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全自动氧指数测定仪一体机的研发与应用

2019-12-13作者:insment浏览次数:304  来源:上海今森检测设备有限公司

全自动氧指数测定仪一体机


一、研发背景

在实际火灾事故中服装燃烧给人带来的伤害远大于明火直接给人体造成的伤害,因此在火灾救援、有火危险的作业中穿着阻燃防护服对保护劳动者至关重要。阻燃面料使服装面料的燃烧速度大大减慢,在火源移开后马上自行熄灭,而且燃烧部分迅速碳化而不产生熔融、滴落或穿洞,给人们时间撤离燃烧现场或脱掉燃烧的衣服,减少或避免烧伤、烫伤,达到保护的目的,而极限氧指数是阻燃面料阻燃性能的重要评价依据。目前市场上氧指数测定仪产品主要有手动调节玻璃转子流量计型氧指数测定仪、手动调节数显型氧指数测定仪和自动调节氧指数仪。其中前两种手动调节型氧指数测定仪存在一些共同缺点。由于人工调节都会存在视觉误差,同时由于流量值变化之间的分辨率只有0.02L/min ,更会加大测试中氧浓度的误差,导致测试结果不准确。其次人工调整速度慢必然导致对氧气和氮气的浪费,氧指数测试过程通常需要15块试样,如此整个试验过程会非常漫长,极大地影响试验工作的效率。而自动调节氧指数仪虽然实现了自动控制氧气和氮气的流量,但也存在一些问题,其使用的

流量控制单元中,控制、执行和反馈部分采用了分离结构;信号控制和信号检测部分采用了单片机集成电路结构。这些结构决定了这种自动氧指数仪不可避免地出现流量调整精度低、流量调节速度较慢、调节氧浓度成功率低、通讯不稳定等问题。

本公司根据GB/T5454-1997《纺织品燃烧性能试验氧指数法》和FZ/T50017-2011《涤纶纤维阻燃性能试验方法氧指数法》,通过集成创新应用机电一体化技术,采用PLC 程序控制,通过上位机操作软件设计开发了极限氧指数全自动测试仪器,不但适用于阻燃纺织品和阻燃涤纶纤维,还适用于没有固定形状的样品,经在国内检测机构使用,性能指标达到标准要求。

二、试验原理

将试样夹在试样夹上垂直于燃烧筒内,在向上流动的氧氮气流中,点燃试样上端,观察其燃烧特性,并与规定的极限值比较其续燃时间或损毁长度。通过在不同氧浓度中的一系列试样试验,可以测得维持燃烧时氧气的最低氧浓度值,受试试样中要有40%~60% 超过规定的续燃和阴燃时间或损毁长度。

三、设计思路

根据市场现有产品存在的问题,结合标准要求,重新规划设计思路,通过自动调节氧气和氮气的压力流量,达到要求的混合气体氧浓度,同时配合自动点燃装置,均匀点燃布样上边缘,利用操作软件实现试验过程自动化。通讯将上位机的流量设定值发送给流量控制器和执行器,用模拟量信号完成对氧气、氮气流量的设定,同时将执行器的信号反馈给上位机进行优化运算,保证了数据的准确性。自动点燃装置应用步进电机实现精准控制,点燃过程平稳准确。这种调节方法完全超越了手动调节的方式,弥补了手动调节氧指数测定仪的不足,实现流量调节准确度高、测试结果数据准确、稳定性高、调节过程快速,节省氧气和氮气消耗,缩短了整体试验的过程,大大提升了试验工作效率。

四、系统构成

智能氧指数测定仪由氧气、氮气调节系统、试样上端点火自动控制系统、PC 端操作软件及运算系统和信号处理系统组成。

1. 氧气、氮气调节系统

采用气体质量流量控制器配合PLC 逻辑控制器,实现氧气流量、氮气流量的全自动控制,流量调整精度高、速度快、稳定性好。气体质量流量控制器集成了流量控制、执行和反馈单元,真正的模块化结构,组态灵活、功能强大、调节精度高、速度快。PLC 逻辑控制器具有数模转换和模数转换功能,通过对气体质量流量控制器模拟量信号的控制,具有较高的精度,工作稳定性也有很高的提升,同时还具备RS485 通讯端口,可以直接与PC 端操作软件实现通讯。质量流量控制器的调节电压为0V +5V ,对应量程0L/min 12 /min PLC 控制器的模拟量输出-10 V +10 V ,对应控制值-2000 + 2000。根据GB/T5454-1997 中附录B 氧浓度与氧气、氮气流量的关系,查表可知氧浓度对应的氧气、氮气流量值,通过计算流量对应的电压值,电压值对应的控制值,即可实现对氧浓度的调节。例如:所需氧浓度为30.0% ,经查表对应氧气流量为3.42 L/min ,氮气流量为7.98 L/min ,操作软件利用通讯将氧气控制值285 和氮气控制值665 发送至PLC PLC 控制质量流量控制器实现对氧浓度的调节。调节换算机制:所需氧浓度为30.0% ,氧气调节流量3.42L/min,调节电压1.425 V ,控制值285 ;氮气调节流量7.98 L/min ,调节电压3.325 V ,控制值665

2、试样上端点火自动控制系统

实现试样上端点火自动控制,针对标准要求的点火时间,做到精准控制,避免人工点火造成的误差,配合上下运动装置和左右运动装置实现试样上边沿均匀点燃。在保证点火时间的同时,点火器部分能够实现旋转,以便测量火焰长度,点火上下运动过程平稳,该控制系统如图1 所示。


1 试样上端点火自动控制系统


3PC 端操作软件及运算系统

使用WEINVIEW触摸屏PC 端操作软件,软件界面简洁明了,操作功能强大,易上手,以引导试验过程的思想设计。对氧气氮气流量的计算方法科学合理,保证氧浓度数值的准确性。软件操作界面如图2 所示。

2 软件操作界面

通过对采集信号的运算得出实际的氧浓度数值,研究开发一套合理高效的运算规则,直接决定了试验结果的准确性。通过反复试验研究,总结气体流量和反馈信号之间的基本规律,有效缩小或规避仪表本身的测量误差,通过合理的算法确定准确的氧浓度数值。根据仪器自动化运行的特点,设计PLC 专用梯形图程序,PLC 梯形图端口使用见图3

4、信号处理系统

模拟量信号处理的合理与否直接决定了信号采集的准确性。气体质量流量控制器和PLC 之间的通讯模拟量信号为0V5 VDC ,由于电压信号的抗干扰能力较差,所以采用必要、合理的抗干扰措施必不可少。PLC 控制应用系统中的干扰是一个十分复杂的问题,因此在系统的抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素,根据实际应用中分析出干扰产生的原因,从而合理有效地采取抑制干扰措施,使PLC 应用系统可靠地工作。信号滤波是测量系统不可或缺的环节,从传感器拾取的信号中,不可避免地混杂有噪声和干扰,为了保证测量的正确性,必须采取抗干扰和抑制噪声的措施,信号滤波是抑制噪声的主要方法,在保证有用信号正常传递的情况下,将噪声对测量的影响减小到所允许的范围。本设计采用LC无源滤波器,特点是损耗小、噪声低、灵敏度低。

五、主要技术参数


控制箱:采用数控机床加工成型,冷板喷涂,美观、防锈防腐。

燃烧筒:耐高温优质石英玻璃管(内径¢100mm,长470mm)
出口内径:φ100mm
温度控制:具有加热及控温功能,含加热底座和石英加热保温玻璃筒,精准控温。
试样夹具:自撑式夹具,并能竖直地夹住试样;(可选配非自撑式式样架)
主机尺寸:长*宽*高1120mm × 深 520mm × 高 1250mm




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