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原文传递一种自反馈时变热流下聚合物热解着火实验系统及测试方法

专利名称：	一种自反馈时变热流下聚合物热解着火实验系统及测试方法
摘要：	本发明涉及一种辐射加热实验装置及在该装置下聚合物热解着火的测试系统，特别是涉及一种自反馈时变热流下聚合物热解着火实验系统及测试方法。包括底座、加热部件、电机传动装置、纵向支架和控制箱，电机传动装置设置在底座下部，在底座上部一侧设置有纵向支架，在纵向支架旁设有垂直于底座的挡板转杆和电火花转杆；所述挡板转杆和电火花转杆均与底座通过旋转轴相连；电机传动装置包括电机及其机械组件；在挡板转杆的上部设有垂直于挡板转杆的圆形挡板；加热部件包括加热锥、加热锥外壳和电火花点火器；在加热锥中部固定安装两根第一热电偶通过开在加热锥外壳两侧的穿孔连接至控制箱；控制箱由温控器、挡板开关、电火花点火器开关和加热开关组成。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京工业大学
发明人：	龚俊辉;曹家磊;王京阳
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-26T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-09T00:00:00+0800
申请号：	CN201910559905.5
公开号：	CN110108752A
代理机构：	南京品智知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	奚晓宁;杨陈庆
分类号：	G01N25/28(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	210009 江苏省南京市鼓楼区新模范马路5号
主权项：	1.一种自反馈时变热流下聚合物热解着火实验系统，其特征在于：包括底座、加热部件、电机传动装置、纵向支架和控制箱，电机传动装置设置在底座下部，在底座上部一侧设置有纵向支架，在纵向支架旁设有垂直于底座的挡板转杆和电火花转杆；所述挡板转杆和电火花转杆均与底座通过旋转轴相连，能在底座上自由旋转；电机传动装置包括电机及其机械组件；挡板转杆旋转轴与电机的输出轴相连，带动挡板转杆旋转轴旋转，从而使得挡板转杆转动；在挡板转杆的上部设有垂直于挡板转杆的圆形挡板，所述挡板能跟随挡板转杆一起转动；所述加热部件包括加热锥、加热锥外壳和电火花点火器；在电火花转杆的上部活动设置垂直于电火花转杆的电火花点火器，所述电火花点火器能跟随电火花转杆一起转动；电火花点火器位于挡板下方；在纵向支架上高于挡板的位置设有加热锥外壳，所述加热锥外壳的上部和下部均设有圆形开口；加热锥外壳的内表面具有耐高温电绝缘陶瓷纤维涂层；所述加热锥外壳为圆锥形，在加热锥外壳中设有加热锥，所述加热锥采用加热电阻，所述加热电阻由单根电阻螺旋绕制成锥形；所述加热锥采用固定支架固定在加热锥外壳中；在加热锥中部固定安装两根第一热电偶以测定加热锥实时温度，第一热电偶通过开在加热锥外壳两侧的穿孔连接至控制箱；控制箱由温控器、挡板开关、电火花点火器开关和加热开关组成；所述第一热电偶与温控器相连，将加热锥的温度信号传送给温控器，作为控制信号，温控器根据加热锥的实时温度及设定热流所对应的辐射源温度来调节控制加热锥功率；加热锥输入电源开关即加热开关设置在控制箱上，输入功率由温控器控制；电机传动装置与控制箱相连，由控制箱供电和控制；控制箱上的挡板开关通过控制电机传动装置的启动和停止；电火花点火器与控制箱以及控制箱上的电火花点火器开关相连。 2.根据权利要求1所述的自反馈时变热流下聚合物热解着火实验系统，其特征在于：所述加热锥中的加热电阻盘绕成5层，最上层的圆周外径为60mm，最下层的圆周外径为150mm，所述加热锥外壳的上、下开口直径相应的分别为60mm和150mm。 3.根据权利要求1所述的自反馈时变热流下聚合物热解着火实验系统，其特征在于：所述固定支架的长度为4mm，直径为20mm，固定支架采用耐高温电绝缘材料，固定支架与加热锥的连接处、固定支架与加热锥外壳的内表面连接处均采用绝缘焊接方式连接，以保证加热锥的稳定性。 4.根据权利要求1所述的自反馈时变热流下聚合物热解着火实验系统，其特征在于：加热锥与加热锥外壳之间距离为5mm，在加热锥和加热锥外壳之间填充4mm厚石棉纤维保护层。 5.根据权利要求1所述的自反馈时变热流下聚合物热解着火实验系统，其特征在于：本系统还具有样件支架、样件盒和样件，样件支架为具有上、下平面的高度可调的支架；所述样件盒为上表面设有凹槽的长方体盒子；所述样件为尺寸与凹槽内壁的尺寸相同；在测试时，样件放置在样件盒的凹槽内，样件四周紧贴凹槽内壁，样件的上表面与样件盒的上表面相平齐，使得样件只有上表面暴露；在样件和样件盒的中下部均开有对齐的第二热电偶孔，以便放置第二热电偶，第二热电偶穿过样件盒背面并放入样件中；所述样件支架包括上表面、下表面和支撑杆，上表面和下表面通过支撑杆相连，所述支撑杆为可伸缩杆；所述凹槽为正方形或圆形。 6.权利要求1所述的自反馈时变热流下聚合物热解着火实验系统的测试方法，其特征在于，包括如下步骤： 1）目标时变热流标定； 2）水平面热流均匀性标定； 3）时变热流下聚合物热解着火实验测试。 7.根据权利要求6所述的自反馈时变热流下聚合物热解着火实验系统的测试方法，其特征在于，步骤（1）目标时变热流标定可实现多种随时间变化热流，包括线性、平方、多项式、指数、常数和衰减，每种变化方式需单独设定；所述目标时变热流标定包括自然冷却衰减、线性下降和线性上升三种形式的热流标定。 8.根据权利要求7所述的自反馈时变热流下聚合物热解着火实验系统的测试方法，其特征在于，所述自然冷却衰减热流标定的方法，包括如下步骤： 1-1）测试系统准备好后，在加热锥正下方放置一个热流计，热流计的测试面保持水平，正对加热锥，使得热流计与加热锥底部之间的垂直距离为30mm； 1-2）放置好热流计后，打开控制箱电源，关闭挡板，将温控器控制模式调为PID模式，SV控制模式设置为固定SV模式，设定SV值； 1-3）打开加热开关，使加热锥开始加热；当加热锥温度上升至设定值SV值，打开挡板，查看热流计测得的热流值，若测得热流值与目标初始热流有偏差，通过调节SV值，使热流计所测热流为目标初始热流，记下该SV值以及对应的热流；关闭加热开关或者调节温控器运转模式下R-S参数为STOP，加热锥停止加热；此刻开始到热流标定结束时间内，热流计所测热流即为自然冷却衰减热流； 1-4）重复上述步骤（1-2）~（1-3）标定热流不少于三次，热流变化不超过5%，不超过±3s（单位为秒），则热流标定完成。 9.根据权利要求8所述的自反馈时变热流下聚合物热解着火实验系统的测试方法，其特征在于，步骤（2）所述的水平面热流均匀性标定的方法，包括如下步骤： 2-1）步骤（1）变化热流标定完成后，保持热流计高度不变，将热流计在水平位置分别向4个不同方向移动并进行多次重复热流标定，每个方向之间夹角为90°； 2-2）当热流计所测值下降至中心最大值95%时，记录热流计距中心轴水平位置；该位置到所测平面中心点距离，即为可用热流区半径，测得此装置4个不同方向可用热流半径均为35mm，后续进行时变热流下聚合物热解着火实验测试时样件尺寸不大于该可用热流半径范围；所述可用热流区半径指的是热流计与加热锥底部之间的垂直距离。 10.根据权利要求8所述的自反馈时变热流下聚合物热解着火实验系统的测试方法，其特征在于，步骤（3）所述的时变热流下聚合物热解着火实验测试，包括如下步骤： 3-1）标定目标变化热流；转走电火花点火器，加热锥正下方水平放置水冷热流计，热流计上表面保持水平，距离加热锥下表面30mm，热流计使用期间通入稳定常温水流进行水冷；热流计连接7018数据采集模块，采集模块由数据线连接至电脑；采集模块的数据采集类型设为电压型，电脑数据采集程序采集7018数据采集模块的实时电压数据并根据热流计的响应度将电压数据转换成热流数据，采集频率为1Hz；接通控制箱电源，根据目标时变热流设定方法标定所设时变热流；打开电脑热流采集程序，观察热流是否稳定且按预定方式变化；每个热流工况标定不少于三次，热流变化总时间误差不超过（单位为秒），热流数据拟合结果不小于0.99，线性热流斜率变化不超过；在上述标定过程中，要求无明显外界气流干扰，环境温度稳定，加热锥附近无其他加热源干扰； 3-2）待测样件及测试设备准备；选定一种需要测定其热解着火特性的聚合物材料并加工样件；所述样件的数量不少于4个；将上述样件放置在绝热样件盒内；断开控制箱电源，关闭挡板，在底座上放置样件支架，并在样件支架上放好样件盒，调节样件支架的高度，使样件处于加热锥正下方，样件的上表面距离加热锥距离30mm，并用水平尺测量样件支架上表面多个方向水平度，调节样件支架的螺杆，保证样件支架上表面水平；采用一根直径0.5mm的K型热电偶测量样件上表面温度，K型热电偶探测头位于样件上表面正中心，紧贴聚合物上表面；采用第二热电偶测量样件内部温度，确保第二热电偶的探测点始终接触第二热电偶孔底面； K型热电偶和第二热电偶连接另一个8通道7018采集模块，设置此采集模块采集的数据类型为K-type，电脑采集程序采集温度数据同时记下采集时间；为测量热解过程中质量损失速率，将测温实验中样件支架取下，放上带天平支架的电子天平，在不锈钢底座上放置一0.001g，10千克量程的电子天平；电子天平上放置一厚度为1cm的轻质防火板以防火加热锥对天平的加热；调节天平支架的高度使样件；上表面距加热锥下表面3cm，调节电子天平上水平仪使天平水平；电子天平通过数据线连接到电脑，采集程序采集实时质量数据； 3-3）聚合物热解着火实验测定； 3-3-1）关闭挡板，接通控制箱电源，根据步骤（1）标定热流的设定方法设定温控器参数；热流开始变化时，打开加热锥下的挡板并同时打开数据采集程序开始实验；整个实验过程中数据采集程序记录实验时间和实时温度数据或质量数据，温度数据包括加热锥表面和内部的温度；当样件表面出现可见稳定火焰或者实验时间超出热流标定时间后立即停止数据采集程序，终止实验，关闭挡板； 3-3-2）不改变目标变化热流再进行两次或三次重复上述步骤（3-3-1）实验，多次实验所测参数平均值即为聚合物热解着火过程中所测目标参数； 3-3-3）多次实验后，挡板温度升高；在实验准备阶段，处于闭合状态的挡板会小幅加热样件，此时暂停实验关闭加热开关，当冷却挡板降至室温再继续进行下一组实验； 3-3-4）选择不同时变热流，重复以上实验步骤（3-3-1）~（3-3-3），得到不同形式时变热流变化规律及此热流下待测材料热解着火特性。
所属类别：	发明专利