一种高原人工富氧环境可燃物燃烧速率测试装置
专利汇可以提供一种高原人工富氧环境可燃物燃烧速率测试装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种高原人工富 氧 环境可燃物燃烧速率测试装置，属于防火安全领域。由 燃烧室 、 定位 机构、配气系统、气流循环与浓度监测系统、抽 真空 系统、 点火系统 和 数据采集 系统七部分组成。样品通过样品夹持器安装在样品托上后通过真空系统对密封室抽真空，各单一高纯气体经 质量 流量计和流量调节 阀 在密封室内混合，由高 精度 真空压 力 计显示气体总压，当满足所述气体总压和气体组分要求时，启动微型气 泵 对密封室内气流进行混合，气体组分浓度稳定后启动激光 光源 点燃样品，样品燃烧火焰先后通过两 热电偶 ，通过A/D转换和数据采集系统得到热电偶 温度 变化曲线，取两个热电偶对应曲线最高温度点间的时间作为样品在两个固定距离热电偶间的燃烧时间，从而得出样品在该种气体总压和气体组分浓度下的燃烧速率。本 发明 装置测试性能的稳定可靠，简单方便。，下面是一种高原人工富氧环境可燃物燃烧速率测试装置专利的具体信息内容。
1.一种高原人工富氧环境可燃物燃烧速率测试装置，其特征是该装置由燃烧室、定位机 构、配气系统、气流循环与浓度监测系统、抽真空系统、点火系统和数据采集系统七部分组 成；
其中所述燃烧室由室门(2)、密封条(3)和燃烧室壳体(1)构成，密封条(3)通过室 门(2)上的环形凹槽固定，当关闭室门时，采用螺栓固定，抽真空会导致外界大气压高于室 内压力，从而将室门压紧，密封条与燃烧室壳体外壁吻合，保证气密性；燃烧室内下部放置 一片石棉垫(29)，当激光点燃样品时，不会直接灼烧燃烧室材质，通过石棉垫将热量吸收， 保护了燃烧室壳体；燃烧室内体积的大小由所燃烧样品的质量和所需气体组分浓度决定；燃 烧室内气体总压能通过高精度真空压力表(26)读出；
所述定位机构由样品托(19)和样品夹持器(20)组成，样品托(19)上设有一个镂空 燃烧孔(28)和两个定位柱(27)，定位柱(27)与定位通孔(32)相配合；两个对称定位柱 (27)用于样品夹持器定位，镂空燃烧孔(28)便于室内气体对流通过；样品夹持器由上、 下两片薄板组成，中央分别镂空形成上燃烧窗(30)、下燃烧窗(31)，放置样品时，只需将 夹子打开，将样品平铺在夹持器中央，然后夹合，依靠夹持器材质自身重力压紧样品，放置 于样品托上；在燃烧过程中，只有燃烧窗部位的可燃物能够燃烧，其余部会保持完好，这样 能根据燃烧样品大小来改变样品托镂空燃烧孔和样品夹持器上、下燃烧窗的大小；
所述配气系统由氮气瓶(5)、质量流量计A(6)、流量调节阀A(7)、氧气瓶(8)、质量 流量计B(9)和流量调节阀B(10)组成，根据所需气量进行配送，气体经气瓶减压后流入 质量流量计，进行流量累积计量，经控制流量的流量调节阀后进入燃烧室；
所述气流循环与浓度监测系统由微型气泵(11)、流量调节阀C(13)和氧浓度传感器(12) 构成，当燃烧室内气压稳定后，打开流量调节阀C，启动微型气泵，燃烧室内气体经过流量 调节阀、燃烧室和氧浓度传感器进行闭路循环流动，对燃烧室内气体进行混合；
所述抽真空系统由真空泵(14)、球阀A(15)和球阀B(16)组成，对燃烧室进行抽真空 操作。取放样品时，燃烧室外部空气通过球阀A流入燃烧室，使燃烧室内外压力平衡，从而 可以打开室门进行取放样操作；抽真空时，关闭燃烧室室门，打开真空泵，再打开球阀B， 真空泵将燃烧室内气体抽至外部；
所述点火系统由激光器(17)、单晶锡化锌(18)组成，激光器发出的高强度激光通过单 晶锡化锌进入燃烧室，高温光点打在样品一端，使样品点燃；
所述数据采集系统由测温热电偶A(21)、热电偶B(22)、热电偶接线端(23)、A/D转换 模块(24)和上位计算机(25)组成，测温热电偶A(21)和热电偶B(22)固定在样品托(19) 上方，呈悬空状，通过热电偶接线端子(23)与A/D转换模块(24)相连；热电偶产生的电 压信号经热电偶接线端子后输入A/D模块，模拟信号A/D模块转化为数字信号，再传至上位计 算机，经软件绘出温度曲线，并能进行实时显示和数据保存。
2.如权利要求1所述的高原人工富氧环境可燃物燃烧速率测试装置，其特征是可燃物燃 烧速率测试过程如下：首先，将样品通过样品夹持器安装在样品托上，然后，通过真空系统 对燃烧室抽真空，之后，各单一高纯气体经质量流量计和流量调节阀在密封室内混合，通过 质量流量计控制各气体的百分比，由高精度真空压力表显示气体总压，当满足所气体总压和 气体组分要求时，启动微型气泵对密封室内气体进行混合，通过氧浓度传感器监测气体组分 浓度，浓度稳定后启动激光器，激光经单晶锡化锌后点燃样品，样品燃烧时，火焰先后通过 两热电偶，热电偶产生的热电动势为电压信号，通过A/D转换模块和上位计算机得到热电偶 温度变化曲线，选取两条热电偶对应曲线最高温度点间的时间差作为样品在两个固定距离热 电偶间的燃烧时间，从而得出样品在该种气体总压和气体组分浓度下的燃烧速率。
3.如权利要求1所述的高原人工富氧环境可燃物燃烧速率测试装置，其特征是燃烧室室 门上设一透明有机玻璃窗(4)，能对室内燃烧过程实时监测。
4.如权利要求1所述高原人工富氧环境可燃物燃烧速率测试装置，其特征是所述的定位 机构通过圆柱和通孔对齐，通过镂空燃烧孔和上、下燃烧窗保证了不同样品燃烧部分相同， 确保了取样的精确度。
5.如权利要求1所述的高原人工富氧环境可燃物燃烧速率测试装置，其特征是所述的点 火系统采用激光点火，激光通过固定在燃烧室壳体上的单晶体进入室内，避免了明火点火过 程中可燃气体的增加和室内氧量的消耗。
技术领域
本发明属于防火安全领域，涉及一种高原人工富氧环境可燃物燃烧速率测试装置，适于 测定可燃物在不同海拔高度的燃烧速率。
背景技术
“西藏古建筑中装饰织物的燃烧特性研究”一文(中国科学技术大学学报，2007，37(3)： 284-289)利用不同火源对20种西藏古建筑中典型装饰织物和4种纯涤、纯棉和涤棉织物进行 了燃烧试验。结果表明，西藏低氧低压条件已能充分支持织物的实尺度燃烧，虽织物燃烧速 率降低，燃烧时间加长，但局部燃烧加剧，火焰体积加大，具有较大的火灾危险性。
可燃织物材料的潜在危险性取决于材料的点燃难易性、燃烧速率、释热量和熄灭难易性， 而这些因素与大气压密切相关，因此，利用一种高原人工富氧环境可燃物燃烧速率测试装置 考察不同海拔高度下可燃物的燃烧特性对于研究可燃物防火安全具有重要的现实意义。
在低气压密封室内对样品进行点火一般采用明火喷燃、电阻丝加热点燃和激光点燃三种 方式。明火点火可以迅速的将试件点燃，即用一根点火杆伸入燃烧室，在点火杆的前端安装 一个电磁阀，当阀门打开时燃料气进入，同时高能点火器被激发将燃料气点燃。当产生的火 焰将试件点着后马上关闭点火器，同时燃料气也停止进入。该种点燃方式存在的问题是点火 过程中消耗氧气，会改变密封室内氧浓度；此外，还会使燃料气进入燃烧室，对实验结果造 成影响。电阻丝加热点燃是利用电流通过电阻丝时电阻丝会以热的形式做功，电炉丝在加热 时可以达到600℃～700℃。使用电阻丝点火时在电阻丝上接一个温度传感器，同时串联一个 电流调节器，这样可以通过调节电阻丝的电流大小来调节电阻丝的温度，当样品着火时可以 测出着火时的温度。由于电阻丝点火不能瞬间的将试件点燃，热辐射会导致室内环境的温度 升高，且在电阻丝加热的过程中，试件也会被加热，从而影响样品的燃烧过程。激光点燃是 利用激光高能量的特点，在短时间和小面积范围内将材料点燃，激光能转化为热能的速率远 大于材料热扩散的速率，在含能材料内部形成“点”式高温区域，最终达到着火温度。激光器 发出的功率稳定，能够保证着火条件一致，可以消除因其它条件变化对燃烧造成的影响，因 此，选用激光点火是一个比较好的方法。
发明内容
一种高原人工富氧环境可燃物燃烧速率测试装置，该装置由燃烧室、定位机构、配气系 统、气流循环与浓度监测系统、抽真空系统、点火系统和数据采集系统七部分组成。
其中所述燃烧室由室门、密封条、有机玻璃窗和燃烧室壳体构成，密封条通过室门上的 环形凹槽固定，当关闭室门时，采用螺栓固定，抽真空会导致外界大气压高于室内压力，从 而将室门压紧，密封条与燃烧室壳体外壁吻合，保证气密性。燃烧室内下部放置一片石棉垫， 当激光点燃样品时，不会直接灼烧燃烧室材质，通过石棉垫将热量吸收，保护了燃烧室壳体。 燃烧室内体积的大小由所燃烧样品的质量和所需气体组分浓度决定。燃烧室内气体总压可以 通过高精度真空压力表读出。
所述定位机构由样品托和样品夹持器组成，样品托上设有一个镂空燃烧孔和两个定位柱 与定位孔相配合。定位柱用于样品夹持器定位，镂空燃烧孔便于室内气体对流通过。样品夹 持器与普通纸夹相似，由上、下两片薄板组成，中央分别镂空形成上、下燃烧窗，放置样品 时，只需将夹子打开，将样品平铺在夹持器中央，然后夹合，依靠夹持器材质自身重力压紧 样品，放置于样品托上。在燃烧过程中，只有燃烧窗部位的可燃物能够燃烧，其余部会保持 完好，这样可以根据燃烧样品大小来改变样品托镂空燃烧孔和样品夹持器上、下燃烧窗的大 小。
所述配气系统由氮气瓶、质量流量计A、流量调节阀A、氧气瓶、质量流量计B和流量调 节阀B组成，根据所需气量进行配送，气体经气瓶减压后流入质量流量计，进行流量累积计 量，经控制流量的流量调节阀后进入燃烧室。
所述气流循环与浓度监测系统由微型气泵、流量调节阀和氧浓度传感器构成，当燃烧室 内气压稳定后，打开流量调节阀，启动微型气泵，燃烧室内气体经过流量调节阀、燃烧室和 氧浓度传感器进行闭路循环流动，对燃烧室内气体进行混合。
所述抽真空系统由真空泵、球阀A和球阀B组成，对燃烧室进行抽真空操作。取放样品时， 燃烧室外部空气通过球阀A流入燃烧室，使燃烧室内外压力平衡，从而可以打开室门进行取 放样操作。抽真空时，关闭燃烧室室门，打开真空泵，再打开球阀B，真空泵将燃烧室内气 体抽至外部。
所述点火系统由激光器、单晶锡化锌组成，激光器发出的高强度激光通过单晶锡化锌进 入燃烧室，高温光点打在样品一端，使样品点燃。
所述数据采集系统由两支热电偶、补偿导线、A/D转换模块和计算机组成，热电偶产生 的热电动势(电压信号)经补偿导线后输入A/D模块，模拟信号A/D模块转化为数字信号，再 传至上位计算机，经软件绘出温度曲线，并可进行实时显示和数据保存。
可燃物燃烧速率测试过程如下：首先，将样品通过样品夹持器安装在样品托上，然后， 通过真空系统对燃烧室抽真空，之后，各单一高纯气体经质量流量计和流量调节阀在密封室 内混合，通过质量流量计控制各气体的百分比，由高精度真空压力表显示气体总压，当满足 所气体总压和气体组分要求时，启动微型气泵对密封室内气体进行混合，通过氧浓度传感器 监测气体组分浓度，浓度稳定后启动激光器，激光经单晶锡化锌后点燃样品，样品燃烧时， 火焰先后通过两热电偶，热电偶产生的热电动势为电压信号，通过A/D转换模块和上位计算 机得到热电偶温度变化曲线，选取两条热电偶对应曲线最高温度点间的时间差作为样品在两 个固定距离热电偶间的燃烧时间，从而得出样品在该种气体总压和气体组分浓度下的燃烧速 率。
本发明提出的循环配气、激光点火、低压控制、富氧条件、样品定位、精确测温等方式 保证了该发明装置测试性能的稳定可靠，简单方便，是研究可燃物燃烧特性参数的有力试验 装置，适用于不同材质可燃物的着火温度、燃烧速率的测量，还可应用于不同可燃蒸气(如 乙醇、乙醚、丙酮等)的测量。
附图说明
图1是本发明装置的工作原理示意图；
图1中：1.燃烧室壳体；2.室门；3.密封条；4.有机玻璃窗；5.氮气瓶；6.质量流量计 A；7.流量调节阀A；8.氧气瓶；9.质量流量计B；10.流量调节阀B；11.微型气泵；12.氧 浓度传感器(氧化锆)；13.流量调节阀C；14.真空泵；15.球阀A；16.球阀B；17.激光器； 18.单晶锡化锌；19.样品托；20.样品夹持器；21.热电偶A；22.热电偶B；23.热电偶接 线端子；24.A/D转换模块；25.上位计算机；26.高精度真空压力表；
图2是本发明装置中样品托简图；
图3是本发明装置中样品夹持器简图；
19.样品托；20.样品夹持器；22.热电偶B；27.定位柱；28.镂空燃烧孔；29.石棉垫； 30.上燃烧窗；31.下燃烧窗；32.定位通孔；
具体实施方式
参见图1和图2，燃烧室由燃烧室壳体1、室门2构成，其体积大小由滤纸样品质量决定。 室门2上安有一有机玻璃窗4，可以通过其观察内部燃烧情况，室门2通过软性密封条3与燃烧 室壳体1接触，实现密封功能，在密封室下部放有一石棉垫29，用于阻挡激光束，以免损伤燃 烧室壳体1。燃烧室外设有一高精度真空压力表26，用于显示室内压强。样品夹持器20由上、 下两片有机板组成，分别开有上燃烧窗30和下燃烧窗31，供样品燃烧使用，样品夹持器20靠 近中缝处上、下板片左右方分别开有一定位通孔32，用于固定样品夹持器20。样品托19上设 有一个镂空燃烧孔28和两个定位柱27，定位柱27与定位通孔32相配合。两个测温热电偶A21 和热电偶B22固定在样品托19上方，呈悬空状，通过热电偶接线端子23与A/D转换模块24相连。 将滤纸样品放于样品夹持器20中央，合紧样品夹持器20，通过定位通孔32固定在样品托19上， 关闭室门。关闭球阀B16，打开球阀A15，启动真空泵14(抽速2L/s)，当高精度真空压力表 26指示10Pa时，关闭球阀A15。根据试验气体总压计算所需氮气和氧气分压，打开氮气瓶5 和流量调节阀A7，通过质量流量计A6控制通入燃烧室的氮气量；同理，打开氧气瓶8和流量 调节阀B10，通过质量流量计B9控制通入燃烧室的氧气量。气体配好完毕后，关闭流量调节 阀A7与流量调节阀B10，打开流量调节阀C13，启动微型气泵11，促进燃烧室壳体1内气流循 环，使气流更加均匀，当氧浓度传感器(氧化锆)12指示氧浓度不变时，关闭流量调节阀C13 和微型气泵11。打开真空泵14，微调球阀A15，将压力调至某一海拔高度对应压力，关闭真 空泵14、球阀A15。打开激光器，激光通过单晶锡化锌18打在滤纸一端，滤纸点燃后火焰从 一端移至另一端，先后经过热电偶A21、热电偶B22、热电偶接线端子23，电压信号经A/D转 换模块24传至上位计算机25上，分别测得两条曲线，曲线中最高点对应火焰经过热电偶时的 温度，记下两最高温并点时间，计算时间差，用两热电偶间的距离除以时间差，即可得到滤 纸的燃烧速率。
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