CN102435633A - 家具热量测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种家具热量测试装置，包括测试室和集气罩，其特征在于，还包括：氧气分析部，其用于分析家具在燃烧过程中所耗用掉的氧；燃气安全控制部，其用于控制燃气的开启、关闭及点火；风速控制部，其用于控制并保持测试过程中的风速；数据采集部，其用于采集测试过程中的温度、风压和氧气分析部的测量值；和测控部，控制燃气安全控制部将家具点燃，并通过数据采集部获取温度、风压和氧气分析部的测量值，并根据风压控制风速控制部以控制测试装置内的风速保持在预定的范围内；测控部包括数据分析单元，其用于计算家具燃烧的热释放率。本发明具有结构简单、性能可靠、成本低、安全性高、方便、快捷、高效的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试装置，特别涉及一种家具热量测试装置。
背景技术
软体家具，尤其是床垫，使用了大量的聚氨酯海绵，聚氨酯海绵极其易燃，欧美自上个世纪70年代就对其阻燃性测试有要求，但是仅限于小尺寸的香烟或者小火源测试。
2007年7月1日，美国CPSC颁布法规，所有投入到美国市场上的床垫其燃烧性能必须受到控制，其燃烧测试指标必须满足：（1）30分钟的测试时间内峰值热释放率（PRHR，The Peak Rate of Heat Release，是指测试过程中，热量释放的最大速率，单位为千瓦KW）不超过 200KW；（2）前10分钟的测试时间内总的热释放量（THR，The Total Heat Release，是指燃烧测试条件下，测试样品在测试过程中总共释放出的热量，单位为兆焦MJ)不超过15MJ。
然而，针对2007年美国推出床垫全尺寸热释放测量这一举措，国内并没有对应的法规或者测试标准，也没有成熟的测试设备，这给中国的床垫的出口设置了障碍。该标准中虽然对于测试仪器的物理结构有一个粗略的介绍，但是对于设备的操控、数据的采集、分析及计算没有提供详尽的方案，于是对于仪器在国内研发制造同样设置了一定的技术门槛。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、性能可靠、成本低、安全性高、方便、快捷、高效的家具热量测试装置。
为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：一种家具热量测试装置，包括测试室和集气罩，其特征在于，还包括：氧气分析部，其用于分析家具在燃烧过程中所耗用掉的氧；燃气安全控制部，其用于控制燃气的开启、关闭及点火；风速控制部，其用于控制并保持测试过程中的风速；数据采集部，其用于采集测试过程中的温度、风压和所述氧气分析部的测量值；和测控部，控制所述燃气安全控制部将所述家具点燃，并通过所述数据采集部获取所述温度、风压和所述氧气分析部的测量值，并根据所述风压控制所述风速控制部以控制所述测试装置内的风速保持在预定的范围内；所述测控部包括数据分析单元，其用于计算所述家具燃烧的热释放率。
进一步，所述测试室具有两个，其分别排布在所述集气罩的两侧。
进一步，所述燃气安全控制部采用指示灯等待方式点火或高压电极放电方式点火。
进一步，所述风速控制部包括驱动单元和风机，所述驱动单元用于驱动所述风机的转动。
进一步，所述测试装置还包括烟雾探测部，其用于采集所述家具在测试过程中的烟雾密度，所述烟雾探测单元包括光源和光电源。
进一步，所述测控部包括校正单元，其根据标准材料测试的结果对***参数进行校准。
进一步，所述测控部包括传感器标定单元，其采用线性、多项式、指数关系式的拟合的方法对传感器进行标定。
进一步，所述测控部包括端口配置单元，其用于配置所述数据采集部与各传感器的接口。
进一步，所述家具热量测试装置还包括紧急喷淋部，当所述测试室内的温度超过预先设置的温度时启动所述紧急喷淋部。
进一步，所述家具热量测试装置还包括CO及CO2分析部，其用于测量所述家具在测试过程中产生的CO和CO2的浓度。
本发明具有结构简单、性能可靠、成本低、安全性高、方便、快捷、高效的特点。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是测试室布置示意图。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明中的家具热量测试装置，包括测试室1和集气罩2，还包括：氧气分析部3、燃气安全控制部、风速控制部、数据采集部和测控部；其中，所述氧气分析部用于分析家具在燃烧过程中所耗用掉的氧；所述燃气安全控制部用于控制燃气的开启、关闭及点火；所述风速控制部用于控制并保持测试过程中的风速；所述数据采集部用于采集测试过程中的温度、风压和所述氧气分析部的测量值；所述测控部，用于控制所述燃气安全控制部将所述家具点燃，并通过所述数据采集部获取所述温度、风压和所述氧气分析部的测量值，并根据所述风压控制所述风速控制部以控制所述测试装置内的风速保持在预定的范围内；进一步，所述测控部包括数据分析单元，其用于计算所述家具燃烧的热释放率。通过对家具在测试过程中所耗费的氧气，以及温度、风速等的测量，所述测控部就能求得测试时间内峰值热释放率和总的热释放量。
优选地，图2示出了所述测试室和集气罩的结构示意图。如图2所示，所述测试室具有两个，其分别排布在所述集气罩的两侧。采用这种方式布置，拓展了所述测试装置的测试范围，除了16 CFR1633之外，本发明中的测试装置还可适用于ISO9705, TB 133, TB129 以及NFPA 265, NFPA 286等。进一步，本发明还设计了一段取样管道，其接入废气管道，并最终与测控部相连接。在该取样管道内包含了基于耗氧原理测量热释放所需的全套部件。
优选地，所述燃气安全控制部采用指示灯等待方式点火或高压电极放电方式点火。其中，指示灯等待方式点火的方式采用手动操作，测试时先打开指示灯的电磁阀，点燃指示灯；开始测试时，手动开启主点火器电磁阀，当测试结束时，手动切断所有气阀。高压电极放电方式点火可以人工设置点火时间，由所述数据采集部中的数据采集卡的输出端口来控制电磁阀开启及关断时间，从而实现燃气的安全共给。优选地，所述燃气安全控制部采用固态继电器驱动中间继电器的方式实现对电磁阀的安全开启、关闭、及高压点火。当操作员通过手动输入高压点火时间后，由所述数据采集卡的输出端口驱动固态继电器，然后再由固态继电器通过中间继电器给电磁阀供电，使电磁阀开启，以使燃气进入，同时高压电火器放电产生点火花，从而点燃燃气；当需要停止时，所述数据采集卡输出关断信号，该关断信号经过固态继电器、中间继电器关断电磁阀，从而切断气源。
优选地，所述风速控制部包括驱动单元和风机5，所述驱动单元用于驱动所述风机的转动，从而实现对风速的控制。优选地，所述驱动单元是电机。进一步，所述测控部根据所述数据采集部采集到的风压值，控制所述风机的转速，从而实现对测试室内的风速的控制。
优选地，所述测试装置还包括差压传感器7，其用于采集风压，优选地，该传感器将其采集到的风压信号通过所述数据采集部的数据采集卡给所述测控部，并由所述测控部判断风压是否在设定的范围内，如果风压高于一定值，则固态继电器和中间继电器后驱动风机的驱动单元，使风机的转速变慢，即达到减少风速的目的；反之，则驱动所述驱动单元，使风机的转速变快，从而加大风速。
优选地，所述测试装置还包括烟雾探测部6，其用于采集所述家具在测试过程中的烟雾密度，所述烟雾探测单元包括光源和光电源。优选地，所述光源是白炽灯，较佳地，所述白炽灯是15W的。优选地，所述光电池是硅光电池，其用于接收所述光源发出的光，所述光源发出的光穿过由于燃烧家具所产生的烟雾而被所述光电池接收，然后，光电池将其接收到的光的强度转变成电信号，经过所述数据采集部传递给所述测试部，最终于所述测试部计算得到光通量，光通量是用于反映烟雾密度的一个重要参数。进一步，还可以利用硅光电池的短路电流线性较好的特点，通过所述测试部对其进行标定，例如，在无烟状态下，打开光源，此时所述硅电池的输出电压值被定义为100%光通量，而当关闭光源时，其输出的电压值被定义为0光通量。
优选地，所述测控部包括校正单元，其根据标准材料测试的结果对***参数进行校准。用户可以用标准丙烷在标准沙盆中燃烧以进行***校正，校正程序操作与测试程序相同，用户可以根据测试的热值与标准热值进行比较，如果存在差别可以进行修改。当所述测试装置的结构改变或者维修重新组装时需要使用所述校正单元进行***校正，正常测试条件下，推荐每年进行一次***校正。
优选地，所述测控部包括传感器标定单元，其采用线性、多项式、指数关系式的拟合的方法对传感器进行标定，并可将标定的结果保存以备使用。优选地，可以采用两种方式进行标定，例如，第一种是直接输出反馈电压和目标值；另一种是从采集端口直接读入反馈电压，并根据输入的目标值，完成校正。特别地，当更换传感器或者传感器数据有明显偏差时才需要标定传感器，正常测试条件下，推荐每两个月进行一次传感器标定工作。例如，为了防止因镜头上细微的尘埃造成光通量的数据偏差，可以通过传感器标定单元实现对烟雾探测部中的传感器的标定。
优选地，所述测控部包括端口配置单元，其用于配置所述数据采集部与各传感器的接口，以便根据接线需要来改变所述数据采集部中的输入端口与各传感器之间对应的连接关系，或改变输出端口与各固体继电器之间的对应的连接关系，以使整个测试装置具有更加灵活的配置。
优选地，所述家具热量测试装置还包括紧急喷淋部，当所述测试室内的温度超过预先设置的温度时启动所述紧急喷淋部。例如，全尺寸的床垫有时包含大量的聚氨酯海绵，如果阻燃效果不理想的话，测试时测试室内将是一片火海，大量热量迅速释放是一件非常危险的事。考虑到这种情况，因此，有必要采用所述的紧急喷淋部，并可以预先设置该紧急喷淋部的触发温度，测试过程中，如果测试室内的温度超过预先设置的温度，则所述数据采集卡的输出端经固态继电器、中间继电器后驱动马达进行抽水喷淋，以实现紧急熄火，从而保证了测试的安全性。
优选地，所述家具热量测试装置还包括CO及CO2分析部4，其用于测量所述家具在测试过程中产生的CO和CO2的浓度。通过CO和CO2的浓度可以进一步提高测量热释放率的精度。
优选地，所述数据采集部包括数据采集卡，所述数据采集卡包括输入端口和输出端口，所述输入端口用于数据采集，所述输出端口用于控制。所述输入端口具有多个，分别与烟雾探测单元、多路热电偶，差压传感器和氧气分析部连接，以实现对上述传感器的采样。优选地，所述测试室温度和管道温度分别由热电偶测得。
下面对本发明中的家具热量测试装置的工作流程进行详细说明。
（1）进入启动准备阶段，以进行端口配置、传感器标定、***校正。
其中，进行端口配置时，根据接线需要改变所述数据采集卡的端口，为数据采集卡的各个端口指定相应的传感器；传感器标定包括对所述烟雾探测部的光电池进行标定，以防止由于光电池的镜头上细微的尘埃造成的数据偏差；（3）***校正，与测试采用相同的方式，用户可以用标准丙烷在标准沙盆中燃烧进行***校正，校正程序操作与测试程序相同，用户可以根据测试的热值与标准热值进行比较，如果存在差别可以进行修正；此外，还可以为所述紧急喷淋部设定置一个预先设定的触发温度值，例如210摄氏度；
（2）设置点火时间，设置所述高压电极放电方式点火的点火时间，例如设定为５秒；
（3）点火。
（4）开始测试。
在测试过程中，风速需要控制在指定的范围内，所述测控部根据所述数据采集部测得的风压，控制所述风机的转速，从而控制测试室内的风速。
在测试过程中，还需要实时测控测试室的温度、烟雾密度。测试过程中，管道中聚集的烟雾颗粒会阻碍光线的传播，硅光电池接受信号变弱，从而得出光密度的变化趋势。
测试时间默认为30分钟，时间完成或者中途停止时，也会自动关闭燃烧器开关7。
（5）数据分析
所述测控部的数据分析单元可实现对测试时间内峰值热释放率和总的热释放量的计算，并可根据采集数据生成相应的曲线图。
（6）复位：每次测试或者校正完成后，***会自动复位，切断相关气源电源。
本发明中的测试装置具有两间测试室和集气罩，可满足多种标准的测试需要，拓展了仪器的测试功能；具有手动和自动两种点火方式，增加了实用性，其中，自动点火模式可以自动切换电磁阀的开启关闭，定时高压点火，实现了点火的自动化兼顾了安全性；通过采集监控热电偶的反馈信号，根据预先设置的温度，触发紧急喷淋控制部工作，实现了测试操作的安全性，避免了因产品阻燃性较差带来的测试危险；增加了烟雾探测部，兼顾了不同的测试标准，拓宽了本装置的使用范围，该烟雾探测部设计简洁、利用数据采集卡的高精度，很容易实现测量的精确度，经过现场校准，其测量精度高达0.01%，由于烟雾探测部机构设计合理、便于标定，因而提高了测试人员的测试效率。
Claims (10)
1.一种家具热量测试装置，包括测试室和集气罩，其特征在于，还包括：
氧气分析部，其用于分析家具在燃烧过程中所耗用掉的氧；
燃气安全控制部，其用于控制燃气的开启、关闭及点火；
风速控制部，其用于控制并保持测试过程中的风速；
数据采集部，其用于采集测试过程中的温度、风压和所述氧气分析部的测量值；和
测控部，控制所述燃气安全控制部将所述家具点燃，并通过所述数据采集部获取所述温度、风压和所述氧气分析部的测量值，并根据所述风压控制所述风速控制部以控制所述测试装置内的风速保持在预定的范围内；
所述测控部包括数据分析单元，其用于计算所述家具燃烧的热释放率。
2.如权利要求1所述的家具热量测试装置，其特征在于，所述测试室具有两个，其分别排布在所述集气罩的两侧。
3.如权利要求1所述的家具热量测试装置，其特征在于，所述燃气安全控制部采用指示灯等待方式点火或高压电极放电方式点火。
4.如权利要求1所述的家具热量测试装置，其特征在于，所述风速控制部包括驱动单元和风机，所述驱动单元用于驱动所述风机的转动。
5.如权利要求1-4任一项所述的家具热量测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括烟雾探测部，其用于采集所述家具在测试过程中的烟雾密度，所述烟雾探测单元包括光源和光电源。
6.如权利要求5所述的家具热量测试装置，其特征在于，所述测控部包括校正单元，其根据标准材料测试的结果对***参数进行校准。
7.如权利要求5所述的家具热量测试装置，其特征在于，所述测控部包括传感器标定单元，其采用线性、多项式、指数关系式的拟合的方法对传感器进行标定。
8.如权利要求5所述的家具热量测试装置，其特征在于，所述测控部包括端口配置单元，其用于配置所述数据采集部与各传感器的接口。
9.如权利要求6-8任一项所述的家具热量测试装置，其特征在于，所述家具热量测试装置还包括紧急喷淋部，当所述测试室内的温度超过预先设置的温度时启动所述紧急喷淋部。
10.如权利要求9所述的家具热量测试装置，其特征在于，所述家具热量测试装置还包括CO及CO2分析部，其用于测量所述家具在测试过程中产生的CO和CO2的浓度。
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