专利名称：一种氧指数测定仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及对材料燃烧所需氧指数进行测定的技术领域，特别是一种氧指数测定仪。
背景技术：
氧指数测定仪可以测定多种材料如塑料、橡胶、纺织织物、木材、泡沫材料和其它聚合物材料的氧指数。氧指数(LOI)是指在规定的条件下，材料在氧氮混合气流中进行有焰燃烧所需的最低氧浓度。以氧所占的体积百分数的数值来表示。根据国家标准Gi3/ T2406. 2-2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为》其测试原理是指定尺寸的试样垂直支撑在一个规定尺寸的透明燃烧筒内，其内有一定浓度自下向上按规定流速流动的氧和氮的混合气体，用点火器点燃试样上端，试样燃烧时开始计时，并观察试样燃烧情况，火焰熄灭时记录燃烧时间和燃烧长度，通过和国家标准中规定的数值相比较确定实验结果。实际测试中， 首先根据试样在空气中燃烧情况估计一个初始氧浓度，然后根据实验结果通过“升-降法” 原理，逐步找到试样燃烧所需最低氧浓度。目前，氧指数测定是主要是采用以下两种方法进行的方法一通过反馈控制氧气和氮气的流量来改变氧浓度。
LOI = X 100%
N2-O2公式中LOI为氧指数，O2示氧气流量L/min，N2表示氮气流量L/min。测定原理参见说明书附图
4. 1，氧气和氮气分别经过开关阀、减压阀、手动调节阀或带流量反馈的自动调节阀、玻璃转子气体流量计，进入气体混合装置，经混合后导入燃烧筒，测试时操作人员根据试样估计一个氧浓度，然后通过双手同时不断调节两个手动调节阀，或者通过计算机自动控制控制两个自动调节阀，并观察转子流量计上的刻度，直到达到设定的氧浓度值所需氧氮气的流量，然后再点燃燃烧筒内的试样，试样燃烧时同时按下计时器，记录燃烧时间，或者熄灭后记录燃烧长度。然后和国家标准中的规定数值相比较，然后根据实验结果通过“升-降法”原理，逐步找到试样燃烧所需最低氧浓度。最后根据国家标准中规定的计算方法，人工通过查表、校验、数学统计等步骤得到最后的氧指数。方法二 通过最终混合氧气浓度的反馈手动调节氧氮气流量改变氧浓度。测定原理参见说明书附图4. 2，氧气和氮气分别经过开关阀、减压阀、手动调节阀、 玻璃转子气体流量计，进入气体混合装置，经混合后导入燃烧筒，在混合装置里安装氧浓度传感器，实时监测混合筒内的氧浓度，测试时操作人员根据试样估计一个氧浓度，然后通过双手同时不断调节两个手动调节阀，并观察氧传感器的显示值和转子流量计上的刻度，直到达到设定的氧浓度值，并切保证氧氮气的总流量在国家规定范围内，然后再点燃燃烧筒内的试样，试样燃烧时同时按下计时器，记录燃烧时间，或者熄灭后记录燃烧长度。然后和国家标准中的规定数值相比较，然后根据实验结果通过“升-降法”原理，逐步找到试样燃烧所需最低氧浓度。最后根据国家标准中规定的计算方法，人工通过查表、校验、数学统计等步骤得到最后的氧指数。这两种测试方法存在的不足是方法一中通过调节氧氮气流量的方法来确定混合气体氧浓度，忽略了氧氮气的纯度，这种计算方法假定的是初始氧氮气是纯氧和纯氮。当实验人员使用的不是纯氧和纯氮时，按此方法得到的混合气体的氧浓度和期望值差距较大。 方法二中通过手动调节氧氮流量，控制精度低，需要双手同时操作，同时人眼还要观察氧浓度值和流量值，难度大，整个过程操作复杂，劳动强度大，气体和试样浪费严重。同时，这两种方法还存在着共同缺点忽略了混合气体温度对测试结果的影响，混合气体的温度不能稳定在国家标准规定的范围内。而且实验过程需要经验丰富的操作人员才可以操作，设备不能引导用户自动进行实验，而且对于后期数值计算复杂，需要人工进行计算，对操作人员要求较高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种能够根据最终氧浓度对氧氮气流量进行反馈调节的氧指数测定仪，其调节过程中混合气体的温度相对恒定，且能够自动引导用户进行相应测试步骤，并可对测试数据进行相关处理的氧指数测定仪。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为一种氧指数测定仪，包括氧气通道、 氮气通道，氧气通道以及氮气通道的出口皆连接气体混合筒的入口，气体混合筒的出口连接燃烧筒；其中，氧气通道的入口与出口之间依次设有氧气流通开关阀和氧气质量流量控制器；氮气通道的入口与出口之间依次设有氮气流通开关阀和氮气质量流量控制器；气体混合筒的出口与燃烧筒之间还设有温控仪和氧传感器，温控仪中设有温度传感器；还包括控制器�？楹腿嘶涌谀？椋豢刂破髂？榭刂莆驴匾嵌酝ü驴匾侵械钠逦露冉械鹘冢煌辈杉驴匾侵形露却衅鞯募觳庵狄约把醮衅鞯募觳庵担⒔觳庵凳涑鲋寥嘶涌谀？橹校蝗嘶涌谀？橹邪ㄏ允静糠帧⑹淙氩糠忠约翱刂撇糠窒允静糠值氖淙攵肆涌刂撇糠值氖涑龆耍皇淙氩糠窒蚩刂撇糠质淙肟刂屏肯喙夭问担刂撇糠指菹喙夭问捣直鸺扑阊跗偷目刂屏浚⒔刂屏看渲量刂破髂？橹校豢刂破髂？榻邮盏降难跗偷目刂屏浚直鹗涑鲋裂跗柿苛髁靠刂破骱偷柿苛髁靠刂破髦�。作为一种改进，氧气通道上氧气流通开关阀与氧气质量流量控制器之间，以及氮气通道上氮气流通开关阀与氮气质量流量控制器之间，均依次设有气体压力表、气瓶减压阀、过滤筒和稳压阀，稳压阀连接稳压表。具体的，流通开关阀可控制氧气通道或氮气通道的气体流通或断开；本发明的控制器�？橹谢拱Ｊ黄骱褪Ｗ黄鳎豢刂破髂？橥üＷ黄鹘尤嘶涌谀？榻邮盏降氖挚刂屏孔怀赡Ｄ饬渴涑鲋林柿苛髁靠刂破髦校煌üＪ黄鹘友醮衅髦薪邮盏降募觳庵底墒至渴涑鲋寥嘶涌谀？橹�。优选的，本发明的温控仪中包括换热管和一面与换热管相接触的半导体制冷片； 控制器�？橄虬氲继逯评淦峁┲绷鞯缭矗⑼ü刂浦绷鞯缭吹牡缌魇淙敕较蚶纯刂瓢氲继逯评淦恼杭佣迪侄曰蝗裙苤型ü钠褰屑游禄蚪滴�。具体的，半导体制冷片可选用现有技术中的成熟产品，其结构是由两种不同的半导体材料串联而成的电偶，工作原理是利用半导体材料的Peltier效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，即半导体制冷片在工作时是一面制冷一面加热的，制冷面与加热面的切换可通过改变电源输入的正负极来实现，进而实现由半导体制冷片通过热传导和热交换对换热管及其内部混合气体进行制冷和加热的目的。为实现温控仪的温度控制功能，本发明中控制器模块还包括处理器、电源转换器和继电器；处理器控制电源转换器的启动和停止，电源转换器的直流电源输出端通过继电器连接半导体制冷片的电源输入端；处理器通过控制继电器触点的通断控制半导体制冷片电源正负极的翻转。具体的，处理器对电源转换器的工作状态也通过继电器来实现，继电器的触点串接在交流电源输入端与电源转换器的交流电源输入接口之间。用于连接半导体制冷片和电源转换器直流输出端的继电器为2个转换型(Z型)继电器，两个继电器的动触点分别连接半导体制冷片的正极和负极，每个继电器的两个静触点分别连接电源转换器的两个电源输出端，本发明中2个电源输出端分别为+12V和0V。作为一种改进，温控仪中半导体制冷片的另一面上有散热器和风扇。可有助于制冷时半导体制冷片的散热，提高制冷的效率。散热器和风扇皆可采用现有成熟产品，散热器为利用热传导原理进行散热。温控仪中的换热管优选为热传导性能和抗氧化性能均较好的紫铜管制作，其入口和出口分别与气体混合筒和氧传感器相连；半导体制冷片与换热器相接触的一面上涂有导热硅脂，半导体制冷片的另一面上设有散热器及风扇相连，皆可提高制热的效率。温度传感器设在换热管的出口处，控制器�？椴杉露却衅鞯氖担缓蟠渲寥嘶涌谀？榈目刂撇糠郑儆肷瓒ㄎ露戎到斜冉希荼冉辖峁卸鲜欠裥枰谋浒氲继逯评淦恼杭唇滴禄蛏拢允迪趾阄滦Ч�。温度设定值优选为23士2°C。优选的，本发明的温控仪中，半导体制冷片的数量为2个，每个半导体制冷片上分别设有一组散热器和风扇，更好的实现降温时的散热效果。本发明中，质量流量控制器、氧传感器均可选用现有的成熟产品；控制器�？橄蛑柿苛髁靠刂破鞯目刂剖淙攵耸涑�0 5V的电压，并可通过改变此电压值，使得质量流量控制器的输出端输出与输入电压值呈线性对应关系的流量值，同时质量流量控制器控制内部气体流量与输出的流量值相等；氧传感器采用电化学式氧传感器，可采用现有产品管式氧传感器，也可将氧传感器本体置于三通管的其中一个管口端部，另外两个管口分别连接气体混合筒和燃烧筒，氧传感器检测管内通过的氧气浓度，输出与氧气浓度相对应的电压信号至控制器�？橹校缓笸üＪ黄髯怀墒中藕糯渲寥嘶涌谀？榈目刂撇糠郑糜谙允静糠值南允荆约岸灾柿苛髁靠刂破鞯姆蠢】刂�。人机接口�？橹械氖淙氩糠植捎孟钟谐墒旒滩罚允静糠植捎孟钟谐墒煜允酒鞑�。在应用中，人机接口�？榈目刂撇糠秩砑菹钟谐墒烊砑喑碳际跏迪郑绦蛄鞒贪ú馐钥际毕允静糠窒允静馐圆街瑁紫纫笫淙胙跗磕谘跗慷�、氮气瓶内氮气纯度和初始设定氧浓度，操作人员根据试样在空气中燃烧的情况输入一个初始氧浓度； 上位机根据以上三个初始值计算氧氮气所需流量的数字信号，并将数字信号发给控制器模块，然后通过数模转换器将数字量转化成模拟量分别发给两个质量流量控制器，控制氧气和氮气的流量；同时氧传感器实时检测氧浓度，并输出电压信号至控制器模块，通过模数转 换器将电压信号转换成数字量，并传给人机接ロ�？榈目刂撇糠郑刂撇糠滞ü呒怂� 得到实时的氧浓度，并将得到的实时氧浓度和设定氧浓度进行对比，根据对比结果结合本 领域内应用成熟的“�：刂啤彼惴ǘ允涑龅目刂屏拷械髡绲笔导逝ǘ雀哂谏瓒ㄅǘ� 吋，则降低氧气流量，当实际浓度低于设定浓度吋，则升高氧气流量，直到实时氧浓度和设 定氧浓度相等；此时操作人员使用点火器点燃试样，同时记录燃烧时间，控制部分的软件中 可包括计时子程序，从而实现控制部分可通过燃烧时间自动判断燃烧结果的功能，进而能 够通过燃烧结果引导用户进行下一歩操作；最后控制部分采样记录多次试验数值，并根据 国家标准的统计学方法进行校验和数据处理，计算出最终氧指数，并保存以供输出。
具体的，人机接ロ�？橹校淙氩糠值某跏贾涤胙跖ǘ鹊墓叵滴�
权利要求
1.一种氧指数测定仪，包括氧气通道、氮气通道，氧气通道以及氮气通道的出口皆连接气体混合筒的入口，气体混合筒的出口连接燃烧筒；其特征是，氧气通道的入口与出口之间依次设有氧气流通开关阀和氧气质量流量控制器；氮气通道的入口与出口之间依次设有氮气流通开关阀和氮气质量流量控制器；气体混合筒的出口与燃烧筒之间还设有温控仪和氧传感器，温控仪中设有温度传感器；还包括控制器�？楹腿嘶涌谀？椋豢刂破髂？榭刂莆驴匾嵌酝ü驴匾侵械钠逦露冉械鹘冢煌辈杉驴匾侵形露却衅鞯募觳庵狄约把醮衅鞯募觳庵担⒔觳庵凳涑鲋寥嘶涌谀？橹校蝗嘶涌谀？橹邪ㄏ允静糠帧⑹淙氩糠忠约翱刂撇糠窒允静糠值氖淙攵肆涌刂撇糠值氖涑龆耍皇淙氩糠窒蚩刂撇糠质淙肟刂屏肯喙夭问担刂撇糠指菹喙夭问捣直鸺扑阊跗偷目刂屏浚⒔刂屏看渲量刂破髂？橹校豢刂破髂？榻邮盏降难跗偷目刂屏浚直鹗涑鲋裂跗柿苛髁靠刂破骱偷柿苛髁靠刂破髦�。
2.根据权利要求1所述的氧指数测定仪，其特征是，氧气通道上氧气流通开关阀与氧气质量流量控制器之间，以及氮气通道上氮气流通开关阀与氮气质量流量控制器之间，均依次设有气体压力表、气瓶减压阀、过滤筒和稳压阀，稳压阀连接稳压表。
3.根据权利要求1或2所述的氧指数测定仪，其特征是，控制器模块中还包括模数转换器和数模转换器；控制器�？橥üＷ黄鹘尤嘶涌谀？榻邮盏降氖挚刂屏孔怀赡Ｄ饬渴涑鲋林柿苛髁靠刂破髦校煌üＪ黄鹘友醮衅髦薪邮盏降募觳庵底墒至渴涑鲋寥嘶涌谀？橹�。
4.根据权利要求1或2所述的氧指数测定仪，其特征是，温控仪中包括换热管和一面与换热管相接触的半导体制冷片；控制器�？橄虬氲继逯评淦峁┲绷鞯缭矗⑼ü刂浦绷鞯缭吹牡缌魇淙敕较蚶纯刂瓢氲继逯评淦恼杭佣迪侄曰蝗裙苤型ü钠褰屑游禄蚪滴�。
5.根据权利要求4所述的氧指数测定仪，其特征是，控制器�？橹谢拱ù砥�、电源转换器和继电器；处理器控制电源转换器的启动和停止，电源转换器的直流电源输出端通过继电器连接半导体制冷片的电源输入端；处理器通过控制继电器触电的通断控制半导体制冷片电源正负极的翻转。
6.根据权利要求4所述的氧指数测定仪，其特征是，温控仪中半导体制冷片的另一面上设有散热器和风扇。
7.根据权利要求4所述的氧指数测定仪，其特征是，半导体制冷片与换热管的接触面上涂有导热层。
8.根据权利要求4所述的氧指数测定仪，其特征是，换热管采用紫铜材料制成。
9.根据权利要求4所述的氧指数测定仪，其特征是，换热管为螺旋形状，半导体制冷片的一面与螺旋状换热管的全长均有接触。
全文摘要
本发明公开一种氧指数测定仪，其包括氧气通道、氮气通道、控制器�？楹腿嘶涌谀？椋谎跗ǖ酪约暗ǖ澜粤悠寤旌贤玻缶驴匾呛脱醮衅髁尤忌胀玻谎跗ǖ酪约暗ǖ郎辖陨栌辛魍ǹ胤Ш椭柿苛髁靠刂破鳎晃驴匾侵猩栌形露却衅鳎豢刂破髂？榱游驴匾堑目刂剖淙攵耍煌辈杉驴匾侵形露却衅饕约把醮衅鞯募觳庵担⒔觳庵凳涑鲋寥嘶涌谀？橹校蝗嘶涌谀？橹邪ㄏ允静糠�、输入部分以及控制部分，输入部分向控制部分输入控制量相关参数值，控制部分根据相关参数值分别计算氧气和氮气的控制量，后输出至控制器�？橹校豢刂破髂？楦萁邮盏降目刂屏坷纯刂浦柿苛髁靠刂破鳎锏阶远鹘诳刂撇⑻岣卟舛ň鹊哪康�。
文档编号G01N31/12GK102353748SQ20111028315
公开日2012年2月15日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者张赤斌, 李琦 申请人:东南大学
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