Стенд 14 Кузнецова К.И.

Кристина Кузнецова

Тюменская область, г. Тобольск
МАОУ СОШ №18, 11 класс

РАЗРАБОТКА СЕНСОРНЫХ ТЕРМОПЕРЧАТОК НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ВИСКОЗНОЙ УГЛЕРОДНОЙ НИТИ

14

Научный руководитель: Ечмаева Галина Анатольевна, Тюменская область, г. Тобольск, МП ТПИ им. Д.И. Менделеева (филиал) ТюмГУ, доцент кафедры физики, математики, информатики

Большую часть территории России занимает Сибирь, где зима длится около девяти месяцев, и имеет средний показатель температуры от -30°C до -16°C. Длительное пребывание на открытом воздухе для человека в этот период чревато переохлаждением или обморожением конечностей. Однако, даже в этих условиях человек продолжает осуществлять повседневную и профессиональную деятельность. В условиях цифровизации экономического уклада все активнее используются различные Smart-устройства как для личной коммуникации, так и для выполнения производственных задач. Большинство гаджетов имеют сенсорную панель, и для работы с ними необходим непосредственный контакт с пальцами рук. Находясь на открытом воздухе, люди вынуждены снимать защитную одежду (варежки или перчатки), поскольку материал, из которого они изготовлены, не позволяет изменять емкостные характеристики touchpad. Исследование посвящено разработке и созданию сенсорных термоперчаток, обеспечивающих поддержание комфортной температуры нагрева, а также контакт с поверхностью Smart-устройств.

Исследование

Для определения подогреваемых зон перчаток мы провели исследование охлаждения незащищенных рук в условиях зимы при длительном пребывании на улице. Исследование проводилось с помощью бесконтактного инфракрасного термометра LAICA SА5900, предназначенного для быстрого и точного измерения температуры поверхности методом «Сканирования». Диапазон измерения в данном режиме: 0 - 60°С. Сами замеры проводились в помещении холла первого этажа здания, поскольку термометр не предназначен для работы при отрицательной температуре окружающей среды. Результаты исследования представлены на рисунках 6 – 8. В соответствии с полученными результатами исследования было принято решение, что зонами «особого внимания», являются крайние фаланги пальцев, а не тыльная сторона ладони, как в большинстве продаваемых моделей. В проекте вискозная углеродная нить использована в качестве составляющей вязки перчаток.

Поскольку созданная функциональность нужна только при определённых температурных условиях, перчатки оснащены кнопкой питания, при включении которой от батареек поступает необходимое количество тока, и нить нагревается. Экспериментальные данные тестирования изделия представлены в таблице 2. Таким образом, в результате исследования мы пришли к выводу, что в данном проекте источником тока могут быть батарейки типа АА, мощностью 1.5 В, соединенные последовательно или гибкий аккумулятор. Батарейки могут быть расположены вокруг запястья, общее их количество должны дают мощность не менее 7.2 В, достаточную для нагревания перчатки до комфортной температуры (25 – 36°С). Данная величина была определена как с помощью расчётов, так и с помощью мультиметра. Максимальная температура нагрева изделия составляет 40°С, время нагрева - 20 минут.

Тестирование изделия выполнялось с помощью тепловизора Seek thermal, температурный диапазон которого: от -40° до +330°С, термочувствительность составляет 0,5°С, используемое разрешение матрицы составляет 320 х 240 px. Исследование проводилось на улице при температуре -20°С. Продолжительность пребывания на открытом воздухе составило 15 минут. Полученные результаты представлены на рисунках 10, 11.

Кроме того, как показали результаты исследования, удельное электрическое сопротивление вискозной углеродной нити самым замечательным образом соответствует необходимым параметрам для работы с сенсорными поверхностями (рис. 12). Следовательно, никаких дополнительных приспособлений на концы больших и указательных пальцев перчаток для работы с touchpad не требуется. Такой возможностью обладают все пальцы перчаток.