Đầu đốt ngọn lửa kim: Ứng dụng và phân tích kỹ thuật trong thử nghiệm an toàn cháy nổ của thiết bị điện và điện tử

Tóm tắt
Với sự phát triển của việc thu nhỏ và công suất cao của các sản phẩm trong các lĩnh vực như thiết bị điện và điện tử, thiết bị gia dụng và chiếu sáng, nguy cơ cháy nổ do "ngọn lửa nhỏ" từ đoản mạch và quá nhiệt linh kiện ngày càng trở nên phổ biến. Do đó, thử nghiệm an toàn cháy nổ đã trở thành một mắt xích cốt lõi trong nghiên cứu và phát triển sản phẩm, kiểm tra chất lượng nhà máy và chứng nhận. Là một thiết bị chuyên dụng để mô phỏng các tình huống cháy nhỏ, độ chính xác thử nghiệm và tính tiện lợi khi vận hành của đầu đốt ngọn lửa kim quyết định trực tiếp đến độ tin cậy của việc đánh giá hiệu suất chống cháy. Bài báo này xem xét LISUN ZY-3 Đầu đốt ngọn lửa kim Với tư cách là đối tượng nghiên cứu, chúng tôi trình bày một cách có hệ thống những ưu điểm về thiết kế mô-đun, phân tích sâu sắc các nguyên lý kỹ thuật của các chức năng cốt lõi như kiểm soát nhiệt độ chính xác, hẹn giờ tự động và ghi dữ liệu, đồng thời kiểm chứng khả năng thích ứng của thiết bị trong thử nghiệm an toàn phòng cháy chữa cháy đa ngành bằng cách kết hợp khả năng kiểm soát thông số ngọn lửa tuân thủ tiêu chuẩn quốc tế và thiết kế vận hành hai chế độ. Thông qua việc phân tích các tình huống ứng dụng điển hình và so sánh thông số hiệu suất, giá trị kỹ thuật của LISUN ZY-3 Đầu đốt ngọn lửa kim được đánh giá cao trong việc đảm bảo an toàn cháy nổ cho sản phẩm và đáp ứng các yêu cầu tiếp cận thị trường, cung cấp giải pháp thử nghiệm chuyên nghiệp cho các nhà sản xuất sản phẩm điện và điện tử, các tổ chức thử nghiệm và viện nghiên cứu khoa học.

1. Giới thiệu
Trong quá trình vận hành thiết bị điện và điện tử, các sự cố như lão hóa linh kiện, quá tải mạch điện hoặc đoản mạch có thể dễ dàng tạo ra "ngọn lửa nhỏ" với nhiệt độ trên 700°C. Mặc dù kích thước ngọn lửa nhỏ, nhưng chúng tập trung năng lượng và có thể dễ dàng đốt cháy vật liệu cách điện hoặc vỏ bọc bên trong của thiết bị, từ đó gây ra hỏa hoạn quy mô lớn. Để ngăn ngừa những rủi ro này, các tổ chức như Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC) và Cục Tiêu chuẩn hóa Quốc gia đã liên tiếp ban hành các tiêu chuẩn thử nghiệm ngọn lửa kim (ví dụ: IEC 60695-11-5:2016, GB/T 5169.5-2020), trong đó yêu cầu mô phỏng các tình huống ngọn lửa nhỏ để kiểm tra khả năng chống cháy và đặc tính duy trì ngọn lửa của sản phẩm và vật liệu.

Thiết bị kiểm tra ngọn lửa kim truyền thống có những vấn đề như chức năng phân tán, độ chính xác kiểm soát thông số thấp và quy trình vận hành phức tạp. Ví dụ, việc điều chỉnh chiều cao ngọn lửa thủ công dễ dẫn đến sai sót, và việc căn chỉnh thời gian thủ công gây khó khăn cho việc ghi lại chính xác thời gian duy trì ngọn lửa, không đáp ứng được yêu cầu kiểm tra tiêu chuẩn cao. ZY-3 Đầu đốt ngọn lửa kim được phát triển bởi LISUN Thiết kế tích hợp mô-đun, tích hợp các chức năng như kiểm soát nhiệt độ chính xác, hẹn giờ tự động và ghi dữ liệu. Đồng thời, thiết bị tối ưu hóa quy trình thử nghiệm thông qua chế độ vận hành kép màn hình cảm ứng và điều khiển từ xa. Thiết bị không chỉ tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn quốc tế và trong nước mà còn có thể đáp ứng nhu cầu thử nghiệm các mẫu có kích thước khác nhau. Thiết bị đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như điện và điện tử, chiếu sáng và điện tử ô tô, trở thành thiết bị chủ chốt cho thử nghiệm an toàn phòng cháy chữa cháy. Bài viết này sẽ phân tích toàn diện các ưu điểm kỹ thuật và giá trị công nghiệp của thiết bị. LISUN ZY-3 Đầu đốt ngọn lửa kim từ bốn khía cạnh: kiến ​​trúc kỹ thuật thiết bị, nguyên lý chức năng cốt lõi, tình huống ứng dụng và xác minh hiệu suất.

2. Kiến trúc kỹ thuật và các nguyên tắc chức năng cốt lõi của LISUN ZY-3 Đầu đốt ngọn lửa kim
2.1 Kiến trúc thiết kế mô-đun
Thiết kế mô-đun của LISUN ZY-3 Đầu đốt ngọn lửa kim là nền tảng cho việc tích hợp chức năng và khả năng thích ứng linh hoạt. Nó được chia thành năm mô-đun cốt lõi. Mỗi mô-đun hoạt động độc lập và tương tác với nhau để đảm bảo độ chính xác và ổn định của quy trình thử nghiệm:
• Mô-đun Hệ thống Đốt: Bao gồm một đầu đốt hình kim tiêu chuẩn (đường kính trong 0.5mm), một bộ phận cung cấp khí và một bộ phận điều chỉnh ngọn lửa. Góc của đầu đốt có thể được điều chỉnh linh hoạt (nghiêng 45° trong quá trình thử nghiệm và thẳng đứng trong quá trình hiệu chuẩn chiều cao ngọn lửa). Khí đốt sử dụng butan với độ tinh khiết ≥95%, và một lưu lượng kế khí điện tử tùy chọn có sẵn để kiểm soát chính xác lưu lượng khí nhằm ổn định hình dạng ngọn lửa.
• Mô-đun điều khiển nhiệt độ: Tích hợp cặp nhiệt điện loại K Φ0.5mm và chip thu thập nhiệt độ có độ chính xác cao. Phạm vi đo nhiệt độ bao phủ 0~1000°C, có thể theo dõi quá trình tăng nhiệt độ ngọn lửa theo thời gian thực và đảm bảo nghiêm ngặt yêu cầu tiêu chuẩn "mất 23.5 giây ± 1 giây để tăng từ 100°C ± 2°C lên 700°C ± 3°C", tránh ảnh hưởng của độ lệch nhiệt độ đến kết quả thử nghiệm.
• Mô-đun thời gian và ghi dữ liệu: Được tích hợp chip thời gian có độ chính xác cao. Thời gian cháy (0~999.9 giây, ±0.1 giây) và thời gian duy trì ngọn lửa (0~999.9 giây, ±0.1 giây) có thể được tự động ghi lại. Thiết bị hỗ trợ cài đặt một hoặc nhiều chế độ cháy liên tiếp. Dữ liệu thử nghiệm được lưu trữ trong bộ nhớ thiết bị theo thời gian thực và có thể xuất sang máy tính qua USB để phân tích thứ cấp.
• Mô-đun Vận hành và An toàn: Được trang bị màn hình cảm ứng LCD lớn do chính công ty phát triển và điều khiển từ xa không dây, hỗ trợ các chức năng như cài đặt thông số, khởi động/tạm dừng thử nghiệm và xem dữ liệu. Đồng thời, thiết bị tích hợp chức năng bảo vệ quá nhiệt, cảnh báo rò rỉ khí và nút dừng khẩn cấp. Khi nhiệt độ thiết bị vượt quá ngưỡng hoặc nồng độ khí bất thường, thiết bị sẽ tự động ngắt nguồn khí và báo động.
• Mô-đun cố định mẫu: Cung cấp một thiết bị cố định có thể điều chỉnh để phù hợp với các mẫu có kích thước khác nhau (như vỏ rơ le nhỏ, lớp cách điện cáp lớn, vật liệu màng, v.v.). Chiều cao và vị trí nằm ngang của thiết bị cố định có thể được tinh chỉnh để đảm bảo khoảng cách đốt cháy giữa đầu đốt và mẫu đáp ứng các yêu cầu tiêu chuẩn (thường là 5mm ± 0.5mm).

2.2 Nguyên tắc kỹ thuật của các chức năng cốt lõi
2.2.1 Công nghệ kiểm soát nhiệt độ chính xác
Nhiệt độ ngọn lửa là thông số cốt lõi của thử nghiệm ngọn lửa kim, ảnh hưởng trực tiếp đến việc xác định ngưỡng bắt lửa của vật liệu. LISUN ZY-3 Đầu đốt ngọn lửa kim đạt được khả năng kiểm soát nhiệt độ chính xác thông qua sự kết hợp của “thu thập nhiệt điện trở thời gian thực + điều chỉnh động thuật toán PID”:
• Thu thập nhiệt độ: Đầu của cặp nhiệt điện loại K được gắn chặt vào vùng lõi của ngọn lửa, thu thập dữ liệu nhiệt độ 10 lần mỗi giây và chuyển tín hiệu tương tự thành tín hiệu số để truyền đến chip điều khiển chính.
• Điều chỉnh PID: Dựa trên thuật toán PID, chip điều khiển chính so sánh nhiệt độ thời gian thực với đường cong nhiệt độ tiêu chuẩn (100°C→700°C, 23.5 giây ± 1 giây) và tự động điều chỉnh lưu lượng khí butan và độ mở van điều tiết đầu đốt. Nếu nhiệt độ tăng quá chậm, lưu lượng khí sẽ tăng lên; nếu nhiệt độ vượt quá, lưu lượng sẽ giảm xuống để đảm bảo nhiệt độ ngọn lửa tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu của tiêu chuẩn GB/T 5169.5-2020 và IEC 60695-11-5:2016.

2.2.2 Tự động ghi dữ liệu và thời gian
Thời gian thủ công truyền thống dễ bị lỗi (hơn ±0.5 giây) do sự chậm trễ phản ứng của nhân viên. LISUN ZY-3 đạt được độ chính xác thời gian ở mức mili giây thông qua sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm:
• Thời gian cháy: Sau khi thử nghiệm bắt đầu, thiết bị sẽ tự động ghi lại thời gian đầu đốt tiếp xúc với mẫu. Khi đạt đến thời gian cháy đã cài đặt (chẳng hạn như 30 giây thông thường), đầu đốt sẽ tự động đặt lại, với độ chính xác thời gian ±0.1 giây.
• Thời gian duy trì ngọn lửa: Sau khi mẫu được tách khỏi ngọn lửa, thiết bị sẽ theo dõi xem mẫu có tiếp tục cháy hay không thông qua cảm biến quang học. Nếu phát hiện ngọn lửa, thiết bị sẽ tự động bắt đầu thời gian duy trì ngọn lửa; khi ngọn lửa tắt, thiết bị sẽ tự động dừng thời gian và ghi lại các dữ liệu như "trạng thái đánh lửa", "thời gian duy trì ngọn lửa" và "tình trạng lan truyền cháy", tránh sai sót chủ quan khi quan sát thủ công.
• Lưu trữ dữ liệu: Hỗ trợ lưu trữ hơn 5,000 nhóm dữ liệu thử nghiệm. Mỗi nhóm dữ liệu bao gồm thời gian thử nghiệm, thông tin mẫu, thời gian cháy, thời gian duy trì ngọn lửa, đường cong nhiệt độ, v.v., có thể xuất sang định dạng Excel để tạo báo cáo thử nghiệm và truy xuất dữ liệu dễ dàng.

2.2.3 Hoạt động chế độ kép và đảm bảo an toàn
Để đơn giản hóa quá trình vận hành và giảm nguy cơ bỏng nhiệt độ cao, LISUN ZY-3 áp dụng chế độ hoạt động kép “màn hình cảm ứng + điều khiển từ xa”:
• Vận hành bằng màn hình cảm ứng: Màn hình cảm ứng LCD 5 inch hiển thị nhiệt độ, dữ liệu thời gian, trạng thái ngọn lửa và các thông tin khác theo thời gian thực. Hỗ trợ cài đặt thông số chỉ bằng một cú nhấp chuột (chẳng hạn như thời gian cháy 30 giây và chiều cao ngọn lửa 12mm). Giao diện trực quan và dễ hiểu, cho phép người vận hành mới bắt đầu sử dụng nhanh chóng.
• Vận hành bằng điều khiển từ xa: Thiết bị được trang bị điều khiển từ xa không dây, cho phép người kiểm tra bắt đầu/tạm dừng thử nghiệm từ khoảng cách 3 mét, tránh tiếp xúc gần với đầu đốt nhiệt độ cao (nhiệt độ ngọn lửa vượt quá 700°C). Đồng thời, thân thiết bị được làm bằng kết cấu thép phun phủ chịu nhiệt độ cao, có khả năng chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn, đảm bảo an toàn vận hành.

3. Thông số kỹ thuật tham số và kịch bản ứng dụng công nghiệp của LISUN ZY-3 Đầu đốt ngọn lửa kim
3.1 Thông số kỹ thuật tham số cốt lõi và so sánh mô hình
LISUN ZY-3 Đầu đốt ngọn lửa kim bao gồm hai mẫu: ZY-3 (có tủ) và ZY-3S (không có tủ). Các thông số cốt lõi tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn quốc tế và có thể được lựa chọn theo các môi trường thử nghiệm và yêu cầu mẫu khác nhau. Bảng sau đây thể hiện sự so sánh thông số và mức độ tuân thủ tiêu chuẩn của hai model:

3.2 Phân tích các kịch bản ứng dụng công nghiệp điển hình
Với thiết kế mô-đun và khả năng thử nghiệm chính xác, LISUN ZY-3 Đầu đốt ngọn lửa kim đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như điện và điện tử, thiết bị công nghệ thông tin, chiếu sáng và điện tử ô tô. Sau đây là các trường hợp ứng dụng cốt lõi:

3.2.1 Ngành Điện và Điện tử: Thử nghiệm cháy các thiết bị điện hạ thế
Nếu vỏ và các bộ phận cách điện của các thiết bị điện hạ thế (như rơ le, contactor và aptomat) bị bắt lửa bởi ngọn lửa nhỏ, có thể dẫn đến sự cố ngắn mạch lan rộng. Một nhà sản xuất thiết bị điện hạ thế đã sử dụng LISUN ZY-3 Đầu đốt ngọn lửa kim để kiểm tra vỏ rơ le (vật liệu chống cháy ABS):
• Thiết lập thử nghiệm: Thời gian cháy 30 giây, đầu đốt nghiêng 45°, điểm cháy ở phần yếu của vỏ (độ dày 1.5mm).
• Kết quả thử nghiệm: Mẫu không bắt lửa trong quá trình đốt cháy và không có ngọn lửa tồn tại sau khi tách khỏi ngọn lửa, tuân thủ các yêu cầu của GB/T 5169.5-2020.
• Giá trị ứng dụng: Các lô hàng không đạt tiêu chuẩn đã được sàng lọc thông qua thử nghiệm lô (một lô vỏ bọc nhất định đã bốc cháy ở 25 giây cháy với thời gian duy trì ngọn lửa là 8 giây), ngăn chặn chúng xâm nhập thị trường và gây ra các mối nguy hiểm về an toàn. Đồng thời, nó cung cấp dữ liệu hỗ trợ cho việc tối ưu hóa công thức vật liệu (tăng hàm lượng chất chống cháy của vật liệu ABS từ 15% lên 20% để giải quyết vấn đề đánh lửa).

3.2.2 Ngành thiết bị chiếu sáng: Thử nghiệm cháy của bộ điều khiển và đèn LED
Do đèn LED hoạt động ở nhiệt độ cao trong thời gian dài, vỏ đèn và vật liệu cách điện của đui đèn dễ gây ra nguy cơ cháy nổ. Một doanh nghiệp chiếu sáng đã sử dụng LISUN ZY-3 Đầu đốt ngọn lửa kim để kiểm tra vỏ bộ điều khiển đèn LED (vật liệu PC):
• Cơ sở thử nghiệm: GB 7000.1-2015 “Đèn chiếu sáng – Phần 1: Yêu cầu chung và thử nghiệm”.
• Quy trình thử nghiệm: Mô phỏng ngọn lửa nhỏ sinh ra do quá nhiệt các bộ phận bên trong của bộ điều khiển, tiến hành đốt cháy trong 30 giây trên vỏ bộ điều khiển và theo dõi xem có xảy ra hiện tượng đánh lửa và lan truyền quá trình cháy hay không.
• Kết quả chính: Vỏ đèn đạt chuẩn không có ngọn lửa hở sau khi đốt, chỉ có hiện tượng cacbon hóa bề mặt nhẹ; vỏ đèn không đạt chuẩn (vật liệu PC tái chế) bắt lửa sau 18 giây đốt, thời gian duy trì ngọn lửa là 12 giây và lan sang các mạch điện bên trong. Thử nghiệm này đã ngăn chặn hiệu quả các sản phẩm không đạt chuẩn và đảm bảo an toàn khi sử dụng đèn.

3.2.3 Ngành công nghiệp điện tử ô tô: Thử nghiệm các trạm sạc xe năng lượng mới
Do dòng điện sạc lớn của cọc sạc xe năng lượng mới, nếu các bộ phận cách điện bị bắt lửa bởi ngọn lửa nhỏ, có thể gây ra tai nạn cháy pin. Một tổ chức thử nghiệm của bên thứ ba đã sử dụng LISUN ZY-3 Đầu đốt ngọn lửa kim để kiểm tra các bộ phận cách điện (tấm vải thủy tinh epoxy) của cọc sạc:
• Tiêu chuẩn thử nghiệm: GB/T 2408-2021 “Nhựa – Xác định hành vi cháy – Phương pháp theo chiều ngang và chiều dọc”, IEC 60695-11-5:2016.
• Trọng tâm thử nghiệm: Theo dõi thời gian đánh lửa, thời gian duy trì ngọn lửa của các bộ phận cách điện dưới ngọn lửa 700°C và xem có tạo ra giọt lửa hay không (nước nhỏ giọt có thể làm cháy các vật liệu dễ cháy bên dưới).
• Kết luận thử nghiệm: Các bộ phận cách điện đạt tiêu chuẩn không bắt lửa, không nhỏ giọt và thời gian duy trì ngọn lửa là 0 giây, tuân thủ các yêu cầu phòng cháy chữa cháy của cọc nạp; một mẫu đã được nộp đã bắt lửa ở giây thứ 22 của quá trình cháy với thời gian duy trì ngọn lửa là 9 giây và tạo ra nhỏ giọt, được xác định là không đạt tiêu chuẩn, giúp các doanh nghiệp tránh được rủi ro chứng nhận sản phẩm.

3.2.4 Lĩnh vực nghiên cứu và phát triển vật liệu: Đánh giá hiệu suất chống cháy của nhựa kỹ thuật
Các viện nghiên cứu khoa học thường sử dụng LISUN ZY-3 Đầu đốt ngọn lửa kim để đánh giá hiệu suất của vật liệu chống cháy mới. Một viện nghiên cứu vật liệu đã thử nghiệm vật liệu PA66 biến tính (được bổ sung chất chống cháy không chứa halogen):
• Mục đích thử nghiệm: Kiểm tra khả năng chống cháy của vật liệu dưới ngọn lửa nhỏ và cung cấp cơ sở cho việc lựa chọn vật liệu vỏ điện và điện tử.
• Biến thử nghiệm: Thay đổi lượng chất chống cháy bổ sung (10%, 15%, 20%) và so sánh thời gian bắt lửa và thời gian duy trì ngọn lửa ở các lượng bổ sung khác nhau.
• Kết quả nghiên cứu: Khi bổ sung 20% ​​chất chống cháy, vật liệu không bắt lửa; khi bổ sung 15%, thời gian bắt lửa là 15 giây và thời gian duy trì ngọn lửa là 3 giây; khi bổ sung 10%, thời gian bắt lửa là 8 giây và thời gian duy trì ngọn lửa là 15 giây. Cuối cùng, xác định được lượng bổ sung 15% là tối ưu (cân bằng giữa khả năng chống cháy và chi phí).

4. Xác minh hiệu suất và tuân thủ tiêu chuẩn của LISUN ZY-3 Đầu đốt ngọn lửa kim
4.1 Dữ liệu xác minh hiệu suất
Để xác minh độ chính xác thử nghiệm của LISUN ZY-3 Đầu đốt ngọn lửa kim, một mẫu chuẩn (tấm nhựa phenolic được quy định trong GB/T 5169.5-2020) đã được chọn để thử nghiệm lặp lại. Kết quả được thể hiện trong bảng sau:

Có thể thấy từ dữ liệu rằng các chỉ số chính của LISUN ZY-3 Đầu đốt ngọn lửa kim, chẳng hạn như chiều cao ngọn lửa, thời gian tăng nhiệt độ và độ chính xác thời gian, đều đáp ứng các yêu cầu tiêu chuẩn và độ chính xác xác định đánh lửa đạt 100% với khả năng lặp lại thử nghiệm tốt, có thể đảm bảo độ tin cậy của kết quả thử nghiệm.

4.2 Tuân thủ Tiêu chuẩn
LISUN ZY-3 Đầu đốt ngọn lửa kim tuân thủ nghiêm ngặt một số tiêu chuẩn có thẩm quyền trong nước và quốc tế để đảm bảo kết quả thử nghiệm được công nhận trên toàn cầu:
• Tiêu chuẩn phương pháp thử nghiệm cốt lõi: GB/T 5169.5-2020 “Thử nghiệm nguy cơ cháy cho các sản phẩm điện và điện tử – Phần 5: Thử nghiệm ngọn lửa – Phương pháp thử nghiệm ngọn lửa kim”, IEC 60695-11-5:2016 “Thử nghiệm nguy cơ cháy – Phần 11-5: Thử nghiệm ngọn lửa – Phương pháp thử nghiệm ngọn lửa kim”.
• Tiêu chuẩn cụ thể cho sản phẩm: GB 7000.1-2015 “Đèn chiếu sáng – Phần 1: Yêu cầu chung và thử nghiệm”, GB/T 4943.1-2022 “Thiết bị công nghệ thông tin – An toàn – Phần 1: Yêu cầu chung”, GB/T 2408-2021 “Nhựa – Xác định hành vi cháy”, IEC 62368-1:2023 “Thiết bị công nghệ thông tin và truyền thông, âm thanh/hình ảnh – Phần 1: Yêu cầu an toàn”.
• Tiêu chuẩn dành riêng cho ngành: ISO 6722-1:2019 “Xe cơ giới – Cáp, dây điện và dây nịt – Phần 1: Yêu cầu chung và phương pháp thử nghiệm” (thử nghiệm dây nịt ô tô), UL 94:2024 “Tiêu chuẩn thử nghiệm khả năng bắt lửa của vật liệu nhựa dùng cho các bộ phận trong thiết bị và đồ gia dụng” (thử nghiệm chất chống cháy bằng nhựa).

5. Kết luận 
LISUN ZY-3 Đầu đốt ngọn lửa kim Tích hợp các chức năng cốt lõi như kiểm soát nhiệt độ chính xác, hẹn giờ tự động và ghi dữ liệu thông qua thiết kế mô-đun, giải quyết những điểm yếu của thiết bị truyền thống như "độ chính xác thông số thấp, vận hành phức tạp và rủi ro an toàn cao". Việc tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn và khả năng thích ứng linh hoạt giúp thiết bị này trở thành thiết bị cốt lõi cho việc kiểm tra an toàn phòng cháy chữa cháy trong các lĩnh vực như điện và điện tử, chiếu sáng và điện tử ô tô. Từ việc kiểm tra chất lượng nhà máy của doanh nghiệp đến chứng nhận của bên thứ ba và nghiên cứu phát triển vật liệu tại các viện nghiên cứu khoa học, thiết bị này có thể cung cấp dữ liệu thử nghiệm đáng tin cậy, giúp sản phẩm đáp ứng các yêu cầu tiếp cận thị trường và giảm thiểu rủi ro cháy nổ.