专利名称：用于建筑材料产烟的恒温测控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种温度测控装置，尤其涉及一种新型的用于建筑材料产烟的恒温测控装置。
背景技术：
建筑火灾一直是人类生命安全所面临的挑战，统计资料表明，有烟毒气的吸入已成为火灾中人员死亡首要原因。最近几十年来材料工业迅猛发展，新型材料不断涌现，火灾烟气中的有毒物品种及数量也越来越多。伴随着建筑业的发展，高层建筑、地下建筑、大型交通基础设施、大型商场及娱乐场所等的数量也越来越多，发生火灾烟气毒害伤亡的几率大大增加。因此，对于建筑材料在燃烧分解过程中的烟雾浓度与毒性测试和分析尤为重要。基于德国工业标准DIN53436的火灾烟雾毒性评价装置中，它采用了开放式的气体流动方式，通过对材料热解产生的气体进行成分分析，评价其毒性。结合动物暴露染毒评价方法，国家公安部2006年发布了国家标准GB/T 20285-2006进行材料产烟毒性危险分级。国内材料燃烧产烟相关文献资料大部分均初步采用等速载气流，稳定供热的环形炉对质量均勻的试件进行等速移动扫描加热，在充分产烟的情况下进行动物染毒试验。然而结合建筑材料这一大类特殊材料的固有特性，若加热炉发热元件仍采用普通电加热丝，功耗较大；对于当炉内加热温度超过设定值时的处理若仍采用停止发热元件的加热，让加热炉自然冷却，降温速度较慢；其温度仅采用单一 PID控制，对一些有特殊要求的建筑材料温度控制精度不高。如何设计出高精度，同时兼顾快速响应的恒温测控装置来保证建筑材料试件在稳定、精确的温度场中充分燃烧产烟，是完善建筑材料产烟毒性分析试验、提高试验结果准确性及改善试验的重复性的关键环节之一。
发明内容为解决上述中存在的问题与缺陷，本实用新型提供了一种。所述技术方案如下用于建筑材料产烟的恒温测控装置，包括温度检测模块、人机接口模块、RS232通信模块、单片机处理器模块、可控硅调压模块、冷却控制模块、方形加热炉及电源模块，所述温度检测模块、人机接口模块、RS232通信模块及电源模块分别与单片机处理器模块相互连接；所述单片机处理器模块还分别通过可控硅调压模块和冷却控制模块与所述方形加热炉相连。本实用新型提供的技术方案的有益效果是1、本用于建筑材料产烟的恒温测控装置提供了一套完整的硬件系统，控温精度高、响应速度快，能够在建筑材料产烟毒性分析试验中，提供稳定的加热环境，从而实现试件材料的稳定热分解和燃烧，可操作性强，适应性广。2、本用于建筑材料产烟的恒温测控装置的方形加热炉模块发热元件采用纳米电热膜电热圈，其具有节能性能高、加热速度快、使用寿命长及环保等特点，能有效降低加热炉的能耗，提高加热炉的使用寿命；加热炉采用方形结构，较环形结构，其炉体制造简单，承载能力更强。 3、本用于建筑材料产烟的恒温测控装置采用冷却水强制对流吸热降温的方法，通过电机带动离心泵，电磁阀控制冷却水的通断来对加热炉进行降温，降温速度快，能减小炉内温度的超调量，提高炉温的稳定性。 4、本用于建筑材料产烟的恒温测控装置采用模糊控制-专家智能PID控制相结合的控制原理，在实际温度与设定温度的偏差大于设定常数时采用模糊控制，以减少加热时间，同时避免大的热惯量；温差小于设定常数时采用专家智能PID控制，减少温度波动，提高炉温的稳定性，该控制原理能在保证炉温精度的情况下，同时满足响应的快速性。
图1是用于建筑材料产烟的恒温测控装置的结构示意图；图2是用于建筑材料产烟的恒温测控装置的方形加热炉结构示意图；图3是用于建筑材料产烟的恒温测控装置的冷却控制模块结构示意图；图4是用于建筑材料产烟的恒温测控装置的操作流程图；图5是用于建筑材料产烟的恒温测控装置的单片机处理器主程序流程图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述如图1所示，展示了用于建筑材料产烟的恒温测控装置的结构，该结构包括温度检测模块1、人机接口模块2、RS232通信模块3、单片机处理器模块4、可控硅调压模块5、冷却控制模块6、方形加热炉7及电源模块8，所述温度检测模块、人机接口模块、RS232通信模块及电源模块分别与单片机处理器模块相互连接；所述单片机处理器模块还分别通过可控硅调压模块和冷却控制模块与所述方形加热炉相连。上述RS232通信模块3与单片机处理器模块4间的相互连接，具有双向通信功能，能进行远程操作。温度检测模块包括热电偶传感器11和信号处理电路12 ；该温度检测模块采用K 型铠装热电偶(II级)，且该模块中的信号处理电路采用MAX6675芯片，对传感器的信号进行滤波、放大、冷端补偿、线性化及模/数转换等处理。人机接口模块包括LED显示装置21和按键输入装置22，通过该模块可设置相应的温度值，进行操作及查看实测炉温等。冷却控制模块包括电磁阀61、离心泵62及驱动电路63 ；且该冷却控制模块通过驱动电路控制继电器来控制电机及电磁阀的动作，实现加热炉中冷却铜管水的通断，以降低炉温。上述冷却控制模块还包括异步电动机，且该异步电动机与离心泵通过联轴器相连；所述电磁阀为二位三通型电磁阀，并且该二位三通型电磁阀与方形加热炉通过工作台固定连接。方形加热炉包括发热元件71、炉衬72及冷却铜管73，其发热元件为纳米电热膜电热圈，其热转换效率高、节能效果明显。炉衬材料采用方形结构，方便制造且承载能力好。电源模块包括单片机处理器模块电源、冷却控制模块电源及方形加热炉模块电源。如图2所示，展示了用于建筑材料产烟的恒温测控装置的方形加热炉结构，方形加热炉包括炉壳201、炉衬72、螺栓203、冷却铜管73、保温环205、热电偶206、炉壁207、纳米电热膜电热圈71、工作台209、橡胶软管210及电磁阀61 ；上述炉壳与炉衬、工作台与加热炉分别用螺栓连接，电磁阀与工作台采用螺纹连接，电磁阀与冷却铜管通过橡胶软管连接；上述炉衬为耐火纤维制品。如图3所示，展示了用于建筑材料产烟的恒温测控装置的冷却控制模块结构，包括用以控制信号的驱动电路63、异步电动机303及离心泵62，其结构还包括联轴器304、水箱306、橡胶软管307、冷却铜管73、炉衬72及电磁阀61。单片机处理器301发出控制信号，经驱动电路控制异步电动机及电磁阀的动作， 异步电动机通过联轴器与离心泵连接，拖动离心泵工作，从水箱中吸入冷却水，当电磁阀处于常态，从离心泵输出的冷却水直接返回水箱；当电磁阀通电工作，经离心泵输出的冷却水则进入加热炉内的冷却铜管，冷却水与铜管发生强制对流换热，带走热量，使炉温降低，冷却水流出加热炉返回水箱。如图4所示，展示了用于建筑材料产烟的恒温测控装置的操作流程，该流程按键分布如下Sl开始/停止键，用于装置的初始化启动和停止；S2数字键区，包括0 9十个数字键，用于输入设定温度；S3确认键，用于对温度设定的确认及开始加热；S4重设键，用于重新设置温度值；S5键电机手动启动/停止键，用于手动控制异步电动机的启动与停止；S6 键电磁阀手动启动/停止键，用于手动控制电磁阀的导通与截止。上述按键有两种工作状态模块，包括自动控制模块41和手动控制模块42，其自动控制模块41，系统自动对加热炉进行加热控制。具体操作步骤包括步骤411按下Sl键，对系统进行初始处理；步骤412按S2数字键区，并按下设定的三位温度数值；步骤413按下S3确认键，发热元件开始加热，系统进行自动控温；步骤414按下S4重设键，停止加热，设定温度值存储区清零，返回步骤412 ；步骤415按下Sl键，发热元件停止加热。上述手动模块42，主要用于当试验结束或者加热炉需要较快降到某一温度，手动直接控制电动机及电磁阀的通断来加快降温过程。其具体操作步骤包括步骤421按下S5键即电机启动/停止键，启动异步电动机，拖动离心泵工作；步骤422按下S6键，即电磁阀启动/停止键，导通电磁阀，冷却水进入冷却铜管；步骤423按下S6键，电磁阀停止工作，从离心泵输出的冷却水直接返回水箱；步骤4M再按下S5键，电动机停止，离心泵停止工作。如图5所示，展示了用于建筑材料产烟的恒温测控装置的单片机处理器主程序流程，主程序模块是测控装置的核心，对输入数据进行采集，然后进行数据处理，实时显示检测温度，输出相应的控制信号等。其具体步骤包括步骤501系统初始化；步骤502进行键盘扫描，判断是否有键按下？如果有，执行步骤503a，否则继续判断是否有键按下。[0045]步骤503进行按键功能分析，根据扫描到的功能键进行相应操作；步骤503a判断是否有确定键？如果有执行步骤504，否则执行步骤50北。步骤50 判断是否有重设键？如果有执行步骤503d，否则执行步骤503c。步骤503c判断是否有停止键？如果有，控温结束；否则执行步骤502。步骤503d存储数字键值区清零。步骤504在扫描到按下确认键后，储存数字键区的温度值，并送七段数码管显示；步骤505判断是否到采样时间？如果到采样时间，执行步骤506，否则返回到步骤504。步骤506接收输入的实测温度数据，同时送七段数码管显示。步骤507判断检测到的炉温是否超出设定值？如果超出设定值，执行步骤508，否则执行步骤512。步骤508判断温度是否超出设定值0. 50C ？如果超出，执行步骤509，否则执行步骤512。步骤509判断是否是首次超出设定值0. 5°C 如果是首次超出，执行步骤510，否则执行步骤511。步骤510输出电动机启动及电磁阀导通控制信号。步骤511输出电磁阀导通控制信号。步骤512输出电磁阀截止信号。步骤513计算温度实测值与设定值的温差E。步骤514判断温差E是否大于阈值C ？如果大于阈值，执行步骤515a，否则执行步骤51恥。步骤51 进入模糊控制器步骤51 进入专家智能PID控制器步骤516根据控制器的输出计算可控硅触发信号。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.用于建筑材料产烟的恒温测控装置，其特征在于，所述装置包括温度检测模块、人机接口模块、RS232通信模块、单片机处理器模块、可控硅调压模块、冷却控制模块、方形加热炉及电源模块，所述温度检测模块、人机接口模块、RS232通信模块及电源模块分别与单片机处理器模块相互连接；所述单片机处理器模块还分别通过可控硅调压模块和冷却控制模块与所述方形加热炉相连。
2.根据权利要求1所述的用于建筑材料产烟的恒温测控装置，其特征在于，所述温度检测模块包括热电偶传感器和信号处理电路；人机接口模块包括=LED显示装置和按键输入装置；冷却控制模块包括电磁阀、离心泵及驱动电路；方形加热炉包括发热元件、炉衬及冷却铜管。
3.根据权利要求2所述的用于建筑材料产烟的恒温测控装置，其特征在于，所述冷却控制模块还包括异步电动机，且该异步电动机与离心泵通过联轴器相连；所述电磁阀为二位三通型电磁阀，并且该二位三通型电磁阀与方形加热炉通过工作台固定连接。
4.根据权利要求1所述的用于建筑材料产烟的恒温测控装置，其特征在于，所述电源模块包括单片机处理器模块电源、冷却控制模块电源及方形加热炉模块电源。
5.根据权利要求2所述的用于建筑材料产烟的恒温测控装置，其特征在于，所述温度检测模块中的信号处理电路采用MAX6675芯片。
专利摘要本实用新型公开了一种用于建筑材料产烟的恒温测控装置，所述装置包括温度检测模块、人机接口模块、RS232通信模块、单片机处理器模块、可控硅调压模块、冷却控制模块、方形加热炉模块及电源模块，所述温度检测模块、人机接口模块、RS232通信模块及电源模块分别与单片机处理器模块相互连接；所述单片机处理器模块还分别通过可控硅调压模块和冷却控制模块与所述方形加热炉模块相连。该恒温测控装置在建筑材料产烟毒性分析系统中，通过结合采用等速的载气流及可变速移动扫描装置，能够对质量均匀分布的试件不同区域进行均匀加热，从而实现试件材料的稳定热分解和燃烧，以获得组成物浓度稳定的烟气流。
文档编号G05B19/042GK202057990SQ201120143908
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月9日 优先权日2011年5月9日
发明者季勇 申请人:广州信禾电子设备有限公司