CN115219556A - 一种用于燃烧特性实验装置的长时观测*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于燃烧特性实验装置的长时观测***，在加热装置的顶部开设有观测孔；防尘石英玻璃全覆盖观测孔的外端设置；折射镜安装在加热装置外部，折射镜置于观测孔上方，且折射镜与观测孔轴向方向成45°夹角；自动变光滤镜置于摄像机与折射镜之间；本申请解决了燃烧特性实验装置缺乏专门的实验过程长时观测***的问题，可以长时、有效进行实验过程观测；解决燃烧特性实验装置因加热元件加热升温，而对相应布置的临时观测设备仪器造成高温损坏的问题；通过设置补偿灯，可以在燃烧特性实验初始阶段照亮加热装置内部试验件；通过设置自动变光滤镜，滤镜提高滤光强度，使摄像机能够将高亮的光线过滤掉，拍摄出清晰的成像。

Description

一种用于燃烧特性实验装置的长时观测***

技术领域

本发明涉及固体燃烧特性研究领域，尤其涉及一种用于燃烧特性实验装置的长时观测***。

背景技术

固体燃烧特性研究主要针对塑料制品、纺织物品、建筑材料、危化品等的可燃性和燃烧速率开展相关实验工作。可燃性实验是通过点火器或者燃气喷嘴点燃被测试验对象，观测其是否能燃烧以及在外部火源撤离后能否持续燃烧。此类试验一般在开放空间内进行，有计时器、点火器或者燃气喷灯等仪器，装置简单，功能单一。测试固体燃烧速率实验：例如，燃速测定仪通过煤气喷嘴点燃特定长度的样品，测量其燃烧时间，进而获得其燃烧速率，该方法要求对样品进行特殊制备，如将粉末或颗粒样品装入模具中制成长条状、将糊状样品制成绳索状；或采用燃烧箱，燃烧箱内布置网状支架，被测样品置于支架上，底部或者侧面伸入的燃气喷嘴对被测样品进行点火引燃，一定时间后关闭燃气喷嘴，通过燃烧箱观察窗观测样品在具有通风槽的燃烧箱内能否持续燃烧以及燃烧火焰的传播速度。上述方法和试验装置均要求暴露在火源中，

还有一类采用电加热固体样品的方式，即用热电偶测量燃烧温度的方式，用于研究闪燃温度、自燃温度或者燃烧热值。电加热装置加热的热空气炉，炉内有一个耐高温、进出口可通气的炉管，用金属丝束缚被测固体。测闪燃温度时，将空气炉加温升至特定温度，随后把被测固体放入炉管内，点燃引燃火焰，观察被测样品是否燃烧，并用热电偶检测其燃烧温度。若当前温度条件下，样品未发生燃烧，则降低或提高炉内温度，采用新的样品重复试验，直至样品发生闪燃。若测样品自燃温度，则不加入引燃火焰，依据上述方法测得自燃温度。该研究同样只适用于塑料、木材、纺织品等易燃的固体材料。相关的方法或装置等标准有GB 8410-2005《汽车内饰材料的燃烧特性》、GB/T 14402-2007《建筑材料及制品的燃烧性能燃烧热值的测定》、GB/T 21618-2008《危险品易燃固体燃烧速率试验方法》、GB/T21580-2008《危险品小型燃烧试验方法》、GB/T 8626-2007《建筑材料可燃性试验方法》，GB/T 9343-2008《塑料燃烧性能实验方法闪燃温度和自燃温度的测定》等。

上述试验装置都未设计可长时在线观测装置内待测实验材料或样件实验现象的专门观测装置。其一般方式为实验前观测记录实验材料或样件外观状态，实验后再次对实验材料或样件外观状态进行观测，对比实验前后实验材料或样件外观状态来研究实验材料或样件燃烧前后外观状态变化。实验过程中往往因为实验装置的密闭环境、初始实验阶段(实验材料或样件尚未开始燃烧反应)光线较弱、剧烈燃烧阶段因实验装置本身热加载元件发出较高温度而影响实验观测。即使个别实验开展了实验过程的观测，也大都为临时观测，例如实验装置外部局部采用透光性较好材料，实验人员透过该处观察或采用拍照方式进行有限的实验过程观测记录。另一方面，

上述传统技术存在的不足有:

1、原有的传统拍摄方式，只是为了解决临时拍摄的问题，并不是一种稳妥的技术方案。

2、高温产生的热辐射，会提高拍摄设备的温度，长时间拍摄会导致设备损坏。

3、炉膛内部在低温时没有光源，无法看清内部情况。高温时太亮，拍摄成像对比度较差。

因此需要研发出一种用于燃烧特性实验装置的长时观测***来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种用于燃烧特性实验装置的长时观测***。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种用于燃烧特性实验装置的长时观测***，包括：

加热装置；试验件置于加热装置内部；在加热装置的顶部开设有观测孔；

防尘石英玻璃；防尘石英玻璃全覆盖观测孔的外端设置；

折射镜；折射镜安装在加热装置外部，折射镜置于观测孔上方，且折射镜与观测孔轴向方向成45°夹角；

自动变光滤镜；

摄像机；自动变光滤镜、摄像机、防尘石英玻璃均安装在加热装置外部，自动变光滤镜置于摄像机与折射镜之间，试验件燃烧的光经观测孔射出，穿过防尘石英玻璃，经折射镜90度折射后垂直穿过自动变光滤镜后进入摄像机。

具体地，长时观测***还包括用于灯光补偿的补偿灯，补偿灯安装在摄像机上。

具体地，长时观测***还包括隔热石英玻璃，隔热石英玻璃安装在加热装置内部并全覆盖观测孔的内端设置。

具体地，加热装置包括炉膛、加热元件，加热元件安装在炉膛内部，观测孔开设在炉膛的顶部。

进一步地，加热装置还包括保温层，保温层安装在炉膛内，并围绕加热元件设置。

本发明的有益效果在于：

1、通过本申请中折射镜、自动变光滤镜、摄像机、防尘石英玻璃、观测孔的位置配合，解决了燃烧特性实验装置缺乏专门的实验过程长时观测***的问题，可以长时、有效进行实验过程观测；

2、通过隔热石英玻璃、防尘石英玻璃、折射镜配合；解决燃烧特性实验装置因加热元件加热升温，而对相应布置的临时观测设备仪器造成高温损坏的问题；

3、通过设置补偿灯，可以在燃烧特性实验初始阶段(未燃烧阶段)照亮加热装置内部试验件；(在燃烧阶段)通过设置自动变光滤镜，滤镜提高滤光强度，使摄像机能够将高亮的光线过滤掉，拍摄出清晰的成像。

附图说明

图1是本发明所述的电动一种用于燃烧特性实验装置的长时观测***的结构示意图；

附图标记说明

1-折射镜；2-自动变光滤镜；3-补偿灯；4-摄像机；5-防尘石英玻璃；6-观测孔；7-隔热石英玻璃；8-加热元件；9-保温层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，一种用于燃烧特性实验装置的长时观测***，包括：

加热装置；试验件置于加热装置内部；在加热装置的顶部开设有观测孔6；

防尘石英玻璃5；防尘石英玻璃5全覆盖观测孔6的外端设置；

折射镜1；折射镜1安装在加热装置外部，折射镜1置于观测孔6上方，且折射镜1与观测孔6轴向方向成45°夹角；

自动变光滤镜2；

摄像机4；自动变光滤镜2、摄像机4、防尘石英玻璃5均安装在加热装置外部，自动变光滤镜2置于摄像机4与折射镜1之间，试验件燃烧的光经观测孔6射出，穿过防尘石英玻璃5，经折射镜190度折射后垂直穿过自动变光滤镜2后进入摄像机4；

补偿灯3；补偿灯3安装在摄像机4上；

隔热石英玻璃7；隔热石英玻璃7安装在加热装置内部并全覆盖观测孔6的内端设置；

如图1所示，加热装置包括炉膛、加热元件8、保温层9，加热元件8安装在炉膛内部，观测孔6开设在炉膛的顶部。保温层9安装在炉膛内，并围绕加热元件8设置。

以通用型燃烧特性实验装置(高温加热炉)为例：高温炉膛四周包裹了保温层9，能够使内部达到1600℃以上的温度。高保温层9内壁设置有加热元件8，加热元件8通电后，在炉膛内部产生高亮高热现象。

观测孔6内端安装了一块隔热石英玻璃7，以避免炉膛内的高温空气流入观测孔6，导致观测孔6温度过高。在观测孔6顶部安装了一块防尘石英玻璃5，防尘石英玻璃5能够将外部的灰尘隔离开，保持观测孔6内部的洁净，避免灰尘附着在玻璃内表面而影响观测。

防尘石英玻璃5上方是一块折射镜1，该折射镜1能够将炉膛内部的成像传出，转换角度后投在摄像机4上。折射镜1背后带有散热片，可以降低折射镜1的热量。光源经过折射后，折射镜1本身吸收一定的热能，能够降低温度的传播，防止摄像机4受到高温烘烤。在折射镜1的折射方向上安装有一台摄像机4，摄像机4正对折射镜1，通过折射镜1观察炉膛内的状况。在摄像机4和折射镜1之间，设置了一块自动变光滤镜2，该镜片可以自动调节滤光强度，当炉膛内部低温时，光线很低，滤镜自动降低滤光强度，使摄像机4能够很好的拍摄炉膛的状态。当炉膛内部高温时，光线较强，滤镜提高滤光强度，使摄像机4能够将高亮的光线过滤掉，拍摄出清晰的成像。

在摄像机4上方，设置了一个补偿灯3，当需要对炉膛内进行拍摄记录时，补偿灯3打开，照亮炉膛内部，使其能够清晰观测。

工作原理：

对加热元件8通电，能使其产生高温高亮，温度最高可达1600℃以上。在升温过程中，炉膛因四周封闭没有无法透光，故在低温时内部黑暗无光亮。在高温时，加热元件8会产生高亮高热，能够完全照亮炉膛，且亮度过高会对摄像机4有一定程度的影响，如产生过度曝光、对比度低等情况。

摄像机4放置在炉膛外部，通过炉膛顶部开设的观测孔6对内进行观测。为了放置内部的高温空气溢出，在观测孔6的底部安装了一块隔热石英玻璃5，高热空气无法通过观测孔6，观测孔6的不会被热气烘烤，热气也不会通过观测孔6溢出炉膛。

观测孔6在的顶端，安装了一块防尘石英玻璃5，防尘石英玻璃5与隔热石英玻璃7将观测孔6的两端堵住后，外部的灰尘、空气亦无法进入，使防尘石英玻璃5与隔热石英玻璃7的内表面始终保持清洁，无灰尘附着石英玻璃内表面而影响观测视线。

观测孔6的正上方，安装了一块90度折射镜1，折射镜1以45°角安装，使下方投上来的影像再水平方向投影出去。同时折射镜1背后带有散热片，其目的是为了保证将带有热辐射的光线吸收掉一部分热量后，再投降正对面的摄像机4，使摄像机4接收到热辐射更少，放置热量过高而导致设备损坏。

摄像机4在打开后，可以连续且长时间的对高温炉膛内进线拍摄。由于高温炉膛内在工作时光线会有一个极大的变化，从完全黑暗通过温度的上升，逐渐变得高亮。光源的巨大变化会导致摄像机4在采光上造成的困难。

在光源较暗时，通过摄像机4上方的补偿灯3向炉膛内提供光源，照亮炉膛内的环境，使摄像机4能够拍摄到清晰的成像。

随着温度的升高，炉膛内的加热元件8会逐渐发光发亮，当其超过1000℃后，光线会变得较强，此时摄像机4拍摄到画面呈现一片白色，画面呈一片曝光过度的状态。此时摄像机4前面的自动变光滤镜2会调整自身的滤光强度，将强光过滤掉，确保摄像机4接收到的投影光线强度适合，以达到清洗的成像效果。

自动变光滤镜2是具有手动设置，自动变光过滤的功能。通过提前设置过滤之后的成像效果，在正式运行时，即可达到自动调整过滤强度的目的，使摄像机4能够得到最佳的成像效果。

一、总体***设计

本申请总体设计采用高温炉膛+观察孔+摄像+光源控制的结构。高温炉膛作为实验设备的加热部件，由加热元件、保温层等构成。高温炉膛将试样件加热到高温状态，再通过上方的观察孔观察。观察孔采用的是石英玻璃制作，包括阻隔炉膛高温的隔热石英玻璃，以及观察用的防尘石英玻璃。炉膛外部安置了一台摄像机，摄像机通过折射镜将炉膛内的状态拍摄下来。炉膛内的光线有强弱的变化，通过外置的自动变光滤镜和补偿灯，将投射到摄像机上的光源调节到一个合适的光线强度，提高成像质量。

二、成像光源可控设计

高温炉膛是一个封闭的腔体，内部自带的光源是加热元件，但加热元件在不同的温度区间产生的光线强度并不一致，且在低温段(400℃以下)时，本身也不会产生光源，当温度达到400℃—700℃时，加热元件产生的光源为红色，直到超过700℃之后，温度越高，炉膛就越由红变白，亮度也越高。

在摄像机上方增加了一个补偿灯，当炉膛内光线暗的时候，通过补偿灯将光源投射到炉膛内部，照亮试样件，摄像机即可拍摄到清晰的图片。

当光线强的时候，摄像机前方的自动变光滤镜即可将强光过滤成为摄像机适合的光源。

三、隔热防尘观察孔

为了便于观察炉膛内部的情况，在顶部保温层上开设了一个观察孔。观察孔为了阻隔炉膛内的热量，内部安装了一片隔热石英板，石英板能够避免内部高热空气通过观察孔流出炉膛之外。

为了防止长时间使用后，石英板上附着灰尘影响观测，在保温层的另一边安装了一块防尘石英玻璃。防尘石英玻璃与隔热石英玻璃之间形成了一个密封的腔体，外界的灰尘无法进入，使其能够更好的进行观测。

四、摄像机的隔热设计

高温状态下，温度会通过辐射传递，摄像机无法承受此高温。本设计通过两个方面降低摄像机受到高温影响。一是通过折射镜折射后会吸收一部分热量，折射镜背后带有的散热片可以将其热量散发掉。二是摄像机前方的自动变光滤镜可以过滤光线，高温通过辐射传递热量，通过自动变光滤镜时，热量被变光滤镜过滤掉一部分。

通过以上设计，摄像机受到的高温影响降到最低，可以满足长时间对高温试样的拍摄工作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于燃烧特性实验装置的长时观测***，其特征在于，包括：

加热装置；试验件置于加热装置内部；在加热装置的顶部开设有观测孔；

防尘石英玻璃；防尘石英玻璃全覆盖观测孔的外端设置；

折射镜；折射镜安装在加热装置外部，折射镜置于观测孔上方，且折射镜与观测孔轴向方向成45°夹角；

自动变光滤镜；

摄像机；自动变光滤镜、摄像机、防尘石英玻璃均安装在加热装置外部，自动变光滤镜置于摄像机与折射镜之间，试验件燃烧的光经观测孔射出，穿过防尘石英玻璃，经折射镜90度折射后垂直穿过自动变光滤镜后进入摄像机。

2.根据权利要求1所述的一种用于燃烧特性实验装置的长时观测***，其特征在于，长时观测***还包括用于灯光补偿的补偿灯，补偿灯安装在摄像机上。

3.根据权利要求1所述的一种用于燃烧特性实验装置的长时观测***，其特征在于，长时观测***还包括隔热石英玻璃，隔热石英玻璃安装在加热装置内部并全覆盖观测孔的内端设置。

4.根据权利要求1所述的一种用于燃烧特性实验装置的长时观测***，其特征在于，加热装置包括炉膛、加热元件，加热元件安装在炉膛内部，观测孔开设在炉膛的顶部。

5.根据权利要求4所述的一种用于燃烧特性实验装置的长时观测***，其特征在于，加热装置还包括保温层，保温层安装在炉膛内，并围绕加热元件设置。

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