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錐形量熱儀錐形量熱儀
圖1
一、概述：
1.1 此設(shè)備以通過燃燒產(chǎn)物氣流中氧氣濃度計算出的氧氣消耗量以及燃燒產(chǎn)物時熱釋放速率為設(shè)計原理，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)確地測量材料燃燒過程中的熱釋放速率，外形美觀大方、測試便捷精準(zhǔn)，對于預(yù)測火災(zāi)危害及其阻燃防治處理極為重要，此設(shè)備可用于檢測所有防火、阻燃材料的質(zhì)量損失速率、O2、CO、CO2以及熱釋放速率。
二、符合標(biāo)準(zhǔn)：
2.1 符合GB/T16172-2007、ISO 5660-1:2002、ASTM E1354等現(xiàn)行國內(nèi)外試驗標(biāo)準(zhǔn)。
三、適用范圍：
3.1 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，O2、CO、CO2以及熱釋放速率等，在各種預(yù)設(shè)條件下對材料進(jìn)行阻燃和燃燒性能測試，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)測燃燒行為，廣泛用于質(zhì)檢單位、科研院校分析材料和檢測材料熱釋放性能。
四、主要特點：
4.1 采用分柜式設(shè)計方式，分析柜可移動，既可應(yīng)用于錐形量熱儀測試使用，也可連接大型熱釋放速率測試系統(tǒng)。
4.2 集成測試機體和19英寸分析柜、集成測試機體內(nèi)嵌高性能PC及19英寸液晶面板，用于整個控制和測試過程，選用圖騰品牌機柜，采用并柜與分體相組合的方式，有效解決聯(lián)機振動問題，保證測試精確度。
4.3 計算機控制界面：采用高檔設(shè)備和儀器專業(yè)開發(fā)軟件（Labview)，界面嚴(yán)謹(jǐn)，自動化程度高，所有的繁瑣程序和運算都已集成計算機里，反應(yīng)速度非常快，傻瓜式操作，人性化界面。
4.4 操作軟件：Windows xp操作界面，Labview風(fēng)格，完善的安全機制，軟件可根據(jù)需方要求制作。
4.5 可設(shè)置各個傳感器校準(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、煙密度測量系統(tǒng)、稱重裝置、質(zhì)量流量控制的單點或雙點校準(zhǔn)，以獲得最佳線性；
4.6 C參數(shù)標(biāo)定：兩次校準(zhǔn)的C系數(shù)偏差不超過5%，且校準(zhǔn)之后設(shè)備運行穩(wěn)定，保證了測量結(jié)果的真實可靠。
4.7 狀態(tài)檢查界面，可一目了然的獲取儀器的各個傳感器部件的工作狀態(tài)；可記錄各個傳感器的工作數(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；報告模板為EXCELL格式，可顯示圖形及數(shù)值模式。
4.8 軟件操作系統(tǒng)：可收集記錄總耗氧量、氧氣濃度、二氧化碳濃度、溫度、熱釋放速率（HRR）、熱釋放總量(THR)、有效燃燒熱(EHC)、孔板流量計、熱電偶、C系數(shù)、煙道氣體流速、試樣點燃時間（TTI）、著火時間（溫度）、熄滅時間、臨界點燃熱量、熱失重速率、厭惡釋放速率、有毒氣體生成速率、質(zhì)量損失率（MLR）等試驗數(shù)據(jù)的輸出，可保存打印; 具有強大的功能，尤其是可以多曲線對比，可以直觀比較材料的燃燒特性的差別。
五、錐形量熱儀的組成：
5.1 錐形量熱儀整機由燃燒室、載重臺、氧分析儀、煙測量系統(tǒng)、通風(fēng)裝置及有關(guān)輔助設(shè)備六部分組成。
5.2 燃燒室：尺寸為L1680mm×W700mm×H2410mm，由錐形加熱器、點火器、控制電路、擋風(fēng)罩組成。
5.3 氧分析儀：可精確檢驗燃燒時通氣管道中氧的百分含量隨時間的變化，進(jìn)而由即時氧氣濃度和氧耗原理測定出材料的燃燒放熱情況。
5.4 載重臺：可以準(zhǔn)確記錄樣品在燃燒過程中的質(zhì)量變化情況。燃燒時，樣品放置于載重臺的支架上。
5.5 煙測量系統(tǒng)：在靠近燃燒室的通風(fēng)管道中設(shè)有氦氖激光發(fā)射器、雙電子束測量裝置，以此可測定煙管道中煙的比消光面積(SEA) 。
5.6 通風(fēng)系統(tǒng)：通風(fēng)系統(tǒng)是指樣品燃燒后，將燃燒產(chǎn)物由燃燒室排出到大氣中的裝置。
5.7 輔助設(shè)備： 輔助設(shè)備中含有微機處理器、服務(wù)器、熱流計裝置、除去CO2及H2O(氣) 的相應(yīng)裝置。
六、主要技術(shù)參數(shù)：
6.1 輻射錐：見圖2
圖2輻射錐
6.1.1 采用進(jìn)口電熱管加熱；
6.1.2 輻射錐功率：額定功率5000W，熱輸出量0～100kW/m2，輻射錐可水平或垂直放置，材質(zhì)為高溫鋼；配有三個熱電偶測量溫度。
6.1.3 輻射錐結(jié)構(gòu)：電加熱管緊緊纏繞成圓錐臺形狀裝配在雙層耐熱錐合錐套中，內(nèi)外錐殼內(nèi)填以公稱厚度為13mm，公稱密度為100Kg/m3的耐熱纖維。輻射強度均勻與中心處的輻射照應(yīng)，偏差不超過±2%；錐形加熱器的入射熱流強度可根據(jù)不同的試驗要求進(jìn)行選擇。
6.1.4 輻射照度的測量：
6.1.4.1 輻射照度的測量：采用K型進(jìn)口不銹鋼鎧裝熱電偶測量其溫度而設(shè)定為對應(yīng)的輻射度，外徑3.0mm的暴露熱節(jié)點的鎧裝熱電偶；
6.1.4.2 控制方式：采用PID+SSR控制方式，有效地控制了強度的均勻度，保證輻射錐能在預(yù)設(shè)值內(nèi)自動調(diào)節(jié)，設(shè)定分辨力及控溫精度均為±10℃。
6.1.4.3 熱電偶安裝位置：3支熱電偶對稱放置，以非焊接方式與電熱管接觸；
6.1.5 錐形加熱器的入射熱流強度可根據(jù)不同的試驗要求進(jìn)行選擇。
6.2 輻射屏蔽層：見3
圖3輻射屏蔽層
6.2.1 結(jié)構(gòu)：采用非水冷6mm不銹鋼材質(zhì)制成；
6.2.2 控制方式：采用全自動控制，由電腦程序輸出信號，快速插入和移出的方式；
6.3 稱重設(shè)備：見圖4
6.3.1 稱重裝置:高精度電子天平與試樣盒裝置一體式安裝，以精確體現(xiàn)試樣實際重量以及質(zhì)量損失率，雙隔熱設(shè)計以確保傳感器在常溫上工作以使提高使用壽命。
6.3.2 樣品稱量范圍：0~3000g
6.3.3 精度：0.1g
6.3.4 響應(yīng)時間：<4S
6.3.5 穩(wěn)定性：進(jìn)行標(biāo)定時，輸出漂移在30min內(nèi)不超過1g。
圖4 稱重設(shè)備
6.4 試樣安裝架：為一個方形敞開盤，上端開口為：(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。包括一個便于插入和移出的把手，和一個保證試樣的中心位置在加熱器下方并能與稱重設(shè)備準(zhǔn)確對中的機械裝置。安裝架的底部放置一層厚度為13mm的低密度（公稱厚度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
6.5 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；用于試樣面的開口為（94.0±0.5）mm×（94.0±0.5）mm
圖5定位架
6.6 排煙系統(tǒng)（排氣系統(tǒng))：見圖6
6.6.1 組成：由離心式風(fēng)機、集煙罩、風(fēng)機的進(jìn)氣和排煙管道以及孔板流量計組成。
6.6.2 離心風(fēng)機：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。
6.6.3 集煙罩：為一錐形體，集煙口為450mm×450mm,上為一個150mm×150mm的正方體，總高度350mm，集煙罩底部與試樣表面餓距離為（210±50）mm
6.6.4 暴露試樣表面的中心部位50mm的范圍內(nèi)，于中心處輻照偏差不超過 ±2%；
6.6.5 樣品盒可放置最大100mm 100mm 50mm的樣品；
6.6.6 排氣流量通過測量風(fēng)機上方350 mm處的銳緣孔板兩側(cè)的壓差來確定，銳緣孔板的內(nèi)徑為 57mm±1mm；
6.6.7 孔板流量計：采用高精度數(shù)字輸出，輸出為0-10v電壓信號通過I/0板速模塊轉(zhuǎn)變，直接由計算機控制其流量。
6.6.8 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
6.6.9 氣體的采集采用環(huán)形取樣器，裝在集煙罩（685±15）mm的風(fēng)機進(jìn)氣管道內(nèi)。環(huán)形取樣器上有12個直徑為（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。由黃銅材質(zhì)制作，配不銹鋼裝夾及可切拆卸機構(gòu)，便于清潔與更換。
6.6.10 氣流溫度的測量：采用進(jìn)口美國Omega熱電偶，由外徑為1.5mm的鎧裝熱電漏測量。安裝在孔板流量計的上游（100±5）mm處，排氣管軸線位置上。
6.6.11 排煙管道：由不銹鋼制作，管道直徑為114mm，長度約：1500mm，上面裝有風(fēng)機、流量計、傳感器等等。確保了設(shè)備有良好的通風(fēng)系統(tǒng)，試驗完成后，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)，保證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。
圖6排煙系統(tǒng)
6.7 氣體取樣裝置：包括環(huán)形取樣器、取樣汞，煙塵過濾器，除濕冷阱 、廢氣排泄、排空的旁路系統(tǒng)，水分過濾器和 CO2過濾器。配備自動清潔系統(tǒng)預(yù)防管道堵塞，一級過率采用快拆裝置便于清潔與更換過濾器，氣路配備限流與分流裝置，以確保進(jìn)入分析儀的氣流穩(wěn)定，防止因氣流過大對分析儀造成損傷。
圖8水分過濾器
6.8 點火電路采用一個10KV互感器提供能量的火花塞進(jìn)行外部點火。位于試樣表面中心上方（13±2）mm處，對于尺寸不溫度的材料其距離為（48±2）mm
6.9 點火計時器：視值分辨率：0.1s, 計時誤差：1s/1h
6.10 點火系統(tǒng)：帶有安全切斷裝置的高壓火花發(fā)生器，高壓自動點火、自動定位。樣品在燃燒平臺上由點火器點燃，點燃速度迅速，能保證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。
6.11 熱流計：采用軍工級熱電堆式式熱流計，配備便攜式水冷卻系統(tǒng)，當(dāng)使用熱流計時，用戶無需外接自來水源和配備水管。量程為(0~100)KW/ m2，精度為±3%。輻射接收靶的直徑為12.5mm，表面覆有耐久的無光澤黑色涂層。輻射接收靶為水冷式。熱流計的精度為1%，重復(fù)性為 0.5%。
6.12 標(biāo)定燃燒器：
6.12.1 為了標(biāo)定整個測試系統(tǒng)的響應(yīng)，采用一個有方形開孔并且斷面也為方形的黃銅管作為標(biāo)定燃燒器，用于測量C-系數(shù)數(shù)值燃燒器：在園形金屬上開有面積為（500±100）mm²的孔，開孔上覆有金屬絲網(wǎng)以使燃?xì)鈹U散，管內(nèi)充填陶瓷纖維以提高氣流的均勻度。
6.13 流量計：采用中韓合資流量計,量程：0~10L/min；
6.14 取樣泵：12L/min
6.15 冷阱: 0~5度，隔膜泵，流量率:33 l/min，真空度: 700 ㎜Hg，壓力: 2.5bar；
6.16熱電偶：直徑1.5MM非暴露熱節(jié)點鎧裝熱電偶，熱電偶應(yīng)安裝于測流孔板上方100 mm處；美國OMEGA品牌。
6.17控溫儀：在0-1000℃的范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)、控制溫度，設(shè)定分辨力及控溫精度均為 n;2度，且?guī)в袩犭娕嫉淖詣永涠搜a償器；
6.18進(jìn)口分析儀器：
6.18.1氧氣測量：采用德國西門子順磁氧氣氣體分析儀，可精確檢驗燃燒時通氣管道中氧的百分含量隨時間的變化，進(jìn)而由即時氧濃度和氧耗量測定出材料的燃燒放熱情況。
6.18.1.1 濃度范圍：0～25%；
6.18.1.2測量精度：<0.05%。
6.18.1.3響應(yīng)時間：T90≤4.5S。
6.18.1.4信號輸出：4-20mA；RS485
6.18.1.5線性度<±0.1% O2；呈線性響應(yīng)；
6.18.1.6零點漂移：在30分鐘內(nèi)漂移不得大于 50 x 10-6
6.18.1.7內(nèi)部信號處理時間小于1S；
6.18.1.8分辨率100×10-6
6.18.1.9環(huán)境溫度0-45℃
6.18.1.10相對濕度<90%（無凝結(jié)）
6.18.2二氧化碳CO2分析儀：采用德國進(jìn)口芯片SENSORS。
6.18.2.1測量范圍：0～5%；
6.18.2.2 測量精度：±0.1%;
6.18.2.3響應(yīng)時間：＜3.5S;
6.18.2.4重復(fù)性：＜±1%
6.18.2.5零點漂移：≤2%/周
6.18.2.6量程漂移: ≤2%/周
6.18.2.7線性偏差: ＜±1%
6.18.3一氧化碳CO分析儀：采用德國進(jìn)口芯片SENSORS。
6.18.3.1 測量范圍：0～5%；
6.18.3.2 測量精度：±0.1%；
6.18.3.3響應(yīng)時間：＜3.5S
6.18.3.4重復(fù)性：＜±0.1%
6.18.3.5零點漂移：≤2%/周
6.18.3.6量程漂移: ≤2%/周
6.18.3.7線性偏差: ＜±1%
6.18.4 煙密度分析：
6.18.4.1 光學(xué)煙密度計:由光源、透鏡、光電元件等組成，測量過程中由于煙的積塵，光透過率的減小不應(yīng)超過5%。
6.18.4.2光源: 為鹵素?zé)簦珳貫?/font>2900±100K，直流穩(wěn)壓電源，光源的供電電源精度±0.2%。鹵素?zé)綦妷?/font>6V,功率10w.
6.18.4.3透鏡: 直徑50mm和焦距60mm的凸透鏡，使得通過排煙管道的平行光束直徑為30MM。
6.19控制系統(tǒng)：
6.19.1采用人機界面、計算機控制，軟件采用儀器設(shè)備專用開發(fā)軟件LabeView及數(shù)據(jù)采集控制卡；控制試驗過程中可以實時查看試驗數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)自動數(shù)據(jù)采集和處理、數(shù)據(jù)保存和輸出測定結(jié)果;電腦控制系統(tǒng)，測試時間、試驗次數(shù)、延燃時間等均可在電腦中設(shè)定和記錄。具有高智能、引導(dǎo)式菜單操作，簡便直觀的特點，使試驗結(jié)果更加準(zhǔn)確。
6.19.2 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、熱電偶、熱煙道氣體流速、C系數(shù)、試樣點燃時間和熄滅時間、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，所有過程量的曲線和實時數(shù)據(jù)，可保存打印。
6.19.3 采用浮子流量計控制甲烷氣體流量，量程為0-10L/min，控制精度FS±2%。
七、試驗要求：（客戶準(zhǔn)備）
7.1 380V、50Hz交流市電，35A三相漏電開關(guān)。
7.2 房間高3.2米以上，有排風(fēng)管道，風(fēng)量100L/s至200L/s。排煙口在房間的頂部，直徑為130mm。
7.3 標(biāo)準(zhǔn)氣體及耗材：
7.3.1 氮氣99.9%（2瓶）
7.3.2 甲烷 99.5%（1瓶）
7.3.3含量為3%的二氧化碳（1瓶 N+二氧化碳）
7.3.4含量為3%的一氧化碳（1瓶 N+一氧化碳）
7.3.5 相應(yīng)閥門。
7.4 干燥劑：硫酸鈣白色顆粒或硅膠顆粒。
7.5 鋁箔紙
7.6 配備燃?xì)獍踩珗缶?/font>
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