摘要：在现代社会，电气产品无处不在，从日常使用的手机、电脑，到大型的工业设备，它们给我们的生活和生产带来了极大的便利。然而，电气火灾的阴影却始终笼罩着我们。据相关数据显示，仅在 2024 年 1-8 月，我国因电气引发的火灾就高达 20.8 万起，占火灾总数的 31

在现代社会，电气产品无处不在，从日常使用的手机、电脑，到大型的工业设备，它们给我们的生活和生产带来了极大的便利。然而，电气火灾的阴影却始终笼罩着我们。据相关数据显示，仅在 2024 年 1-8 月，我国因电气引发的火灾就高达 20.8 万起，占火灾总数的 31.4%，这一数字令人触目惊心。电气火灾的频发，不仅造成了巨大的财产损失，更无情地夺走了许多宝贵的生命。

每一次火灾事故的背后，都是一个个家庭的破碎和难以估量的伤痛。那么，如何才能有效预防电气火灾的发生呢？这就不得不提到一款在电气安全领域发挥着关键作用的设备—— 针焰试验仪。它就像是一位默默守护的卫士，为电气产品的安全保驾护航，从源头上降低电气火灾发生的风险。

KS-52B针焰试验仪

一、什么是针焰试验仪

（一）定义阐述

针焰试验仪，是一种用于模拟产品在故障条件下，内部产生小火焰这一情景的专业测试设备。其核心目的在于，借助模拟技术，精准评定产品因这些小火焰而引发着火的危险性。在电气产品的生产制造过程中，由于各种因素，如元件质量问题、电路设计缺陷、长时间使用导致的老化等，都可能使得产品内部在运行时出现故障，并进而产生小火焰。这些看似不起眼的小火焰，却有可能成为引发严重火灾事故的导火索。针焰试验仪的存在，就是为了提前发现产品在面对此类小火焰时可能存在的安全隐患。通过在实验室环境中模拟真实的故障火焰场景，对产品进行严格的测试，从而为产品的安全性提供可靠的评估依据。

（二）工作原理揭秘

针焰试验仪的工作原理，蕴含着诸多精密而科学的设计。它主要利用特定尺寸的针状燃烧器，通常针状燃烧器的内径为Φ0.5mm ± 0.1mm ，外径≤Φ0.9mm ，长度≥35mm，材质为不锈钢。这种特殊设计的燃烧器，能够产生稳定且符合测试要求的针状火焰。

在试验过程中，燃烧器会通以特定的燃气，一般为丁烷气，部分设备也可使用丙烷气。燃气在燃烧器的作用下，形成稳定的火焰。此时，燃烧器以 45° 角定时定向地向试品施燃。之所以选择 45° 角，是经过大量实验和研究确定的，这个角度能够最有效地模拟产品内部故障时火焰喷射的实际情况。

KS-52D针焰试验仪

试验人员会仔细观察试品在火焰作用下的各种反应，包括试品是否被引燃，以及引燃后持燃的时间长短和燃烧的长度等关键指标。同时，为了全面评估火灾风险，还会在试品下方 200±5mm 处放置一块厚约 10mm 平滑的白松木板，并在木板上紧裹一层绢纸，以此作为引燃铺垫层，观察其是否被引燃。如果试品在短时间内被引燃，且持燃时间较长，燃烧长度较大，甚至引燃了铺垫层，那么就表明该产品在面对故障小火焰时，着火危险性较高；反之，如果试品很难被引燃，或者即使被引燃，持燃时间短，燃烧长度小，且铺垫层未被引燃，则说明产品的着火危险性相对较低。通过这样严谨的测试和观察，针焰试验仪能够为产品的安全性能提供科学、准确的评估。

三、构造剖析

（一）针焰燃烧器

针焰燃烧器作为针焰试验仪产生火源的核心部件，其设计和参数直接决定了试验火焰的特性。常见的针状燃烧器，其外径通常不大于 0.9mm，高度至少 35mm，孔径为 0.5mm±0.1mm ，材质为不锈钢。

外径的大小影响着火焰的扩散范围和形状。若外径过大，火焰可能会变得过于分散，无法精准模拟故障产生的小火焰，导致试验结果不准确。比如在一些对火源集中性要求较高的小型电子元件测试中，过大的外径会使火焰无法有效作用于元件的关键部位，从而掩盖潜在的安全隐患。

针焰试验仪燃烧器

而高度的设计则与火焰的稳定性和热量分布密切相关。足够的高度能确保燃气在燃烧过程中充分混合和燃烧，形成稳定的火焰。若高度不足，燃气可能无法完全燃烧，火焰会出现闪烁、跳动等不稳定现象，这不仅会影响试验的可重复性，还可能导致对试品的施燃效果不一致，进而影响对产品着火危险性的准确评估。

孔径的精度更是关键，它直接控制着燃气的流量和喷出速度。合适的孔径能使燃气以恰当的速度喷出，与空气充分混合，形成温度均匀、形状规则的针状火焰。如果孔径偏差过大，燃气流量要么过大，导致火焰过旺、温度过高；要么过小，使火焰微弱、温度不稳定。这两种情况都会严重偏离标准试验要求，使试验结果失去可靠性。

（二）工作室

工作室是放置试品进行试验的空间，其设计有着诸多讲究。工作室的容积一般不小于 0.5m³，这一大小既能保证试品在试验时有足够的空间，避免因空间局促影响火焰与试品的相互作用，又能满足空气流通的需求，使燃烧过程接近实际使用环境中的空气条件。在对一些大型电器设备部件进行测试时，如果工作室容积过小，可能会导致空气无法正常流通，试品周围的氧气浓度异常，从而影响试品的燃烧特性，使试验结果无法真实反映产品在实际使用中的着火危险性。

工作室的背景颜色通常为黑色，这是基于光学原理的设计。黑色背景能够有效减少光线反射，使得试验人员在观察试品的燃烧情况时，火焰的轮廓和试品的反应更加清晰可见。例如，在观察微弱的火焰或试品表面的细微燃烧迹象时，黑色背景能提供高对比度的视觉环境，帮助试验人员准确判断试品是否被引燃以及燃烧的程度。

工作室的材质多选用不锈钢，这是因为不锈钢具有良好的耐高温、耐腐蚀性能。在试验过程中，火焰的高温可能会对工作室造成热冲击，普通材质可能会因受热变形或损坏，影响试验的正常进行。而不锈钢能够承受高温，保持结构的稳定性，确保每次试验都在相同的环境条件下进行。同时，在一些涉及腐蚀性气体或化学物质的试验中，不锈钢的耐腐蚀性能也能有效延长工作室的使用寿命，保证试验结果的可靠性和一致性。

KS-52B针焰测试仪

（三）测温装置

测温装置在针焰试验仪中起着至关重要的作用，它主要由热电偶组成。在针焰试验仪中，常用的是进口 K 型铠装热电偶，配 φ0.5mm 直径的不锈钢管做护套。K 型热电偶具有测量精度高、测量范围广、响应速度快等优点，其测量精度可达 ±1.5℃（I 级精度），能满足针焰试验对温度测量的严格要求。在针焰试验中，需要精确测量火焰的温度，以确保试验条件的一致性和准确性。

热电偶能够实时监测火焰的温度变化，并将温度信号转化为电信号传输给控制系统。通过对火焰温度的精确测量，试验人员可以判断火焰是否达到标准要求的温度范围。若温度过高或过低，都可能影响试验结果的准确性，因此热电偶的精度直接关系到试验数据的可靠性。比如，在测试一些对温度敏感的材料时，温度的微小偏差都可能导致材料的燃烧特性发生显著变化，进而影响对产品着火危险性的评估。热电偶的快速响应特性也能及时捕捉到火焰温度的瞬间变化，为试验提供实时、准确的温度数据。

三、技术参数解读

（一）火焰相关参数

1.火焰高度：火焰高度通常要求稳定在 12±1mm 。这一高度的设定是基于大量的实验和实际火灾案例研究得出的。在实际电气故障中，产生的小火焰高度往往在这个范围内。若火焰高度过高，如超过 13mm，会使试品受到的热量辐射增强，可能导致原本合格的产品被误判为着火危险性高。例如，在对某款小型电子元件进行测试时，当火焰高度达到 14mm 时，元件表面迅速碳化并起火，但在标准火焰高度下测试时，该元件能够保持良好的阻燃性能。相反，若火焰高度过低，如低于 11mm，试品可能无法充分接触火焰，导致无法准确检测出其在正常故障火焰条件下的着火危险性。比如，对于一些表面有防护涂层的电气部件，过低的火焰高度可能无法穿透涂层，使内部潜在的易燃材料未被引燃，从而掩盖了产品的安全隐患。

2.施焰时间：施焰时间一般在 0 - 999.9s 内可调 。不同的产品类型和应用场景，对施焰时间的要求也不同。对于一些易燃性较高的材料或部件，较短的施焰时间，如 5s，可能就足以检测出其着火危险性。以普通的塑料外壳为例，若在 5s 的施焰时间内就被引燃且火势迅速蔓延，说明该塑料外壳的阻燃性能较差。而对于一些经过特殊阻燃处理的材料或大型设备部件，可能需要较长的施焰时间，如 30s 甚至 60s，才能更准确地评估其在实际故障情况下的防火性能。例如，某些工业用的大型电气控制柜，其内部结构复杂，材料多样，短时间的施焰无法全面检测到潜在的火灾风险，只有延长施焰时间，才能确保对其安全性的评估更加可靠。

3.持燃时间：持燃时间同样在 0 - 999.9s 范围，且可自动记录和随意暂停。持燃时间是衡量产品着火后火势发展趋势的重要指标。如果产品在被引燃后，持燃时间很短，如 1s - 2s，说明其自身的阻燃性能较好，火势能够迅速得到控制。像一些采用了先进阻燃技术的电子设备，在被火焰引燃后，能够在极短的时间内自行熄灭。相反，若持燃时间较长，如超过 10s，这意味着产品一旦着火，火势可能会持续蔓延，增加火灾的风险。例如，一些质量较差的绝缘材料，在被点燃后，持燃时间长达 20s 以上，且燃烧过程中伴有大量浓烟，这对电气设备的安全运行构成了严重威胁。

4.施焰角度：施焰角度常见的为 0° 和 45° 可调。45° 角是模拟电气产品内部故障时火焰喷射方向的常用角度。在实际的电气设备中，当内部出现故障产生小火焰时，火焰往往以一定的倾斜角度喷射到周围的部件上。以 45° 角施焰，能够最真实地模拟这种情况，使试验结果更具可靠性。比如，在对电路板进行测试时，45° 角的火焰能够有效地作用于电路板上的电子元件和线路，检测出在这种实际可能出现的火焰喷射角度下，电路板是否存在着火风险以及火势的蔓延情况。而 0° 角施焰则可能用于特定产品或部件的测试，如某些垂直安装的部件，0° 角施焰可以更直接地观察火焰垂直作用于部件表面时的反应 。

（二）其他重要参数

1.工作电压：针焰试验仪的工作电压一般为 AC220V，50Hz 。这是为了适配大多数实验室和生产环境的供电标准。稳定的工作电压是保证试验仪各部件正常运行的基础。若电压不稳定，可能导致燃烧器的燃气供应不稳定，使火焰出现闪烁、跳动等异常情况，进而影响试验结果的准确性。例如，当电压瞬间降低时，燃烧器的燃气流量可能会减少，导致火焰变小、温度降低，无法按照标准要求对试品进行有效的施焰测试。此外，电压不稳定还可能对试验仪的控制系统造成损害，影响数据的采集和记录。

2.气源种类：气源通常采用丁烷，部分设备也可使用丙烷。丁烷和丙烷具有燃烧稳定、火焰特性易于控制的特点。不同的气源在燃烧时会产生不同的火焰温度和燃烧特性。丁烷燃烧时火焰相对较为柔和，温度分布较为均匀，能够提供稳定的热量输出，适合大多数常规电气产品的针焰试验。而丙烷的火焰温度相对较高，燃烧速度较快，对于一些对火焰温度要求较高的特殊材料或产品的测试可能更为适用。但无论使用哪种气源，都需要确保其纯度和稳定性，以保证试验结果的可靠性。如果气源中含有杂质，可能会导致火焰颜色异常、燃烧不充分，影响对试品着火危险性的判断。

3.燃气焰温梯度：燃气焰温梯度一般在（100±5）℃ - （700±3）℃之间，且从 100℃升高至 700℃所需时间为 23.5s±1s 。焰温梯度反映了火焰在不同位置的温度变化情况，这对于评估试品在不同温度区域的着火反应至关重要。在实际测试中，试品不同部位与火焰的接触位置和时间不同，所受到的温度影响也不同。通过精确控制焰温梯度，可以模拟试品在实际火灾场景中不同部位所面临的温度变化。例如，在测试一些具有多层结构的电气绝缘材料时，不同层对温度的耐受能力不同，合适的焰温梯度能够更全面地检测出材料在不同温度条件下的着火危险性。如果焰温梯度不符合标准要求，可能会导致对试品的测试结果出现偏差，无法准确评估其在实际使用中的防火性能 。

四、应用领域扫描

（一）电工电子设备

在电工电子设备的生产与质检环节，针焰试验仪发挥着无可替代的重要作用。以家用电器为例，像常见的电热水壶、微波炉、空调等产品，其内部包含众多的电子元件和电气线路。在长期使用过程中，这些元件和线路可能因各种原因出现故障，产生小火焰。若产品的阻燃性能不佳，小火焰就可能引发严重的火灾事故。通过针焰试验仪对这些电器的关键部件进行测试，如温控器、电源线接头、电路板等，能够有效筛选出潜在的安全隐患，确保产品在实际使用中的安全性。

在电子仪器领域，如示波器、信号发生器等精密设备，同样离不开针焰试验仪的保驾护航。这些仪器通常应用于科研、工业生产等关键领域，一旦发生火灾，不仅会造成设备本身的损坏，还可能导致实验数据丢失、生产停滞等严重后果。通过针焰试验，能够验证电子仪器的外壳、绝缘材料以及内部组件的防火性能，保证其在复杂的工作环境下也能安全运行。

（二）绝缘与可燃材料

绝缘材料在电气设备中起着隔离电流、防止触电的关键作用，其防火性能直接关系到电气系统的安全。工程塑料则因其良好的机械性能、加工性能和成本优势，被广泛应用于各个领域。然而，这些材料大多具有一定的可燃性，若在火灾发生时无法有效阻燃，火势将迅速蔓延。

在绝缘材料的研发与生产过程中，针焰试验仪用于评估材料在火焰作用下的燃烧特性，如燃烧速度、火焰传播距离、是否产生滴落物等。通过这些测试数据，研发人员可以优化材料配方，提高绝缘材料的阻燃性能。例如，在电线电缆的绝缘层制造中，选用经过针焰试验验证的高性能绝缘材料，能够有效降低电线电缆在短路等故障情况下引发火灾的风险。

对于工程塑料行业，针焰试验仪可用于测试不同类型塑料的防火等级。这对于塑料制品在建筑、汽车、电子等对防火要求较高的领域的应用至关重要。比如，汽车内饰件大量使用工程塑料，为了确保在车辆发生电气故障或火灾时，内饰件不会成为火势蔓延的帮凶，必须通过针焰试验等严格的防火测试。只有符合相应防火标准的工程塑料，才能够被应用于汽车内饰的生产，从而保障驾乘人员的生命安全。

五、使用流程与注意事项

（一）操作步骤详解

1.操作前准备：将针焰试验仪放置在通风良好、远离易燃易爆物品的试验室内，确保室内温度和湿度在规定范围内。这不仅能保证试验结果的准确性，还能有效避免因环境因素引发的安全事故。比如，若环境湿度过高，可能会影响试品的燃烧特性，导致试验结果出现偏差。仔细检查仪器各部件是否完好无损，包括针焰发生器、试样夹具、计时器、观察窗等，尤其要确保针尖锋利无磨损，因为针尖的状态直接影响火焰的形态和试验效果。同时，确认电源稳定，电压与频率符合设备要求，接地良好，以避免电气安全隐患。另外，按标准规定准备好试品，确保其尺寸、形状及安装方式符合测试要求。对于部分试品，还需进行预处理，如干燥、清洗等，以消除外部因素对试验结果的影响。

2.校验调节：正式试验前，需对针焰试验仪进行校验调节。用试验箱内夹具架上的鳄鱼夹将带铜块的热电偶夹住，按标准要求调节测温铜块与燃烧管的距离，以确保温度测量的准确性。接通电源开关和测温开关，待温度表正常显示当时的环境温度后，按下复位按钮。点着火焰，当温度上升到 100℃时，计时器开始自动计时，当温度上升到 700℃时，计时器自动停止计时并保持，记录升温时间，检查是否合格。调节火焰高度，根据测试标准，通过调节燃气流量和空气流量，使火焰高度稳定在 12±1mm ，并使用数显游标卡尺进行验证。将火焰调节阀调至较小，以防点火失控。

3.试验操作：接通电源开关，按“右行” 键，使燃烧器行到右端，将试品牢固安装在夹具上，调整夹具使试品与燃烧器针管处于合适的试验位置，然后按 “左行” 键，将燃烧器退到左端垂直针焰臂。置风机开关在 “OFF” 位置，避免风力对火焰和试品燃烧情况产生干扰。设定好火焰施加时间和持燃时间，持燃时间可根据产品要求设定，一般为 30 秒 。接通气源，按 “供气” 按钮，同时用打火机或火柴点火，点燃火焰后调节 “火焰调节阀”，使火焰高度稳定在标准范围内。按 “试验启动” 键，燃烧器行走到位正式开始试验。试验过程中，试验人员需通过观察窗密切观察试品的燃烧情况，包括是否被引燃、火焰蔓延速度、是否有滴落物等。当火焰施加时间到后，燃烧器会自动熄灭并退回左端，此时要及时按 “持燃停止” 键，准确记录持燃时间和铺底层着火等试验数据。试验结束后，按 “试验停止” 键，各元件复位，打开风机开关排除烟气。

（二）安全注意要点

1.防止气体泄漏：在试验前，务必仔细检查燃气回路是否漏气，包括接头、气管等部位。可使用肥皂水涂抹在可疑部位，观察是否有气泡产生，以此判断是否存在漏气情况。若发现漏气，应立即关闭气源，进行维修，严禁在漏气状态下进行试验，以免引发爆炸等严重事故。在试验结束后，需将气罐取下妥善保管，并定期对燃气回路进行检查，确保无气体泄漏。

2.注意电气安全：针焰试验仪应接入专用电源插座，确保输入电压稳定，频率为 50Hz ，电源线路符合电气安装标准。使用有地线的插座，确保电气接地可靠，防止触电事故的发生。在操作过程中，若发现仪器出现异常的电气现象，如冒烟、异味、火花等，应立即切断电源，停止试验，并联系专业维修人员进行检修。

3.预防火灾风险：试验区域应配备有效的灭火设备，如干粉灭火器、二氧化碳灭火器等，并确保试验人员熟悉灭火器的使用方法。在点火前，应确保所有人员已撤离至安全区域，避免因操作不当引发火灾对人员造成伤害。在试验过程中，严禁在仪器周围放置易燃物和易燃气体，防止火灾的蔓延扩大。同时，要遵循正确的操作流程，严格按照说明书中的参数进行设置，禁止强行更改参数，以免引发火灾危险。

4.个人防护措施：操作人员在操作仪器时，必须佩戴防护眼镜、手套等个人防护装置，防止眼睛、脸部、手部等部位受到灼伤和烫伤。防护眼镜能够有效阻挡火焰和飞溅物对眼睛的伤害，手套则能保护手部免受高温烫伤。在试验结束后，不要立即触摸仪器的高温部件，待其冷却后再进行后续操作。

六、试验标准与结果判定

（一）遵循的标准

在针焰试验领域，国际和国内均制定了一系列严格且详细的标准，以确保试验的科学性、准确性和一致性。国际上，IEC（国际电工委员会）制定的相关标准具有广泛的影响力。其中，IEC 60695-11-5 标准对针焰试验仪的技术要求、试验方法以及结果评定等方面做出了全面而细致的规定。该标准明确了针状燃烧器的尺寸规格，如内径为 Φ0.5mm ± 0.1mm ，外径≤Φ0.9mm ，长度≥35mm ，确保了试验火焰的稳定性和一致性。同时，对燃气种类、火焰高度、施焰时间、焰温梯度等关键参数也给出了明确的数值范围，为全球范围内的针焰试验提供了统一的技术依据。

在国内，GB（国家标准）系列标准同样发挥着重要作用。例如，GB/T 5169.5-2020《电工电子产品着火危险试验 第 5 部分：试验火焰 针焰试验》等同采用了 IEC 60695-11-5 的相关内容，并结合我国的实际情况和行业特点，对部分内容进行了细化和补充。这使得我国的针焰试验标准既与国际接轨，又符合国内的生产和检测需求。此外，GB 4706.1 等标准也对特定领域的产品，如家用和类似用途电器，在针焰试验方面提出了针对性的要求，进一步保障了相关产品的安全性能 。

（二）结果判定准则

依据上述标准，针焰试验的结果判定主要围绕试品及引燃铺垫层的燃烧情况展开。如果试品在整个试验过程中，既不产生火焰，也不存在灼热现象，同时位于试品下方 200±5mm 处、紧裹着绢纸的 10mm 厚白松木板没有被引燃，绢纸也未出现燃烧迹象，那么该试品可判定为合格。这表明试品在面对模拟的故障小火焰时，具有良好的阻燃性能，能够有效阻止火焰的传播和蔓延。

另一种情况，如果在移去针焰后，试品及其周围零件、铺底层的火焰或灼热持续时间小于 30s，且周围零件和铺底层不再继续燃烧，包装绢纸既不起燃，白松木板也不炭化，那么试品同样被认为是合格的。这说明试品即使在被针焰引燃的情况下，也能在较短时间内自行熄灭，火势不会进一步扩大，不会对周围环境造成严重的火灾威胁。

然而，若试品出现明显的火焰和灼热现象，且持续时间较长，或者铺底层的绢纸被引燃，白松木板发生炭化，这就意味着试品未能通过针焰试验，其着火危险性较高，在实际使用中可能存在较大的安全隐患。对于这类不合格的产品，生产厂家需要深入分析原因，改进产品设计或选用更优质的材料，以提高产品的防火性能，确保其符合相关标准要求。

八、总结与展望

针焰试验仪作为电气安全领域的关键检测设备，在预防电气火灾、保障产品质量和使用者生命财产安全方面发挥着不可替代的重要作用。它通过模拟真实的故障小火焰场景，对电气产品及相关材料进行严格的防火性能测试，为产品的研发、生产和质量控制提供了科学、可靠的依据。

展望未来，随着科技的不断进步和社会对安全要求的日益提高，针焰试验仪将在技术创新和应用拓展方面迎来新的发展机遇。在技术层面，高精度火焰控制系统和温度传感技术将进一步升级，实现对火焰形态、温度、焰温梯度等参数的更加精准控制，从而减少人为因素对测试结果的影响，提高试验的准确性和可靠性。自动化测试系统和智能数据处理软件也将广泛应用，使试验过程更加智能化、高效化，能够自动完成测试操作、数据采集、分析和报告生成等一系列工作，大大节省人力和时间成本。

与此同时，随着物联网、大数据、人工智能等新兴技术的蓬勃发展，针焰试验仪有望实现与这些技术的深度融合。借助物联网技术，试验仪可以实时连接到生产企业的质量管理系统和实验室信息管理系统，实现数据的实时共享和远程监控，便于企业及时掌握产品的测试情况和质量动态。大数据分析技术则能够对大量的测试数据进行深度挖掘和分析，帮助企业发现潜在的产品质量问题和安全隐患，为产品的优化改进提供有力支持。人工智能技术的引入，如机器视觉和 AI 算法，将使针焰试验仪具备更加智能的检测能力，能够自动识别试品的燃烧状态、火焰特征等，甚至实现对产品防火性能的预测和评估，为电气安全领域的发展带来全新的变革。

在应用领域方面，针焰试验仪的应用范围将不断拓展。除了现有的电工电子、绝缘与可燃材料等行业，它还将在新能源、航空航天、轨道交通等新兴领域发挥重要作用。在新能源汽车行业，随着电动汽车的普及，电池系统的安全性成为关注焦点。针焰试验仪可用于测试电池外壳、电极材料、电解液等部件的阻燃性能，确保电池在发生热失控等故障时，不会引发严重的火灾事故。在航空航天领域，对飞行器内部的电气设备和材料的防火性能要求极高，针焰试验仪能够帮助检测这些设备和材料在极端环境下的防火安全性，保障飞行安全。在轨道交通领域，针焰试验仪可用于测试列车车厢内的装饰材料、电气设备等的阻燃性能，为乘客的出行安全提供保障。

相信在未来，针焰试验仪将不断创新发展，以更加先进的技术和更广泛的应用，为全球的电气安全事业做出更大的贡献，守护人们的美好生活。

来源：科技透视镜