实验使用锥形量热仪

iCone锥形量热仪：iCone锥形量热仪介绍材料的热释放速率是火灾危害分析中重要的因素。它不仅对火灾发展起决定作用，而且还影响其他火灾灾害因素。材料的热释放速率也是材料燃烧性能中重要的参数，比较准确地测量材料燃烧过程中的热释放速率，对于预测火灾危害及其阻燃防治处理极为重要。 FTT的iCone锥形量热仪是以耗氧原理为基础的新一代聚合物材料燃烧性能测定仪。FTT专家几十年设计制造锥形量热仪经验的结晶，集成了所有特征：互动和直观的界面，成熟和灵活的控制选项，内置的适于苛刻条件下的数据采集技术，符合新标准的数据分析和实验报告等。全自动锥形量热仪包含了许多前所未有的样品处理技术和安全保护措施，同时还保持原有的结构紧凑，测量精确可靠，使用维护方便等特点。尤其是掌握着核心技术的FTT定制的气体分析柜，与标准锥形量热仪和双柜锥形量热仪保持着一致性和延续性。 它不仅可以测试热释放速率，还能测试点燃时间、临界点火通量、质量损耗率、排烟率、有效燃烧热、有毒气体释放率(如碳氧化物)等参数，可用于预测大规模测试，如EN 13823(单燃烧项)和ISO 9705(房间角落测试). iCone锥形量热仪一经推出就成为世界上先进的、自动化程度较高的锥形量热仪之一，并开启了FTT新一代互动式火灾和燃烧测试仪器系列（i系列）。型号有3个： iCone Classic, iCone MiNi和iCone Plus。iCone组成：圆锥形加热器。5kW电热元件，输出热量可达100kw/m2，可使用电动阀可调整高度，远距离控制锥形加热器的位置，用于测试水平或垂直方向的试样。温度控制器。热流量可通过3个k型热电偶和3项(PID)的温度控制器控制，可以使用ConeCalc软件设置测试期间的10步温度剖面图，等速加热或分步控制热流量。电动控制隔热板。可通过7英寸触摸屏或ConeCalc软件自动/手动控制拆分快门机构，保护样品在测试前不暴露在热的辐射下，确保初始质量测量的稳定性和操作人员的安全。火花点火。10kV火花点火器，可自动定位与控制，配有安全切断装置。试样夹。不锈钢制造，样品大小100mm×100mm，厚度不超过50mm，水平和垂直摆放。测压元件。安装在一个独立的工作台上，避免了来自主机上排气扇所产生振动的影响。0.01g高分辨率，量程可达5.0kg或8.2kg。玻璃防护屏。覆盖尺寸600mm×600mm,可收缩式的4面耐热玻璃防护屏为燃烧模块提供了一个自由的气流条件，并且为每个角度观察提供了清楚的视野。并且可以手动或电子控制耐热玻璃防护屏的升降。排气系统。采用不锈钢制造，使用寿命长。包含大引擎盖，气体样品取样针，排风扇和孔板流量测试器。正常运行为24升/秒。气体采样。包括微粒过滤器、冷冻冷阱、泵、干燥筒和流量控制器。烟雾遮蔽。用激光系统测量，使用硅光电二极管，和一个0.5 mW氦氖激光器，主要及备用光电探测器。同时备有定位支架和0.3、0.8中性密度滤波器进行校准。校准炉。校准仪器测试出的热释放率，使用99.5%纯度的甲烷。热流计。用ConeCalc软件自动设置设置样品表面的辐射水平。触摸屏。带有火花点火器定位、火模隔热控制、加热器高度调节、排风机控制和测试控制，7”的触摸控制器与主机的计算机控制相邻设计。固定气体分析控制台 (iCone Classic)或移动气体分析架(iCone mini)。通过手动阀门和流量计控制和测量进入分析器的气体流量。数据采集系统。ConeCalc软件。操作语言包括英语、法语、德语、西班牙语和日语。用户界面基于Windows操作系统，带易于使用的按钮操作，标准Windows数据输入方法，下拉选项，点击选中，以及开关。

锥形量热仪 分柜式锥形量热仪锥形量热仪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如单体燃烧试验装置、实体房间火和电缆燃烧分级检测，符合ISO 5660、ASTM E1354、GB/T16172等测试标准；集成式测试机体和19英寸分析柜，内嵌PC型15英寸工业触摸屏电脑，用于整个控制和测试过程；锥形加热器额定功率5000W，热输出量0～100kW/m2，采用PID温度控制器控制，辐射锥可水平或垂直放置；样品盒可放置100mm x 100mm x 50mm的样品；样品称量范围 0～2000g；精度：0.1g （也可根据客户要求提供不同量程与精度）；点火系统为不低于10KV高压火花发生器，采用旋转气缸自动定位；顺磁性氧气分析器，量程为0-25%，响应时间：4秒，线性偏差：≤0.5% FS，重复性：≤50 ppm O2，灵敏度漂移: ≤ 0.1 vol.% O2/周或≤ 1%测量值/周（非累计），二者中取较小者，检测极限：≤50 ppm O2；非色散红外线CO和CO2分析器 CO：0～1％；CO2：0～10％，测量原理：红外吸收，响应时间：2.5秒，线性偏差：≤1% FS，重复性：≤0.5% FS，零漂：≤1% FS/周，检测极限：≤0.5% FS；烟密度分析使用激光系统测量烟雾密度，系统由光电二极管、氦氖激光器、主探测器和辅助探测器组成；排气系统由风机、集烟罩、排气管道及孔板流量计等所组成，排烟风机流量0～50g/s可调，精度0.1g/s；环形取样器装在距集烟罩685 mm处的进气管道内,取样器上应有12个小孔以均化气流组份；气流的温度由直径为1.6 mm封闭节点的恺装热电偶测量，热电偶应安装于测流孔板上方100 mm处；一体化气体预处理系统，包括取样泵、过滤器、冷凝器、蠕动泵、水分过滤器；冷凝器温度: 0~5度，隔膜泵，流量率: 3 l/min，压力: 2.5bar；湿度报警单元，当样气中水分过高，可自动报警，并可通过测试软件进行通讯；流量报警单元，当样气中烟尘堵塞，可自动报警，提示更换过滤装置；选用SB型热流计，设计量程0~100k W/m，热流计的准确度为士3% ，重复性为士0.5%，附带校准报告一份；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；为了标定整个测试系统的响应，采用甲烷校准燃烧器标定，用于测量C-系数数值；数据采集系统可自动记录气体分析仪、孔板流量、热电偶等仪器的输出；配备软件操作系统，测试结果包含：热释放速率、烟道气体流速、C系数、试样点燃时间和熄灭时间、总耗氧量、总发烟量、质量损失速率、热释放总量、有效燃烧热、二氧化碳生成量及一氧化碳生成量。锥形量热仪是美国NIST的V. Babrauskas等人于1982年研制的，是基于耗氧原理的材料燃烧性能测试仪器，经过30多年的不断改进和完善，锥形量热仪已经成为研究材料燃烧性能最重要的试验仪器之一。锥形量热仪是以氧消耗原理为基础的，采用耗氧量原理测量材料的热释放速率。所谓耗氧量原理就是：材料燃烧时消耗每一单位的氧气所释放的热量基本是相同的，并测出这个值为13.1MJ/kg±5%。在实验中，我们可在负载单元上加载样品，测量样品在燃烧过程中的质量损失率；加热样品并通过电火花点火点燃，可测试其可燃性能和点燃时间；将燃烧气体收集在随附管道和排气罩中，通过采集烟气压差、气体浓度和温度的变化，自动测试其热释放速率等指标；使用光学装置，可测量其烟密度性能参数；同时通过以上数据的获取，进而得到有效燃烧热、比消光面积等延伸数据。锥形量热仪测试是一种安全，快速，准确的检测方式，除了产品开发外，锥形量热仪还可以作为质量控制工具。ASTM 美国材料与试验协会：ASTM D6113，ASTM E1354，ASTM E1740，ASTM F1550， ASTM E1474BS 英国标准协会：BS 476-15：1993ISO 国际标准化组织：ISO 5660：2015EN 欧洲标准：CSN EN 13501-1+A1：2009，CSN EN 45545-2+A1：2015IMO 国际海事组织：IMO MSC 40（64）GB 中国标准：GB 8624：2012，GB/T 16172：2007NFPA 美国消防协会：NFPA 271，NFPA 264

一、锥形量热仪简介： 锥形量热仪是美国国家标准与技术研究院，简称NIST，原美国国家标准局的V. Babrauskas等人于1982年研制的, 是基于耗氧原理的材料燃烧性能测试仪器，经过30多年的不断改进和完善,锥形量热仪已经成为研究材料燃烧性能最重要的试验仪器之一。锥形量热仪是以氧消耗原理为基础的，采用耗氧量原理测量材料的热释放速率。所谓耗氧量原理就是：材料燃烧时消耗每一单位的氧气所释放的热量基本是相同的。Hugget在1980年发表的文章指出建筑业和商业中普遍使用的大多数塑料和其他固体材料都遵循这个规律，并测出这个值为13.1MJ/kg±5%。在实验中，将所有燃烧产生的烟气都收集起来并在排气管中经过充分混合后，精确的测出其质量流量和组分，同时将O2的浓度测出来，通过计算可得到燃烧过程中消耗的氧气质量，运用氧消耗原理，即可得到材料燃烧过程中的热释放速率，同时还能给出其它许多参数。目前,表征材料燃烧性能的试验方法较多,如氧指数法、UL94标准中的水平垂直燃烧法、垂直燃烧法及NBS 烟密度箱法等。它们多是传统的小型试验方法,试验操作环境与真实火灾相差较大,试验获得的数据也只能用于一定试验条件下材料间燃烧性能的相对比较,不能作为评价材料在真实火灾中行为的依据，锥形量热仪法由于具有参数测定值受外界因素影响小,与大型实验结果相关性好等优点被应用于很多领域的研究。 二、锥形量热仪标准技术参数：2.1、锥形量热仪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，符合ISO 5660、ASTM E1354、GB/T16172等现行国内外测试标准。2.2、集成测试机体和19英寸分析柜，内嵌PC型15英寸工业触摸屏电脑，用于整个控制和测试过程。2.3、锥形加热器额定功率5000W，热输出量0～100kW/m2，采用PID温度控制器控制，同时辐射锥可水平或垂直放置；2.4、暴露试样表面的中心部位50X50mm的范围内，于中心处辐照偏差不超过±2%；2.5、样品盒可放置最大100mm x 100mm x 50mm的样品；2.6、样品称量范围 0～3000g；精度：0.1g；2.7、点火系统带有安全切断装置的高压火花发生器，自动定位；2.8、德国ABB顺磁性氧气分析器，采用顺磁压力变化的方法来测量气体中的氧浓度。浓度范围0-25%，2.9、德国ABB非色散红外线CO和CO2分析器 CO：0～1％；CO2：0～10％；2.10、烟密度分析使用激光系统测量烟雾密度，系统由光电二极管、0.5mW氦氖激光器、主探测器和辅助探测器组成2.11、排气系统由风机、集烟罩、风机的进气与排气管道及孔板流量计等所组成。排烟风机流量0～50g/s可调，精度0.1g/s；2.12、环形取样器应装在距集烟罩685 mm处的进气管道内,取样器上应有12个小孔以均化气流组份；2.13、排气流量应通过测量风机上方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；2.14、气流的温度应由直径为1.6 mm封闭节点的恺装热电偶测量，热电偶应安装于测流孔板上方100 mm处；2.15、气体取样系统包括环形取样器、取样泵、过滤器、冷阱、废水排泄、水分过滤器和co2过滤器；2.16、德国ABB一体化预处理系统，包含M&C冷凝器: 0~5度，KNF隔膜泵，流量率:3 l/min，M&C转子流量计，带报警单元，湿度报警单元，蠕动泵可自动排除水分；2.17、选用卡登型箔式热流计，设计量程0^100k W/m' ,辐射接收靶的直径为12.5 mm，表面覆有耐久的无光泽黑色涂层。辐射接收靶为水冷式。热流计的准确度为士3% ，重复性为士0.5%，附带可追溯至NIST的校准报告一份。2.18、原厂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。2.19、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。2.20、数据采集系统应能记录氧分析仪、孔板流量计、热电偶等仪器的输出。2.21、配备软件操作系统，测试结果包含：热释放速率、烟道气体流速、C系数、试样点燃时间和熄灭时间、总耗氧量、总发烟量、质量损失速率、热释放总量、有效燃烧热、二氧化碳生成量及一氧化碳生成量。 三、锥形量热仪软件说明：3.1、设置为对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；3.2、C-系数校准，软件可自动设定C系数测量时的燃气流量，如1KW、3KW或5KW，电脑系统自动计算ISO 5660 C系数以及平均C系数，同时可保存记录；3.3、软件可自动生成C-系数日志，便于用户自行查看锥形量热仪历史状态，辨别自己系统的准确性及稳定性；3.4、系统可自行计算氧气分析仪、二氧化碳分析仪、一氧化碳分析仪的延迟时间，便于同步计算使用；3.5、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；3.6、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；3.7、报告模板为EXCELL格式，可显示图形及数值模式。 四、锥形量热仪的构造：锥形量热仪主要由燃烧室、载重台、氧分析仪、烟测量系统、通风装置及有关辅助设备等六部分组成。4.1、燃烧室：锥形加热器、10KV点火器、控制电路、挡风罩等构成了燃烧室。入射热流强度可根据不同的试验要求适当选择，样品放在燃烧平台上由点火器点燃,燃烧产物由通风系统排走。4.2、氧分析仪：氧分析仪是锥形量热仪的核心部分,它是一种高精度的气体分析仪,由氧分析仪可精确检验燃烧时通气管道中氧的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。4.3、载重台：载重台是测定样品质量变化的装置,它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。4.4、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、双电子束测量装置装置,以此可测定烟管道中烟的比消光面积(SEA) 。4.5、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。通风装置的通风性能要根据试验要求进行调节,气体流速应限制在一定范围之内,否则将影响试验结果。4.6、其它改进设备：根据不同需要,也可以添加其它分析装置,如进行燃烧产物成分分析时,可增加红外光谱分析装置 若测量样品中温度分布,须进行相应的热电偶或红外摄像装置改造。4.7、辅助设备： 辅助设备中含有微机处理器、热流计装置、除去CO2 及H2O(气) 的相应装置等。 五、锥形量热仪可获取的试验参数：由锥形量热仪获得的可燃材料在火灾中的燃烧参数有多种,包括释热速率(HRR) 、总释放热( THR) 、有效燃烧热(EHC) 、点燃时间( TTI) 、烟及毒性参数和质量变化参数(MLR) 等。5.1、热释放速率(Heat Relea seRate ,简称HRR)HRR 是指在预置的入射热流强度下,材料被点燃后,单位面积的热量释放速率,HRR是表征火灾强度的最重要性能参数,单位为kW/m2 HRR 的最大值为热释放速率峰值( Peak of HHR ,简称pkHRR) ,pkHRR 的大小表征了材料燃烧时的最大热释放程度。HRR 和pkHHR 越大,财材料的烧烧放热量越大,形成的火灾危害性就越大。5.2、总释放热(Total Heat Release ,简称THR)THR 是指在预置的入射热流强度下,材料从点燃到火焰熄灭为止所释放热量的总和单位为MJ /m2 。将HRR 与THR 结合起来,可以更好地评价材料的燃烧性和阻燃性,对火灾研究具有更为客观、全面的指导作用。5.3、质量损失速率(Mass Loss Rate ,简称MLR)MLR 是指燃烧样品在燃烧过程中质量随时间的变化率,它反应了材料在一定火强度下的热裂解、挥发及燃烧程度。5.4、烟生成速率( Smoke ProduceRate ,简称SPR)单位为m2/S ,即SPR=SEA/MLR式中SEA 为比消光面积,SEA表示挥发单位质量的材料所产生的烟,它不直接表示生烟量的大小,只是计算生烟量的一个转换因子SPR 被定义为比消光面积与质量损失速率之比。5.5、有效燃烧热( Effective HeatCombustion ,简称EHC)EHC 表示在某时刻t 时,所测得热释放速率与质量损失速率之比,它反应了挥发性气体在气相火焰中的燃烧程度,对分析阻燃机理很有帮助。5.6、点燃时间(Time to Ignition ,简称TTI)TTI 是评价材料耐火性能的一个重要参数(单位:S) ,它是指在预置的入射热流强度下,从材料表面受热到表面持续出现燃烧时所用的时间。TTI 可用来评估和比较材料的耐火性能。5.7、毒性测定材料燃烧时放出多种气体,其中含有CO,HCN,SO2 ,HCl ,H2S 等毒性气体,毒性气体对人体具有极大的危害作用,其成分及百分含量可通过锥形量热仪中的附加设备收集分析。 六、锥形量热仪符合的标准：ASTM E 1354 、ISO5660Parts 1 and 2 、BS 476 Part 15、GB/T16172等测试标准 七、锥形量热仪的 C-系数标定通常在测试前，需要获得合理并具有重现性的C系数数值。第一、前后两次C系数的标定，偏差小于5%，第二，C系数的数值位于0.035 至0.045中间，为有效，其中又以0.04 为最优。