專利名稱：一種測量可燃物燃燒性質(zhì)的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于消防技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測量可燃物質(zhì)量損失速率、火羽流速度、 輻射熱和熱功率的裝置和方法。
背景技術(shù)：
火源燃燒速率、熱功率、輻射熱、火羽流速度是火災(zāi)試驗的主要參數(shù)，本發(fā)明可以定量測量可燃物的燃燒過程，實時采集測量數(shù)據(jù)，分析其燃燒性質(zhì)。目前國際上測量可燃物熱功率的方法主要是采用錐形量熱儀，通過測量耗氧量和煙氣成分來計算熱功率，對實驗室和實驗條件有嚴(yán)格要求，計算復(fù)雜，造價高，可測的火源功率較小，主要用于試驗室內(nèi)的火災(zāi)研究，無法實現(xiàn)對于大型火災(zāi)現(xiàn)場的燃燒速率和熱功率測量，也無法實現(xiàn)有風(fēng)條件下的測量。還有一種方法是通過測量可燃物的燃燒速率，也就是質(zhì)量損失速率，通過測量可燃物在燃燒過程中的質(zhì)量損失速率隨燃燒時間的變化，得出可燃物燃燒速率、熱釋放速率、熱功等可燃物重要燃燒性質(zhì)。同時還可用熱輻射計測量輻射熱，得出火災(zāi)的輻射熱和輻射熱系數(shù)數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種既可以測量燃燒速率、火羽流速度、輻射熱，又可以測量熱功率的測量裝置和測量方法，尤其是一種可以在有風(fēng)條件下實時測量數(shù)據(jù)的燃燒測量裝置和測量方法。本發(fā)明的測量測量可燃物燃燒性質(zhì)的裝置，由耐高溫地秤1、耐高溫支架2、微壓計4、熱電偶5、雙向探針6、熱輻射計7、補(bǔ)償導(dǎo)線8、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9、引燃盤10、整流柵格 11、送風(fēng)機(jī)12、支架14、氣管15組成。本發(fā)明中，所述耐高溫地秤1置于地面上，所述耐高溫支架2置于耐高溫地秤1 上；固體可燃物13直接放置在耐高溫支架2上，對于液體可燃物，放在油盤內(nèi)，油盤放置在耐高溫支架2上(油盤大小和容積根據(jù)測量需要可替換)。所述引燃盤10放置在耐高溫地秤1上，且位于耐高溫支架2正下方。在所述高溫地秤1附近設(shè)置一送風(fēng)機(jī)12，且保持一定距離；所述整流柵格11設(shè)置于高溫地秤1和送風(fēng)機(jī)12之間，所述熱輻射計7設(shè)置于高溫地秤1和整流柵格11之間，熱輻射計7沿水平方向距離可燃物一定距離，熱電偶5、雙向探針6通過支架14固定于可燃物上方。所述熱輻射計7通過補(bǔ)償導(dǎo)線8連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9。所述耐高溫地秤1通過RS232數(shù)據(jù)線8a連接到電腦。所述雙向探針6用于測量火羽流的動壓，計算火羽流速度，雙向探針6通過氣管15 和微壓計4相連，微壓計4通過補(bǔ)償導(dǎo)線8連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9。雙向探針6和熱電偶5通過支架14固定在火源上方需要測量火羽流速度處，探頭正對來流方向。熱電偶5緊靠雙向探針6，通過補(bǔ)償導(dǎo)線8連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9主要由補(bǔ)償導(dǎo)線8和數(shù)據(jù)采集板組成，將采集的試驗數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集板轉(zhuǎn)換成計算機(jī)信號，傳輸?shù)浇K端電腦上，完成測量數(shù)據(jù)的自動采集、實時監(jiān)視和數(shù)據(jù)存儲。本發(fā)明中，所述整流柵格11用于整流，使風(fēng)速穩(wěn)定。所述送風(fēng)機(jī)12風(fēng)量可調(diào)，通過調(diào)節(jié)風(fēng)量控制不同的風(fēng)速。本發(fā)明中，所述高溫地秤1可以采用如下結(jié)構(gòu)，其由地秤主體la、地秤外殼2a、重量傳感器3a、可調(diào)平支點4a、RS232數(shù)據(jù)線8a、電源線9a、顯示儀IOa組成。其中，地秤主體Ia直接放置于地面上，可調(diào)平支點4a設(shè)置于地秤主體Ia的下方， 用于調(diào)節(jié)地秤主體的水平；重量傳感器3a放置于地秤主體Ia內(nèi)的4個邊角處，用于測量可燃物質(zhì)量；地秤外殼2a涂有防火涂料，套在地秤主體的上方，其4角與4個重量傳感器3接觸；地秤主體內(nèi)設(shè)有水槽6a，水槽6a內(nèi)盛放有水，起隔熱作用，地秤主體設(shè)有放水閥7a和出水閥5a，該放水閥7a和出水閥5a分別與水槽6a相通；測量時，從放水閥7a流入冷水，出水閥5a流出熱水，使重量傳感器3a的溫度不會超過其耐溫范圍；顯示儀通過電源線9a接 220V電源；重量傳感器3a通過RS232數(shù)據(jù)線8a同電腦相連；重量傳感器3a測得的壓力信號通過RS232數(shù)據(jù)線8a輸入到電腦。測量時，將RS232數(shù)據(jù)線連到電腦的RS232插口上，電源線插在220V電源上，按顯示儀上的開關(guān)鍵，按顯示儀上的置零鍵，將地秤置零；將待測量物體放置于地秤外殼上方， 測量時打開電腦的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；引燃測量物體，重量傳感器測得的信號通過RS232數(shù)據(jù)線傳輸?shù)诫娔X，被數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄存儲。當(dāng)測量的溫度較高時，打開放水閥，用水管和水龍頭相連，從放水閥中緩慢流入冷水；打開出水閥，將冷卻后的熱水經(jīng)出水閥流出。本發(fā)明中，所述雙向探針6可以采用如下結(jié)構(gòu)，其由空心管2b、迎流管3b和背壓管 4b組成。其中
空心管2b為空心短管，其長徑比(長度L/直徑D)為1.5—2. 5，其中部被隔斷，空心管2b兩端形成兩個受壓口，即迎流口 Ib和背壓口 5b。迎流管3b和背壓管4b分別與空心管2b相連通，并且與空心管2b的軸線垂直。迎流管3b和背壓管4b為空心導(dǎo)流管，迎流口 Ib和迎流管3b內(nèi)部相通，背壓口 5b 和背壓管4b內(nèi)部相通。雙向探針6b用于探測來自兩個方向的氣流。本發(fā)明的測量可燃物燃燒性質(zhì)的方法，其具體步驟如下
測量時，首先啟動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，引燃固體可燃物13 (或油盤)，耐高溫地秤測量可燃物隨時間的質(zhì)量變化m (t)、熱電偶測量溫度變化 T (t)、熱輻射計測量熱輻射量變化q’ ’(t)和雙向探針6測量火羽流動壓 # (0，根據(jù)測量結(jié)果利用公式(1)對m (t)求導(dǎo)，可算出可燃物的燃燒速率，再用氧彈量
熱計測出可燃物的熱值A(chǔ)Hi，根據(jù)熱功率對燃燒時間的積分可得出可燃物總的熱量。測得
的動壓Δρ (t)和溫度T(t)利用公式(3)計算風(fēng)速v(t)?？筛鶕?jù)公式(4)計算輻射系數(shù)2V
權(quán)利要求
1.一種測量可燃物燃燒性質(zhì)的裝置，其特征在于由耐高溫地秤(1)、耐高溫支架(2)、 微壓計(4)、熱電偶(5)、雙向探針(6)、熱輻射計(7)、補(bǔ)償導(dǎo)線(8)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(9)、引燃盤(10)、整流柵格(11)、送風(fēng)機(jī)(12)、支架(14)、氣管(15)組成；其中所述耐高溫地秤(1)置于地面上，所述耐高溫支架(2)置于耐高溫地秤(1)上；固體可燃物(13)直接放置在耐高溫支架(2)上，所述引燃盤(10)放置在耐高溫地秤(1)上，且位于耐高溫支架(2)正下方；在所述高溫地秤(1)附近設(shè)置一送風(fēng)機(jī)(12)；所述整流柵格(11) 設(shè)置于高溫地秤(1)和送風(fēng)機(jī)(12 )之間，所述熱輻射計(7 )設(shè)置于高溫地秤(1)和整流柵格 (11)之間，熱電偶(5)、雙向探針(6)通過支架(14)固定于可燃物上方；所述熱輻射計(7) 通過補(bǔ)償導(dǎo)線(8)連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(9)；所述雙向探針(6)通過氣管(15)和微壓計(4)相連，微壓計(4)通過補(bǔ)償導(dǎo)線(8)連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(9);雙向探針(6)和熱電偶(5)通過支架(14)固定在火源上方需要測量火羽流速度處，探頭正對來流方向；熱電偶(5)緊靠雙向探針(6)，通過補(bǔ)償導(dǎo)線(8)連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(9);所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(9)主要由補(bǔ)償導(dǎo)線(8)和數(shù)據(jù)采集板組成；采集的試驗數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集板轉(zhuǎn)換成計算機(jī)信號，傳輸?shù)浇K端電腦上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量可燃物燃燒性質(zhì)的裝置，其特征在于所述耐高溫地秤 (1)由地秤主體(la)、地秤外殼(2a)、重量傳感器(3a)、可調(diào)平支點(4a)、RS232數(shù)據(jù)線 (8a)、電源線(9a)、顯示儀(IOa)組成；其中所述地秤主體(la)直接放置于地面上，可調(diào)平支點(4a)設(shè)置于地秤主體(la)的下方， 用于調(diào)節(jié)地秤主體的水平；重量傳感器(3a)放置于地秤主體(Ia)內(nèi)的4個邊角處，用于測量可燃物質(zhì)量；地秤外殼(2a)涂有防火涂料，套在地秤主體的上方，其4角與4個重量傳感器(3)接觸；地秤主體內(nèi)設(shè)有水槽(6a)，水槽(6a)內(nèi)盛放有水，起隔熱作用，地秤主體設(shè)有放水閥(7a)和出水閥(5a)，該放水閥(7a)和出水閥(5a)分別與水槽(6a)相通；顯示儀通過電源線(9a)接220V電源；重量傳感器(3a)通過RS232數(shù)據(jù)線(8a)同電腦相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量可燃物燃燒性質(zhì)的裝置，其特征在于所述雙向探針(6) 由空心管(2b)、迎流管(3b)和背壓管(4b)組成；其中空心管(2b)為空心短管，中部被隔斷，空心管(2b)兩端形成迎流口(lb)和背壓口 (5b)；迎流管(3b)和背壓管(4b)分別與空心管(2b)相連通，并且與空心管(2b)的軸線垂直；迎流管(3b)和背壓管(4b)為空心導(dǎo)流管，迎流口(Ib)和迎流管(3b)內(nèi)部相通，背壓口 (5b)和背壓管(4b)內(nèi)部相通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量可燃物燃燒性質(zhì)的裝置，其特征在于所述送風(fēng)機(jī)(12)風(fēng)量可調(diào)。
5.一種測量可燃物燃燒性質(zhì)的方法，其特征在于具體步驟為測量時，首先啟動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，引燃固體可燃物(13)或油盤中的液體可燃物，耐高溫地秤測量可燃物隨時間的質(zhì)量變化m (t)、熱電偶測量溫度變化T (t)、熱輻射計測量熱輻射量變化(t)，雙向探針(6)測量火羽流動壓Ap Ct)；根據(jù)測量結(jié)果利用公式(1)對m (t)求導(dǎo)，算出可燃物的燃燒速率， 再用氧彈量熱計測出可燃物的熱值Δ/ 。根據(jù)熱功率對燃燒時間的積分得出可燃物總的熱量；測得的動壓Δρ (O和溫度T(t)利用公式(3)計算風(fēng)速v(t)；根據(jù)公式(4)計算輻射系數(shù)I ；其中
全文摘要
本發(fā)明屬于消防技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種測量可燃物燃燒性質(zhì)的裝置和方法。其由耐高溫地秤、耐高溫支架、油盤、微壓計、熱電偶、雙向探針、熱輻射計、補(bǔ)償導(dǎo)線、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、引燃盤、整流柵格、送風(fēng)機(jī)、支架、氣管組成。該裝置置于火災(zāi)實驗室內(nèi)，測量的可燃物放在地秤的托盤上，用定功率的引燃盤點燃可燃物后，打開送風(fēng)機(jī)，測量可燃物在不同風(fēng)速下的質(zhì)量損失速率、火羽流速度、溫度和輻射熱。再用氧彈量熱計測出的燃燒熱乘以燃燒速率得出可燃物的熱功率。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，計算方便，受實驗室條件、火源功率限制小，適用于進(jìn)行大型可燃物燃燒性質(zhì)的測量。
文檔編號G01N25/22GK102331440SQ20111016893
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者嚴(yán)攸高, 張 杰, 王麗晶, 王志輝, 田永祥, 蘇琳, 薛林 申請人:公安部上海消防研究所