专利名称：一种耐火极限试验中烟气氧浓度测量装置和方法
技术领域：
本发明涉及耐火试验炉研究领域，特别涉及一种耐火极限试验中烟气氧浓度测量装置和方法。
背景技术：
耐火极限试验是通过模拟真实火灾的方式来检测建筑构件耐火性能的一种试验方法，基于此试验的建筑构件包括墙体、顶棚、楼板、梁、柱、防火门、防火卷帘、防火窗、防火玻璃、钢结构防火涂料、防火封堵材料、排烟阀、防火阀等。通过进行耐火极限试验，可正确地评判被测试件的耐火性能，为建筑设计和验收提供指导性的数据，从而提高建筑物的火灾安全性。耐火极限试验要模拟真实火灾，试验过程中需保证试验炉内的温度、空气相对压力能够符合相关标准在不同时刻对温度的要求，而对于一些特殊用途的产品，还需要对试验炉排出的烟气中的O2含量进行实时监测和记录，从而对构件在不同氧含量情况下的耐火性能进行评价。由于耐火极限测试的烟气温度相当高，而且烟气中还有可能含有各种杂质，包含水蒸气、烟尘、CO、CO2以及一些燃烧后的复杂有机化合物，如要准确测量烟气中的氧含量，需要对烟气进行一系列的前处理，并使用专用传感器及模数转换模块，并结合专用软件进行数据分析和记录，才能完成对烟气中的氧含量的测量。现有的烟气氧浓度在线分析技术一般使用氧化锆氧气传感器进行烟气测量，这种传感器一般是直接接触式传感器，使用电化学的原理测量烟气中的氧浓度，如果被测气体中含有可燃组份或者含有任何会污染氧化锆的物质，就会对测试结果产生影响，另外由于采用电化学的方法进行测量，传感器的寿命有限。由于耐火极限烟气中可能含有很多杂质，也可能会含有未完全燃烧的可燃组分，这些也会对测试结果产生影响。中国实用新型专利CN 201845003U公布了一种自校式烟气氧浓度在线分析仪，其特征是过滤器出气端经管道与冷却器进气端相连，冷却器出气端经连接管同气水分离罐内腔连通，气水分离罐同蠕动泵连接，气水分离罐与加热器进气口相连，加热器出气口经装有第四电磁阀的管道同第一微型采样泵一端相连，另一端经连接管同第一氧气传感器的一接口相连，第一氧气传感器的另一接口连微型流量计。微型空压机出气口端经装有第一电磁阀的送气管同过滤器出气端的管道连通，标准氧气存储器内的氧气罐的出气端经手动阀、电磁阀和第一减压阀的输气管道同接入第一氧气传感器一头的连接管连通。该实用新型采用了氧化锆传感器，寿命相对来讲较低，另外烟气的取样及处理需要先冷却，然后再通过加热器进行加热，过程复杂，能量消耗大，不利于试验的操作。中国实用新型专利CN 201331506公布了一种在高温、高粉尘浓度条件下测量氧浓度的氧检测装置，它涉及一种固体电解质氧化锆氧检测器。烟气导流管伸入第一金属套管中，隔板伸入烟气导流管中并且将烟气导流管分成烟气导入管和烟气流出管，烟气导入管和烟气流出管只在隔板的末端连通，隔板的前端与导向舌连接并且导向舌与隔板形成115° 125°的夹角，烟气导流管的末端与第二金属套管连接并形成90° 120°的夹角，氧化锆低温检测器的前端伸入第二金属套管中，烟气导流管的管壁外侧表面在介于第二法兰盘和第二金属套管之间装有翅片管。该实用新型采用了氧化锆传感器，寿命相对来讲较低，而且也没有提到具体的取样及数据采集方法。因此，需要寻求一种新的用于耐火极限试验中对烟气氧浓度进行测量的方法和装置，该装置和方法不仅需要能够避免烟气中的杂质对测试结果的影响，而且应能够尽可能地延长系统的寿命，降低维修频率，同时还需能满足耐火极限试验对数据精度采集的需求。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种耐火极限试验中烟气氧浓度测量装置，该装置采用模数转换模块配合顺磁式氧分析仪对烟气氧浓度测量数据进行测量，不仅能够避免烟气中的杂质对测试结果的影响，而且可延长系统的寿命，降低维修频率，同时具有测量准确的优点。本发明的另一个目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于上述耐火极限试验中烟气氧浓度测量装置的测量方法。本发明的目的通过以下的技术方案实现一种耐火极限试验中烟气氧浓度测量装置，包括采样探头、降温装置、采样泵、过滤装置、流量计、顺磁式氧分析仪、模数转换模块和计算机，所述采样探头用于采集耐火极限试验炉内的烟气，采样探头通过管道与降温装置相连，降温装置的出气口与采样泵的进气口相连，采样泵、过滤装置、流量计、顺磁式氧分析仪通过管道依次连接，顺磁式氧分析仪通过模数转换模块和计算机相连。本发明中所述顺磁式氧分析仪是根据氧气的体积磁化率比一般气体高得多，在磁场中具有极高顺磁性的原理制成的一类测量气体中氧含量的仪器。此分析仪相较于现有技术中的分析测量装置具有使用寿命长、测量中干扰因素少、测量精度高的优点。具体的，所述降温装置包括降温金属管、冷凝器，采样探头通过降温金属管与冷凝器连接，采样泵设置在冷凝器上，冷凝器的出气口与采样泵的进气口相连。更进一步的，所述的降温金属管由不锈钢管或铜管制成，长度为7 20m。更具体的，所述冷凝器的排液口处连接有积液杯，积液杯的出水口通过连接管与蠕动泵连接。从而进入冷凝器中的烟气在冷凝器冷却后，冷却水通过冷凝器的排液口流出到积液杯，积液杯中冷凝水经蠕动泵抽出。优选的，所述过滤装置采用过滤柱结构，采样泵的出气口通过连接管与过滤柱的进气口相连，更进一步的，所述过滤柱内部填充有吸水性块状氧化钙填充物，过滤柱为透明塑料材质，直径为2(T40mm，长度为200 400臟。优选的，所述的采样探头由耐高温不锈钢管或者陶瓷管制成。优选的，所述的积液杯为透明塑料积液杯，积液杯带排液阀门，体积为10(T500ml。作为优选，所述的流量计为空气转子流量计，带调节阀，控制流量为0. 3 51/min。作为优选，所述的模数转换模块为6位半精度的模数转换模块。一种基于上述耐火极限试验中烟气氧浓度测量装置的测量方法，该方法是采集耐火极限试验炉内的烟气，然后经过冷却、过滤后，检测烟气流量，然后将过滤后的烟气导入到顺磁式氧分析仪进行氧浓度测量，最后将测量结果经模数转换模块转换后发送到计算机。更具体的，包括以下步骤(I)先开启采样泵，调节流量计使装置内烟气的流量达到要求，然后由采样探头在烟气中取样；(2)采样探头采集的高温烟气经降温金属管后进入冷凝器，冷凝器对其进行进一步降温并将烟气中的水分去除；(3)采样泵采集经过冷凝器冷却后的烟气，将烟气输送到过滤柱，通过过滤柱进一步除去烟气中的水分及部分杂质，之后再经过流量计，最后进入顺磁式氧分析仪；(4)顺磁式氧分析仪对烟气进行分析之后将尾气排出，然后将分析的数据以模拟信号的方式输出至模数转换模块，最后模数转换模块将模拟信号转换为数字信号输出至计算机，由计算机对数字信号进行分析和记录。优选的，在冷却过程中，所述冷凝器中的冷却水经冷凝器出口流至积液杯中，待到设定高度时积液杯的阀门打开，蠕动泵开启将积液排走。本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果1、本发明采用顺磁式氧分析仪进行氧浓度测量，与现有的采用氧化锆氧气传感器进行烟气测量的方法相比，具有如下优点第一，如果被测气体中含有可燃组份或者含有任何会污染氧化锆的物质，氧化锆氧气传感器的数据会受到影响，而本发明所采用的顺磁式氧分析仪是根据氧气的体积磁化率比一般气体高得多，在磁场中具有极高顺磁性的原理制成的，因此不会受到这些因素影响，稳定性强，精确度高。第二，由于氧化锆氧气传感器采用电化学的方法进行氧浓度的测量，相对来讲传感器的寿命有限，而本发明所采用的顺磁式氧分析仪是利用氧气的顺磁特性这种物理性能进行测量，理论上寿命无限长，优于现有的方法。2、本发明采用6位半精度的模数转换模块配合顺磁式氧分析仪对烟气氧浓度测量数据进行测量，顺磁式氧分析仪对烟气进行分析之后会将分析的数据以模拟信号的方式输出至模数转换模块，由于模数转换模块具有6位半精度，可准确地分析模拟信号，并可将模拟信号转换为数字信号输出至计算机，由计算机对数字信号进行分析和记录。由于模数转换模块具有6位半精度，可以最大程度上保证测量数据的准确性，从而能够满足耐火极限试验对数据采集的需求。
图1是本发明装置的结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例1如图1所示，本实施例一种耐火极限试验中烟气氧浓度测量装置包括采样探头1、降温金属管2、冷凝器3、、采样泵4、过滤柱5、流量计6、蠕动泵7、积液杯8、模数转换模块9、顺磁式氧分析仪10、计算机11。其中采样探头I与降温金属管2相连，降温金属管2与冷凝器3的进气口相连，冷凝器3的出气口通过连接管与采样泵4的进气口相连，采样泵4的出气口通过连接管连接过滤柱5的进气口，过滤柱5的出气口通过连接管连接流量计6的进气口，流量计6的出气口通过连接管连接顺磁式氧分析仪10的进气口，顺磁式氧分析仪10直接输出信号至模数转换模块9，模数转换模块9将信号传递给计算机11。冷凝器3的排液口连接积液杯8，积液杯8的出水口通过连接管与蠕动泵7连接。本实施例中，顺磁式氧分析仪10输出信号的种类为Γ20πιΑ。采样探头I由耐高温不锈钢管制成，降温金属管2由不锈钢管制成，长度为7m。本实施例中，积液杯8为透明塑料积液杯，积液杯8带排液阀门，体积为IOOml。过滤柱5内部填充有吸水性块状氧化钙填充物，过滤柱5为透明塑料材质，直径为20mm，长度为200mm。流量计6为空气转子流量计，带调节阀，控制流量为O. 31/min。本实施例中，模数转换模块9为6位半精度的模数转换模块。一种由图1所示装置实现的耐火极限试验中烟气氧浓度测量方法，使用顺磁式氧分析仪进行氧浓度测量，能够避免烟气中的杂质对测试结果的影响，其次可尽可能地延长系统的寿命，降低维修频率，最后还能满足耐火极限试验对数据采集精度的需求。该方法是采集耐火极限试验炉内的烟气，然后经过冷却、过滤后，检测烟气流量，然后将过滤后的烟气导入到顺磁式氧分析仪进行氧浓度测量，最后将测量结果经模数转换模块转换后发送到计算机。具体包括如下步骤应用时首先开启采样泵4，调节流量计6使系统内烟气的流量达到要求，由采样探头I在烟气中取样，之后高温的烟气经过长段降温金属管2，再进入冷凝器3进一步降温并除去烟气中的水分，冷凝器中的冷却水进入积液杯8，到一定高度时积液杯8的阀门打开，并开启蠕动泵7将积液排走。经过冷凝器3后的烟气，在采样泵4的作用下进入过滤柱5，通过过滤柱5进一步除去水分及部分杂质，之后再经过流量计6，最后进入顺磁式氧分析仪10，顺磁式氧分析仪10对烟气进行分析之后将尾气排出，顺磁式氧分析仪10对烟气分析的数据以模拟信号 的方式输出至模数转换模块9，最后模数转换模块9将模拟信号转换为数字信号输出至计算机11，由计算机中的相关软件对数字信号进行分析和记录。实施例2本实施例除下述特征外其他结构同实施例1 :本实施例中，顺磁式氧分析仪的输出信号的种类为(T5V。采样探头由耐高温陶瓷管制成。降温金属管由铜管制成，长度为20m。积液杯体积为500ml。本实施例中，过滤柱直径为40mm，长度为400mm。控制流量为51/min。实施例3本实施例除下述特征外其他结构同实施例1 :本实施例中，降温金属管由铜管制成，长度为15m。积液杯体积为300ml。本实施例中，过滤柱直径为30mm，长度为300mm。控制流量为2. 51/min。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种耐火极限试验中烟气氧浓度测量装置，其特征在于，包括采样探头、降温装置、 采样泵、过滤装置、流量计、顺磁式氧分析仪、模数转换模块和计算机，所述采样探头用于采集耐火极限试验炉内的烟气，采样探头通过管道与降温装置相连，降温装置的出气口与采样泵的进气口相连，采样泵、过滤装置、流量计、顺磁式氧分析仪通过管道依次连接，顺磁式氧分析仪通过模数转换模块和计算机相连。
2.根据权利要求1所述的耐火极限试验中烟气氧浓度测量装置，其特征在于，所述降温装置包括降温金属管、冷凝器，采样探头通过降温金属管与冷凝器连接，采样泵设置在冷凝器上，冷凝器的出气口与采样泵的进气口相连。
3.根据权利要求2所述的耐火极限试验中烟气氧浓度测量装置，其特征在于，所述冷凝器的排液口处连接有积液杯，积液杯的出水口通过连接管与蠕动泵连接。
4.根据权利要求1所述的耐火极限试验中烟气氧浓度测量装置，其特征在于，所述过滤装置采用过滤柱结构，采样泵的出气口通过连接管与过滤柱的进气口相连。
5.根据权利要求4所述的耐火极限试验中烟气氧浓度测量装置，其特征在于，所述过滤柱内部填充有吸水性块状氧化钙填充物,过滤柱为透明塑料材质,直径为2(T40mm，长度为200 400臟。
6.根据权利要求5所述的耐火极限试验中烟气氧浓度测量装置，其特征在于，所述的模数转换模块为6位半精度的模数转换模块。
7.根据权利要求6所述的耐火极限试验中烟气氧浓度测量装置，其特征在于，所述降温金属管由不锈钢管或铜管制成，长度为7 20m ；所述采样探头由耐高温不锈钢管或者陶瓷管制成；所述积液杯为透明塑料积液杯，积液杯带排液阀门，体积为10(T500m L ；所述流量计为空气转子流量计，带调节阀，控制流量为O. 3^5 L /min ；所述顺磁式氧分析仪，输出信号的种类为Γ20πιΑ或(T5V。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述耐火极限试验中烟气氧浓度测量装置的测量方法，采集耐火极限试验炉内的烟气，然后经过冷却、过滤后，检测烟气流量，然后将过滤后的烟气导入到顺磁式氧分析仪进行氧浓度测量，最后将测量结果经模数转换模块转换后发送到计算机。
9.根据权利要求8所述的耐火极限试验中烟气氧浓度测量方法，其特征在于，包括以下步骤(1)先开启采样泵，调节流量计使装置内烟气的流量达到要求，然后由采样探头在烟气中取样；(2)采样探头采集的高温烟气经降温金属管后进入冷凝器，冷凝器对其进行进一步降温并将烟气中的水分去除；(3)采样泵采集经过冷凝器冷却后的烟气，将烟气输送到过滤柱，通过过滤柱进一步除去烟气中的水分及部分杂质，之后再经过流量计，最后进入顺磁式氧分析仪；(4)顺磁式氧分析仪对烟气进行分析之后将尾气排出，然后将分析的数据以模拟信号的方式输出至模数转换模块，最后模数转换模块将模拟信号转换为数字信号输出至计算机，由计算机对数字信号进行分析和记录。
10.根据权利要求9所述的耐火极限试验中烟气氧浓度测量方法，其特征在于，在步骤(2)冷凝器对烟气进行降温时，所述冷凝器中的冷却水经冷凝器出口流至积液杯中，待到设定高度时积液杯的阀门打开，蠕动泵开启将积 液排走。
全文摘要
本发明公开了一种耐火极限试验中烟气氧浓度测量装置和方法，装置包括采样探头、降温装置、采样泵、过滤装置、流量计、顺磁式氧分析仪、模数转换模块和计算机，采样探头通过管道与降温装置相连，降温装置的出气口与采样泵的进气口相连，采样泵、过滤装置、流量计、顺磁式氧分析仪通过管道依次连接，顺磁式氧分析仪通过模数转换模块和计算机相连。方法是采集耐火极限试验炉内的烟气，然后经过冷却、过滤后，检测烟气流量，将过滤后的烟气导入到顺磁式氧分析仪进行氧浓度测量，最后将测量结果经模数转换模块转换后发送到计算机。本发明使用顺磁式氧分析仪对烟气进行氧浓度测量，能够避免杂质的影响，延长系统的寿命，还可满足试验对数据精度的需求。
文档编号G01N27/00GK103048355SQ20121054129
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者李海伦, 杨展, 林玩君, 刘建勇, 赵侠, 余稳松, 易爱华, 邬玉龙, 吴欣 申请人:广州市建筑材料工业研究所有限公司