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一、錐形量熱儀簡(jiǎn)介：

錐形量熱儀是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院，簡(jiǎn)稱NIST，原美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的V. Babrauskas等人于1982年研制的， 是基于耗氧原理的材料燃燒性能測(cè)試儀器，經(jīng)過(guò)30多年的不斷改進(jìn)和完善，錐形量熱儀已經(jīng)成為研究材料燃燒性能*重要的試驗(yàn)儀器之一。錐形量熱儀是以氧消耗原理為基礎(chǔ)的，采用耗氧量原理測(cè)量材料的熱釋放速率。所謂耗氧量原理就是：材料燃燒時(shí)消耗每一單位的氧氣所釋放的熱量基本是相同的。Hugget在1980年發(fā)表的文章指出建筑業(yè)和商業(yè)中普遍使用的大多數(shù)塑料和其他固體材料都遵循這個(gè)規(guī)律，并測(cè)出這個(gè)值為13.1MJ/kg±5%。在實(shí)驗(yàn)中，將所有燃燒產(chǎn)生的煙氣都收集起來(lái)并在排氣管中經(jīng)過(guò)充分混合后，精確的測(cè)出其質(zhì)量流量和組分，同時(shí)將O2的濃度測(cè)出來(lái)，通過(guò)計(jì)算可得到燃燒過(guò)程中消耗的氧氣質(zhì)量，運(yùn)用氧消耗原理，即可得到材料燃燒過(guò)程中的熱釋放速率，同時(shí)還能給出其它許多參數(shù)。

目前，表征材料燃燒性能的試驗(yàn)方法較多，如氧指數(shù)法、UL94標(biāo)準(zhǔn)中的水平垂直燃燒法、垂直燃燒法及NBS 煙密度箱法等。它們多是傳統(tǒng)的小型試驗(yàn)方法，試驗(yàn)操作環(huán)境與真實(shí)火災(zāi)相差較大，試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)也只能用于一定試驗(yàn)條件下材料間燃燒性能的相對(duì)比較，不能作為評(píng)價(jià)材料在真實(shí)火災(zāi)中行為的依據(jù)，錐形量熱儀法由于具有參數(shù)測(cè)定值受外界因素影響小，與大型實(shí)驗(yàn)結(jié)果相關(guān)性好等優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用于很多領(lǐng)域的研究。

二、錐形量熱儀標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)參數(shù)：

2.1、錐形量熱儀采用分柜式設(shè)計(jì)方式，分析柜可移動(dòng)，既可應(yīng)用于錐形量熱儀測(cè)試使用，也可連接大型熱釋放速率測(cè)試系統(tǒng)，符合ISO 5660、ASTM E1354、GB/T16172等現(xiàn)行國(guó)內(nèi)外測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

2.2、集成測(cè)試機(jī)體和19英寸分析柜，內(nèi)嵌PC型15英寸工業(yè)觸摸屏電腦，用于整個(gè)控制和測(cè)試過(guò)程。

2.3、錐形加熱器額定功率5000W，熱輸出量0～100kW/m2，采用PID溫度控制器控制，同時(shí)輻射錐可水平或垂直放置；

2.4、暴露試樣表面的中心部位50X50mm的范圍內(nèi)，于中心處輻照偏差不超過(guò)±2%；

2.5、樣品盒可放置**100mm x 100mm x 50mm的樣品；

2.6、樣品稱量范圍 0～3000g；精度：0.1g；

2.7、點(diǎn)火系統(tǒng)帶有安全切斷裝置的高壓火花發(fā)生器，自動(dòng)定位；

2.8、德國(guó)ABB順磁性氧氣分析器，采用順磁壓力變化的方法來(lái)測(cè)量氣體中的氧濃度。濃度范圍0-25%，

2.9、德國(guó)ABB非色散紅外線CO和CO2分析器 CO：0～1％；CO2：0～10％；

2.10、煙密度分析使用激光系統(tǒng)測(cè)量煙霧密度，系統(tǒng)由光電二極管、0.5mW氦氖激光器、主探測(cè)器和輔助探測(cè)器組成

2.11、排氣系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、集煙罩、風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣與排氣管道及孔板流量計(jì)等所組成。排煙風(fēng)機(jī)流量0～50g/s可調(diào)，精度0.1g/s；

2.12、環(huán)形取樣器應(yīng)裝在距集煙罩685 mm處的進(jìn)氣管道內(nèi)，取樣器上應(yīng)有12個(gè)小孔以均化氣流組份；

2.13、排氣流量應(yīng)通過(guò)測(cè)量風(fēng)機(jī)上方350 mm處的銳緣孔板兩側(cè)的壓差來(lái)確定，銳緣孔板的內(nèi)徑為57mm±1mm；

2.14、氣流的溫度應(yīng)由直徑為1.6 mm封閉節(jié)點(diǎn)的愷裝熱電偶測(cè)量，熱電偶應(yīng)安裝于測(cè)流孔板上方100 mm處；

2.15、氣體取樣系統(tǒng)包括環(huán)形取樣器、取樣泵、過(guò)濾器、冷阱、廢水排泄、水分過(guò)濾器和co2過(guò)濾器；

2.16、德國(guó)ABB一體化預(yù)處理系統(tǒng)，包含M&C冷凝器: 0~5度，KNF隔膜泵，流量率:3 l/min，M&C轉(zhuǎn)子流量計(jì)，帶報(bào)警單元，濕度報(bào)警單元，蠕動(dòng)泵可自動(dòng)排除水分；

2.17、選用卡登型箔式熱流計(jì)，設(shè)計(jì)量程0^100k W/m'，輻射接收靶的直徑為12.5 mm，表面覆有耐久的無(wú)光澤黑色涂層。輻射接收靶為水冷式。熱流計(jì)的準(zhǔn)確度為士3% ，重復(fù)性為士0.5%，附帶可追溯至NIST的校準(zhǔn)報(bào)告一份。

2.18、原廠配備便攜式水冷卻系統(tǒng)，當(dāng)使用熱流計(jì)時(shí)，用戶無(wú)需外接自來(lái)水源和配備水管。

2.19、斷面也為方形的黃銅管作為標(biāo)定燃燒器，用于測(cè)量C-系數(shù)數(shù)值。

2.20、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)能記錄氧分析儀、孔板流量計(jì)、熱電偶等儀器的輸出。

2.21、配備軟件操作系統(tǒng)，測(cè)試結(jié)果包含：熱釋放速率、煙道氣體流速、C系數(shù)、試樣點(diǎn)燃時(shí)間和熄滅時(shí)間、總耗氧量、總發(fā)煙量、質(zhì)量損失速率、熱釋放總量、有效燃燒熱、二氧化碳生成量及一氧化碳生成量。

三、錐形量熱儀軟件說(shuō)明：

3.1、設(shè)置為對(duì)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**線性；

3.2、C-系數(shù)校準(zhǔn)，軟件可自動(dòng)設(shè)定C系數(shù)測(cè)量時(shí)的燃?xì)饬髁?，?KW、3KW或5KW，電腦系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算ISO 5660 C系數(shù)以及平均C系數(shù)，同時(shí)可保存記錄；

3.3、軟件可自動(dòng)生成C-系數(shù)日志，便于用戶自行查看錐形量熱儀歷史狀態(tài)，辨別自己系統(tǒng)的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性；

3.4、系統(tǒng)可自行計(jì)算氧氣分析儀、二氧化碳分析儀、一氧化碳分析儀的延遲時(shí)間，便于同步計(jì)算使用；

3.5、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)；

3.6、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；

3.7、報(bào)告模板為EXCELL格式，可顯示圖形及數(shù)值模式。

四、錐形量熱儀的構(gòu)造：

錐形量熱儀主要由燃燒室、載重臺(tái)、氧分析儀、煙測(cè)量系統(tǒng)、通風(fēng)裝置及有關(guān)輔助設(shè)備等六部分組成。

4.1、燃燒室：錐形加熱器、10KV點(diǎn)火器、控制電路、擋風(fēng)罩等構(gòu)成了燃燒室。入射熱流強(qiáng)度可根據(jù)不同的試驗(yàn)要求適當(dāng)選擇，樣品放在燃燒平臺(tái)上由點(diǎn)火器點(diǎn)燃，燃燒產(chǎn)物由通風(fēng)系統(tǒng)排走。

4.2、氧分析儀：氧分析儀是錐形量熱儀的核心部分，它是一種高精度的氣體分析儀，由氧分析儀可精確檢驗(yàn)燃燒時(shí)通氣管道中氧的的百分含量隨時(shí)間的變化，進(jìn)而由即時(shí)氧氣濃度和氧耗原理測(cè)定出材料的燃燒放熱情況。

4.3、載重臺(tái)：載重臺(tái)是測(cè)定樣品質(zhì)量變化的裝置，它可以準(zhǔn)確記錄樣品在燃燒過(guò)程中的質(zhì)量變化情況。燃燒時(shí)，樣品放置于載重臺(tái)的支架上。

4.4、煙測(cè)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(cè)量裝置裝置，以此可測(cè)定煙管道中煙的比消光面積(SEA) 。

4.5、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。通風(fēng)裝置的通風(fēng)性能要根據(jù)試驗(yàn)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，氣體流速應(yīng)限制在一定范圍之內(nèi)，否則將影響試驗(yàn)結(jié)果。

4.6、其它改進(jìn)設(shè)備：根據(jù)不同需要，也可以添加其它分析裝置，如進(jìn)行燃燒產(chǎn)物成分分析時(shí)，可增加紅外光譜分析裝置; 若測(cè)量樣品中溫度分布，須進(jìn)行相應(yīng)的熱電偶或紅外攝像裝置改造。

4.7、輔助設(shè)備： 輔助設(shè)備中含有微機(jī)處理器、熱流計(jì)裝置、除去CO2 及H2O(氣) 的相應(yīng)裝置等。

五、錐形量熱儀可獲取的試驗(yàn)參數(shù)：

由錐形量熱儀獲得的可燃材料在火災(zāi)中的燃燒參數(shù)有多種，包括釋熱速率(HRR) 、總釋放熱( THR) 、有效燃燒熱(EHC) 、點(diǎn)燃時(shí)間( TTI) 、煙及毒性參數(shù)和質(zhì)量變化參數(shù)(MLR) 等。

5.1、熱釋放速率(Heat Relea seRate ，簡(jiǎn)稱HRR)

HRR 是指在預(yù)置的入射熱流強(qiáng)度下，材料被點(diǎn)燃后，單位面積的熱量釋放速率，HRR是表征火災(zāi)強(qiáng)度的*重要性能參數(shù)，單位為kW/m2 ; HRR 的**值為熱釋放速率峰值( Peak of HHR ，簡(jiǎn)稱pkHRR) ，pkHRR 的大小表征了材料燃燒時(shí)的**熱釋放程度。HRR 和pkHHR 越大，財(cái)材料的燒燒放熱量越大，形成的火災(zāi)危害性就越大。

5.2、總釋放熱(Total Heat Release ，簡(jiǎn)稱THR)

THR 是指在預(yù)置的入射熱流強(qiáng)度下，材料從點(diǎn)燃到火焰熄滅為止所釋放熱量的總和單位為MJ /m2 。將HRR 與THR 結(jié)合起來(lái)，可以更好地評(píng)價(jià)材料的燃燒性和阻燃性，對(duì)火災(zāi)研究具有更為客觀、全面的指導(dǎo)作用。

5.3、質(zhì)量損失速率(Mass Loss Rate ，簡(jiǎn)稱MLR)

MLR 是指燃燒樣品在燃燒過(guò)程中質(zhì)量隨時(shí)間的變化率，它反應(yīng)了材料在一定火強(qiáng)度下的熱裂解、揮發(fā)及燃燒程度。

5.4、煙生成速率( Smoke ProduceRate ，簡(jiǎn)稱SPR)

單位為m2/S ，即SPR=SEA/MLR式中SEA 為比消光面積，SEA表示揮發(fā)單位質(zhì)量的材料所產(chǎn)生的煙，它不直接表示生煙量的大小，只是計(jì)算生煙量的一個(gè)轉(zhuǎn)換因子SPR 被定義為比消光面積與質(zhì)量損失速率之比。

5.5、有效燃燒熱( Effective HeatCombustion ，簡(jiǎn)稱EHC)

EHC 表示在某時(shí)刻t 時(shí)，所測(cè)得熱釋放速率與質(zhì)量損失速率之比，它反應(yīng)了揮發(fā)性氣體在氣相火焰中的燃燒程度，對(duì)分析阻燃機(jī)理很有幫助。

5.6、點(diǎn)燃時(shí)間(Time to Ignition ，簡(jiǎn)稱TTI)

TTI 是評(píng)價(jià)材料耐火性能的一個(gè)重要參數(shù)(單位:S) ，它是指在預(yù)置的入射熱流強(qiáng)度下，從材料表面受熱到表面持續(xù)出現(xiàn)燃燒時(shí)所用的時(shí)間。TTI 可用來(lái)評(píng)估和比較材料的耐火性能。

5.7、毒性測(cè)定

材料燃燒時(shí)放出多種氣體，其中含有CO，HCN，SO2 ，HCl ，H2S 等毒性氣體，毒性氣體對(duì)人體具有極大的危害作用，其成分及百分含量可通過(guò)錐形量熱儀中的附加設(shè)備收集分析。

六、錐形量熱儀符合的標(biāo)準(zhǔn)：

ASTM E 1354 、ISO5660Parts 1 and 2 、BS 476 Part 15、GB/T16172等測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

七、錐形量熱儀的 C-系數(shù)標(biāo)定

通常在測(cè)試前，需要獲得合理并具有重現(xiàn)性的C系數(shù)數(shù)值。

**、前后兩次C系數(shù)的標(biāo)定，偏差小于5%，第二，C系數(shù)的數(shù)值位于0.035 至0.045中間，為有效，其中又以0.04 為**。