FTT 锥形量热计

FTT 锥型量热计
（ISO 5660 ASTM 1354）

用途最广的小型燃烧测试仪
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FTT 锥型量热计

“锥型量热计”得名于Dr. Vytenis Babrauskas 在他的实验中使用的切去顶端的锥型加热器的形状，在他和NIST（美国国家标准技术研究所）实验室的同事研发的小型氧气消耗量热计中，这种加热器被用来对试样进行辐射加热，其辐射热量能达到100kw/m。现在投入市场的FTT锥型量热计制造得非常小巧，而且易于维护，可以放进最小的实验室里。FTT界面友好的菜单式操作软件能够引导用户贯通校验，测试以及通信协议等所有环节，操作非常简单，整套仪器符合所有的现有标准的要求（包括ISO 5660，ASTM E1354，ASTM E1740，ASTM E1474，ASTM F 1550，ASTM D 5485，ASTM D6113，NFPA 264， CAN ULC 135和BS476 15）

一套完整的系统包括：
1．锥形加热器——形状是一个切去了顶部的锥形，额定功率为5000W，额定电压为230W，输出热量为100kw/m， 水平或垂直使用均可，并且还可以使用三脚K型热电偶和一个三端（PID）温控器进行温度控制。
2．一个活动的隔离装置——用于在测试开始前保护试样放置区，这样可以确保在测试开始之前初始测定质量保持稳定，并给操作人员额外的时间进行系统检查，这段额外的时间对于易燃试样非常重要，如果不使用隔离装置，这些试样常常会过早地燃烧起来。
3．试样装载器——可以装下100mm*100mm，0-50mm厚的试样，水平或垂直使用均可。
4．耐热天平——质量是由一块压力测量负载板来测量的，其精度为0.1g，最大测量值为2kg。配上电子皮重工具和防止移动损失的机械停机系统，能够确保得到稳定的测量结果，并延长仪器的使用寿命。
5．电子点火系统——配备了一个安全分离装置的10kv的点火花发生器，点火器由一根与活动隔离装置连接在一起的杠杆来自动定位。
6．排烟系统——因不锈钢材料制造以得到更长久的使用寿命。包含顶盖，气体抽样环型探针，排气风扇（带可调流液开关，调节范围为0-50g/s，精度为0.1g/s），孔板流量计（热电偶和差动压力传感器），标准排量约为24l/s。
7．烟气取样系统——包含微粒过滤器，冷却网，泵，干燥筒和流量开关。
8．氧气浓度控制系统——常磁性氧气浓度解析器，分析范围为0——25%，性能符合标准要求。
9．烟雾密度检测器器——使用一套激光系统进行测量。系统由光电二极管，一套0.5mw的氦氖激光发生器。主图形检波器和辅助图形检波器组成。并提供用于校准的对位调整支架和0.3 0.8中心密度的过滤器。
10．热辐射计——用于设置试样表面辐射的热量的等级。
11．标定燃烧器——用纯度为99.5%的甲烷来标定系统测量到的热释放速率。
12．数据采集/交换模块——其特点是具有三个卡槽和6.5数位（22字节）的内置DMM（数字式多功能测量仪）最多可测量120个单精度或48个双精度数据。用一根波特率为115kband的RS232数据线连接到PCI GPIB标准接口后，扫描速度可达到250频/秒。定时自动采集数据并存入一个可以存储50000个读数的非随机存储器中，即使断电，数据也不会消失。
12．视窗式操作软件——基于菜单条和下拉式菜单的操作软件界面非常友好，并有多种截面语言可供选择，包括英语，法语，德语，西班牙语和日语等。

用户可选设备：
● 二氧化碳和一氧化碳分析器——（用于分析一氧化碳和二氧化碳体积分数）NDIR气体解吸器
● HCL——受热的电源线和气体解析器。
● 应用于受控气体的附加装置——用来测试易燃试样在氧气含量偏低的空气中燃烧特性的附加装置，或用于研究气压对试样燃烧特性影响的装置，以及用于研究其他受力学控制的气体环境对试样燃烧特性的影响的附加装置，等等。
● 防护门——用于将操作人员与由有毒有害式样产生的烟雾隔离开，或者给在自然环境中进行的测试提供通风设备，从而给式样提供一个自由的通风的测试环境。
● 锥形腐蚀性测试仪——按照ASTM D 5485标准制作，用来评估产品被氧化腐蚀的可能性

双柜锥型量热计
现代所有的热释放速率测量仪都采用氧气消耗原理。无论是在大型量热计还是小型量热计中使用的解吸方法和仪器都具有相同的特点，因此同一套仪器在两种实验中都可以使用。FTT将一套用于大型量热计（例如ISO9705，家具防火实验量热计，电缆架设装备，SBI仪器等等）的普通气体解析器。功率更大的泵和处理气体的过滤网安装在独立于锥型量热计主机柜之外的另一个机柜中，就发展出了双柜锥型量热计。这套设备可以方便地用于锥型量热计和大型量热计的实验中。
当与锥型量热计一起使用时，解析机柜可以与锥型量热计放置在一起，美观而且协调。当大型量热计需要使用这套仪器时，可以很快地将其从量热计的机架上分离，推动能够适应工厂地面的脚轮，转移到新的地方并同样方便地将之连接到大型量热计的电源和取样系统上。FTT双柜锥型量热计具有传统单一用途和锥型量热计的所有优点，符合所有国家标准和国际标准的要求（包括ISO 5660，ASTM E1354，ASTM E1740，ASTM E1474，ASTM F 1550，ASTM D 5485，ASTM D6113，NFPA 264， CAN ULC 135和BS476 15）

● ISO 5660-1---建材产品热释放速率标准（锥型量热计）
● ASTM E1354---原料和产品热释放和可见烟雾释放标准，采用氧气消耗量热计
● ASTM E1474---测定家私和床上用品或复合材料的热释放速率标准，采用一台小型氧气消耗量热计

质量损失量热计
对于主要只关注可燃性和质量损失计算，或者预算有限的情况，FTT也能提供一种质量损失量热计，它是从锥型量热计发展出来的一种完整的燃烧测试模型。在一个合适的罩子下使用这种仪器可以帮助使用者对试样燃烧释放的热量进行研究。在与锥型量热计同样精确的散热条件下，观察试样的反应，并测量质量的变化，还可以给系统加装一条带热电，对列的通气管，经甲烷燃烧器标定之后，热电对列的输出就可用于计量热释放的量，现在这已经成了ISO TC61 塑胶委员会指定出的一个新的国际ISO13927的主题。
任何时候，只要加装一些锥型量热计的部件，FTT质量损失量热计就可以被提升为具有完整或部门功能的锥型量热计。底盘，排烟管道和风扇，烟雾解析系统，质量流量测量仪和氧气消耗解析设备等都可以在随后加装。

用量热计数据建模
早期在美国和瑞典开展的工作已经证明了锥型量热计在产生建模所需的数据方面是很成功的。在EUREFIC项目利用来自锥型量热计的数据非常准确地预测了墙衬里材料在墙角实验中的表现后，欧洲委员会出资启动了几个利用小型量热器实验来预测结构已经完成的产品的实验，其表现的大型中和实验市研究项目。这些项目包括：针对家具的CBUF（家具装潢的然后扫特性）项目；针对电缆的（电缆燃烧特征）的项目和针对铁路系统全部列车的FIRESTAR项目。
现在FTT能够提供将材料或产品依照产品标准要求或高级科学研究的新动向进行测试的锥型量热计。我们也生产一系列能够对各种尺寸的产品进行测试的大型量热器。FTT的研究人员将继续与那些利用小型量热计和火焰蔓延数据与才燃烧发展速度在全球领先的研究团队合作。

FTT 量热计的灵活性
FTT 量热计都设计成了使用有些可替换模组的形式，以方便客户尽肯呢感灵活地操作或升级。多种解析器可以放在我们的系统中使用，系统的主要元件本身也都具有多种功能。最小的入门级质量损失量热计（ISO 13927）也可用开作为锥型量热计的一个增加的炉模组，扩展其依照ISO 5660-2标准测量烟雾的功能，或者以之发展成一个完善的锥型量热计。双柜锥型量热计的解析系统可以在几分钟之内被转接到一台大型的量热计上。使用FTT提供的一根插入管和双柜锥型量热计的机柜可以很快地将所有象IEC 60332-3 标准这样的管道设备转接到大型量热计上。后装的机柜可以容下所有需要气体取样管，温度探测器和质量流量探测器等。
Left:
a. IEC 60332-3 电缆测试工具
快速转换成能够测量电缆燃烧测试的热释放参数的工具
b. ISO 9705 墙角测试
广泛用于测量墙里部材料的热释放参数。
Right：
a. 家具量热计 用于测量家具燃烧实验的热释放的参数和质量损耗
b. 插入管 在力学方法实验中用于连接排气管。这个机柜里可以装置气 体取样管，温度探测器，质量流量探测器和烟气测量系统等。
c. PrEN 13823 在欧洲被广泛地用于产品结构测试的SBI测试方法

锥型量热计

锥型量热计是燃烧测试领域最重要的小型实验设备，因为它能够测量试样在各种预设条件下的真实燃烧特性。这些测试数据可以直接供研究人员使用，或者作为相关设备的输入数据，甚至直接用来建立预测燃烧发展的数学模型。其能够直接测量的属性包括：
1． 热释放速率
2． 着火时间
3． 燃点热量
4． 质量损失速率
5． 烟气释放速率
6． 燃烧的有效热量
7． 有毒气体释放速率（例如：各种碳氧化物）
热释放速率是用来评估各种材料和产品的燃烧危险的关键参数，因为它量化了火势的大小和发展速度，以及相关的有毒气体和烟雾的释放情况。以前测量这个参数难度非常大，直到21世纪80年代，美国国家标准技术研究所NIST（美国前国家标准局NBS）的Dr. Vytenis Babrauskas 和他的同事采用一种叫做氧气消耗原理的测量技术发展出了一种各种登记都适用的热释放测量方法。大的物品可以在产品量热计中测试，而材料则可以在Babrauskas的锥型量热计中进行测试。

FTT对于量热计发展做出的贡献：
在20世纪80年代，FTT的两位董事Stephen Gragson 和 Stephen Upton与Babrauskas（锥型量热计的发明者）以及其他同事一起致力于发展基于锥型量热计的测试的国际标准。他们也设计了欧洲实验装置原型Stanton Pedcroft的商用锥型量热计。在20世纪90年代早期，Stephen Gragson 和Babrauskas 在他们合著的量热法教科书《燃烧中的热释放》中收集整理了全球研究量热法研究的知识
自1989年以来，FTT在全系列量热计制造方面一直在全球居于领导地位（例如，在家具量热计和ISO9705 墙角实验设备方面）。于1993年上市的新一代商用FTT锥型量热计的价格只有当时市场上其他商用量热计价格的一半左右。从而使得热测量设备满足了多数实验室的经费预算。FTT因此得以占领了这一领域的主要市场。随后，FTT又发布了2000型新型锥型量热计和2000型双柜锥型量热计。这段时期，FTT的科学家和工程师开展了几项热量法的研究项目，为国际标准化组织，欧洲标准化组织，ASTM和英国标准化组织等机构的标准化工作做出了广泛的贡献。
FTT公司已经为30多个国家的用户提供了100多台锥型量热计。我们的量热计专家在我们的产品设计中整合了技术的新发展成果。我们的制造工程师都是全球最有经验的锥型量热计制造人员，我们的维修工程师也能确保五大洲的FTT量热计都能得到及时有效的维护。

应用
现在，大多技术领先的燃烧研究团队都把锥型量热计作为获得材料属性数据的重要工具，也把它用做建立预测已完成的产品的燃烧特征的数学模型的原始输入数据。现在已经发布了用于评估已完成的产品的燃烧性能的设备的诡计标准。一些国家的标准化机构也发布了几个使用锥型量热计来评估已完成的产品的燃烧性能的产品标准。
a． 家具标准：ASTM E 1474
b． 墙衬里材料标准：ASTM E 1740
c． 床上用品标准： ASTM D 6113
d． 铁路系统相关应用情况标准：BS 6873
e． 海上应用情况标准：IMO

测量原理
这项技术采用由观测经验得出的氧气消耗原理，即大多数材料完全燃烧所释放的热量与之消耗的氧气量成正比。多数材料完全燃烧每消耗一千克氧气大约产生13.1*10（3）kg的热量。实验过程中将材料燃烧的所有产物收集起来并经过一个排气管道，气体经过充分混合后，测试出氧气的浓度和体积的分数，这样就可以得出氧气消耗的速率，从而计算出热释放的速率，在锥型量热计中，热释放速率可以用下面的公式进行计算：

（公式）


其中：q=热释放速率
c=孔板流量计的标定常数
vp=气体经过孔板后的压力数
Te=气孔在孔板处的温度
Xo（2）=烟气中的氧气的摩尔分数