[發明專利]一種多可變參數環境條件下電纜燃燒及熱解特性測試系統及測試方法

有效

• 申請號: 202011362349.1
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112697953B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 張國維;郭棟;李華祥;孫一楠;李政;張志偉;閆肅;黃俊斌
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N31/12
• 分類號: G01N31/12
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 華德明

1.一種多可變參數環境條件下電纜燃燒及熱解特性測試系統，包括供氣組件、測試箱（4）、監測組件和分析控制組件（5）；

其特征在于，

所述供氣組件包括儲氣瓶組（1）和氣體混合裝置（3），儲氣瓶組（1）包括氧氣、氮氣和二氧化碳儲氣瓶，并且其分別通過輸氣管路（2）與氣體混合裝置（3）的進氣口連接，氣體混合裝置（3）將混合后的氣體從左側輸入測試箱（4）內；

所述測試箱（4）頂部設有可旋轉的平面型輻射源（41）、底部設有可調節長度和寬度的試樣架（47）、前端為透明結構并且前側設有觀測組件、右端出口處通過集煙罩（49）開閉；所述測試箱（4）的左側設有氣體加壓裝置（48），混合后的氣體通過氣體加壓裝置（48）加壓后進入測試箱（4）內；

所述輻射源（41）的下方設有收縮型擋板（43），擋板（43）通過伸縮組件進行展開和收縮，擋板（43）伸展后的面積不小于輻射源（41）輻射面積；

所述試樣架（47）的兩端及中部設有點火裝置（46），所述觀測組件與分析控制組件（5）連接，包括記錄試樣測試過程中的紅外圖像和溫度信息的紅外熱像儀（6）和用于拍攝并記錄試樣的圖像變化的高清攝像機（7）；

所述監測組件位于測試箱（4）內并與分析控制組件（5）連接，包括用于測量電纜試樣溫度的內嵌式熱電偶（410）、用于測量電纜試樣燃燒或熱解時產生的輻射熱流的輻射熱流計（411）、用于測量測試箱（4）內部的環境溫度的熱電偶（412）、用于測量注入的混合氣體中的氣體組分及比例和參與反應后的氣體組分的一對氣體傳感器（413）、用于測量測試中電纜試樣的質量變化的質量傳感器（45）；

所述分析控制組件（5）包括顯示面板（51）、控制面板（52）、數據采集器（53）和微型處理器（54）；控制面板（52）對整個裝置進行控制，包括：各個儲氣瓶的啟閉、氣體輸出壓力，氣體混合裝置（3）中的各氣體流量和比例，調節輻射源（41）方向和輻射強度，伸縮組件的展開和收縮，點火裝置（46）的點燃和熄滅，觀測組件中的拍攝溫度范圍，氣體加壓裝置（48）的輸出流速和壓力；

數據采集器（53）分別與監測組件、觀測組件連接，用于采集測試過程中的溫度、熱流、氣體組分及比例、質量變化、紅外圖像及溫度信息數據，并輸入微型處理器（54）中處理；

微型處理器（54）與數據采集器（53）連接，將數據采集器（53）采集到的數據進行分析處理，輸出相應的數據及圖線；

顯示面板（51）與數據采集器（53）連通，實時顯示測試過程中測試箱（4）內傳輸到數據采集器（53）的數據信息，并根據微型處理器（54）的處理結果，實時生成數據圖線并顯示。

2.根據權利要求1所述的一種多可變參數環境條件下電纜燃燒及熱解特性測試系統，其特征在于，所述氣體混合裝置（3）的進氣口處設有與控制面板（52）連接的氣體比例調節閥（32），控制面板（52）調節進氣流量；

氣體混合裝置（3）內設有擾流風扇（31）和多個相互交叉并與多個儲氣瓶對應連接的進氣管路（33）， 擾流風扇（31）位于多個進氣管路（33）出口的中心部。

3.根據權利要求2所述的一種多可變參數環境條件下電纜燃燒及熱解特性測試系統，其特征在于，每個儲氣瓶上設有出氣口（11）、灌裝口（12）和安全組件（13）；

安全組件（13）包括壓力表、自動泄壓閥和壓力調節閥，壓力表實時顯示罐內的壓力，并通過壓力調節閥進行調節控制，自動泄壓閥保證壓力處于設置區間內，出氣口（11）通過輸氣管路（2）與氣體混合裝置（3）的進氣口連接；

安全組件（13）與分析控制組件（5）連接。

4.根據權利要求3所述的一種多可變參數環境條件下電纜燃燒及熱解特性測試系統，其特征在于，所述的伸縮組件包括移動電機，所述擋板（43）左端固定設置、右端滑動設置在滑軌（44）上，移動電機通過傳動帶與擋板（43）右端連接，并帶動其展開和收縮；

移動電機通過控制面板（52）進行啟停或反轉。

5.根據權利要求4所述的一種多可變參數環境條件下電纜燃燒及熱解特性測試系統，其特征在于，所述測試箱（4）為鋼制防火結構，外包覆防火隔熱板，所述輸氣管路（2）為高壓金屬管。

6.一種根據權利要求4所述的多可變參數環境條件下電纜燃燒及熱解特性測試系統的測試方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

a．打開測試箱（4）右側的集煙罩（49），根據試樣尺寸調整試樣架（47）長度及寬度，將電纜試樣固定在試樣架（47）上，關閉集煙罩（49）使測試箱（4）內部密封；啟動分析控制組件（5），控制面板（52）控制供氣組件及測試箱（4）中各裝置的工作狀態，設置環境氣氛、環境溫度和外加輻射強度參數，運行微型處理器（54）及內置的預設程序；

b．打開測試箱（4）正面放置的高清攝像機（7）和紅外熱像儀（6），控制面板（52）根據材料參數設定拍攝的火焰溫度范圍，打開氧氣、氮氣及二氧化碳相應儲氣瓶的閥門，調節出氣壓力將其流向氣體混合裝置（3），通過氣體比例調節閥（32）使各氣體以設定比例進入氣體混合裝置（3）內均勻混合，控制面板（52）設置氣體加壓裝置（48）的氣體流速及壓力，使混合氣體以設定的流速及壓力從左端進入測試箱（4）內部，并向右單向流動，電纜試樣處于穩定流動的環境氣氛中；

c．當所需環境條件為不同輻射強度時，微型處理器（54）根據預設程序自動調節輻射源（41）輻射功率，控制面板（52）控制輻射源（41）調整輻射方向，達到所需輻射強度并維持，測試開始后自動旋轉朝向試樣，同時控制伸縮組件啟動，擋板（43）沿著滑軌（44）收縮折疊，輻射源（41）對試樣進行不同輻射強度測試；

當所需環境條件為不同環境溫度時，控制面板（52）控制輻射源（41）使其輻射方向正對測試箱（4）內腔，并且控制伸縮組件帶動擋板（43）展開并完全遮擋輻射源（41），輻射源（41）對整個測試箱（4）內部加熱至設定的環境溫度，內部的熱電偶（412）測量環境溫度，通過數據采集器（53）傳輸到微型處理器（54），微型處理器（54）通過預設程序根據熱電偶（412）采集到的環境溫度數據，實時調整輻射源（41）輻射功率，使測試箱（4）內處于設定溫度；

d．打開分析控制組件（5）中的數據采集器（53），用于測試過程中的數據采集，并設置顯示面板（51）顯示及記錄參數；當環境氣氛、環境溫度或輻射強度參數設置后，點擊控制面板（52）的開始按鈕，電纜熱解或燃燒開始：若進行電纜熱解特性測試，輻射源（41）調整輻射方向、伸縮組件自動伸縮，試樣開始熱解；若進行電纜燃燒特性測試，控制面板（52）控制點火裝置（46）選擇從試樣中部或兩端引燃電纜；

e．測試開始后，電纜開始熱解或燃燒，得到電纜試樣在不同環境氣氛、輻射強度、環境溫度下燃燒或熱解時的特性，包括：通過試樣架（47）上內嵌式熱電偶（410）得到測試過程中電纜的溫度變化、通過輻射熱流計（411）得到輻射熱流值、通過氣體傳感器（413）得到進入測試箱（4）的混合氣體及參與反應后的混合氣體成分及比例、通過質量傳感器（45）得到電纜在測試過程中的質量損失、通過紅外熱像儀（6）得到電纜火蔓延過程中火焰前鋒位置及火焰形態的實時變化、通過高清攝像機（7）得到圖像信息；

數據傳輸至數據采集器（53），并通過顯示面板（51）實時顯示；

f．測試過程結束后，點擊控制面板（52）結束按鈕，各個裝置關閉或恢復默認狀態，數據采集器（53）停止采集數據；數據經微型處理器（54）處理后，自動生成溫度圖線、熱流圖線、氣體組分及比例圖線和質量損失圖線，并通過顯示面板（51）顯示并自動保存；

測試結束。