锥形量热仪
             
                               图1
一、概述：
1.1 此设备以通过燃烧产物气流中氧气浓度计算出的氧气消耗量以及燃烧产物时热释放速率为设计原理，材料的热释放速率也是材料燃烧性能中最重要的参数，该设备能比较准确地测量材料燃烧过程中的热释放速率，外形美观大方、测试便捷精准，对于预测火灾危害及其阻燃防治处理极为重要，此设备可用于检测所有防火、阻燃材料的质量损失速率、O₂、CO、CO₂以及热释放速率。
二、符合标准：
2.1 符合GB/T16172-2007、ISO 5660-1:2002、ASTM E1354等现行国内外试验标准。
三、适用范围：
3.1 可用于所有防火、阻燃材料进行产烟量，质量损失速率，O_2、CO、CO₂以及热释放速率等，在各种预设条件下对材料进行阻燃和燃烧性能测试，也可作为相关性分析的数据导入数学模型预测燃烧行为，广泛用于质检单位、科研院校分析材料和检测材料热释放性能。
四、主要特点：
4.1 采用分柜式设计方式，分析柜可移动，既可应用于锥形量热仪测试使用，也可连接大型热释放速率测试系统。
4.2 集成测试机体和19英寸分析柜、集成测试机体内嵌高性能PC及19英寸液晶面板，用于整个控制和测试过程，选用图腾品牌机柜，采用并柜与分体相组合的方式，有效解决联机振动问题，保证测试精确度。
4.3 计算机控制界面：采用高档设备和仪器专业开发软件（Labview)，界面严谨，自动化程度高，所有的繁琐程序和运算都已集成计算机里，反应速度非常快，傻瓜式操作，人性化界面。
4.4 操作软件：Windows xp操作界面，Labview风格，完善的安全机制，软件可根据需方要求制作。
4.5 可设置各个传感器校准模式，包括氧气分析仪、二氧化碳分析仪、一氧化碳分析仪、微压差传感器、烟密度测量系统、称重装置、质量流量控制的单点或双点校准，以获得最佳线性；
4.6 C参数标定：两次校准的C系数偏差不超过5%，且校准之后设备运行稳定，保证了测量结果的真实可靠。
4.7 状态检查界面，可一目了然的获取仪器的各个传感器部件的工作状态；可记录各个传感器的工作数值，包括微压差传感器、烟囱温度、氧气分析仪、二氧化碳分析仪、一氧化碳分析仪；报告模板为EXCELL格式，可显示图形及数值模式。
4.8 软件操作系统：可收集记录总耗氧量、氧气浓度、二氧化碳浓度、温度、热释放速率（HRR）、热释放总量(THR)、有效燃烧热(EHC)、孔板流量计、热电偶、C系数、烟道气体流速、试样点燃时间（TTI）、着火时间（温度）、熄灭时间、临界点燃热量、热失重速率、厌恶释放速率、有毒气体生成速率、质量损失率（MLR）等试验数据的输出，可保存打印; 具有强大的功能，尤其是可以多曲线对比，可以直观比较材料的燃烧特性的差别。
五、锥形量热仪的组成：
5.1 锥形量热仪整机由燃烧室、载重台、氧分析仪、烟测量系统、通风装置及有关辅助设备六部分组成。
5.2 燃烧室：尺寸为L1680mm×W700mm×H2410mm，由锥形加热器、点火器、控制电路、挡风罩组成。
5.3 氧分析仪：可精确检验燃烧时通气管道中氧的百分含量随时间的变化，进而由即时氧气浓度和氧耗原理测定出材料的燃烧放热情况。
5.4 载重台：可以准确记录样品在燃烧过程中的质量变化情况。燃烧时，样品放置于载重台的支架上。
5.5 烟测量系统：在靠近燃烧室的通风管道中设有氦氖激光发射器、双电子束测量装置，以此可测定烟管道中烟的比消光面积(SEA) 。
5.6 通风系统：通风系统是指样品燃烧后，将燃烧产物由燃烧室排出到大气中的装置。
5.7 辅助设备： 辅助设备中含有微机处理器、服务器、热流计装置、除去CO₂及H₂O(气) 的相应装置。
六、主要技术参数：
6.1 辐射锥：见图2

图2辐射锥
6.1.1 采用进口电热管加热；
6.1.2 辐射锥功率：额定功率5000W，热输出量0～100kW/m²，辐射锥可水平或垂直放置，材质为高温钢；配有三个热电偶测量温度。
6.1.3 辐射锥结构：电加热管紧紧缠绕成圆锥台形状装配在双层耐热锥合锥套中，内外锥壳内填以公称厚度为13mm，公称密度为100Kg/m³的耐热纤维。辐射强度均匀与中心处的辐射照应，偏差不超过±2%；锥形加热器的入射热流强度可根据不同的试验要求进行选择。
6.1.4 辐射照度的测量：
6.1.4.1 辐射照度的测量：采用K型进口不锈钢铠装热电偶测量其温度而设定为对应的辐射度，外径3.0mm的暴露热节点的铠装热电偶；
6.1.4.2 控制方式：采用PID+SSR控制方式，有效地控制了强度的均匀度，保证辐射锥能在预设值内自动调节，设定分辨力及控温精度均为±10℃。
6.1.4.3 热电偶安装位置：3支热电偶对称放置，以非焊接方式与电热管接触； 
6.1.5 锥形加热器的入射热流强度可根据不同的试验要求进行选择。
6.2 辐射屏蔽层：见3





                   图3辐射屏蔽层
6.2.1 结构：采用非水冷6mm不锈钢材质制成；
6.2.2 控制方式：采用全自动控制，由电脑程序输出信号，快速插入和移出的方式；
6.3 称重设备：见图4
6.3.1 称重装置:高精度电子天平与试样盒装置一体式安装，以精确体现试样实际重量以及质量损失率，双隔热设计以确保传感器在常温上工作以使提高使用寿命。
6.3.2 样品称量范围：0~3000g
6.3.3 精度：0.1g
6.3.4 响应时间：<4S
6.3.5 稳定性：进行标定时，输出漂移在30min内不超过1g。


                         图4 称重设备
6.4 试样安装架：为一个方形敞开盘，上端开口为：(106±1）mm×(106±1)mm,深度为（25±1）mm,安装架采用厚度为50（2.4±0.15)mm的不锈钢板。包括一个便于插入和移出的把手，和一个保证试样的中心位置在加热器下方并能与称重设备准确对中的机械装置。安装架的底部放置一层厚度为13mm的低密度（公称厚度65kg/m³）的耐热纤维垫;辐射锥下表面与试样顶部的距离调节为(25±1）mm，对于尺寸不稳定的材料，其与辐射锥下表面的距离为(60±1）mm
6.5 定位架：采用厚度为（1.9±0.1）mm的不锈钢制成的方盒，方盒内边尺寸为（111±1）mm，高度为（54±1）mm；用于试样面的开口为（94.0±0.5）mm×（94.0±0.5）mm

                         图5定位架
6.6 排烟系统（排气系统)：见图6
6.6.1 组成：由离心式风机、集烟罩、风机的进气和排烟管道以及孔板流量计组成。
6.6.2 离心风机：风速可调，在标准温度和压力条件下，能使排气系统的排风量（g/s）：0～50，精度（g/s）：小于0.1。
6.6.3 集烟罩：为一锥形体，集烟口为450mm×450mm,上为一个150mm×150mm的正方体，总高度350mm，集烟罩底部与试样表面饿距离为（210±50）mm
6.6.4 暴露试样表面的中心部位50mm的范围内，于中心处辐照偏差不超过 ±2%；
6.6.5 样品盒可放置最大100mm 100mm 50mm的样品；
6.6.6 排气流量通过测量风机上方350 mm处的锐缘孔板两侧的压差来确定，锐缘孔板的内径为 57mm±1mm；
6.6.7 孔板流量计：采用高精度数字输出，输出为0-10v电压信号通过I/0板速模块转变，直接由计算机控制其流量。
6.6.8 节流孔板;在集烟罩与进气管之内装有一内径为（57±3）mm的节流孔板，更好地提高了气体的混合度
6.6.9 气体的采集采用环形取样器，装在集烟罩（685±15）mm的风机进气管道内。环形取样器上有12个直径为（2.2±0.1）mm的小孔；以均化气流组分，小孔与气流方向相反，以避免烟尘沉积。由黄铜材质制作，配不锈钢装夹及可切拆卸机构，便于清洁与更换。
6.6.10 气流温度的测量：采用进口美国Omega热电偶，由外径为1.5mm的铠装热电漏测量。安装在孔板流量计的上游（100±5）mm处，排气管轴线位置上。
6.6.11 排烟管道：由不锈钢制作，管道直径为114mm，长度约：1500mm，上面装有风机、流量计、传感器等等。确保了设备有良好的通风系统，试验完成后，可将燃烧产物由燃烧室排出到大气中。通风性能根据试验要求进行调节，气流速度应限制在一定的范围内，保证试验结果的准确性。


图6排烟系统
6.7 气体取样装置：包括环形取样器、取样汞，烟尘过滤器，除湿冷阱 、废气排泄、排空的旁路系统，水分过滤器和 CO₂过滤器。配备自动清洁系统预防管道堵塞，一级过率采用快拆装置便于清洁与更换过滤器，气路配备限流与分流装置，以确保进入分析仪的气流稳定，防止因气流过大对分析仪造成损伤。



   




                               图8水分过滤器
6.8 点火电路采用一个10KV互感器提供能量的火花塞进行外部点火。位于试样表面中心上方（13±2）mm处，对于尺寸不温度的材料其距离为（48±2）mm
6.9 点火计时器：视值分辨率：0.1s, 计时误差：1s/1h
6.10 点火系统：带有安全切断装置的高压火花发生器，高压自动点火、自动定位。样品在燃烧平台上由点火器点燃，点燃速度迅速，能保证试验结果的准确性。
6.11 热流计：采用军工级热电堆式式热流计，配备便携式水冷却系统，当使用热流计时，用户无需外接自来水源和配备水管。量程为(0~100)KW/ m²，精度为±3%。辐射接收靶的直径为12.5mm，表面覆有耐久的无光泽黑色涂层。辐射接收靶为水冷式。热流计的精度为1%，重复性为 0.5%。
6.12 标定燃烧器：
6.12.1 为了标定整个测试系统的响应，采用一个有方形开孔并且断面也为方形的黄铜管作为标定燃烧器，用于测量C-系数数值燃烧器：在园形金属上开有面积为（500±100）mm²的孔，开孔上覆有金属丝网以使燃气扩散，管内充填陶瓷纤维以提高气流的均匀度。
6.13 流量计：采用中韩合资流量计,量程：0~10L/min；   
6.14 取样泵：12L/min
6.15 冷阱: 0~5度，隔膜泵，流量率:33 l/min，真空度: 700 ㎜Hg，压力: 2.5bar；
6.16热电偶：直径1.5MM非暴露热节点铠装热电偶，热电偶应安装于测流孔板上方100 mm处；美国OMEGA品牌。
6.17控温仪：在0-1000℃的范围内自动调节、控制温度，设定分辨力及控温精度均为 n;2度，且带有热电偶的自动冷端补偿器；
6.18进口分析仪器：
6.18.1氧气测量：采用德国西门子顺磁氧气气体分析仪，可精确检验燃烧时通气管道中氧的百分含量随时间的变化，进而由即时氧浓度和氧耗量测定出材料的燃烧放热情况。
6.18.1.1 浓度范围：0～25%；
6.18.1.2测量精度：<0.05%。
6.18.1.3响应时间：T90≤4.5S。
6.18.1.4信号输出：4-20mA；RS485
6.18.1.5线性度<±0.1% O₂；呈线性响应；
6.18.1.6零点漂移：在30分钟内漂移不得大于 50 x 10^-6
6.18.1.7内部信号处理时间小于1S；
6.18.1.8分辨率100×10^-6
6.18.1.9环境温度0-45℃
6.18.1.10相对湿度<90%（无凝结）
6.18.2二氧化碳CO₂分析仪：采用德国进口芯片SENSORS。
6.18.2.1测量范围：0～5%；
6.18.2.2 测量精度：±0.1%;
6.18.2.3响应时间：＜3.5S;
6.18.2.4重复性：＜±1%                                            
6.18.2.5零点漂移：≤2%/周
6.18.2.6量程漂移: ≤2%/周
6.18.2.7线性偏差: ＜±1%
6.18.3一氧化碳CO分析仪：采用德国进口芯片SENSORS。
6.18.3.1 测量范围：0～5%；
6.18.3.2 测量精度：±0.1%；
6.18.3.3响应时间：＜3.5S
6.18.3.4重复性：＜±0.1%                                            
6.18.3.5零点漂移：≤2%/周
6.18.3.6量程漂移: ≤2%/周
6.18.3.7线性偏差: ＜±1%

6.18.4 烟密度分析：
6.18.4.1 光学烟密度计:由光源、透镜、光电元件等组成，测量过程中由于烟的积尘，光透过率的减小不应超过5%。
6.18.4.2光源: 为卤素灯，色温为2900±100K，直流稳压电源，光源的供电电源精度±0.2%。卤素灯电压6V,功率10w.
6.18.4.3透镜: 直径50mm和焦距60mm的凸透镜，使得通过排烟管道的平行光束直径为30MM。 
6.19控制系统：
6.19.1采用人机界面、计算机控制，软件采用仪器设备专用开发软件LabeView及数据采集控制卡；控制试验过程中可以实时查看试验数据，可实现自动数据采集和处理、数据保存和输出测定结果;电脑控制系统，测试时间、试验次数、延燃时间等均可在电脑中设定和记录。具有高智能、引导式菜单操作，简便直观的特点，使试验结果更加准确。
6.19.2 采集系统可收集记录氧气浓度、温度、热释放速率、孔板流量计、热电偶、热烟道气体流速、C系数、试样点燃时间和熄灭时间、总耗氧量、质量损失速率、热释放总量、二氧化碳生成量及一氧化碳生成量曲线，所有过程量的曲线和实时数据，可保存打印。
6.19.3 采用浮子流量计控制甲烷气体流量，量程为0-10L/min，控制精度FS±2%。
七、试验要求：（客户准备）
7.1 380V、50Hz交流市电，35A三相漏电开关。
7.2 房间高3.2米以上，有排风管道，风量100L/s至200L/s。排烟口在房间的顶部，直径为130mm。
7.3 标准气体及耗材：
7.3.1 氮气99.9%（2瓶）
7.3.2 甲烷 99.5%（1瓶）
7.3.3含量为3%的二氧化碳（1瓶 N+二氧化碳）
7.3.4含量为3%的一氧化碳（1瓶 N+一氧化碳）
7.3.5 相应阀门。
7.4 干燥剂：硫酸钙白色颗粒或硅胶颗粒。
7.5 铝箔纸
7.6 配备燃气安全报警柜