一种平板织物保温仪制造技术

本发明专利技术涉及一种平板织物保温仪，该保温仪包括：控制器：用于控制加热器功率和时间等参数，同时读取温度传感器的数据，进行数据处理和分析；加热器：为样品提供恒定的加热能量，并根据控制器的指令调整加热功率和时间；温度传感器：用于测量样品表面的温度，并将数据传递给控制器；恒温房：用于保持测试环境的稳定，具有良好的隔热性能，能够在多种环境条件下实现恒定温度。本发明专利技术的平板织物保温仪利用自动化控制和数据分析技术来减少人为干预并提高测试精度，同时平板织物保温仪会将测试数据自动记录下来，并通过软件进行处理和分析，以便更好地理解测试结果并减小误差。好地理解测试结果并减小误差。好地理解测试结果并减小误差。

【技术实现步骤摘要】
一种平板织物保温仪


[0001]本专利技术属于纺织领域，特别涉及一种平板织物保温仪。

技术介绍

[0002]平板织物保温仪是一种用于测试织物的热学性能的仪器。它通常由一个平板样品夹具、一个热源、一个温度计和一个数据采集系统组成。在测试过程中，被测试的织物样品被夹在平板样品夹具之间，以确保测试时的厚度一致。然后，热源通过夹具中的织物样品，产生一定的热流。温度计测量织物样品中的温度变化，并将这些数据传输给数据采集系统进行处理和分析。根据测试结果，可以得到织物样品的热传导系数、热阻、导热率等参数，以评估其保温性能
[0003]红外线平板织物保温仪是一种利用红外线辐射加热来测试织物保温性能的仪器。它的工作原理类似于常规平板织物保温仪，但在加热方式上有所不同。红外线平板织物保温仪通常包括一个红外线灯管和一个平板样品夹具，被测试的织物样品被固定在夹具之间。在测试过程中，红外线灯管通过向夹具中的织物样品辐射红外线热能，使其产生一定的热流。同时，温度计测量织物样品中的温度变化，并将这些数据传输给数据采集系统进行分析和处理。相对于传统的加热方式，红外线加热具有加热速度快、稳定性好、能耗低等优点。因此，红外线平板织物保温仪在测试织物保温性能时，可以提供更加精确和可靠的测试结果。
[0004]红外线平板织物保温仪相对于传统的加热方式确实具有许多优势，但也存在一些缺陷，主要包括以下几点：1)如对环境温度敏感：红外线平板织物保温仪测试结果受环境温度影响大，如果环境温度波动较大，测试结果会产生误差。2)在测试时需要控制红外线灯管的发热量，否则就会导致测试结果不准确。在实际使用中，需要采用相应的方法来控制红外线灯管的发热量及减小红外线平板织物保温仪测试结果受环境温度影响的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题：为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种平板织物保温仪。
[0006]本专利技术为解决其技术问题所采用的解决技术方案为：
[0007]一种平板织物保温仪，包括：
[0008]控制器：用于控制加热器功率和时间等参数，同时读取温度传感器的数据，进行数据处理和分析；
[0009]加热器：为样品提供恒定的加热能量，并根据控制器的指令调整加热功率和时间；加热器为红外线加热器，形状为方形，加热面积大且均匀；
[0010]温度传感器：用于测量样品表面的温度，并将数据传递给控制器；
[0011]恒温房：用于保持测试环境的稳定，在恒温房内进行测试减小环境温度对测试结果的影响；恒温房具有良好的隔热性能，能够在多种环境条件下实现恒定温度；
[0012]其中，控制器采用PID控制算法，以实现样品尽快达到稳态，并根据不同样品的特性和测试环境变化自适应调整参数，提高测试精度和可靠性；
[0013]温度传感器为红外线测温传感器，具有高精度、快速响应和稳定性好等特点；
[0014]加热器功率采用调频调相技术，实现对加热器的精细控制，并提高测试效率；
[0015]控制器具有数据采集和分析功能，能够自动记录测试数据并进行统计和分析，同时支持网络通信和远程控制，以提高测试效率和便利性。
[0016]该硬件系统具有良好的稳定性和可靠性，适用于多种不同类型的样品测试。
[0017]优选的，控制器采用所述PID控制算法，用于实现红外线平板织物保温仪中加热器功率和时间的自动控制，包括以下步骤：
[0018]S11、将样品表面温度设为目标温度T
set
，当前测量到的温度设为实际温度T
act
；
[0019]S12、PID控制器采用三个参数：比例系数K
p
、积分时间T
i
和微分时间T
d
；假设PID控制器输出为u(t)，则有：
[0020][0021]其中，e(t)＝T
set
‑
T
act
(t)为误差信号；
[0022]S13、由于红外线平板织物保温仪中的加热器功率和时间具有多层循环嵌套，采用两级PID控制，即内部PID控制和外部PID控制；其中：
[0023]内部PID控制：以加热器功率P为控制目标，将控制器输出u(t)作为输入，并进行如下计算：
[0024][0025]其中，K
pp
、K
ip
和K
dp
为内部PID控制器参数；
[0026]外部PID控制：以加热时间t
w
为控制目标，将内部PID控制器输出P(t)作为输入，并进行如下计算：
[0027][0028]其中，K
pw
、K
iw
和K
dw
为内部PID控制器参数；
[0029]S14、对于不同的样品和测试环境，根据实际情况调整PID控制器的参数，并通过反馈控制实现自适应调整，提高测试精度和可靠性。
[0030]优选的，加热器功率采用调频调相控制算法，实现对加热器的精细控制，该控制算法使用数字信号处理器进行实现，包括以下步骤：
[0031]S21、参数设置：
[0032]需要确定以下参数：指令输出频率fs、脉冲宽度比m、采样周期Ts、系统响应时间常数Tr；
[0033]其中，指令输出频率fs是控制器产生的交流信号频率，也是系统响应的基本频率；脉冲宽度比m则决定了脉冲宽度的分配情况，进一步影响加热器的平均功率；采样周期Ts是指控制器对温度传感器进行采样的时间间隔；系统响应时间常数Tr则表示加热器输出功率响应到控制信号变化的时间。
[0034]S22、确定载波信号：
[0035]在PSPWM中，要通过一个高频载波信号来产生脉冲宽度调制PWM信号。该载波信号选择三角波。假设载波信号的频率为fc，则其周期为：
[0036][0037]并且具有如下形式：
[0038][0039]由于控制器需要不断地生成PWM信号，因此需要将载波信号离散化，即用数字信号代替连续信号，采用基于欠采样理论的离散化方法，得到离散的载波信号：
[0040][0041]其中，N
c
＝T
s
f
c
，表示在一个采样周期内，载波信号的采样数。
[0042]S23、确定脉冲宽度：
[0043]经过采样和信号处理，控制器得到当前系统状态下的温度T
i
。根据控制目标和温度反馈，控制器需要输出一个PWM信号，驱动加热器工作；采用将脉冲宽度进行分段控制的方法，即将一个周期内的脉冲宽度划分为多个时间段，根据不同时间段的温度需求来计算脉冲宽度。
[0044]假设一个周期内包含N个时间段，第i个时间段的起始时刻为t
i
，终止时刻为t
i+1
，则每个时间段的脉冲宽度w
i
表示如下：
[0045][0046]其中，T
min...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平板织物保温仪，其特征在于，包括：控制器：用于控制加热器功率和时间等参数，同时读取温度传感器的数据，进行数据处理和分析；加热器：为样品提供恒定的加热能量，并根据控制器的指令调整加热功率和时间；温度传感器：用于测量样品表面的温度，并将数据传递给控制器；恒温房：用于保持测试环境的稳定，具有良好的隔热性能，能够在多种环境条件下实现恒定温度；其中，控制器采用PID控制算法，以实现样品尽快达到稳态，并根据不同样品的特性和测试环境变化自适应调整参数；温度传感器为红外线测温传感器；加热器功率采用调频调相技术，实现对加热器的精细控制；控制器具有数据采集和分析功能，能够自动记录测试数据并进行统计和分析，同时支持网络通信和远程控制。2.根据权利要求1所述的一种平板织物保温仪，其特征在于，控制器采用所述PID控制算法，用于实现红外线平板织物保温仪中加热器功率和时间的自动控制，包括以下步骤：S11、将样品表面温度设为目标温度T
set
，当前测量到的温度设为实际温度T
act
；S12、PID控制器采用三个参数：比例系数K
p
、积分时间T
i
和微分时间T
d
；PID控制器输出为u(t)，则：其中，e(t)＝T
set
‑
T
act
(t)为误差信号；S13、红外线平板织物保温仪中的加热器功率和时间具有多层循环嵌套，采用两级PID控制，即内部PID控制和外部PID控制；其中：内部PID控制：以加热器功率P为控制目标，将控制器输出u(t)作为输入，并进行如下计算：其中，K
pp
、K
ip
和K
dp
为内部PID控制器参数；外部PID控制：以加热时间t
w
为控制目标，将内部PID控制器输出P(t)作为输入，并进行如下计算：其中，K
pw
、K
iw
和K
dw
为内部PID控制器参数；S14、对于不同的样品和测试环境，调整PID控制器的参数，并通过反馈控制实现自适应调整。3.根据权利要求1所述的一种平板织物保温仪，其特征在于，加热器功率采用调频调相控制算法，实现对加热器的精细控制，该控制算法使用数字信号处理器进行实现，包括以下步骤：
S21、参数设置：需要确定以下参数：指令输出频率fc、脉冲宽度比m、采样周期Ts、系统响应时间常数Tr；其中，指令输出频率fc是控制器产生的交流信号频率，也是系统响应的基本频率；脉冲宽度比m则决定了脉冲宽度的分配情况，进一步影响加热器的平均功率；采样周期Ts是指控制器对温度传感器进行采样的时间间隔；系统响应时间常数Tr则表示加热器输出功率响应到控制信号变化的时间；S22、确定载波信号：在PSPWM中，通过一个高频载波信号来产生脉冲宽度调制PWM信号；该载波信号选择三角波；载波信号的频率为fc，则其周期为：并且具有如下形式：由于控制器需要不断地生成PWM信号，将载波信号离散化，即用数字信号代替连续信号，采用基于欠采样理论的离散化方法，得到离散的载波信号：其中，N
c
＝T
s
f
c
，表示在一个采样周期内，载波信号的采样数；S23、确定脉冲宽度：经过采样和信号处理，控制器得到当前系统状态下的温度T
i
；根据控制目标和温度反馈，控制器需要输出一个PWM信号，驱动加热器工作；采用将脉冲宽度进行分段控制的方法，即将一个周期内的脉冲宽度划分为多个时间段，根据不同时间段的温度需求来计算脉冲宽度；假设一个周期内包含N个时间段，第i个时间段的起始时刻为t
i
，终止时刻为t
i+1
，则每个时间段的脉冲宽度w
i
表示如下：其中，T
min
,T
max
分别表示当前温度的最低值和最高值，m1,m2分别表示两端时间段的脉冲宽度，k表示斜率；每个时间段的脉冲宽度通过对目标温度范围进行线性插值得到：据此计算出各个时间段的脉冲宽度后，将各个时间段的脉冲信号按照时间顺序拼接起来，得到完整的调制脉冲信号p(n)；
S24、低通滤波：对PWM信号进行低通滤波，以平滑输出信号并消除高频噪声；采用一阶惯性环节模型来描述加热器的动态响应特性，并通过传递函数进行低通滤波；其中，传递函数的形式为：T
r
是加热器的时间常数；通过离散化处理该传递函数，得到差分方程：y(n)＝αx(n)+(1
‑
α)y(n
‑
1)其中x(n)表示输出信号，y(n)表示经过滤波后的信号，α是滤波器的系数；S25、功率控制：经过低通滤波后，得到的输出信号y(n)即可直接驱动加热器工作；S26、反馈控制：为了保证系统的稳定性和可靠性，需要不断地对加热器输出功率进行反馈调整；采用基于温度传感器的闭环控制方式，实时监测样品表面温度，并将反馈信号输入到控制器中，进行实时控制；当实际温度与目标温度之间存在偏差时，控制器会输出相应的控制信号，调整加热器的工作状态，直到温度误差趋近于零；S27、自适应参数调整：由于不同样品具有不同的热特性和响应特性，控制参数的设置也需要根据不同的应用场景进行调整，采用自适应控制方法，通过在线辨识系统模型和估计参数，实现对控制参数的自动调整。4.根据权利要求1所述的一种平板织物保温仪，其特征在于，控制器还具有数据采集和分析功能，将系统输出功率、温度反馈等数据进行记录和处理，并支持...

【专利技术属性】
技术研发人员：李傲伦，付土岭，张建，贾伟锋，孙新路，
申请(专利权)人：郑州豫力滤材有限公司，
类型：发明
国别省市：