CN102062410A - 一种模拟火源的流量控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟火源的流量控制方法和装置，该方法包括将系统初始化，将计算机预先设定的燃气流量和助燃气流量通过智能控制仪表传至对应的质量流量计，质量流量计使输出的燃气和助燃气流量值达到目标流量；在燃烧过程中，通过热电偶采集反馈信号至计算机从而调整设置的流量值；最后燃烧结束时，计算机流量信号为0，控制质量流量计关闭，结束模拟点火。该装置包括计算机、燃气智能控制仪表、助燃气智能控制仪表、温度采集智能仪表、热电偶、燃烧器、燃气气源、燃气质量流量计、助燃气气源、助燃气质量流量计。本发明采用质量流量计，结合计算机对燃烧器的流量进行控制，能够远程、实时、准确地控制不同时刻流体达到不同流量。
Description
技术领域
本发明属于模拟火源设计领域，特别涉及一种模拟火源的流量控制方法和装置。
背景技术
对于建筑装饰装修材料、室内摆设的家具、装饰品、电器等塑料制品，为测试其发生火灾时的危险状况，需要对其燃烧性能进行测试，目前普遍采用的一种方法是模拟一个可能发生的火源对被测样品进行点燃测试，观测其是否发生蔓延、扩大等现象，这种方法要求模拟火源不仅要有一定的火焰大小，而且要求火焰的形状能够与实际可能发生的火灾保持一致。比如对于床垫的燃烧性能试验，当需要研究火柴引燃床垫的时候，就需要一个很小的火焰，其释放热量大小及形状应能像一个火柴燃烧时的火焰，而如果要模拟床单燃烧引燃床垫的情况，则需要一个较大的大面积引燃的模拟火源。所以根据不同的测试对象和目的，所需的燃烧器是不同的。
中国实用新型专利CN201555241U公布了一种移动式试验及训练燃烧系统，其包括控制箱，与控制箱外接燃气进口连接的燃气罐，与控制箱燃油输入口连接的油罐，与控制箱数据输入/输出接口连接的计算机，以及与控制箱燃气输出口及出油口连接的燃烧器。该实用新型的缺点是：(1)该系统需同时使用燃油和燃气一起燃烧，形成大规模的现场模拟状态，只能够模拟大型的火灾现场；(2)该系统要求使用专用的圆柱型喷枪，不能使用多种不同类型的燃烧器进行火源的模拟，无法尽可能地接近真实的燃烧状况。
中国实用新型专利CN201540211U公布了一种软体家具明火燃烧测试点火控制系统，其包括主气路、点火气路和测试气路，主气路上串接有主气阀，点火气路的一端连接主气路，另一端连接长明灯，点火气路上串接有点火气阀；测试气路的一端连接主气路，另一端连接燃烧头，测试气路上串接有电磁阀和气体流量计，一计时器连接到测试气路上的电磁阀，电磁阀由计时器控制，长明灯置于燃烧头的气体出口附近。该实用新型可控制燃烧器的点火时间及燃气流量，但由于对燃气流量调节是通过转子流量计针阀手动实现的，这种调节方法存在如下不足：(1)转子流量计的精度普遍不高，导致转子流量计刻度的计量比较困难，准确性较差；(2)转子流量计流量的调节必须采用手动现场调节，无法远程自动控制，更加无法实现程序控制；(3)转子流量计的读数受管路前后的压力值、流速、管路状况等外界影响较大。
因此，需要提供一种流量控制精度高且可最大程度上接近实际情况下火源的燃烧状况的模拟火源的流量控制方法和装置。
发明内容
本发明的一个目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种模拟火源的流量控制方法，其具有流量控制精度高、模拟火源接近实际情况下火源的燃烧状况的优点。
本发明的另一目的在于提供一种实现上述方法的模拟火源的流量控制装置。
本发明方法通过以下的技术方案实现：一种模拟火源的流量控制方法，具体包括以下步骤：
(1)系统初始化：将模拟火源置于所需位置，然后连接好系统中各器件，根据事先对真实材料燃烧所得到的不同时刻的燃烧释放热量速率、火焰温度等信息，在计算机中按照模拟火源燃烧过程中的时间顺序对各个时刻的燃气流量和助燃气流量进行设定，然后开启燃气气源和助燃气气源阀门，之后，计算机启动程序，首先发送一初始流量信号到燃气智能控制仪表，燃气智能控制仪表控制对应的燃气质量流量计打开，输送气体到燃烧器，然后人工点燃模拟火源；
(2)流量自动控制：模拟火源点燃后，计算机开始将预先设定的燃烧过程中的燃气流量和助燃气流量信号按照时间顺序以每秒至少一次的速度发送至燃气和助燃气智能控制仪表，燃气和助燃气智能控制仪表将计算机输入的流量数值信号转换为电流或者电压信号输出到对应的燃气质量流量计和助燃气质量流量计，燃气质量流量计和助燃气质量流量计调节其内部阀门转动，使得实际输出的流量值达到目标值；
(3)实时反馈控制：在燃烧过程中，热电偶实时采集燃烧器上方处的火焰温度，通过温度采集智能仪表将温度数据传至计算机，操作人员根据该温度数据变化情况了解火焰的实际燃烧状况，或者通过该反馈的温度信号对燃气流量和助燃气流量的设定值进行调整，从而调节燃烧器的燃烧状况；
(4)燃烧结束：在预先根据时间进行设定的流量参数中，在燃烧结束时流量参数设定为0，在燃烧过程结束时燃气质量流量计和助燃气质量流量计的流量均为0，其内部阀门关闭，从而结束整个模拟燃烧的过程。
所述步骤(1)中，初始流量信号为持续时间为10-30s、流量恒定为0.5-1.5L/min的信号。
所述步骤(3)中，温度采集智能仪表将温度数据传至计算机后，计算机判断该温度数据是否处于设定的温度范围，如果该温度数据高于设定的温度范围，那么计算机减少原设定的燃气和助燃气流量，反之则增加，其中燃气和助燃气流量按照0.05-0.2L/min进行变化，直至反馈得到的温度数据处于设定的温度范围为止。
所述燃气质量流量计和助燃气质量流量计输入和输出的控制信号为4～20mA的电流信号或0～5V的电压信号。
所述燃烧器的燃烧热释放速率可调范围为0～50kW。
一种实现上述方法的模拟火源的流量控制装置，包括计算机、燃气智能控制仪表、助燃气智能控制仪表、温度采集智能仪表、热电偶、燃烧器、燃气气源、燃气质量流量计、助燃气气源、助燃气质量流量计，所述燃气气源与燃气质量流量计的入口相连，燃气质量流量计的出口通过快速接头与燃烧器连接，所述助燃气气源与助燃气质量流量计的入口相连，助燃气质量流量计的出口通过快速接头与燃烧器连接；燃气质量流量计、燃气智能控制仪表、计算机依次连接，助燃气质量流量计、助燃气智能控制仪表、计算机依次通过导线连接；热电偶、温度采集智能仪表、计算机依次连接。
所述燃气智能控制仪表、助燃气智能控制仪表、温度采集智能仪表可与计算机通过串口或USB接口直接进行通讯。
所述燃气气源的种类可为甲烷、乙炔、丙烷、丁烷、液化石油气、天然气。
所述助燃气气源的种类可为压缩空气、氧气、瓶装空气，也可根据情况不使用助燃气。
所述燃烧器可为喷灯型燃烧器、方形燃烧器、针焰燃烧器、线性燃烧器、T型燃烧器。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明采用质量流量计，结合计算机对燃烧器的流量进行控制，能够远程、实时、准确地控制不同时刻流体达到不同流量。
2、本发明采用质量流量计，由于质量流量计内采用高精度电子传感器，从而保证了质量流量计流量调节的高精确度；另外质量流量计采用内置高灵敏度电动阀门，从而可实现电动控制阀门的变换，并且可以方便地进行远程控制操作；质量流量计利用流体经过时的热量变化来测量流体的流量，从而极大地减少了管路流动状态对流量控制的影响。
3、本发明中质量流量计和燃烧器之间通过快速接头相连，这样可以根据情况方便地选择各种类型或规格的燃烧器。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是本发明中可用燃烧器的结构示意图；
图3是本发明中不使用助燃气的系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，一种模拟火源的流量控制装置，包括计算机1、燃气智能控制仪表2、助燃气智能控制仪表3、温度采集智能仪表4、热电偶5、燃烧器6、燃气气源10、燃气质量流量计9、助燃气气源11、助燃气质量流量计8，所述燃气气源10与燃气质量流量计9的入口相连，燃气质量流量计9的出口通过快速接头7与燃烧器6连接，所述助燃气气源11与助燃气质量流量计8的入口相连，助燃气质量流量计8的出口通过快速接头7与燃烧器6连接；燃气质量流量计9、燃气智能控制仪表2、计算机1依次连接，助燃气质量流量计8、助燃气智能控制仪表3、计算机1依次通过导线连接；热电偶5、温度采集智能仪表4、计算机1依次连接。
所述燃气智能控制仪表2、助燃气智能控制仪表3、温度采集智能仪表4与计算机1通过串口直接进行通讯。
所述燃气气源10的种类为乙炔。
所述助燃气气源11的种类为压缩空气。
所述燃烧器6为喷灯型燃烧器。
由上述装置实现的模拟火源的流量控制方法，具体包括以下步骤：
(1)系统初始化：将模拟火源置于所需位置，然后连接好系统中各器件，根据事先对真实材料燃烧所得到的不同时刻的燃烧释放热量速率、火焰温度等信息，在计算机中按照模拟火源燃烧过程中的时间顺序对各个时刻的燃气流量和助燃气流量进行设定，然后开启燃气气源和助燃气气源阀门，之后，计算机启动程序，首先发送一初始流量信号到燃气智能控制仪表，燃气智能控制仪表控制对应的燃气质量流量计打开，输送气体到燃烧器，然后人工点燃模拟火源；
(2)流量自动控制：模拟火源点燃后，计算机开始将预先设定的燃烧过程中的燃气流量和助燃气流量信号按照时间顺序以每秒至少一次的速度发送至燃气和助燃气智能控制仪表，燃气和助燃气智能控制仪表将计算机输入的流量数值信号转换为电流或者电压信号输出到对应的燃气质量流量计和助燃气质量流量计，燃气质量流量计和助燃气质量流量计调节其内部阀门转动，使得实际输出的流量值达到目标值；
(3)实时反馈控制：在燃烧过程中，热电偶实时采集燃烧器上方处的火焰温度，通过温度采集智能仪表将温度数据传至计算机，操作人员根据该温度数据变化情况了解火焰的实际燃烧状况，或者通过该反馈的温度信号对燃气流量和助燃气流量的设定值进行调整，从而调节燃烧器的燃烧状况；
(4)燃烧结束：在预先根据时间进行设定的流量参数中，在燃烧结束时流量参数设定为0，在燃烧过程结束时燃气质量流量计和助燃气质量流量计的流量均为0，其内部阀门关闭，从而结束整个模拟燃烧的过程。
所述步骤(1)中，初始流量信号为持续时间为20s、流量恒定为0.65L/min的信号。
在本实施例中，可以将该装置用于模拟某种垂直布置的电线，当其下端某电子元件由于发热而点燃后，能否被引燃并向上蔓延的试验。在实施时，燃气采用丙烷，助燃气就直接采用空气。结合研究数据，对实际燃烧的状况进行模拟，计算机在模拟火源燃烧过程中对燃气流量进行设定的顺序是：0-20s内，丙烷流量恒定为0.65L/min，空气流量恒定为0；21-120s内，丙烷流量保持不变，空气流量以0.1L/min的速度逐渐增加，至总流量为10L/min；121s-180s内，丙烷流量恒定为0.65L/min，空气流量恒定在10L/min，180s之后丙烷流量和空气流量都设置为0，燃烧器火焰自动熄灭。在该过程中第一阶段，0-20s内，将喷灯型燃烧器在小流量状况下点燃，第二阶段21-120s内，调节燃气和空气的流量逐渐增加至目标流量，121s开始对样品点火将燃烧器移至样品下端，保持流量不变并持续至180s，之后点火完毕，燃烧器自动关闭，移开燃烧器，观察燃烧的状态，即可判断该电线是否符合相关燃烧性能要求。
所述燃气质量流量计9和助燃气质量流量计8输入和输出的控制信号为4～20mA的电流信号。
所述燃烧器6的燃烧热释放速率可调范围为0～50kW。
实施例2
本实施例除下述特征外其他结构同实施例1：如图3所示，将实施例1装置中的助燃气质量流量计8、助燃气智能控制仪表3、助燃气气源11去除，在模拟火源燃烧时不使用助燃气。
所述燃气智能控制仪表2、助燃气智能控制仪表3、温度采集智能仪表4与计算机1通过USB接口直接进行通讯。
所述燃气气源10的种类为甲烷。
所述燃烧器为针焰燃烧器，结构如图2中的15所示。
实施例3
本实施例除下述特征外其他结构同实施例1：所述燃气质量流量计9和助燃气质量流量计8输入和输出的控制信号为0～5V的电压信号。
所述燃气气源10的种类为丙烷。
所述助燃气气源11的种类为氧气。
所述燃烧器为线性燃烧器，结构如图2中的13所示。
在模拟火源的流量控制方法所述步骤(3)中，温度采集智能仪表将温度数据传至计算机后，计算机判断该温度数据是否处于设定的温度范围，如果该温度数据高于设定的温度范围，那么计算机减少原设定的燃气和助燃气流量，反之则增加，其中燃气和助燃气流量按照0.05-0.2L/min进行减少，直至反馈得到的温度数据处于设定的温度范围为止。
实施例4
本实施例除下述特征外其他结构同实施例1：所述燃气气源10的种类为丁烷。
所述助燃气气源11的种类瓶装空气。
所述燃烧器为T型燃烧器，结构如图2中的14所示。
实施例5
本实施例除下述特征外其他结构同实施例1：所述燃气气源10的种类为液化石油气。
所述燃烧器为方形燃烧器，结构如图2中的12所示。
实施例6
本实施例除下述特征外其他结构同实施例1：所述燃气气源10的种类为天然气。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种模拟火源的流量控制方法，其特征在于具体包括以下步骤：
(1)系统初始化：将模拟火源置于所需位置，然后连接好系统中各器件，根据事先对真实材料燃烧所得到的不同时刻的燃烧释放热量速率、火焰温度信息，在计算机中按照模拟火源燃烧过程中的时间顺序对各个时刻的燃气流量和助燃气流量进行设定，然后开启燃气气源和助燃气气源阀门，之后，计算机启动程序，首先发送一初始流量信号到燃气智能控制仪表，燃气智能控制仪表控制对应的燃气质量流量计打开，输送气体到燃烧器，然后人工点燃模拟火源；
(2)流量自动控制：模拟火源点燃后，计算机开始将预先设定的燃烧过程中的燃气流量和助燃气流量信号按照时间顺序以每秒至少一次的速度发送至燃气和助燃气智能控制仪表，燃气和助燃气智能控制仪表将计算机输入的流量数值信号转换为电流或者电压信号输出到对应的燃气质量流量计和助燃气质量流量计，燃气质量流量计和助燃气质量流量计调节其内部阀门转动，使得实际输出的流量值达到目标值；
(3)实时反馈控制：在燃烧过程中，热电偶实时采集燃烧器上方处的火焰温度，通过温度采集智能仪表将温度数据传至计算机，操作人员根据该温度数据变化情况了解火焰的实际燃烧状况，或者通过该反馈的温度信号对燃气流量和助燃气流量的设定值进行调整，从而调节燃烧器的燃烧状况；
(4)燃烧结束：在预先根据时间进行设定的流量参数中，在燃烧结束时流量参数设定为0，在燃烧过程结束时燃气质量流量计和助燃气质量流量计的流量均为0，其内部阀门关闭，从而结束整个模拟燃烧的过程。
2.根据权利要求1所述的模拟火源的流量控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，初始流量信号为持续时间为10-30s、流量恒定为0.5-1.5L/min的信号。
3.根据权利要求1所述的模拟火源的流量控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，温度采集智能仪表将温度数据传至计算机后，计算机判断该温度数据是否处于设定的温度范围，如果该温度数据高于设定的温度范围，那么计算机减少原设定的燃气和助燃气流量，反之则增加，其中燃气和助燃气流量按照0.05-0.2L/min进行变化，直至反馈得到的温度数据处于设定的温度范围为止。
4.根据权利要求1所述的模拟火源的流量控制方法，其特征在于，所述燃气质量流量计和助燃气质量流量计输入和输出的控制信号为4～20mA的电流信号或0～5V的电压信号。
5.根据权利要求1所述的模拟火源的流量控制方法，其特征在于，所述燃烧器的燃烧热释放速率可调范围为0～50kW。
6.一种模拟火源的流量控制装置，其特征在于，包括计算机、燃气智能控制仪表、助燃气智能控制仪表、温度采集智能仪表、热电偶、燃烧器、燃气气源、燃气质量流量计、助燃气气源、助燃气质量流量计，所述燃气气源与燃气质量流量计的入口相连，燃气质量流量计的出口通过快速接头与燃烧器连接，所述助燃气气源与助燃气质量流量计的入口相连，助燃气质量流量计的出口通过快速接头与燃烧器连接；燃气质量流量计、燃气智能控制仪表、计算机依次连接，助燃气质量流量计、助燃气智能控制仪表、计算机依次通过导线连接；热电偶、温度采集智能仪表、计算机依次连接。
7.根据权利要求6所述的模拟火源的流量控制装置，其特征在于，所述燃气智能控制仪表、助燃气智能控制仪表、温度采集智能仪表与计算机通过串口或USB接口直接进行通讯。
8.根据权利要求6所述的模拟火源的流量控制装置，其特征在于，所述燃气气源的种类为甲烷、乙炔、丙烷、丁烷、液化石油气、天然气。
9.根据权利要求6所述的模拟火源的流量控制装置，其特征在于，所述助燃气气源的种类为压缩空气、氧气、瓶装空气。
10.根据权利要求6所述的模拟火源的流量控制装置，其特征在于，所述燃烧器为喷灯型燃烧器、方形燃烧器、针焰燃烧器、线性燃烧器、T型燃烧器。
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