RU157151U1 - Переносной комплекс диагностики огнезащитных покрытий - Google Patents

Abstract

1. Переносной комплекс (ПК) диагностики огнезащитных покрытий (ОЗП), состоящий из корпуса с ноутбуком, с подключенными к нему измерителем иммитанса и двухканальной осциллографической приставки, на входы которых соответствующими кабелями подключается блок термоэлектроакустического (ТЭА) зондирования, прижимаемый к ОЗП проверяемого объекта (конструкция, материал, кабель) тремя металлическими зондами, в которых установлены соответствующие датчики (тепловые, электрические и акустические), по сигналам с которых измеритель иммитанса, двухканальная осциллографическая приставка измеряют и передают в ноутбук тепловые, электрические и акустические параметры, по которым программное обеспечение (ПО) ноутбука идентифицирует свойства и стадии эксплуатационной устойчивости ОЗП.2. ПК по п. 1, отличающийся тем, что блок ТЭА зондирования содержит три металлических зонда, установленных на фторопластовой пластине по одной прямой линии на фиксированных расстояниях, на каждом из которых установлен акустический датчик, при этом крайние датчики подключаются на отдельные входы осциллографической приставки через предусилители, регистрируя акустическую эмиссию, а центральный - на выход ее эталонного генератора через управляемый электронный ключ, работая как излучатель эталонных импульсов.3. ПК по п. 1, отличающийся тем, что на каждом из трех зондов установлено по одному термометру сопротивления, крайние из которых подключаются на вход измерителя иммитанса через управляемый коммутатор, измеряя температуру, а центральный - на шины питания USB через управляемый электронный ключ, работая как эталонный нагреватель.4. ПК по п. 1. отли�

Description

Область техники.

Заявляемая полезная модель относится к области пожарной безопасности материалов, конструкций, помещений, зданий и сооружений, где применяются огнезащитные покрытия (ОЗП).

Заявляемый переносной комплекс (ПК) диагностики огнезащитных покрытий предназначен для контроля эксплуатационной устойчивости объектов (конструкций, кабелей, материалов), обработанных ОЗП.

Предшествующий уровень техники.

Существующие методы и средств испытаний огнезащитных покрытий (ОЗП) не унифицированы (НПБ 236-97 ОЗП для стальных конструкций; НПБ 251-98 ОЗП для древесины; ППБ 238-97 ОЗП для кабелей и т.д.), а также не дают необходимых параметров, для объективной оценки изменений пожарной опасности защищаемых материалов и изделий, т.к. характеризуют не изменение устойчивости защищаемых материалов от опасных факторов пожара (термостойкость, прочность и т.д.), а процессы изменения самого ОЗП (вспучивание и т.д.). [1-3].

В качестве прототипа метода, ПК использует метод баро-электро-термо-акустометрии [4-6], в котором для определения времени пожарной устойчивости защищаемых материалов, используются не размеры вспучивания ОЗП (хотя при испытаниях самих ОЗП это определяется), а изменение основных параметров самого защищаемого материала:

механических - модуля Юнга (E), коэффициента Пуассона (v) и коэффициентам расширения (α) и сжатия (β),

тепловых - температуре поверхности (T), теплопроводности защищаемого образца (λ), его теплоемкости (C_P) и температуропроводности (a),

электрических - проводимости (G), диэлектрической проницаемости (ε), комплексного сопротивления (Z) и магнитной проницаемости (µ),

акустических - интенсивности потока (количества в единицу времени) актов акустической эмиссии (АЭ) dN_a/dt, их общего количества N_a, амплитуды А и спектрального состава излучения U (f), а также скорости звука (C) и акустико-эмиссионного термодинамического параметра повреждаемости (η).

ОЗП также испытываются указанным методом, в результате чего создаются их «термоэлектроакустические образы», который хранятся в базе данных ПК, и используются в дальнейшем для идентификации их эксплуатационной устойчивости.

Раскрытие полезной модели.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью, является реализация и модификация способа термоэлектроакустической диагностики ОЗП на объекте (на конструкции, на кабеле, на материале) с помощью ПК, который, обрабатывая получаемые термоэлектроакустические параметры ОЗП, вычисляет с их помощью его текущие физические параметры, по которым идентифицирует стадии эксплуатационной устойчивости ОЗП, сравнивая с его «термоэлектроакустическим образом».

Сущность полезной модели состоит в том, что ПК диагностики ОЗП, состоящий из корпуса с ноутбуком, с подключенными к нему измерителем иммитанса и двухканальной осциллографической приставки, на входы которых, соответствующими кабелями подключается блок термоэлектроакустического (ТЭА) зондирования, прижимаемый к ОЗП проверяемого объекта (конструкция, материал, кабель) тремя металлическими зондами, в которых установлены соответствующие датчики (тепловые, электрические и акустические), по сигналам с которых, измеритель иммитанса, двухканальная осциллографическая приставка измеряют и передают в ноутбук тепловые, электрические и акустические параметры, по которым программное обеспечение (ПО) ноутбука идентифицирует свойства и стадии эксплуатационной устойчивости ОЗП, отличающийся тем, что блок ТЭА зондирования содержит три металлических зонда, установленных на фторопластовой пластине по одной прямой линии на фиксированных расстояниях, на каждом из которых установлен акустический датчик, при этом крайние датчики подключаются на отдельные входы осциллографической приставки через предусилители, регистрируя акустическую эмиссию, а центральный - на выход ее эталонного генератора через управляемый электронный ключ, работая, как излучатель эталонных импульсов, отличающийся тем, что на каждом из трех зондов установлено по одному термометру сопротивлению, крайние из которых, подключаются на вход измерителя иммитанса через управляемый коммутатор, измеряя температуру, а центральный - на шины питания USB через управляемый электронный ключ, работая как эталонный нагреватель, отличающийся тем. что каждый из трех зондов представляет заостренный металлический щуп-волновод, подключаемый на вход измерителя иммитанса через управляемый коммутатор, дня измерения электрических параметров ОЗП между зондами, отличающийся тем, что осциллографическая приставка подключается и питается от разъема USB ноутбука, а измеритель иммитанса питается от встроенного в него аккумулятора и подключается к другому разъему USB, отличающийся тем, что ПО ноутбука, помимо операционной системы (ОС) и пакетов программных модулей (ППМ) измерителя иммитанса и двухканальной осциллографической приставки, включает в себя специальное программное обеспечение (СПО), которое синхронизирует работу всех указанных составных частей ПК и, обрабатывая получаемые данные, вычисляет следующие текущие физические параметры ОЗП:

механические - модуль Юнга (Е), коэффициента Пуассона (v) и коэффициенты расширения (α) и сжатия (β),

тепловые - температуре поверхности (T), теплопроводности защищаемого образца (λ), его теплоемкости (C_P) и температуропроводности (а),

электрические - проводимость (G), диэлектрическую проницаемость (ε), комплексное сопротивление (Z) и магнитную проницаемость (µ),

акустические - интенсивность потока (количества в единицу времени) актов акустической эмиссии (АЭ) dN_a/dt, их общего количества N_a, амплитуды А и спектральный состав излучения U (f), а также скорость звука (C) и акустико-эмиссионного термодинамический параметр повреждаемости (η).

По изменению указанных параметров идентифицируются стадии эксплуатационной устойчивости ОЗП и определяется эффективность защиты..

Ноутбук может представлять собой любой двухпроцессорный компьютер с ОЗУ не менее 4 Гбайт и операционной системой Windows 7, программное обеспечение (ПО) которого, помимо пакетов программных модулей (ППМ) измерителя иммитанса и двухканальной осциллографической приставки, включает в себя специальное программное обеспечение (СПО), которое синхронизирует работу всех указанных составных частей ПК и, обрабатывая получаемые термоэлектроакустические данные, вычисляет текущие физические параметры ОЗП, по которым идентифицирует стадии его эксплуатационной устойчивости и определяет эффективность защиты.

В качестве измерителя иммитанса использован E7-25 с автономным питанием, а осциллографическая приставка должна быть двухканальной (например, Актаком) с функцией анализатора спектра и питанием от USB - разъема ноутбука.

Предусилители акустических датчиков блока ТЭА-зондирования должны обеспечивать усиление сигналов акустической эмиссии до уровня, необходимого для работы осциллографической приставки.

В качестве тепловых датчиков блока ТЭА-зондирования можно использовать любые аттестованные термометры-сопротивления, т.к. диагностическая температура сопротивления-нагревателя в центральном зонде не превышает 100°C.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 показана блок-схема ПК с блоком ТЭА зондирования. На фиг. 2 показан общий вид ПК с вариантом исполнения, фиг. 3 - чертеж платы ТЭА зондов.

Осуществление полезной модели.

ПК (фиг. 2) содержит корпус (1), ноутбук (2), измеритель иммитанса (3), двухканальную осциллографическую приставку (4) и блок ТЭА зондирования (5).

Блок ТЭА зондирования входит в переносной комплекс, состоит и; двух предусилителей (6), коммутатора (7), платы ГЭА-зондов (8) и многожильного соединительного кабеля (9).

Плата ТЭА-зондов (фиг. 3) Плата ТЭА-зондов входит в переносной комплекс, на которой установлен эталонный зонд (10), центральный измерительный зонд (11) и крайний измерительный зонд (12). При этом эталонный зонд содержит акустический датчик, излучающий ультразвуковой импульс, и тепловой датчик, нагревающий металлический стержень зонда до температуры 100°С. Центральный и крайний измерительные зонды одинаковы и представляют собой заостренные металлические стержни, выполняющие функции электрощупов-волноводов, на которых установлены датчики акустической эмиссии, которые подключены к предусилителям, и термометры сопротивления, которые, для измерения температуры, подключены через коммутатор на вход измерителя иммитанса, куда также через коммутатор подключены и металлические стержни, выполняющие функцию электрощупов при измерении электрических параметров ОЗП между зондами.

Описание работы.

ПК приводится в действие включением ноутбука и измерителя иммитанса (фиг. 1) с выбором из «меню» процедуры «калибровка», при которой блок ТЭА-зондов «шунтирован» дюралюминиевой стенкой корпуса, и, при калиброванном нагреве эталонного (центрального) зонда, происходит измерение сопротивлений, температур и сигналов АЭ дюралюминия (материала «шунта») соответствующими датчиками, установленными на крайних щупах-волноводах, а также периодического (программно задаваемое оператором) измерения скорости звука в материале «шунта» при генерации эталонного импульса.

При известной плотности стенки корпуса из алюминиевого сплава (ρ), теплоемкости (Ср) и модуля объемной упругости (K=1/β), а также калиброванных расстояний между зондами (ℓц и ℓк), проверяются следующие параметры:

механические - модуль Юнга (Е=ρС²), модуль сдвига (G=3E/(9-E/K) и коэффициент Пуассона (v=E/2G-1);

тепловые - температура поверхности (Тц и Тк), коэффициенты теплопроводности защищаемого образца (λ), и температуропроводности (а=λ/(ρ·Cp);

электрические - проводимость (G), комплексное сопротивления (Z), тангенс угла потерь (tgσ) и магнитная проницаемость (µ=Z²(1-i tgσ));

акустических - интенсивности потока (количества в единицу времени) актов акустической эмиссии (АЭ) dN_a/dt, их общего количества N_a, амплитуды А и спектрального состава излучения U (f), а также скорости звука (С).

В ходе калибровки осуществляется настройка всех измерительных каналов на параметры «шунта» из алюминиевого сплава, путем вычисления соответствующих погрешностей электрических (Δэ), температурных (Δт) и акустических (Δа) измерительных каналов и их корректировка.

После этого блоки ТЭА-зондирования вынимается из корпуса ПК и прижимается к проверяемому объекту с ОЗП (конструкции, кабелю, материалу) и запускается режим «диагностика ОЗП».

Для идентификации состояния ОЗП, т.е. стадии его эксплуатационного старения, в базе данных ПК должен быть «образ ОЗП», который представляет собой его вектор-функцию жизненного цикла в интервале температур от минус 55°C до плюс 65°C, по которым определяется стадия устойчивости и вычисляется время обновления ОЗП [4-6].

Таким образом, из вышеизложенного следует, что в ПК заявляемый технический результат определения «стадии его эксплуатационного старения», достигается за счет того, что инспектор государственного пожарного надзора (или добровольный пожарный) периодически проверяет состояние объектов с ОЗП (конструкций, кабелей, материалов), путем прижима блока ТЭА-диагностики к ним, вследствие чего определяются следующие параметры ОЗП:

механические - модуль Юнга (E), коэффициент Пуассона (v) и коэффициенты расширения (α) и сжатия (β),

тепловые - теплопроводность (λ), теплоемкость (C_P) и температуропроводность (а),

электрические - проводимость (G), диэлектрическая проницаемость (ε), комплексное сопротивление (Z) и магнитная проницаемость (µ),

акустические - интенсивность потока (количества в единицу времени) актов акустической эмиссии (АЭ) dN_a/dt, их общее количество N_a, амплитуду А и спектральный состав излучения U (f), а также скорость звука (С) и акустико- эмиссионный термодинамический параметр повреждаемости (η).

Значения указанных параметров сравниваются с «ТЭА-образом ОЗН», находящимся в базе данных ПК, который получен на баро-термо-злектро-акустическом анализаторе при их сертификации. В результате такого сравнения определяется стадия эксплуатационной устойчивости ОЗП и время его очередного обновления.

Применимость.

Заявляемый ПК реализован с применением промышленно выпускаемых устройств и материалов и может быть собран на любом приборостроительном предприятии.

ИС ТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Нормы пожарной безопасности НПБ 236-97 "Огнезащитные составы для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности" - приказ ГУГПС МВД РФ от 29 апреля 1997 г. N 25.

2. Нормы пожарной безопасности НПБ 238-97 "Огнезащитные кабельные покрытия. Общие технические требования и методы испытаний" - приказ ГУГПС МВД РФ от 30 июня 1997 г. N 42 (с изменениями от 2 октября 2001 г. ).

3. Нормы пожарной безопасности НПБ 251-98 "Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на ее основе. Общие требования. Методы испытаний" - приказ ГУГПС МВД РФ от 31 марта 1998 г. N 30.

4. Белозеров В.В., Босый С.И., Кальченко И.Е., Нестеров А.А., Прус Ю.В. О термоэлектроакустическом методе определения характеристик пожароопасносги твердых и жидких веществ и материалов // Технологии техносферной безопасности: Интернет-журнал. - Вып. 6 (34). - 2010 - 5 с. - http://ipb.mos.ru/ttb.

5. Белозеров В.В., Босый С.И., Буйло С.И., Прус Ю.В., Удовиченко Ю.И. Диагностика опасности материалов методом баротермоэлектрометрии, сопряженной с акустической эмиссией - Фундаментальные исследования - 2008. - №2, с. 116-120.

6. Велозеров В.В., Босый С.И. Диагностика прочности, долговечности и безопасности конструкционных материалов с помощью нового параметра термобаростойкости - Современные наукоемкие технологии - 2008. - №2, с. 116-118.

Claims (6)

1. Переносной комплекс (ПК) диагностики огнезащитных покрытий (ОЗП), состоящий из корпуса с ноутбуком, с подключенными к нему измерителем иммитанса и двухканальной осциллографической приставки, на входы которых соответствующими кабелями подключается блок термоэлектроакустического (ТЭА) зондирования, прижимаемый к ОЗП проверяемого объекта (конструкция, материал, кабель) тремя металлическими зондами, в которых установлены соответствующие датчики (тепловые, электрические и акустические), по сигналам с которых измеритель иммитанса, двухканальная осциллографическая приставка измеряют и передают в ноутбук тепловые, электрические и акустические параметры, по которым программное обеспечение (ПО) ноутбука идентифицирует свойства и стадии эксплуатационной устойчивости ОЗП.

2. ПК по п. 1, отличающийся тем, что блок ТЭА зондирования содержит три металлических зонда, установленных на фторопластовой пластине по одной прямой линии на фиксированных расстояниях, на каждом из которых установлен акустический датчик, при этом крайние датчики подключаются на отдельные входы осциллографической приставки через предусилители, регистрируя акустическую эмиссию, а центральный - на выход ее эталонного генератора через управляемый электронный ключ, работая как излучатель эталонных импульсов.

3. ПК по п. 1, отличающийся тем, что на каждом из трех зондов установлено по одному термометру сопротивления, крайние из которых подключаются на вход измерителя иммитанса через управляемый коммутатор, измеряя температуру, а центральный - на шины питания USB через управляемый электронный ключ, работая как эталонный нагреватель.

4. ПК по п. 1. отличающийся тем, что каждый из трех зондов представляет заостренный металлический щуп-волновод, подключаемый на вход измерителя иммитанса через управляемый коммутатор, для измерения электрических параметров ОЗП между зондами.

5. ПК по п. 1, отличающийся тем, что осциллографическая приставка подключается и питается от разъема USB ноутбука, а измеритель иммитанса питается от встроенного в него аккумулятора и подключается к другому разъему USB.

6. ПК по пп. 1-4, отличающийся тем, что ПО ноутбука помимо операционной системы (ОС) и пакетов программных модулей (ППМ) измерителя иммитанса и двухканальной осциллографической приставки включает в себя специальное программное обеспечение (СПО), которое синхронизирует работу всех указанных составных частей ПК и, обрабатывая получаемые данные, вычисляет следующие текущие физические параметры ОЗП:

механические - модуль Юнга (Е), коэффициента Пуассона (ν) и коэффициенты расширения (α) и сжатия (β),

тепловые - температуре поверхности (Т), теплопроводности защищаемого образца (λ), его теплоемкости (C_P) и температуропроводности (a),

электрические - проводимость (G), диэлектрическую проницаемость (ε), комплексное сопротивление (Z) и магнитную проницаемость (µ),

акустические - интенсивность потока (количества в единицу времени) актов акустической эмиссии (АЭ) dN_a/dt, их общего количества N_a, амплитуды А и спектральный состав излучения U(f), а также скорость звука (С) и акустико-эмиссионного термодинамический параметр повреждаемости (η),

по изменению которых идентифицируются стадии эксплуатационной устойчивости ОЗП и определяется эффективность защиты.

Images