专利名称：一种检测液体在面料中扩散、蒸发的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种服装面料的检测装置，具体而言是指一种检测液体在面料中扩散、蒸发的装置。
背景技术：
目前，用于面料导湿、排汗性能检测方法及装置主要有以下几种( 1 )、电响应原理自动检测法Hollies, Kaessinger，Watson等人于20世纪50年代就开始从事这方面研究，他们在面料上的一些固定点上插入一些金属针，并将这些针接入检测电路，当液体传导到面料的这些点时，电路上的感应器件就会向记录装置发出信号，这样就可以得到液体传导到这些固定点的时间，而液体传导距离是固定的，通过计算就可得到液体传导速度。在测试过程中，Hollies等人在水中加入电解质代替纯水以降低了面料导通电阻，提高仪器响应灵敏度。Hollies等人在盛放液体的烧杯底部放了一个压力计以随时测定烧杯内液体高度，一旦烧杯内水位下降到临界值就给烧杯加水，这样保证烧杯液体量不会因为面料吸水而减少；在面料上所插入的探针排布是不等间距的，相邻探针间隔呈逐渐减小趋势，其原因是面料芯吸速率呈递减趋势，探针不等间距排布可以获得尽可能全面的数据。Hoyland于20世纪70年代从事纸张的导湿机理与导湿测试仪器方面的研究，他采用的方法与Hollies等人的方法类似，只是在检测电路上作了一些改进，缩短信号记录装置的响应时间。张才前等于2004年报道了在面料表面插入针法，根据探针间阻值变化，检测汗液沿面料各不同方向传导扩散情况。香港科技大学Juanyan Hu等，于2005年报道了同心圆环法测试面料导湿排汗性能。其特点是在面料上下表面分别放置6个同心圆环，利用圆环间电阻阻值变化，检测汗液沿面料传导扩散以及蒸发情况。(2)有色液体测试法Minor (于1959年)，kaswell (于1961年)，Cary等(于1979年)在测试面料导湿性能时都采用了在液体中加入染料的方法，使液体在纱线或面料中传导的前沿位置更易于观察，从而可得到液体在面料中的传导速度。现在国内许多实验室都采用该方法进行测试。而国内实验室测定面料导湿性能主要采用的是在液体中加入染料，进而得到液体在面料上扩散的前沿位置，如记录液体到达各个位置所需时间来则可得到液体在面料中的传导速度。2010年张才前报道利用CuSO4显色效应，将面料浸入CuSO4液体中一定时间后烘干，将液滴滴入面料，当液体扩散后，残留在面料内的CuSO4粉末显示蓝色，可监测液体扩散前沿位置。(3)超声波定位法1988年Law提出了用超声波测定液体在面料中扩散情况。从而进一步提高了面料导湿速度的测试精度与准确度。(4) LFY-45面料毛细效应试验仪将面料一端吊起，另一端浸入水中，测定一定时间内毛细效应高度。对于白色或浅色面料，水中常常需要加入染料或墨水，以便于测量方便。也可以在试样上用彩色水笔画上线条，吸水处的线条颜色会扩散，有利于测量毛细效应高度。垂直芯吸法的优点是测量方便，缺点是每一次只能测量面料一个方向的毛细效应高度，必须测量两次才能反映面料的液态水传导能力，测试时间较长(30min左右)受环境蒸发影响较大。两次测值的乘积可以作为面料总的毛细效应面积，用于反映面料液态水总的传导能力。(5) CCD 测定法现在较先进的测试仪器是东华大学采用的借助图像处理技术进行面料的导湿自动测试装置。它采用CCD摄像头等时间间隔(1 )自动摄像，并将所摄图像输入计算机进行图像处理，利用面料干态与湿态图像上灰度值的差异计算出面料上干态与湿态的百分比， 由百分比可得到液体在面料上的导湿速度。采用上述面料导湿性能检测方法及装置存在以下几方面的问题第一、当前测试方法往往针对面料导湿性能，或者排汗性分别进行测试，或者定型测试面料导湿、排汗性。同时定量、精确测量面料导湿、排汗性测试方法尚未见报道。第二、当前国内外面料导湿性能测定使用最多的是条带芯吸测试法，该法是剪取一段被测面料的长布条，将布条水平或垂直放置，一端浸入液体中，测定液体在一定时间内上升高度或液体上升到一定高度所需时间，进而得到面料导湿能力。测试面料透湿性能方面存在三个不足第一、实验只能测面料沿单一方向的导湿性能，而不能同时测出面料的各个不同方向导湿性能，这样就得不到面料经纬向导湿性能的差异，也不利于对面料进行综合评价；第二、实验只能测定面料最大导湿能力，而无法得到液体在面料中各不同位置的传导速度；第三、测试时间较长(30min)液体在空气中蒸发汽化消耗水量及热能干扰了测试结果。第三、Minor，Kaswel 1, Cary等人，包括国内实验室所用面料导湿测试仪器都是采用在液体中加入染料的方法。该法存在两个缺陷第一、由于加染料的液体的气——液界面张力、密度等与水有差异，同时这些液体本身差异也较大，使得这种测量方法的测量准确度受到影响。第二、使用染料测试方法只能测得液体在面料表面传导速度，而不能测得液体在面料内部传导速度(面料内部传导速度往往较其表面传导速度快)，这也会给测量带来误差。第四、Hollies等人采取的向水中加入电解质的方法、加入电解质的液体易受杂质和面料后整理的化学残留物的影响，从而降低了实验结果的可信度。Law等人采取的超声波技术也存在一定的缺陷，即超声波提供能量被面料吸收后，增加水分扩散和蒸发速率。第五、东华大学研制的图像处理技术测试面料导湿性能，但该技术对有色面料特别是印花面料易受到面料颜色影响，使图像采集受到较大干扰，影响测试效果；同时该测试方法仪器造价较高，普及应用还有一定困难。第六、采用探针法和圆环法虽然利用计算机处理，速度较快，准确度较高，但是两者都是在面料水平状态下测试，不符合人体穿着服装面料时，面料会处于垂直状态下，汗液垂直扩散的实际情况，同时，在水平下测试面料性能，需要对面料有较高要求，如需要将面料放置水平并绷紧，这对检测方法和装置造成较大限制。基于上述原因，申请人作出本实用新型。实用新型内容针对现有技术所存在的上述问题，本实用新型的第一方面目的在于提供一种操作简单、检测精度高的检测液体在面料中扩散、蒸发的装置。本实用新型为实现上述目的采取的技术方案如下一种检测液体在面料中扩散、 蒸发的装置，其特征在于包括一封闭的箱体，探针基板垂直地安装在箱体内，在探针基板上安装有基准探针和测试探针，电路板安装于探针基板上，检测回路包括基准探针、测试探针、电源、定值电阻，基准探针、测试探针、电源、定值电阻之间通过导线相连，注液机构包括用于盛放检测液体的容器，与容器相连的蠕动泵，导液管一端与蠕动泵相连，导液管另一端与基准探针相连，数据采集装置与检测回路相连，计算机与数据采集装置相连。进一步地所述的箱体为透明有机玻璃箱体，在箱体内安装有相对湿度计、温度计、多个加热器、干燥皿、水箱、冰块盒，在箱体底部安装有一底板，底板上安装有底座、电源插座、垂直卡槽，在箱体下方的四角位置皆安装有调平底座。所述的电源为可编程精密电源，所述数据采集装置为PCI8210数据采集卡。探针基板通过垂直卡槽安装于箱体的底部，探针基板为有机玻璃板，探针基板长、 宽各为15cm，探针基板厚度为1cm，电路板厚度为0. 2cm，垂直卡槽的槽体宽1.21cm、深 1. 5cm、长 15cm0导液管通过同心圆环与基准探针相连接，同心圆环采用金属材料制成，导液管半径为0. 5mm、同心圆环外半径0. 4mm、内半径0. 36mm，基准探针半径0. 2mm，检测用液体采用 0. 09g/ml 的 NaCl 溶液。基准探针安装于探针基板的中部，测试探针设置在以基准探针为中心的经向及纬向位置，或与经向、纬向呈0 90度角度的位置。在经向位置的测试探针设置有正方向5根，负方向14根，在纬向位置的测试探针设置有8根，与经向正方向呈45°角度的位置设置有5根，与经向负方向呈30°和60°角各设置探针根12根，探针之间的间距为4mm。还包括有载样板，载样板的尺寸设置与探针基板相同，载样板的四角设有四个圆形导向柱，在探针基板的四角设置有导向孔，载样板的圆形导向柱与探针基板上的导向孔相匹配。在载样板对应探针基板上测试探针的相同位置设有圆孔，圆孔与探针基板上测试探针相匹配。本实用新型的工作原理及有益效果如下由于面料在不同含水率下的质量比电阻差异很大，当面料处于干态时，面料表面比电阻值达IO12 1014Ω，即使面料处于标准状态下(相对湿度为65%左右，温度为20°C 左右)时，质量比电阻也达到108Ω以上，而当面料内部有液态水时，其质量比电阻降至 IO6Ω 107Ω数量级。显然面料在干态或标准状态时表面比电阻比其含有液态水时的表面比电阻大得多。根据面料的这个性质，可以判断面料上是否存在液态水以及液态水水量。 基于上述原理，本实用新型通过在面料上一些固定点有规律地插入探针，并将探针用检测电路连接起来，利用检测电路测定各探针之间电阻值大�。莸缱柚荡笮】杉浣踊竦妹媪仙弦禾逅┥ⅰ⒄舴⑶榭�。本实用新型与申请人前述的申请相比，具有以下方面优点(1)、面料扩散、蒸发检测装置采集频率最大可达250Hz。( 2 )、可测试面料经向、纬向、及其他方向导湿、排汗性能。(3)、模拟人体穿着时的汗液扩散及蒸发状态，更具有参考价值。(4)、面料在垂直状态下进行检测，与原有检测装置相比，无需控制水平、绷紧，对检测面料本身不造成破损。(5)、原有检测装置，只能检测汗液传导过程，本实用新型可以同时检测液体在面料中的传导及蒸发状态。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型实施例检测装置的结构示意图；图2为本实用新型实施例检测电路的结构示意图；图3为本实用新型实施例探针基板上的探针分布图；图4为本实用新型实施例载样板上的圆孔分布图；图5为本实用新型实施例导液管与探针基板连接一端的结构示意图；图6为本实用新型实施例的面料载样示意图；图7为本实用新型实施例的探针基板的结构示意图；图8为本实用新型实施例金属探针的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的一种检测液体在面料中扩散、蒸发的装置，包括一封闭的箱体M，箱体M优选采用透明的有机玻璃制成，本实施例中，箱体M采用底板和玻璃罩的结构，当然，箱体M也可采用顶部开口的腔体和用于顶部封闭的盖板结构。在箱体M下方的四角位置皆安装有调平底座四，调平底座四的作用是保证箱体M的水平及检测的准确性。在箱体M内安装有相对湿度计22、温度计32、多个加热器23、干燥皿沈、水箱27、 冰块盒观，在箱体M底部安装有一底板18，底板18上安装有底座17、电源插座19、垂直卡槽20。其中箱体M内的温度可通过加热器23升温或者在冰块盒28内放入冰块降温来进行控制，检测时，温差可控制在士3°C，符合测试要求。当温度达到后，通过水蒸发放湿或干燥皿沈内的干燥剂吸湿，可调节箱体M内的相对湿度，以方便地用于测试不同相对湿度条件下的面料导湿性能，湿度差异可控制在士5%，符合测试要求。结合图2、图3、图5、图7所示，探针基板2通过垂直卡槽20安装于箱体1的底部，探针基板2采用有机玻璃板，具有绝缘性好、表面光洁、不会吸湿等优点，探针基板2长、 宽各为15cm，在探针基板2上安装有基准探针5和测试探针6，电路板13安装于探针基板 2，电路板13与电源10相连，电源10与插座19相连，图7实施例示出了垂直卡槽20的俯视图，由于探针基板2厚度为1cm，电路板13厚度为0. 2cm，共计1. 2cm，为便于探针基板2和电路板13插入垂直卡槽20中，垂直卡槽20的槽体33宽度加工成1. 21cm，槽体33深度 1. 5cm，长度为15cm。用于盛放液体的密闭容器15通过基座17安装于箱体M的底部，蠕动泵14与容器15相连，导液管16 —端与蠕动泵14相连，另一端连接于探针基板2上的基准探针5。图5所示的实施例中，导液管16通过同心圆环4与基准探针5相连接，同心圆环4采用金属材料制成，从而保证当液体导入时，检测回路即输出电压信号，导液管16半径为0. 5mm、同心圆环4外半径0. 4mm,内半径0. 36mm、基准探针5半径0. 2mm,液体优选采用 0. 09g/ml的NaCl溶液(模拟人体汗液)。如图2所示，检测回路包括基准探针5、测试探针6、电源10、定值电阻11，基准探针5、测试探针6、电源10、定值电阻11之间通过导线7相连，本实施例中，电源10采用可编程精密电源HP6632B(安捷伦)，电源10负极与定值电阻11 一侧接地8，定值电阻11另一侧通过数据线9输出电压信号给PCI8210数据采集卡21，计算机3通过数据线31与PCI8210 数据采集卡21相连。如图3所示的实施例中，探针基板2的四角设置有导向孔12，基准探针5安装于探针基板2的中部，测试探针6设置在以基准探针5为中心的经向及纬向位置，或与经向、纬向呈0 90度角度的位置。本实施例中在经向位置的测试探针设置有正方向5根，负方向14根(因垂直状态，液滴经向负方向扩散位移较大)，在纬向位置的测试探针设置有8根，与经向正方向呈 45°角度的位置设置有5根，与经向负方向呈30°和60°角各设置探针根12根，共计56 根探针。本实施例所采用的探针形状如图8所示，为上端圆锥，下端圆柱形(圆柱端直径为 0. 4mm)，表面镀有20 μ m的黄金，以起到防腐、降低电阻减小噪音的目的。与基准探针5最接近的测试探针6之间中心距为4. 7mm (其中导液管半径0. 5mm，测试探针半径0. 2mm，设定探针间距4mm)，其余探针与前一根探针距离为4mm。在探针基板2的四角打下4个直径为Icm的圆形导向孔12。结合图4、图7所示，本实用新型实施例的载样方式如下，样品1放置于载样板30 上，载样板30的尺寸设置与探针基板2相同大�。匮�30的四角设有四个直径0. 99cm的圆形导向柱25，圆形导向柱25与探针基板2上的导向孔12相匹配。在载样板30对应探针基板2上测试探针的相同位置打有直径为0. 5mm的圆孔32，圆孔32与探针基板2上测试探针相匹配。载样方式如图7所示，将样品1即被测面料(长、宽均为IOcm)平整放在载样板 30上，然后将探针基板22的四个导向孔12对准载样板30四角的圆形导向柱25，此时基准探针5和测试探针6同时对应载样板30上圆孔32位置，当圆形导向柱25插入四个导向孔 12中并压紧，此时基准探针5和测试探针6通过圆孔32插入到面料1中，当面料1与探针的底部接触后，取下载样板30即完成载样工作。本实用新型的检测过程如下1、载样将样品平整放在载样板上，然后将探针基板的四个导向孔对准载样板四角的圆形导向柱，当圆形导向柱插入四个导向孔中并压紧，基准探针和测试探针通过圆孔插入到面料中，当面料与上述探针的底部接触后，取下载样板完成载样工作；2、测试将载样好的探针基板垂直安装于箱体内的垂直卡槽中，将导液管与基准探针连接，启动蠕动泵，定流量和总量的液体由容器经导液管进入样品与探针基板表面，基准探针电阻下降，仪器开始计时，并检测56路测试探针通过数据线输出电压值，输出电压由PCI8210数据采集卡转换成数字信号，然后由数据线输入计算机，通过软件对数据进行处理，将测试探针与基准探针之间电阻值变化，转换为面料表面方向的液滴扩散以及蒸发情况，得到液体在面料中扩散、蒸发的性能参数。[0068]本实用新型的检测原理如下[0069]测试样品(S卩服装面料)紧贴于探针基板(模拟人体皮肤)，并垂直放置，模拟人体汗液(液体优选采用0. 09g/ml的NaCl溶液)由导液管注入，从而模拟出人体正常出汗时面料的扩散及蒸发状态。通过检测回路检测输出电压信号，如输出电压很小，说明基准探针与测试探针电阻值很大，液体未传导到测试探针位置；如输出电压较大，说明液体扩散到测试探针位置处。通过在织物表面大量布置一些测试探针，从而检测液滴在各不同方向、不同位置的扩散情况。另一方面，液滴在扩散的同时会蒸发，伴随液滴蒸发，基准探针与测试探针之间的电阻值增大，输出电压会降低，根据降低速率，可检测出液滴的蒸发速率。这样，本实用新型所采集的电压信号由PCI8210采集卡采集后，通过计算机内的检测软件对数据进行处理，最终得到面料表面方向的液滴扩散、蒸发情况，及面料导湿排汗性能参数。[0070]本实用新型的输出电压值是加在定值电阻两端的电压，其值由下式表示。[0071]U .= -X -SnR0+R 0[0072]式中F·是电路输出电压；Dr是精密稳压电源电压；K是定值电阻(阻值 IMΩ ) 是面料电阻。[0073]面料干湿状态的电压阀值判断[0074]本仪器是根据检测电路输出的电压值的大小判断面料上各测试探针位置处面料的干湿状态。在测试电路中稳压电源干燥状态选择20V，湿润状态选择电压5V，定值电阻值为1ΜΩ，而面料湿阻数量级为IO6IO7 Ω，面料干态电阻值为108Ω 1014Ω，据此可确定面料干湿状态的电压阀值。[0075]a.当从注液点到探针位置面料都处于湿润状态时，仪器检测电路输出的电压值为[0076]Tj- V^ = ^^ χ R0 二 ^——F xlO6 = a 5~2.500F 赠 R0+ R ^ IO6+IO6 IO7[0077]b.当探针周围面料处于干燥状态时，仪器检测电压值为[0078]Vom = -^― XR0 = ~^——^ XlO6 =0.000- 0.200Γ 碰 Ji0+Ji v 106+108~10w[0079]式中Kia是仪器检测电路输出的电压值j是仪器稳压电源电压；h检测电路选用的定值电阻阻值；i 从注液点到检测探针位置之间的面料电阻值。显然面料处于前者条件下输出电压最小值较后者条件下电压输出最大值2倍以上，面料干湿状态的电压阀值很容易判定，本程序中电压阀值取0. 3V。[0080]面料液滴蒸发过程检测精度判断[0081] 测试电路中用的探针为镀金探针，电路也用黄金丝电镀，整个电路电阻彡10Ω, IMΩ电阻误差为士 100 Ω，因此电阻误差为-90 110 Ω，测试精度为-0.09%。 0. 11%。，而电压数值变为0.455 2.50CT。精度为1%。，因此面料液滴蒸发过程检测精度符合要求。
权利要求1.一种检测液体在面料中扩散、蒸发的装置，其特征在于包括一封闭的箱体，探针基板垂直地安装在箱体内，在探针基板上安装有基准探针和测试探针，电路板安装于探针基板上，检测回路包括基准探针、测试探针、电源、定值电阻，基准探针、测试探针、电源、定值电阻之间通过导线相连，注液机构包括用于盛放检测液体的容器，与容器相连的蠕动泵，导液管一端与蠕动泵相连，导液管另一端与基准探针相连，数据采集装置与检测回路相连，计算机与数据采集装置相连。
2.根据权利要求1所述的一种检测液体在面料中扩散、蒸发的装置，其特征在于箱体为透明有机玻璃箱体，在箱体内安装有相对湿度计、温度计、多个加热器、干燥皿、水箱、冰块盒，在箱体底部安装有一底板，底板上安装有底座、电源插座、垂直卡槽，在箱体下方的四角位置皆安装有调平底座。
3.根据权利要求1所述的一种检测液体在面料中扩散、蒸发的装置，其特征在于所述的电源为可编程精密电源，所述数据采集装置为PCI8210数据采集卡。
4.根据权利要求1所述的一种检测液体在面料中扩散、蒸发的装置，其特征在于探针基板通过垂直卡槽安装于箱体的底部，探针基板为有机玻璃板，探针基板长、宽各为15cm， 探针基板厚度为1cm，电路板厚度为0. 2cm，垂直卡槽的槽体宽1. 21cm、深1. 5cm、长15cm。
5.根据权利要求1所述的一种检测液体在面料中扩散、蒸发的装置，其特征在于导液管通过同心圆环与基准探针相连接，同心圆环采用金属材料制成，导液管半径为0. 5mm、 同心圆环外半径0. 4mm、内半径0. 36mm，基准探针半径0. 2mm，检测用液体采用0. 09g/ml的 NaCl溶液。
6.根据权利要求1所述的一种检测液体在面料中扩散、蒸发的装置，其特征在于基准探针安装于探针基板的中部，测试探针设置在以基准探针为中心的经向及纬向位置，或与经向、纬向呈0 90度角度的位置。
7.根据权利要求6所述的一种检测液体在面料中扩散、蒸发的装置，其特征在于在经向位置的测试探针设置有正方向5根，负方向14根，在纬向位置的测试探针设置有8根，与经向正方向呈45°角度的位置设置有5根，与经向负方向呈30°和60°角各设置探针根 12根，探针之间的间距为4mm。
8.根据权利要求1所述的一种检测液体在面料中扩散、蒸发的装置，其特征在于还包括有载样板，载样板的尺寸设置与探针基板相同，载样板的四角设有四个圆形导向柱，在探针基板的四角设置有导向孔，载样板的圆形导向柱与探针基板上的导向孔相匹配，在载样板对应探针基板上测试探针的相同位置设有圆孔，圆孔与探针基板上测试探针相匹配。
专利摘要本实用新型公开了一种检测液体在面料中扩散、蒸发的装置，属于面料性能检测技术领域，包括一封闭的箱体，探针基板垂直地安装在箱体内，在探针基板上安装有基准探针和测试探针，电路板安装于探针基板上，检测回路包括基准探针、测试探针、电源、定值电阻，基准探针、测试探针、电源、定值电阻之间通过导线相连，注液机构包括用于盛放检测液体的容器，与容器相连的蠕动泵，导液管一端与蠕动泵相连，导液管另一端与基准探针相连，数据采集装置与检测回路相连，计算机与数据采集装置相连。本实用新型具有操作简单、检测结果准确等优点。
文档编号G01N13/00GK202275040SQ20112038178
公开日2012年6月13日 申请日期2011年10月10日 优先权日2011年10月10日
发明者张才前 申请人:绍兴文理学院元培学院
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
