北京北广精仪仪器设备有限公司  

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在材料燃烧性能测试领域，临界氧指数作为一项衡量材料阻燃特性的核心指标，其测试设备的稳定性与操作便捷性直接影响着实验数据的可靠性。触摸屏全自动临界氧指数测定仪JF-5基于GB/T 2406.2-2009标准设计，通过集成触摸屏交互、闭环浓度控制及智能化数据处理功能，为塑料、建筑材料、纺织品等多类材料的氧指数测试提供了系统化解决方案。

一、设备核心构成与技术原理

（一）人机交互模块

设备搭载全彩触摸屏作为人机交互界面，替代传统机械按键与旋钮操作模式。触摸屏界面采用分层式菜单设计，主界面集中显示氧浓度实时数值、气体流量参数、计时状态及设备运行提示信息，二级菜单涵盖参数设置、数据管理、故障诊断等功能模块。操作时，用户可直接在触屏上完成氧浓度设定、燃烧判定模式选择、历史数据查询等操作，无需手动调节机械阀门，降低了人为操作误差。触屏响应时间小于0.5秒，支持戴手套操作，适应实验室常规防护需求。

（二）气体控制系统

气体控制是实现氧浓度精确调节的核心环节，设备采用步进比例阀与闭环控制算法相结合的方案。步进比例阀通过步进电机驱动阀芯位移，实现对氧气、氮气流量的连续调节，流量控制精度较传统电磁比例阀提升显著。闭环控制系统以进口氧传感器为反馈单元，实时采集燃烧筒内的氧浓度信号，当检测到氧浓度与目标值存在偏差时，系统自动调整步进比例阀的开度，使氧浓度快速回归设定范围。这种动态调节机制解决了传统设备在测试过程中无法实时修正氧浓度漂移的问题，确保整个测试周期内氧浓度波动控制在允许范围内。

氧传感器选用进口元件，测量范围为0-100%，数字信号直接传输至触摸屏显示，无需人工进行浓度换算。传感器内置温度补偿功能，可减少环境温度变化对测量精度的影响，其数字分辨率为±0.1%，测量精度等级为0.1级，满足国家标准对氧浓度测量的误差要求。传感器前端设置过滤装置，可阻挡燃烧产生的烟雾与颗粒物进入传感器内部，延长元件使用寿命。

（三）燃烧与试样夹持系统

燃烧筒采用石英玻璃材质，内径≥75mm，筒体透明度高，便于观察试样燃烧状态。燃烧筒内气体流速设计为40mm±2mm/s，通过优化进气口结构实现气体均匀分布，避免局部流速异常影响测试结果。筒体底部设置气体混合腔，氧气与氮气在进入燃烧筒前充分混合，确保浓度均匀性。

试样夹分为自撑材料与非自撑材料两类，适配不同形态样品的测试需求。自撑材料试样夹可将试样垂直固定于燃烧筒轴心位置，夹持力可调，避免试样在测试过程中发生偏移；非自撑材料试样夹（选配）采用框架式结构，可同时固定试样的两个垂直边，适用于纺织品、薄膜等柔软不可自撑材料。试样夹材质选用耐高温不锈钢，在反复高温测试环境下不易变形，保证夹持稳定性。

点火系统采用丙烷（丁烷）作为燃料，点火嘴由金属管制成，尾端喷嘴内径为Φ2±1mm，可自由弯曲以调整点火角度。火焰长度可通过调节燃气流量控制在16±4mm范围，点火时可将喷嘴插入燃烧筒内靠近试样底部位置，点火成功率大于99%。系统配备火焰监测功能，若点火失败或火焰意外熄灭，设备将自动切断燃气供应并发出提示。

（四）数据处理与存储模块

设备内置微处理器，可对测试过程中的氧浓度、燃烧时间、燃烧长度等数据进行实时采集与处理。触摸屏界面设置“一键配比浓度”功能，用户输入目标氧浓度后，系统自动计算氧气与氮气的流量比例并调节阀门，简化操作流程。“一键”启动功能可在参数设置完成后，自动按顺序执行气体置换、浓度调节、点火计时等操作，减少人工干预步骤。

数据存储模块支持保存不少于1000组实验数据，内容包括测试日期、试样名称、氧浓度值、燃烧状态（是否燃烧50mm）、测试人员等信息。用户可通过触摸屏查询历史数据，按日期或试样名称筛选记录，也可导出数据至外部存储设备（需通过USB接口，具体功能以设备实际配置为准）。数据清除功能支持单个删除或批量清空历史记录，保障数据存储空间的有效利用。

（五）安全保护系统

设备配备多重安全保护机制，降低操作风险。气源故障提示功能可实时监测氧气与氮气的输入压力，当输入压力低于0.25MPa或高于0.3MPa时，系统发出声光提示并暂停测试；氧气氮气错接提示功能通过检测气体成分，若发现气路连接错误，立即切断气源并锁定设备，避免安全事故；氧传感器故障提示与老化提示功能可实时监测传感器工作状态，当传感器信号异常或达到使用寿命时，提醒用户及时更换。

此外，设备设置超压保护装置，当工作压力超过0.25MPa时，自动释放多余压力；燃烧筒顶部设置排气口，及时排出燃烧产生的烟气，避免有害气体积聚。整机电路采用过载保护设计，当电流超过额定值时自动切断电源，保障电气安全。

二、性能参数

1. 采用进口氧传感器，数字显示氧气浓度无需计算，精度更高更准确，范围0-100%

2. 数字分辨率: ±0.1%

3. 测量精度:0.1级

4. 触摸屏设置程序自动调节氧浓度

5. 一键启动

6. 一键配比浓度

7. 氧浓度稳定自动提示报警声

8. 带有计时功能

9. 可存储实验数据

10. 可查询历史数据

11. 可清除历史数据

12. 可选择是否燃烧50mm

13. 气源故障提示

14. 氧传感器故障提示

15. 氧气氮气错接提示

16. 氧传感器老化提示

17. 标准氧浓度输入

18. 可设定燃烧筒直径(两种常用规格可选)

19. 流量调节范围:0-20L/min(0-1200L/h)

20. 石英玻璃筒:内径≥75mm

21. 燃烧筒内气体流速:40mm±2mm/s

22. 整机外形尺寸:650mm×400mm×830mm

23. 压力表精度2.5级，分辨率:0.01MPa

24. 试验环境:环境温度:室温~40℃，相对湿度:≤70%

25. 输入压力:0.25-0.3MPa

26. 工作压力:氮气0.15-0.20Mpa，氧气0.15-0.20Mpa

27. 试样夹可用于软质和硬质塑料、各类建筑材料、纺织品、防火门等

28. 丙烷(丁烷)点火系统，点火嘴为一根金属管制成，尾端有内径Φ2±1mm的喷嘴，可自由弯曲。能插入燃烧筒内点燃试样，火焰长度:16±4mm，大小5mm-60mm可自由调节

29. 气体:工业用氮气、氧气，纯度>99%;(注:气源和链接头用户自备)

30. 电源要求:AC220(+10%)V、50HZ

31. 最大使用功率:150W

32. 自撑材料试样夹:能固定在燃烧筒轴心位置上、并能垂直夹住试样

33. 非自撑材料试样夹:能将试样的两个垂直边同时固定在框架上(选配/应用于纺织品等柔软不可自撑材料)

三、适用标准与测试原理

（一）适用标准

设备设计符合GB/T 2406.2-2009《塑料 用氧指数法测定燃烧行为 第2部分：室温试验》标准要求，该标准规定了在规定的试验条件下，在氧、氮混合气流中，刚好维持试样燃烧所需的最低氧浓度的测定方法。同时，设备可通过调整试样夹与测试参数，适配建筑材料、纺织品等领域的氧指数测试相关标准，如GB/T 5454-1997《纺织品 燃烧性能试验 氧指数法》、GB/T 8626-2007《建筑材料可燃性试验方法》中对氧指数测试的参考要求。

（二）测试原理

临界氧指数（OI）是指在规定试验条件下，通入23℃±2℃的氧、氮混合气体，刚好维持试样燃烧50mm长度或燃烧时间达到3分钟时所需的较低氧浓度，以体积分数表示。测试时，将试样垂直固定在燃烧筒中，调节混合气体中氧气与氮气的浓度，点燃试样上端，观察燃烧行为。若试样燃烧超过50mm或超过3分钟，则降低氧浓度；若试样燃烧不足50mm或在3分钟内熄灭，则提高氧浓度。通过多次试验，最终确定刚好维持试样燃烧所需的氧浓度，即为该试样的临界氧指数。

设备通过闭环控制系统实现氧浓度的精确调节，触摸屏实时显示当前氧浓度，当氧浓度稳定在设定值±0.1%范围内时，系统发出提示音，此时可进行点火测试。测试过程中，若氧浓度因燃烧消耗发生漂移，系统自动调节阀门开度，确保浓度稳定，从而提高测试结果的重复性。

四、设备安装与环境要求

（一）场地准备

设备应安装在通风良好的实验室环境中，远离热源、火源及腐蚀性气体。实验室地面应平整坚固，承重能力不低于200kg/m²，设备四周预留至少800mm的操作空间，便于试样安装、气路连接及日常维护。实验室应配备独立的排气系统，如通风橱或排气扇，及时排出燃烧产生的烟气，保持室内空气流通。

（二）电源连接

设备使用AC220(+10%)V、50HZ交流电源，需配备带接地保护的单相三孔插座，接地电阻不大于4Ω。电源线路中应安装额定电流不小于10A的断路器，避免电路过载。连接电源前，需检查设备电源插头与插座匹配性，确保接触良好，无松动现象。禁止在同一插座上连接多个大功率设备，防止电压波动影响设备正常运行。

（三）气路连接

气源需用户自备，氧气与氮气纯度均应大于99%，建议使用不小于98%的工业级气瓶（注：气体属高危运输品，需在当地正规气站购买）。气瓶应直立固定，避免倾倒，气瓶与设备之间的连接管路采用耐高压、耐腐蚀的PU管或不锈钢管，管径与设备进气口匹配。

连接步骤如下：

1. 关闭气瓶总阀与减压阀，将减压阀出口与设备进气口通过管路连接，确保接头紧固无泄漏；

2. 打开气瓶总阀，缓慢调节减压阀，使输入压力保持在0.25-0.3MPa范围内，观察设备压力表显示是否正常；

3. 开启设备电源，进入“气路检测”界面，系统自动检测氧气与氮气通路是否通畅，若显示“气源正常”，则连接成功；若提示故障，需检查管路连接是否漏气或气瓶压力是否不足。

（四）设备调试

首次使用或长期停用后，需进行设备调试：

1. 氧传感器校准：通入纯度已知的氧气（99.9%），在触摸屏“校准”菜单中输入标准氧浓度，系统自动完成校准；

2. 流量校验：通过标准流量计对比设备显示的流量值，若偏差超过±0.2L/min，需进入“流量校准”界面进行修正；

3. 点火测试：调节火焰长度为16±4mm，观察点火是否顺畅，火焰是否稳定；

4. 试样夹持测试：安装标准试样，检查试样是否垂直固定于燃烧筒轴心，夹持力是否适中。

五、试样制备与安装规范

（一）试样类型与尺寸

根据GB/T 2406.2-2009标准，试样分为自撑材料与非自撑材料两类，尺寸要求如下：

1. 自撑材料：标准试样为长70-150mm、宽6.5±0.5mm、厚3±0.5mm的条形；也可采用厚度为2-10mm的其他尺寸试样，但需在报告中注明。

2. 非自撑材料（纺织品等）：标准试样为长150mm、宽50±1mm的条状，厚度不超过10mm；若试样太薄，可多层叠加至规定厚度，但层间不得有间隙。

试样表面应平整光滑，无气泡、裂纹、飞边等缺陷，边缘需打磨圆滑。每组试验至少准备15个试样，其中10个用于初始浓度试探，5个用于正式测试。试样制备后需在温度23℃±2℃、相对湿度50%±5%的环境中调节至少24小时，以消除加工应力对测试结果的影响。

（二）试样安装步骤

1. 自撑材料试样安装：松开试样夹固定螺丝，将试样垂直插入夹持槽内，确保试样上端露出夹持器约30mm；调整试样位置，使其位于燃烧筒轴心线上，与筒壁距离不小于10mm；拧紧固定螺丝，检查试样是否牢固，轻轻晃动试样夹，试样无偏移即可。

2. 非自撑材料试样安装（使用选配夹具）：将试样平铺于框架上，使试样的一个长边与框架底边对齐；用压条固定试样的两个垂直边，确保试样平整无褶皱，框架边缘不得覆盖试样燃烧区域；将框架垂直固定于燃烧筒内，试样下端距筒底约100mm，上端露出框架约50mm。

安装完成后，关闭燃烧筒顶部的玻璃罩，确保密封良好，避免气体泄漏影响浓度稳定性。

六、操作流程详解

（一）开机与参数初始化

1. 接通电源，按下设备背面电源开关，触摸屏显示开机画面，系统自检约5秒后进入主界面；

2. 在主界面点击“参数设置”，进入参数配置页面：输入标准氧浓度（默认值为21%，可根据试样类型调整）；选择燃烧判定模式（“燃烧50mm”或“3分钟熄灭”，默认前者）；设定燃烧筒直径（根据实际使用的石英玻璃筒规格选择，两种常用规格可选）；设置计时单位（秒/分钟，默认秒）。

3. 参数设置完成后，返回主界面，点击“气路启动”，系统开始通入氮气，对燃烧筒内进行气体置换，置换时间约30秒（可在设置中调整）。

（二）氧浓度调节与稳定

1. 置换完成后，在主界面点击“浓度调节”，输入目标氧浓度值（如25.0%），点击“确认”；

2. 系统自动启动闭环控制程序，步进比例阀调节氧气与氮气流量，氧浓度实时显示在屏幕上；

3. 当氧浓度达到设定值±0.1%范围内并保持稳定时，设备发出“嘀”的提示音，此时可进行点火操作；

4. 若氧浓度长时间无法稳定（超过2分钟），系统会提示“浓度调节失败”，需检查气源压力、管路连接或氧传感器状态。

（三）点火与燃烧测试

1. 点击主界面“点火”按钮，点火系统启动，火焰从喷嘴喷出，调节火焰长度为16±4mm；

2. 通过触摸屏上的“火焰位置调节”按钮，控制点火嘴移动至试样上端下方约10mm处，点燃试样；

3. 试样点燃后，立即点击“开始计时”，系统开始记录燃烧时间；

4. 观察燃烧状态：若试样燃烧超过50mm或持续燃烧3分钟，点击“停止计时”，记录当前氧浓度为C₁；若试样燃烧不足50mm且在3分钟内熄灭，点击“停止计时”，记录当前氧浓度为C₂；

5. 测试结束后，点击“熄火”按钮，关闭点火系统，系统自动通入氮气吹扫燃烧筒内的残余烟气，吹扫时间约20秒。

（四）结果判定与数据保存

1. 按照GB/T 2406.2-2009标准，通过初始浓度试探确定氧浓度的大致范围，再以0.2%的浓度间隔进行测试，直至找到刚好维持试样燃烧的浓度；

2. 每次测试完成后，系统自动计算当前氧浓度，用户可在“数据记录”界面输入试样名称、测试人员等信息，点击“保存”将数据存入内存；

3. 一组试样测试完成后，系统自动生成平均值与标准差，用户可点击“数据导出”（若设备支持）将数据保存至外部存储设备，或手动记录结果。

（五）关机流程

1. 测试全部结束后，点击“气路关闭”，系统停止通入氧气与氮气；

2. 点击“返回主界面”，再点击“关机”按钮，设备进入待机状态；

3. 关闭设备背面电源开关，拔下电源插头；

4. 关闭气瓶总阀，松开减压阀，排出管路内残余气体；

5. 清理燃烧筒内灰烬，用干净软布擦拭石英玻璃筒内壁，保持设备整洁。

七、日常维护与故障排除

（一）日常维护要点

1. 氧传感器维护：每次使用后，用氮气吹扫传感器气路5分钟，去除残留烟气；每月进行一次传感器校准，使用标准氧气（99.9%）校验测量精度，若偏差超过±0.2%，需重新校准；当设备提示“氧传感器老化”时，应及时更换传感器，更换后需进行校准方可使用。

2. 气体系统维护：每周检查气路连接管路，查看是否有漏气、老化现象，发现问题及时更换；每月清洁气体过滤器，拆下过滤器滤芯，用无水乙醇清洗后晾干装回；定期检查减压阀与压力表，确保压力指示准确，阀门调节灵活。

3. 机械部件维护：每日测试结束后，用软布擦拭试样夹、燃烧筒等部件，去除灰尘与污渍；每月在试样夹转轴、点火嘴弯曲关节等部位滴加少量润滑油，保持活动顺畅；每季度检查石英玻璃筒是否有裂纹、划痕，若有损坏及时更换，避免高压下破裂。

4. 电气系统维护：每半年检查电源线、插头是否完好，接地是否可靠；定期清理触摸屏表面灰尘，使用干燥软布擦拭，避免使用有机溶剂；设备长期停用（超过1个月）时，应拔下电源插头，取出氧传感器单独存放，并用防尘罩遮盖设备。

（二）常见故障及排除方法

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应用领域：

氧指数分析仪的应用领域非常广泛，其核心价值在于为各类材料的阻燃性能提供量化评估，从而保障产品安全、满足法规要求并指导材料研发。