اختراع مقياس السعرات الحرارية المخروطي

هناك العديد من طرق الاختبار لتقييم أداء المواد في التفاعل مع الحريق، مثل اختبار مصدر اللهب الصغير (ISO 11925-2)، واختبار مؤشر الأكسجين (LOI) (ISO 4589-2، ASTM D2863)، واختبار القابلية للاشتعال الأفقي والرأسي (UL 94)، واختبار كثافة الدخان NBS (ISO 5659-2، ASTM E662). وهي في الغالب طرق اختبار صغيرة النطاق تختبر خاصية معينة للمادة، وتقيم فقط أداء المادة في ظل ظروف اختبار معينة، ولا يمكن استخدامها كأساس لتقييم سلوك المادة في حريق حقيقي.

منذ اختراعه في عام 1982، تم الاعتراف بمقياس السعرات الحرارية المخروطي كأداة اختبار للتقييم الشامل لأداء المواد في التفاعل مع الحريق.

إنه يتمتع بميزة كونه شاملاً وبسيطًا ودقيقًا مقارنة بالطرق التقليدية. يمكنه قياس ليس فقط معدل انبعاث الحرارة ولكن أيضًا كثافة الدخان وفقدان الكتلة وسلوك القابلية للاشتعال والمعلمات الأخرى في الاختبار.

بالإضافة إلى ذلك، ترتبط النتائج التي تم الحصول عليها من اختبار مقياس السعرات الحرارية المخروطي جيدًا باختبارات الاحتراق واسعة النطاق، وبالتالي يتم استخدامها على نطاق واسع لتقييم أداء القابلية للاشتعال للمواد وتقييم تطور الحريق.

الامتثال للمعايير

يعد مقياس السعرات الحرارية المخروطي أحد أهم أدوات اختبار الحريق لدراسة خصائص احتراق المواد، وقد تم استخدامه من قبل العديد من البلدان والمناطق ومنظمات المعايير الدولية في مجالات مواد البناء والبوليمرات والمواد المركبة والمنتجات الخشبية والكابلات.

• ISO 5660-1

• ASTM E1354

• BS 476 الجزء 15

• ULC-S135-04  

مبدأ عمل مقياس السعرات الحرارية المخروطي

انبعاث الحرارة

يعتمد مبدأ انبعاث الحرارة على أن صافي حرارة الاحتراق يتناسب مع كمية الأكسجين المطلوبة للاحتراق، حيث يتم إطلاق ما يقرب من 13.1 ميجا جول من الحرارة لكل كيلوغرام من الأكسجين المستهلك. يتم حرق العينات في الاختبار في ظل ظروف الهواء المحيط مع تعرضها لإشعاع خارجي في نطاق من 0 إلى 100 كيلو واط/متر مربع وقياس تركيزات الأكسجين ومعدلات تدفق غاز العادم.

انبعاث الدخان

يعتمد مبدأ قياس الدخان على أن شدة الضوء التي تنتقل عبر حجم نواتج الاحتراق هي دالة تتناقص أسياً مع المسافة. يتم قياس حجب الدخان كجزء من شدة ضوء الليزر الذي ينتقل عبر الدخان في قناة العادم. يستخدم هذا الجزء لحساب معامل الانقراض وفقًا لقانون بوغير. يتم حرق العينات في الاختبار في ظل ظروف الهواء المحيط مع تعرضها لإشعاع خارجي في نطاق من 0 إلى 100 كيلو واط/متر مربع وقياس حجب الدخان ومعدل تدفق غاز العادم.

فقدان الكتلة

يتم حرق العينات في الاختبار فوق جهاز الوزن مع تعرضها لإشعاع خارجي في نطاق من 0 إلى 100 كيلو واط/متر مربع وقياس معدل فقدان الكتلة.

التقارير

يمكن حساب بيانات الاختبار لمعدل انبعاث الحرارة لكل مساحة معرضة أو لكل كيلوغرام من المواد المفقودة أثناء الاختبار، وإجمالي انبعاث الحرارة، ومعدل إنتاج الدخان لكل مساحة معرضة أو لكل كيلوغرام من المواد المفقودة أثناء الاختبار، وإجمالي إنتاج الدخان، ومعدل فقدان الكتلة، وإجمالي فقدان الكتلة.

• الوقت حتى الاشتعال المستمر والانطفاء، TTI، بالثواني

• معدل انبعاث الحرارة، HRR، بوحدة ميجا جول/كجم، كيلو واط/متر مربع

• متوسط معدل انبعاث الحرارة في أول 180 ثانية و 300 ثانية، بوحدة كيلو واط/متر مربع

• أقصى معدل متوسط لانبعاث الحرارة، MARHE، بوحدة كيلو واط/متر مربع.ثانية

• إجمالي انبعاث الحرارة، THR، بوحدة ميجا جول

• فقدان الكتلة، بوحدة جم/متر مربع.ثانية

• معدل إنتاج الدخان، SPR، بوحدة متر مربع/متر مربع

• إنتاج الدخان، TSP، بوحدة متر مربع

جهاز مقياس السعرات الحرارية المخروطي

• سخان كهربائي مشع على شكل مخروط، ينتج إخراج إشعاعي قدره 100 كيلو واط لكل متر مربع.

• جهاز التحكم في الإشعاع ومقياس التدفق الحراري.

• خلية تحميل ذات عزل حراري جيد.

• نظام غاز العادم مع مستشعر قياس تدفق الهواء.

• نظام أخذ عينات غاز الاحتراق مع جهاز الترشيح.

• محلل الغاز، بما في ذلك محلل تركيز O2 و CO و CO2.

• نظام قياس حجب الدخان.

• نظام المعايرة الذاتية.

• نظام الحصول على البيانات.

• برنامج التشغيل.

التطبيق

تقييم خصائص احتراق المواد

تقييم مخاطر احتراق المواد وفقًا لبيانات اختبار مقياس السعرات الحرارية المخروطي (مثل HRR، Peak HRR، TTI، SPR، إلخ)، وتحديد المواد المناسبة للاستخدام في التطبيقات المختلفة.

دراسة آلية مثبطات اللهب

عن طريق الاختبارات المتكررة ومقارنة بيانات الاختبار، يمكن تحسين تركيبة المواد للحصول على مواد ذات خصائص أفضل مثبطة للهب.

دراسة نموذج الحريق

عن طريق تحليل معدل انبعاث الحرارة، ومعدل انبعاث الدخان من المواد المحترقة، وتحليل الاتجاهات، أو الاتصال بنموذج اختبار متوسط النطاق (ISO 9705)، وإنشاء أنواع مختلفة من نماذج الحرائق.

ملخص

يوفر مقياس السعرات الحرارية المخروطي طريقة لتقييم معدل انبعاث الحرارة ومعدل إنتاج الدخان الديناميكي للعينات المعرضة لمستويات إشعاع محددة ومضبوطة مع مشعل خارجي. إنها أداة حاسمة في اختبار وبحوث الحرائق والتي يمكن تكرارها بشكل أكبر، ويمكن إعادة إنتاجها بشكل أكبر، وأسهل في إجرائها.