CN105843121A - 建材氧指数试验控制系统、控制方法以及试验仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种建材氧指数试验控制系统，包括控制元件、氧浓度检测单元、火焰检测单元以及处理控制单元，通过上述单元的共同控制使其具有测量数据更加准确、试验结果更为准确的优点，一种控制方法以及一种建材氧指数试验。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料性能测试技术领域，特别是涉及一种建材氧指数试验控制系统、控制方法以及试验仪。
背景技术
随着社会的不断发展与进步，各种新型建筑装修材料被广泛使用，而这些新型材料由于生产过程中使用各种易燃材料，从而增加了很多火灾安全隐患，因此通过测试材料的氧指数来判断一个材料的燃烧性能就变的非常有必要。建材氧指数测定仪用于测定在氧、氮混合气流中，刚好维持试样燃烧所需的最低氧浓度。
建材氧指数试验控制系统中的氧指数测定仪一般采用使用一只0 ～ 10 升/ 分钟的氧气转子流量计调节氧气流量，采用使用一只0 ～ 10 升/ 分钟的氮气转子流量计调节氮气流量，靠两只流量计配比调整混合气体的氧气浓度。
中国专利授权公告号 CN 202033628 U公开了一种建材氧指数试验控制系统，包括氧气瓶、氮气瓶和氧指数测定仪，氧气瓶和氮气瓶的出口分别设有减压阀，氧指数测定仪内部的氧气输送管路上和氮气输送管路上均设有稳压阀和针阀；氧气浓度传感器设置在氧指数测定仪内部的混合气体输送管路上，氧气浓度传感器的信号输出端与单片机的信号输入端连接，单片机的信号输出端与显示器的信号输入端连接。实现了在试验过程中氧气浓度的实时监测。GB/T2406-93燃烧性能试验方法，给出现有的燃烧试验方式为通过人为的计时燃烧时间以及粗鲁的调节氧浓度，十分不方便而且所需的测验时间长精度也不够准确，为此亟需发明一种新的方法来解决问题。
发明内容
本发明的目的一是提供一种建材氧指数试验控制系统，其具有试验结果更为准确且测验速度快的优点。
本发明的上述技术目的一是通过以下技术方案得以实现的: 一种建材氧指数试验控制系统，包括
控制元件，用于控制氮气、氧气输送比例；
氧浓度检测单元，设置于氧指数测定仪内部的混合气体输送管路上，用于检测氧浓度，并输出一与氧浓度正相关的氧浓度信号；
火焰检测单元，用于检测燃烧罐内试样是否燃烧，当检测到燃烧时产生的火焰时，输出计时信号，当未检测到燃烧时产生的火焰时，输出截止信号；
处理控制单元，内设一上限值，响应于计时信号开始计时，响应于截止信号或当计时长达到上限值时截止计时，从而得到一次燃烧试验的燃烧时间，将燃烧时间与其内部的预设时间进行比较；
当燃烧时间大于预设时间时，控制控制元件工作状态降低氧气输送比例至其计算值并重新进行火焰检测，直至首次出现燃烧时间低于预设时间，记录首次出现燃烧时间低于预设时间时的计算值以及最邻近一次的计算值，从而确定初始极限氧指数的区间；
当燃烧时间小于预设时间时，控制控制元件工作状态提高氧气输送比例至其计算值并重新进行火焰检测，直至首次出现燃烧时间高于预设时间时，记录首次出现燃烧时间高于预设时间时的计算值以及最邻近一次的计算值，从而确定初始极限氧指数的区间；
将初始极限氧指数区间划分成两个子区间取极限氧指数区间的中点值，若在氧浓度值在中点值的情况下燃烧时间低于预设时间时，则取前一子区间作为新的极限氧指数区间，若在氧浓度值在中点值的情况下燃烧时间高于预设时间时，则取后一子区间作为新的极限氧指数区间；
循环操作直至极限氧指数区间的两端点值之差小于等于预设值，确定该极限氧指数区间的中点值为极限氧指数。
通过采用上述技术方案，设置火焰检测单元，通过处理控制单元接收模拟信号并确定一个初始极限氧指数区间，并且通过处理控制单元将极限氧指数区间划分成两个子区间，子区间又形成新的极限氧指数区间，通过不断的重新划分，直至子区间端点值之差为小于等于预设值，通过火焰检测单元检测试样平衡燃烧的时间相比于传统检测时人为操作更为精确，通过二分法可以快速缩小氧浓度值范围，无限逼近极限氧浓度指数，这样测量数据更加准确、试验结果更为准确,调节速度更加快捷，通过在处理控制单元内设定一个上限值，当试样持续燃烧时间超过该上限值时截止计时，避免出现燃烧时间过长而导致延长试验时间，从而在保证了试验结果更为准确的同时进一步提高了试验速度。
作为优选的，所述的火焰检测单元为采用弥勒冷阴极充气二极管为传感器的火焰检测电路。
通过采用上述技术方案，具有良好的日光盲、较高的灵敏度和快速的响应等特点，可以更加精确的测量出试样的平衡燃烧时间，以提高试验结果。
作为优选的，所述的预设时间为2min至3min之间的一个值。
作为优选的，所述的处理控制单元为单片机。
通过采用上述技术方案，采用单片机作为处理控制单元可以使得控制更为简单，成本也更低。
本发明的目的二是提供一种建材氧指数试验仪，其具有测量数据更加准确、试验结果更为准确且试验速度更快的优点。
本发明的上述技术目的二是通过以下技术方案得以实现的:一种建材氧指数试验仪，包括上述的建材氧指数试验控制系统。
本发明的目的三是提供一种建材氧指数试验控制系统的控制方法，其具有测量数据更加准确、试验结果更为准确且试验速度更快的优点。
本发明的上述技术目的三是通过以下技术方案得以实现的: 一种建材氧指数试验控制系统的控制方法，包括以下步骤，
步骤1、通过氧浓度检测单元测定氧指数测定仪内的氧气浓度并输出一个与氧气浓度正相关的氧浓度信号；
步骤2、通过火焰检测单元，检测燃烧罐内试样是否燃烧，当检测到燃烧时产生的火焰时，输出计时信号，当未检测到燃烧时产生的火焰时，输出截止信号；
步骤3、通过处理控制单元，内设一大于预设时间的上限值，响应于计时信号开始计时，响应于截止信号或当计时时长达到上限值时截止计时，从而得到一次燃烧试验的燃烧时间，将燃烧时间与其内部的预设时间进行比较；
当燃烧时间大于预设时间时，控制控制元件工作状态降低氧气输送比例至其计算值并重新进行火焰检测，直至首次出现燃烧时间低于预设时间，记录首次出现燃烧时间低于预设时间时的计算值以及最邻近一次的计算值，从而确定初始极限氧指数的区间；
当燃烧时间小于预设时间时，控制控制元件工作状态提高氧气输送比例至其计算值并重新进行火焰检测，直至首次出现燃烧时间高于预设时间时，记录首次出现燃烧时间高于预设时间时的计算值以及最邻近一次的计算值，从而确定初始极限氧指数的区间；
步骤4、将初始极限氧指数区间划分成两个子区间取极限氧指数区间的中点值，若在氧浓度值在中点值的情况下燃烧时间低于预设时间时，则取前一子区间作为新的极限氧指数区间，若在氧浓度值在中点值的情况下燃烧时间高于预设时间时，则取后一子区间作为新的极限氧指数区间；
步骤5、判断“两端点值之差小于等于预设值”；
步骤6、循环步骤4、5直至极限氧指数区间的两端点值之差小于等于预设值时跳出循环，确定该极限氧指数区间的中点值为极限氧指数。
作为优选的，处理控制单元指令控制元件以一固定增量增加或以一固定减量减少氧气浓度从而到达初始极限氧指数区间。
通过采用上述技术方案，固定增量增加或固定减量减少的方式来调节氧浓度可以更加快速地确定初始氧极限氧指数区间。
作为优选的，处理控制单元指令控制元件以2的指数倍倍增或倍减得到初始极限氧指数区间。
通过采用上述技术方案，可以更加快速地确定初始氧极限氧指数区间。
作为优选的，所述的控制元件为流量电磁阀。
通过采用上述技术方案，流量电磁阀可以更精准的控制氧气浓度。
作为优选的，所述的预设值的取值范围为0.01至0.08。
本发明与现有技术相比而言在于：氧浓度检测单元、火焰检测单元处理控制单元实现对控制元件的控制，其具有测量数据更加准确、试验结果更为准确、测验速度快的优点。
附图说明
图1为实施例一的控制系统原理图；
图2为实施例二的流程图；
图3为实施例一中平衡燃烧时间与氧浓度的关系图；
图4为建材氧指数试验仪控制系统的硬件框图；
图5为火焰检测单元的电路原理图；
图6为流量电磁阀的驱动电路原理图；
图7为氧浓度检测的电路原理图。
附图标记：1、处理控制单元；2、火焰检测单元；3、氧浓度检测单元；4、燃烧罐；5、控制元件；6、氧气瓶；7、氮气瓶；8、氧指数测定仪。
具体实施方式
实施例一、参见图1所示，一种建材氧指数试验控制系统，氧浓度检测单元3，火焰检测单元2，处理控制单元1，控制元件5。
参见图4，对氧浓度检测单元3、火焰检测单元2、处理控制器1以及控制元件5对四者的逻辑关系进行说明，以阐述本实施例的原理，氧浓度检测单元3设置在氧指数测定仪8内的混合管路上，用于检测氧浓度并输出一个与氧浓度呈正相关的氧浓度信号至处理控制单元1中即AT89C51型单片机的P1.1接入口，火焰检测单元，用于检测燃烧罐内试样是否燃烧，当检测到燃烧时产生的火焰时，输出计时信号至AT89C51型单片机的P1.2接入口，当未检测到燃烧时产生的火焰时，输出截止信号至AT89C51型单片机的P1.2接入口，从而得到一次燃烧试验的燃烧时间，将得到的时间与单片机内部设定预设时间比较，若燃烧时间大于预设时间，那么单片机就会控制控制元件5即流量电磁阀的工作状态，降低氧浓度，直至首次出现燃烧时间低于预设时间，记录首次出现燃烧时间低于预设时间时的计算值以及最邻近一次的计算值，从而确定初始极限氧指数的区间；相反若第一次在燃烧试验时燃烧时间是小于预设时间，那么单片机就控制流量电磁阀工作状态，提高氧浓度，重新进行燃烧试验直至首次出现燃烧时间高于预设时间时，记录首次出现燃烧时间高于预设时间时的计算值以及最邻近一次的计算值，从而确定初始极限氧指数的区间。
该实施例中氧浓度比例的具体调节方式，如图4所示，在氮气瓶7的管路上也设置控制元件5即流量电磁阀，在氧气瓶6的管路上的控制元件5，在共同作用下控制氧气浓度。
参见图2，将初始极限氧指数区间划分成两个子区间取极限氧指数区间的中点值，若在氧浓度值在中点值的情况下燃烧时间低于预设时间时，则取前一子区间作为新的极限氧指数区间，若在氧浓度值在中点值的情况下燃烧时间高于预设时间时，则取后一子区间作为新的极限氧指数区间；循环操作直至极限氧指数区间的两端点值之差小于等于预设值，确定该极限氧指数区间的中点值为极限氧指数。
参见图2至图7举例说明：结合图2和图3 ，初始极限氧指数区间为[a，b]，单片机控制控制元件5使得当氧浓度值在（a+b）/2的情况下进行燃烧测试，火焰检测单元2检测试样的燃烧时间高于预设时间，则可以得出新的极限氧指数区间为[a，（a+b）/2]，单片机控制控制元件5使氧浓度值为新极限氧指数区间的中点值[a+（a+b）/2]/2下进行燃烧试验，从图3中可以看出在该浓度下火焰检测单元2检测的燃烧时间低于预设值，因此又可以确定新的极限氧指数区间，依次类推，直至极限氧指数区间的两个端点值之差小于等于预设值停止，取该极限氧指数区间的中点值为极限氧指数，从而更加精确更加快捷的测出试样的氧指数。
参见图5对火焰检测单元2做以下说明，火焰检测单元2为GD-18型紫外光电管系盖革——弥勒冷阴极充气二极管D，弥勒冷阴极充气二极管D阴极接地，阳极通过一电阻R1与电源Vcc连接，比较器lm358的反向输入端藕接于弥勒冷阴极充气二极管D与电阻R1之间，正向输入端藕接一滑动变阻器Rx，输出端藕接与单片机P1.1接口，电容C1藕接于二极管D的两端，电阻R2两端分别藕接于电源Vcc以及比较器lm358的输出端。
在该电路中，当火焰传感器没有检测到火焰时，火焰传感器不导通而使得火焰传感器的阳极上拉电阻上拉为高电平，经比较器滤波整形后输出低电平。当检测到火焰时，火焰传感器导通，比较器输出高电平。经试验验证，本电路工作性能稳定，能耗较低。可以检测火焰或者波长在760纳米～1100纳米范围内的光源，打火机测试火焰距离为80cm；对火焰越大，测试距离越远；探测角度60度左右，对火焰光谱特别灵敏；灵敏度可调（图中蓝色数字电位器调节）；比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA；配可调精密电位器调节灵敏度。
参见图6以详细说明电磁阀驱动电路，三极管Q1、Q2均为NPN型三极管，三极管Q1的基极连接至单片机的P3.4引脚，其集电极通过电阻与电源Vcc藕接，三极管Q2的基极藕接于三极管Q1与电阻之间，集电极藕接于控制元件5，三极管Q1、Q2的发射极均接地。
参见图7对氧浓度检测单元2做以下说明，氧浓度检测单元2为氧气传感器型号CYH25；其藕接于电容C2两端，电容C2一端接地，另一端通过串联的电阻R3、R4连接于运算放大器TA758P的正向输入端；运算放大器TA758P的反向输入端通过一电阻R6藕接于电容C2与地之间，输出端连接至单片机P1.2接口，该氧气传感器检测氧指数测定仪8内的氧气浓度然后经运算放大器放大之后输出一个与氧浓度正相关的信号。
实施例二、参见图2和图4所示，一种建材氧指数试验控制系统的控制方法，包括以下步骤，
步骤1、通过氧浓度检测单元3测定氧指数测定仪8内的氧气浓度并输出一个与氧气浓度正相关的氧浓度信号；
步骤2、通过火焰检测单元2，检测燃烧罐4内试样是否燃烧，当检测到燃烧时产生的火焰时，输出计时信号，当未检测到燃烧时产生的火焰时，输出截止信号；
步骤3、通过处理控制单元1，响应于计时信号开始计时，响应于截止信号截止计时，从而得到一次燃烧试验的燃烧时间，将燃烧时间与其内部的预设时间2min进行比较；
当燃烧时间大于预设时间2min时，控制控制元件5工作状态降低氧气输送比例至其计算值并重新进行火焰检测，直至首次出现燃烧时间低于预设时间2min，记录首次出现燃烧时间低于预设时间2min时的计算值以及最邻近一次的计算值，从而确定初始极限氧指数的区间；当燃烧时间小于预设时间2min时，控制控制元件5工作状态提高氧气输送比例至其计算值并重新进行火焰检测，直至首次出现燃烧时间高于预设时间2min时，记录首次出现燃烧时间高于预设时间2min时的计算值以及最邻近一次的计算值，从而确定初始极限氧指数的区间；
步骤4、将初始极限氧指数区间划分成两个子区间取极限氧指数区间的中点值，若在氧浓度值在中点值的情况下燃烧时间低于预设时间2min时，则取前一子区间作为新的极限氧指数区间，若在氧浓度值在中点值的情况下燃烧时间高于预设时间2min时，则取后一子区间作为新的极限氧指数区间；
步骤5、判断“两端点值之差小于等于预设值0.01”；
步骤6、循环步骤4、5直至极限氧指数区间的两端点值之差小于等于预设值时跳出循环，确定该极限氧指数区间的中点值为极限氧指数。
参见图4所示，该实施例中氧浓度比例的具体调节方式，在氮气瓶7的管路上也设置控制元件5即流量电磁阀，在氧气瓶6的管路上的控制元件5，在共同作用下控制氧气浓度。
该实施例中，计时信号为上升沿信号，截止信号为下降沿信号。
实施例三、一种建材氧指数试验控制系统的控制方法
实施例三与实施例二的区别在于，在确定初始极限氧指数区间时的调节方式不同，处理控制单元1指令控制元件5以一固定增量增加或以一固定减量减少氧气浓度从而到达初始极限氧指数区间。
实施例四、一种建材氧指数试验控制系统的控制方法
实施例四与实施例二的区别在于，在确定初始极限氧指数区间时的调节方式不同，处理控制单元1指令控制元件5以2的指数倍倍增或倍减得到初始极限氧指数区间。
实施例五、一种建材氧指数试验控制系统的控制方法
实施例五与实施例二的区别在于：氧浓度的调节方式不同，该实施例中可以仅仅在氧气的输送管路上设置控制元件5，实现单独调节氧气浓度。
实施例六、一种建材氧指数试验控制系统的控制方法
实施例六与实施二的区别在于：预设时间为3min，预设值为0.08。
实施例七与实施二的区别在于：预设时间为2.5min，预设值为0.06。
实施例八为一种建材氧指数试验控制系统的控制方法。
实施例八与实施例二之间的区别在于：步骤3中，得到燃烧时间的方式不同，通过处理控制单元1，响应于计时信号开始计时，当计时信号计时时长达到上限值时截止计时，从而得到一次燃烧试验的燃烧时间，将燃烧时间与其内部的预设时间2min进行比较。此实施例中上限值为4min，因此当火焰检测单元2检测到试样在燃烧会输出一个计时信号，而且当计时时长达到4min时由于试样还在继续燃烧，因此想要通过截止信号来，测得燃烧时间所需等待的时间过长，但由于上限值4min高于2min，就可以通过单片机来实现被动的停止计时，得到一个燃烧时间。这种方式既能解决检测燃烧时间的问题，而且具有试验速度更加快捷的优点。
实施例九、一种建材氧指数试验控制系统的控制方法。
实施例九与实施例二之间的区别在于：计时信号为高电频，截止信号为低电频。
实施例十、一种建材氧指数试验仪，包含了实施例一中的控制系统。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种建材氧指数试验控制系统，其特征在于：包括
控制元件（5），用于控制氮气、氧气输送比例；
氧浓度检测单元（3），设置于氧指数测定仪（8）内部的混合气体输送管路上，用于检测氧浓度，并输出一与氧浓度正相关的氧浓度信号；
火焰检测单元，用于检测燃烧罐（4）内试样是否燃烧，当检测到燃烧时产生的火焰时，输出计时信号，当未检测到燃烧时产生的火焰时，输出截止信号；
处理控制单元（1），内设一大于预设时间的上限值，响应于计时信号开始计时，响应于截止信号或当计时信号计时长达到上限值时截止计时，从而得到一次燃烧试验的燃烧时间，将燃烧时间与其内部的预设时间进行比较；
当燃烧时间大于预设时间时，控制控制元件（5）工作状态降低氧气输送比例至其计算值并重新进行火焰检测，直至首次出现燃烧时间低于预设时间，记录首次出现燃烧时间低于预设时间时的计算值以及最邻近一次的计算值，从而确定初始极限氧指数的区间；
当燃烧时间小于预设时间时，控制控制元件工作状态提高氧气输送比例至其计算值并重新进行火焰检测，直至首次出现燃烧时间高于预设时间时，记录首次出现燃烧时间高于预设时间时的计算值以及最邻近一次的计算值，从而确定初始极限氧指数的区间；
将初始极限氧指数区间划分成两个子区间取极限氧指数区间的中点值，若在氧浓度值在中点值的情况下燃烧时间低于预设时间时，则取前一子区间作为新的极限氧指数区间，若在氧浓度值在中点值的情况下燃烧时间高于预设时间时，则取后一子区间作为新的极限氧指数区间；
循环操作直至极限氧指数区间的两端点值之差小于等于预设值，确定该极限氧指数区间的中点值为极限氧指数。
2.根据权利要求1所述的建材氧指数试验控制系统，其特征在于：所述的火焰检测单元（2）为采用弥勒冷阴极充气二极管为传感器的火焰检测电路。
3.根据权利要求1所述的建材氧指数试验控制系统，其特征在于：所述的预设时间为2min至3min之间的一个值。
4.根据权利要求1所述的建材氧指数试验控制系统，其特征在于：所述的处理控制单元（1）为单片机。
5.一种建材氧指数试验仪，其特征在于：包括权利要求1至4任一一项所述的建材氧指数试验控制系统。
6.一种建材氧指数试验控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1、通过氧浓度检测单元（3）测定氧指数测定仪（8）内的氧气浓度并输出一个与氧气浓度正相关的氧浓度信号；
步骤2、通过火焰检测单元（2），检测燃烧罐（4）内试样是否燃烧，当检测到燃烧时产生的火焰时，输出计时信号，当未检测到燃烧时产生的火焰时，输出截止信号；
步骤3、通过处理控制单元（1），内设一大于预设时间的上限值，响应于计时信号开始计时，响应于截止信号或当计时时长达到上限值时截止计时，从而得到一次燃烧试验的燃烧时间，将燃烧时间与其内部的预设时间进行比较；
当燃烧时间大于预设时间时，控制控制元件（5）工作状态降低氧气输送比例至其计算值并重新进行火焰检测，直至首次出现燃烧时间低于预设时间，记录首次出现燃烧时间低于预设时间时的计算值以及最邻近一次的计算值，从而确定初始极限氧指数的区间；
当燃烧时间小于预设时间时，控制控制元件（5）工作状态提高氧气输送比例至其计算值并重新进行火焰检测，直至首次出现燃烧时间高于预设时间时，记录首次出现燃烧时间高于预设时间时的计算值以及最邻近一次的计算值，从而确定初始极限氧指数的区间；
步骤4、将初始极限氧指数区间划分成两个子区间取极限氧指数区间的中点值，若在氧浓度值在中点值的情况下燃烧时间低于预设时间时，则取前一子区间作为新的极限氧指数区间，若在氧浓度值在中点值的情况下燃烧时间高于预设时间时，则取后一子区间作为新的极限氧指数区间；
步骤5、判断“两端点值之差小于等于预设值”；
步骤6、循环步骤4、5直至极限氧指数区间的两端点值之差小于等于预设值时跳出循环，确定该极限氧指数区间的中点值为极限氧指数。
7.根据权利要求6所述的建材氧指数试验控制系统的控制方法，其特征在于：处理控制单元（1）指令控制元件（5）以一固定增量增加或以一固定减量减少氧气浓度从而到达初始极限氧指数区间。
8.根据权利要求6所述的建材氧指数试验控制系统的控制方法，其特征在于：处理控制单元（1）指令控制元件（5）以2的指数倍倍增或倍减得到初始极限氧指数区间。
9.根据权利要求6所述的建材氧指数试验控制系统的控制方法，其特征在于：所述的控制元件（5）为流量电磁阀。
10.根据权利要求6所述的建材氧指数试验控制系统的控制方法，其特征在于：所述的预设值的取值范围为0.01至0.08。
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| 刘洁 等: "阻燃聚氨酯氧指数测定影响因素分析", 《陕西煤炭》 * |
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