锥形量热仪的工作原理

工作原理

1、结构

锥型量热仪主要由燃烧室、载重台、氧分析仪、烟测量系统、通风装置及有关辅助设备等六部分组成。

①燃烧室：截断锥形加热器、点火器、控制电路、挡风罩等构成了燃烧室。入射热流强度可根据不同的试验要求适当选择；样品放在燃烧平台上由点火器点燃，燃烧产物由通风系统排走。

②氧分析仪：氧分析仪是CONE的核心部分，它是一种高精度的气体分析仪（精确到10- 4），由氧分析仪可精确检验燃烧时通气管道中氧的的百分含量随时间的变化，进而由即时氧气浓度和氧耗原理测定出材料的燃烧放热情况。

③载重台：载重台是测定样品质量变化的装置，它可以准确记录样品在燃烧过程中的质量变化情况。燃烧时，样品放置于载重台的支架上。

④烟测量系统：在靠近燃烧室的通风管道中设有氦氖激光发射器、复杂的伪双电子束测量装置和热电偶等装置，以此可测定烟管道中烟的比消光面积（SEA）。

⑤通风系统：通风系统是指样品燃烧后，将燃烧产物由燃烧室排出到大气中的装置。通风装置的通风性能要根据试验要求进行调节，气体流速应限制在一定范围之内，否则将影响试验结果。

⑥辅助设备：辅助设备中含有微机处理器、入射热流强度测量仪、除去CO2及H2O （气）的相应装置等。

其它改进设备根据不同需要，也可以添加其它分析装置，如进行燃烧产物成分分析时，可增加红外光谱分析装置；若测量样品中温度分布，须进行相应的热电偶或红外摄像装置改造。

2、原理

锥型量热仪是一种基于燃烧过程中释放的热量与燃烧过程中耗氧量直接相关的火灾测试工具。所产生的热量的量直接与火灾的严重程度，如火灾增长率。

氧耗原理是指，物质完全燃烧时每消耗单位质量的氧会产生基本上相同的热量，即氧耗燃烧热（E） 基本相同。这一原理由Thornton在1918年发现，1980年Huggett应用氧耗原理对常用易燃聚合物及天然材料进行了系统计算，得到了氧耗燃烧热（E）的平均值为13. 1kJ / g ，材料间的E值偏差为5 %。所以，在实际测试中，测定出燃烧体系中氧气的变化，就可换算出材料的燃烧放热。

一个样品被放置在一个“锥”形辐射加热器。通常情况下，样品暴露于外部磁通形成的加热器的35千瓦/平方米。然而，对于更多的耐火材料的加热器经常增加到50千瓦/平方米。一旦产生足够的热解产物，点火发生。燃烧产物通过锥形加热器和通过一个仪器排出管。测量/计算的值通常是重要的包括，但不限于，点火的时间，在燃烧过程中的质量损失率，时间和燃烧过程中释放的热量的最大量的最大值，在测试过程中释放的总热量。