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一种消防服热防护性能检测系统及方法
日期：2019-03-22|作者：admin |人气：
本发明涉及一种消防服热防护性能检测仪器，上下结构，辐射热源在下，试样在上，辐射热源温度位置可调节，模拟火场热环境，将试样放置在此环境中，在辐射热的作用下，试样的温度逐渐升高，然后通过热通量传感器检测穿过试样的热通量。并根据生物医学工程中，人体在标准热通量情况下达到二度烧伤时所需的时间来判断试样的优劣。具有精确度高，重复性好，操作简单，结果显示清晰等特点。
技术领域：
本发明涉及一种检测技术，特别涉及一种消防服热防护性能检测系统及方法。 背景技术
消防服主要用来减少热量在人体皮肤上的积聚，保护皮肤不被烧伤或灼伤，因此 消防服不仅要求其阻燃性好，且要具有高的隔热性能。人体皮肤对温度非常敏感。当人体皮 肤的热流密度达到2. 68J/cm2,即皮肤温度达到45°C时，人就会有灼痛感；当热流密度增大 到5. 02J/cm2,即人体皮肤温度达72°C时，就会造成皮肤的二度烧伤。TPP检测是在2. Ocal/ cm2 ? s(84Kff/m2)标准热源环境下，检测通过试样的能量累积，终达到二度烧伤的时间来 评价消防服的热防护性能。这种方法的大优点是通过测量穿过织物的能量来评价烧伤的 程度。
消防服是消防战士火场防护装备中基本的、重要的一类防护装备，是每个进 入火场的消防战士必需配备的安全装备。这类防护装备性能的优劣，特别是热防护性能的 优劣，直接关系到消防战士的生命安全。如何检测这些消防服的热防护性能就是很紧迫的 问题。
发明内容：
本发明是针对现在缺乏对消防服性能检测仪器的问题，提出了一种消防服热防护 性能检测系统及方法，通过辐射热源模拟火场热环境，将试样放置在此环境中，在辐射热的 作用下，试样的温度逐渐升高，然后通过热通量传感器检测穿过试样的热通量。并根据生物 医学工程中，人体在标准热通量情况下达到二度烧伤时所需的时间来判断试样的优劣。
本发明的技术方案为：一种消防服热防护性能检测仪器，分为上下两个箱体，下箱 分为左中右三个箱体，左箱体是测试仪的电气控制部分，中箱体放置电炉加热装置，右箱放 置水循环装置，上箱为一个防护罩，左右和前面为有机玻璃，顶部开有一通风口，通风口内 装一个排风扇，上箱里边有一个滑动测试小车和导轨，滑动测试小车上装有耐火砖，并在左 边开有放置环境热通量传感器的小孔，在滑动小车右边开有放置试样的凹槽，凹槽内有一 个试样固定装置，在试样固定装置上开有一个放置试样热通量传感器的小孔，在导轨的左 侧装有一个行程开关，数据采集盒安放在测试仪后方，数据采集盒内有电源板，环境热通量 传感器变换器、试样热通量传感器变换器和接线端子，变换器输出信号和行程开关触发信 号通过接线端子传送到数据采集卡，数据采集卡对采集到的数据进行模数转换后，送入计 算机处理。
所述电炉加热装置包括电炉、升降机构、电炉温度传感器、温控仪，升降机构置于 电炉的下部，可调节电炉高度，电炉温度传感器采集电炉温度送入温控仪，温控仪输出控制 电炉上的电热丝。
所述电气控制部分包括电炉温度控制器、恒温水浴温控器、行程开关、继电器、环 境热通量传感器、试样热通量传感器、密封罩及排气扇、数据采集卡、计算机、液晶显示器和4打印机。
一种消防服热防护性能检测方法，包括消防服热防护性能检测仪器，具体方法步 骤如下： [0009]1)安全检查：检查电器接线是否正确，水循环系统是否正常，通风情况是否良好；
2)实验准备：样品大小应为150mm* 150mm，在20°C 士2°C和65士5%的相对湿度条 件下保持24小时，然后放置在小车右侧的位置上，用式样固定装置压好，打开电脑，启动热 防护性能测试系统；
3)实验开始：
a)工作环境温度设定：利用热源温控器上的温度设定装置进行温度设定，一般设 在850?1050°C的范围内；
b)利用水循环装置的温控器设定循环水的水温，一般设定在31°C ；
c)小车的隔热保温部分正对电炉，接通电炉电源，开始升温；
d)工作环境热通量标定：当加热源温度器上的温度显示值接近工作范围时，右移 小车，将环境热通量传感器（100kW/m2)正对电炉，观察测试系统界面上的环境热通量值，是 否满足2. Ocal/cm2 · s 士0. lcal/cm2 · s，如满足，则进入下一步；如不满足，则相应调节温控 器的设定温度，直至环境热通量值在1. 9cal/cm2 · s?2. lcal/cm2 · s范围内，并记住工作 环境热通量值满足时所对应的温度；
e)左移小车，使装置再次处于保温状态，当电炉处于通电升温状态并观察到工作 环境热通量值满足时所对应的温度时，左移小车直至触发限位开关，启动二度烧伤实时跟 踪积分曲线，此时被测材料正对电炉，同时观察实测曲线的变化情况，一旦积分曲线与理论 上的人体二度烧伤曲线相交时，右移小车，使装置处于保温状态，并记录测试结果；
f)更换被测材料，重复e)步骤；
g)同一材料进行三次测量，并求取三次测得的TPP值的平均值，TPP值的求取：TPP =F*T，式中TPP ：热防护能力(cal/cm2)，F ：环境热通量(cal/cm2 · s)，T ：导致二度烧伤的 时间（s)，得到的导致二度度烧伤的时间精确到0. ls，测量结果如平均值> 28cal/cm2，则可 以判定该材料合格；如平均值< 28cal/cm2，则可以判定该材料不合格；
h)测试结束：关掉电源开关。
本发明的有益效果在于：本发明消防服热防护性能检测系统及方法，具有精确度 高，重复性好，操作简单，结果显示清晰等特点。
根据中华人民共和国公共安全行业标准GA10-2002《消防员灭火防护服》要求，消 防布料在2. Ocal/cm2 · s标准环境下，导致皮肤二度烧伤时间应彡14S，即热防护能力TPP 值应大于28cal/cm2，布料合格，如果二度烧伤时间< 14S (TPP值小于28)为不合格。TPP试 验告诉我们：模拟人体皮肤透过各种不同的布料达到 二度烧伤所须吸收能量越多，也就是 说TPP值越高，则布料对于身体曝露于高温及高热的火焰下，保护性越高。图1所示为研究 获得的二度烧伤曲线。
在实际测量过程中，当试样热通量传感器（15kW/m2)的输出信号对时间的积分曲 线与理论上的人体二度烧伤曲线相交时，该交点即为人体二度烧伤的临界点。相应的横坐 标值即为导致二度烧伤所需的时间；相应的纵坐标值即为在一定时间内透过消防服作用在 人体皮肤单位面积上的热能量。图2为实际检测中的测试曲线。
如图3所示消防服热防护性能检测系统结构前视图，整个为钢架支撑结构1，分为 上下两个箱体，下箱分为左中右三个箱体：
1、左箱体是测试仪的电气控制部分12，主要包括电源开关，电炉温控仪和4个继 电器。（水泵，电炉，恒温水浴加热棒和排风扇）。
2、中箱体放置电炉加热装置3，主要是由一台1500W(交流220V)的电炉组成，加热 炉丝采用高温镍铬丝（耐1300°C?1400°C的高温）。电炉高度可以通过下部的升降机构 13进行调节，以改变其与试样和保温装置的距离，防止热量的散失，提高升温的速度。电炉 温度可以通过电炉温度传感器和温控仪调节控制，以满足热源为2. Ocal/cm2 · s标准强度， 其作用是保证测量环境维持在一个相对平衡位置（温度）附近。
3、右箱放置水循环装置2，由磁力循环水泵，水箱，恒温水浴加热棒，水浴温度传感 器，水浴温度控制器组成。磁力循环泵，其作用主要是对15kW/m2的材料热通量传感器6进 行水循环冷却，保证其测量精度。水浴温度设定在31°C (模拟消防员皮肤温度）。
上箱为一个防护罩，左右和前面为有机玻璃，顶部开有一通风口 7，并加装一个排 风扇8。其作用是排出实验过程中试样燃烧产生的有毒气体，减少对实验操作人员的伤害和 对环境的污染。里边有一个滑动测试小车4和导轨。滑动测试小车4上装有耐火砖10，并 在左边开有放置环境热通量传感器9的小孔。在滑动小车4右边开有放置试样的凹槽，并 增加一个试样固定装置5，在试样固定装置5上开有一个放置试样热通量传感器6的小孔。 在导轨的左侧装有一个行程开关11。如图5所示滑动测试小车4的结构图，包括滑动小车 滚轮15、试样固定装置提手16、滑动小车手柄17，方便操作。
数据采集处理及显示部分包括以下内容：数据采集盒14安放在测试仪后方，如图 4所示，数据采集盒内主要包括电源板，环境热通量传感器变换器、试样热通量传感器变换 器和接线端子。变换器输出信号和行程开关触发信号通过接线端子传送到数据采集卡。
数据处理及显示部分包括数据采集卡，计算机，显示器 和相应的数据处理软件。试样热通量传感器6和环境热通量传感器9数据经过前置放大器 后到数据采集卡，数据采集卡可以对采集到的数据进行模数转换后送入计算机处理。显示 器可以实时显示试样获得的热量和达到二度烧伤时的时间。打印机可以对测试的结果进行 打印。
下箱表面有电炉温度控制器18和恒温水浴温控器19，控制系统有电炉加热装置3、电炉温度控制器18、水循环装置2、恒温水浴温控器19、行程开关 11、继电器、环境热通量传感器9、试样热通量传感器6、滑动测试小车4、密封罩及排气扇8、 数据采集卡、计算机、液晶显示器和打印机组成。其中电炉温度控制器18可以对电炉温度 进行控制，使其达到2. Ocal/cm2 · s的标准火场热通量要求。显示器可以显示测试试样在 此标准热通量的环境中，达到二度烧伤时所需的时间。 [0038]滑动测试小车4有左中右三个工位。实验开始时，先将滑动小车处于中间位置，小 车中部的耐火砖可以盖住下箱中部的电炉，达到保温效果。当电炉温度达到预设值时，将环 境热通量传感器放置在滑动小车左侧位置孔中，并将小车滑到导轨右侧。此时环境热通量 传感器9开始检测电炉是否达到2. Ocal/cm2 · s标准热源，否则调节电炉温度直至满足该 要求。此时将150mm*150mm试样放置在滑动小车右部试样槽内，用试样固定装置压紧，使试 样与热通量传感器6距离为6mm。此距离是为了模拟消防员皮肤与消防服之间的距离。然 后滑动测试小车滑动至导轨的左侧，并触发行程开关。此时采集系统开始采集并且记录试 样获得的热通量。
具体测试方法步骤如下：
1)安全检查：检查电器接线是否正确，水循环系统是否正常，通风情况是否良好。
2)实验准备：样品大小应为150mm*150mm，包括代表防护服实验项目的所有各层。 在20°C 士2°C和65士5%的相对湿度条件下保持24小时。然后放置在小车右侧的相应 位置上，用式样固定装置压好。打开电脑，启动热防护性能测试系统，进入操作界面，点击 “START”按钮，进入测试等待状态。
3)实验开始：
a)工作环境温度设定：利用热源温控器上的温度设定装置进行温度设定，一般设 在850?1050°C的范围内。
b)利用水循环装置的温控器设定循环水的水温，一般设定在31°C
c)小车的隔热保温部分正对电炉，接通电炉电源，开始升温。
d)工作环境热通量标定：当加热源温度器上的温度显示值接近工作范围时，右移 小车，将环境热通量传感器（100kW/m2)正对电炉，观察测试系统界面上的环境热通量值，是 否满足2. Ocal/cm2 · s 士0. lcal/cm2 · s。如满足，则进入下一步；如不满足，则相应调节温 控器的设定温度，直至环境热通量值在1. 9cal/cm2 · s?2. lcal/cm2 · s范围内。并记住工 作环境热通量值OK时所对应的温度。
e)左移小车，使装置再次处于保温状态。当电炉处于通电升温状态并观察到工作 环境热通量值OK时所对应的温度时，左移小车直至触发限位开关，启动二度烧伤实时跟踪 积分曲线，此时被测材料正对电炉。同时观察实测曲线的变化情况，一旦积分曲线与理论上 的人体二度烧伤曲线相交时，右移小车，使装置处于保温状态，并记录测试结果。
f)更换被测材料，重复e)步骤。
g)同一材料进行三次测量，并求取三次测得的TPP值的平均值。TPP值的求取：TPP =F*T，式中TPP ：热防护能力(cal/cm2)，F ：环境热通量(cal/cm2 · s)，T ：导致二度烧伤的 时间（s)，得到的导致二度度烧伤的时间精确到0. ls，如平均值> 28cal/cm2，则可以判定该 材料合格；如平均值< 28cal/cm2，则可以判定该材料不合格。
h)测试结束：关掉电源开关，整理工作台。[0051]注意事项：
a)所有实验和校准都应在一个通风柜内进行，以便带走燃烧产物烟或烟气；
b)环境热通量传感器的黑体部分不耐湿，所以务必保持通风柜左上侧环境热通量 传感器安放孔干燥，以防传感器黑体受损。在每次测量材料之后，擦干传感器上的水气；
c)传感器的引线不可用力拉拽或者扭曲 ，否则容易损坏；
d)传感器满量程输出时，持续时间不可超过30s。
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