ZY6243-I-PC 锥形量热仪

图1整机图

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。
1.2 可用于所有防火、阻燃材料进行产烟量，质量损失速率，耗O2、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；
1.3 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。

二、符合标准:
2.1 符合GB/T16172-2007《建筑材料热释放速率试验方法》。
2.2 符合ISO 5660-1:2002、ASTM E1354等现行国内外试验标准。

三、主要技术参数：
3.1 箱体结构：测试与控制箱体由标准网络分析机柜组合而成，分析机柜与实验操作机柜采用可分体式设计，避免风机振动对测试平台的影响。测试平台上半部分安装钢化玻璃观察窗作为防护屏，观察窗底部缕空作为泄压口防止气爆。
3.2 辐射锥：见图2

图2 辐射锥

3.2.1 辐射锥装置及其控制系统：由耐高温不锈钢锥壳体、耐高温锥形加热管盘、精准测温热电偶、采用连杆式传动与定位机构的无反射屏蔽层，带有安全切断装置的点火装置等部件组成。
3.2.2 辐射锥功率：额定功率5000W，热辐射温量输出为0-100KW/m2,能在试样表面提供最高达100KW/m2的辐射强度，配有三个热电偶测量温度。
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%。
3.2.3 辐射照度的测量：
3.2.3.1 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；
3.2.3.2 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℃。
3.2.3.3 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；
3.2.3.4 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。
3.3 辐射屏蔽层：见3

图3 辐射屏蔽层

3.3.1 结构：采用非水冷6mm不锈钢材质制成；
3.3.2 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；
3.4 试样安装装置：由不锈钢试样安装架、定位架、调节支杆、称重装置（样品称量范围 0～6200g；精度：0.01g），隔热材料及保护盒等部件组成，见图4。
3.4.1 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。
3.4.2 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4 试样安装装置

3.4.3 称重设备：为G&G称重传感器，通过高精度承重传感器对试品材料的试验过程重量变化时进行测量，分辨率0.01g，见图5。
3.4.3.1 量程：0~6200g
3.4.3.2 精度：0.01g
3.4.3.3 响应时间：<4S
3.4.3.4 稳定性：进行标定时，输出漂移在30min内不超过1g。

图5 称重设备

3.5 排烟装置及其控制系统：见图6
3.5.1 组成：由集气罩、烟管、排烟风机、节流孔板及差压式风速测定装置、热电偶烟气测温装置组成，烟温信号给主控程序参于实验结果数据计算，排烟装置位于机柜顶端。
3.5.2 轴流风机：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。
3.5.3 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的距离为（210±50）mm
3.5.4 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。
3.5.5 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
3.5.6 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。
3.5.7 气流温度的测量；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。
3.5.8 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

3.6 样气采集与预处理装置：
3.6.1 样气采集与预处理装置由环形取样器、过滤系统、吸气泵、冷凝器等部件组成；
3.6.2 环形取样器环形取样器安装在排烟管道中并与管道同心，设有均化气流装置；
3.6.3 三级过滤，具有耐高温耐酸碱腐蚀及抗氧化功能，一级过滤精度不低于0.45~50um；
3.6.4 滤芯安装采用易装拆结构；二级过滤装置为带排水功能的空气保护过滤器，可靠分离气体中所含固体，过滤精度不低于0.2um-20um；三级过滤装置用于过滤冷却后样气中的水份。过滤筒易于拆装，便于更换过滤介质；
3.6.5 采用真空泵抽取样气，真空泵噪音低，振动小，抽气流量36L/min,最大出口压力7KG；
3.6.6 配备压缩制冷式冷凝器：露点温度为0~5℃；
3.6.7 配备进口德国KNF隔膜泵，流量33 L/min,真空度：700 mmHg，压力:2.5 bar；
3.6.8 样气管道配备自清洁系统，实验完成后可设定逆向吹气清洁样气管道。

3.7 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，见图7。

图7  火花塞

3.8 点火计时器：视值分辨率：0.1s, 计时误差：1s/1h
3.9 热流计系统：见图8
3.9.1 采用进口荷兰hukseflux军工级热电堆式式热流计，辐射接收靶为水冷式，直径为12.5mm，表面覆有耐久的无光泽黑色涂层；热流计：量程为(0~100)KW/ m2，精度为±3%，重复性为±0.5%。
3.9.2 热流计配备便携式水冷却系统，自带循环水及水冷却装置，无须外接冷却水源，于面板可显示水温及水流装况，即时监控冷却状态。

图8  热流计

3.10 标定燃烧器及其供气系统：见图9
3.10.1 配备黄铜管等作为标定燃烧器，燃烧器采用纤维填充及滤网装置来扩展可燃气体，燃烧均匀。
3.10.2 标定燃烧器供气系统为调压阀、压力表、MFC等构成，确定能提供稳定气源供燃烧。MFC量程为10L/min,准确度为±1%F.S.,线性±0.5%F.S.,响应时间≤2sec。
3.10.3 标定燃烧器通过弹夹式夹具可悬挂安装在辐射锥下方，要求操作便捷，定位精准。
3.10.4 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，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。

图9 标定燃烧器

3.11 流量计：采用日本SMC质量流量计,量程：0~20L/min,精度：1%。
3.12 取样泵：12L/min
3.13 热电偶：直径1.5MM非暴露热节点热电偶，美国OMEGA品牌。
3.14 气体分析系统：

① 氧气(O2)分析仪：采用德国（西门子）SIEMENS，顺磁式。
1）测量范围：（0-25）%
2）信号输出：4-20mA；
3）分辨率100×10-6
4）相对湿度：<90%（无凝结）；
5）线性度偏差：<±0.1% O2；
6）零点漂移：≤0.5%/月；
7) 量程漂移: ≤0.5%/月
8) 内部信号处理时间小于1S；
9) 响应时间：T90<5秒
10) 重复性：<±0.02% O2；
11) 本机显示:LCD液晶显示屏(带背光)
12) 模拟输出:4～20mA  750Ω
13) 环境温度:5℃～＋45℃；供电:220VAC±10%,50～60Hz。
14) 30min内分析仪的噪声漂移均不超过0.01%；数据采集输出的分辨率优于 0.01%6；
② 二氧化碳（CO2）分析仪：原产地为德国AGM Sensors非分光红外(NDIR)传感器模块：
1)测量原理:非分光红外NDIR,双波长,单束;
2）测量范围：0-10%；
3)反应时间: ≤6s;
4)精度：满量程±2% FS
5）稳定性：满量程±2% FS ( 12 个月以上)
6）重复精度：±0.2%（零点时）, 1%（样气时）
7)最低检测值: <满量程1%FS
8)线形误差: <满量程2%FS
9)状态/故障控制:双色 LED 显示
10)状态/故障输出: +5V HCMOS on 34-Pin 连接器
11）模拟输出:4～20mA  750Ω
12）环境温度:5℃～＋45℃
13）供电:220VAC±10%,50～60Hz   5000W
14）30min内分析仪的噪声漂移均不超过100 ×10-6
3.15.3 一氧化碳CO分析仪：原产地为德国AGM Sensors非分光红外(NDIR)传感器模块：
3.15.3.1 测量范围：0～1%；
3.15.3.2 测量精度：0.1 ppm；
3.15.3.3 响应时间：﹤8s
3.15.3.4 重复性：0.1 ppm
3.15.3.5 零点漂移：≤2%/周
3.15.3.6 量程漂移: ≤2%/周
3.15.3.7 线性偏差: ＜±1%
3.15.4 分析仪进气流量为3.5L/min,气路配备流量计，防止过载对分析仪进行损伤；流量计量程为0.5~5L/min；配备分流装置分散排空多余气体。
3.15.5 预留标定接口，可对气分析仪各气体传感器进行标定。
3.15.6 烟密度测量系统:烟密度测量系统位于排燃管上靠近排风负机端，由光源发射装置、校正机构、测温装置等组成，测量过程中由于烟的积尘，光透过率的减小不应超过5%。
3.15.6.1光源: 光源发射装置为氦氖激光器，能产生光谱波长632.8纳米，随机偏振的红色光源，用于烟雾浓度测试；光源接收端控测器线性度≥99.8%，不稳定度<0.1%；
3.15.6.2 光源通道上设计校正机构，可对光源接收100%及0%进行校正；光元件一侧安装有热电偶测量烟气温度，提供信号给主控程序参于实验结果数据计算。
3.15.6.3 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。
3.15.6.4 光电接收元件：采用日本滨松单晶硅光元件，通过接收的光束强度变化来确定烟密度，光强度的测量精度不应低于±5%。
3.15.6.5 光系统探测器色度标准函数精度不低于±5%，输出线性度在5%以内；
3.15.6.6 光学烟密度计安装在排烟管道烟气分布均匀的位置，光束能垂直穿过排烟管道，光学烟密度计的安装不影响测速及取样，光学烟密度计的玻璃窗选用石英玻璃。
六、控制系统：
6.1 计算机控制界面方式：采用电脑+专业软件控制，引导式操作，操作方便安全可靠，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，操作方便，人性化界面，傻瓜式操作。
6.2 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，可实现自动数据计算、采集和处理、数据保存和输出实验报告和测定结果；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。
6.3 内置设备的预标定及工作标定程序，可方便进行称重设备准确性，辐射锥不同辐射照度下的锥体温度，光路的零点校正，分析仪各传感器精度进行标定；
6.4 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；
6.5 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。
6.6 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。
6.7 锥形量热仪能够直接测量材料属性包括热释放速率、着火时间、燃点热量、质量损失速率、烟气释放速率、燃烧的有效热量、毒性气体释放速率、CO2、CO生成量等；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。
6.8 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、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。
6.9 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。