PB01-1182 - Politechnika Szczecińska

KSIĘGA PROCEDUR BADAWCZYCH
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA
WYDZIAŁ TECHNIKI MORSKIEJ
Katedra Technicznego Zabezpieczenia Okrętów
Laboratorium Badań Cech Pożarowych Materiałów
PROCEDURA BADAWCZA NR PB-KTZ-01
Wydanie:
B-KTZ/17/2007
Edycja 6
BADANIE
NIEPALNOŚCI MATERIAŁÓW
metodą wg PN-EN ISO 1182
i Kodeksu FTP część 1, IMO
Procedura badawcza PB-KTZ-01
Opracował:
dr hab. Zygmunt Sychta, prof. PS
dr inż. Krzysztof Sychta
Szczecin 2007 r.
Adres: 71-065 Szczecin al. Piastów 41
tel./fax: 48 (091) 4339877 tel.: 48 (091) 4494174
e-mail: [email protected]
©2007 Wszelkie prawa zastrzeżone. Kopiowanie, powielanie, przetwarzanie treści, rysunków i programów zawartych w
niniejszej witrynie dozwolone wyłącznie za zgodą autorów.
Spis treści
1.
2.
3.
4.
5.
6.
WPROWADZENIE
1.1. Zasady podziału materiałów na palne i niepalne
1.2. Norma ISO 1182
1.2.1. Polska norma
1.2.2. Rez. MSC 61(67)
1.3. Komentarz do PN-B-02862
1.3.1. Podstawa opracowania metodyki badania
1.3.2. Materiały wielowarstwowe
1.2.3. Materiały termicznie niestabilne
1.3.4. Wykluczenie samonagrzewania
1.4. Zakres stosowania normy
METODA BADANIA I KLASYFIKACJA MATERIAŁÓW
2.1. Metoda badania palności materiałów
2.2. Klasyfikacja materiałów budowlanych wg PN-B-02862
2.3. Klasyfikacja materiałów okrętowych wg MSC 61(67)
2.4. Klasy materiałów wyrobów wg EN 13501-1
OPIS STANOWISKA
3.1. Wyposażenie stanowiska
3.2. Piec stanowiska
3.3. Układ do mocowania i wprowadzania próbek
3.4. Zasilanie pieca
3.5. Układ kontrolno-pomiarowy
3.5.1. Termopary i ich rozmieszczenie
3.5.2. Czujnik termiczny
3.5.3. Układ pomiaru temperatury
WYMAGANIA OGÓLNE PRZEPROWADZENIA BADAŃ
4.1. Warunki badania
4.2. Przygotowanie próbek
4.3. Sezonowanie próbek
4.4. Metodyka badań
URUCHOMIENIE STANOWISK
5.1. Pomieszczenie do przeprowadzenia badań
5.2. Podłączenia podzespołów i ich uruchomienie
5.3. Parametry układu pomiarowego stanowiska
5.4. Parametry wzorcowania
5.4.1. Wzorcowanie kanałów pomiarowych
5.4.2. Charakterystyka rozkładu temperatury wzdłuż osi pieca
5.5. Temperatura ściany pieca
5.6. Zachowanie parametrów
5.7. Kontrola okresowa
PRZEPROWADZENIE BADAŃ
2
Strona
4
4
4
4
5
5
5
5
5
6
6
7
7
7
8
8
10
10
10
13
14
14
14
16
16
18
18
18
18
19
20
20
20
22
23
23
26
27
30
30
31
7.
9.
6.1. Parametry pomiaru
6.2. Pomiar
6.2.1. Dane początkowe pomiaru
6.2.2. Stabilizacja warunków początkowych stanowiska
6.2.3. Pomiar parametrów odniesienia
6.2.4. Pomiary zasadnicze
6.3. Zakończenie programu
6.4. Wyłączenie stanowiska
OPRACOWANIE WYNIKÓW
7.1. Obliczenia
7.2. Sprawozdanie z badań
ZAŁĄCZNIK - MIĘDZYNARODOWY KODEKS
STOSOWANIA PROCEDUR PRÓB OGNIOWYCH (KODEKS
FTP)
3
31
32
32
32
33
34
37
37
38
38
38
40
1. WPROWADZENIE
1.1. Zasady podziału materiałów na palne i niepalne
Z punktu widzenia stwarzanego przez materiały zagrożenia pożarowego
materiały umownie dzielimy na niepalne i palne. Materiałami niepalnymi
(definicja międzynarodowa) przyjęto umownie nazywać materiały, które
podgrzane do temperatury 750 oC nie palą się i nie wydzielają gazów palnych
w ilości dostatecznej do ich zapalenia się oraz nie wydzielają ciepła
powodującego wzrost temperatury pieca.
Materiały nie spełniające tego warunku zalicza się do grupy materiałów
palnych.
Mimo wspólnej międzynarodowej definicji materiału niepalnego istnieje
wiele metod badań i kryteriów oceny niepalności materiału. Do
charakterystycznych i najbardziej rozpowszechnionych należy metoda badań
niepalności materiałów wg ISO 1182, którą, z pewnymi modyfikacjami,
przyjęto w okrętownictwie oraz w polskim budownictwie lądowym.
1.2. Norma ISO 1182
ISO 1182-1990:2002 Fire test. Building materials. Non-combustibility test
Przedmiotem normy jest metoda badania, na podstawie której ocenia się
właściwości palne materiałów budowlanych w umownych warunkach rozkładu
termicznego i spalania.
Niniejszą metodą badania i jej wyniki zaleca się stosować jedynie do opisu
palności lub niepalności materiałów, w odniesieniu do ciepła wydzielanego w
warunkach laboratoryjnych. Nie powinna być natomiast stosowana do opisu lub
oceny zagrożenia pożarowego powodowanego przez materiał w warunkach
rzeczywistego pożaru lub jako jedyna podstawa, na której może być oparta ta
ocena.
Przewiduje się, że metoda ta będzie stosowana głównie dla potrzeb
budownictwa lądowego i przemysłu okrętowego.
1.2.1. Polska norma
„Ochrona przeciwpożarowa budynków. Metoda badania niepalności
materiałów budowlanych ”.
Zgłoszona przez Ministerstwo Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa.
Ustanowiona przez Polski Komitet Normalizacji dnia 29 grudnia 1993 r. Jako
norma obowiązująca od dnia 1 lipca 1994 r. (Dz. Norm. i Miar Uchwała nr
14/1993, poz. 31).
Tekst Polskiej Normy jest tłumaczeniem normy ISO 1182, 3 wydanie z 1990
r. z następującymi zmianami:
- nie wprowadzono do normy wzoru protokołu badań (pominięto załącznik
C normy ISO),
4
- wprowadzono do stanowiącej części normy wymagania dotyczące oceny
wyników badań opracowane na podstawie zalecenia normy ISO
znajdującego się w Załączniku A i tym samym pominięto Załącznik A,
- wyjaśnienia znajdujące się w komentarzu stanowiącym Załącznik B do
normy ISO włączono do Informacji dodatkowych Polskiej Normy,
- zmieniono numerację i tytuły punktów w stosunku do normy ISO.
1.2.2. Rez. MSC 61(67)
Stosowaną w okrętownictwie metodę badań wg Rez. A. 472 XII IMO
"Improved recommendation on test method for qualifying marine
construction materials as non-comustibility" zastąpiono (Rez. MSC 61(67))
metodą badań niepalności materiałów wg ISO 1182 zmieniając w tej ostatniej
kryteria klasyfikacji materiałów.
1.3. Komentarz do polskiej normy
1.3.1. Podstawa opracowania metodyki badania
Metoda badania niepalności została opracowana dla materiałów
wydzielających niewielkie ilość ciepła i palących się płomieniem wówczas, gdy
są podgrzane do temperatury zbliżonej do 750°C. Należy podkreślić, że
materiały o takich właściwościach nie są całkowicie odporne na działanie
wysokich temperatur.
1.3.2. Materiały wielowarstwowe
Wyłączenie zakresu stosowania metody wyrobów powlekanych,
laminowanych i w okładzinach wprowadzono ze względu na trudności z
określeniem wymagań technicznych dla próbek. Sposób wykonania próbek z
tych materiałów miał znaczący wpływ na wyniki badań.
Wpływ na wyniki ma również usytuowanie palnych warstw w stosunku do
termopary pieca. Stąd też do badań tych wyrobów konieczne są szczegółowe
ustalenia dotyczące pobierania i przygotowania próbek, w celu uzyskania
porównywalnych i zadowalająco powtarzalnych wyników.
1.2.3. Materiały termicznie niestabilne
Metodę i kryteria oceny stosuje się do oceny materiałów termicznie
niestabilnych tzn. materiałów, które topią się lub kurczą w temperaturze
badania. W tych przypadkach wskazania termopar mogą być nieadekwatne do
rzeczywistych właściwości badanego materiału, ponieważ odsunięcie się
materiału od termopary, zmniejszenie jego objętości powoduje zmianę
warunków wymiany ciepła w piecu. W tym przypadku jedna lub dwie
termopary można pominąć.
Materiały z włókna sztucznego, mineralnego lub żużlowego o podobnych
gęstościach i wartościach opałowych, które powinny uzyskać podobną ocenę
5
ilościową, w wyniku tego badania dają często różne ·wyniki z powodu
opisanych powyżej zjawisk.
1.3.4. Wykluczenie samonagrzewania
Badanie niepalności materiałów metodą wg PN-B-02862 nie wyklucza możli­
wości wystąpienia samonagrzewania i zapłonu niewłaściwie przechowywanych
podatnych na samonagrzewanie materiałów podczas ich składowania luzem w
warunkach podwyższonej temperatury w stosach o wymiarach rzędu kilkunastu
metrów.
1.4. Zakres stosowania normy
Metoda przeznaczona jest do określenia niepalności materiałów budowlanych
i okrętowych. Metoda ta nie nadaje się badaniach wyrobów w okładzinie lub
powlekanych i laminowanych. W takich przypadkach badania mogą być
przeprowadzane oddzielnie dla każdego materiału, z którego wykonany jest
wyrób. W protokóle badań należy to wyraźnie stwierdzić.
6
2. METODA BADANIA I KLASYFIKACJA MATERIAŁÓW
2.1. Metoda badania palności materiałów
Badania niepalności materiałów metodą wg ISO 1182 przeprowadza się w
elektrycznym piecu rurowym o średnicy wewnętrznej 75 mm. Przed badaniem
piec należy rozgrzać do ustabilizowanej temperatury 750 ± 5 oC. Stabilizację
temperatury pieca przyjmuję za wystarczającą, gdy dryft temperatury pieca nie
przekracza 0.2 oC/min.
Badanie obejmuje 5 próbek w kształcie walca o średnicy 45 mm i wysokości
50 mm. Próbki powinny reprezentować średnie właściwości materiału
badanego. W czasie badań określa się:
- temperaturę pieca w funkcji czasu,
- temperaturę powierzchni próbki w funkcji czasu,
- temperaturę wewnątrz próbki w funkcji czasu,
- czas zapłonu próbki,
- czas zakończenia palenia się próbki,
- ubytek masy próbki.
Badanie prowadzi się do momentu uzyskania końcowej równowagi cieplnej.
Przyjmuje się, że stan końcowej równowagi cieplnej został osiągnięty, gdy
szybkość zmian temperatur: pieca, powierzchni próbki i wnętrza próbki nie
przekracza 0.2 oC/min.
Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów oblicza się:
- czas palenia się próbki,
- maksymalny przyrost temperatury pieca
∆Tmp = Tmp - Tkp,
- maksymalny przyrost temperatury powierzchni próbki ∆Tmpr = Tmpr - Tkp,
- maksymalny przyrost temperatury wnętrza próbki
∆Tmw = Tmw - Tkw,
- względny ubytek masy próbki.
gdzie:
Tmp
Tkp
Tmpr
Tkpr
Tmw
Tkw
-
maksymalna temperatura pieca, oC,
końcowa temperatura pieca, oC,
maksymalna temperatura powierzchni próbki, oC,
końcowa temperatura powierzchni próbki, oC,
maksymalna temperatura powierzchni próbki, oC,
końcowa temperatura powierzchni próbki, oC,
Uzyskane wyniki stanowią podstawę do klasyfikacji badanego materiału.
2.2. Klasyfikacja materiałów budowlanych wg PN-B-02862
Materiał budowlany umownie uważa się za niepalny, gdy równocześnie
spełnione są następujące warunki:
- średni czas palenia się próbki nie przekracza 20 s,
- średnie przyrosty temperatur: pieca, powierzchni próbki nie przekraczają 50
o
C,
- średni ubytek masy próbek po badaniu nie przekracza 50%.
7
Materiały, które nie spełniają tych wymagań, zalicza się do materiałów
palnych i poddaje się dalszym badaniom ich właściwości.
2.3. Klasyfikacja materiałów okrętowych wg MSC 61(67)
Materiał umownie spełnia wymagania Przepisu 3 Część II-2
Międzynarodowej Konwencji o Bezpieczeństwie Życia na Morzu w zakresie
właściwości materiałów niepalnych, gdy:
- średni czas palenia się próbki nie przekracza 10 s,
- średnie przyrosty temperatur pieca i powierzchni próbki nie przekraczają 30
o
C,
- średni ubytek masy próbek po badaniu nie przekracza 50%.
Materiały, które nie spełniają tych wymagań, zalicza się do materiałów
palnych i poddaje się dalszym badaniom ich właściwości.
2.4. Klasy materiałów wyrobów wg EN 13501-1:2005
Europejski system klasyfikacji posadzek podłogowych wg EN 13501-1 (PNEN 13501-1:2005) w zakresie odporności na działanie zewnętrznych źródeł
podpalania jest złożony i rozbudowany (tabela 1 i tabela 2.).
Tabela 1 Klasy reakcji na ogień wyrobów podłogowych
Klasa Metoda lub metody badania
PN-ENIS01182 (1)
A1fl
i
PN-EN ISO 1716
PN-EN ISO 1182 (1)
lub
A2 fl
PN-EN ISO 1716
PN-EN ISO 9239-1 (5)
Kryteria klasyfikacji
∆T ≤ 30°C
100⋅∆m/mo ≤ 50%
tf= 0 (nie występuje ustabilizowane
spalanie płomieniowe)
PCS 2,0 MJ/kg (1) i
PCS 2,0 MJ/kg (2) i
PCS 1,4 MJ/m2 (3) i
PCS 2,0 MJ/kg (4)
∆T ≤ 50°C
100⋅∆m/mo ≤ 50%
tf ≤ 20 s
PCS 3,0 MJ/kg (1) i
PCS 4,0 MJ/ m2 ( 2) i
PCS 4,0 MJ/m2 (3) i
PCS 3,0 MJ/kg (4)
KSP (6) lub KSP- 30 ≥ 8,0 kW/m2
8
Klasyfikacja dodatkowa
-
-
-
-
Wydzielanie dymu (')
Tabela 2 - Klasy reakcji na ogień wyrobów budowlanych, z wyłączeniem
podłogowych
Klasa
Metoda lub metody badania Kryteria klasyfikacji
Klasyfikacja dodatkowa
A1
PN-EN ISO 1182 (') i
∆T ≤ 30°C
100⋅∆m/mo ≤ 50%
tf= 0 (nie występuje
ustabilizowane spalanie
płomieniowe)
PCS 2,0 MJ/kg (1) i
PCS 2,0 MJ/kg (2) i
PCS 1,4 MJ/m2 (3) i
PCS 2,0 MJ/kg (4)
-
∆T ≤ 50°C
100⋅∆m/mo ≤ 50%
tf ≤ 20 s
•
PCS 3,0 MJ/kg (1) i
PCS 4,0 MJ/ m2 ( 2) ( 2a) i
PCS 4,0 MJ/m2 (3) i
PCS 3,0 MJ/kg (4)
FIGRA < 120 W/s
i
LFS < krawędzi próbki i
THR600S < 7,5 MJ
-
PN-EN ISO 1716
A2
PN-EN ISO 1182 (1)
lub
PN-EN ISO 1716
i
PN-EN13823
9
-
Wydzielanie dymu (5) i
płonące krople/cząstki(6)
3. OPIS STANOWISKA
3.1. Wyposażenie stanowiska
Stanowisko (Rys. 1.) przeznaczone jest do badania i oceny niepalności
materiałów.
Rys. 1. Stanowisko do badania niepalności materiałów metodą wg ISO 1182
W skład zestawu wchodzą:
- piec elektryczny z układem do mocowania i wprowadzania próbek,
- zasilacz pieca elektrycznego ze stabilizacją mocy,
- trzypunktowy układ pomiaru temperatury przy pomocy termopar NiCr-Ni,
- skomputeryzowany układ kontrolno-pomiarowy z kartą ADC,
- program ADC2862.
3.2. Piec stanowiska
Stanowisko powinno składać się z elektrycznego pieca przepływowego Rys.
2.), którego podstawowym elementem jest rura ogniotrwała z nawiniętą spiralą
grzejną w osłonie izolacyjnej. Do podstawy pieca zamocowany jest stożkowy
stabilizator przepływu powietrza, zaś do górnej krawędzi osłona ciągu.
Piec jest zamontowany na stojaku i wyposażony w układ do mocowania
wprowadzania próbek.
Rura pieca o wymiarach:
- wysokość
- 150 ± 1 mm,
- średnica wewnętrzna
- 75 ± 1 mm,
- grubość ścianek
- 10 ± 1 mm.
powinna być wykonana z ogniotrwałego korundu (Tabela 1.) o gęstości 2800 ±
300 kg/m3. Całkowita grubość ścianek rury, łącznie z naniesionym og­
10
niotrwałym cementem podtrzymującym uzwojenie elektryczne, nie powinna
przekraczać 15 mm.
Rys. 2. Ogólny schemat pieca do badań niepalności materiałów
Tabela 1. Skład materiału tulei pieca
Materiał
Trójtlenek glinu Al2O3
Dwutlenek krzemu SiO2
Trójtlenek żelaza Fe2O3
Dwutlenek tytanu TiO2
Czterotlenek manganu Mn3O4
Tlenek sodu Na2O
Tlenek potasu K2O
Tlenek wapnia CaO
Tlenek magnezu
11
-
Skład %(m/m)
58,8 ± 0,4
39,2 ± 0,4
0,42 ± 0,01
0,13 ± 0,05
0,02 ± 0,01
0,45 ± 0,03
0,36 ± 0,1
0,49 ± 0,8
0,21 ± 0,1
Nierównomiernie rozmieszczone (Rys. 3.) na powierzchni tulei ceramicznej o
średnicy wewnętrznej 75 mm przewody grzejne z taśmy kantalowej o szerokości
3mm i grubości 0,2 mm zapewniają równomierne nagrzewanie powierzchni
próbki badanego materiału.
Rys. 3. Uzwojenie elektryczne pieca
W środku wysokości pieca na odcinku ±50 mm temperatura jego ścianki w
funkcji wysokości jego tulei nie powinna ulegać zmianom większym niż 50 oC.
Zapewnia to strefę stałej temperatury dla powierzchni badanej próbki.
Rura pieca izolowana jest termicznie sproszkowanym tlenkiem magnezu , o
gęstości nasypowej 140 ± 20 kg/m3, wypełniającym przestrzeń między tuleją
grzewczą i osłoną z materiału izolacyjnego (azbestocementowego lub
podobnego) o średnicy zewnętrznej 200 mm, wysokości 150 mm i grubości
ścianek 10 mm. Do usytuowania centrycznego tulei grzewczej i zewnętrznej
izolacji służą płyty osłonowe dolna i górna z wewnętrznymi zagłębieniami.
Do dna pieca przymocowany jest stabilizator przepływu powietrza w
kształcie odwróconego stożka ściętego o wysokości 500 mm i średnicach
wewnętrznych: górnej 75 ± 1 mm i dolnej 10 ± 1 mm. Stabilizator wykonany
jest z cienkiej blachy stalowej o grubości 1 mm, wewnątrz wygładzonej.
Połączenie między stabilizatorem i piecem jest hermetyczne i wygładzone.
Górna część stabilizatora jest izolowana od zewnątrz warstwą wełny mineralnej
12
o grubości 25 mm o przewodności cieplnej 0,04 ± 0,01 W/m.K. określonej w
temperaturze 20°C.
Wylot pieca od góry zakończony jest osłoną ciągu wykonaną z cienkiej
blachy stalowej o grubości 1 mm o średnicy wewnętrznej 75 ± 1 mm i
wysokości 50 mm. Osłona ciągu i jej połączenie z wierzchołkiem pieca powinny
być wygładzone od wewnątrz, a od zewnątrz izolowane warstwą wełny
mineralnej grubości 25 mm i przewodności cieplnej 0,04 ± 0,01 W/m.K.
określonej w temperaturze 20°C.
Konstrukcję nośną pieca z stożkowym stabilizatorem przepływu i osłoną
ciągu stojak wyposażonym w osłaniający ekran minimalizujący zawirowania
powietrza w dolnym końcu stożkowego stabilizatora. Ekran osłaniający ma
wysokość około 550 mm. Dolny koniec stożkowego stabilizatora znajduje się na
wysokości około 250 mm nad płytą podstawy stojaka.
3.3. Układ do mocowania i wprowadzania próbek
Próbka mocowana jest koszyczku (Rys. 4.) wykonanym z drutu niklowo
chromowego lub stali żaroodpornej. Na dnie koszyczka należy umieścić cienką
podkładkę z gęstej siatki wykonanej ze stali żaroodpornej. Masa koszyczka
powinna wynosić 15 ± 2 g.
Rys. 4. Uchwyt próbki
13
Koszyczek zawieszany jest na dolnym końca rurki ze stali nierdzewnej o
średnicy zewnętrznej 6 mm i średnicy wewnętrznej 4 mm układu do
wprowadzania próbek do pieca.
Uchwyt wyposażony jest w odpowiednie urządzenie wprowadzające, które
umożliwia precyzyjne opuszczanie próbki osiowo w głąb rury pieca bez
wstrząsów, tak aby podczas badania była ona umieszczona dokładnie w
geometrycznym środku pieca.
Urządzenie wprowadzające składa się z poziomego metalowego pręta,
którego jeden koniec zakończony tuleją ma możliwość przesuwania się wzdłuż
pionowej prowadnicy zamocowanej do boku pieca. Drugi koniec pręta na stałe
zamocowany jest do pionowej rurki zakończonej od dołu tłokiem zanurzonym w
oleju tłumika przymocowanego do boku pieca. Dzięki takiej konstrukcji
urządzenie wprowadzające ma możliwość bez wstrząsów i płynnie przesuwania
się pionowo w górę i w dół. Dzięki takiej konstrukcji i ogranicznikowi ruchu,
którego położenie ustala się w czasie kalibracji pieca, wprowadzana próbka za
każdym razem zajmuje stałą pozycję w piecu w strefie stałej temperatury i
jednakowych odległościach od ścian wewnętrznych pieca. Urządzenie
wprowadzające wyposażono w rączkę drewnianą ułatwiającą wprowadzanie
próbek do pieca i ich wyjmowanie z niego.
3.4. Zasilanie pieca
Dla zachowania stałych warunków rozkładu termicznego i spalania badanych
materiałów niezbędna jest stałość parametrów zasilania energią elektryczną
pieca. W tym celu zastosowano regulowany zasilacz ze stabilizacją mocy. Po
dobraniu wartości mocy zasilania pieca, zapewniającej w nim temperaturę 750 ±
10 oC, układ elektroniczny stabilizatora utrzymuje stałą wartość iloczynu
napięcia zasilania U i natężenia I przepływającego prądu
U ⋅ I = constans
czyli stałą wartość nastawionej mocy elektrycznej pobieranej przez element
grzejny pieca.
3.5. Układ kontrolno-pomiarowy
3.5.1. Termopary i ich rozmieszczenie
Do pomiaru temperatur: pieca, powierzchni i wnętrza próbki stosuje się
termopary w osłonie ze stali nierdzewnej z izolowanym złączem o średnicy
zewnętrznej 1,5 mm typu NiCr-NiAl klasy toleracji 1 wg EN 60584.
Wszystkie nowe termopary powinny być przed użyciem poddane
sztucznemu starzeniu w celu zmniejszenia refleksyjności. Odpowiednią
metodą starzenia nowych termopar jest użycie danej termopary jako termopary
środka próbki materiału z włókna szklanego klejonego żywicą i
przeprowadzenie i przeprowadzenie badań tego materiału.
14
Wzajemne położenie pieca, próbki i termopar przedstawiono na rysunku 5.
Rys. 5. Wzajemne położenie pieca, próbki i termopar
Gorący koniec termopary pieca powinien znajdować się w odległości 10 ± 0,5
mm od ścianki rury pieca w połowie wysokości jego rury grzewczej. Do
ustalania właściwego położenia termopary piecowej służy specjalny przyrząd
(Rys. 6.).
Rys. 6. Przyrząd do ustalania położenia termopary piecowej termopary piecowej
15
Właściwe i stałe położenie termopary piecowej zapewnia prowadnica
zamocowanej do osłony ciągu.
Termoparę środka próbki należy tak ustawić, aby jej gorący koniec znajdował
się w geometrycznym środku próbki. W tym celu należy ją wprowadzić do
środka próbki od góry przez otwór o średnicy 2 mm (Rys. 5.). W przypadku
próbek wielowarstwowych układ warstw powinien być taki, aby gorący koniec
termopary wnętrza próbki znajdował się w środku grubości warstwy, a nie w
miejscu przylegania warstw próbki.
Termopara powierzchni próbki powinna być ustawiona tak, aby na początku
badania jej gorący koniec stykał się z próbką w połowie jej wysokości po
przeciwległej stronie termopary pieca (Rys. 5.).
3.5.2. Czujnik termiczny
Do pomiaru rozkładu temperatury pieca służy czujnik termiczny wykonany z
termopary o średnicy zewnętrznej 1,5 mm typu NiCr-NiAl klasy tolerancji 1 z
nasadką w postaci walca miedzianego o średnicy 10 mm ± 0,2 mm i wysokości
15 mm ± 0,2 mm.
3.5.3. Układ pomiaru temperatury
Do pomiaru temperatur zastosowano zintegrowany wielopunktowy układ
(Rys. 7.) z linearyzacją nieliniowości charakterystyk termopar NiAl-CrNi.
System pozwala na ciągłą rejestrację wyników pomiaru i analizę ich przebiegu.
Rys. 7. Schemat układu do pomiaru temperatury
Sygnał napięciowy termopar mierzy komputer i porównuje go z
charakterystyką termopar NiCr-NiAl. Punkty pośrednie dla ∆T<1 oC oblicza
metodą aproksymacji liniowej. Taka metoda zmniejsza błąd pomiaru
16
spowodowany nieliniowością (Rys. 8.) charakterystyki termopary NiCr-NiAl,
który przy 750 oC przekracza 6 oC.
Temperatury: pieca Tpiec, powierzchni próbki Tpow i wnętrza próbki Twew
komputer określa według algorytmu:
SEM_NiCrNi = A + B ⋅ OdczytAD
Temperatura = Ti +
SEM _ NiCrNi − NiCrNi(i)
⋅ ∆T
NiCrNi(i + 1) − NiCrNi(i)
O
-
wartość odczytu z i-tego kanału przetwornika analogowo-cyfrowego, -,
-
stałe wyznaczane doświadczalnie w czasie kalibracji i-tego kanału stanowiska, µV,
sygnał napięciowy termopary NiCr-Ni, µV,
i-ty element charakterystyki termopar NiCr-Ni wg PN-81/M-53854.06, µV,
temperatura i-tego elementu charakterystyki termopar NiCr-Ni, oC,
rozdzielczość charakterystyki, oC.
1000
950
900
0,0
-1,2
Miernik
Błąd
-2,4
850
-3,6
800
-4,8
750
-6,0
700
700
750
800
850
900
950
o
Temperatura znormalizowana [ C]
Rys. 8. Nieliniowość charakterystyki termopary CrNi-NiAl
17
-7,2
1000
o
o
linearyzacji [C]
C
Błąd [ C]
OdczytA
Di
Ai, Bi
SEM_NiCrNi
NiCrNi(i)
Ti
∆T=1
Temperatura miernika bez
gdzie:
µV
4. WYMAGANIA OGÓLNE PRZEPROWADZENIA BADAŃ
4.1. Warunki badania
Pomieszczenie, w którym przewiduje się umieszczenie stanowiska do badań
niepalności materiałów powinno być wyposażone w skuteczny system
wentylacji ogólnej. System wentylacji wyciągowej nie może wywoływać
wymuszonego przepływu powietrza w pobliżu stanowiska. Stanowisko
badawcze nie może być bezpośrednio oświetlane światłem sztucznym lub
słonecznym. Bezpośrednie oświetlenie wpływa ujemnie na obserwację spalania
płomieniowego wewnątrz pieca.
Ze względu na bezpieczeństwo pracowników do obserwacji spalania
płomieniowego wskazane jest stosowanie lustra ustawionego nad stanowiskiem
w taki sposób, aby nie wywierało wpływu na przebieg badania. Może być lustro
kwadratowe o boku 300 mm, ustawione pod kątem 30° do poziomu i na
wysokości 1 m nad piecem.
4.2. Przygotowanie próbek
Badaniu poddaje 5 próbek w kształcie walca o średnicy 45 mm i wysokości
50 mm. Próbki należy pobierać tak, aby reprezentowały rzeczywisty układ
użytkowy. Należy badać materiały o grubości nominalnej do 50 mm,
wykorzystując ich całkowitą grubość.
W przypadku materiałów jednorodnych o grubości większej niż 50 mm
należy odciąć odpowiednią warstwę materiału, aby grubość próbki zmniejszyć
do 50 mm.
Jeżeli grubość materiału jest inna niż 50 mm próbki o wysokości 50 mm
należy wykonać z odpowiedniej liczby, ułożonych poziomo, warstw materiału.
Zamocowana w uchwycie próbka wielowarstwowa powinna być mocno
ściśnięta (bez nadmiernego nacisku) za pomocą dwóch cienkich drutów
stalowych o średnicy ≤ 0,5 mm w celu zapobieżenia wystąpieniu szczelin
powietrznych między jej warstwami przed badaniem. Warstwy należy tak
rozmieścić, aby gorący koniec termopary środka próbki znajdował się wewnątrz
jednej z warstw. Nie powinien znajdować się w miejscu styku warstw próbki.
Wzdłuż osi próbki do połowy jej wysokości, począwszy od jej górnej po­
wierzchni, należy wykonać otwór o średnicy 2 mm termopary środka próbki.
4.3. Sezonowanie próbek
Próbki powinny być klimatyzowane w suszarce utrzymującej temperaturę
60°C ± 5°C w ciągu 20 do 24 h, po czym przed badaniem powinny być
ochłodzone w eksykatorze do temperatury otoczenia. Masa każdej próbki
powinna być przed badaniem w piecu określona z dokładnością do 0,1 g.
Powyższe wymagania klimatyzowana dotyczą materiałów nominalną
wilgotność. Gęste materiały o dużej wilgotności mogą nie być dostatecznie
wysuszone przy zastosowaniu opisanej procedury. W tym przypadku należy
próbki klimatyzować do czasu uzyskania stanu ustalonej wilgotności. Przez stan
18
ustalonej wilgotności rozumie się taki stan próbki, która podczas dwóch
kolejnych ważeń w odstępach 24 godzinnych nie zmienia swojej masy o więcej
ni 0,1 masy próbki.
4.4.
Metodyka badań
Po ustabilizowaniu się warunków termicznych pieca 750 oC ± 5 oC i
przygotowaniu próbki do badań zgodnie z wymaganiami normy ISO 1182
należy:
- uprzednio zważoną próbkę badanego materiału umocować w układzie do
wprowadzania,
- upewnić się, czy termopary są właściwie ustawione,
- wprowadzić próbkę do pieca (czas operacji nie powinien przekroczyć 5 s,
- włączyć czasomierz i rejestrację temperatur: pieca, powierzchni próbki i jej
wnętrza,
- zarejestrować czas każdego ustabilizowanego spalania płomieniem (za
ustabilizowane spalanie uznaje się ciągłą obecność płomienia na próbce
trwającą ≥ 5 s,
- prowadzić obserwacje zgodnie z zaleceniami metody badań wg ISO 1182,
- zazwyczaj badanie przeprowadza się w ciągu 30 min,
- badanie należy zakończyć, gdy zostanie osiągnięta końcowa równowaga
cieplna dla wszystkich termopar (stan równowagi cieplnej został osiągnięty,
gdy zmiana temperatury wskazywana przez każdą z termopar w ciągu
ostatnich 10 minut nie przekracza 2°C dla czasu trwania pomiaru 30 min
lub 2oC/5 min dłuższego od 30 min czasu trwania pomiaru,
- po zakończeniu pomiaru wyjąć spaloną próbkę łącznie z odpadami, które
się od niej oderwały i spadły w głąb rury pieca i stabilizatora przepływu
powietrza,
- schłodzić ją w eksykatorze do temperatury otoczenia i ją zważyć,
- po ewentualnej korekcie temperatury pracy pieca stanowisko gotowe jest do
dalszej pracy.
Należy zbadać wszystkie pięć próbek
UWAGA - Podczas prowadzenia badań należy zachować szczególną ostrożność ze
względu na wydzielanie się z badanych materiałów szkodliwych dla zdrowia,
toksycznych produktów rozkładu termicznego i spalania.
19
5. URUCHOMIENIE STANOWISKA
5.1. Pomieszczenie do przeprowadzenia badań
Pomieszczenie przeznaczone do badań niepalności
powinno być
wyposażone w skuteczny system wentylacji ogólnej oraz w niezależny system
wentylacji miejscowej - okap z wyciągiem mechanicznym.
Stanowisko do badania niepalności ustawić pod okapem wyciągu
miejscowego. Piec powinien być osłonięty od przeciągów i działania słońca i
sztucznego oświetlenia (oświetlenie ma wpływ na ustalenie momentu
wystąpienia zapłonu).
5.2. Podłączenia podzespołów i ich uruchomienie
Stanowisko do badania niepalności ustawić pod okapem wyciągu
miejscowego. Następnie należy:
- podłączyć zasilanie pieca (Rys. 9 i Rys. 10.),
- ustawić pokrętło regulacji mocy pieca (Rys. 4.) w skrajnym lewym
położeniu (potencjometr wieloobrotowy),
Rys. 9. Płyta czołowa układu kontrolno-pomiarowego
20
Rys. 10. Płyta tylna zasilacza
- połączyć termopary z wejściem wzmacniacza układu kontrolnopomiarowego stanowiska (Rys. 10. i Rys. 11.),
Rys. 11. Schemat połączeń termopar
Kanał 1 jest zastrzeżony w programie do obsługi pomiaru temperatury pieca.
Kanał 2 wykorzystuje się do pomiaru temperatury powierzchni próbki. Kanał
3 służy do pomiaru temperatury wewnątrz próbki.
- termoparę To umieścić w topniejącym lodzie,
21
- połączyć układ kontrolno-pomiarowy z wejściem RS 232 komputera
pomiarowego,
- włączyć zasilanie układu kontrolno-pomiarowego (klawisz SIEĆ),
- włączyć zasilacz pieca (klawisz SIEĆ),
- piec należy rozgrzewać etapami zmieniając pokrętłem REGULACJA moc
pobieraną przez piec ustalić temperaturę 750 ± 5 oC:
1) przez około 60 minut przy nastawie 400,
2) przez około 60 min przy nastawie 630 W,
3) przy nastawie około 630 W powinno się osiągnąć żądaną temperaturę
750 oC,
- uruchomić komputer,
- uruchomić program FTP1, (należy pamiętać o tym, aby w tym samym
katalogu znajdowały się program FTP1.EXE i FTP1D.CFG)
Wyboru interesującej nas opcji programu dokonujemy przy użyciu klawiszy
myszy. Klawisze funkcyjne od razu uaktywniają wybraną funkcję programu.
5.3. Parametry układu pomiarowego stanowiska
Parametry przetwornika analogowo-cyfrowego podaje producent w
dołączonej do przetwornika dokumentacji i w programie obsługi.
Parametry te zostały umieszczone na stałe w programie obsługi stanowiska.
22
Wielkościami możliwymi do zmiany są numer portu szeregowego, do którego
podłączono przetwornik oraz numer wejścia USB joystick’a. W praktyce
najczęściej przetwornik łączy się z portem COM1, natomiast joystick z
wejściem nr 0. Wybierając odpowiedni przycisk programu wprowadzone
zmiany można potwierdzić lub anulować. Po naciśnięciu przycisku Anuluj lub
Potwierdź zmiany program wraca do planszy menu głównego.
5.4. Parametry wzorcowania
Opcja
Parametry
wzorcowania
służy
do
wprowadzenia
do
programu
obsługi stanowiska do badań
niepalności materiałów metodą
wg ISO 1182
danych
z
wzorcowania układu do pomiaru
temperatury pieca, powierzchni
próbki i wnętrza próbki oraz
rozkładu temperatur wzdłuż osi
centralnej pieca.
5.4.1. Wzorcowanie kanałów
pomiarowych
Wzorcowanie
kanałów
pomiarowych 1, 2 i 3 przeprowadza się przy pomocy kalibratora zewnętrznego
(rys. 12). Podstawowym elementem układu kalibracji torów pomiarowych jest
dzielnik napięcia, w skład którego wchodzą dwa oporniki: stały R 1 i suwakowy
R2 oraz źródło napięcia stałego. Najlepszym źródłem zasilania dzielnika jest
akumulator o dużej pojemności. Przy niewielkim obciążeniu prądowym (Imax<60
23
mA) uzyskuje się stały sygnał napięciowy U2. Napięcie U2 nie powinno
przekroczyć 42 mV. Potrzebny jest również miliwoltomierz mierzący
przynajmniej z dokładnością 10 nV.
Rys. 12. Schemat układu do kalibracji kanałów pomiarowych
Dla różnych wartości sygnału
napięciowego wprowadzonego na
wejście toru pomiarowego należy
zarejestrować odczytane przez
komputer wartości z przetwornika
analogowo-cyfrowego. Umożliwia
to opcja programu Stabilizacja
warunków początkowych pracy
stanowiska. Następnie wyznaczyć
przy
pomocy
standardowych
programów parametry regresji
liniowej A i B dla równania
liniowego:
y = A + B ⋅ OdczytAD
Wyznaczone wartości Ai, Bi
wprowadzić do programu obsługi
stanowiska do opcji Parametry
wzorcowania. Natomiast dane
liczbowe wyników pośrednich z
wyznaczoną
standardową
niepewnością pomiarów wpisać do
tabeli wzorcowania, która pojawi
się wraz z wykresem wzorcowania
stanowiska po wywołaniu opcji
programu Wykres.
24
Wybierając przy pomocy myszy odpowiedni wiersz w tabeli i następnie
naciskając właściwy klawisz w polu EDYCJA ZMIAN możemy wprowadzić
korektę wartości wybranego wiersza tabeli. Wybór innego wiersza tabeli
umożliwi kolejną korektę.
Po zakończeniu korekty należy nacisnąć klawisz Wyjście. Program wraca
do opcji Parametry wzorcowania. Po
naciśnięciu przycisku Anuluj lub
Potwierdź zmiany program wraca do
Menu głównego programu. W
momencie naciśnięcia klawisza
Potwierdź zmiany wprowadzone
zmiany zostają zapisane do zbioru
Kal_Tpiec.cfg
w formacie bazy
danych. Zbiór Kal_Tpiec.cfg można
również edytować przy pomocy
programu EXCEL.
Analogicznie postępujemy z
kanałem pomiarowym nr 2, który
służy do pomiaru temperatury
powierzchni próbki. Wprowadzone
zmiany zostają zapisane do zbioru
Kal_Tpow.cfg w formacie bazy
danych.
Zbiór Kal_Tpow.cfg
można również
edytować przy pomocy programu EXCEL.
Analogicznie postępujemy z kanałem
pomiarowym nr 3, który służy o pomiaru
temperatury
wnętrza
próbki.
Wprowadzone zmiany zostają zapisane
do zbioru Kal_Twew.cfg w formacie
bazy danych.
Zbiór Kal_Twew.cfg
można
również
edytować
przy
pomocy
programu EXCEL.
25
5.4.2. Charakterystyka rozkładu temperatury wzdłuż osi pieca
Dla nowego pieca oraz za każdym razem, naprawy uzwojenia pieca lub
jego izolacji należy sprawdzić rozkład temperatur wzdłuż jego osi
centralnej. Zmierzony rozkład temperatury w funkcji wysokości pieca, T=f(h)
powinien miesić się w granicach określonych układem równań:
Tmin = 541,653 + 5,901 ⋅ h − 0,067 ⋅ h 2 + 3,375 ⋅ 10 −4 ⋅ h 3 − 8,553 ⋅ 10 −7 ⋅ h 4
Tmax = 613,906 + 5,333 ⋅ h − 0,081 ⋅ h 2 + 5,779 ⋅ 10 −4 ⋅ h 3 − 1,767 ⋅ 10 −6 ⋅ h 4
czyli
Tmin ( h ) ≤ T( h ) ≤ Tmax ( h )
Po spełnieniu warunków określonych punkcie 4.7.1. należy:
- ustabilizować temperaturę pracy pieca na 750 oC ± 5 oC,
- wykonać pomiary temperatury przy pomoczy czujnika termicznego w
postaci termopary o średnicy zewnętrznej 1,5 mm typu NiCr-NiAl klasy
tolerancji 1 z nasadką miedzianą o średnicy 10 mm ± 0,2 mm i wysokości
15 mm ± 0,2 mm w funkcji wysokości pieca,
Opcja
Parametry
wzorcowania
służy
również
do
wprowadzenia
danych
rozkładu
temperatury
wzdłuż osi pieca. Po
naciśnięciu
przycisku
Kalibracja
rozkładu
temperatury wzdłuż osi
pieca
program
przechodzi do opcji
Rozkład temperatury
wzdłuż osi środkowej
pieca.
Wybierając
przy
pomocy
myszy
odpowiednie pole w
tabeli i następnie naciskając klawisz Edycja T możemy wprowadzić korektę
wartości temperatury. Wybór kolejnego pola w tabeli umożliwi kolejną korektę
charakterystyki rozkładu temperatury wzdłuż osi pieca.
Naciśnięcie klawisza Wyjście aktualizuje bazę danych stanowiska, z której
dane pobiera wykres. Wykres zostaje zaktualizowany. Będziemy mogli
sprawdzić, czy wyznaczony rozkład natężenia strumienia spełnia wymagania
normy.
Po wprowadzeniu wszystkich zmian wprowadzić datę wzorcowania.
26
Naciśnięcie klawisza Wyjście zamyka okno dialogowe; program powraca
do opcji Parametry
wzorcowania.
Po
naciśnięciu
przycisku
Anuluj lub Potwierdź
zmiany program wraca
do Menu głównego
programu. W momencie
naciśnięcia
klawisza
Potwierdź
zmiany
wprowadzone
zmiany
zostają
zapisane
do
zbioru KALIBR.cfg w
formacie bazy danych.
Zbiór
KKALIBR.cfg
można również edytować
przy pomocy programu EXCEL.
5.5. Temperatura ściany pieca
Nierównomiernie rozmieszczone na powierzchni tulei ceramicznej o średnicy
wewnętrznej 75 mm przewody grzejne (Rys. 3.) zapewniają równomierne
nagrzewanie powierzchni próbki badanego materiału. W środku wysokości
pieca na odcinku ±50 mm temperatura jego ścianki w funkcji wysokości jego
tulei nie powinna ulegać zmianom większym niż 50 oC. Zapewnia to strefę stałej
temperatury dla powierzchni badanej próbki.
Dla nowego pieca oraz za każdym razem, naprawy uzwojenia pieca lub
jego izolacji należy sprawdzić rozkład temperatur powierzchni pieca w
funkcji wysokości.
Istnieje możliwość zamontowana rury pieca górą do dołu. Piec posiadał
będzie nierównomierny rozkład temperatury w funkcji wysokości z wyższą
temperaturą w górnej jego części.
W tym celu należy:
- ustabilizować temperaturę pracy pieca na 750 oC ± 5 oC,
- wykonać pomiary temperatury na trzech pionowych osiach ścianki pieca
przesuniętych względem siebie o 120o,
- zmierzyć przy pomocy termopary kontaktowej temperatury na każdej z
wymienionych osi w punktach odpowiadającym połowie wysokości tulei
grzewczej pieca oraz 30 mm powyżej i 30 mm poniżej tej połowy
wysokości rury pieca.
Otrzymuje się dziewięć odczytów Tij (i = oś 1 do 3; j = 1 do 3 dla + 30 mm; 0
mm i - 30 mm)
27
Na podstawie otrzymanych wyników oblicza się:
- średnią temperaturę wzdłuż poszczególnych osi:
3
∑T
ij
Tisr =
[ C] ,
j
O
3
- średnią temperaturę ściany pieca:
3
3
i
j
∑∑ T
ij
Tsr =
[ C] ,
O
9
- średnią temperaturę na poszczególnych poziomach:
3
Tjsr =
∑T
[ C] ,
ij
O
i
3
- względne odchylenie temperatury wzdłuż poszczególnych osi od średniej
temperatury ściany pieca:
T − Tisr
[ %] ,
Todi = 100 ⋅ sr
Tsr
- względne odchylenie temperatury na poszczególnych poziomach od
średniej temperatury ściany pieca:
Tsr − Tjsr
[ %] ,
Tsr
- średnie względne odchylenie wzdłuż poszczególnych osi od średniej
temperatury ściany pieca:
Tjod = 100 ⋅
3
Tsr _ od _ os =
∑T
odi
i
3
[ %] ,
- średnie względne odchylenie temperatury na poszczególnych poziomach
od średniej temperatury ściany pieca:
3
∑T
odj
Tsr _ od _ po =
j
3
[ %] ,
Wyniki pomiarów i obliczeń należy przedstawić w postaci tabeli
Poziom
Oś
+ 30 mm
0
28
- 30 mm
Wartości
Względne
średnie
odchylenie
1 (przy 0O )
T11
T12
T13
Toś1śr
T1od
2 (przy 120O )
T21
T22
T23
Toś2śr
T2od
T31
T32
T33
Toś3śr
T3od
Tpśr1
Tpśr2
Tpśr3
–
Tsr_od_oś
O
3 (przy 240 )
Wartości średnie
Średnia temperatura ściany pieca
Względne odchylenie
Tśr
Tod1
Tod2
–
Tod3
Tsr_od_po
–
Kryteria poprawności pracy pieca:
1. Tsr_od_os < 0,5 %
2. Tsr_od_po < 1,5 %
3. Tśr1 < Tśr3
Należy zwrócić szczególną uwagę na miejsce styku termopary ze ścianką
pieca, gdyż zbyt słaby kontakt pomiędzy termoparą i ścianką pieca spowodować
może zbyt niskie odczyty temperatury.
W każdym punkcie pomiarowym temperatura wskazywana przez termoparę
powinna być stała co najmniej przez 5 min przed odczytaniem.
Wyniki kontroli rozkładu temperatur ściany pieca przedstawiono w tabeli 2
Tabela 2 Parametry ściany pieca
Poziom
Oś
Wartości
Względne
+ 30 mm
798
0
806
- 30 mm
817
średnie
odchylenie
807,0
0,12
2 (przy 120O )
795
807
821
807,7
0,04
3 (przy 240O )
799
809
820
809,3
0,17
797,3
807,3
819,3
x
0,11
x
x
0,94
x
1 (przy
0O )
Wartości średnie
808,0
Średnia temperatura ściany pieca
Względne odchylenie
1,32
0,08
1,40
Kryteria poprawności pracy pieca:
4. Tsr_od_os = 0,11 < 0,5 %
5. Tsr_od_po = 0,94 < 1,5 %
6. Tśr1 = 797,3 < Tśr3 = 819,3
są spełnione.
W przypadku nie spełnienia tego warunku układ grzewczy pieca należy
wymienić.
5.6. Zachowanie parametrów
Opcja ta służy do zachowania konfiguracji systemu w zbiorze
FTP1D.CFG. W tym celu należy nacisnąć klawisz funkcyjny Zachowanie
parametrów. W dalszej pracy i po kolejnych uruchomieniach program korzystać
29
będzie z tych danych. W innym przypadku trzeba będzie po każdym
uruchomieniu programu wprowadzać stałe.
5.7. Kontrola okresowa
Kontrolę rozkładu temperatury na powierzchni wewnętrznej tulei grzewczej
należy przeprowadzić dla nowego stanowiska i po każdej naprawie pieca oraz w
przypadku zauważenia
w wyniku obserwacji wizualnej miejscowych
niejednorodności świecenia wewnętrznej powierzchni tulei, które mogą
świadczyć o przesunięciu uzwojeń grzewczych pieca.
Okresowo należy przeprowadzić kontrolę poprawności wskazań temperatury
przez układ pomiarowy.
Dla różnych wartości sygnału napięciowego
wprowadzonego na wejście wzmacniacza odczytać należy wskazania
temperatury przez komputer i porównać te wartości z wartościami określonymi
dla tych napięć w charakterystyce termopar NiCr-NiAl Okresowo należy
sprawdzać termopary do pomiaru temperatury pieca powierzchni próbki i w jej
wnętrzu.
Stanowisko gotowe do pracy.
Badania należy przeprowadzić zgodnie z
wymaganiami normy ISO 1182 lub Kodeksu
FTP część 1.
30
6. PRZEPROWADZENIE BADAŃ
6.1. Parametry pomiaru
Opcja programu Parametry pomiaru służy do wprowadzenia danych ogólnych
dotyczących:
- badanego materiału (nazwy, symbolu, krótkiej charakterystyki),
- nazwy zbioru wyników pomiarów i katalogu na dysku, na którym będą
zapisane zbiorczo wyniki końcowe wszystkich przebadanych próbek
danego materiału. W tym celu należy nacisnąć klawisz Nazwa lub Alt +
N. Z praktycznego punktu widzenia dobrze jest nazwę zbioru powiązać z
badanym materiałem. Wyniki mierzonych wielkości w funkcji czasu
zapisywane są w zbiorach z numerem badanej próbki (do nazwy komputer
automatycznie dodaje numer badanej próbki). Wyniki zapisane zostaną w
formacie DBE.
- okresu pomiarów (odstępu między kolejnymi pomiarami,),
- liczby badanych próbek,
- numeru aktualnie badanej próbki. Opcja ta umożliwia powtórzenie
badania dla dowolnego numeru próbki (zapisania do zbioru nowych
wyników w przypadku błędnego przeprowadzenia badania lub
awaryjnego jego przerwania).
W celu przeprowadzenia korekty istniejących danych lub wprowadzenia
nowych danych należy:
- wybrać przy pomocy myszy właściwe pole i wprowadzić nowe dane,
- po zakończeniu wprowadzania wszystkich zmian zakończyć operację
naciskając klawisz Potwierdź.
- program wraca do Menu głównego,
- wskazane jest naciśnięcie klawisza funkcyjnego Zachowanie parametrów
w celu zachowania wprowadzonych informacji. W dalszej pracy program
korzystać będzie z tych danych.
31
Zostały zakończone wszystkie operacje wstępne, które są wymagane przed
przystąpieniem do pomiarów właściwych.
6.2. Pomiar
Po przygotowaniu próbek materiałów do badań zgodnie z wymaganiami
normy ISO 1182 i uruchomieniu stanowiska zgodnie z punktem 5 można
przystąpić do pomiarów zasadniczych.
Po wybraniu opcji programu Pomiar zostaje uruchomiony cykl procedur
obsługi stanowiska realizujących pomiary niepalności materiałów zgodnie z
wymaganiami Kodeksu FTP część 1 i normy ISO 1182. Komputer wchodzi do
wielopoziomowej procedury pomiarowej obejmującej następujące opcje:
- Dane początkowe pomiaru,
- Stabilizacja warunków początkowych stanowiska,
- Pomiar parametrów odniesienia,
- Pomiar zasadniczy,
- Końcowe wyniki badań.
6.2.1. Dane początkowe pomiaru
Należy wprowadzić wartość
masy badanej próbki. Następnie
nacisnąć
przycisk
Dalej...
Spowoduje to przejście do
procedury Stabilizacja warunków
początkowych stanowiska.
6.2.2. Stabilizacja warunków początkowych stanowiska
Opcja ta umożliwia kontrolę pracy pieca poprzez pomiar jego temperatury i
szybkości jej zmian w czasie.
Po ustawieniu temperatury
pieca na ok. 750 C i
ustabilizowaniu
się
jego
warunków termicznych dla
temperatury 750 oC ± 5 oC
(przy wyjętym z pieca układzie
do
mocowania
i
wprowadzania próbek) należy
nacisnąć
przycisk
Dalej.
Spowoduje to przejście do
procedury
pomiarowej
Parametry
odniesienia.
Przyjmuje się, że warunki
32
termiczne pieca ustabilizowały się, gdy szybkość zmian temperatury pieca nie
przekracza 0,2 C/min. Szybkość zmian temperatury pieca jest mierzona przez
układ pomiarowy stanowiska.
Poza tym opcja ta umożliwia sprawdzenie poprawności kalibracji torów
pomiarowych. W tym celu należy wprowadzić na wejście torów pomiarowych
sygnały napięciowe o różnych wartościach i porównać te wartości z wartościami
napięć wskazywanymi przez komputer. W przypadku rozbieżności
przeprowadzić kalibrację zgodnie z punktem 5.4.1. (Dla różnych wartości
sygnału napięciowego wprowadzonego na wejście torów pomiarowych
rejestruje się odczyty przetwornika analogowo-cyfrowego. Następnie wyznacza
się przy pomocy standardowych programów parametry regresji liniowej A i B.)
6.2.3. Pomiar parametrów odniesienia
Komputer określa średnią wartość temperatury pieca i szybkość jej zmian.
Po 600-ciu sekundach komputer kończy pierwszy cykl pomiaru parametrów
stabilizacji warunków termicznych w piecu. Po 10 minutach pojawia się
pytanie: Czy powtórzyć pomiar (T/N) ?
Zgodnie z wymaganiami normy ISO 1182 stabilizację warunków termicznych
w piecu należy uznać za wystarczającą, gdy dryft temperatury pieca ≤ 0.2
o
C/min (zmiany temperatury pieca w ciągu 10 minut nie przekroczą ±2 oC).
Jeżeli warunek jest spełniony należy nacisnąć klawisz "N". Komputer kończy
pomiar parametrów odniesienia. W przeciwnym przypadku (po naciśnięciu
klawisza "T") komputer powtarza pomiaru parametrów stabilizacji pieca.
33
Istnieje możliwość skrócenia tego czasu. Naciśnięcie klawisza Czy przerwać
pracę programu również kończy pomiar wskazań początkowych układu
pomiarowego.
Po zakończeniu pomiarów parametrów odniesienia należy nacisnąć przycisk
Dalej ... Komputer przechodzi do Pomiarów zasadniczych. w dowolnej chwili
kończy pomiar wskazań początkowych układu pomiarowego. Pojawi się
komunikat Wprowadź próbkę i naciśnij OK.
6.2.4. Pomiary zasadnicze
Po zakończeniu przez komputer pomiaru parametrów stabilizacji pieca należy:
- przygotowaną i zważoną próbkę materiału umieścić w koszyczku,
- zamocować w uchwycie
układu do wprowadzania
próbek,
- upewnić się, czy termopary
są właściwie ustawione,
- wprowadzić próbkę do
pieca (czas wprowadzania
próbki do pieca nie
powienien przekroczyc 5
s),
- nacisnąć klawisz OK.
Po naciśnięciu klawisza OK komputer przechodzi do pomiarów
właściwych.
W czasie pomiarów komputer określa:
- czas, [s],
- temperatury: pieca, powierzchni próbki i wnętrza próbki według
algorytmu:
SEM_NiCrNi = A + B ⋅ OdczytAD
Temperatura = Ti +
gdzie:
OdczytA
Di
Ai, Bi
SEM_NiCrNi
NiCrNi(i)
Ti
∆T=1
SEM _ NiCrNi − NiCrNi(i)
⋅ ∆T
NiCrNi(i + 1) − NiCrNi(i)
µV
O
C
-
wartość odczytu z i-tego kanału przetwornika analogowo-cyfrowego, -,
-
stałe wyznaczane doświadczalnie w czasie kalibracji i-tego kanału stanowiska, µV,
sygnał napięciowy termopary NiCr-Ni, µV,
i-ty element charakterystyki termopar NiCr-Ni wg PN-81/M-53854.06, µV,
temperatura i-tego elementu charakterystyki termopar NiCr-Ni, oC,
rozdzielczość charakterystyki, oC.
- szybkość zmian temperatur ∆T(t)/∆t, jako parametr pomocniczy do ustalenia
końcowej równowagi cieplnej wszystkich termopar.
34
Wyniki badań przedstawiane są w postaci cyfrowej w tabeli i graficznie w
postaci wykresu.
W czasie pomiarów należy odnotować czas zapalenia się próbki i czas
trwania ustabilizowanego spalania płomieniem będący sumą wszystkich czasów
ustabilizowanego spalania występujących w czasie badania:
t sp = ∑ ( t kspi − t zi ) =∑ ∆t spi
n
n
i
i
∆t spi = 0 gdy t kspi − t zi < 5
Za ustabilizowane spalanie uznaje się ciągłą obecność płomienia na próbce
trwającą przynajmniej 5 s.
Do tego celu służy przyciski układu zdalnego sterowania. Pierwsze
naciśnięcie przycisku komputer przyjmuje jako czas zapłonu tz. Ponowne
naciśnięcie jako koniec spalania płomieniem tks. Na tej podstawie komputer
oblicza czas trwania płomieniowego spalania ∆tspi. Kolejne naciśnięcie kasuje
poprzednie wyniki wpisując jako czas zapłonu czas ostatniego jego naciśnięcia.
Następne jest kolejnym czasem końca spalania płomieniowego. Na tej
podstawie komputer oblicza kolejne czasy trwania płomieniowego spalania ∆tspi.
35
Spalanie płomieniowe jest niekiedy trudne do zidentyfikowania. Niektóre
próbki wykazują tylko ciągłe żarzenie, co nie powinno być uwzględniane.Fakt
ten należy odnotować w punkcie "Obserwacje podczas badania".
Zgodnie z procedurą przedstawioną w normie ISO 1182 pomiar trwa do
uzyskania równowagi cieplnej wszystkich termopar. Zazwyczaj badanie trwa 30
minut.
Stan równowagi cieplnej został osiągnięty, gdy zmiana temperatury
wskazywana przez każdą z termopar w ciągu ostatnich 10 minut nie przekracza
2°C dla czasu trwania pomiaru 30 min lub 2oC/5 min dla czasu badania
dłuższego od 30 min.
Zgodnie z przyjętymi kryteriami równowagi, odczyt termopary środka
próbki powinien być niższy niż odczyt termopary pieca.
Po zakończeniu pomiarów lub ich przerwaniu klawiszem Czy przerwać
pracę programu ? komputer prezentuje na ekranie wyniki końcowe.
Po zakończeniu pomiaru wyjąć spaloną próbkę łącznie z odpadami, które się
od niej oderwały i spadły w głąb rury pieca i stabilizatora przepływu powietrza,
schłodzić ją w eksykatorze do temperatury otoczenia i ją zważyć. Masę
początkową próbki i masę po badaniu wprowadzić do komputera (pozycja 2
wyników badań).
Istnieje możliwość dopisania ważniejszych dodatkowych informacji lub uwag
(emisji dymu, deformacji, żarzenie itp.) potrzebnych przy końcowej analizie
wyników badań danego materiału.
Po akceptacji klawiszem Koniec komputer zapisuje wyniki pomiaru do
zbioru danych na dysk lub dyskietkę (zależy to od danych wpisanych na
początku programu w opcji Parametry pomiaru) oraz przechodzi do następnego
36
Menu głównego zmieniając o 1 numer próbki. Wyniki na dysku (dyskietce)
zapisane są w postaci BDE przystosowanej do wykorzystania w Excelu.
Wykonanie kolejnego oznaczenia można wykonać po usunięciu próbki i po
przywróceniu równowagi termicznej w komorze pomiarowej.
6.3. Zakończenie programu
Wybranie tej funkcji spowoduje zakończenie pracy programu FTP1.
6.4. Wyłączenie stanowiska
Po zakończonych pomiarach należy:
- zamknąć zawór butli z gazem butan propan,
7. OPRACOWANIE WYNIKÓW
Programu komputerowego obsługi stanowiska nie wyposażono w procedury
edycji protokółów badań. Do tego celu należy wykorzystać profesjonalne
37
edytory tekstów i programy kalkulacyjne. Pozwala to opracować dla własnych
potrzeb charakterystyczny profesjonalny wzór dokumentów. Wyniki w postaci
tekstowej zapisane na dysku lub dyskietce łatwo przenieść do dowolnego tekstu
i poprzez zmianę kroju pisma i formatu dostosować do własnych potrzeb. Przy
użyciu standardowych programów kalkulacyjnych można przeprowadzić
dodatkową analizę wyników badań i sporządzić wykresy przyjmowane przez
użytkowany edytor tekstu.
7.1. Obliczenia
Wyniki na dysku (dyskietce) zapisane są w postaci BDE przystosowanej do
wykorzystania w Excelu. Zbiór z rozszerzeniem (xxxxx.dbf) zawiera
zestawienie wyników końcowych badanego materiału, zaś zbiory z
rozszerzeniem 1, 2 i 3 wyniki pomiaru w funkcji czasu: napięcia na wyjściu
układu różnicowego do pomiaru intensywności wydzielania ciepła,
intensywności wydzielanego ciepła i skorygowanej jego intensywności. Jako
separatora użyto przecinka.
Do kontroli i wykonania zestawień końcowych wyników badań i sporządzenia
wykresów opracowano formatki w arkuszu kalkulacyjnym EXCEL. Zbiory z
wynikami końcowymi należy przenieść do arkusza kalkulacyjnego EXCEL,
który przelicza końcowe wyniki badań na podstawie wprowadzonych danych i
sporządza tabele w formacie sprawozdania z badań oraz wykresy. W edytorze
WORD for WINDOWS należy opracowano formatkę sprawozdania z badań
materiałów metodą wg Kodeksu FTP część 1.
7.2. Sprawozdanie z badań
Sprawozdanie z badań powinno zawierać następujące informacje:
a) nazwa i adres laboratorium wykonującego badanie,
b) data i numer identyfikacyjny sprawozdania;
c) zapis o zgodności badania z Kodeksem FTP część 1,
d) wszelkie odstępstwa od metody badawczej,
e) nazwa i adres klienta,
f) identyfikacja wyrobu,
g) ogólny opis badanego wyrobu z podaniem gęstości, masy
powierzchniowej, grubości oraz budowy próbki badawczej,
h) opis procedury pobierania próbek, jeśli dotyczy,
i) szczegóły sezonowania,
j) nazwa i adres producenta/dostawcy, jeśli jest znany,
k) wyniki badań podstawowych,
l) wyniki badań dodatkowych,
m) data dostarczenia próbek,
n) data badania,
o) wykonawców badań,
p) charakterystyka pieca,
38
q) osobę odpowiedzialną za merytoryczną treść sprawozdania,
r) oświadczenie: „Wyniki badania odnoszą się do zachowania próbek
badawczych wyrobu w szczególnych warunkach badania; nie mogą
być jedynym kryterium oceny potencjalnego zagrożenia
pożarowego zastosowanego wyrobu".
W sprawozdaniu należy wyraźnie rozróżnić dane podane przez klienta, i
określone w laboratorium.
8. KONSERWACJA I NAPRAWY
System kontrolno-pomiarowy stanowiska nie wymaga w zasadzie zabiegów
konserwatorskich. W przypadku stwierdzenia, że system nie pracuje lub pracuje
nieprawidłowo należy go odesłać do naprawy do producenta.
Piec i stabilizator przepływu powietrza powinien być okresowo sprawdzany i
czyszczony.
39
9. ZAŁĄCZNIK
MIĘDZYNARODOWY KODEKS STOSOWANIA PROCEDUR PRÓB
OGNIOWYCH (KODEKS FTP)
1. WPROWADZENIE
1.1. Międzynarodowy kodeks stosowania procedur prób ogniowych
(kodeksFTP)
Międzynarodowy kodeks stosowania procedur prób ogniowych
(Rezolucja MSC 61.(67)) przeznaczony jest do stosowania przez administrację i
uprawnioną organizację państwa flagi przy dopuszczaniu wyrobów do montażu
na statkach pływających pod banderą tego państwa, zgodnie z wymaganiami
bezpieczeństwa pożarowego Międzynarodowej Konwencji o Bezpieczeństwie
Życia na Morzu SOLAS 1974, z poprawkami. Kodeks powinien stanowić
podstawę badań i oceny wyrobów przez laboratoria.
1.2. Zastosowanie Kodeksu procedur prób ogniowych
Niniejszy Kodeks ma zastosowanie do wyrobów, które wymagają badań,
oceny i uznania zgodnie z nim procedur prób ogniowych, jak podano w
Konwencji.
Jeżeli przywołanie Kodeksu jest określone w Konwencji SOLAS przez
sformułowanie "...zgodnie z Kodeksem stosowania procedur prób ogniowych",
to dany wyrób powinien być badany zgodnie z mającą zastosowanie procedurą
lub procedurami badań ogniowych, o których mowa w punkcie 4.1.
Jeżeli odsyłacz w Konwencji SOLAS dotyczy tylko przeprowadzania
badania palności wyrobów i ma brzmienie "...i ich odsłonięte powierzchnie
powinny mieć właściwości wolnego rozprzestrzeniania się płomienia", to dany
wyrób powinien być badany zgodnie z mającą zastosowanie procedurą lub
procedurami badań ogniowych przedstawionymi w załączniku nr 1 Rezolucji
MSC.61(67).
CZĘŚĆ 1 - BADANIE NIEPALNOŚCI
Zastosowanie
1.1 Jeżeli wymagane jest, aby materiał był niepalny, to jego niepalność należy
określić zgodnie z niniejszą częścią Kodeksu.
1.2 Jeżeli materiał przejdzie pomyślnie badania wyszczególnione w punkcie 2,
to jest on uważany za niepalny nawet wówczas, gdy jest mieszaniną
substancji organicznych i nieorganicznych.
2 Procedura badania
2.1 Niepalność powinna być potwierdzona według procedury badania podanej w
normie ISO 1182:1990, z wyjątkiem Załącznika A "Kryteria oceny" tej
40
normy, zamiast którego powinny być spełnione wszystkie następujące
kryteria.
.1 średni przyrost temperatury termoelementu pieca obliczony wg 8.1.2
normy ISO 1182:1990 nie powinien przekroczyć 30°C;
.2 średni przyrost temperatury termoelementu na powierzchni próbki
obliczony wg 8.1.2 normy ISO 1182:1990 nie powinien przekroczyć
30°C;
.3 przeciętny czas trwania utrzymującego się płomieniowego spalania
obliczony wg 8.2.2 normy ISO 1182:1990 nie powinien przekroczyć 10
s;
.4 średni ubytek masy obliczony wg 8.3 normy ISO 1182:1990 nie
powinien przekroczyć 50%.
2.2 Raport z badań powinien zawierać następujące informacje:
.1 nazwę organu badawczego; .2 nazwę wytwórcy materiału;
.3 datę dostawy materiału i datę badania;
.4 nazwę lub symbol identyfikacyjny materiału;
.5 opis materiału;
.6 gęstość materiału;
.7 opis próbek;
.8 metodę badania;
.9 wyniki badań, włączając w to wszystkie obserwacje;
.10 przeznaczenie materiału zgodnie z kryteriami badań
wyszczególnionymi powyżej w punkcie 2.1.
41