Устройство для измерения токсических факторов термического разложения веществ

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для измерения токсических факторов термического разложения веществ, создающих опасность для человека при пожаре. С помощью данной установки можно изучать скорость выделения токсичных веществ из исследуемого материала в зависимости от температуры образца и доступа кислорода, скорость понижения концентрации кислорода и итоговую задымленность, получаемую при сгорании образца.
Известен комплекс для исследования процессов терморазложения неметаллического материала [патент России №RU134650U1, дата публикации 20.11.2013 г.]. Данный комплекс содержит печь для разложения образца материала с температурным блоком для контроля и программируемого задания изменения температуры внутри печи, пробоотборник для сбора газообразных продуктов разложения и блоки аппаратуры для управления газовыми потоками и анализа продуктов разложения, термоанализатор и блок улавливания конденсированных продуктов разложения, установленный между печью и пробоотборником для сбора газообразных продуктов разложения. Блок улавливания конденсированных продуктов разложения состоит из установленных последовательно сепараторов для улавливания высокотемпературной и низкотемпературной конденсированных фракций, с возможностью регулирования температуры термостатирования сепараторов. Внутри печи установлены, как минимум, два датчика для измерения температуры внутри образца и вне образца или на его поверхности. Для определения удельного теплового эффекта терморазложения комплекс содержит калориметр. Комплекс может быть снабжен датчиком для контроля давления и средствами для регулирования атмосферы внутри печи и рабочей камеры. Данный комплекс выбран в качестве ближайшего аналога. Комплекс имеют большую технологическую сложность и необоснованно большое количество измеряемых параметров, которые не имеют значения для пожарной безопасности.
Заявляемая полезная модель предназначена для сбора информации о токсических факторах термического разложения веществ, исследования их на предмет опасности выброса токсичных веществ, выгорания кислорода и изменения видимости при пожарах по упрощенной схеме, позволяющей исследовать большее количество веществ за меньшее время.
Технический результат сокращение времени (ускорение) исследования одного образца.
Устройство для измерения токсических факторов термического разложения веществ включает в себя камеру сгорания (1), держатель образца (2), термопару для измерения температуры образца (5), отличающееся тем, что держатель образца (2) установлен на электронные весы (3) для измерения скорости потери массы образца и имеет выемку для удержания вещества в случае плавления, в камере сгорания (1) установлен круговой инфракрасный нагревательный элемент (4) с возможностью замены инфракрасного нагревателя на газовую горелку для веществ с высокими показателями отражения, на выходе из камеры сгорания (1) установлен вентилятор (6) для перемешивания газовоздушной среды, вывод газовоздушной среды из камеры сгорания представляет из себя трубу круглого сечения, в которой по центру установлены последовательно: термопара (7) для измерения температуры выходящего газа, водный охладитель (8), имеющий форму двух групп параллельных плоскостей, пересеченных под углом 90 градусов, который также преобразует течение газа в ламинарное, лазер (9) для измерения прозрачности среды, термопара (10), измеряющая температуру газа на выходе из охладителя, измеритель скорости потока (11), трубка для вывода газа на хроматограф (12), на выходе из газоотвода установлен блок перенаправления потока (13), имеющий два состояния: вывод газовоздушной смеси из установки (открытый контур) и подача в камеру сгорания обратно через блок (14) (закрытый контур), который имеет также два состояния: это подача газа в камеру сгорания (1) от блока перенаправления потока (13) (закрытый контур) и забор воздуха в установку через шибер (15) (открытый контур).
Движение газовоздушных потоков в установке стимулируется конвекцией, которая особенно выражена в замкнутом контуре при включенном охладителе (8). Блок перенаправления потока (13) при выводе потока из установки (открытый контур) герметично закрывает трубу, ведущую на блок (14), а в случае замкнутого контура оставляет небольшую щель в трубу выхлопа для выравнивания давления. Блок (14) герметично закрывает как трубу перенаправления потока, так и выход на шибер.
Устройство работает следующим образом (схема устройства на Фиг. 1).
Вариант 1: открытый контур.
Газовоздушная среда, выделившаяся при сгорании образца, после прохождения участка с измерительными приборами (7-12) выводится из установки. Полученные в результате измерения концентраций в совокупности со скоростью потока показывают массу веществ, выделившихся в секунду. В данном случае происходит замер параметров токсичности и пожарной опасности самого образца.
Вариант 2: закрытый контур.
Газовоздушная среда, выделившаяся при сгорании образца, после прохождения участка с измерительными (7-12) приборами снова вводится в установку в камеру сгорания (1). Результаты измерений есть интегральное количество веществ, выделившихся с начала измерения. Скорость выделения веществ в секунду есть приращение общей концентрации в секунду, то есть, если концентрация измеряемого вещества не изменяется, образец больше не выделяет данное вещество. В случае закрытого контура происходит измерение параметров токсичности и пожарной опасности образца при сгорании в закрытом пространстве без притока воздуха. Данный вариант обеспечивает возможность проанализировать опасные факторы пожара с участием данного вещества в случае возгорания в замкнутом помещении.
Полезная модель может быть проиллюстрирована следующими примерами.
2
2
2
2
Пример 1: Сгорание бруска в открытом контуре. Брусок березы, влажностью 10% помещается на подставку (1) на электронных весах (3). Подается напряжение на инфракрасный нагреватель (4) и начинается нагрев бруска и испарение из него воды. Температура бруска фиксируется термопарой (5). Через 2 минуты температура бруска достигает 120 град, начинает выделяться СО и СО со скоростью 3,46 моль/сек и 0,36 моль/сек, при дальнейшем нагревании скорость выделения растет. Оптическая плотность, измеряемая лазером (9) увеличивается до 0,2. Полученная газовоздушная смесь перемешивается вентилятором (6) и попадает в область, оснащенную измерительными приборами. Далее смесь выводится из установки. Термопары (7, 10) фиксируют плавное повышение температуры газовоздушной среды, датчик задымленности (9) - повышение оптической плотности среды, хроматограф (12) фиксирует зависимость СО, СO и О от времени. Используя значение скорости потока, фиксируемое с помощью (11), экспериментатор вычисляет общее количество прошедшего вещества, по весам (3) скорость потери массы образца. Еще через 2 минуты скорости выделения СO и СО составляют 41,52 моль/сек и 4,35 моль/сек, температура 240 град., оптическая плотность 0,4. Еще через минуту температура достигает 250 град., происходит воспламенение, скорость выделения СО падает до 0,98 моль/сек, скорость выделения СО повышается до 5,21 моль/сек. Через 3 минуты брусок догорает и концентрации всех токсичных веществ, и оптическая плотность среды падают до нуля. Брусок удаляется с держателя образца (2), из установки удаляются осажденные вещества со всех поверхностях.
Пример 2: Сгорание бруска в закрытом контуре. Брусок березы, влажностью 10% помещается на подставку (1) на электронных весах (3). Подается напряжение на инфракрасный нагреватель (4) и начинается нагрев бруска и испарение из него воды.
2
2
2
2
Температура бруска фиксируется термопарой (5). Через 2 минуты температура бруска достигает 120 град, начинает выделяться СO и СО со скоростью 3,46 моль/сек и 0,36 моль/сек, при дальнейшем нагревании скорость выделения растет. Оптическая плотность, измеряемая лазером (9) увеличивается до 0,5. Полученная газовоздушная смесь перемешивается вентилятором (6) и попадает в область, оснащенную измерительными приборами и через блок перенаправления потока (13) подается на шибер (15) и попадает обратно в камеру сгорания (1). Термопары (7, 10) фиксируют плавное повышение температуры газовоздушной среды, датчик задымленности (9) - резкое повышение оптической плотности среды, хроматограф (12) фиксирует зависимость СО, СO и О от времени. Используя значение скорости потока, фиксируемое с помощью (11), экспериментатор вычисляет общее количество выделившегося вещества на объем установки вместе с газоотводом и трубой возврата потока, по весам (3) скорость потери массы образца. Еще через 2 минуты скорости выделения СO и СО составляют 41,52 моль/сек и 4,35 моль/сек, температура 240 град., оптическая плотность 0,93. Кислород выгорает и его концентрация стремится к нулю. Далее хроматограф (12) измеряет общие концентрации выделившихся СО и СO с начала проведения, датчик задымленности (9) показывает постоянное возрастание оптической плотности, которая стремится к 1. При выгорании бруска концентрации всех токсичных веществ и оптическая плотность среды стремятся к константе. Брусок удаляется с держателя образца (2), из установки удаляются осажденные вещества со всех поверхностях.