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一、錐形量熱儀簡介：

錐形量熱儀是美國國家標準與技術(shù)研究院，簡稱NIST，原美國國家標準局的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規(guī)律，并測出這個值為13.1MJ/kg±5%。在實驗中，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，同時將O2的濃度測出來，通過計算可得到燃燒過程中消耗的氧氣質(zhì)量，運用氧消耗原理，即可得到材料燃燒過程中的熱釋放速率，同時還能給出其它許多參數(shù)。

目前，表征材料燃燒性能的試驗方法較多，如氧指數(shù)法、UL94標準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)的小型試驗方法，試驗操作環(huán)境與真實火災相差較大，試驗獲得的數(shù)據(jù)也只能用于一定試驗條件下材料間燃燒性能的相對比較，不能作為評價材料在真實火災中行為的依據(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，與大型實驗結(jié)果相關(guān)性好等優(yōu)點被應用于很多領(lǐng)域的研究。

二、錐形量熱儀標準技術(shù)參數(shù)：

2.1、錐形量熱儀采用分柜式設(shè)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)，符合ISO 5660、ASTM E1354、GB/T16172等現(xiàn)行國內(nèi)外測試標準。

2.2、集成測試機體和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)由風機、集煙罩、風機的進氣與排氣管道及孔板流量計等所組成。排煙風機流量0～50g/s可調(diào)，精度0.1g/s；

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

2.13、排氣流量應通過測量風機上方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、氣流的溫度應由直徑為1.6 mm封閉節(jié)點的愷裝熱電偶測量，熱電偶應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，帶報警單元，濕度報警單元，蠕動泵可自動排除水分；

2.17、選用卡登型箔式熱流計，設(shè)計量程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。熱流計的準確度為士3% ，重復性為士0.5%，附帶可追溯至NIST的校準報告一份。

2.18、原廠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。

2.19、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。

2.20、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應能記錄氧分析儀、孔板流量計、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)、試樣點燃時間和熄滅時間、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(zhì)量流量控制的單點或雙點校準，以獲得**線性；

3.2、C-系數(shù)校準，軟件可自動設(shè)定C系數(shù)測量時的燃氣流量，如1KW、3KW或5KW，電腦系統(tǒng)自動計算ISO 5660 C系數(shù)以及平均C系數(shù)，同時可保存記錄；

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)的準確性及穩(wěn)定性；

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

3.5、狀態(tài)檢查界面，可一目了然的獲取儀器的各個傳感器部件的工作狀態(tài)；

3.6、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；

3.7、報告模板為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點火器、控制電路、擋風罩等構(gòu)成了燃燒室。入射熱流強度可根據(jù)不同的試驗要求適當選擇，樣品放在燃燒平臺上由點火器點燃，燃燒產(chǎn)物由通風系統(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燃燒時通氣管道中氧的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。

4.3、載重臺：載重臺是測定樣品質(zhì)量變化的裝置，它可以準確記錄樣品在燃燒過程中的質(zhì)量變化情況。燃燒時，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、通風系統(tǒng)：通風系統(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。通風裝置的通風性能要根據(jù)試驗要求進行調(diào)節(jié)，氣體流速應限制在一定范圍之內(nèi)，否則將影響試驗結(jié)果。

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

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

五、錐形量熱儀可獲取的試驗參數(shù)：

由錐形量熱儀獲得的可燃材料在火災中的燃燒參數(shù)有多種，包括釋熱速率(HRR) 、總釋放熱( THR) 、有效燃燒熱(EHC) 、點燃時間( 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 是指在預置的入射熱流強度下，材料被點燃后，單位面積的熱量釋放速率，HRR是表征火災強度的*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的**熱釋放程度。HRR 和pkHHR 越大，財材料的燒燒放熱量越大，形成的火災危害性就越大。

5.2、總釋放熱(Total Heat Release ，簡稱THR)

THR 是指在預置的入射熱流強度下，材料從點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，可以更好地評價材料的燃燒性和阻燃性，對火災研究具有更為客觀、全面的指導作用。

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)量隨時間的變化率，它反應了材料在一定火強度下的熱裂解、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，只是計算生煙量的一個轉(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 表示在某時刻t 時，所測得熱釋放速率與質(zhì)量損失速率之比，它反應了揮發(fā)性氣體在氣相火焰中的燃燒程度，對分析阻燃機理很有幫助。

5.6、點燃時間(Time to Ignition ，簡稱TTI)

TTI 是評價材料耐火性能的一個重要參數(shù)(單位:S) ，它是指在預置的入射熱流強度下，從材料表面受熱到表面持續(xù)出現(xiàn)燃燒時所用的時間。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準：

ASTM E 1354 、ISO5660Parts 1 and 2 、BS 476 Part 15、GB/T16172等測試標準

七、錐形量熱儀的 C-系數(shù)標定

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**。