专利名称：数字化氧指数测定仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数字化氧指数测定仪。
背景技术：
目前我国建筑设计施工中，90%以上都采用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)、模型聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)或硬质聚氨酯泡沫塑料(PU)等高分子有机质绝热材料作为外墙或屋顶保温材料，有机绝热材料适用温度范围广、耐久性较好，性价比很高，但是仍存在一些问题与重大隐患，其中防火安全问题，在最近几年尤为突出。上述有机泡沫绝热材料均为易燃材料，在防火安全方面存在极大隐患，已经造成了重大的人员伤亡和财产损失。比如 2010年11月15日上海胶州路大火，致58人遇难70余人受伤；2009年8月10日香港旺角嘉禾大厦火灾致4人死亡；2009年4月16日北京新建中国科技馆屋顶东南角发生大火致场馆严重损毁；2009年2月9日央视新址北配楼火灾导致损失高达50亿元。这些火灾中， “11. 15”上海胶州路特大火灾系由于施工过程引燃聚氨酯泡沫材料所致；2009年的央视文化中心火灾系由于挤塑型聚苯板材引燃所致；新建中国科技馆大火也是因引燃挤塑板造成火灾。这些事故的发生不仅给国家带来了重大的经济损失，同时也造成了重大的人员伤亡，而物质的燃烧都与氧气的浓度有关。因此，测定不同物质的氧指数对预防火灾，研制防火材料有着重要的意义。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种数字化氧指数测定仪，其可以测定不同物质的氧指数，对预防火灾和研制防火材料有着重要的意义。本发明解决上述问题所采用的技术方案是数字化氧指数测定仪，其特征在于包括有进气设备、燃烧设备、信号输入输出设备，单片机和LED触摸屏，其中进气设备通过管道与燃烧设备相连接，燃烧设备通过导线与信号输入输出设备相连，信号输入输出设备通过导线与单片机相连，单片机把处理的信息通过导线传输到LED触摸屏；
进气设备包括有O2储存罐、N2储存罐和气体混合仓，O2储存罐通过管道与气体混合仓相连，管道上依次设置有O2开关伐、O2气体压力表、O2过渡减压阀、O2电子流量计量器和O2 电子开关控制阀，N2储存罐通过管道与气体混合仓相连，管道上依次设置有N2开关伐、N2气体压力表、N2过渡减压阀、N2电子流量计量器和N2电子开关控制阀，O2和N2按照比例流进气体混合仓，经混合均匀后，流进燃烧设备；
所述的燃烧设备包括有不燃箱体、点火装置和至少一组辅助测量设备，所述的辅助测量设备包括有样品夹具、火焰聚光透镜、光电感应器、红外温度感应器，光电感应器固定于不燃箱体一侧，距被测试样顶端50± 1mm，红外温度感应器固定于不燃箱体顶盖并位于被测试样的正上方，红外温度感应器距被测试样顶端30±lmm，所述的点火装置为可移动点火器，活动安设于不燃箱体的一侧，保证可移动点火器的火焰与试样顶端相接触；所述的电子流量计量器检测的流量信号、红外温度感应器检测的温度信号、光电感应器所检测的光电信号通过各自导线、放大电路和A/D装换器与单片机相连接，各信号输入到单片机的数据处理器中进行数据处理和分析，经处理分析后得到的数字信号输出到LED 触摸屏进行实时显示监测，并储存到SD卡储存器储存为实验数据。按上述方案，所述的辅助测量设备包括有三组。本发明的的数字化氧指数测定仪，使用时，包括有以下试验步骤
根据经验或试样在空气中的燃烧情况，空气中氧气浓度为21%左右，因此起始通于的氧气浓度为21%。①安装试样，将试样放在样品夹具上，保持水平的安装在不燃箱体中心位置，保证试样顶端距离不燃箱体左侧不低于100mm，方便点火装置点火。②调节气体控制装置，通过LED显示屏输入气体流速，使起始O2浓度为21%，以40 mm/s的流速流进不燃箱体，洗漆箱体30s。③点燃试样，使可移动点火器火焰可见部分刚好接触试样前端，勿碰到试样的棱边和侧表面，在确保试样点燃后，移开点火器。点火作用的时间最长为30S，若30s内不能点燃，则增加氧气浓度。直到30s内能点燃位置。④观察试样燃烧行为，通过计时器记录燃烧时间，通过光电感应器和红外温度感应器记录样品是否能燃烧到50± Imm处，若样品燃烧时间超过180s或者燃烧到50±lmm 处，记录氧气浓度为Q1，若样品燃烧时间没有超过180s且不能燃烧到50±lmm处，记录氧气
浓度为Q2，停止燃烧。以Q1为起始浓度，以1%的速度降低O2浓度，重复①试验，直到第一次出现样品燃烧时间没有超过180s且不能燃烧到50±lmm处，记录氧气浓度为Q。以Q2为起始浓度，以1%的速度增加O2浓度，重复① ④试验，直到第一次出现样品燃烧时间超过180s或者燃烧到50 ± Imm处，记录氧气浓度为Q。则氧指数(G)计算公式为
G= V(O2) / (V(O2) +V(N2))
V (O2)表示氧气流量mL/s、V(N2)表示氮气流量mL/s、G表示氧指数本发明通过触屏LED输入所需流量O2和N2气体流量，通过控制器对O2和N2气体的电子阀门按所输入的流量控制调节，用红外温度感应器来测量温度，表征样品是否点燃，以及燃烧的距离，红外温度感应器将温度信号传输到触屏LED上进行观察，用光电感应器来测量样品是否能燃烧到50± Imm处，当试样燃烧到50± Imm处，会产生一定的强光，光电感应器通过感光，将实时信号传到LED屏，通过LED屏能观察到信号变化，反应试样能否燃烧到 50土 I臟处。本发明可以用来测量各种材料如纺织品、塑料、橡胶、木材等的燃烧性能，其测量的原理用燃烧距离和燃烧时间进行表征，观察试样的燃烧长度能否到达50± Imm处，记录燃烧时间能否超过180s，通过改变O2和N2气体流量来实现。实际测量中，首先根据经验估计一个氧气浓度值，进行试验，观察燃烧情况及燃烧时间。再根据不同的燃烧特性，改变氧气浓度值，经过多次的改变及尝试，不停的改变氧气浓度值，使得试样的燃烧特性符合规定的要求，记录此时的氧气浓度值，根据公式计算出该试样的氧指数值。本发明的优点在于针对传统测定仪的不足，测定仪数字化后，O2和N2气体的流量通过触屏LED输入所需流量，O2和N2气体流量通过控制器对O2和N2气体的电子阀门按所输入的流量控制调节，用聚光透镜和光电感应器组合测量试样能否燃烧到50± Imm处，并将光信号信号实时的反应到触屏LED上，方便观察，通过红外测温仪所测燃烧温度的高低判定是否接近氧指数值，并将温度信号传输到触屏LED上进行观察，能大大降低人为操作而造成的误差，降低测试的劳动量，提高测试效率。


图I是本发明的测定仪的结构示意图
其中O2开关伐-UN2开关伐_2、02气体压力表-3、N2气体压力表_4、02过渡减压阀-5、 N2过渡减压阀_6、O2流量计量器-7、N2流量计量器-8、O2电子开关控制阀_9、N2电子开关控制阀-10、气体混合器-11、可移动点火器-12、丁烷火焰-13、红外温度感应器-14、被测试样-15、光电传感器-16、燃烧箱体-17、样品夹具-18、单片机-19、LED触摸屏-20、排气孔 _21。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细的说明，但是此说明不会构成对本发明的限制。数字化氧指数测定仪，包括有进气设备、燃烧设备、信号输入输出设备，单片机和 LED触摸屏，其中进气设备通过管道与燃烧设备相连接，燃烧设备通过导线与信号输入输出设备相连，信号输入输出设备通过导线与单片机相连，单片机把处理的信息通过导线传输到LED触摸屏；
进气设备包括有O2储存罐、N2储存罐和气体混合仓11，O2储存罐通过管道与气体混合仓相连，管道上依次设置有O2开关伐1、02气体压力表3、02过渡减压阀5、02电子流量计量器7和O2电子开关控制阀9，N2储存罐通过管道与气体混合仓相连，管道上依次设置有N2 开关伐2、N2气体压力表4、N2过渡减压阀6、N2电子流量计量器8和N2电子开关控制阀10， O2和N2按照比例流进气体混合仓，经混合均匀后，流进燃烧设备；
所述的燃烧设备包括有不燃箱体17、点火装置和三组辅助测量设备，所述的辅助测量设备包括有样品夹具18、火焰聚光透镜、光电感应器16、红外温度感应器14,光电感应器固定于不燃箱体一侧，距被测试样15顶端50± 1mm，红外温度感应器固定于不燃箱体顶盖并位于被测试样的正上方，红外温度感应器距被测试样顶端30± 1mm，所述的点火装置为可移动点火器12，活动安设于不燃箱体的一侧，保证可移动点火器的火焰与试样顶端相接触； 所述的电子流量计量器检测的流量信号、红外温度感应器检测的温度信号、光电感应器所检测的光电信号通过各自导线、放大电路和A/D装换器与单片机19相连接，各信号输入到单片机的数据处理器中进行数据处理和分析，经处理分析后得到的数字信号输出到 LED触摸屏20进行实时显示监测，并储存到SD卡储存器储存为实验数据。应用实施例I :
①制备试样，将EPS聚苯板DYD-I制备成15个试样，试样长为8(Tl50mm，宽6. 5±0· 5mm，厚3. 5±0· 5mm，分5组，每组3个以备用。 根据经验或试样在空气中的燃烧情况，空气中氧气浓度为21%左右，因此起始通于的氧气浓度为21%。固定试样，将3个相同的试样安装在样品夹具上，保证试样垂直固定，调节气体流量计量器，通过LED触摸屏输入气体流速，使起始O2浓度为21%，以40mm/s的流速流进燃烧箱体，洗涤燃烧箱体30s，气体从排气孔-21排除。 点燃试样，使可移动点火器产生的丁烷火焰13可见部分刚好接触试样前端，在确保试样点燃后，移开可移动点火器。点火作用的时间最长为30s，若30s内不能点燃，则增加氧气浓度，直到30s内能点燃位置。观察试样燃烧行为，通过计时器记录燃烧时间，通过光电感应器和红外温度感应器记录样品是否能燃烧到50±lmm处,若样品燃烧时间超过180s或者燃烧到50±lmm处, 记录氧气浓度为Q1，若样品燃烧时间没有超过180s且不能燃烧到50±lmm处，记录氧气浓
度为Q2，停止燃烧。以Q1为起始浓度，以1%的速度降低O2浓度，重复① ④试验，直到第一次出现样品燃烧时间没有超过180s且不能燃烧到50±lmm处，记录氧气浓度为Q。以Q2为起始浓度，以1%的速度增加O2浓度，重复① ④试验，直到第一次出现样品燃烧时间超过180s或者燃烧到50 ± Imm处，记录氧气浓度为Q。在氧气浓度为21%时，EPS聚苯板DYD-I试样的燃烧距离为93mm，燃烧时间为78s， 氧气浓度为20%时；燃烧距离76mm，燃烧时间为85s，氧气浓度为19%时；燃烧距离56mm，燃烧时间为112s，在氧气浓度为18%时；燃烧距离49mm，燃烧时间为148s。根据公式计算，EPS 聚苯板KH-I的氧指数接近于18。应用实施例2:
①制备试样，将EPS聚苯板DYD-2制备成15个试样，试样长为8(Tl50mm，宽 6. 5±0· 5mm，厚3. 5±0· 5mm，分5组，每组3个以备用。③根据经验或试样在空气中的燃烧情况，空气中氧气浓度为21%左右，因此起始通于的氧气浓度为21%。@固定试样，将3个相同的试样安装在样品夹具上，保证试样垂直固定，调节气体流量计量器，通过LED触摸屏输入气体流速，使起始O2浓度为21%，以40mm/s的流速流进燃烧箱体，洗涤燃烧箱体30s，气体从排气孔-21排除。④点燃试样，使可移动点火器火焰可见部分刚好接触试样前端，在确保试样点燃后，移开可移动点火器。点火作用的时间最长为30s，若30s内不能点燃，则增加氧气浓度， 直到30s内能点燃位置。观察试样燃烧行为，通过计时器记录燃烧时间，通过光电感应器和红外温度感应器记录样品是否能燃烧到50±lmm处,若样品燃烧时间超过180s或者燃烧到50±lmm处, 记录氧气浓度为Q1，若样品燃烧时间没有超过180s且不能燃烧到50±lmm处，记录氧气浓
度为Q2，停止燃烧。以Q1为起始浓度，以1%的速度降低O2浓度，重复① ④试验，直到第一次出现样品燃烧时间没有超过180s且不能燃烧到50± Imm处，记录氧气浓度为Q。以Q2为起始浓度，以1%的速度增加O2浓度，重复① 试验，直到第一次出现样品燃烧时间超过180s或者燃烧到50 ± Imm处，记录氧气浓度为Q。在氧气浓度为21%时，EPS聚苯板DYD-2试样的燃烧距离为84mm，燃烧时间为93s， 氧气浓度为20%时；燃烧距离63mm，燃烧时间为121s，氧气浓度为19%时；燃烧距离51mm， 燃烧时间为153s，在氧气浓度为18%时；燃烧距离38mm，燃烧时间为172s。根据公式计算， EPS聚苯板DYD-2的氧指数接近于19。应用实施例3:
①制备试样，将EPS聚苯板DYD-3制备成15个试样，试样长为8(Tl50mm，宽 6. 5±0· 5mm，厚3. 5±0· 5mm，分5组，每组3个以备用。 根据经验或试样在空气中的燃烧情况，空气中氧气浓度为21%左右，因此起始通于的氧气浓度为21%。③固定试样，将3个相同的试样安装在样品夹具上，保证试样垂直固定，调节气体流量计量器，通过LED触摸屏输入气体流速，使起始O2浓度为21%，以40mm/s的流速流进燃烧箱体，洗涤燃烧箱体30s，气体从排气孔-21排除。④点燃试样，使可移动点火器火焰可见部分刚好接触试样前端，在确保试样点燃后，移开可移动点火器。点火作用的时间最长为30s，若30s内不能点燃，则增加氧气浓度， 直到30s内能点燃位置。观察试样燃烧行为，通过计时器记录燃烧时间，通过光电感应器和红外温度感应器记录样品是否能燃烧到50±lmm处,若样品燃烧时间超过180s或者燃烧到50±lmm处, 记录氧气浓度为Q1，若样品燃烧时间没有超过180s且不能燃烧到50±lmm处，记录氧气浓
度为Q2，停止燃烧。以Q1为起始浓度，以1%的速度降低O2浓度，重复① ④试验，直到第一次出现样品燃烧时间没有超过180s且不能燃烧到50±lmm处，记录氧气浓度为Q。以Q2为起始浓度，以1%的速度增加O2浓度，重复① ④试验，直到第一次出现样品燃烧时间超过180s或者燃烧到50 ± Imm处，记录氧气浓度为Q。在氧气浓度为21%时，EPS聚苯板DYD-3试样的燃烧距离为12mm，燃烧时间为23s， 氧气浓度为22%时；燃烧距离36mm，燃烧时间为58s，氧气浓度为23%时；燃烧距离42mm，燃烧时间为113s，在氧气浓度为24%时；燃烧距离51mm，燃烧时间为152s。根据公式计算，阻燃型节能板材IIP板氧指数接近于24。应用实施例4:
①制备试样，将阻燃型节能板材IIP板制备成15个试样，试样长为8(Tl50mm，宽
6.5±0· 5mm，厚3. 5±0· 5mm，分5组，每组3个以备用。②根据经验或试样在空气中的燃烧情况，空气中氧气浓度为21%左右，因此起始通于的氧气浓度为21%。③固定试样，将3个相同的试样安装在样品夹具上，保证试样垂直固定，调节气体流量计量器，通过LED触摸屏输入气体流速，使起始O2浓度为21%，以40mm/s的流速流进燃烧箱体，洗涤燃烧箱体30s，气体从排气孔-21排除。 点燃试样，使可移动点火器火焰可见部分刚好接触试样前端，在确保试样点燃后，移开可移动点火器。点火作用的时间最长为30s，若30s内不能点燃，则增加氧气浓度， 直到30s内能点燃位置。观察试样燃烧行为，通过计时器记录燃烧时间，通过光电感应器和红外温度感应器记录样品是否能燃烧到50±lmm处,若样品燃烧时间超过180s或者燃烧到50±lmm处, 记录氧气浓度为Q1，若样品燃烧时间没有超过180s且不能燃烧到50±lmm处，记录氧气浓
度为Q2，停止燃烧。以Q1为起始浓度，以1%的速度降低O2浓度，重复①'P试验，直到第一次出现样品燃烧时间没有超过180s且不能燃烧到50±lmm处，记录氧气浓度为Q。以Q2为起始浓度，以1%的速度增加O2浓度，重复① ④试验，直到第一次出现样品燃烧时间超过180s或者燃烧到50 ± Imm处，记录氧气浓度为Q。在氧气浓度为21%时，阻燃型节能板材IIP板试样的燃烧距离为0mm，燃烧时间为 Os，氧气浓度为22%时；燃烧距离0mm，燃烧时间为Os，氧气浓度为23%时；燃烧距离2mm，燃烧时间为Os，在氧气浓度为24%时；燃烧距离5mm，燃烧时间为2s，在氧气浓度为25%时，燃烧距离8mm，燃烧时间为3s，继续增加氧气浓度，燃烧距离仍然很短(小于50mm)，燃烧时间也很小(小于180s)，根据公式计算，阻燃型节能板材IIP板为A级难燃材料。
权利要求
1.数字化氧指数测定仪，其特征在于包括有进气设备、燃烧设备、信号输入输出设备， 单片机和LED触摸屏，其中进气设备通过管道与燃烧设备相连接，燃烧设备通过导线与信号输入输出设备相连，信号输入输出设备通过导线与单片机(19)相连，单片机把处理的信息通过导线传输到LED触摸屏；进气设备包括有O2储存罐、N2储存罐和气体混合仓(11)，O2储存罐通过管道与气体混合仓相连，管道上依次设置有O2开关伐(I)、O2气体压力表(3)、O2过渡减压阀(5)、O2电子流量计量器(7 )和O2电子开关控制阀(9 )，N2储存罐通过管道与气体混合仓相连，管道上依次设置有N2开关伐(2)、N2气体压力表(4)、N2过渡减压阀(6)、N2电子流量计量器(8)和N2 电子开关控制阀(10)，O2和N2按照比例流进气体混合仓，经混合均匀后，流进燃烧设备；所述的燃烧设备包括有不燃箱体(17)、点火装置和至少一组辅助测量设备，所述的辅助测量设备包括有样品夹具(18)、火焰聚光透镜、光电感应器(16)、红外温度感应器(14)， 光电感应器固定于不燃箱体一侧，距被测试样(15)顶端50 ± Imm,红外温度感应器固定于不燃箱体顶盖并位于被测试样的正上方，红外温度感应器距被测试样顶端30± 1mm，所述的点火装置为可移动点火器(12)，活动安设于不燃箱体的一侧，保证可移动点火器的火焰与试样顶端相接触；所述的电子流量计量器检测的流量信号、红外温度感应器检测的温度信号、光电感应器所检测的光电信号通过各自导线、放大电路和A/D装换器与单片机相连接，各信号输入到单片机的数据处理器中进行数据处理和分析，经处理分析后得到的数字信号输出到LED 触摸屏20进行实时显示监测，并储存到SD卡储存器储存为实验数据。
2.如权利要求I所述的一种数字化氧指数测定仪，其特征是所述的辅助测量设备包括有三组。
全文摘要
本发明为一种数字化氧指数测定仪，包括有进气设备、燃烧设备、信号输入输出设备，其中进气设备设有电子气体流量计量器控制O2和N2气体的流量，燃烧设备中设有红外温度感应器测量试样燃烧的温度，另有光电感应器测量样品是否燃烧到指定的距离。计时器设于控制LED屏的单片机内，流量监控信号、温度信号、光电信号、计时器信号，通过放大电路和A/D转换器转换成数字信号，输入到单片机内，通过单片机内的数据处理器进行处理，数据处理完毕输出到触摸LED屏，并同时存储到SD卡内。本发明大大降低人为操作而造成的读数误差，降低测试者的劳动量，并能通过燃烧温度预测所检测值是否接近样品的氧指数值，提高测试效率。
文档编号G01N31/12GK102608257SQ20121005281
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月2日 优先权日2012年3月2日
发明者代柱端, 宋雪峰, 段超群, 殷海波, 赵子强, 马保国, 黄健 申请人:武汉理工大学