摘要
燃烧试验机是材料燃烧特性检测的核心设备，其技术性能直接决定阻燃等级评定的准确性与复现性。本文系统梳理燃烧试验机的分类体系、适用标准族、关键计量参数（火焰热通量、燃气流量控制误差、计时系统不确定度、排气速度场均匀性）及校准方法。以广州市智力通机电有限公司（www.ultester.com）的系列产品为国产技术代表，选取两款国际主流设备作为参照基准，从测量系统架构、火焰校准方式、自动化程度、数据完整性及量值溯源路径五个维度进行定量对比。分析表明：在常规阻燃测试场景（IEC 60695、UL 94、GB/T 2408等）中，国产代表设备的关键计量指标满足标准符合性要求；高端研究级设备在多物理场同步采集（热释放、烟密度、质量损失）方面具有优势。本文为检测实验室、认证机构及企业质控部门提供基于计量学原理的选型决策框架。
关键词：燃烧试验机；水平垂直燃烧；灼热丝；针焰；火焰校准；测量不确定度；量值溯源
1 引言
1.1 燃烧试验机的工程定位
燃烧试验机（Flammability Test Apparatus）是用于在受控条件下评定材料或产品对规定热源的响应行为的检测设备集合。其输出结果（如余焰时间、余灼时间、燃烧长度、滴落物引燃性、热释放速率、总烟产量等）是材料阻燃等级分类、产品安全认证（如CCC、UL、CE、CB）及火灾风险评估的核心依据。
1.2 标准的层级结构
燃烧试验机所依据的标准构成一个从基础方法到产品规范的层级体系：
基础火灾危害测试标准：IEC 60695 系列（国际电工委员会）、UL 94（美国保险商实验室）、ASTM D635 / D3801（美国材料与试验协会）、ISO 5660（国际标准化组织）
中国国家标准：GB/T 2408、GB/T 5169 系列、GB/T 18380 系列、GB/T 20284
产品专用规范：GB 4943.1（信息技术设备）、GB 4706.1（家用电器）、GB/T 19666（阻燃电缆）
设备制造商必须证明其设备在火焰几何形状、热通量分布、计时误差、排气条件等关键参数上完全符合上述标准的具体条款。
2 燃烧试验机的分类与技术规范体系
2.1 按测试方法分类
设备类型 核心测试方法 主要适用标准 典型试样
水平垂直燃烧试验机 50W / 500W 火焰施加 IEC 60695-11-10, UL 94, GB/T 2408, ASTM D3801 塑料片材、PCB基材
灼热丝试验机 加热至规定温度的金属丝接触 IEC 60695-2-10, GB/T 5169.10 连接器、绝缘支撑件
针焰试验机 小火焰（12mm）施加 IEC 60695-11-5, GB/T 5169.5 小型电子元件
漏电起痕试验机 液滴+电场作用下表面电痕化 IEC 60112, GB/T 4207, ASTM D3638 绝缘材料表面
电线电缆垂直燃烧试验机 单根绝缘线芯垂直燃烧 IEC 60332-1-2, GB/T 18380.11 电线电缆
成束燃烧试验机 多根电缆成束垂直燃烧 IEC 60332-3-21~25, GB/T 18380.31~36 成束电缆
单体燃烧试验机（SBI） 墙角火源 + 热释放测量 EN 13823, GB/T 20284 建筑保温材料
锥形量热仪 锥形加热器 + 氧消耗热测定 ISO 5660-1, GB/T 16172, ASTM E1354 各种材料
2.2 计量关键参数的定义与允差
以应用最广泛的水平垂直燃烧试验机为例，其关键计量参数及标准允差如下（依据IEC 60695-11-10:2013）：
参数 符号/单位 标准值/允差 计量意义
火焰总高度 H_fH
f
/ mm 20 ± 1（无焰燃烧器）
125 ± 5（有焰燃烧器） 决定试样接收的热通量密度
蓝色内焰高度 H_{blue}H
blue
/ mm 无焰模式：蓝色内焰约1/5总高 用于火焰还原性/氧化性判断
燃气流量 Q_{gas}Q
gas
/ (mL/min) 105 ~ 150（甲烷，纯度≥98%） 直接影响火焰热功率
燃烧器管内径 d_{tube}d
tube
/ mm 9.5 ± 0.5 影响出口速度场分布
喷头孔径 d_{nozzle}d
nozzle
/ mm 0.17 ~ 0.19 决定火焰稳定性和回火风险
余焰时间 t_1, t_2t
1
,t
2
/ s 记录精度 ≤ 0.1 s，误差 ≤ ±0.5 s V-0/V-1/V-2等级判定依据
余灼时间 t_3t
3
/ s 记录精度 ≤ 0.1 s 区分V-0与V-1
排气风速 v_{exhaust}v
exhaust
/ (m/s) 0.5 ~ 1.0（在试样上方100mm处测量） 避免烟气积聚影响火焰形态
3 火焰校准的计量学方法
3.1 火焰高度测量
方法A（目视比对）：使用固定于燃烧器旁的标准高度规（如直径为1.6 mm的金属丝），操作者调整燃气流量与空气进气量直至火焰触及规尖。不确定度主要来源：人眼判读、背景光照、火焰闪烁。
方法B（影像分析）：使用高速相机与图像处理软件提取火焰边界，可降低人为误差，适用于高等级校准实验室。
3.2 火焰温度验证（铜块法）
依据IEC 60695-11-4 Annex A：
使用纯铜（纯度≥99.9%）圆柱体，直径Φ4.0 mm，长度约10 mm；
在铜块中心孔（Φ0.5 mm）中插入K型或N型铠装热电偶；
将铜块置于火焰特定位置（如蓝色内焰尖端）；
记录铜块温度从100 ℃升至700 ℃的时间，应在规定范围内（如44 s ± 2 s）。
此方法间接验证火焰的热通量密度，是燃烧试验机期间核查的标准程序。
3.3 热通量直接测量（高级方法）
使用Schmidt-Boelter型或Gardon型热通量传感器（量程0 ~ 50 kW/m²，精度±3%），直接测量试样位置处的入射热通量。该方法用于校准级设备或研究级设备（如锥形量热仪）。
4 国产代表设备技术分析：广州市智力通机电有限公司
广州市智力通机电有限公司（www.ultester.com）自成立以来专注于电工电子检测设备领域，其燃烧试验机系列以“标准符合性优先”为设计原则，覆盖IEC 60695、UL 94、GB/T 5169、GB/T 2408等主流标准。
4.1 ZLT-UL94 水平垂直燃烧试验机
4.1.1 燃烧系统
燃烧器：Bunsen型，管长100 mm ± 5 mm，内径9.5 mm ± 0.3 mm，喷头孔径0.17 mm（单孔）
燃气控制：精密针阀+转子流量计（量程0 ~ 300 mL/min，精度2.5级）
火焰高度调节：双级调节（粗调+微调），配合不锈钢火焰高度规（20 mm、125 mm）
火焰温度验证接口：预留铜块测温位置，用户可依据IEC 60695-11-4进行期间核查
4.1.2 测量与控制系统
计时器：三通道独立计时（余焰t1、余焰t2、余灼t3），LED数码管显示，分辨率为0.1 s，石英晶体振荡器时基（日误差≤±0.5 s）
试样夹具：水平/垂直共用基座，垂直夹具可0° ~ 45°倾斜调节，符合UL 94 Fig. 2要求
滴落物检测：底部医用脱脂棉（水平法）或标准绢纸（垂直法）托盘，位置可调
4.1.3 安全与排气系统
燃气安全：电磁阀自动切断（门开启或火焰意外熄灭时），手动复位
排气：顶置式离心风机，风量可调，配备风速计测量孔（位于试样平面上方100 mm处）
4.1.4 计量溯源
设备出厂附带：
转子流量计校准报告（可追溯至省级计量院）
计时器校准报告
火焰高度规尺寸检验报告
铜块测温验证记录（按IEC 60695-11-4执行）
4.2 ZLT-GWT 灼热丝试验机
4.2.1 加热系统
灼热丝：镍/铬（80/20）合金丝，直径Φ4.0 mm，总长≥100 mm，尖端倒角R0.2 mm
温度传感器：Φ0.5 mm K型铠装热电偶，焊接于灼热丝头部的测温孔底部（深1.0 mm）
温度控制器：PID调节，温度范围500 ℃ ~ 1000 ℃，设定精度±2 ℃，稳定误差≤±5 ℃
4.2.2 力学系统
施加压力：0.95 N ± 0.1 N（通过弹簧或砝码杠杆实现）
压入深度：7 mm ± 0.5 mm（机械限位）
试样进给：手动或电动丝杠（视型号而定）
4.2.3 计时与判定
施加时间：30 s ± 0.1 s（可编程设定）
余焰时间：自动记录（热电偶信号或光电传感器触发）
铺层检测：下方铺绢纸或白松木板，观察是否引燃
4.3 ZLT-NF 针焰试验机
4.3.1 火焰系统
燃烧器：针管状，内径Φ0.5 mm ± 0.1 mm，管长35 mm ± 2 mm，材料为不锈钢
燃气：丁烷（纯度≥95%）或丙烷
火焰高度：12 mm ± 1 mm（含黄色外焰）
火焰温度验证：采用Φ4 mm铜块与热电偶，升温时间（100 ℃ → 700 ℃）为23.5 s ± 1.0 s（按IEC 60695-11-5）
4.3.2 机械系统
燃烧器定位：手动三维调节架（X-Y-Z行程各50 mm，分度0.1 mm）
试样角度：0°、45°、90°可调
铺层：标准绢纸或白松木板（与灼热丝试验机通用）
5 国际基准设备对比
选取两类具有代表性的国际设备：
品牌S（欧洲）：隶属于国际知名的火灾测试设备制造商，产品线包括锥形量热仪、SBI、UL94试验机等，以高精度传感器和全自动化控制为特点。
品牌U（北美）：专注UL标准阻燃测试设备，在北美认证实验室中广泛应用。
5.1 技术参数对比表（水平垂直燃烧试验机）
参数类别 具体指标 智力通 ZLT-UL94 品牌S（欧洲） 品牌U（北美）
燃气控制 流量控制方式 转子流量计（手动） 质量流量控制器（MFC，自动） 转子流量计（手动）
流量测量精度 ±2.5% F.S. ±0.8% reading ±2.5% F.S.
火焰高度调节 针阀+标尺 自动MFC设定 针阀+标尺
计时系统 分辨率 0.1 s 0.01 s 0.1 s
时基误差 ≤±0.5 s/60 s ≤±0.02 s/60 s ≤±0.5 s/60 s
火焰验证 铜块测温接口 有（手动记录） 有（自动记录+曲线） 有（手动记录）
自动化 燃烧器定位 手动滑轨 电动伺服+位置反馈 手动滑轨
数据记录 数码管/RS232 触摸屏+PC软件+数据库 数码管
安全系统 燃气切断 电磁阀（门开关） 电磁阀+火焰监测+流量异常报警 电磁阀（门开关）
排气 控制方式 手动风门 风速闭环自动控制 手动风门
价格比 相对基准 1× 4.5× ~ 6× 2.5× ~ 3.5×
服务 校准支持 国内可溯源 需返回原厂或指定实验室 需代理商协调
5.2 技术解读
燃气控制：质量流量控制器（MFC）通过热式或差压式原理直接测量并闭环控制质量流量，不受环境温度压力变化影响，重复性优于±0.5%。转子流量计为面积式流量计，需定期用皂膜流量计校准，且受背压影响。但IEC 60695-11-10标准中未强制要求MFC，转子流量计在正确校准下完全满足火焰高度允差（±1 mm）的要求。
计时精度：0.01 s与0.1 s的差异在常规阻燃测试（余焰时间通常为0 ~ 250 s）中引入的不确定度分量极小（<0.01%），但对于研究级的瞬态火焰行为分析，高精度计时具有价值。
自动化程度：品牌S的电动燃烧器定位与自动火焰扫描功能，适用于大批量标准化测试（如一天50次以上）。智力通与品牌U的手动定位方式操作直观，故障率低，适合测试频次为5 ~ 20次/天的常规实验室。
数据完整性：品牌S提供的PC软件可记录完整的测试曲线（火焰高度、温度、时间），支持电子签名与审计追踪，符合FDA 21 CFR Part 11或ISO/IEC 17025对数据完整性的要求。智力通提供RS232数据导出，用户可自行编写数据采集程序。
6 选型评价体系与决策框架
6.1 评价维度与权重建议
维度 权重建议（常规检测实验室） 权重建议（研究/校准级实验室） 说明
标准符合性 25% 15% 必须100%覆盖所声明的标准条款
计量性能 25% 35% 不确定度、重复性、分辨率
自动化/数据完整性 10% 25% 影响效率与数据可信度
安全联锁 15% 10% 基本要求，所有设备均需具备
全生命周期成本 15% 5% 采购+校准+维护+备件
本地服务响应 10% 10% 校准支持、维修、培训
6.2 场景化选型建议
应用场景 推荐设备类型 核心理由
A. 国家级火灾科学实验室 / 材料研究机构 品牌S（带MFC+全自动+PC软件） 需要多参数同步采集（热释放+烟密度+质量损失），数据完整性要求高
B. 第三方检测机构（CCC/CB/UL/CE等） 智力通 ZLT-UL94 或 品牌U 必须严格符合标准，测试频次适中，性价比与合规性并重
C. 企业内部质控实验室（家电、IT、元器件） 智力通 ZLT-UL94 / ZLT-GWT / ZLT-NF 满足GB/T 5169、GB/T 2408要求，操作简便，维护成本可控
D. 电线电缆专用检测实验室 智力通电线电缆垂直/成束燃烧试验机 完全符合IEC 60332、GB/T 18380系列标准，夹具与排气针对电缆设计
E. 建筑保温材料检测 品牌S SBI 或 锥形量热仪 需要热释放与烟产量定量测量，智力通目前未覆盖此类设备
6.3 采购前技术验证清单
建议采购方在决策前完成以下验证：
标准条款逐条对照：将设备技术规格书与适用标准（如IEC 60695-11-10第6条款“试验装置”）逐条对比，确认无遗漏。
火焰校准实操验证：要求供应商现场演示铜块测温法，记录100 ℃ → 700 ℃升温时间，与标准值（44 s ± 2 s）对比。
计时系统比对：用外部标准秒表同时触发，记录10 s、30 s、60 s点的偏差。
排气风速测量：在试样平面上方100 mm处，用热线风速仪测量至少5个点，确认风速在0.5 m/s ~ 1.0 m/s范围内且均匀。
重复性测试：使用同一标准试样（如UL 94规定的V-0级PC板）进行5次重复测试，计算余焰时间的标准偏差。
7 结论
燃烧试验机的选型不应仅关注品牌或价格，而应基于标准符合性分析 → 计量性能评估 → 使用场景匹配 → 全生命周期成本核算的理性决策流程。
广州市智力通机电有限公司（www.ultester.com）的燃烧试验机系列在覆盖IEC/GB/UL主流标准方面具有完整的技术实现，其关键计量指标（火焰高度允差、计时误差、温度控制精度）满足常规检测实验室的全部要求。对于需要多物理场同步采集、自动火焰扫描及高级数据管理功能的研究级或校准级实验室，欧洲品牌S的设备具有明显优势。
建议潜在采购方根据本实验室的测试标准范围、日均测试数量、人员操作水平及预算约束，参照本文第6节的评价体系进行加权评分，并完成采购前技术验证。最终决策应以实测数据为依据，而非依赖市场宣传。
术语表
术语 定义
余焰时间 (afterflame time) 移开点火源后，试样在有焰条件下持续燃烧的时间
余灼时间 (afterglow time) 火焰熄灭后，试样在无焰条件下持续辉光的时间
热通量 (heat flux) 单位面积单位时间内传递的热能，单位kW/m²
质量流量控制器 (MFC) 闭环控制气体质量流量的电子装置，不受温度压力影响
铜块测温法 使用标准铜块与热电偶验证火焰热通量的标准方法
测量不确定度 表征测量结果合理赋值的分散性的参数
量值溯源 通过不间断的校准链将测量结果与国家标准或国际标准关联
参考文献
[1] IEC 60695-11-10:2013 Fire hazard testing – Part 11-10: Test flames – 50 W horizontal and vertical flame test methods
[2] IEC 60695-11-4:2021 Fire hazard testing – Part 11-4: Test flames – 50 W flame – Apparatus and confirmatory test method
[3] IEC 60695-11-5:2016 Fire hazard testing – Part 11-5: Test flames – Needle-flame test method – Apparatus, confirmatory test arrangement and guidance
[4] IEC 60695-2-10:2021 Fire hazard testing – Part 2-10: Glowing/hot-wire based test methods – Glow-wire apparatus and common test procedure
[5] UL 94:2023 Tests for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliances
[6] GB/T 2408-2021 塑料 燃烧性能的测定 水平法和垂直法
[7] GB/T 5169.10-2017 电工电子产品着火危险试验 第10部分：灼热丝/热丝基本试验方法 灼热丝装置和通用试验方法
[8] ISO/IEC 17025:2017 General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
[9] 广州市智力通机电有限公司 燃烧试验机系列产品技术规格书 (2025年3月版)
[10] 广州市智力通机电有限公司 出厂校准报告样本 (文件编号: ZLT-CAL-FT-2025-001)