CN104280311A - 可燃物燃后产气量测试装置及方法 - Google Patents

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王宁
成杰
赵孝彬
李军
田军
王晨雪
程立国
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Abstract

本发明是一种用于推进剂和民爆火工药剂的可燃物燃后产气量测试装置及方法。它由压力容器与配件、测控系统和样品辅助机构组成，压力容器与配件设有高沸点油介质夹层结构的球形容器。球形容器上设有油浴入口、油浴出口、温度传感器、压力传感器和样品辅助机构。温度传感器和压力传感器通过数据采集卡连接计算机。所述方法包括四个步骤：预置调节与样品安装，环境控制与样品点火，数据采集与数据处理，后续处理。本发明可实现可燃物燃后产气量测试，通过温度和压力调控，保障受检样品燃后气体处于气体状态，提高了检测精度和智能化程度，适应了有氧环境或者缺氧少氧环境中产气量测试的需要，并且具有结构简单、维护方便、性能可靠和使用安全的优点。

Description

可燃物燃后产气量测试装置及方法
技术领域
本发明涉及一种推进剂、烟火药、民爆火工药剂和其他可燃物等不同类型物质燃后产气量测试技术，特别是一种可燃物燃后产气量测试装置及方法。
背景技术
可燃物燃后产气量是评价推进剂和火工药剂燃烧性能的重要指标之一，虽然有相应国家标准进行检测，其所用设备和方法都存在有检测误差大、智能化程度不高的缺陷，而在评价电石发气量、安全气囊发气量等方面也有一定局限性。
中国国家标准GJB770B-2005《气体比容压力传感器法》给出了适用于火药和火工药剂燃烧气体比容的测定方法，在检测过程中，水分收集和称量直接影响燃后产气量的测试精度，也不适合含氯元素推进剂的燃后产气量的测试。
中国专利CN101126694“推进剂燃烧气体摩尔数测试方法及其装置”公开了一种利用理想气体状态方程计算燃烧气体摩尔数，并换算成标准状态下的气体体积的推进剂燃后产气量的测试方法，其缺陷是：量热弹容积小、测试误差大、试验重复性差、检测成本高、油浴温度不能反映气体实际温度。
发明内容
 本发明的目的是要提供一种可燃物燃后产气量测试装置及方法，它能够有效地提高检测精度和智能化程度，可靠地适用于各类可燃物燃后产气量评价。
本发明的技术方案是：
设计一种由相互配置的压力容器与配件、测控系统和样品辅助机构组成可燃物燃后产气量测试装置，压力容器与配件设置有夹层结构的球形容器，球形容器的夹层结构中充注有高沸点油介质，球形容器上分别设置有油浴入口、油浴出口、温度传感器、压力传感器和样品辅助机构。
球形容器的夹层结构中充注的高沸点油介质，通过球形容器的油浴入口和油浴出口，调节球形容器内温度。
球形容器上设置的温度传感器和压力传感器通过数据采集卡连接计算机，实时监测球形容器内温度与压力的变化规律。
设计一种利用所述装置的可燃物燃后产气量测试方法，采用四个步骤：步骤一，预置调节与样品安装；步骤二，环境控制与样品点火；步骤三，数据采集与数据处理；步骤四，后续处理；在环境控制与样品点火阶段，样品点火方式采用静电点火或者化学点火，球形容器夹层结构中充注的高沸点油介质通过循环流动控制球形容器内腔的恒温状态，球形容器配属的压力表、真空泵和真空阀通过联动控制球形容器内腔的压力状态。
在环境控制与样品点火阶段，油浴入口和油浴出口之间的高沸点油介质按一定速度循环，制造恒温环境，使温度可在常温到300℃范围内调节，以保障受检样品燃后气体处于气体状态，通过温度传感器记录从点火到恒温整个过程的内腔温度变化。
在环境控制与样品点火阶段，利用压力表、真空泵和真空阀，反复充放配置好的混合气体或惰性气体，能将球形容器内部气体环境的真空度从常压一直降低到700Pa，为受检样品提供所需的无氧或少氧环境，通过压力传感器记录从点火到恒温整个过程的内腔压力变化；利用压力表、真空泵和真空阀，反复充放配置好的混合气体或惰性气体，能将球形容器内部环境气体压力从常压一直增加到4MPa，为受检样品提供所需氧浓度环境，通过压力传感器记录从点火到恒温整个过程的内腔压力变化。
本发明的有益技术效果是：由于压力容器与配件设置有夹层结构的球形容器，因而改善了恒温环境、增大了体积容量和提高了测试精度。同时由于球形容器夹层结构中充注有高沸点油介质，因而扩大了恒温范围、避免了水份收集与称量难度、减少了水溶性气体的体积损耗。另外由于球形容器上设置有压力传感器、真空泵、阀门和压力表，因而反应环境真空度可从常压一直降低到700Pa，也可从常压一直增加到4MPa，适应了有氧环境或者缺氧少氧环境中产气量测试的需要，拓宽了应用范围。本发明还具有结构简单、维护方便、性能可靠和使用安全的优点。
附图说明
图1是所述装置的主视图；
图2是所述装置的俯视图；
图3是化学点火头示意图；
图4是所述方法流程图。
图中，1、压力容器与配件，2、测控系统，3、样品辅助机构，4、球形容器，5、进气口，6、出气口，7、油浴入口，8、油浴出口, 9、压力表，10、气阀，11、真空泵，12、真空阀，13、温度传感器，14、压力传感器，15、数据采集卡，16、计算机，17、样品池，18、点火电极，19、点火电容，20、静电点火头，21、化学点火头，22、受检样品，23、预置调节与样品安装，24、环境控制与样品点火，25、数据采集与数据处理，26、后续处理。
具体实施方式
下面结合附图提供的实施例分三个部分对本发明进一步说明。
 第一部分，所述装置结构与所述方法流程。
所述装置包括:压力容器与配件(1)，测控系统(2)，样品辅助机构(3)。
压力容器与配件(1)包括：球形容器(4)，进气口(5)，出气口(6)，油浴入口(7)，油浴出口(8)，压力表(9)，气阀(10)，真空泵(11)，真空阀(12)。
测控系统(2)包括：温度传感器(13)，压力传感器(14)，数据采集卡(15)，计算机(16)。
样品辅助机构(3)包括: 样品池(17)，点火电极(18)，点火电容(19)，静电点火头(20)，化学点火头(21)。
受检样品(22)。
 所述方法流程包括：步骤一，预置调节与样品安装(23)；步骤二，环境控制与样品点火(24)；步骤三，数据采集与数据处理(25)；步骤四，后续处理(26)。
第二部分，缺氧少氧环境中检测过程。
步骤一，预置调节与样品安装：关闭进气口(5)和出气口(6)，打开真空阀(12)，启动真空泵(11)，观察压力表(9)，抽真空至-40.00kPa，十分钟内真空度不变，说明装置气密性良好，此时打开进气口（5）进气。称量一定质量受检样品(22)，将其置于样品池(17)中，固定在球形容器(4)的容器盖上。
步骤二，环境控制与样品点火：所述环境控制为试验环境控制，它包括试验温度控制和试验压力控制。利用外置恒温油箱，通过油浴入口(7)和油浴出口(8)调节球形容器(4)夹层结构内温度并按一定速度循环，预设温度为150℃。打开真空阀(12)，启动真空泵(11)，观察压力表(9)，抽真空至-40.00kPa，充注高纯氮气至大气压，缓慢反复抽放试验至少三次，最后一次关闭真空泵(11)和真空阀(12)。通过点火电极(18)对样品池(17)中受检样品(22)实施静电点火或者化学点火。静电点火时，依靠点火电容(19)充电，静电点火头(20)以电弧放电形式实现点火；或者化学点火时，依靠电流作用于化学点火头(21)以热量释放形式实现点火。
步骤三，数据采集与数据处理：通过温度传感器(13)实时记录从点火到恒温整个过程的球形容器(4)内腔温度变化；通过压力传感器(14)实时记录从点火到恒压整个过程的压强变化。温度传感器(13)和压力传感器(14)将温度和压力数据通过数据采集卡(15)输入计算机(16)，经过数据处理，获得标准状态下单位质量气体体积，完成可燃物燃后产气量测试。
步骤四，后续处理：检测完毕，打开气阀(10)，压缩空气经进气口(5)、 球形容器(4)、出气口(6)路径，将球形容器(4)内的可燃物燃后气体排出，并注明试验条件。
第三部分，某一氧浓度环境中检测过程。
步骤一，预置调节与样品安装：关闭真空阀(12)和出气口(6)，打开进气口(5)充注压缩空气，观察压力表(9)，待压缩空气压力至4MPa，关闭进气口（5），十分钟内真空度不变，说明装置气密性良好，此时打开出气口（6）放气。称量一定质量受检样品(22)，置于样品池(17)中，固定在球形容器(4)的容器盖上。
步骤二，环境控制与样品点火：所述环境控制为试验环境控制，它包括试验温度控制和试验压力控制。利用外置恒温油箱，通过油浴入口(7)和油浴出口(8)调节球形容器(4)夹层结构内温度并按一定速度循环，预设温度为150℃。关闭真空阀(12)和出气口(6)，打开进气口(5)，观察压力表(9)，充注高纯氮气至2.5MPa，打开真空阀(12)，启动真空泵(11)，观察压力表(9)，抽真空至-40.00kPa，缓慢反复抽放试验至少三次，最后一次关闭真空泵(11)和真空阀(12)，充注压缩空气到某一定氧浓度所需压力。通过点火电极(18)对样品池(17)中受检样品(22)实施静电点火或者化学点火。静电点火时，依靠点火电容(19)充电，静电点火头(20)以电弧放电形式实现点火；或者化学点火时，依靠电流作用于化学点火头(21)以热量释放形式实现点火。
步骤三，数据采集与数据处理：通过温度传感器(13)实时记录从点火到恒温整个过程的球形容器(4)内腔温度变化；通过压力传感器(14)实时记录从点火到恒压整个过程的压强变化。温度传感器(13)和压力传感器(14)将温度和压力数据通过数据采集卡(15)输入计算机(16)，经过数据处理，获得标准状态下单位质量气体体积，完成可燃物燃后产气量测试，并注明试验条件。
步骤四，后续处理：检测完毕，打开气阀(10)，压缩空气经进气口(5)、 球形容器(4)、出气口(6)路径，将球形容器(4)内的可燃物燃后气体排出。

Claims (6)

1.一种可燃物燃后产气量测试装置，其特征在于：它由相互配置的压力容器与配件(1)、测控系统(2)和样品辅助机构(3)组成，压力容器与配件(1)设置有夹层结构的球形容器(4)，球形容器(4)的夹层结构中充注有高沸点油介质，
球形容器(4)上分别设置有油浴入口(7)、油浴出口(8)、温度传感器(13)、压力传感器(14)和样品辅助机构(3)。
2.根据权利要求1所述的可燃物燃后产气量测试装置，其特征是：球形容器(4)的夹层结构中充注的高沸点油介质，通过球形容器(4)的油浴入口(7)和油浴出口(8)，调节球形容器(4)内温度。
3.根据权利要求1所述的可燃物燃后产气量测试装置，其特征是：球形容器(4)上设置的温度传感器(13)和压力传感器(14)通过数据采集卡(15)连接计算机(16)，实时监测球形容器(4)内温度与压力的变化规律。
4.一种利用权利要求1所述装置的可燃物燃后产气量测试方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，预置调节与样品安装；步骤二，环境控制与样品点火；步骤三，数据采集与数据处理；步骤四，后续处理；在环境控制与样品点火阶段，样品点火方式采用静电点火或者化学点火，球形容器(4)夹层结构中充注的高沸点油介质通过循环流动控制球形容器(4)内腔的恒温状态，球形容器(4)配属的压力表(9)、真空泵(11)和真空阀(12)通过联动控制球形容器(4)内腔的压力状态。
5.根据权利要求4所述的可燃物燃后产气量测试方法，其特征是：在环境控制与样品点火阶段，油浴入口(7)和油浴出口(8)之间的高沸点油介质按一定速度循环，制造恒温环境，使温度可在常温到300℃范围内调节，以保障受检样品(22)燃后气体处于气体状态，通过温度传感器(13)记录从点火到恒温整个过程的内腔温度变化。
6.根据权利要求4所述的可燃物燃后产气量测试方法，其特征是：在环境控制与样品点火阶段，利用压力表(9)、真空泵(11)和真空阀(12)，反复充放配置好的混合气体或惰性气体，能将球形容器(4)内部气体环境的真空度从常压一直降低到700Pa，为受检样品(22)提供所需的无氧或少氧环境，通过压力传感器(14)记录从点火到恒温整个过程的内腔压力变化；利用压力表(9)、真空泵(11)和真空阀(12)，反复充放配置好的混合气体或惰性气体，能将球形容器(4)内部环境气体压力从常压一直增加到4MPa，为受检样品(22)提供所需氧浓度环境，通过压力传感器(14)记录从点火到恒温整个过程的内腔压力变化。
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