Спосіб оцінки мікроклімату багатошарових пакетів текстильних матеріалів

Спосіб оцінки мікроклімату багатошарових пакетів текстильних матеріалів, який полягає в тому, що пакет матеріалів розміщують над посудиною з водою, при ПОСТІЙНІЙ температурі, вимірюють градієнти температур та вологості між прошарками пакета матеріалів, який відрізняється тим, що розміщують два електроди електрично сполучені у центрі з утворенням загального робочого кінця термопар між прошарками пакета текстильних матеріалів, вимірюють термоЕРС на вільних кінцях перших термопар у кожному із повітряних прошарків пакета матеріалів, підключають до вільних КІНЦІВ других термопар, сполучених послідовно, джерело постійної напруги, загальні робочі КІНЦІ термопар додатково нагрівають, вимірюють збільшені термоЕРС на вільних кінцях перших термопар, змінюють полярність прикладеної постійної напруги для охолодження загальних робочих КІНЦІВ термопар при тій же силі струму, вимірюють зменшену термоЕРС на вільних кінцях перших термопар, а градієнт температур ДТ між прошарками пакета визначають із співвідношення Винахід відноситься до області оцінки мікроклімату підодягового простору і може бути використаний для визначення вологості й градієнтів температур у кожному прошарку пакета матеріалів для чистих приміщень Однією З ОСНОВНИХ функцій одягу є забезпечення температурного теплового балансу людини і температурного гомеостазу, що є необхідною умовою нормальної життєдіяльності організму люди ATi= —1fT 0|I а градієнт вологості Д\Л/, між прошарками пакета визначають із співвідношення д\л/, = -Oi - 1 Е, -2Е. Де Еоі - термоЕРС на загальних робочих кінцях у І-ТІЙ точці повітряних проміжків пакета матеріалів, Еоі - термоЕРС на вільних кінцях перших термопар при додатковому нагріванні загальних робочих КІНЦІВ термопар постійним струмом полярності у ітій точці повітряних проміжків пакета матеріалів, Е оі - термоЕРС на вільних кінцях першої термопари при охолодженні загальних робочих КІНЦІВ термопар постійним струмом протилежної полярності в І-ТІЙ точці повітряних проміжків пакета матеріалів, Е| - термоЕРС на вільних кінцях другої термопари у І-ТІЙ точці повітряних проміжків пакета матеріалів, Е| - термоЕРС на вільних кінцях другої термопари при додатковому нагріванні загальних робочих КІНЦІВ термопар постійним струмом полярності у ітій точці повітряних проміжків пакета матеріалів, Е і - термо ЕРС на вільних кінцях другої термопари при охолодженні загальних робочих КІНЦІВ термопар постійним струмом протилежної полярності в ітій точці повітряних проміжків пакета матеріалів, То, -температура води в термостаті ни Якщо процес виділення тепла в організмі і віддача його в зовнішнє середовище не урівноважені, відбувається накопичення вологи в підодяговому просторі й у людини з'являється почуття дискомфорту Тому для забезпечення комфортного стану людини в першу чергу дуже важливою умовою є оцінка мікроклімату підодягового простору КІЛЬКІСНО мікроклімат можна оцінити по ЗМІНІ градієнтів температури, вологості, а також по (О 00 о (О 60816 швидкості руху повітря між усіма прошарками папрошарками пакету текстильних матеріалів кета матеріалів, тобто чим більше зазначені градіПоставлена задача вирішується тим, що в єнти, тим більш інтенсивна волого -1 тепловіддача спосіб оцінки мікроклімату багатошарових пакетів від тіла людини, і тим краще мікроклімат, створютекстильних матеріалів, який полягає в тому, що ваний одягом, а отже, і відчуття комфортності По пакет матеріалів розміщують над сосудом з воотриманим даним можна оцінити переваги й недодою, при ПОСТІЙНІЙ температурі, вимірюють градієліки одягу з багатошарового пакета матеріалів і нти температур та вологості між прошарками параціонально підібрати конструкцію кета, матеріалів, згідно з винаходом, розміщують два електроди електричко сполучених у центрі з Відомий спосіб виміру градієнтів температури утворенням загального робочого кінця термопар та вологості багатошарових пакетів текстильних між прошарками пакету текстильних матеріалів, матеріалів (див Чубарова З С Методы оценки вимірюють термоЕРС на вільних кінцях перших качества специальной одежды -М Легпромбытитермопар у кожному із повітряних прошарків пакездат, 1988, с 43-47), при якому температуру та ту матеріалів, підключають до вільних КІНЦІВ друвологість між прошарками тканин вимірюють за гих термопар, сполучених послідовно, джерело допомогою спеціального давача на основі малопостійної напруги, загальні робочі КІНЦІ термопар шерційного термопрометра додатково нагрівають, вимірюють збільшені терОднак, цей спосіб не забезпечує вимір малих моЕРС на вільних кінцях перших термопар, зміградієнтів температури та вологості завдяки ненюють полярність прикладеної постійної напруги стабільності їх градуїровочних характеристик для охолодження загальних робочіх КІНЦІВ термоВідомий спосіб оцінки мікроклімату багатошапар при тієї ж силі струму, вимірюють зменшену рових пакетів текстильних матеріалів (див Делль термоЕРС на вільних кінцях перших термопар, а Р А , Афанасьева Р Ф , Чубарова З С Гигиена градієнт температур AT, між прошарками пакета Одежды-М Легпромбытиздат, 1991, С140-143), визначають із співвідношення при якому температуру між прошарками тканин вимірюють з допомогою термопар, а вологість повітря визначають шляхом виміру температури суAT, = -1 хим і вологим термометрами, при цьому чуттєвий о, елемент наприклад термоелектричного термомета градієнт вологості AW, між прошарками пакера - робочий кінець термопари, зволожується чета визначають із співвідношення рез спеціальні отвори, заповнені гігроскопічною ( Е І - Е , ) ( Е 0 | + Е 0 | - 2 Е 0 | ) і Е 0і ватою, що містить вологу Необхідність частого змочування одного з термоелементів, зміна мікроклімату підодягового простору джерелом тепла не забезпечують одержання надійних і точних даних про температуру і вологість між прошарками пакету матеріалів Відомий також спосіб оцінки мікроклімату багатошарових пакетів текстильних матеріалів (див Textile Research Journal 68(12), 936-941 (1998), який полягає в тому, що пакет матеріалів розміщують над сосудом з водою, при ПОСТІЙНІЙ температурі, вимірюють градієнти температур та вологості між прошарками пакета матеріалів Крім того, відомий спосіб передбачає використання спеціального імітатора мікроклімату, який спроможний вимірювати температуру і відносну ВОЛОГІСТЬ МІЖ ТІЛОМ ЛЮДИНИ Й ОДЯГОМ, ЩО у СВОЮ чергу визначає комфортність виробу при умовах експлуатації Імітатор спроможний також вимірювати температуру та вологість в підодяговому просторі при штучних умовах зміни температури і відносної вологості повітря й потовиділення Однак, відомий спосіб не забезпечує вимір малих градієнтів температур та відносної вологості між прошарками пакету завдяки великим перекрученням температурного поля і поля вологості із-за великих розмірів давачів температури та вологості, нестабільності їх градуїровочних характеристик, а також необхідності розміщення джерелів тепла та джерела додаткового зволоження повітря між прошарками пакету матеріалів В основу винаходу покладена задача створити такий спосіб оцінки мікроклімату багатошарових пакетів текстильних матеріалів, в якому введення нових операцій забезпечило б підвищення точності визначення градієнтів температур і вологості між Д\Л/, = -1 W , 0і (Еа-Е0|)(ЕІ+ЕІ-2ЕІ)'ЕІ) Еоі - термо ЕРС на загальних робочіх кінцях у ітой точці повітряних проміжків пакета матеріалів, Е о. - термо ЕРС на вільних кінцях перших термопар при додатковому нагріванні загальних робочіх КІНЦІВ термопар постійним струмом полярності у і-той точці повітряних проміжків пакета матеріалів, Е оі - термо ЕРС на вільних кінцях першої термопари при охолодженні загальних робочих КІНЦІВ термопар постійним струмом протилежної полярності в і-той точці повітряних проміжків пакета матеріалів, Е| термо ЕРС на вільних кінцях другої термопари у і-той точці повітряних проміжків пакета матеріалів, Е| - термо ЕРС на вільних кінцях другої термопар при додатковому нагріванні загальних робочіх КІНЦІВ термопар постійним струмом полярності у ітой точці повітряних проміжків пакета матеріалів, Е і - термо ЕРС на вільних кінцях другої термопари при охолодженні загальних робочих КІНЦІВ термопар постійним струмом протилежної полярності в і-той точці повітряних проміжків пакета матеріалів, ТОі -температура води в термостаті, Wo, відносна вологість над поверхнею води в термостаті Використання двох електродів з різних термоелектричних матеріалів, розміщених в міжслойному просторі пакету хрестоподібне і з'єднаних в центрі електричко з утворенням двох термопар із загальним робочим кінцем, вимір термоЕРС на вільних кінцях перших термопар, розташованих між усіма прошарками пакета матеріалів, підключення джерела постійної напруги до вільних КІНЦІВ 60816 других термопар, сполучених між собою послідовнапруги но, додатковий нагрів загальних робочих КІНЦІВ Сутність способу оцінки мікроклімату багатоусіх термопар, вимір зростаючих термоЕРС на шарових пакетів текстильних матеріалів полягає в вільних кінцях перших термопар, вибір сили струнаступному му додаткового нагрівання зміна полярності струВ наслідок дифузії пару крізь пори матеріалів му на протилежне для охолодження загальних 4, 5, і 6 в пакеті матеріалів установлюється визнаробочих КІНЦІВ термопар при тієї ж силі струму, чений розподіл температур і вологості по товщині вимір зменшених термоЕРС на вільних кінцях пепакету матеріалів в залежності від волого - і тепрших термопар і обчислення градієнтів темпераловіддачі від пароповітряного середовища термотур і вологості між прошарками пакету матеріалів стата 1 у навколишнє середовище При виключепо запропонованим формулам дозволяє підвищиному джерелі постійної напруги 35 термоЕРС ти точність визначення зазначених градієнтів, виподвійних термопар на вільних кінцях 11, 12, 16, користовуючи тільки значення вимірюваних тер17, 21, 22, 26 та 27 буде пропорційна різниці теммоЕРС без додаткових градуїровочних засобів ператур робочих КІНЦІВ 8, 13, 18 і 23 та вільних виміру температури і вологості КІНЦІВ ВІДПОВІДНИХ термопар Температура загальНа кресленні приведена електрична схема установки для оцінки мікроклімату багатошарових пакетів текстильних матеріалів, на якому зображені 1-термостат, 2- сосуд з водою, 3-трьох шаровий пакет текстильних матеріалів 4,5,6, 7- тепло ізольований колпак, хрестоподібна подвійна термопара із загальним робочим кінцем 8 і вільними кінцями 9, 10, 11, 12 для виміру термоелектрорушійної сили (термоЕРС), в першому прошарку матеріалу пакету одягу розміщена хрестоподібна подвійна термопара із загальним робочим кінцем 13 і вільними кінцями 14, 15, 16, 17, другий прошарок матеріалу пакету одягу, в якому розміщена хрестоподібна подвійна термопара із загальним робочим кінцем 18 і вільними кінцями 19, 20, 21, 22, третій прошарок матеріалу пакету одягу, в якому розміщена хрестоподібна подвійна термопара із загальним робочим кінцем 23 і вільними кінцями 24, 25, 26, 27, мідна пластина з слюдяною поверхнею 28, четирьохпозиційний перемикач 29, входи якого сполучені з вільними кінцями 11, 16, 21, 26 термопар, чотирьохпозиційний перемикач ЗО, входи якого сполучені з другими вільними кінцями 12, 17, 22, 27, 31-мілівольтметр, залучений до виходу чотирьохпозиційного перемикача 29, 32двухпозиційний подвійний перемикач, 33міліамперметр, 34- реостат і 35 - джерело постійної напруги Термостат, з сосудом заповнений дисцилірованою водою при стабільній температурі 33°С Над поверхнею води при температурі 33 °С у стані гігрометричної рівноваги, в замкнутому просторі, створюється пароповітряне середовище з постійною відносною вологістю (100, 1±0,2)% (Научно исследовательские труды №17, 1977г) Загальний робочий кінець 8 термопари контактує із зазначеним пароповітряним середовищем Загальні робочі КІНЦІ 13, 18, 23 наступних подвійних термопар розташовані в повітряних прошарках між проміжками пакету матеріалів 4, 5 і 6 ВІДПОВІДНО ВІЛЬНІ КІНЦІ термопар 11, 16, 21 та 26 через перемикач 29 по черзі підключаються до мілівольтметра 31 для виміру термоЭРС, а ВІЛЬНІ КІНЦІ 12, 17, 22, 27 через перемикач ЗО також підключаються до мілівольтметра для виміру термоЕРС ВІЛЬНІ КІНЦІ других термопар 9, 10, 14, 15, 19, 20, 24 та 25 сполучені між собою послідовно і залучені до виходів двохпозиційного подвійного перемикача 32, що між собою сполучені зустрічне Входи двохпозиційного подвійного перемикача 32 через міліамперметр 33 і реостат 34 підключені до джерела 35 постійної них робочих КІНЦІВ 8, 13, 18 і 23 визначається гра дієнтом температур теплопереносу крізь прошарки пакета матеріалів ВІЛЬНІ КІНЦІ термопар 11, 12, 16, 17, 21, 22, 26 та 27 розташовані поза пакетом матеріалів і їхня температура дорівнює температурі навколишнього середовища Тому термоЕРС кожної термопари визначається виразами Е 8 = 8 8 - 11,12 11,12. S T S T О) Е 1 3 ~ S 1 3 T 1 3 ~ S 16,17 T 16,17. (2) Е 1 8 = S 1 8 T 1 8 ~ S 21,22 T 21,22. (3) E 2 3 - S 23 T 23 ~ S26,27T26,27 (4) де ss,si3,si8,S23 - коефіцієнти термоЕРС (коефіцієнти Зеєбека) робочих КІНЦІВ 8,13,18 і 23 термопар при ВІДПОВІДНИХ температурах цих КІНЦІВ 0~8,ТІЗ, Т-І8 і Т23), Є11 12.Є16 17,^21 22,^26 27 " КОефіЦІЄНТИ ТермоЕРС (коефіцієнти Зеєбека) вільних КІНЦІВ 11, 12, 16, 17, 21, 22, 26, 27 термопар при ВІДПОВІДНИХ темпера турах Т ЦИХ КІНЦІВ (ТЦ 12,Т16І7, Т21 22 І Т26 27), Якщо врахувати, що ВІЛЬНІ КІНЦІ термопар ма ють практично однакову температуру То навколишнього середовища і, отже, однакові коефіцієнти З е є б е к а (Sn 12=Si6 17=S2122=S26 27=So) Р 'ВНЯННЯ (1Н4) можна уявити в загальному вигляді Е, =є,Т| - s 0 T 0 , (5) де і = 8, 13, 18, 23 індекси термоЕРС ВІДПОВІД НИХ термопар З початку вимірюють з допомогою перемикачів 29, ЗО і мілівольтметра 31 усі термоЕРС Е, потім вмикають джерело постійної напруги 35 і через електродидругих термопар 9, 10, 14, 15, 19, 20, 24, 25 і загальні робочі КІНЦІ 8, 13, 18 і 23 починає протікати однаковий постійний струм Полярність струму вибирають такою, щоб у загальних робочих кінцях термопар за рахунок ефекту Пельтьє виділялося додаткове тепло Одночасно з цим в електродах 9, 10, 14, 15, 19, 20, 24, 25 по всій довжині починає виділятися тепло ВІДПОВІДНО ДО ефекту Джоуля Частина цього тепла завдяки високій теплопровідності металевих електродів також надходить у загальні робочі КІНЦІ ПОДВІЙНИХ термопар, а частина тепла приділяється до вільних КІНЦІВ, де розсіюється на МІДНІЙ пластині 28, изольованой від робочіх КІНЦІВ термопар слюдяною поверхнею Температура додаткового нагрівання робочих кін 60816 ців термопар визначається з однієї сторони електричною потужністю, що перетвориться в теплоту Пельтьє і Джоуля, а з іншої сторони тепловіддачею робочих КІНЦІВ у повітряні прошарки пакету матеріалів Значення електричної потужності визначається коефіцієнтом Пельтьє матеріалів електродів, що утворять робочі КІНЦІ (спаї) термопар, і значенням електричного опору електродів, а тепловіддача в простір між прошарками матеріалів відносною вологістю пароповітряного середовища й поверхнею тепловіддачі робочих КІНЦІВ термопар При нагріванні термопар у сталому режимі, тобто протягом 4 5 значень її тепловій постійної часу x(t>4-5x), виникає рівновага між теплом, що виділяється в робочих кінцях термопар, і теплом, розсіяним у прошарове пароповітряне середовище Температура нагрівання робочого кінця кожної термопари в цьому випадку визначається виразом (6) a,F де Ргкоефіцієнт Пельтьє і-того робочого кінця термопар при температурі Т, І-сила току, що проходить крізь робочі КІНЦІ 8 єнти Зеєбека, то одержимо 2 Е - _е,(Т, +s,T,l + k l R ) - s 0 T 0 (10) a,F 2 е,(Т, -s,T,l + k l R ) - s 0 T 0 (11) a,F З виразів (10)і (11) визначають різницю термоЕРС (12) a,F і сумо-різницю термоЕРС з урахуванням виразу (5) 2 2s,kl R (13) a,F Якщо різницю (12) розділити на квадрат суморізниці (13), то одержимо (14) З виразу (14) визначають коефіцієнт тепловіддачі кожного робочого кінця термопар ВСІХ термопар, R- електричний опір кожного з електродів 9, 10, 14, 15, 19, 20,24, 25, к- коефіцієнт, що враховує частку теплоти Джоуля, що надходить у робочий кінець термопари від електродів, а, - коефіцієнт теплопередачі і-того робочого кінця термопари, F- площа поверхні тепловіддачі робочого кінця термопари Силу постійного струму вибирають такою, щоб стала температура додаткового нагрівання робочого кінця термопари не перевищувала 2-3°С Такий невеличкий локальний нагрів практично не змінює стан термодинамічної рівноваги в повітряних прошарках пакету матеріалів За допомогою перемикачів 29, ЗО і мілівольтметра 31 знову вимірюють термоЕРС, але тепер додатково нагрітих робочих КІНЦІВ термопар З урахуванням рівняння (6) возросші значення термоЕРС на вільних кінцях 11, 12 16 17,21,22,26, і 27 в узагальненому виді можна уявити так Б = є, Т, Pjl + kl2R a,F U) Потім двухполосним подвійним перемикачем 32 змінюють полярність струму, що проходить крізь загальні робочі КІНЦІ термопар При цьому в наслідок ефекту Пельтьє робочі КІНЦІ термопар почнуть охолоджуватися (P,>I2R), а ВІДПОВІДНІ термоЕРС у встановленому режимі зменшуються до значень Е, = є, Т, P,l-kl 2 R a,F (8) ВІДПОВІДНО ДО термодинамічного співвідношення Томсона коефіцієнт Пельтьє пов'язаний з коефіцієнтом Зеєбека залежністю Р,=є,Т, (9) Якщо ВІДПОВІДНО до залежності (9) у виразів (7) і (8) висловити коефіцієнти Пельтьє через коефіці (Е,+Е, -2E,) 2 T,F Коефіцієнт тепловіддачі в пароповітряне середовище можна вважати в першому наближенні пропорційним відносної вологості цього середовища apcW,, (16) де Wi - відносна вологість середовища, у якому розташовані робочі КІНЦІ термопар, с- коефіцієнт пропорційності Тоді відношення відносних вологостей у двох точках контролю, наприклад, у точках розташування робочих КІНЦІВ термопар 8 і 13 можна уявити у вигляді W 7 = ^ 1 ^ W 8 = У-13-МЗЛ'-8-^'-8-^8^'8 W s ( 1 7 ) Відношення температур у цих точках контролю в першому наближенні також пропорційно відношенню вимірюваних термоЕРС Y~ = P08) 43 Ь 13 З урахуванням співвідношення (18) відносна вологість у і-той точці контролю (F1 F V F ~ F« ?F^1 2 F^ 4=, - І=іДІ=8 ++І =8 - ^8) ^8 gj w = (1 (E 8 -E I 8 )(E;+E;I-2E,) 2 E I де Ws - відома відносна вологість над насиченим розчином солі в термостаті 1 при заданій температурі Ts Якщо Т8=ТОі, Ws-Wo,, E 8 =E 0S , E 8 =E 0 S , в загальному виді градієнт відносної вологості між прошарками пакету можна визначити з виразу Д\Л/, = (Е І -Е І )(Е 0 І + Е 0 І -2Е 0 УЕ ( - 1 W O I (20) (Е 0 І -Е 0 І )(Е, +Е, -2Е,)-Е, Градієнт температур з урахуванням співвідношення (18) 60816 AT, = -1T, (21) де То, - відома температура в термостаті 1 З отриманих виразів (20) і (21) очевидно, що градієнти температур і вологості в пакеті матеріалів визначаються тільки вимірюваними значеннями термоЕРС без використання додаткових градуйованих засобів виміру температури й вологості При цьому нестабільності термоелектричних коефіцієнтів Зеєбека є і Пельтьє Р термопар не робить впливи на результат виміру, тому що вони не входять у розрахункові формули МІНЛИВІСТЬ СИЛИ ПОСТІЙНОГО струму І нагрівання і наступного охолодження робочих КІНЦІВ термопар також не впливає на точність визначення градієнтів, тому що ток І відсутній у цих формулах Потрібно тільки зрівнювання реостатом 34 струм І нагрівання й охолодження при ЗМІНІ полярності прикладеної напруги двухполюсним подвійним перемикачем 32 при необхідності Засіб також не потребує стабілізації електричної потужності, яка визначається в головному значеннями коефіцієнта Пельтьє, і розсіюється в повітряних прошарках Комп'ютерна верстка А Ярославцева 10 пакету матеріалів Приклад Для дослідження пакета з трьох прошарків матеріалів (100% бавовна, 50% бавовна та 50% ПЕ, 100% поліефір) використані чотири хрестоподібні термопари, виконаних із термоелектронного дроту з МІДІ й константану діаметром 0,5мм Термопари розташовувалися в повітряних прошарках пакету матеріалу, що складали 10мм У термостаті автоматично підтримувалася температура води 33±1°С, а відносна вологість у 100% задавалася пароповітряним середовищем Сила струму, при якій додатковий нагрів робочих КІНЦІВ термопар складав «2-3°С, встановлювалася порядку 1,2 А Постійна часу зазначених термопар знаходилася в межах 10-12 сек, що потребувало час нагрівання до 1-1,5хв Досліди встановили, що градієнт температури між прошарками зазначеного пакета складає 1,7°С, а градієнт вологості 1,2% Збільшення повітряних прошарків до 12мм дозволив покращіти мікроклімат створюваний одягом Таким чином, спосіб оцінки мікроклімату багатошарових пакетів текстильних матеріалів є інформативним Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119