اختراع کالری‌متر مخروطی

روش‌های آزمون متعددی برای ارزیابی عملکرد مواد در برابر آتش وجود دارد، مانند آزمون منبع شعله کوچک (ISO 11925-2)، آزمون شاخص اکسیژن (LOI) (ISO 4589-2، ASTM D2863)، آزمون اشتعال‌پذیری افقی و عمودی (UL 94)، آزمون چگالی دود NBS (ISO 5659-2، ASTM E662). اینها عمدتاً روش‌های آزمون در مقیاس کوچک هستند که یک ویژگی خاص از یک ماده را آزمایش می‌کنند، فقط عملکرد یک ماده را تحت شرایط آزمون خاص ارزیابی می‌کنند و نمی‌توانند به عنوان مبنایی برای ارزیابی رفتار یک ماده در یک آتش واقعی استفاده شوند.

از زمان اختراع آن در سال 1982، کالری‌متر مخروطی به عنوان یک ابزار آزمون برای ارزیابی جامع عملکرد مواد در برابر آتش شناخته شده است.

این دستگاه در مقایسه با روش‌های سنتی، مزیت جامع، ساده و دقیقی دارد. این دستگاه نه تنها می‌تواند میزان آزاد شدن گرما را اندازه‌گیری کند، بلکه چگالی دود، کاهش جرم، رفتار اشتعال‌پذیری و سایر پارامترها را نیز در یک آزمایش اندازه‌گیری می‌کند.

علاوه بر این، نتایج به دست آمده از آزمون کالری‌متر مخروطی با آزمون‌های احتراق در مقیاس بزرگ همبستگی خوبی دارد و بنابراین به طور گسترده برای ارزیابی عملکرد اشتعال‌پذیری مواد و ارزیابی توسعه آتش استفاده می‌شود.

انطباق با استاندارد

کالری‌متر مخروطی یکی از مهم‌ترین ابزارهای آزمون آتش برای مطالعه خواص احتراق مواد است و توسط بسیاری از کشورها، مناطق و سازمان‌های استاندارد بین‌المللی در زمینه‌های مصالح ساختمانی، پلیمرها، مواد کامپوزیت، محصولات چوبی و کابل‌ها استفاده شده است.

• ISO 5660-1

• ASTM E1354

• BS 476 Part 15

• ULC-S135-04  

اصل کالری‌متر مخروطی

آزاد شدن گرما

اصل آزاد شدن گرما بر این اساس است که گرمای خالص احتراق متناسب با مقدار اکسیژن مورد نیاز برای احتراق است، تقریباً 13.1 مگاژول گرما در هر کیلوگرم اکسیژن مصرف شده آزاد می‌شود. نمونه‌ها در آزمایش تحت شرایط هوای محیط سوزانده می‌شوند در حالی که در معرض تابش خارجی در محدوده 0 تا 100 کیلووات بر متر مربع قرار می‌گیرند و غلظت اکسیژن و نرخ جریان گاز خروجی اندازه‌گیری می‌شود.

آزاد شدن دود

اصل اندازه‌گیری دود بر این اساس است که شدت نوری که از طریق حجم محصولات احتراق منتقل می‌شود، تابعی است که به طور نمایی با فاصله کاهش می‌یابد. تیرگی دود به عنوان کسری از شدت نور لیزر که از طریق دود در مجرای خروجی منتقل می‌شود، اندازه‌گیری می‌شود. این کسر برای محاسبه ضریب خاموشی بر اساس قانون بوگر استفاده می‌شود. نمونه‌ها در آزمایش تحت شرایط هوای محیط سوزانده می‌شوند در حالی که در معرض تابش خارجی در محدوده 0 تا 100 کیلووات بر متر مربع قرار می‌گیرند و تیرگی دود و نرخ جریان گاز خروجی اندازه‌گیری می‌شود.

کاهش جرم

نمونه‌ها در آزمایش در بالای دستگاه توزین سوزانده می‌شوند در حالی که در معرض تابش خارجی در محدوده 0 تا 100 کیلووات بر متر مربع قرار می‌گیرند و نرخ کاهش جرم اندازه‌گیری می‌شود.

گزارش‌ها

داده‌های آزمون را می‌توان برای میزان آزاد شدن گرما در واحد سطح در معرض یا در واحد کیلوگرم ماده از دست رفته در طول آزمایش، کل آزاد شدن گرما، میزان تولید دود در واحد سطح در معرض یا در واحد کیلوگرم ماده از دست رفته در طول آزمایش، کل تولید دود، نرخ کاهش جرم و کل کاهش جرم محاسبه کرد.

• زمان تا شعله‌ور شدن و خاموش شدن پایدار، TTI، بر حسب ثانیه

• میزان آزاد شدن گرما، HRR، بر حسب مگاژول بر کیلوگرم، کیلووات بر متر مربع

• متوسط میزان آزاد شدن گرما در 180 و 300 ثانیه اول، بر حسب کیلووات بر متر مربع

• حداکثر میزان متوسط انتشار گرما، MARHE، بر حسب کیلووات بر متر مربع.ثانیه

• کل آزاد شدن گرما، THR، بر حسب مگاژول

• کاهش جرم، بر حسب گرم بر متر مربع.ثانیه

• میزان تولید دود، SPR، بر حسب متر مربع بر متر مربع

• تولید دود، TSP، بر حسب متر مربع

دستگاه کالری‌متر مخروطی

• گرم‌کننده الکتریکی تابشی مخروطی شکل، که خروجی تابشی 100 کیلووات بر متر مربع تولید می‌کند.

• دستگاه کنترل تابش و دبی‌سنج گرما.

• سلول بار عایق حرارتی خوب.

• سیستم گاز خروجی با سنسور اندازه‌گیری جریان هوا.

• سیستم نمونه‌برداری گاز احتراق با دستگاه فیلتر.

• آنالایزر گاز، شامل آنالایزر غلظت O2، CO و CO2.

• سیستم اندازه‌گیری تیرگی دود.

• سیستم خودکالیبراسیون.

• سیستم جمع‌آوری داده‌ها.

• نرم‌افزار عملیاتی.

کاربرد

ارزیابی خواص احتراق مواد

خطرات احتراق مواد را با توجه به داده‌های آزمون کالری‌متر مخروطی (به عنوان مثال HRR، Peak HRR، TTI، SPR و غیره) ارزیابی کنید و مواد مناسب برای استفاده در کاربردهای مختلف را شناسایی کنید.

مطالعه مکانیسم بازدارنده شعله

با استفاده از آزمایش‌های مکرر و مقایسه داده‌های آزمون، می‌توان ترکیب مواد را بهینه کرد تا موادی با خواص بازدارندگی شعله بهتر به دست آید.

مطالعه مدل آتش

با تجزیه و تحلیل میزان آزاد شدن گرما، میزان آزاد شدن دود از مواد در حال سوختن، تجزیه و تحلیل روند یا اتصال به یک مدل آزمون در مقیاس متوسط (ISO 9705)، انواع مختلف مدل‌های آتش را ایجاد کنید.

خلاصه

کالری‌متر مخروطی روشی را برای ارزیابی میزان آزاد شدن گرما و میزان تولید دود دینامیکی نمونه‌ها در معرض سطوح تابش کنترل‌شده مشخص شده با یک مشتعل‌کننده خارجی ارائه می‌دهد. این یک ابزار حیاتی در آزمایش و تحقیق آتش است که تکرارپذیرتر، قابل تکثیرتر و آسان‌تر برای انجام است.