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一、研發(fā)背景
在實(shí)際火災(zāi)事故中服裝燃燒給人帶來的傷害遠(yuǎn)大于明火直接給人體造成的傷害，因此在火災(zāi)救援、有火危險的作業(yè)中穿著阻燃防護(hù)服對保護(hù)勞動者至關(guān)重要。阻燃面料使服裝面料的燃燒速度大大減慢，在火源移開后馬上自行熄滅，而且燃燒部分迅速碳化而不產(chǎn)生熔融、滴落或穿洞，給人們時間撤離燃燒現(xiàn)場或脫掉燃燒的衣服，減少或避免燒傷、燙傷，達(dá)到保護(hù)的目的，而極限氧指數(shù)是阻燃面料阻燃性能的重要評價依據(jù)。目前市場上氧指數(shù)測定儀產(chǎn)品主要有手動調(diào)節(jié)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)型氧指數(shù)測定儀、手動調(diào)節(jié)數(shù)顯型氧指數(shù)測定儀和自動調(diào)節(jié)氧指數(shù)儀。其中前兩種手動調(diào)節(jié)型氧指數(shù)測定儀存在一些共同缺點(diǎn)。由于人工調(diào)節(jié)都會存在視覺誤差，同時由于流量值變化之間的分辨率只有0.02L/min ，更會加大測試中氧濃度的誤差，導(dǎo)致測試結(jié)果不準(zhǔn)確。其次人工調(diào)整速度慢必然導(dǎo)致對氧氣和氮?dú)獾睦速M(fèi)，氧指數(shù)測試過程通常需要15塊試樣，如此整個試驗(yàn)過程會非常漫長，極大地影響試驗(yàn)工作的效率。而自動調(diào)節(jié)氧指數(shù)儀雖然實(shí)現(xiàn)了自動控制氧氣和氮?dú)獾牧髁浚泊嬖谝恍﹩栴}，其使用的
流量控制單元中，控制、執(zhí)行和反饋部分采用了分離結(jié)構(gòu)；信號控制和信號檢測部分采用了單片機(jī)集成電路結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)決定了這種自動氧指數(shù)儀不可避免地出現(xiàn)流量調(diào)整精度低、流量調(diào)節(jié)速度較慢、調(diào)節(jié)氧濃度成功率低、通訊不穩(wěn)定等問題。
小編根據(jù)GB/T5454-1997《紡織品燃燒性能試驗(yàn)氧指數(shù)法》和FZ/T50017-2011《滌綸纖維阻燃性能試驗(yàn)方法氧指數(shù)法》，通過集成創(chuàng)新應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，采用PLC 程序控制，通過上位機(jī)操作軟件設(shè)計(jì)開發(fā)了極限氧指數(shù)全自動測試儀器，不但適用于阻燃紡織品和阻燃滌綸纖維，還適用于沒有固定形狀的樣品，經(jīng)在國內(nèi)檢測機(jī)構(gòu)使用，性能指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。
二、試驗(yàn)原理
將試樣夾在試樣夾上垂直于燃燒筒內(nèi)，在向上流動的氧氮?dú)饬髦校c(diǎn)燃試樣上端，觀察其燃燒特性，并與規(guī)定的極限值比較其續(xù)燃時間或損毀長度。通過在不同氧濃度中的一系列試樣試驗(yàn)，可以測得維持燃燒時氧氣的最低氧濃度值，受試試樣中要有40%~60% 超過規(guī)定的續(xù)燃和陰燃時間或損毀長度。
三、設(shè)計(jì)思路
根據(jù)市場現(xiàn)有產(chǎn)品存在的問題，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)要求，重新規(guī)劃設(shè)計(jì)思路，通過自動調(diào)節(jié)氧氣和氮?dú)獾膲毫α髁浚_(dá)到要求的混合氣體氧濃度，同時配合自動點(diǎn)燃裝置，均勻點(diǎn)燃布樣上邊緣，利用操作軟件實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程自動化。通訊將上位機(jī)的流量設(shè)定值發(fā)送給流量控制器和執(zhí)行器，用模擬量信號完成對氧氣、氮?dú)饬髁康脑O(shè)定，同時將執(zhí)行器的信號反饋給上位機(jī)進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)算，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。自動點(diǎn)燃裝置應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，點(diǎn)燃過程平穩(wěn)準(zhǔn)確。這種調(diào)節(jié)方法完全超越了手動調(diào)節(jié)的方式，彌補(bǔ)了手動調(diào)節(jié)氧指數(shù)測定儀的不足，實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)準(zhǔn)確度高、測試結(jié)果數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定性高、調(diào)節(jié)過程快速，節(jié)省氧氣和氮?dú)庀?，縮短了整體試驗(yàn)的過程，大大提升了試驗(yàn)工作效率。
四、系統(tǒng)構(gòu)成
全自動極限氧指數(shù)測定儀由氧氣、氮?dú)庹{(diào)節(jié)系統(tǒng)、試樣上端點(diǎn)火自動控制系統(tǒng)、PC 端操作軟件及運(yùn)算系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)組成。
1. 氧氣、氮?dú)庹{(diào)節(jié)系統(tǒng)
采用氣體質(zhì)量流量控制器配合PLC 邏輯控制器，實(shí)現(xiàn)氧氣流量、氮?dú)饬髁康娜詣涌刂?，流量調(diào)整精度高、速度快、穩(wěn)定性好。氣體質(zhì)量流量控制器集成了流量控制、執(zhí)行和反饋單元，真正的模塊化結(jié)構(gòu)，組態(tài)靈活、功能強(qiáng)大、調(diào)節(jié)精度高、速度快。PLC 邏輯控制器具有數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，通過對氣體質(zhì)量流量控制器模擬量信號的控制，具有較高的精度，工作穩(wěn)定性也有很高的提升，同時還具備RS485 通訊端口，可以直接與PC 端操作軟件實(shí)現(xiàn)通訊。質(zhì)量流量控制器的調(diào)節(jié)電壓為0V～ +5V ，對應(yīng)量程0L/min ～ 12 /min ，PLC 控制器的模擬量輸出-10 V ～ +10 V ，對應(yīng)控制值-2000 ～+ 2000。根據(jù)GB/T5454-1997 中附錄B 氧濃度與氧氣、氮?dú)饬髁康年P(guān)系，查表可知氧濃度對應(yīng)的氧氣、氮?dú)饬髁恐担ㄟ^計(jì)算流量對應(yīng)的電壓值，電壓值對應(yīng)的控制值，即可實(shí)現(xiàn)對氧濃度的調(diào)節(jié)。例如：所需氧濃度為30.0% ，經(jīng)查表對應(yīng)氧氣流量為3.42 L/min ，氮?dú)饬髁繛?.98 L/min ，操作軟件利用通訊將氧氣控制值285 和氮?dú)饪刂浦?65 發(fā)送至PLC ，PLC 控制質(zhì)量流量控制器實(shí)現(xiàn)對氧濃度的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)換算機(jī)制：所需氧濃度為30.0% ，氧氣調(diào)節(jié)流量3.42L/min，調(diào)節(jié)電壓1.425 V ，控制值285 ；氮?dú)庹{(diào)節(jié)流量7.98 L/min ，調(diào)節(jié)電壓3.325 V ，控制值665 。
2、試樣上端點(diǎn)火自動控制系統(tǒng)
實(shí)現(xiàn)試樣上端點(diǎn)火自動控制，針對標(biāo)準(zhǔn)要求的點(diǎn)火時間，做到精準(zhǔn)控制，避免人工點(diǎn)火造成的誤差，配合上下運(yùn)動裝置和左右運(yùn)動裝置實(shí)現(xiàn)試樣上邊沿均勻點(diǎn)燃。在保證點(diǎn)火時間的同時，點(diǎn)火器部分能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)，以便測量火焰長度，點(diǎn)火上下運(yùn)動過程平穩(wěn)，該控制系統(tǒng)如圖1 所示。