[发明专利]一种可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置及方法

权利要求书

1.一种可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置，其特征在于，包括燃烧室和控制中心两部分；

所述燃烧室内部设有样品台，所述样品台中部设有烟颗粒自动采集装置，所述样品台的一端设有自动点火装置，所述样品台上固定有样品导线，所述样品导线的控制电路连接有继电器b(16)，所述燃烧室的两端设有强迫对流产生装置，所述燃烧室为长方体，其左端开口，右壁面设有圆形进风口，并在所述圆形进风口处设有风机，前壁面设有长方形观察窗，窗边固定一台摄像机，前壁面右下角设有风机开关和风速调节旋钮；

所述强迫对流产生装置包括两片匀流板，两块匀流板分别竖直地固定在所述燃烧室的左端开口处和右端靠近样品台处，所述两片匀流板为微孔铝蜂窝芯，所述风机的中心与所述样品导线位于同一高度，所述风机通过圆形通风管道安装在燃烧室内右壁面的圆形进风口处，所述风机的控制电路连接有继电器c(17)；

所述烟颗粒自动采集装置包括保护箱，其内设有步进电机、步进电机驱动器，所述步进电机的输出轴伸出保护箱并经由联轴器与螺杆相连，所述螺杆左端装有限位挡块，所述螺杆啮合有螺套，且所述螺套安装在滑块中，所述滑块上方与采烟架固定连接，下方装于固定在样品台的底座上的水平轨道中，所述采烟架包括支撑杆和长方形框架，所述长方形框架所在的平面垂直于所述样品导线，其上均匀搭设SiC纤维矩阵，所述SiC纤维的每个自由端都悬挂重物；

所述自动点火装置包括长方形的腔体，所述腔体的底部设有方形底座，所述腔体的顶壁嵌有中心有圆孔的方形电磁铁，外部套有绝缘管的圆柱形铁柱穿过所述方形电磁铁中心部的圆孔且与腔体之间为活动连接，所述腔体内部在所述圆柱形铁柱与底座之间连接有弹簧，所述绝缘管内部嵌有两根铁棒，两根铁棒伸出绝缘管上端后分别与电热丝的两端相连，所述电热丝和电磁铁的控制电路连接有同一个继电器a(15)。

2.根据权利要求1所述的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置，其特征在于，所述绝缘管的上端固定有保护帽。

3.根据权利要求1所述的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置，其特征在于，所述样品台包括一个底座和两个长方体支架，其中一个支架上固定一块电木板，另一支架上固定有横梁，所述横梁上滑动套有一块中空的电木板，所述中空的电木板与支架之间连接有弹簧，两块电木板上表面各固定一个接线柱，且两接线柱顶端位于同一水平高度，所述样品导线水平地连接在两接线柱之间。

4.根据权利要求1、2或3所述的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置，其特征在于，所述控制中心设有计算机，所述计算机与所述摄像机相连，所述计算机连接有单片机，所述单片机的三个接口分别与继电器a(15)、继电器b(16)和继电器c(17)相连，三个继电器分别与所述自动点火装置、样品导线和风机的控制电路连接，所述计算机与步进电机控制卡、步进电机驱动器、步进电机依次相接。

5.一种权利要求4所述的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置实现通电导线燃烧实验的方法，其特征在于，包括步骤：

开启摄像机，其获得的图像信息同步传送给计算机，继电器b(16)控制样品导线(11)通电，继电器c(17)控制风机(7)开启，此时外界空气由进风口进入燃烧室并形成均匀、稳定的流场，继电器a(15)控制自动点火装置中的电热丝和电磁铁同时通电，电磁铁吸合铁柱并带动电热丝伸出腔体为样品导线加热；

点火成功后，火焰从着火点出发沿着样品导线水平传播，此时电热丝和电磁铁同时断电，铁柱在弹簧回复力作用下回到腔体；

以某点为原点沿着火焰传播的方向建立位置坐标系，则烟颗粒自动采集装置中滑块的右极限位置为S1，左极限位置为S2；

计算机对视频图像进行处理获得火焰中心位置X和火焰传播速度V，并进行以下指令：

当X<S1时，步进电机静止；

当S1≤X<S2时，采烟过程开始，步进电机以转速α＝V/n运行，n为螺杆的螺距，与步进电机相连的螺杆驱动滑块在水平轨道上以速度V运动，此时采烟架和火焰达到了同步运动，SiC纤维矩阵与火焰持续接触使得烟颗粒不断在其表面累积；

当X≥S2时，步进电机(21)停止，一段时间后步进电机(21)反向旋转并回到原来的位置，接着继电器b(16)控制样品导线(11)断电，继电器c(17)控制风机(7)断电，实验结束；

SiC纤维矩阵上采集到的烟颗粒样本用碳胶带取下，再喷洒铂粉后就能在扫描电镜下观察获得火焰不同高度处的烟颗粒形态及分布。