专利名称：消防员个人防护装备抗辐射热渗透性能综合测试装置的制作方法
技术领域：
本发明属于消防安全技术领域，具体涉及一种基于辐射热源产生远红外光模拟火场热环境，用于测试消防员个人防护装备抗辐射热渗透性能的综合测试装置。
背景技术：
消防实战中，火焰是消防员面临的最直接、最危险的伤害因素之一，火焰主要通过传导热和辐射热两种方式对消防员人身安全构成威胁，因此抗辐射热渗透性能常常作为衡量消防员个人防护装备性能的主要指标之一。近年来，随着“以人为本”观念的深入人心，消防员个人防护受到更多关注，与消防员个人防护装备相关的标准近年来相继被制修订并颁布实施。在新修订的GA6-2004《消防员灭火防护靴》标准、GA88《消防员隔热防护服》标准及新制定的《消防员抢险救援防护服装》行业标准中，均明确了装备的抗辐射热渗透性能指标，并对其测试方法做出了详细的规定，如表1所示表1抗辐射热渗透性能测试要求汇总 目前，我国尚没有可满足上述测试要求的抗辐射热渗透性能测试装置，现有类似测试装置主要用来测试纺织织物的抗辐射热渗透性能，该类试验装置的辐射热源一般为红外线卤钨灯，所能产生的辐射热通量约1KW/m2，无法满足上述消防员个人防护装备抗辐射热渗透性能的测试需求。随着标准的贯彻实施，因缺乏必要的试验手段而无法准确、有效的测试和检验装备抗辐射热渗透性能的问题日益突出，因此研制一种满足上述要求的抗辐射热渗透性能综合测试装置十分必要。
发明内容
合测试装置，以解决当前缺乏试验装置用于测试消防员个人防护装备抗辐射热渗透性能的问题。
本发明提供的消防员个人防护装备抗辐射热渗透性能综合测试装置，其工作原理是通过辐射热源产生远红外光模拟火场热环境，将试样放置在此环境中，在辐射热的作用下试样温度将逐渐升高，然后通过温度传感器测量试样背面温度的上升值来评价该装备的抗辐射热渗透性能。
本发明提出的消防员个人防护装备抗辐射热渗透性能综合测试装置，从结构上分为支撑平台、测试系统和控制系统三大部分。其中支撑平台由金属材质制作，由长方形桌面和可拆卸的桌腿、辐条组成，测试系统、控制系统的设备均固定放置在支撑平台上，支撑平台的整体高度以方便工作人员站立操作为准。
本发明中，测试系统由辐射热源及其支架、固定隔热装置、移动隔热装置、试样固定及支撑系统、温度传感装置和辐射热测试仪组成。其中辐射热源及其支架设置在支撑平台的一端(如左端)。为更好地满足测试需求，本装置的辐射热源可选用高温远红外定向强辐射热器，其最大辐射热通量大于40KW/m2；辐射热源设置在支架上，支架通过螺钉固定在支撑平台的桌面上，支架的作用是使辐射热源与支撑平台的桌面之间保持一定间距，避免辐射热直接照射而造成支撑平台损伤。
固定隔热装置位于辐射热源的右侧，由固定隔热屏、固定隔热屏支架、循环水系统组成，固定隔热屏尺寸略大于高温远红外定向强辐射热器，用于阻挡辐射热向后方照射；在固定隔热屏的中心位置设置一个通孔，通孔的尺寸由被测试样尺寸决定，辐射热由此通孔穿过照射在试样上用于测试。
移动隔热装置由移动隔热屏、滚轮、电机、齿轮、移动隔热屏托架、移动隔热屏支架组成，移动隔热屏尺寸略大于固定隔热屏中心的通孔尺寸；移动隔热屏固定在移动隔热屏托架中，移动隔热屏托架通过滚轮与移动隔热屏支架相连，在电机的作用下移动隔热屏可在设定的范围内移动，从而控制由固定隔热屏中心通孔透过的辐射热是否照射到试样上。固定隔热屏、移动隔热屏的表面处理成黑色，便于最大限度的吸收辐射热，减少反射，降低对周围环境的热影响。固定隔热屏、移动隔热屏均为中空结构，上下两端设有出水口、进水口，可与水管相连，通水冷却。
试样固定及支撑系统位于可移动隔热装置的右侧，包括试样夹、试样夹支架、滚轮和导轨，试样夹由两个完全相同的正方形框架及蝶形螺母组成，试样放置在两个框架中，通过蝶形螺母固定，简单方便；试样夹支架放置在导轨上，可通过滚轮在导轨上任意滑动，由此可以改变试样与辐射热源之间的距离，从而达到调节试样所承受辐射热强度的目的。
试样夹置于试样夹支架上。固定隔热屏、移动隔热屏、试样夹的支架与热辐射源(高温远红外定向强辐射热器)支架类似，支撑高度以确保热辐射源高温远红外定向强辐射热器、固定隔热屏、移动隔热屏、试样夹的中点在同一直线上为准。
温度传感装置主要由3只热电偶探头和配套的3只变送器组成，热电偶探头固定在试样背面的三个不同测试点上，有利于提高测试结果的准确性。
辐射热测试仪是用来测量辐射热通量大小的设备，在本装置中用于确定试样与辐射热源之间的距离，其精度关系到测试结果的准确性，是本装置的重要部件之一。
本发明中，控制系统的设置提高了测试装置自动化程度，主要由接触器、限位开关、继电器、单片机、液晶显示屏、键盘等元器件及控制箱组成。其中控制箱的控制面板上设有启动、停止按钮，具有参数设定功能的键盘，可同时显示时间、温度的液晶显示屏以及RS232接口等。参数设定键盘(按钮)的作用在于试验操作者可以根据不同的试验要求设定不同的测试时间，使该装置的适用性更广泛；RS232接口将试验装置与电脑连接，通过电脑实时显示温度—时间曲线等。由于本装置辐射热源采用的是高温远红外定向强辐射热器，其工作电压高，功率大，故安装接触器和继电器以确保辐射热源的使用安全。为控制移动隔热屏的移动距离，在移动隔热屏的移动轨道两端各装一个限位开关，当辐射热器预热完毕后，单片机自动控制移动隔热屏向一端移动直到碰到限位开关后停止，等到试验测试时间完毕后，在单片机的控制下，移动隔热屏向原方向移动直到碰到前端的限位开关后停止。
本发明中，由固定隔热装置和移动隔热装置组成了双重隔热系统。
本发明中，试样夹及其支架可通过滚轮在导轨上前后移动，改变试样与辐射热源之间的距离，以此调节试样所承受辐射热通量的强度。
本发明中，有两种温度读数方式分别为温度显示屏直接读数和通过RS232端口与电脑连接后绘出温度—时间曲线并读数，其中显示屏上同时显示三只温度传感器的温度及其平均温度。
本发明提供的消防员个人防护装备抗辐射热渗透性能综合测试装置，在测试过程中，首先利用辐射热测试仪标定试验所需的辐射热通量大小，确定试样夹支架的位置，同时将热电偶探头固定在试样的背面，并将试样放置在试样夹中固定，再将试样夹放置在试样夹支架上，然后按照以下流程进行测试接通电源，打开开关，设定试样所需测试时间；按启动按钮；辐射热器接通电源，预热并开始计时；达到设定的预热时间后移动隔热屏自动移开，辐射热照射到试样上；测试开始，记录测试时间，液晶显示屏实时显示热电偶测得的温度变化情况；达到设定的测试时间，温度显示值停止变化，移动隔热屏自动复位；读数，记录；并按“停止”按钮，切断电源，测试结束。
与现有装置相比，本发明优势明显(1)辐射热强度高，且试样所承受的辐射热通量大小可调节；(2)测试时间可根据不同的试验要求设定，使本装置的适用性更广泛；(3)多种温度显示方式满足不同需求。因此，本发明的有益效果是提供了一种消防员个人防护装备抗辐射热渗透性能综合测试装置，填补了目前在这方面的空白。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明结构示意图的左视图。
图3是本发明中移动隔热装置的结构示意图。
图4是本发明中试样固定及支撑系统的结构示意图。
图5是本发明中控制装置框图。
图6是本发明中控制装置面板示意图。
图7是本发明中辐射热源控制电路示意图。
图8是本发明中移动隔热屏限位开关控制电路示意图。
图中标号1-支撑平台；2-测试系统；3-控制系统；4-桌面；5-桌腿；6-辐条；7-辐射热源；8-辐射热源支架；9-固定隔热装置；10-移动隔热装置；11-试样固定及支撑系统；12-固定隔热屏；13-固定隔热屏支架；14-移动隔热屏；15-滚轮；16-电机；17-齿轮；18-移动隔热屏托架；19-移动隔热屏支架；20-试样夹；21-试样夹支架；22-导轨；23-温度显示；24-RS232接口；25-单片机；26-温度传感装置；27-参数设定；28-键盘；29-时间显示；30-液晶显示屏；31-开关；32-停止按钮；33-启动按钮；34-工作指示灯；35-接触器；36-继电器；37-限位开关。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明的一个优选实施例是本测试装置由支撑平台1、测试系统2和控制系统3三大部分组成。其中支撑平台1为金属材质，由长方形桌面4、桌腿5和辐条6组成，可拆卸，长方形桌面4长120cm，宽80cm，桌腿5高约85cm。
测试系统2主要由辐射热源7及其支架8、固定隔热装置9、移动隔热装置10、试样固定及支撑系统11以及温度传感装置26、辐射热测试仪等组成。本测试装置选用高温远红外定向强辐射热器(由上海博峰高能辐射设备有限公司制造)作为辐射热源7，其辐射面尺寸为30cm×28cm，功率为10.5KW，可产生的最大辐射热通量理论值约125KW/m2；辐射热源支架8类似托盘结构，通过4颗螺钉固定在支撑平台1的桌面4上，支撑高度为18cm。固定隔热装置9由固定隔热屏12、固定隔热屏支架13组成，固定隔热屏12为中空结构，长38cm，宽36cm，厚度为2cm，固定隔热屏12的中心位置设置有一个正方形通孔，该孔长15cm，宽15cm；在固定隔热屏12上下两端分别设有出水口、进水口，通过橡胶管和水龙头、水槽相连进行水循环。移动隔热装置10由移动隔热屏14、滚轮15、电机16、齿轮17、移动隔热屏托架18、移动隔热屏支架19等组成，移动隔热屏14尺寸略大于固定隔热屏12中心的正方形通孔，长、宽均为20cm，厚度为2cm，中空结构，上下两端分别设有出水口、进水口，通过橡胶管和水龙头、水槽相连进行水循环；移动隔热屏14固定在移动隔热屏托架18中，移动隔热屏托架18通过滚轮15与移动隔热屏支架19相连，在外力作用下可左右移动；电机16选用温州东力电机工业有限公司微型电机，功率为15w，电机16通过齿轮17传动带动移动隔热屏托架18，从而实现移动隔热屏14的移动。固定隔热屏12、移动隔热屏14的表面通过发黑工艺处理成黑色，便于最大限度的吸收辐射热，减少反射。在试样固定及支撑系统11中，试样夹20由两个完全相同的正方形框架及蝶形螺母组成，正方形框架的外沿尺寸为15.5cm×15.5cm，内框尺寸为14.5cm×14.5cm，试样放置在两个框架中，通过蝶形螺母固定；试样夹20放置在试样夹支架21上，而试样夹支架21固定在导轨22上，并通过滚轮在导轨22上移动，导轨22总长67.7cm，横向宽度为14.4cm，通过四颗螺钉固定在支撑平台1的桌面4上。温度传感装置26主要由3只热电偶探头和配套的3个变送器组成，热电偶探头固定在试样背面的三个不同点上，取其平均值作为测量结果；本装置选用的热电偶探头及其变送器均为K型，热电偶探头响应时间低于1s，变送器的温度范围是0～100℃。辐射热测试仪采用中国航天科技集团公司一院704所生产的产品，由CR4-4-1热流传感器和YA8-37-9自动冷补热偶放大器组成。
本装置控制系统主要由接触器35、限位开关37、继电器36、单片机25、液晶显示屏30、键盘28等元器件及控制箱组成。其中控制箱的控制面板主要包括开关31、启动按钮33、停止按钮32、具有参数设定功能的键盘28，可同时显示时间、温度的液晶显示屏30、工作指示灯34以及RS232接口24等，参数设定按钮27的作用在于试验操作者可以根据不同的试验要求设定不同的测试时间，使该装置的适用性更广泛；RS232接口24使得试验装置可与电脑连接，通过电脑实时显示温度一时间曲线等。由于本装置辐射热源7采用的是高温远红外定向强辐射热器，其工作电压高，功率大，故安装接触器35和继电器36以确保辐射热源7的使用安全。为控制移动隔热屏14的移动距离，在移动隔热屏14的移动轨道两端各装一个限位开关37。
权利要求
1.一种消防员个人防护装备抗辐射热渗透性能综合测试装置，由支撑平台、测试系统和控制系统组成，测试系统和控制系统均设置在支撑平台上，其特征在于所说的测试系统由辐射热源及其支架、固定隔热装置、移动隔热装置、试样固定及支撑系统、温度传感装置和辐射热测试仪组成，其中辐射热源设置在支架上，支架固定在支撑平台的桌面上；固定隔热装置位于辐射热源的右侧，由固定隔热屏、固定隔热屏支架、循环水系统组成，固定隔热屏尺寸略大于辐射热源，用于阻挡辐射热向后方照射，在固定隔热屏的中心位置设置一个通孔，通孔的尺寸由被测试样尺寸决定，辐射热由此通孔穿过照射在试样上，用于测试；移动隔热装置由移动隔热屏、滚轮、电机、齿轮、移动隔热屏托架、移动隔热屏支架组成，移动隔热屏尺寸略大于固定隔热屏中心的通孔尺寸；移动隔热屏固定在移动隔热屏托架中，移动隔热屏托架通过滚轮与移动隔热屏支架相连，在电机的作用下移动隔热屏在设定的范围内移动，从而控制由固定隔热屏中心通孔透过的辐射热是否照射到试样上；固定隔热屏、移动隔热屏均为中空结构，上下两端设有出水口、进水口，与水管相连，通水冷却；试样固定及支撑系统位于可移动隔热装置的右侧，由试样夹、试样夹支架、滚轮和导轨组成，试样夹由两个完全相同的正方形框架及蝶形螺母组成，试样放置在两个框架中，通过蝶形螺母固定；试样夹支架放置在导轨上，通过滚轮在导轨上任意滑动，由此可以改变试样与辐射热源之间的距离，从而调节试样所承受辐射热强度；试样夹置于试样夹支架上，热辐射源、固定隔热屏、移动隔热屏、试样夹的中点在同一直线上；温度传感装置由3只热电偶探头和配套的3只变送器组成，热电偶探头固定在试样背面的三个不同测试点上；辐射热测试仪用于确定试样与辐射热源之间的距离。
2.根据权利要求1所述的消防员个人防护装备抗辐射热渗透性能综合测试装置，其特征在于辐射热源选用高温远红外定向强辐射热器，其最大辐射热通量大于40kw/m2。
3.根据权利要求2所述的消防员个人防护装备抗辐射热渗透性能综合测试装置，其特征在于所说的控制系统由接触器、限位开关、继电器、单片机、液晶显示屏、键盘及控制箱组成，其中控制箱的控制面板上设有启动、停止按钮，具有参数设定功能的键盘，可同时显示时间、温度的液晶显示屏以及RS232接口；参数设定键盘供试验操作者根据不同的试验要求设定不同的测试时间；RS232接口将试验装置与电脑连接；接触器和继电器用以确保辐射热源的使用安全；在移动隔热屏的移动轨道两端各装一个限位开关。
全文摘要
本发明属于消防安全技术领域，具体涉及一种基于辐射热源产生远红外光模拟火场热环境，用于测试消防员个人防护装备抗辐射热渗透性能的综合测试装置。该装置主要由辐射热源、固定隔热装置、移动隔热装置、试样固定及支撑装置、温度传感装置、控制装置、显示装置以及附件等组成，具有操作简单、功能多样等特点，本发明为消防员灭火防护靴、消防员抢险救援靴、消防员隔热防护服等防护装备的抗辐射热渗透性能测试提供了试验手段。
文档编号A62B27/00GK1915455SQ20061003067
公开日2007年2月21日 申请日期2006年8月31日 优先权日2006年8月31日
发明者施巍, 瞿志刚, 殷海波, 徐兰娣, 李瑜璋, 马皎皎 申请人:公安部上海消防研究所