專利名稱：用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種溫度測控裝置，尤其涉及一種新型的用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置。
背景技術(shù)：
建筑火災(zāi)一直是人類生命安全所面臨的挑戰(zhàn)，統(tǒng)計資料表明，有煙毒氣的吸入已成為火災(zāi)中人員死亡首要原因。最近幾十年來材料工業(yè)迅猛發(fā)展，新型材料不斷涌現(xiàn)，火災(zāi)煙氣中的有毒物品種及數(shù)量也越來越多。伴隨著建筑業(yè)的發(fā)展，高層建筑、地下建筑、大型交通基礎(chǔ)設(shè)施、大型商場及娛樂場所等的數(shù)量也越來越多，發(fā)生火災(zāi)煙氣毒害傷亡的幾率大大增加。因此，對于建筑材料在燃燒分解過程中的煙霧濃度與毒性測試和分析尤為重要?；诘聡I(yè)標準DIN53436的火災(zāi)煙霧毒性評價裝置中，它采用了開放式的氣體流動方式，通過對材料熱解產(chǎn)生的氣體進行成分分析，評價其毒性。結(jié)合動物暴露染毒評價方法，國家公安部2006年發(fā)布了國家標準GB/T 20285-2006進行材料產(chǎn)煙毒性危險分級。國內(nèi)材料燃燒產(chǎn)煙相關(guān)文獻資料大部分均初步采用等速載氣流，穩(wěn)定供熱的環(huán)形爐對質(zhì)量均勻的試件進行等速移動掃描加熱，在充分產(chǎn)煙的情況下進行動物染毒試驗。然而結(jié)合建筑材料這一大類特殊材料的固有特性，若加熱爐發(fā)熱元件仍采用普通電加熱絲，功耗較大；對于當爐內(nèi)加熱溫度超過設(shè)定值時的處理若仍采用停止發(fā)熱元件的加熱，讓加熱爐自然冷卻，降溫速度較慢；其溫度僅采用單一 PID控制，對一些有特殊要求的建筑材料溫度控制精度不高。如何設(shè)計出高精度，同時兼顧快速響應(yīng)的恒溫測控裝置來保證建筑材料試件在穩(wěn)定、精確的溫度場中充分燃燒產(chǎn)煙，是完善建筑材料產(chǎn)煙毒性分析試驗、提高試驗結(jié)果準確性及改善試驗的重復(fù)性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述中存在的問題與缺陷，本實用新型提供了一種。所述技術(shù)方案如下用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置，包括溫度檢測模塊、人機接口模塊、RS232通信模塊、單片機處理器模塊、可控硅調(diào)壓模塊、冷卻控制模塊、方形加熱爐及電源模塊，所述溫度檢測模塊、人機接口模塊、RS232通信模塊及電源模塊分別與單片機處理器模塊相互連接；所述單片機處理器模塊還分別通過可控硅調(diào)壓模塊和冷卻控制模塊與所述方形加熱爐相連。本實用新型提供的技術(shù)方案的有益效果是1、本用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置提供了一套完整的硬件系統(tǒng)，控溫精度高、響應(yīng)速度快，能夠在建筑材料產(chǎn)煙毒性分析試驗中，提供穩(wěn)定的加熱環(huán)境，從而實現(xiàn)試件材料的穩(wěn)定熱分解和燃燒，可操作性強，適應(yīng)性廣。2、本用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置的方形加熱爐模塊發(fā)熱元件采用納米電熱膜電熱圈，其具有節(jié)能性能高、加熱速度快、使用壽命長及環(huán)保等特點，能有效降低加熱爐的能耗，提高加熱爐的使用壽命；加熱爐采用方形結(jié)構(gòu)，較環(huán)形結(jié)構(gòu)，其爐體制造簡單，承載能力更強。 3、本用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置采用冷卻水強制對流吸熱降溫的方法，通過電機帶動離心泵，電磁閥控制冷卻水的通斷來對加熱爐進行降溫，降溫速度快，能減小爐內(nèi)溫度的超調(diào)量，提高爐溫的穩(wěn)定性。 4、本用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置采用模糊控制-專家智能PID控制相結(jié)合的控制原理，在實際溫度與設(shè)定溫度的偏差大于設(shè)定常數(shù)時采用模糊控制，以減少加熱時間，同時避免大的熱慣量；溫差小于設(shè)定常數(shù)時采用專家智能PID控制，減少溫度波動，提高爐溫的穩(wěn)定性，該控制原理能在保證爐溫精度的情況下，同時滿足響應(yīng)的快速性。

圖1是用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置的方形加熱爐結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置的冷卻控制模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置的操作流程圖；圖5是用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置的單片機處理器主程序流程圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述如圖1所示，展示了用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括溫度檢測模塊1、人機接口模塊2、RS232通信模塊3、單片機處理器模塊4、可控硅調(diào)壓模塊5、冷卻控制模塊6、方形加熱爐7及電源模塊8，所述溫度檢測模塊、人機接口模塊、RS232通信模塊及電源模塊分別與單片機處理器模塊相互連接；所述單片機處理器模塊還分別通過可控硅調(diào)壓模塊和冷卻控制模塊與所述方形加熱爐相連。上述RS232通信模塊3與單片機處理器模塊4間的相互連接，具有雙向通信功能，能進行遠程操作。溫度檢測模塊包括熱電偶傳感器11和信號處理電路12 ；該溫度檢測模塊采用K 型鎧裝熱電偶(II級)，且該模塊中的信號處理電路采用MAX6675芯片，對傳感器的信號進行濾波、放大、冷端補償、線性化及模/數(shù)轉(zhuǎn)換等處理。人機接口模塊包括LED顯示裝置21和按鍵輸入裝置22，通過該模塊可設(shè)置相應(yīng)的溫度值，進行操作及查看實測爐溫等。冷卻控制模塊包括電磁閥61、離心泵62及驅(qū)動電路63 ；且該冷卻控制模塊通過驅(qū)動電路控制繼電器來控制電機及電磁閥的動作，實現(xiàn)加熱爐中冷卻銅管水的通斷，以降低爐溫。上述冷卻控制模塊還包括異步電動機，且該異步電動機與離心泵通過聯(lián)軸器相連；所述電磁閥為二位三通型電磁閥，并且該二位三通型電磁閥與方形加熱爐通過工作臺固定連接。方形加熱爐包括發(fā)熱元件71、爐襯72及冷卻銅管73，其發(fā)熱元件為納米電熱膜電熱圈，其熱轉(zhuǎn)換效率高、節(jié)能效果明顯。爐襯材料采用方形結(jié)構(gòu)，方便制造且承載能力好。電源模塊包括單片機處理器模塊電源、冷卻控制模塊電源及方形加熱爐模塊電源。如圖2所示，展示了用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置的方形加熱爐結(jié)構(gòu)，方形加熱爐包括爐殼201、爐襯72、螺栓203、冷卻銅管73、保溫環(huán)205、熱電偶206、爐壁207、納米電熱膜電熱圈71、工作臺209、橡膠軟管210及電磁閥61 ；上述爐殼與爐襯、工作臺與加熱爐分別用螺栓連接，電磁閥與工作臺采用螺紋連接，電磁閥與冷卻銅管通過橡膠軟管連接；上述爐襯為耐火纖維制品。如圖3所示，展示了用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置的冷卻控制模塊結(jié)構(gòu)，包括用以控制信號的驅(qū)動電路63、異步電動機303及離心泵62，其結(jié)構(gòu)還包括聯(lián)軸器304、水箱306、橡膠軟管307、冷卻銅管73、爐襯72及電磁閥61。單片機處理器301發(fā)出控制信號，經(jīng)驅(qū)動電路控制異步電動機及電磁閥的動作， 異步電動機通過聯(lián)軸器與離心泵連接，拖動離心泵工作，從水箱中吸入冷卻水，當電磁閥處于常態(tài)，從離心泵輸出的冷卻水直接返回水箱；當電磁閥通電工作，經(jīng)離心泵輸出的冷卻水則進入加熱爐內(nèi)的冷卻銅管，冷卻水與銅管發(fā)生強制對流換熱，帶走熱量，使爐溫降低，冷卻水流出加熱爐返回水箱。如圖4所示，展示了用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置的操作流程，該流程按鍵分布如下Sl開始/停止鍵，用于裝置的初始化啟動和停止；S2數(shù)字鍵區(qū)，包括0 9十個數(shù)字鍵，用于輸入設(shè)定溫度；S3確認鍵，用于對溫度設(shè)定的確認及開始加熱；S4重設(shè)鍵，用于重新設(shè)置溫度值；S5鍵電機手動啟動/停止鍵，用于手動控制異步電動機的啟動與停止；S6 鍵電磁閥手動啟動/停止鍵，用于手動控制電磁閥的導(dǎo)通與截止。上述按鍵有兩種工作狀態(tài)模塊，包括自動控制模塊41和手動控制模塊42，其自動控制模塊41，系統(tǒng)自動對加熱爐進行加熱控制。具體操作步驟包括步驟411按下Sl鍵，對系統(tǒng)進行初始處理；步驟412按S2數(shù)字鍵區(qū)，并按下設(shè)定的三位溫度數(shù)值；步驟413按下S3確認鍵，發(fā)熱元件開始加熱，系統(tǒng)進行自動控溫；步驟414按下S4重設(shè)鍵，停止加熱，設(shè)定溫度值存儲區(qū)清零，返回步驟412 ；步驟415按下Sl鍵，發(fā)熱元件停止加熱。上述手動模塊42，主要用于當試驗結(jié)束或者加熱爐需要較快降到某一溫度，手動直接控制電動機及電磁閥的通斷來加快降溫過程。其具體操作步驟包括步驟421按下S5鍵即電機啟動/停止鍵，啟動異步電動機，拖動離心泵工作；步驟422按下S6鍵，即電磁閥啟動/停止鍵，導(dǎo)通電磁閥，冷卻水進入冷卻銅管；步驟423按下S6鍵，電磁閥停止工作，從離心泵輸出的冷卻水直接返回水箱；步驟4M再按下S5鍵，電動機停止，離心泵停止工作。如圖5所示，展示了用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置的單片機處理器主程序流程，主程序模塊是測控裝置的核心，對輸入數(shù)據(jù)進行采集，然后進行數(shù)據(jù)處理，實時顯示檢測溫度，輸出相應(yīng)的控制信號等。其具體步驟包括步驟501系統(tǒng)初始化；步驟502進行鍵盤掃描，判斷是否有鍵按下？如果有，執(zhí)行步驟503a，否則繼續(xù)判斷是否有鍵按下。[0045]步驟503進行按鍵功能分析，根據(jù)掃描到的功能鍵進行相應(yīng)操作；步驟503a判斷是否有確定鍵？如果有執(zhí)行步驟504，否則執(zhí)行步驟50北。步驟50 判斷是否有重設(shè)鍵？如果有執(zhí)行步驟503d，否則執(zhí)行步驟503c。步驟503c判斷是否有停止鍵？如果有，控溫結(jié)束；否則執(zhí)行步驟502。步驟503d存儲數(shù)字鍵值區(qū)清零。步驟504在掃描到按下確認鍵后，儲存數(shù)字鍵區(qū)的溫度值，并送七段數(shù)碼管顯示；步驟505判斷是否到采樣時間？如果到采樣時間，執(zhí)行步驟506，否則返回到步驟504。步驟506接收輸入的實測溫度數(shù)據(jù)，同時送七段數(shù)碼管顯示。步驟507判斷檢測到的爐溫是否超出設(shè)定值？如果超出設(shè)定值，執(zhí)行步驟508，否則執(zhí)行步驟512。步驟508判斷溫度是否超出設(shè)定值0. 50C ？如果超出，執(zhí)行步驟509，否則執(zhí)行步驟512。步驟509判斷是否是首次超出設(shè)定值0. 5°C 如果是首次超出，執(zhí)行步驟510，否則執(zhí)行步驟511。步驟510輸出電動機啟動及電磁閥導(dǎo)通控制信號。步驟511輸出電磁閥導(dǎo)通控制信號。步驟512輸出電磁閥截止信號。步驟513計算溫度實測值與設(shè)定值的溫差E。步驟514判斷溫差E是否大于閾值C ？如果大于閾值，執(zhí)行步驟515a，否則執(zhí)行步驟51恥。步驟51 進入模糊控制器步驟51 進入專家智能PID控制器步驟516根據(jù)控制器的輸出計算可控硅觸發(fā)信號。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置，其特征在于，所述裝置包括溫度檢測模塊、人機接口模塊、RS232通信模塊、單片機處理器模塊、可控硅調(diào)壓模塊、冷卻控制模塊、方形加熱爐及電源模塊，所述溫度檢測模塊、人機接口模塊、RS232通信模塊及電源模塊分別與單片機處理器模塊相互連接；所述單片機處理器模塊還分別通過可控硅調(diào)壓模塊和冷卻控制模塊與所述方形加熱爐相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置，其特征在于，所述溫度檢測模塊包括熱電偶傳感器和信號處理電路；人機接口模塊包括=LED顯示裝置和按鍵輸入裝置；冷卻控制模塊包括電磁閥、離心泵及驅(qū)動電路；方形加熱爐包括發(fā)熱元件、爐襯及冷卻銅管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置，其特征在于，所述冷卻控制模塊還包括異步電動機，且該異步電動機與離心泵通過聯(lián)軸器相連；所述電磁閥為二位三通型電磁閥，并且該二位三通型電磁閥與方形加熱爐通過工作臺固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置，其特征在于，所述電源模塊包括單片機處理器模塊電源、冷卻控制模塊電源及方形加熱爐模塊電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置，其特征在于，所述溫度檢測模塊中的信號處理電路采用MAX6675芯片。
專利摘要本實用新型公開了一種用于建筑材料產(chǎn)煙的恒溫測控裝置，所述裝置包括溫度檢測模塊、人機接口模塊、RS232通信模塊、單片機處理器模塊、可控硅調(diào)壓模塊、冷卻控制模塊、方形加熱爐模塊及電源模塊，所述溫度檢測模塊、人機接口模塊、RS232通信模塊及電源模塊分別與單片機處理器模塊相互連接；所述單片機處理器模塊還分別通過可控硅調(diào)壓模塊和冷卻控制模塊與所述方形加熱爐模塊相連。該恒溫測控裝置在建筑材料產(chǎn)煙毒性分析系統(tǒng)中，通過結(jié)合采用等速的載氣流及可變速移動掃描裝置，能夠?qū)|(zhì)量均勻分布的試件不同區(qū)域進行均勻加熱，從而實現(xiàn)試件材料的穩(wěn)定熱分解和燃燒，以獲得組成物濃度穩(wěn)定的煙氣流。
文檔編號G05B19/042GK202057990SQ201120143908
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者季勇 申請人:廣州信禾電子設(shè)備有限公司