[摘 要] 文章根據(jù)建筑火災(zāi)的特點，探討了中庭火災(zāi)實驗中有關(guān)煙流溫度的測量方法，介紹了課題組研制的火災(zāi)參數(shù)微機自動測量系統(tǒng)，包括測量系統(tǒng)的組成和軟、硬件設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)，兩年多來，通過該系統(tǒng)對中庭模型進行實測，獲得了大量數(shù)據(jù)，可供相關(guān)研究領(lǐng)域和工程應(yīng)用參考。
　　[關(guān)鍵詞] 數(shù)據(jù)采集 煙流特性 建筑火災(zāi) 熱電偶 溫度補償　

　　隨著高層建筑的普及，中庭結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。所謂中庭，就是高層建筑內(nèi)部在豎直方向上具有一個或者連續(xù)貫通數(shù)層的封頂大型空間。由于中庭結(jié)構(gòu)的特殊性，使傳統(tǒng)建筑物所采用的防排煙技術(shù)受到了挑戰(zhàn)。針對中庭防火技術(shù)的新課題，筆者展開了中庭火災(zāi)理論與實驗的研究，這對制定中庭防火技術(shù)方案和消防安全設(shè)計十分重要，并可為煙流管理等提供科學(xué)依據(jù)。本課題來源于國家科技進步重點項目“現(xiàn)代城市防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)工程”的子項目“高層建筑中庭綜合防火技術(shù)研究”（編號：９８－０４－０３）。課題組研制的實驗系統(tǒng)主要是驗證中庭火災(zāi)煙氣運動物理模型，包括：火源外焰溫度測試；模形火源的確定；中庭模型煙氣填充實驗等。本實驗系統(tǒng)是基于中庭火災(zāi)煙氣運動物理模型，利用物理模型來研究中庭火災(zāi)煙氣控制是十分重要的。為準(zhǔn)確可靠地對大空間火情進行監(jiān)測，避免大規(guī)?；馂?zāi)的發(fā)生，還有建筑物火災(zāi)閃燃現(xiàn)象的研究、中庭模型煙氣填充實驗研究、火災(zāi)煙流特性研究等，這些都離不開溫度的動態(tài)測量。由于火災(zāi)過程變化快，因此實現(xiàn)準(zhǔn)確的動態(tài)測量非常關(guān)鍵。實驗過程要求高精度、實時測量。高速攝影雖是一種比較客觀的方法，但價格昂貴，且標(biāo)定困難，所以課題組研制了火災(zāi)參數(shù)測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)以計算機技術(shù)和傳感器技術(shù)為基礎(chǔ)，是一種動態(tài)計量系統(tǒng)?；馂?zāi)實驗是一個動態(tài)過程，其空間和時間的狀態(tài)能反映整個火災(zāi)的過程，應(yīng)考慮各種因素，選好采樣點。具體作法是：根據(jù)初步實驗觀察到的煙氣運動趨勢，合理布置測點，以便全面反映模型內(nèi)的動態(tài)溫度場。另外，還要合理安排實驗過程，盡可能采集到必要的數(shù)據(jù)并減小測量誤差，其中數(shù)據(jù)采集和處理是關(guān)鍵。

　?。?測量系統(tǒng)的組成
　　火災(zāi)實驗是研究火災(zāi)并獲取火災(zāi)數(shù)據(jù)的重要方法，課題組在重慶大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程研究中心搭建了兩個火災(zāi)試驗?zāi)Ｐ停Ｐ褪疽鈭D見圖１。
　　實驗采用課題組研制的計算機測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)由溫度傳感器、調(diào)制放大器、Ａ／Ｄ卡、計算機、ＣＲＴ顯示器及打印機等組成，能同時接入溫度、壓力、流量、重量、濃度等多種傳感器，數(shù)據(jù)采集速度快、精度高，采集系統(tǒng)既可獨立工作又可和上位機配套使用。上位機在Ｗｉｎ９８操作系統(tǒng)支持下使用，能方便地進行各種參數(shù)設(shè)置，能同時顯示多路實時數(shù)據(jù)、實時曲線，并具有存盤、回放、打印等多種功能。
　　實驗裝置主要用于實驗過程中火災(zāi)蔓延溫度的測試，為理論分析提供可靠的數(shù)據(jù)。測試系統(tǒng)能同時對多點溫度進行快速、準(zhǔn)確地測量，并實時完成分析、處理、顯示等功能。實驗系統(tǒng)如圖２所示。溫度傳感器選用熱電偶，將溫度轉(zhuǎn)換為毫伏級電信號，經(jīng)調(diào)制放大后，送計算機Ａ／Ｄ。數(shù)據(jù)采集接口箱設(shè)計成通用型的，可同時對溫度、壓力、壓差、流量等進行測量，通過在驅(qū)動軟件提供的可視化控制面板上改變設(shè)備運行參數(shù)實現(xiàn)，如更換傳感器類型、改變采樣時間等。如果是測量溫度，則系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)定的熱電偶類型生成并產(chǎn)生測試數(shù)據(jù)。

　?。?系統(tǒng)硬件設(shè)計
　　熱電偶選用銅—康銅，分度號為Ｔ，它的優(yōu)點是靈敏度高、便宜，可以在真空、氧化、還原或惰性氣氛中使用，測溫上限可達４００℃，允許誤差０．７５％。由于熱電偶的輸出值很?。ǎ保埃啊鏁r為４．２６ｍＶ滿度時也只有２０ｍＶ），內(nèi)阻也小（＜１５０Ω），因此要用低失調(diào)、低漂移運放，以保證測量精度和抗干擾能力。眾所周知，測控系統(tǒng)的性能優(yōu)良與否，不但與微機硬件、軟件有關(guān)，很大程度上取決于模擬信號調(diào)理的好壞，而且，有時模擬信號的處理比數(shù)字信號處理難度更大。因此，模擬信號的調(diào)理歷來受到人們重視。
　?。粒淖儞Q器是模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)之間的橋梁。通過Ａ／Ｄ變換器，模擬信號被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并輸出給計算機。用單片機進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集是一種經(jīng)濟可行的辦法，多數(shù)情況下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度１２位就已夠了，考慮到今后測量精度可能要求更高，本系統(tǒng)選用了１６位Ａ／Ｄ變換器，利用Ａ／Ｄ進行數(shù)據(jù)采集，并通過控制主機啟動多點現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。對于儀表本機而言，只要對模擬線路部分設(shè)計恰當(dāng)，要達到較高精度是比較容易的，但對于由幾百支傳感器和儀表組成的整個系統(tǒng)而言，若要達到更高精度則須考慮傳感器的非線性特性和傳感器的分散性。測量精度主要取決于傳感器的精度等級、放大器的穩(wěn)定性及電源的穩(wěn)定性。動態(tài)性能則取決于信號通道的通頻帶和采集速度。采樣頻率的選擇要確保系統(tǒng)有很好的頻率響應(yīng)，過采樣的好處是可以在必要時采用數(shù)字濾波，減少穩(wěn)定干擾引起的誤差。
　　由于實驗現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣，極易受電氣設(shè)備啟、停引起的輻射干擾。因此，除了在系統(tǒng)中采取了嚴(yán)格屏蔽、良好接地、濾波等硬件抗干擾措施外，還采取了數(shù)字濾波技術(shù)，收到了良好的效果，系統(tǒng)長期運行穩(wěn)定，工作可靠。各路傳感器通過接插件與采集系統(tǒng)相連，采集系統(tǒng)再通過ＲＳ２３２串行口與上位機相連，各項操作可由上位機操作軟件實現(xiàn)，也可由采集系統(tǒng)上的按鍵設(shè)置實現(xiàn)。