CN106918533A - 一种低压下烟雾粒子消光散射特性的测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低压下烟雾粒子消光散射特性的测量装置，包括三个部分，容器抽空段、烟雾观察分析段、试验燃烧段；其中：所述容器抽空段设有气体抽空口、放气口、压力测量口、两个观察窗以及CO和CO2浓度测量预留接口；所述烟雾观察分析段上端设有连接光学烟密度计的视窗接口，下端设有12路光路测量接口；所述试验燃烧段设有4个观察窗，温度传感器、CO和CO2浓度传感器，氧气浓度测量接口，氧气、氮气流量控制器以及氮氧混合器，内部设有酒精点火器、电加热盘以及氮氧混合气喷管。本发明能够实现低气压下两种点火方式，多种燃烧场景下的火灾烟雾分析，可以调节低压下的氧气浓度利于模拟多种氧含量条件下的低压情况，具有很高的实验研究价值。

Description

一种低压下烟雾粒子消光散射特性的测量装置
技术领域
本发明涉及烟雾消光与散射特性测量的技术领域，特别是一种用于低气压下烟雾颗粒消光散射特性的测量装置。
背景技术
火灾过程一般伴随着烟雾、热量以及光。而在火灾早期阶段，由于温度较低，物质多处于阴燃阶段，会产生大量的烟雾，光电感烟探测器能够探测火灾初期的烟雾，具有响应速度快，能及早发现火情有利于火灾早期补救的特点。同时，对低气压下的烟雾粒子消光散射特性的研究也至关重要，一方面，随着航空航天技术的持续发展，针对飞机的火灾探测技术也处于快速发展的过程，每年由于探测器误报对飞行造成的损失尤为严重；另一方面，对于高海拔特殊的低压低氧环境来说，物质燃烧产生的烟雾粒子的特性和常压下是有所不同的，因此需要对低压低氧的条件下的烟雾粒子消光散射特性进行深入的研究。
本发明用于ISO/DIS 7240-15《Point-type multisensor(light and heat)firedetectors》标准的七种测试火在低压下的烟雾测量实验，并通过调节气压以及氧氮混合比，实现低压特定氧浓度条件下的烟雾粒子消光散射特性实验，为低压环境中的火灾烟雾探测研究提供实验数据。
发明内容
为使火灾烟雾探测器更好地适应低压下的工作情况，需要对低压下的烟雾粒子消光散射特性进行进一步的研究，因此本发明的目的是实现低压下特定氧气浓度条件下的烟雾粒子消光散射特性测量，为研制低压环境中使用的火灾烟雾探测器提供理论依据。
本发明采用的技术方案如下：一种低压下烟雾粒子消光散射特性的测量装置，包括容器抽空段、烟雾观察分析段、试验燃烧段；其中：
所述的容器抽空段包括一个抽空口，控制和维持罐体内的试验压力，一个压力测量口，测量罐体内压力，一个放气口，用于容器在低气压下放气，两个φ100石英玻璃观察窗口，便于观察抽空段腔体内部，两个预留接口，以备用来接CO和CO2浓度传感器；
所述的烟雾观察分析段包括上端的烟雾消光率测量段以及下端的多路散射测量段；
所述的试验燃烧段包括四个观察窗用于对腔体内的点火情况进行观察，可以实现ISO/DIS 7240-15《Point-type multisensor(light and heat)fire detectors》标准的七种测试火，容器燃烧段上装有CO和CO2浓度传感器，用于检测试验时，CO和CO2的浓度，容器燃烧段上装有O2浓度分析仪，用于检测试验时氧气的浓度，容器上的温度传感器用于测量容器内部的气体温度，通过氮氧混合来调节装置内低压下的氧气浓度，通过燃烧段腔体底面一个快捷开关门结构，便于试验前操作准备及试验后垃圾清扫处理。
进一步地，抽空口接单级无油旋片泵，通过氮气、氧气加注与调节泵的抽速相结合，调节罐体内的试验压力，其中，在燃烧段进行氧气加注；另外，温度传感器为热电偶。
进一步地，所述的测量罐体内压力的方法，压力测量口接真空薄膜规，以测量压力。
进一步地，所述的容器在低气压下放气的方法，放气口接真空放气阀，用于容器在低压下放气。
进一步地，所述的烟密度测量的方法，烟雾观察分析段上端通过接口与光学烟密度计安装接合，以测量烟雾的消光率。
进一步地，所述的测量多路散射的方法，烟雾观察分析段下端设有12路光路探头通用接口，以测量烟雾粒子的多路散射特性。
进一步地，所述的调节低压下氧气浓度的方法，氮气、氧气分别由流量控制器进口注入，氮气和氧气充分混合，混合气体在腔体内扩散均匀；
电加热盘、酒精电点火器设有导轨，可以左右移动。当使用电加热盘做实验时，可以将其移动到中间位置
进一步地，所述的腔体内实现七种燃烧场景的方法，使用两种点火方式，电加热器和酒精电点火器，以点着七种测试火的燃料。
进一步地，所述的氮气氧气充分混合的方法，氧气、氮气混合器中间使用细丝网结构，使氮氧充分混合
进一步地，所述的氮氧在腔体内扩散均匀的方法，氮氧混合气体通过一个环形管道上加工数个小孔而成环形混合气体喷嘴结构，使注入的气体混合均匀。
本发明的原理在于：
一种低压下烟雾粒子消光以及散射特性的测量装置，包括容器抽空段、烟雾观察分析段、试验燃烧段；其中：
根据本发明，容器抽空段用于连接空气压缩机对罐体内进行抽气，以实现低压状态。容器抽空段包括一个抽空口，控制和维持罐体内的试验压力，一个压力测量口，测量罐体内压力，一个放气口，用于容器在低气压下放气，两个φ100石英玻璃观察窗口，便于观察抽空段腔体内部，两个预留接口，以备用来接CO和CO2浓度传感器。
根据本发明，烟雾观察分析段用于与光学烟密度计以及光学发射器和接收器配合以实现烟雾粒子的消光散射特性的研究。烟雾观察分析段包括上端的烟雾消光率测量段以及下端的多路散射测量段。
根据本发明，试验燃烧段有着，用作燃烧物质的容器，对燃烧物质进行点火，调节低压下的氧气浓度的作用。所述的试验燃烧段包括四个观察窗用于对腔体内的点火情况进行观察，可以实现七种测试火。
根据本发明的另一方面，上述对燃烧物质的点火，有两种点火方式，为电加热盘以及酒精电点火器，设有导轨，可以左右移动。
根据本发明的另一方面，上述对氧气浓度调节为氮氧混合气体通过一个环形管道上加工数个小孔而成环形混合气体喷嘴结构，从而使注入的气体混合均匀。
本发明还通过在燃烧段腔体底面一个快捷开关门结构，便于试验前操作准备及试验后垃圾清扫处理。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的装置体积小，压力调节与反馈迅速，通过对试验时设备内的压力进行调节，可实现在动态低压下的火灾烟雾粒子消光散射特性的在线测量；
(2)本发明通过对装置输入特定流量比例的氧气和氮气，可以实现低压下的氧气浓度的调节；
(3)本发明具有两种点火方式，能够实现对多种燃料的试验点火；
(4)本发明能够与烟密度计、激光发射接收探头以及气体传感器配合，具有分析烟气的消光、散射以及气体浓度等多种性质的功能。
附图说明
图1为实验装置整体示意图；
图2为多路散射测量段安装示意图，其中，图2(a)为多路散射测量段安装斜视示意图，图2(b)为多路散射测量段安装俯视示意图；
图3为烟密度测量段安装示意图，其中，图3(a)为烟密度测量段斜视示意图，图3(b)为烟密度测量段安装俯视示意图；
图4为燃烧试验段内部示意图；
其中，1为试验燃烧段装配体，2为烟雾密度计托盘，3为光学烟密度计装配体，4为12路探头安装部分，5为观察仓装配体，6为地脚总成装配体，7为氮氧混合器，8为激光光源发射探头，9为光敏二极管，10为烟密度计，11为氧氮盘管，12为电热炉，13为酒精炉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明的低气压试验装置主要包括容器抽空段、烟雾观察分析段、试验燃烧段三个部分。工作压力范围为10kPa～103kPa，分为上中下三部分，每个部分可单独拆卸。上部为抽空段，中部为烟雾观察段，下部为物体燃烧段，总容积约为200L。在罐体上部配有抽空接口、真空测量接口及放气阀门接口；罐体中部为烟雾观察段，四周布有多路光路探头预留接口，光路探头是用来观察由下而上流过的烟雾；罐体下部为物质燃烧段，四周布有四个观察窗，便于观察物质燃烧情况，燃烧段下部装有自动点火燃烧电热盘，用于物质自动点火燃烧。同时，燃烧段下封头为快捷开关真空门结构，便于燃烧灰烬的清扫及电加热盘的的维护与更换。燃烧段设有O2浓度探头、O2补气接口、N2补气接口。
图1中5是上部的抽空段，抽空段接单级无油旋片泵，通过氮气、氧气加注(在燃烧段)与调节泵的抽速相结合方式，控制和维持罐体内的试验压力；并通过上部的放气接口，与真空放气阀连接，用于容器在低气压下放气使用；同时还有两个的石英玻璃观察窗口，便于观察抽空段腔体内部情况以及预留的两个接口，以备用连接CO和CO2浓度传感器。
中部的烟雾观察分析段如图1中的2所示，用于安装光学烟密度计以及激光发射接收探头，烟密度计，如图3所示，安装在支撑板上，对烟雾的消光率进行测量；激光发射接收探头则安装在烟密度计的下部，如图2所示。
下部的试验燃烧段，如图1中的7所示，则用于试验燃料的燃烧以及与氧氮接口连接对氧气浓度的调节，四个石英玻璃观察分别用于观察电加热盘及酒精电点火器，由于电加热器和酒精电点火器在不同的高度上，其中两个用于观察下方的电加热盘，另外两个用于观察上方的酒精电点火器。容器燃烧段上装有CO和CO2浓度传感器，用于检测试验时，CO和CO2的浓度。CO浓度传感器量程为0-1000ppm；CO2浓度传感器量程为0-6000ppm。容器燃烧段上装有O2浓度分析仪，用于检测试验时氧气的浓度。氧气浓度分析仪能够快速精确响应，可以在线持续分析测量。容器上的温度传感器用于测量容器内部的气体温度。氮气和氧气分别经过各自的流量控制器，经过氮、氧混合器后，由环形气体喷管喷入燃烧腔体。氮气和氧气控制器流量可控制，最大流量为200ml/min，在试验时流量由最小向大方向调节至设定要求。如试验发现最大流量不足，可在流量控制器旁并联毛细管加大流量。燃烧段腔体下封头是一个快捷开关门结构，便于试验前操作准备及试验后垃圾清扫处理。
本发明能够测量低气压下的烟雾粒子的消光散射特性。如图2所示，沿着圆周每隔30°布置一个光敏二极管，用来接收透过特定低气压力下燃烧产生的烟雾粒子的散射激光光线。如图2所示，将一个激光发射探头和6个光敏二极管安装在接口上，通过每30°的接口布置，可以实现0°的消光特性以及30°、60°、90°、120°、150°的烟雾散射特性的测量，从而实现低压下气体烟雾的多路散射特性研究。如图3所示，通过在测量段布置烟密度计，可以测量试验燃烧粒子的烟密度参数。
本发明能够调节低压燃烧试验下的氧气浓度。如图4所示，通过氧氮盘管11，连接氧氮混合器，经过氧氮盘管上的透气孔，对试验装置内的烟气浓度进行调节。
实验步骤如下：
1)装配好光学烟密度计，固定光学探头，如图2和图3所示；
2)打开装置，放置燃料于燃料盘上，如图4所示，能够通过两种点火方式，分别为电热炉12以及酒精炉13，合上开关门；
3)进行抽气以及放气，达到要求的气压并使其稳定；
4)调节氧气浓度，并使其稳定；
5)选择点火方式和设置点火参数，并点火；
6)燃料燃烧，测量数据；
7)燃料燃烧结束，停止抽气，停止氧气氮气供应，进行放气；
8)实验完毕，导出实验数据；
9)打开装置，进行清理，实验结束，或者进行下一组实验。

Claims (10)

1.一种低压下烟雾粒子消光散射特性的测量装置，其特征在于：包括容器抽空段、烟雾观察分析段、试验燃烧段；其中：
所述的容器抽空段包括一个抽空口，控制和维持罐体内的试验压力，一个压力测量口，测量罐体内压力，一个放气口，用于容器在低气压下放气，两个φ100石英玻璃观察窗口，便于观察抽空段腔体内部，两个预留接口，以备用来接CO和CO2浓度传感器；
所述的烟雾观察分析段包括上端的烟雾消光率测量段以及下端的多路散射测量段；
所述的试验燃烧段包括四个观察窗用于对腔体内的点火情况进行观察，可以实现ISO/DIS 7240-15《Point-type multisensor(light and heat)fire detectors》标准的七种测试火，容器燃烧段上装有CO和CO2浓度传感器，用于检测试验时，CO和CO2的浓度，容器燃烧段上装有O2浓度分析仪，用于检测试验时氧气的浓度，容器上的温度传感器用于测量容器内部的气体温度，通过氮氧混合来调节装置内低压下的氧气浓度，通过燃烧段腔体底面一个快捷开关门结构，便于试验前操作准备及试验后垃圾清扫处理。
2.根据权利要求1所述的一种低压下烟雾粒子消光散射特性的测量装置，其特征在于：抽空口接单级无油旋片泵，通过氮气、氧气加注与调节泵的抽速相结合，调节罐体内的试验压力，其中，在燃烧段进行氧气加注；另外，温度传感器为热电偶。
3.根据权利要求1所述的一种低压下烟雾粒子消光散射特性的测量装置，其特征在于：所述的测量罐体内压力的方法，压力测量口接真空薄膜规，以测量压力。
4.根据权利要求1所述的一种低压下烟雾粒子消光散射特性的测量装置，其特征在于：所述的容器在低气压下放气的方法，放气口接真空放气阀，用于容器在低压下放气。
5.根据权利要求1所述的一种低压下烟雾粒子消光散射特性的测量装置，其特征在于：所述的烟密度测量的方法，烟雾观察分析段上端通过接口与光学烟密度计安装接合，以测量烟雾的消光率。
6.根据权利要求1所述的一种低压下烟雾粒子消光散射特性的测量装置，其特征在于：所述的测量多路散射的方法，烟雾观察分析段下端设有12路光路探头通用接口，以测量烟雾粒子的多路散射特性。
7.根据权利要求1所述的一种低压下烟雾粒子消光散射特性的测量装置，其特征在于：所述的调节低压下氧气浓度的方法，氮气、氧气分别由流量控制器进口注入，氮气和氧气充分混合，混合气体在腔体内扩散均匀；
电加热盘、酒精电点火器设有导轨，可以左右移动。当使用电加热盘做实验时，可以将其移动到中间位置。
8.根据权利要求1所述的一种低压下烟雾粒子消光散射特性的测量装置，其特征在于：所述的腔体内实现七种燃烧场景的方法，使用两种点火方式，电加热器和酒精电点火器，以点着七种测试火的燃料。
9.根据权利要求7所述的一种低压下烟雾粒子消光散射特性的测量装置，其特征在于：所述的氮气氧气充分混合的方法，氧气、氮气混合器中间使用细丝网结构，使氮氧充分混合。
10.根据权利要求7所述的一种低压下烟雾粒子消光散射特性的测量装置，其特征在于：所述的氮氧在腔体内扩散均匀的方法，氮氧混合气体通过一个环形管道上加工数个小孔而成环形混合气体喷嘴结构，使注入的气体混合均匀。
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