КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
CONTROL-MEASURING DEVICE FOR DETERMINING THERMAL PARAMETERS OF TEXTILE MATERIALS

Изобретение относится к швейной, текстильной и легкой промышленности и может быть использовано для определения такого теплотехнического показателя, как, например, суммарное тепловое сопротивление текстильных материалов.
Известен контрольно-измерительный прибор (КИП), служащий для измерения суммарного теплового сопротивления тканей и других видов текстиля [1], включающий корпус, пластину диаметром 225 мм с электронагревателем, контактные, прижимные, игольчатые и аэродинамические элементы, вентилятор, гальванометр, термопару, автотрансформатор, источник электропитания, камеру спокойного воздуха, секундомер, вольтметр, термометр, психрометр, пресс и размещенный в приборе образец исследуемого материала.
Указанный прибор получил широкое распространение на швейных, текстильных и обувных предприятиях России и используется для проведения стандартных анализов качества исходного сырья и выпускаемой продукции, однако многие технические характеристики этого КИП так и не были доведены до совершенства. При этом известный прибор по-прежнему отличается избыточной сложностью, громоздкостью и перенасыщенностью деталями конструктивного исполнения, а также второстепенными дополнительными и вспомогательными элементами. Кроме того, такой прибор не обладает требуемой универсальностью, компактностью и портативностью, зато предусмотренные техническими условиями его использования операции по фиксации, снятию и обработке информации существенно перегружены промежуточными и не всегда рациональными приемами и требуют много времени для их выполнения.
Известны способ и устройство для измерения теплотехнических параметров текстильных изделий и других видов пластинчатых материалов [2], согласно которым описанный в этом источнике КИП выполнен из приспособления, предназначенного для удобного размещения образцов исследуемой среды, нагревателя, измерительной камеры с защитным кожухом, системы охлаждения, пресса и датчиков для измерения уровня деформации, давления, сопротивления, влажности и температуры исследуемого образца и окружающего воздуха, а также источника электропитания и системы компьютерного обеспечения, осуществляющей регистрацию и обработку исходных данных плюс управление всеми видами предусмотренных технологией прибора измерительных операций.
Такой КИП обладает определенной степенью универсальности и определенным уровнем системного управления, однако для него также характерна избыточная насыщенность комплектующими, громоздкость и сложность конструктивного исполнения, неудобство и сложность проведения ряда основных и вспомогательных измерительных и управленческих операций, их чрезмерная длительность и неэкономичность.
Известен способ оценки теплозащитных свойств тканей и наборов тканей [3], реализуемый путем использования КИП, состоящего из прозрачного цилиндра, плоского электронагревателя, термометра сопротивления, проводников и источника электропитания, а также образца исследуемых тканей.
По сравнению с аналогами такой прибор имеет более простую, надежную и работоспособную схему конструктивного исполнения, но в то же время для него характерна не совсем оправданная сложность и длительность выполнения операций по фиксации и снятию измеряемых показаний, а также их цифровой обработки.
Известно устройство для определения теплозащитных свойств обуви [4], включающее камеру с подставкой для исследуемого образца обуви, теплоноситель, в качестве которого принята свинцовая дробь, две термопары с электроиндикатором и терморегулятор.
Известный КИП отличается простотой конструктивной схемы и относительной несложностью измерительных и вычислительных операций, а также их оперативностью и определенной надежностью, однако защита обслуживающего прибор персонала и окружающей среды от токсичного воздействия свинца при этом вообще не предусмотрена. Кроме того, теплозащитная вставка, закрывающая верхнюю часть полости образца исследуемой обуви, остается негерметической, что напрямую отражается на точности и работоспособности таких КИП.
В качестве объекта, наиболее близкого к заявляемому техническому решению, принят способ определения теплозащитных свойств материалов и пакетов одежды [5], согласно которому он осуществляется посредством использования контрольно-измерительного прибора для определения теплотехнических параметров текстильных материалов, включающего тепловой аккумулятор, состоящий из геля в герметической упаковке, термопары с электроиндикатором и сам образец исследуемых материалов.
Такой прибор, несмотря на определенную простоту и удобство как конструктивного исполнения, так и операций по его обслуживанию, имеет все-таки и недостатки, к которым, в частности, относится необходимость дополнительного оборудования прибора автономным узлом для периодического подогревания геля и исследуемого образца, а также обеспечения его дополнительными датчиками, предназначенными для непрерывного либо периодического измерения ряда основных и косвенных теплотехнических и электротехнических параметров, считывание и аналитическая обработка которых позволяет существенно повысить точность и надежность КИП, а также оперативность его обслуживания.
Задачей предлагаемого изобретения является достижение его универсальности, портативности, мобильности, компактности, простоты и удобства конструктивного исполнения и обслуживания, а также обеспечение точности и надежности результатов измерений.
Решение этой задачи обеспечивается тем, что в контрольно-измерительном приборе для определения теплотехнических параметров текстильных материалов, включающем тепловой аккумулятор, состоящий из геля в герметической упаковке, термопары с элекроиндикатором и сам образец исследуемых материалов, герметической упаковке теплового аккумулятора придана форма полого цилиндра, вокруг вертикальных стенок которого оборачивается лента, выполненная из исследуемых материалов, и ее противоположные концы плотно соединяются с помощью автозастежки-липучки, причем сам тепловой аккумулятор вводится в пакет из теплозащитной пленки, размещенный в свою очередь в прямоугольном прозрачном корпусе со съемной или открывающейся крышкой, дополнительно оснащенном системой подогрева, устроенной из керамического нагревателя, проводников, переключателя, терморегулятора и источника электропитания; а также системой определения суммарного теплового сопротивления образца исследуемых материалов, устроенной из двух термопар, переключателей, проводников и электроиндикатора, в роли которого используется измеритель ЭДС, секундомером и портативным трехфункциональным контрольно-измерительным прибором, обеспечивающим дефиницию местных метеорологических данных, в том числе барометрического давления, влажности и температуры воздуха. Кроме того, в качестве геля для теплового аккумулятора применяется, например, полиакриламид с содержанием в нем жидкой фазы в интервале от 85 до 95%, а выполненная из исследуемых материалов лента имеет вид одной или нескольких полос прямоугольной формы, длина которых принимается в пределах от 186 до 378 мм при ширине - от 20 до 60 мм, причем размеры корпуса прибора выбираются по высоте в интервале от 250 до 330 мм, длине - от 180 до 260 мм и ширине - от 100 до 180 мм.
В составе исследуемых текстильных материалов следует рассматривать изделия, выработанные из волокон и нитей (ткани, трикотаж, нетканые и дублированные материалы, валяльно-войлочные изделия, вата, сети, текстильная галантерея, крученные изделия), к которым можно отнести также искусственные и натуральные меха, и наборы из этих материалов.
Особенности конструктивного исполнения заявляемого технического решения приведены на чертежах, где на фиг. 1 показан общий вид КИП в его фронтальной проекции, а на фиг. 2 - вид сверху на тепловой аккумулятор, представляющий собой гель, помещенный в герметическую упаковку.
Как видно из чертежей, в состав прибора включены: прозрачный корпус (1) прямоугольной формы, выполненный, например, из оргстекла, портативный трехфункциональный контрольно-измерительный прибор (2), обеспечивающий дефиницию местных метеорологических данных, в том числе измерение барометрического давления, влажности и температуры воздуха, т.е. комбинацию в одном футляре барометра, гигрометра и термометра; система определения суммарного теплового сопротивления исследуемого образца (8), состоящая из термопар (3), одна из которых размещена в верхней части корпуса (1), а другая введена непосредственно в гель (10), переключателей (4), проводников (5) и измерителя электродвижущей силы (ЭДС) (6) в этой системе (3, 4, 5, 6); пакет из теплозащитной пленки (7); образец (8) исследуемого материала или набора таких материалов; полая герметическая упаковка (9) цилиндрической формы, заполненная гелем (10), представляющие вместе тепловой аккумулятор (9, 10); система подогрева (4, 5, 11, 12, 13), выполненная из переключателя (4), проводников (5), терморегулятора (11), источника электропитания (12) и керамического нагревателя (13), введенного непосредственно через герметическую упаковку (9) в гель (10); а также секундомер (14). Кроме того, при подготовке образцов (8) исследуемых материалов, оформленных в виде лент прямоугольной формы, применены автозастежки-липучки (15), которыми оснащаются противоположные концы таких лент, для того чтобы плотно их обматывать вокруг вертикальных стенок полого цилиндра герметической упаковки (9).
Чтобы обеспечить подготовку исследуемых образцов (8) и описываемого прибора к работе, снять значения необходимых электротехнических и теплотехнических параметров, включая продолжительность остывания образцов (8), и провести их аналитическую обработку, следует использовать рекомендации [5], согласно которым последовательно определяют площадь поверхности исследуемого(ых) образца(ов) (8), время его(их) остывания в тепловом аккумуляторе (9, 10) в заданном интервале температур, а также удельную теплоемкость и массу геля (10) в тепловом аккумуляторе (9, 10). Кроме того, работа описываемого прибора обеспечивается за счет своевременного включения и переключения верхней электросхемы (см. фиг. 1), что обусловливает срабатывание системы определения суммарного теплового сопротивления (3, 4, 5, 6) с помощью термопар (3), в том числе воздуха в корпусе (1) и геля (10), а также нижней электросхемы (см. там же), осуществляющей срабатывание системы подогрева (4, 5, 11, 12, 13).
2
2
n
Как следует из приведенной на фиг. 1 и 2 графической иллюстрации заявляемого прибора, все его части, узлы, элементы и детали собираются в единый комплект внутри и снаружи корпуса (1), размещаемого на лабораторном столе или специальной подставке. Через верхнюю съемную или открывающуюся крышку (на чертежах не показана) в корпус (1) вводится и устанавливается на его дне цилиндр теплового аккумулятора (9, 10), вокруг которого обмотана лента исследуемого образца (8) либо набор таких лент (8). В качестве приемлемого геля химического состава рассматривались полиакриламид, желатин, агар-агар и пектин, причем установлено, что по показателям скорости остывания, экологической безопасности и экономичности наилучшими свойствами обладает подиакриламид (ПАА), являющийся синтетическим полимером на основе акриламида и его производных (-CHCHCONH-). Основное применение ПАА находит в качестве недорогого и нетоксичного водорастворимого полимера со свойствами полиэлектролита. Причем это соединение официально допущено Роспотребнадзором к использованию в промышленных масштабах в качестве безопасного коагулянта и флокулянта для подготовки питьевой воды и очистки всех видов сточных вод. В качестве геля ПАА применяется также в химической промышленности, производстве минеральных удобрений, в молекулярной биологии, при добыче и переработке нефти и газового конденсата.
Соединение противоположных концов ленты или лент образца (8) исследуемых материалов (см. фиг. 2) производится посредством автозастежки-липучки (так называемой «застежки Местраля» или «застежки Велькро»), действующей по принципу репейника, т.е. на одной из сцепливаемых таким способом частей материала размещаются микрокрючки, а на другой - войлок. При этом узел автозастежки-липучки выполняется в виде аппарели, т.е. плавно сходящего на нет (спуска) одного конца ленты из исследуемых материалов и противоположного конца той же ленты, плавно расширяющегося (подъема).
Следует отметить, что в качестве керамического нагревателя как одного из самых простых, надежных и экономичных нагревательных устройств могут быть приняты отечественные нагревательные элементы хромитлантанового, дисилицидмолибденового или карбидкремниевого типа; термопар - отечественные термоэлектроды - медь и константан, хромель и копель или хромель и алюмель; метеорологического КИП - портативные отечественные приборы типа «Охотник», «Рыбак» или «Корабль» фирмы «Брик»; а секундомера - отечественный спортивный трехстрелочный секундомер марки «Слава».
Таким образом, в описанном составе заявленный прибор может быть полностью подготовлен к режимным изменениям, предусматривающим последовательное включение, переключение и выключение систем нагрева и определение суммарного теплового сопротивления среды. Секундомер при этом нужен для точного хронометража времени остывания образца исследуемых материала или набора таких материалов. За весь период конкретного измерения технологических параметров с помощью данного КИП, начиная от его пуска и вплоть до остановки, все промежуточные операции фиксируются в рабочем журнале в виде соответствующих записей показаний измерителя ЭДС, секундомера, барометра, гигрометра и термометра, а также эксплуатационных констант самого прибора, после чего эти данные вводятся в алгоритм аналитического расчета искомого показателя суммарного теплового сопротивления исследуемого(ых) образца(ов) согласно рекомендациям [5].
Источники информации
1. ГОСТ 20489-75*. Материалы для одежды. Метод определения суммарного теплового сопротивления. - М.: Издательство стандартов, 1986. - 10 с.
2. Способ и устройство для измерения теплотехнических параметров текстильных изделий и других видов пластинчатых материалов. Патент на изобретение US 6116777 (G01N 33/37, G01N 25/18, Барбара Хильдегард Поуз, 12.09.2000).
3. Способ оценки теплозащитных свойств тканей и пакетов тканей. Патент на изобретение RU 2012875 (G01N 25/18, НПК «ЦНИИШерсть», 16.05.1994).
4. Устройство для определения теплозащитных свойств обуви. Авторское свидетельство на изобретение SU 1173288 (G01N 25/18, МИНХ им. Г.В. Плеханова, 15.08.1985).
5. Способ определения теплозащитных свойств материалов и пакетов одежды. Патент на изобретение RU 2527314 (G01N 25/18, ОГИС, 08.07.2014).