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 錐形量熱儀
             
                               圖1
一、概述：
1.1 此設備以通過燃燒產物氣流中氧氣濃度計算出的氧氣消耗量以及燃燒產物時熱釋放速率為設計原理，材料的熱釋放速率也是材料燃燒性能中最重要的參數(shù)，該設備能比較準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，對于預測火災危害及其阻燃防治處理極為重要，此設備可用于檢測所有防火、阻燃材料的質量損失速率、O₂、CO、CO₂以及熱釋放速率。
二、符合標準：
2.1 符合GB/T16172-2007、ISO 5660-1:2002、ASTM E1354等現(xiàn)行國內外試驗標準。
三、適用范圍：
3.1 可用于所有防火、阻燃材料進行產煙量，質量損失速率，O_2、CO、CO₂以及熱釋放速率等，在各種預設條件下對材料進行阻燃和燃燒性能測試，也可作為相關性分析的數(shù)據(jù)導入數(shù)學模型預測燃燒行為，廣泛用于質檢單位、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 采用分柜式設計方式，分析柜可移動，既可應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：采用高檔設備和儀器專業(yè)開發(fā)軟件（Labview)，界面嚴謹，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風格，完善的安全機制，軟件可根據(jù)需方要求制作。
4.5 可設置各個傳感器校準模式，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、質量流量控制的單點或雙點校準，以獲得最佳線性；
4.6 C參數(shù)標定：兩次校準的C系數(shù)偏差不超過5%，且校準之后設備運行穩(wěn)定，保證了測量結果的真實可靠。
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)、通風裝置及有關輔助設備六部分組成。
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：可以準確記錄樣品在燃燒過程中的質量變化情況。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管道中設有氦氖激光發(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 通風系統(tǒng)：通風系統(tǒng)是指樣品燃燒后，將燃燒產物由燃燒室排出到大氣中的裝置。
5.7 輔助設備： 輔助設備中含有微機處理器、服務器、熱流計裝置、除去CO₂及H₂O(氣) 的相應裝置。
六、主要技術參數(shù)：
6.1 輻射錐：見圖2

圖2輻射錐
6.1.1 采用進口電熱管加熱；
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，材質為高溫鋼；配有三個熱電偶測量溫度。
6.1.3 輻射錐結構：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，內外錐殼內填以公稱厚度為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，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型進口不銹鋼鎧裝熱電偶測量其溫度而設定為對應的輻射度，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，保證輻射錐能在預設值內自動調節(jié)，設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)不同的試驗要求進行選擇。
6.2 輻射屏蔽層：見3





                   圖3輻射屏蔽層
6.2.1 結構：采用非水冷6mm不銹鋼材質制成；
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量損失率，雙隔熱設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 響應時間：<4S
6.3.5 穩(wěn)定性：進行標定時，輸出漂移在30min內不超過1g。


                         圖4 稱重設備
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備準確對中的機械裝置。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：由離心式風機、集煙罩、風機的進氣和排煙管道以及孔板流量計組成。
6.6.2 離心風機：風速可調，在標準溫度和壓力條件下，能使排氣系統(tǒng)的排風量（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，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機上方350 mm處的銳緣孔板兩側的壓差來確定，銳緣孔板的內徑為 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;在集煙罩與進氣管之內裝有一內徑為（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的風機進氣管道內。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。由黃銅材質制作，配不銹鋼裝夾及可切拆卸機構，便于清潔與更換。
6.6.10 氣流溫度的測量：采用進口美國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，上面裝有風機、流量計、傳感器等等。確保了設備有良好的通風系統(tǒng)，試驗完成后，可將燃燒產物由燃燒室排出到大氣中。通風性能根據(jù)試驗要求進行調節(jié)，氣流速度應限制在一定的范圍內，保證試驗結果的準確性。


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，能保證試驗結果的準確性。
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%，重復性為 0.5%。
6.12 標定燃燒器：
6.12.1 為了標定整個測試系統(tǒng)的響應，采用一個有方形開孔并且斷面也為方形的黃銅管作為標定燃燒器，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)以使燃氣擴散，管內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℃的范圍內自動調節(jié)、控制溫度，設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；
6.18.1.6零點漂移：在30分鐘內漂移不得大于 50 x 10^-6
6.18.1.7內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）
6.18.2二氧化碳CO₂分析儀：采用德國進口芯片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響應時間：＜3.5S;
6.18.2.4重復性：＜±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響應時間：＜3.5S
6.18.3.4重復性：＜±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超過5%。
6.18.4.2光源: 為鹵素燈，色溫為2900±100K，直流穩(wěn)壓電源，光源的供電電源精度±0.2%。鹵素燈電壓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定和記錄。具有高智能、引導式菜單操作，簡便直觀的特點，使試驗結果更加準確。
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：（客戶準備）
7.1 380V、50Hz交流市電，35A三相漏電開關。
7.2 房間高3.2米以上，有排風管道，風量100L/s至200L/s。排煙口在房間的頂部，直徑為130mm。
7.3 標準氣體及耗材：
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 配備燃氣安全報警柜