一、概述:
1.1 此設(shè)備以通過(guò)燃燒產(chǎn)物氣流中氧氣濃度計(jì)算出的氧氣消耗量以及燃燒產(chǎn)物時(shí)熱釋放速率為設(shè)計(jì)原理,材料的熱釋放速率也是材料燃燒性能中最重要的參數(shù),該設(shè)備能比較準(zhǔn)確地測(cè)量材料燃燒過(guò)程中的熱釋放速率,外形美觀大方、測(cè)試便捷精準(zhǔn),對(duì)于預(yù)測(cè)火災(zāi)危害及其阻燃防治處理極為重要。
1.2 可用于所有防火、阻燃材料進(jìn)行產(chǎn)煙量,質(zhì)量損失速率,耗O2、CO、CO2以及熱釋放速率等,在各種預(yù)設(shè)條件下對(duì)材料進(jìn)行阻燃和燃燒性能測(cè)試,也可作為相關(guān)性分析的數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)燃燒行為;
1.3 廣泛用于質(zhì)檢單位、科研院校分析材料和檢測(cè)材料熱釋放性能。
二、符合標(biāo)準(zhǔn):
2.1 符合GB/T16172-2007《建筑材料熱釋放速率試驗(yàn)方法》。
2.2 符合ISO 5660-1:2002、ASTM E1354等現(xiàn)行國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。
三、主要技術(shù)參數(shù):
3.1 箱體結(jié)構(gòu):測(cè)試與控制箱體由標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析機(jī)柜組合而成,分析機(jī)柜與實(shí)驗(yàn)操作機(jī)柜采用可分體式設(shè)計(jì),避免風(fēng)機(jī)振動(dòng)對(duì)測(cè)試平臺(tái)的影響。測(cè)試平臺(tái)上半部分安裝鋼化玻璃觀察窗作為防護(hù)屏,觀察窗底部縷空作為泄壓口防止氣爆。
3.2 輻射錐:見(jiàn)圖2
圖2 輻射錐
3.2.1 輻射錐裝置及其控制系統(tǒng):由耐高溫不銹鋼錐殼體、耐高溫錐形加熱管盤(pán)、精準(zhǔn)測(cè)溫?zé)犭娕肌⒉捎眠B桿式傳動(dòng)與定位機(jī)構(gòu)的無(wú)反射屏蔽層,帶有安全切斷裝置的點(diǎn)火裝置等部件組成。
3.2.2 輻射錐功率:額定功率5000W,熱輻射溫量輸出為0-100KW/m2,能在試樣表面提供達(dá)100KW/m2的輻射強(qiáng)度,配有三個(gè)熱電偶測(cè)量溫度。
電加熱管緊緊纏繞成圓錐臺(tái)形狀裝配在雙層耐熱錐合錐套中,內(nèi)外錐殼內(nèi)填以公稱(chēng)厚度為13mm,公稱(chēng)密度為100Kg/m3的耐熱纖維;輻射強(qiáng)度均勻與中心處的輻射照應(yīng),偏差不超過(guò)±2%。
3.2.3 輻射照度的測(cè)量:
3.2.3.1 輻射照度的測(cè)量:采用K型進(jìn)口不銹鋼鎧裝熱電偶測(cè)量其溫度而設(shè)定為對(duì)應(yīng)的輻射度,外徑3.0mm的暴露熱節(jié)點(diǎn)的鎧裝熱電偶;
3.2.3.2 控制方式:采用PID+SSR控制方式,有效地控制了強(qiáng)度的均勻度,保證輻射錐能在預(yù)設(shè)值內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié),設(shè)定分辨力及控溫精度均為±10℃。
3.2.3.3 熱電偶安裝位置:3支熱電偶對(duì)稱(chēng)放置,以非焊接方式與電熱管接觸;
3.2.3.4 錐形加熱器的入射熱流強(qiáng)度可根據(jù)不同的試驗(yàn)要求進(jìn)行選擇。
3.3 輻射屏蔽層:見(jiàn)3
圖3 輻射屏蔽層
3.3.1 結(jié)構(gòu):采用非水冷6mm不銹鋼材質(zhì)制成;
3.3.2 控制方式:采用全自動(dòng)控制,由電腦程序輸出信號(hào),快速插入和移出的方式;
3.4 試樣安裝裝置:由不銹鋼試樣安裝架、定位架、調(diào)節(jié)支桿、稱(chēng)重裝置(樣品稱(chēng)量范圍 0~6200g;精度:0.01g),隔熱材料及保護(hù)盒等部件組成,見(jiàn)圖4。
3.4.1 試樣安裝架:為一個(gè)方形敞開(kāi)盤(pán),上端開(kāi)口為:(106±1)mm×(106±1)mm,深度為(25±1)mm,安裝架采用厚度為50(2.4±0.15)mm的不銹鋼板。包括一個(gè)便于插入和移出的把手,和一個(gè)保證試樣的中心位置在加熱器下方并能與稱(chēng)重設(shè)備準(zhǔn)確對(duì)中的機(jī)械裝置。安裝架的底部放置一層厚度為13mm的低密度(公稱(chēng)厚度65kg/m3)的耐熱纖維墊;輻射錐下表面與試樣頂部的距離調(diào)節(jié)為(25±1)mm,對(duì)于尺寸不穩(wěn)定的材料,其與輻射錐下表面的距離為(60±1)mm。
3.4.2 定位架:采用厚度為(1.9±0.1)mm的不銹鋼制成的方盒,方盒內(nèi)邊尺寸為(111±1)mm,高度為(54±1)mm;用于試樣面的開(kāi)口為(94.0±0.5)mm×(94.0±0.5)mm。
圖4 試樣安裝裝置
3.4.3 稱(chēng)重設(shè)備:為G&G稱(chēng)重傳感器,通過(guò)高精度承重傳感器對(duì)試品材料的試驗(yàn)過(guò)程重量變化時(shí)進(jìn)行測(cè)量,分辨率0.01g,見(jiàn)圖5。
3.4.3.1 量程:0~6200g
3.4.3.2 精度:0.01g
3.4.3.3 響應(yīng)時(shí)間:<4S
3.4.3.4 穩(wěn)定性:進(jìn)行標(biāo)定時(shí),輸出漂移在30min內(nèi)不超過(guò)1g。
圖5 稱(chēng)重設(shè)備
3.5 排煙裝置及其控制系統(tǒng):見(jiàn)圖6
3.5.1 組成:由集氣罩、煙管、排煙風(fēng)機(jī)、節(jié)流孔板及差壓式風(fēng)速測(cè)定裝置、熱電偶煙氣測(cè)溫裝置組成,煙溫信號(hào)給主控程序參于實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)計(jì)算,排煙裝置位于機(jī)柜頂端。
3.5.2 軸流風(fēng)機(jī):風(fēng)速可調(diào),在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力條件下,能使排氣系統(tǒng)的排風(fēng)量(g/s):0~50,精度(g/s):小于0.1。
3.5.3 集煙罩:為一錐形體,集煙口為450mm×450mm,上為一個(gè)150mm×150mm的正方體,總高度350mm,集煙罩底部與試樣表面的距離為(210±50)mm
3.5.4 孔板流量計(jì):采用高精度數(shù)字輸出,輸出為0-10v電壓信號(hào)通過(guò)I/0板速模塊轉(zhuǎn)變,直接由計(jì)算機(jī)控制其流量。
3.5.5 節(jié)流孔板:在集煙罩與進(jìn)氣管之內(nèi)裝有一內(nèi)徑為(57±3)mm的節(jié)流孔板,更好地提高了氣體的混合度
3.5.6 氣體的采集采用環(huán)形取樣器,裝在集煙罩(685±15)mm的風(fēng)機(jī)進(jìn)氣管道內(nèi)。環(huán)形取樣器上有12個(gè)直徑為(2.2±0.1)mm的小孔;以均化氣流組分,小孔與氣流方向相反,以避免煙塵沉積。
3.5.7 氣流溫度的測(cè)量;由外徑為1.5mm的鎧裝熱電漏測(cè)量。安裝在孔板流量計(jì)的上游(100±5)mm處,排氣管軸線(xiàn)位置上。
3.5.8 排煙管道:由不銹鋼制作,管道直徑為114mm,長(zhǎng)度約:1500mm,上面裝有風(fēng)機(jī)、流量計(jì)、傳感器等等。確保了設(shè)備有良好的通風(fēng)系統(tǒng),試驗(yàn)完成后,可將燃燒產(chǎn)物由燃燒室排出到大氣中。通風(fēng)性能根據(jù)試驗(yàn)要求進(jìn)行調(diào)節(jié),氣流速度應(yīng)限制在一定的范圍內(nèi),保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
圖6 排煙系統(tǒng)
3.6 樣氣采集與預(yù)處理裝置:
3.6.1 樣氣采集與預(yù)處理裝置由環(huán)形取樣器、過(guò)濾系統(tǒng)、吸氣泵、冷凝器等部件組成;
3.6.2 環(huán)形取樣器環(huán)形取樣器安裝在排煙管道中并與管道同心,設(shè)有均化氣流裝置;
3.6.3 三級(jí)過(guò)濾,具有耐高溫耐酸堿腐蝕及抗氧化功能,一級(jí)過(guò)濾精度不低于0.45~50um;
3.6.4 濾芯安裝采用易裝拆結(jié)構(gòu);二級(jí)過(guò)濾裝置為帶排水功能的空氣保護(hù)過(guò)濾器,可靠分離氣體中所含固體,過(guò)濾精度不低于0.2um-20um;三級(jí)過(guò)濾裝置用于過(guò)濾冷卻后樣氣中的水份。過(guò)濾筒易于拆裝,便于更換過(guò)濾介質(zhì);
3.6.5 采用真空泵抽取樣氣,真空泵噪音低,振動(dòng)小,抽氣流量36L/min,出口壓力7KG;
3.6.6 配備壓縮制冷式冷凝器:露點(diǎn)溫度為0~5℃;
3.6.7 配備進(jìn)口德國(guó)KNF隔膜泵,流量33 L/min,真空度:700 mmHg,壓力:2.5 bar;
3.6.8 樣氣管道配備自清潔系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)完成后可設(shè)定逆向吹氣清潔樣氣管道。
3.7 點(diǎn)火電路:采用一個(gè)10KV互感器提供能量的火花塞進(jìn)行外部點(diǎn)火。位于試樣表面中心上方(13±2)mm處,對(duì)于尺寸不溫度的材料其距離為(48±2)mm,見(jiàn)圖7。
圖7 火花塞
3.8 點(diǎn)火計(jì)時(shí)器:視值分辨率:0.1s, 計(jì)時(shí)誤差:1s/1h
3.9 熱流計(jì)系統(tǒng):見(jiàn)圖8
3.9.1 采用進(jìn)口荷蘭hukseflux級(jí)熱電堆式式熱流計(jì),輻射接收靶為水冷式,直徑為12.5mm,表面覆有耐久的無(wú)光澤黑色涂層;熱流計(jì):量程為(0~100)KW/ m2,精度為±3%,重復(fù)性為±0.5%。
3.9.2 熱流計(jì)配備便攜式水冷卻系統(tǒng),自帶循環(huán)水及水冷卻裝置,無(wú)須外接冷卻水源,于面板可顯示水溫及水流裝況,即時(shí)監(jiān)控冷卻狀態(tài)。
圖8 熱流計(jì)
3.10 標(biāo)定燃燒器及其供氣系統(tǒng):見(jiàn)圖9
3.10.1 配備黃銅管等作為標(biāo)定燃燒器,燃燒器采用纖維填充及濾網(wǎng)裝置來(lái)擴(kuò)展可燃?xì)怏w,燃燒均勻。
3.10.2 標(biāo)定燃燒器供氣系統(tǒng)為調(diào)壓閥、壓力表、MFC等構(gòu)成,確定能提供穩(wěn)定氣源供燃燒。MFC量程為10L/min,準(zhǔn)確度為±1%F.S.,線(xiàn)性±0.5%F.S.,響應(yīng)時(shí)間≤2sec。
3.10.3 標(biāo)定燃燒器通過(guò)彈夾式夾具可懸掛安裝在輻射錐下方,要求操作便捷,定位精準(zhǔn)。
3.10.4 為了標(biāo)定整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的響應(yīng),采用一個(gè)有方形開(kāi)孔并且斷面也為方形的黃銅管作為標(biāo)定燃燒器,燃燒器:在園形金屬上開(kāi)有面積為(500±100)mm²的孔,開(kāi)孔上覆有金屬絲網(wǎng)以使燃?xì)鈹U(kuò)散,管內(nèi)充填陶瓷纖維以提高氣流的均勻度。
圖9 標(biāo)定燃燒器
3.11 流量計(jì):采用日本SMC質(zhì)量流量計(jì),量程:0~20L/min,精度:1%。
3.12 取樣泵:12L/min
3.13 熱電偶:直徑1.5MM非暴露熱節(jié)點(diǎn)熱電偶,美國(guó)OMEGA品牌。
3.14 氣體分析系統(tǒng):
① 氧氣(O2)分析儀:采用德國(guó)(西門(mén)子)SIEMENS,順磁式。
1)測(cè)量范圍:(0-25)%
2)信號(hào)輸出:4-20mA;
3)分辨率100×10-6
4)相對(duì)濕度:<90%(無(wú)凝結(jié));
5)線(xiàn)性度偏差:<±0.1% O2;
6)零點(diǎn)漂移:≤0.5%/月;
7) 量程漂移: ≤0.5%/月
8) 內(nèi)部信號(hào)處理時(shí)間小于1S;
9) 響應(yīng)時(shí)間:T90<5秒
10) 重復(fù)性:<±0.02% O2;
11) 本機(jī)顯示:LCD液晶顯示屏(帶背光)
12) 模擬輸出:4~20mA 750Ω
13) 環(huán)境溫度:5℃~+45℃;供電:220VAC±10%,50~60Hz。
14) 30min內(nèi)分析儀的噪聲漂移均不超過(guò)0.01%;數(shù)據(jù)采集輸出的分辨率優(yōu)于 0.01%6;
② 二氧化碳(CO2)分析儀:原產(chǎn)地為德國(guó)AGM Sensors非分光紅外(NDIR)傳感器模塊:
1)測(cè)量原理:非分光紅外NDIR,雙波長(zhǎng),單束;
2)測(cè)量范圍:0-10%;
3)反應(yīng)時(shí)間: ≤6s;
4)精度:滿(mǎn)量程±2% FS
5)穩(wěn)定性:滿(mǎn)量程±2% FS ( 12 個(gè)月以上)
6)重復(fù)精度:±0.2%(零點(diǎn)時(shí)), 1%(樣氣時(shí))
7)檢測(cè)值: <滿(mǎn)量程1%FS
8)線(xiàn)形誤差: <滿(mǎn)量程2%FS
9)狀態(tài)/故障控制:雙色 LED 顯示
10)狀態(tài)/故障輸出: +5V HCMOS on 34-Pin 連接器
11)模擬輸出:4~20mA 750Ω
12)環(huán)境溫度:5℃~+45℃
13)供電:220VAC±10%,50~60Hz 5000W
14)30min內(nèi)分析儀的噪聲漂移均不超過(guò)100 ×10-6
3.15.3 一氧化碳CO分析儀:原產(chǎn)地為德國(guó)AGM Sensors非分光紅外(NDIR)傳感器模塊:
3.15.3.1 測(cè)量范圍:0~1%;
3.15.3.2 測(cè)量精度:0.1 ppm;
3.15.3.3 響應(yīng)時(shí)間:﹤8s
3.15.3.4 重復(fù)性:0.1 ppm
3.15.3.5 零點(diǎn)漂移:≤2%/周
3.15.3.6 量程漂移: ≤2%/周
3.15.3.7 線(xiàn)性偏差: <±1%
3.15.4 分析儀進(jìn)氣流量為3.5L/min,氣路配備流量計(jì),防止過(guò)載對(duì)分析儀進(jìn)行損傷;流量計(jì)量程為0.5~5L/min;配備分流裝置分散排空多余氣體。
3.15.5 預(yù)留標(biāo)定接口,可對(duì)氣分析儀各氣體傳感器進(jìn)行標(biāo)定。
3.15.6 煙密度測(cè)量系統(tǒng):煙密度測(cè)量系統(tǒng)位于排燃管上靠近排風(fēng)負(fù)機(jī)端,由光源發(fā)射裝置、校正機(jī)構(gòu)、測(cè)溫裝置等組成,測(cè)量過(guò)程中由于煙的積塵,光透過(guò)率的減小不應(yīng)超過(guò)5%。
3.15.6.1光源: 光源發(fā)射裝置為氦氖激光器,能產(chǎn)生光譜波長(zhǎng)632.8納米,隨機(jī)偏振的紅色光源,用于煙霧濃度測(cè)試;光源接收端控測(cè)器線(xiàn)性度≥99.8%,不穩(wěn)定度<0.1%;
3.15.6.2 光源通道上設(shè)計(jì)校正機(jī)構(gòu),可對(duì)光源接收99%及0%進(jìn)行校正;光元件一側(cè)安裝有熱電偶測(cè)量煙氣溫度,提供信號(hào)給主控程序參于實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)計(jì)算。
3.15.6.3 透鏡: 直徑50mm和焦距60mm的凸透鏡,使得通過(guò)排煙管道的平行光束直徑為30MM。
3.15.6.4 光電接收元件:采用日本濱松單晶硅光元件,通過(guò)接收的光束強(qiáng)度變化來(lái)確定煙密度,光強(qiáng)度的測(cè)量精度不應(yīng)低于±5%。
3.15.6.5 光系統(tǒng)探測(cè)器色度標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)精度不低于±5%,輸出線(xiàn)性度在5%以?xún)?nèi);
3.15.6.6 光學(xué)煙密度計(jì)安裝在排煙管道煙氣分布均勻的位置,光束能垂直穿過(guò)排煙管道,光學(xué)煙密度計(jì)的安裝不影響測(cè)速及取樣,光學(xué)煙密度計(jì)的玻璃窗選用石英玻璃。
六、控制系統(tǒng):
6.1 計(jì)算機(jī)控制界面方式:采用電腦+專(zhuān)業(yè)軟件控制,引導(dǎo)式操作,操作方便安全可靠,所有的繁瑣程序和運(yùn)算都已集成計(jì)算機(jī)里,反應(yīng)速度非???,操作方便,人性化界面,傻瓜式操作。
6.2 軟件采用儀器設(shè)備專(zhuān)用開(kāi)發(fā)軟件LabeView及數(shù)據(jù)采集控制卡;控制試驗(yàn)過(guò)程中可以實(shí)時(shí)查看試驗(yàn)數(shù)據(jù),可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算、采集和處理、數(shù)據(jù)保存和輸出實(shí)驗(yàn)報(bào)告和測(cè)定結(jié)果;具有高智能、引導(dǎo)式菜單操作,簡(jiǎn)便直觀的特點(diǎn),使試驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確。
6.3 內(nèi)置設(shè)備的預(yù)標(biāo)定及工作標(biāo)定程序,可方便進(jìn)行稱(chēng)重設(shè)備準(zhǔn)確性,輻射錐不同輻射照度下的錐體溫度,光路的零點(diǎn)校正,分析儀各傳感器精度進(jìn)行標(biāo)定;
6.4 可設(shè)置各個(gè)傳感器校準(zhǔn)模式,包括氧氣分析儀、二氧化碳分析儀、一氧化碳分析儀、微壓差傳感器、煙密度測(cè)量系統(tǒng)、稱(chēng)重裝置、質(zhì)量流量控制的單點(diǎn)或雙點(diǎn)校準(zhǔn),以獲得線(xiàn)性;
6.5 C參數(shù)標(biāo)定:兩次校準(zhǔn)的C系數(shù)偏差不超過(guò)5%,且校準(zhǔn)之后設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定,保證了測(cè)量結(jié)果的真實(shí)可靠。
6.6 狀態(tài)檢查界面,可一目了然的獲取儀器的各個(gè)傳感器部件的工作狀態(tài);可記錄各個(gè)傳感器的工作數(shù)值,包括微壓差傳感器、煙囪溫度、氧氣分析儀、二氧化碳分析儀、一氧化碳分析儀;報(bào)告模板為EXCELL格式,可顯示圖形及數(shù)值模式。
6.7 錐形量熱儀能夠直接測(cè)量材料屬性包括熱釋放速率、著火時(shí)間、燃點(diǎn)熱量、質(zhì)量損失速率、煙氣釋放速率、燃燒的有效熱量、毒性氣體釋放速率、CO2、CO生成量等;試驗(yàn)數(shù)據(jù)的輸出,可保存打印;具有強(qiáng)大的功能,尤其是可以多曲線(xiàn)對(duì)比,可以直觀比較材料的燃燒特性的差別。
6.8 采集系統(tǒng)可收集記錄氧氣濃度、溫度、熱釋放速率、孔板流量計(jì)、熱電偶、熱煙道氣體流速、試樣點(diǎn)燃時(shí)間和熄滅時(shí)間、總耗氧量、質(zhì)量損失速率、熱釋放總量、二氧化碳生成量及一氧化碳生成量曲線(xiàn),所有過(guò)程量的曲線(xiàn)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)??杀4娲蛴?。
6.9 點(diǎn)火系統(tǒng):帶有安全切斷裝置的高壓火花發(fā)生器,高壓自動(dòng)點(diǎn)火、自動(dòng)定位,樣品在燃燒平臺(tái)上由點(diǎn)火器點(diǎn)燃,點(diǎn)燃速度迅速,能保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。