет варьировать объем манекена и размеры его внешней поверхности;

- приближенный характер имитации теп« ловой мощности, отдаваемой Во внешнюю среду, из-за тепловых потерь на границах панелей электронагревателей и ощутимой величины тепла, аккумулированного собст« венно манекеном, обладающим значительной массой и теплоемкостью,.

- отсутствие имитации потовыделений человека, которые в значительной мере влияют на характер тепло, -массообмена в пододежном пространстве СИЗ;

- измерение и регулирование выделяемой манекеном тепловой мощности путем регист рации напряжения на концах нагревателей и тока, протекающего в его цепи, в установив549721 тс 7с1 ехР

Ф

01 О1

01 01 шемся тепловом режиме, что существенно увеличивает продолжительность теплотехнических экспериментов вследствие тепловой инерционности ситемы и делает невозможным использование последнего при имитации входного воздействия определенной длительности и формы, например, в виде регулярных режимов 1, 2, 3 родов.

Целью изобретения является повышение точности и чувствительности тепловой моде- 10 ли при имитации тепло, -влаговыделений и термотопографии поверхности тела человека.

Указанная цель достигается созданием наполняемого воздухом манекена с гермооболочкой нз эластичного материала, состоя- 15 щего иэ регулятора избыточного давления, электронагревательных элементов, контактных датчихов температуры поверхности тепловой модели, тепломеров, стабилизированных источников питания и измерительной схемы, на котором последовательно укреплены в радиальном направлении. нагревательный, термоградиентный и сорбируюший слои, выполняющие роли соответственно имитаторов теплс выделений, температуры поверхности тела и потовыделений человека. При этом нагревательный слой выполнен в виде набора эластичных лент, в тканой основе которых бнфиллярно размещены токопроводящие элементы

30 из материала с низким температурным коэффициентом сопротивления (порядка 1 О Ом/град ), -а например константановая проволока или электропроводяшие нити. Токопроводяшие элементы секционированы таким образом, чтобы нх электрические сопротивления соот35 ветствовали распределению лохальных тепловыделений человека 0,, например, в диапазоне от 70 до 500 вт.Термоградиентный слой выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности р =О, 2-:О, 5 Вт/м град, 40 например прорезиненного капрона, черненногo сажей, толщина отдельных элементов которого 8o<, соответствующая заданной термотопографии поверхности тела человека, определяется нз выражения: где 1 О, - радиус > - ro элемента модели, ) .— перепад температур на L -ом участrcpt ке термограднэнтного слоя.

Поверхность |термоградиентного слоя вы1 полнена в виде .сорбируюшего слоя, напри| мер, иэ бязи, к хоторому подведены гибкие, например полихлорвиниловые,/трубки с водой или физиологичесхим раствором.

На чертеже показана принципиальная схема тепловой модели человеха, представляюшей собой наполняемый воздухом манехен 1, выполненный по форме и в соотнес ствии с антропометрическими параметрами человека. Йля контроля и стабилизации избыточного давления и обьема воздуха внутри манекена, а также плошади его внеш ней поверхности в гермооболочку 2, выполненную из эластичной тхани, например прорезиненного хапрона, смонтирован регулятор избыточного давления 3, работающий в диа назоне 0,002«02 атм, проградуированиый в единицах плошади внешней поверхности гермооболочки. Это позволяет при необходимости варьировать геометрические характеристики манекена и его секции в пределах, представленных в таблице.

На поверхности гермооболочки 2 монти ровались электронагреватели 4, выполненные в виде набора эластичных лент, в тканой основе которых бифиллярно размешены токопроводяшие элементы 5 из материала с низким температурным коэффициентом сопротивления (порядка 10 Ом/град,) например константановая проволока типа МнМц 4ÎÞ,5

ГОСТ 5307-69 или электропроводяшие ни ти. Йля обеспечения заданной топографии тепловыделений электронагреватели секциони рованы таким образом, чтобы их элехтри ческие сопротивления соответствовали распределению локальных тепловыделений чело века 0,,;, например, в диапазоне от 70 до

500 вт. Отдельные секции электронагрева тепей подключены к стабилизированному ис точнику питания постоянного тоха. Поверх электронагревателей клеевым способом зак реплен термоградиентный слой 6, выполнен ный иэ материала с коэффициентом теплопро» водности Л = 0,2-0,5 Br/è, град, например из прорезиненного капрона, черненного сажей, толщина отдельных элементов которого Р, соответствующая заданной термотопографии поверхности тела человека, определяется иэ выражения: где 1 01- радиус 1 -го элемента модели, 9, — перепад температур на i, -ом учютгс1. ке тэрмогуадиентного слоя.

Периферийная часть последнего выполнена в виде сорбируюшего слои 7, например из бязи, z кKоoтTоoр ом у п оoд вед еeнmbы г и б6кKиHеe, например полихлорвиниловые, трубки 8, соединенные.а- гидронасосом 9 малой (до 2000 мл/час) - производительности, обеспечивакь» шим подачу выверенных порций жидкости, например воды или физиологического раствора, нэ емкости 10. На внешней поверхнос549721

Туловище

Bepxase конечности

Нижние конечности

Манекен цилиндр

Ус. конус

Ус. конус

0,5 9-0,62

0,14 0,153

0,3-0,335

1,57-1,7 ти сорбируюшего слоя 7 размещены эластичные тепломеры 11 и контактные термометры 12, с помощью которых индицируется отдаваемая во внешнюю среду тепловая мощность, а также температура поверхности манекена. Эластичные тепломеры выполнены в виде термоэлектрической, например, мед« но-константановой дифференциальной батареи, намотанной на эластичную ленту таким образом, чтобы "горячие спаи 13 ее плотно при-10 легали к сорбируюшему слою 7, а "холодные" спаи 14 - контактировали с охружаюшей средой, например воздушной средой термостатированной камеры, в которой размещается исследуемое изолирующее защитное снаряжение 15

15.

Устройство работает следующим образом.

Перед экспериментом устанавливают заданное значение избыточного давления на регуляторе 3, размещают манекен 1 внутри 20 изолирующего снаряжения 15 и поддувают до момента сброса воздуха через регулятор; соединяют через проходные герморазьемы внутренние электрические и технологические коммуникации: электронагревателей4, систе- 25 мы увлажнения (трубки 8 с насосом 9 ), тепломеров 11, термометров 12, герметиФормула изобретения

1. Тепловая модель человеха для имитаlggK тепло, — влаговыделений и термотопо45 графин человека, состоящая из наполняемого воздухом манекена с гермооболочкой из эластичного материала, регулятора избыточного давления, электронагревательных элементов, контактных датчиков темпера-. туры поверхности модели, тепломеров, стабилизированных источников питания и измерительной схемы, о т л и ч а ю ш а я с я тем, что, с целью повышения точности измереарда s чувствительности, на гермооболочке

И последовательно укреплены в радиальном направлении нагревательный, термоградиентный и сорбирующий слои, выполняющие роли соответственно имитаторов тепловыделений, температуры поверхности тела и потовыделе60 ний человека. зируют СИЗ, в пододежном пространстве которого устанавливают и поддерживают выбранные значения скорости вентиляции, температуры и влажности воздуха; коммутируют внешние электрические и технологические коммуникации, проверяют работоспособность каналов измерения и питания электронагревателей.

С началом эксперимента все секции электронагревателей 4 одновременно подключают к источникам питания постоянного тоха, напряжение на каждый секции соответствует расчетному значению вносимой тепловой мощности $ и контролируется по образцовому вольтметру, например типа

Л-57; открывают затвор гидронасоса 9, обеспечивая подачу во все области пододежного пространства СИЗ 15 выверенных порций жидкости и производят непрерывную регистрацию и запись на диаграммную ленту самописцев сигналов, поступающих от тепломеров 1 1, датчиков температуры — термометров 12 в виде кинетических кривых, соответствующих распределению температур и интенсивности теплоотдачи от отдельных элементов тепловой модели человека, 2. Тепловая модель человека по п. 1, о тл и ч а ю ш а я с я тем, что нагревательный слой выполнен в виде набора эластичных лент, в тканой основе которых бифиллярно размещены токопроводяшие элементы из материала с низким (порядка 10 Ом/град) температурным коэффициентом сопротивления, например константановая проволока или электропроводяшие нити, при этом токопроводяшие элементы секционированы таким образом, чтобы их электрические сопротивления соответствовали распределению лохальных тепловь делений человека $ „, например, в диапазоне от 70 до 500 Вт.

3. Тепловая модель человека, по и. 1, о т л и ч а ю ш а я с я тем, что термоградиентный слой выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности Л =0,2-;

":0,5 Вт/м град, например, прорезиненного капрона, черненного сажей, толщина этдель549721 гс гс б „=Р,; ехр

%g "о»

7 ных элементов которого до, соответствующая заданной термотопографии поверхности тела человека, определяется из выражения: где г „- радиус -го элемента модели, . — перепад температур на i -ом гс участке термоградиентного слоя.

4. Тепловая модель человека по и. 1 отличающаяся тем,чтоповерхность термоградиентного слоя выполнена

8 в виде сорбируюшего слоя, например, из бязи, к которому подведены гибкие, например полихлорвиниловые, трубки с водой или физиологическим раствором.

5 Источники информации, принятые во вни» мание при экспертизе:

1. Hecskber hA.David. АРаКо Яий ьоМОПt>a3fv r edesip ed."M ssi Реь алд Яос3сеИ, 1965, 16, No. 17,26,28-29.

2. Лившиц А. H., Кузнецов И. Т. Метод моделирования общей и локальной теплоотдачи человека при помощи теплового имитатора. Материалы Всесоюзной научной ко ьференции по "Методам исследования

15 теплообмена и терморегуляции, МоскФ ва, 1968 г., стр. 100, 101.

549721

77

Составитель А. Платова

Техред N. Ликович Корректор В. Куириянов

Редактор Т. Орловская

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 344/117 Тираж 1052 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5