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一、錐形量熱儀簡介：

錐形量熱儀是美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院,，簡稱NIST,，原美國國家標(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試儀器,，經(jīng)過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并在排氣管中經(jīng)過充分混合后,，精確的測出其質(zhì)量流量和組分,，同時(shí)將O2的濃度測出來，通過計(jì)算可得到燃燒過程中消耗的氧氣質(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比較,，不能作為評價(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，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),，符合ISO 5660、ASTM E1354,、GB/T16172等現(xiàn)行國內(nèi)外測試標(biāo)準(zhǔn),。

2.2、集成測試機(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)控制和測試過程。

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±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，自動定位,；

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

2.9,、德國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)測量煙霧密度,，系統(tǒng)由光電二極管、0.5mW氦氖激光器,、主探測器和輔助探測器組成

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)通過測量風(fēng)機(jī)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,；

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

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

2.16、德國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,，蠕動泵可自動排除水分,；

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),，用戶無需外接自來水源和配備水管,。

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,、錐形量熱儀軟件說明：

3.1,、設(shè)置為對各個(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),，軟件可自動設(shè)定C系數(shù)測量時(shí)的燃?xì)饬髁?，?KW、3KW或5KW,，電腦系統(tǒng)自動計(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,、氧分析儀,、煙測量系統(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定出材料的燃燒放熱情況,。

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

4.4,、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,、雙電子束測量裝置裝置，以此可測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,，可以更好地評價(jià)材料的燃燒性和阻燃性，對火災(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 ,，簡稱MLR)

MLR 是指燃燒樣品在燃燒過程中質(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 ,，簡稱EHC)

EHC 表示在某時(shí)刻t 時(shí),，所測得熱釋放速率與質(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，對分析阻燃機(jī)理很有幫助,。

5.6,、點(diǎn)燃時(shí)間(Time to Ignition ，簡稱TTI)

TTI 是評價(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 可用來評估和比較材料的耐火性能,。

5.7,、毒性測定

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,，毒性氣體對人體具有極大的危害作用，其成分及百分含量可通過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等測試標(biāo)準(zhǔn)

七、錐形量熱儀的 C-系數(shù)標(biāo)定

通常在測試前,，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**。