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燃烧假人系统设计原理解析

发布时间:2015-04-11 10:58

系统构成及设计原理
该系统主要由燃烧假人、数据采集装置、火焰产生与控制装置、皮肤热传递模型与烧伤评估模型以及系统集中控制与应用软件平台等构成。设计原理是通过模拟着装人体在燃烧火焰中的热暴露过程,测试假人表面温度的变化,预估可能造成皮肤的二度、三度烧伤及总烧伤面积百分比,烧伤面积百分比越大,服装的阻燃防护性能越差。

燃烧假人研究
检索国内外相关资料,采用非金属材料制作燃烧假人本体,服装测试时火焰的持续时间一般为 4 s,假人表面可能需要承受高达 300 ℃的燃烧火焰,因此,假人本体材料必须在 300 ℃以上的短时燃烧火焰下具有良好的热稳定性,能耐受恶劣火场环境;假人表面布设的传感器对燃烧火焰的反应,应与人体皮肤对燃烧火焰的反应接近;数据采集处理装置能快速采集假人表面传感器数据。

假人本体
根据以上设计要求,通过对比分析耐高温材料的物理性能,选用目前耐温等级最高,力学性能、介电性能、耐腐性能最好的聚酰亚胺作为燃烧假人本体主体材料,根据假人模型的外观特征,按以下工艺制造假人本体模型:合成聚酰亚胺 → 固化树脂材料 → 制作人体各解剖段模具及高温模压 → 真空固化 → 表面处理。

假人表面热传感器
假人皮肤表面热传感器的作用是感知暴露在火场环境下人体皮肤的受热程度,依此预测皮肤可能产生的烧伤程度。国外采用的热传感器主要有TPP铜片热流计传感器、绝热铜片传感器和嵌入式热电偶传感器。这 3 种传感器中,绝热铜片传感器是最可靠的热传感器。实验表明:绝热铜片传感器与TPP铜片热流计传感器相似,读数稳定、反应迅速、量程宽、重复性好,同时传感器体积较TPP传感器小,所占空间和质量都比TPP铜片热流计小得多。在高热环境下,嵌入式热电偶传感器的平均反应速度比绝热铜片传感器要慢。为此,课题组研制了绝热铜片传感器,该铜片的直径为 1 cm,厚为 0.16 cm。采用钎焊工艺,将铜片与丝径为0.2 mm 的K型热电偶连接,测量精度达到了 0.2 ℃。

传感器布设
综合考虑假人面积、数据采集、烧伤评估计算等因素,在假人表面均匀布设了 120 个绝热铜片传感器。安装传感器时,用铣刀按铜片直径与深度钻孔,保证传感器表面及周纺织导报 China Textile Leader · 2011 No.9 139www.texleader.com.cn Test and Standard 标准与测试围与假人本体紧密配合,传感器的分布均匀。

数据采集装置研究
数据采集装置主要完成假人表面 120 个热电偶温度信号的采集处理。为保证 120 路温度信号的同步和高速采集,设计 20 个数据采集处理单元,每个数据采集处理单元由主控CPU、AD采集电路、实时时钟电路、电源电路、热电偶温

火焰产生与控制装置研究
火焰产生与控制装置主要产生服装阻燃防护性能测试要求的燃烧火焰。包括燃料的选用、燃气输送管道设计和燃烧器等 3 个部分。

燃料的选用
香港挂牌全篇之官网对比分析常用洁净、可燃气体理化特性,丙烷来源广泛,燃烧后形成水蒸汽和二氧化碳,是一种环保燃料,且其燃烧热值高,沸点较低,安全性好,较适合在较冷的北方实验室使用,因此测试系统的燃料选定为丙烷。


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