موقد اللهب الإبري: التطبيق والتحليل الفني في اختبارات السلامة من الحرائق للمعدات الكهربائية والإلكترونية

الملخص
مع تطور تصغير المنتجات وزيادة قدرتها في مجالات مثل المعدات الكهربائية والإلكترونية، والأجهزة المنزلية، والإضاءة، ازداد خطر الحرائق الناتج عن "اللهب الصغير" الناتج عن قصر الدائرة وارتفاع درجة حرارة المكونات. لذا، أصبح اختبار السلامة من الحرائق حلقة وصل أساسية في بحث وتطوير المنتجات، وفحص جودة المصانع، وإصدار الشهادات. وباعتباره جهازًا مخصصًا لمحاكاة سيناريوهات اشتعال اللهب الصغير، فإن دقة اختبار موقد اللهب الإبري وسهولة تشغيله تحددان بشكل مباشر موثوقية تقييم أداء مقاومة الحريق. تتناول هذه الورقة البحثية... LISUN ZY-3 موقد لهب الإبرة كهدف بحثي، يُفصّل هذا الجهاز مزايا تصميمه المعياري بشكل منهجي، ويُحلّل بعمق المبادئ التقنية للوظائف الأساسية، مثل التحكم الدقيق في درجة الحرارة، والتوقيت التلقائي، وتسجيل البيانات، ويتحقق من قابلية تكيف الجهاز في اختبارات السلامة من الحرائق في مختلف الصناعات، وذلك من خلال الجمع بين قدراته على التحكم في معاملات اللهب المتوافقة مع المعايير الدولية وتصميمه ثنائي الوضع. ومن خلال تحليل سيناريوهات التطبيق النموذجية ومقارنة معاملات الأداء، تُحدّد القيمة التقنية للجهاز. LISUN ZY-3 يبرز موقد اللهب الإبري في ضمان سلامة المنتجات من الحرائق وتلبية متطلبات الوصول إلى السوق، مما يوفر مرجعًا احترافيًا لحلول الاختبار لمصنعي المنتجات الكهربائية والإلكترونية ومؤسسات الاختبار ومعاهد البحث العلمي.

1. مقدمة
أثناء تشغيل المعدات الكهربائية والإلكترونية، قد تُولّد أعطالٌ مثل تقادم المكونات، أو التحميل الزائد للدوائر الكهربائية، أو قصر الدوائر الكهربائية، "لهبًا صغيرًا" بسهولة تتجاوز درجات حرارته 700 درجة مئوية. ورغم صغر حجم هذه اللهب، إلا أنها مُركّزة الطاقة، ويمكنها بسهولة إشعال المواد العازلة الداخلية أو أغلفة المعدات، مما يُؤدي إلى حرائق واسعة النطاق. ولمنع هذه المخاطر، أصدرت مؤسساتٌ مثل اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) والإدارة الوطنية للمعايير معاييرَ لاختبار اللهب الإبري (مثل IEC 60695-11-5:2016، GB/T 5169.5-2020)، والتي تتطلب بوضوح محاكاة سيناريوهات اللهب الصغير لاختبار خصائص مقاومة الحريق واستمرارية اللهب للمنتجات والمواد.

تواجه معدات اختبار اللهب الإبري التقليدية مشاكل مثل تشتت الوظائف، وانخفاض دقة التحكم في المعلمات، وتعقيد عمليات التشغيل. على سبيل المثال، يؤدي الضبط اليدوي لارتفاع اللهب بسهولة إلى حدوث أخطاء، كما أن التوقيت اليدوي يُصعّب تسجيل زمن ثبات اللهب بدقة، وهو ما لا يفي بمتطلبات الاختبارات عالية الجودة. ZY-3 تم تطوير موقد اللهب الإبري بواسطة LISUN يعتمد تصميمًا متكاملًا معياريًا، يجمع بين وظائف مثل التحكم الدقيق في درجة الحرارة، والتوقيت التلقائي، وتسجيل البيانات. وفي الوقت نفسه، يُحسّن عملية الاختبار من خلال وضع التشغيل المزدوج، شاشة اللمس والتحكم عن بُعد. لا يتوافق هذا الجهاز بدقة مع المعايير الدولية والمحلية فحسب، بل يتكيف أيضًا مع احتياجات اختبار العينات بمختلف أحجامها. وقد استُخدم على نطاق واسع في مجالات مثل الكهرباء والإلكترونيات، والإضاءة، وإلكترونيات السيارات، ليصبح جهازًا رئيسيًا لاختبارات السلامة من الحرائق. ستُحلل هذه الورقة البحثية المزايا التقنية والقيمة الصناعية لهذا الجهاز بشكل شامل. LISUN ZY-3 موقد اللهب الإبري من أربعة أبعاد: الهندسة المعمارية التقنية للمعدات، ومبادئ الوظيفة الأساسية، وسيناريوهات التطبيق، والتحقق من الأداء.

2. مبادئ الهندسة التقنية والوظائف الأساسية LISUN ZY-3 موقد لهب الإبرة
2.1 هندسة التصميم المعياري
التصميم المعياري لـ LISUN ZY-3 يُعدّ موقد اللهب الإبري أساسًا لتكامل وظائفه وتكيفه المرن. وهو مُقسّم إلى خمس وحدات أساسية. تعمل كل وحدة بشكل مستقل وتتعاون بشكل تفاعلي لضمان دقة واستقرار عملية الاختبار.
وحدة نظام الاحتراق: تتضمن موقدًا قياسيًا إبرة الشكل (قطره الداخلي 0.5 مم)، ووحدة إمداد غاز، ووحدة ضبط اللهب. يمكن تعديل زاوية الموقد بمرونة (إمالته بزاوية 45 درجة أثناء الاختبار ورأسيًا أثناء معايرة ارتفاع اللهب). يستخدم غاز الاحتراق غاز البوتان بنقاء ≥ 95%، ويتوفر مقياس تدفق غاز إلكتروني اختياري للتحكم الدقيق في معدل تدفق الغاز لضمان استقرار شكل اللهب.
وحدة التحكم في درجة الحرارة: تتضمن ترموكبل من النوع K بقطر Φ0.5 مم ورقاقة عالية الدقة لقياس درجة الحرارة. يغطي نطاق قياس درجة الحرارة 0 إلى 1000 درجة مئوية، مما يتيح مراقبة عملية ارتفاع درجة حرارة اللهب في الوقت الفعلي، ويضمن بدقة الالتزام بالمعيار القياسي "استغرق 23.5 ثانية ± ثانية واحدة للانتقال من 100 درجة مئوية ± درجتين مئويتين إلى 700 درجة مئوية ± 3 درجات مئوية"، مما يجنب تأثير انحراف درجة الحرارة على نتائج الاختبار.
وحدة التوقيت وتسجيل البيانات: مزودة بشريحة توقيت مدمجة عالية الدقة. يمكن تسجيل وقت الاحتراق (0~999.9 ثانية، ±0.1 ثانية) ووقت ثبات اللهب (0~999.9 ثانية، ±0.1 ثانية) تلقائيًا. تدعم الوحدة إعداد احتراق واحد أو عدة إعدادات متتالية. تُخزن بيانات الاختبار في ذاكرة الجهاز آنيًا، ويمكن تصديرها إلى جهاز كمبيوتر عبر منفذ USB لإجراء تحليل إضافي.
وحدة التشغيل والسلامة: مزودة بشاشة لمس LCD كبيرة مُطوّرة ذاتيًا وجهاز تحكم عن بُعد لاسلكي، يدعم وظائف مثل ضبط المعلمات، وبدء/إيقاف الاختبار مؤقتًا، وعرض البيانات. كما أنها مزودة بحماية من ارتفاع درجة الحرارة، وإنذار بتسرب الغاز، وزر إيقاف الطوارئ. عندما تتجاوز درجة حرارة الجهاز الحد المسموح به أو يكون تركيز الغاز غير طبيعي، يقطع الجهاز مصدر الغاز تلقائيًا ويُصدر إنذارًا.
وحدة تثبيت العينات: توفر وحدة تثبيت قابلة للتعديل لتناسب عينات بأحجام مختلفة (مثل أغلفة المرحلات الصغيرة، وطبقات عزل الكابلات الكبيرة، ومواد الأغشية، إلخ). يمكن ضبط ارتفاع الوحدة وموضعها الأفقي بدقة لضمان أن مسافة الاحتراق بين الموقد والعينة تتوافق مع المتطلبات القياسية (عادةً 5 مم ± 0.5 مم).

2.2 المبادئ الفنية للوظائف الأساسية
2.2.1 تقنية التحكم الدقيق في درجة الحرارة
تُعد درجة حرارة اللهب معيارًا أساسيًا في اختبار لهب الإبرة، حيث تؤثر بشكل مباشر على تحديد عتبة اشتعال المادة. LISUN ZY-3 يحقق موقد اللهب الإبري التحكم الدقيق في درجة الحرارة من خلال التعاون بين "اكتساب الحرارة في الوقت الفعلي + التعديل الديناميكي لخوارزمية PID":
• اكتساب درجة الحرارة: يتم تثبيت طرف ترموكبل النوع K بشكل وثيق على منطقة قلب اللهب، حيث يجمع بيانات درجة الحرارة 10 مرات في الثانية ويحول الإشارة التناظرية إلى إشارة رقمية لنقلها إلى شريحة التحكم الرئيسية.
• ضبط PID: استنادًا إلى خوارزمية PID، تُقارن شريحة التحكم الرئيسية درجة الحرارة اللحظية بمنحنى درجة الحرارة القياسي (100 درجة مئوية → 700 درجة مئوية، 23.5 ثانية ± ثانية واحدة)، وتضبط تلقائيًا معدل تدفق غاز البوتان وفتحة مخمد الموقد. في حال ارتفاع درجة الحرارة ببطء شديد، يزداد معدل تدفق الغاز؛ وفي حال تجاوزها، يُخفض معدل التدفق لضمان توافق درجة حرارة اللهب تمامًا مع متطلبات معياري GB/T 5169.5-2020 وIEC 60695-11-5:2016.

2.2.2 التوقيت التلقائي وتسجيل البيانات
إن التوقيت اليدوي التقليدي عرضة للأخطاء (أكثر من ±0.5 ثانية) بسبب تأخيرات رد فعل الموظفين. LISUN ZY-3 يحقق دقة التوقيت على مستوى الملي ثانية من خلال التعاون بين الأجهزة والبرامج:
• توقيت الاحتراق: بعد بدء الاختبار، يُسجل الجهاز تلقائيًا وقت ملامسة الموقد للعينة. عند الوصول إلى وقت الاحتراق المُحدد (مثل 30 ثانية التقليدية)، يُعاد ضبط الموقد تلقائيًا، بدقة توقيت تبلغ ±0.1 ثانية.
• توقيت ثبات اللهب: بعد فصل العينة عن اللهب، يراقب الجهاز استمرار احتراق العينة من خلال مستشعر بصري. في حال اكتشاف لهب، يبدأ الجهاز تلقائيًا توقيت ثبات اللهب؛ وعند انطفاء اللهب، يوقفه تلقائيًا ويسجل بيانات مثل "حالة الاشتعال" و"زمن ثبات اللهب" و"حالة انتشار الاحتراق"، متجنبًا بذلك الأخطاء الشخصية في المراقبة اليدوية.
تخزين البيانات: يدعم النظام تخزين أكثر من 5,000 مجموعة من بيانات الاختبار. تتضمن كل مجموعة بيانات وقت الاختبار، ومعلومات العينة، ووقت الاحتراق، ومدة ثبات اللهب، ومنحنى درجة الحرارة، وغيرها، ويمكن تصديرها بصيغة إكسل لتسهيل إنشاء تقارير الاختبار وتتبع البيانات.

2.2.3 التشغيل ثنائي الوضع وضمان السلامة
لتبسيط عملية التشغيل وتقليل خطر الحروق الناتجة عن درجات الحرارة العالية، LISUN ZY-3 يعتمد وضع التشغيل المزدوج "شاشة تعمل باللمس + جهاز التحكم عن بعد":
• تشغيل شاشة اللمس: تعرض شاشة LCD اللمسية مقاس 5 بوصات درجة الحرارة، وبيانات التوقيت، وحالة اللهب، ومعلومات أخرى في الوقت الفعلي. تدعم ضبط المعلمات بنقرة واحدة (مثل وقت الاحتراق 30 ثانية وارتفاع اللهب 12 مم). الواجهة بديهية وسهلة الفهم، مما يتيح للمشغلين الجدد البدء بسرعة.
التشغيل عن بُعد: مُجهّز بجهاز تحكم عن بُعد لاسلكي، يسمح للمختبرين ببدء/إيقاف الاختبار مؤقتًا من مسافة 3 أمتار، مع تجنب التلامس المباشر مع موقد الحرارة العالية (درجة حرارة اللهب تتجاوز 700 درجة مئوية). كما أن هيكل الجهاز مصنوع من هيكل فولاذي مطلي بالرش عالي الحرارة، وهو مقاوم للحرارة العالية والتآكل، مما يضمن سلامة التشغيل.

3. مواصفات المعلمات وسيناريوهات التطبيق الصناعي لـ LISUN ZY-3 موقد لهب الإبرة
3.1 مواصفات المعلمات الأساسية ومقارنة النموذج
(أراضي البوديساتفا) LISUN ZY-3 يشتمل موقد اللهب الإبري على نموذجين: ZY-3 (مع الخزانة) و ZY-3S (بدون خزانة). تتوافق المعلمات الأساسية تمامًا مع المعايير الدولية، ويمكن اختيارها وفقًا لبيئات الاختبار المختلفة ومتطلبات العينات. يوضح الجدول التالي مقارنة المعلمات وتوافقها مع المعايير للنموذجين:

3.2 تحليل سيناريوهات التطبيقات الصناعية النموذجية
بفضل تصميمها المعياري وقدرات الاختبار الدقيقة، LISUN ZY-3 يُستخدم موقد اللهب الإبري على نطاق واسع في مجالات مثل الكهرباء والإلكترونيات، ومعدات تكنولوجيا المعلومات، والإضاءة، وإلكترونيات السيارات. فيما يلي أمثلة لتطبيقات رئيسية:

3.2.1 الصناعة الكهربائية والإلكترونية: اختبار مقاومة الحرائق للأجهزة الكهربائية منخفضة الجهد
إذا اشتعلت أغلفة الأجهزة الكهربائية منخفضة الجهد وأجزاؤها العازلة (مثل المرحلات، والملامسات، وقواطع الدائرة) بفعل لهب صغير، فقد يؤدي ذلك إلى حدوث أعطال ماس كهربائي نتيجة تمدد الدائرة. وقد استخدم مُصنِّع للأجهزة الكهربائية منخفضة الجهد LISUN ZY-3 موقد لهب الإبرة لاختبار غلاف التتابع (مادة مقاومة للهب ABS):
• إعداد الاختبار: وقت احتراق 30 ثانية، الموقد مائل بزاوية 45 درجة، نقطة الاحتراق في الجزء الضعيف من الغلاف (سمك 1.5 مم).
• نتيجة الاختبار: لم تشتعل العينة أثناء الاحتراق ولم تظهر أي استمرارية للهب بعد فصلها عن اللهب، وفقًا لمتطلبات GB/T 5169.5-2020.
قيمة التطبيق: تم استبعاد الدفعات غير المؤهلة من خلال اختبار الدفعات (اشتعلت دفعة معينة من الأغلفة عند 25 ثانية من الاحتراق مع زمن ثبات للهب يبلغ 8 ثوانٍ)، مما منعها من دخول السوق وتسببها في مخاطر على السلامة. في الوقت نفسه، وفر ذلك دعمًا للبيانات لتحسين تركيبة المواد (زيادة محتوى مثبطات اللهب في مادة ABS من 15% إلى 20% لحل مشكلة الاشتعال).

3.2.2 صناعة معدات الإضاءة: اختبار مقاومة الحرائق لمصابيح LED ومصابيحها
بسبب التشغيل طويل الأمد لمصابيح LED في درجات حرارة عالية، فإن أغلفة المحرك ومواد عزل حامل المصباح معرضة لخطر الحريق. استخدمت إحدى شركات الإضاءة LISUN ZY-3 موقد شعلة الإبرة لاختبار غلاف محرك LED (مادة الكمبيوتر):
• أساس الاختبار: GB 7000.1-2015 "المصابيح - الجزء 1: المتطلبات العامة والاختبارات".
• عملية الاختبار: محاكاة اللهب الصغير الناتج عن ارتفاع درجة حرارة المكونات الداخلية للسائق، وإجراء احتراق لمدة 30 ثانية على غلاف السائق، ومراقبة ما إذا كان الاشتعال وانتشار الاحتراق يحدثان.
النتيجة الرئيسية: لم يُصدر الغلاف المؤهل أي لهب مكشوف بعد الاحتراق، مع كربنة سطحية طفيفة فقط؛ بينما اشتعلت الغلافات غير المؤهلة (مادة البولي كربونات المُعاد تدويرها) بعد 18 ثانية من الاحتراق، مع زمن ثبات للهب لمدة 12 ثانية، وامتد اللهب إلى الدوائر الداخلية. نجح هذا الاختبار في اعتراض المنتجات غير المؤهلة، وضمن سلامة استخدام المصابيح.

3.2.3 صناعة إلكترونيات السيارات: اختبار أكوام شحن المركبات التي تعمل بالطاقة الجديدة
نظرًا لارتفاع تيار الشحن في أكوام شحن مركبات الطاقة الجديدة، قد يؤدي اشتعال الأجزاء العازلة بفعل لهب صغير إلى حوادث حريق في البطارية. استخدمت مؤسسة اختبار خارجية هذه التقنية. LISUN ZY-3 موقد لهب الإبرة لاختبار الأجزاء العازلة (لوح القماش الزجاجي الإيبوكسي) من كومة الشحن:
• معايير الاختبار: GB/T 2408-2021 "البلاستيك - تحديد سلوك الاحتراق - الطرق الأفقية والرأسية"، IEC 60695-11-5:2016.
• تركيز الاختبار: مراقبة وقت الاشتعال، ووقت ثبات اللهب للأجزاء العازلة تحت لهب 700 درجة مئوية، وما إذا كان يتم توليد قطرات (قد تتسبب القطرات في اشتعال المواد القابلة للاشتعال أدناه).
• استنتاج الاختبار: لم يكن للأجزاء العازلة المؤهلة أي اشتعال أو تنقيط، وكان زمن ثبات اللهب 0 ثانية، وهو ما يتوافق مع متطلبات الحماية من الحرائق لأكوام الشحن؛ اشتعلت العينة المقدمة عند 22 ثانية من الاحتراق مع زمن ثبات اللهب 9 ثوانٍ وأنتجت تنقيطًا، والذي تم تحديده على أنه غير مؤهل، مما يساعد الشركات على تجنب مخاطر شهادة المنتج.

3.2.4 مجال البحث والتطوير للمواد: تقييم أداء المواد البلاستيكية الهندسية في مقاومة اللهب
غالبًا ما تستخدم معاهد البحث العلمي LISUN ZY-3 موقد لهب إبري لتقييم أداء مواد جديدة مقاومة للهب. اختبر معهد أبحاث المواد مادة PA66 المعدلة (المُضافة إليها مادة مقاومة للهب خالية من الهالوجين):
• غرض الاختبار: التحقق من مقاومة المادة للحريق تحت النيران الصغيرة وتوفير أساس لاختيار مواد الغلاف الكهربائية والإلكترونية.
• متغيرات الاختبار: قم بتغيير كمية إضافة مثبطات اللهب (10%، 15%، 20%) وقارن بين وقت الاشتعال ووقت ثبات اللهب تحت كميات إضافة مختلفة.
نتائج البحث: عند إضافة مثبطات اللهب بنسبة 20%، لم يحدث اشتعال للمادة؛ وعند إضافة 15%، كان زمن الاشتعال 15 ثانية، وزمن ثبات اللهب 3 ثوانٍ؛ وعند إضافة 10%، كان زمن الاشتعال 8 ثوانٍ، وزمن ثبات اللهب 15 ثانية. وأخيرًا، حُددت نسبة الإضافة المثلى بنسبة 15% (مع مراعاة موازنة مقاومة الحريق والتكلفة).

4. التحقق من الأداء والامتثال للمعايير LISUN ZY-3 موقد لهب الإبرة
4.1 بيانات التحقق من الأداء
للتحقق من دقة الاختبار LISUN ZY-3 تم اختيار موقد لهب الإبرة، وهو عينة قياسية (لوح بلاستيكي فينولي مُحدد في GB/T 5169.5-2020)، للاختبار المتكرر. النتائج موضحة في الجدول التالي:

ومن الممكن أن نرى من البيانات أن المؤشرات الرئيسية لـ LISUN ZY-3 إن موقد اللهب الإبري، مثل ارتفاع اللهب، ووقت ارتفاع درجة الحرارة، ودقة التوقيت، كلها تلبي المتطلبات القياسية، وتصل دقة تحديد الاشتعال إلى 100% مع إمكانية تكرار الاختبار بشكل جيد، مما يضمن موثوقية نتائج الاختبار.

4.2 الامتثال للمعايير
(أراضي البوديساتفا) LISUN ZY-3 تلتزم Needle Flame Burner بشكل صارم بعدد من المعايير الدولية والمحلية المعتمدة لضمان الاعتراف العالمي بنتائج الاختبار:
• معايير طريقة الاختبار الأساسية: GB/T 5169.5-2020 "اختبار مخاطر الحريق للمنتجات الكهربائية والإلكترونية - الجزء 5: اختبار اللهب - طريقة اختبار اللهب الإبري"، IEC 60695-11-5:2016 "اختبار مخاطر الحريق - الجزء 11-5: اختبار اللهب - طريقة اختبار اللهب الإبري".
• معايير خاصة بالمنتج: GB 7000.1-2015 "المصابيح - الجزء 1: المتطلبات العامة والاختبارات"، GB/T 4943.1-2022 "معدات تكنولوجيا المعلومات - السلامة - الجزء 1: المتطلبات العامة"، GB/T 2408-2021 "البلاستيك - تحديد سلوك الاحتراق"، IEC 62368-1:2023 "معدات الصوت والفيديو وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات - الجزء 1: متطلبات السلامة".
• المعايير الخاصة بالصناعة: ISO 6722-1:2019 "مركبات الطرق - الكابلات والأسلاك وحزم الأسلاك - الجزء 1: المتطلبات العامة وطرق الاختبار" (اختبار حزم أسلاك السيارات)، UL 94:2024 "معيار اختبارات قابلية اشتعال المواد البلاستيكية للأجزاء في الأجهزة والأجهزة" (اختبار مثبطات اللهب البلاستيكية).

5. الاستنتاجات 
(أراضي البوديساتفا) LISUN ZY-3 موقد لهب الإبرة يدمج الجهاز وظائف أساسية، مثل التحكم الدقيق في درجة الحرارة، والتوقيت التلقائي، وتسجيل البيانات، من خلال تصميم معياري، مما يُعالج عيوب المعدات التقليدية، مثل "انخفاض دقة المعاملات، وتعقيد التشغيل، وارتفاع مخاطر السلامة". بفضل امتثاله الصارم للمعايير وقدرته المرنة على التكيف، يُعدّ الجهاز جهازًا أساسيًا لاختبارات السلامة من الحرائق في مجالات مثل الكهرباء والإلكترونيات، والإضاءة، وإلكترونيات السيارات. بدءًا من فحص جودة المصانع للمؤسسات، ووصولًا إلى شهادات الجهات الخارجية، وأبحاث وتطوير المواد في معاهد البحث العلمي، يُمكن لهذا الجهاز توفير بيانات اختبار موثوقة، مما يُساعد المنتجات على تلبية متطلبات الوصول إلى السوق وتقليل مخاطر الحرائق.