微气候测试系统的工作原理详解

（一）环境控制系统

环境控制系统通过人工气候模拟舱实现。人工气候模拟舱以各种模拟手段，人为地制造出与自然界和特殊条件下等环境气候条件相近的密闭空间。测试环境的相对稳定是进行服装热湿舒适性能测试的先决条件，人工气候模拟舱提供了实验所需的环境条件，保证了测试工作的连续性、稳定性，从而也保证了试验数据的可靠准确。

东华大学服装学院的人工气候模拟舱［21］于1990年建成，2006年7月完成了进一步更新改造，扩大了温湿度的控制范围。它由测试室、过渡室、控制室组成，环境条件的模拟由空调机组来调节，如图4－4所示。

图4－4　人工气候模拟舱平面布局示意图

测试室：是一个有效面积4.5m2、有效高度2.1m的密闭空间，是人工气候模拟舱的主体，也是本实验设置圆筒仪进行测试的场地，这里可以模拟不同的环境条件。

过渡室：避免了测试环境因实验人员的进出所引起的变化。

控制室：是整个测试系统和测试环境的控制仪器室，供实验人员进行试验操作、控制。该实验室设有观察窗，可观察实验室内的现场情况。

人工气候模拟舱可模拟多种气候环境，其主要技术指标为：环境温度控制范围：－35℃～35℃，环境湿度控制范围：10%～99%，环境风速控制范围：0.02～10m/s。

人工气候模拟舱除了可对温度、湿度、风速进行控制外，还可以近似模拟雾、雨等天气条件。

该系统测量精度高，工作性能稳定可靠，抗干扰性能好，测试方便实用。

（二）微气候模拟系统

微气候模拟系统通过出汗圆筒仪及温度控制系统、供水系统来实现。

1.出汗圆筒仪

出汗圆筒的剖视图如图4－2所示。筒体内核是恒温水浴6，四周由导热性良好的铜板做筒体壁7，上部和下部是保温性良好的保温材料11，防止热量向外扩散。

筒体壁7上包覆有出汗毛细管道9，外层再包覆有模拟皮肤10，采用聚氨酯合成的人造麂皮做成。在出汗毛细管道9和模拟皮肤10之间安装有温度传感器8，与数字式控温仪21相连接，可以实时记录并控制模拟皮肤的温度。

测试试样1置于最外层，与模拟皮肤10的距离为10mm［18，22，23］，通过胶布包覆于支架5上，与模拟皮肤之间形成微气候4。测试试样的有效面积为（18×47.1）cm2。

在微气候4中间距离试样1及模拟皮肤10各5cm处安装有一组温、湿度传感器2，与温、湿度采集箱15相连接，通过PC机准确实时地记录模拟微气候4内的温、湿度随时间的动态变化曲线。

距离模拟皮肤10的1cm处装有1mm厚的可开合式圆筒形薄铜片3，可以通过打开和关闭来模拟出汗的开始和结束。

2.温度控制系统

模拟皮肤10的温度始终保持在35℃，这可以通过温度传感器8来检测。温度传感器8与DCT.882型数字式控温仪21相连接，数字式控温仪面板如图4－5所示。

温度控制系统的操作程序如下：

（1）打开恒温供水池20的电源开关26；

图4－5　数字式控温仪面板

（2）打开数字式控温仪21面板下面的电源开关，使其指向“开”；

（3）将上面的选择开关指向“设定”，旋转“温度设定”按钮调整温度，直到“温度显示屏”上的数值显示为设定的温度35℃时，再将选择开关指向“测温”；

（4）打开恒温供水池20的加热器开关25及蠕动泵开关24；

（5）加热器自动对恒温供水池20进行加热，并通过蠕动泵23将供水池的水经供水管道12输入到恒温水浴6及出汗毛细管道9中，并通过回流管道19回到恒温供水池20。(www.xing528.com)

（6）数字式控温仪21面板上的“升温”处显示红灯亮，“温度显示屏”实时显示模拟皮肤10的温度值，当温度达到设定的温度值35℃时，恒温供水池20的加热器自动停止加热，此时“升温”处显示绿灯亮，红灯灭。当“温度显示屏”上显示的温度值低于35℃时，恒温供水池20的加热器又自动开始加热，此时“升温”处显示红灯亮，绿灯灭，直到模拟皮肤10的温度值重新达到35℃时，加热器又自动停止加热，如此往复，始终保持模拟皮肤10的温度恒定在35℃。

3.供水系统

供水系统的工作原理如图4－6所示。

图4－6　圆筒仪出汗模拟系统工作原理

出汗毛细管道9能为模拟皮肤10提供恒定温度为35℃的均匀模拟汗水。蠕动泵23将恒温供水池20的水经供水管道12将一部分水流分流到出汗毛细管道9中，为模拟皮肤10提供恒温汗水，一部分水流分流到恒温水浴6的供水管道28中，为恒温水浴6提供恒温水，并通过回流管道19回到恒温供水池20。

出汗毛细管道9上布满极细的出汗孔，环绕在筒体壁7上，外层再包覆吸水性良好的模拟皮肤10，可以确保出汗时圆筒表面全身均匀润湿，经水分渗析扩散、蒸发来模拟出汗。同时还可以通过出汗毛细管道9上的流量调节阀27来调节出汗的速度及出汗量的大小。

（三）数据采集及处理系统

数据采集及处理系统可通过温、湿度传感器2和温、湿度采集箱15以及计算机系统22来实现整个热湿传递过程中微气候温、湿度指标的实时跟踪测量、存储与处理。

1.温度传感器

所选的温度传感器为英国Labfactlity制造的薄膜标准型铂电阻温度传感器。

型号：PT100、2×10mm、classA；

技术参数：0℃时，电阻为100Ω，温度范围：－50℃～200℃。

2.湿度传感器

所选的湿度传感器为美国Honeywell制造，其特点是体积小、精度高。

型号：HIH3610；

技术参数：电源电压5V直流，测量范围：0～100%。

3.温、湿度采集箱

温、湿度采集箱的作用是采集和存储温度及湿度信号，采样间隔10s。它主要由温湿度传感器、放大电路、低通滤波器、A/D转换器、单片机和串行通信接口组成。温度和湿度信号的采集模块示意图如图4－7所示。

图4－7　温度和湿度采集模块示意图

温、湿度传感器将检测到的温、湿度微弱电信号通过运算放大器进行放大，放大后的信号通过低通滤波器滤波，滤掉高频电磁干扰信号，从而产生满足系统线性度和精度要求的电信号，再通过A/D转换器将放大后的模拟信号转换成数字信号，单片机对模数转换结果进行采集、处理，将处理的结果经由串行端口送到后台管理计算机，由数据处理软件实现统一管理并集中显示、控制及打印、存储等功能。

4.数据处理软件

数据处理软件装在PC主机上，其界面如图4－8所示。

界面中，横坐标是时间，单位是h（小时），记录范围是0～60h；左边纵坐标是温度，单位是℃，测量范围是0～40℃；右边纵坐标是湿度，单位是%，测量范围是0～100%。下面窗口中是实时记录的温度值及湿度值。旁边还有记录、停止、刷新和关闭按钮。

通过数据处理软件可实现整个热湿传递过程中温度和湿度指标的实时跟踪采集和存储。并能将采集到的数据导入Excel中进行处理和打印。

图4－8　数据处理软件界面