[发明专利]热应力监测系统及其现场设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种热应力(heat stress)监测系统，尤其涉及一种用于在户 外环境中实时测量湿球黑球温度(WBGT)热应力的监测系统及其现场设备 (field device)。

背景技术

人类或动物感受到的热舒适度(thermal comfort)主要取决于风速、空 气温度、相对湿度以及太阳辐射。WBGT热应力指数是一种复合温度 (composite temperature)，用于评估上述四种环境因素对人或动物的影响。 该指数是在20世纪50年代后期为美国Marine Corps Recruit Depot在South Carolina(南卡罗来纳州)的Parris island(巴黎岛)开发的。测量WBGT热 应力指数的方法于1982年被标准化。该测量规范记载于ISO 7243号文件 (1989版)，并且还刊登在大不列颠标准BS EN 27243(British Standard BS EN 27243)号文件。

根据ISO 7243号文件，WBGT热应力温度从自然湿球温度(Tnw)、黑 球温度(Tg)和空气温度(Ta)得出，其中

自然湿球温度(natural wet-bulb temperature，Tnw)：是一种由覆盖有 湿棉芯的温度传感器所量度的温度，其中由储水槽(reservoir)为所述湿棉 芯提供蒸馏水，这种设计要求在测量期间保持水温不变。该温度传感器应保 持自然通风，从而使得湿棉芯上的水分蒸发时可以冷却温度计，以模拟人和 动物的出汗效果。由于自然湿球温度计上没有遮盖，因此自然湿球温度代表 了相对湿度、风速和太阳辐射的综合效果。

黑球温度(globe temperature，Tg)：是由150mm无光泽黑色薄球体及 位于该球体中央的温度计所量度的温度。类似于自然湿球温度计，该黑球温 度计不被遮盖，因此黑球温度代表了太阳辐射和风的综合效果。

空气温度(air temperature，Ta)：是由遮盖着太阳辐射的温度计所量度 的温度，这种温度计通常被设置于百叶箱内中。空气温度是一种通常在气象 观测和预报中所引用的标准温度。

以上三种温度数据Tnw、Tg和Ta通过加权平均计算出如下所示的一种 用于户外环境的WBGT指数：

WBGT＝0.7×Tnw+0.2×Tg+0.1×Ta

用于测量这三种温度数据的传感器的具体物理特性可从ISO 7243和 ISO 7726号文件中找到。

WBGT热应力温度被建议应用于需要持续消耗体力的体育活动，例如马 拉松比赛，并且自从1995年以来已被用于国际马术比赛中。在许多国家， WBGT热应力温度亦已被纳入在热环境下工作的国家职业健康和安全指引 中。

为了如实地评估热舒适度，应当在现场(on site)测量WBGT热应力温 度。市场上现有的WBGT热应力测量系统绝大多数是便携式系统，而不是 针对在户外持续测量而设计的。此外，为了便携，这些系统的传感器都紧密 地安装在一起，因此会妨碍空气在传感器之间的自由循环。这就需要有一种 便携式系统，能够在户外环境中持续测量高质量的WBGT热应力温度数据。 本发明就是要提供这种系统。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于热应力监测系统的现场设备，以在 偏远的户外环境中进行WBGT热应力温度的实时持续测量。

本发明的另一目的在于提供一种热应力监测系统，以实时监测户外环境 中的热应力温度。

为了实现第一个目的，本发明提供了一种包括现场设备的热应力监测系 统。

所述现场设备被设计成非常易于便携，其包括：WBGT测量装置、位置 测量装置、数据处理装置、数据通信装置以及电源装置。

所述WBGT测量装置位于现场环境中，其包括：干球温度测量单元，用 于测量干球温度；黑球温度测量单元，用于测量黑球温度；以及自然湿球温 度测量单元，用于测量自然湿球温度。

所述位置测量装置用于采集现场设备在户外环境中的位置数据。

所述数据处理装置用于采集现场设备的位置数据，并采集和处理由 WBGT测量装置检测到的干球温度、黑球温度以及自然湿球温度的数据，并 基于这三种温度数据进一步计算WBGT热应力温度数据。