CN101126694A - 推进剂燃烧气体摩尔数测试方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种推进剂燃烧气体摩尔数测试方法及其装置，将定量试样置于量热弹中，通过充放惰性气体排出量热弹中的空气，最后量热弹中残留的惰性气体的压强低于0.2MPa；置量热弹于油浴恒温槽中，油浴恒温槽温度要高于100℃，此时量热弹内的压强不得大于当前温度的饱和蒸汽压。通电点火使样品在量热弹中燃烧，试样燃烧所产生的气体在油浴恒温池中恒温；通过量热弹上的压强传感器检测从点火一直到恒温整个过程的压强变化，通过恒温池中的温度传感器测试温度。根据理想气体状态方程换算成标准状态下的气体体积和气体摩尔数。本发明对水分称量精确，并解决了含氯元素推进剂燃气摩尔数和比容的测试问题。

Description

推进剂燃烧气体摩尔数测试方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种可燃物燃烧气体摩尔数和体积的测试方法，尤其是应用于推进剂、火药和火工药剂燃烧气体摩尔数的测试。

背景技术

GJB 770A-97(GJB770B-2005)方法702.1《气体比容压力传感器法》介绍了一种火药和火工药剂燃烧气体比容的测定方法。其试验装置主要由以下部分组成：①量热弹由不锈钢制成，容积约250ml±10ml～350ml±10ml，经耐30MPa水压试验应合格；②容器由不锈钢或玻璃制成，容积约4L，容器上有进气、排气和安装传感器的接嘴；③压强传感器；④真空泵；⑤点火电源；⑥分析天平。量热弹和真空泵分别通过阀1和阀2连接容器，容器还连通有排气阀和压强传感器。其原理为将定量试样在定容和一定真空度的量热弹中燃烧所产生的气体冷却至室温后通入定容和一定真空度的容器中，用压力传感器测定容器中试样燃烧气体压力；根据气体状态方程换算成标准状态下的气体体积，并求出试样燃烧气体的比容。

利用现有技术进行实验时，首先用分析天平称量样品的质量，样品放置在量热弹的坩埚中，打开阀1和阀2，关闭排气阀抽真空，至试验装置内的残余气体压力达4×10^-4MPa以下，关闭阀1和阀2，记下压强传感器的示数值。点火，打开阀1，使试样燃烧气体缓缓导入容器内，记录压强传感器的指示值和室温。水为汽态时还用普通滤纸小心地擦拭弹内和弹盖上的所有水珠，将滤纸收集于称盒内称量。然后将称盒放入110℃±2℃的烘箱内干燥1h，取出放入干燥器中冷却30min后称量。按照1g水蒸汽在标准状态下所占的体积的数值(其值为1.243L/g)换算。根据已知实验装置的容积和样品燃烧前后的压强，根据理想气体状态方程可以得到单位推进剂的燃气摩尔数和燃气体积。

但是，现有技术仍然存在一些问题：现有技术中将量热弹中燃烧所产生的气体冷却至室温时，此时水由气态转为液态，存在水分的收集和称量问题，水分的总量一般只有0.1～0.5g，因此收集过程中，空气的干湿度、收集速度等因素都会影响水分的质量。同时，如果燃气中含有HCL，就会溶解在水中，而在GJB 770A-97(GJB770B-2005)方法702.1也没有对此进行考虑，故其不适用于配方中含有氯元素的推进剂，而目前高氯酸氨是复合推进剂中广泛应用的氧化剂，急需拓宽测试该性能参数的适用范围。另外，现有技术测压强所用的精度为0.1％、量程为1.067×10^-3MPa～160×10^-3MPa的数字压力计不易计量，且价格昂贵。

发明内容

为了克服现有技术中推进剂燃烧气体摩尔数和体积测试中存在的问题，本发明提出了一种新的燃烧气体摩尔数和体积的测试方法，对水分称量精确，并解决了含氯元素推进剂燃气摩尔数和比容的测试问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：将定量试样置于量热弹中，通过充放惰性气体排出量热弹中的空气，最后量热弹中残留的惰性气体的压强低于0.2MPa；置量热弹于油浴恒温槽中，油浴恒温槽温度要高于100℃，此时量热弹内的压强不得大于当前温度的饱和蒸汽压。通电点火使样品在量热弹中燃烧，试样燃烧所产生的气体在油浴恒温池中恒温；通过量热弹上的压强传感器检测从点火一直到恒温整个过程的压强变化，通过恒温池中的温度传感器测试温度。根据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。

为了保证本发明的测量精确度，需要至少每半年标定一次带压强传感器的量热弹的体积V。

为了保持量热弹内的水分始终为气态，作为一个优选方案，油浴恒温槽温度要高于250℃，同时考虑到250℃下水的饱和蒸汽压为3.9Mpa，则恒温后弹内压强不应大于3.9MPa，如果压强大于3.9Mpa，应减小样品用量重新实验。

本发明所采用的设备包括以下部分：点火装置，温度传感器，压强传感器，油浴恒温槽和量热弹。量热弹和温度传感器均浸没在油浴恒温槽的液面下，量热弹的弹体上开有测压孔，压强传感器通过测压孔连接量热弹内壁，用于检测弹内压强，点火装置置于量热弹内部。

为了保证油浴恒温槽有效工作，本发明采用的介质熔点低于50℃，沸点高于300℃。

本发明的有益效果是：由于量热弹始终置于高于100℃的油浴恒温池内，并且此时量热弹内的压强小于当前温度的饱和蒸汽压，使试样燃烧气体中的水始终以气态存在，避免了现有测试中单独测试液体水质量所引入的过程误差。同时，水以气体的形态存在解决了液体水中溶解HCL的问题，也就是解决了含氯元素推进剂的燃气摩尔数和比容的测试，拓宽了现有测试方法的适用范围。另外，本发明通过充放惰性气体排出量热弹中的空气，不再需要抽真空设备和对真空度的测试。而且现有方法中要求“实验室内温度应恒定，室温波动不大于±2℃”，而本发明对实验室温度没有要求。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1为现有的比容测试装置结构图；

图2为本发明的测量装置结构图；

图中，1-点火装置，2-温度传感器，3-压强传感器，4-油浴恒温槽，5-量热弹。

具体实施方式

装置实施例：参照图1，本发明的主体装置是量热弹，采用YD-00型氧弹，由不锈钢制成，容积约250ml±10ml～350ml±10ml，经耐30MPa水压试验应合格。在量热弹的弹体上开有测试压强的小孔，与压强传感器连接。压强传感器采用型号为CYH300，量程为0～5MPa的压力变送器。量热弹和温度传感器均浸没在油浴恒温槽的液面下，点火装置置于量热弹内部。点火装置采用0～20V可调的稳压电源；温度传感器采用测量范围为0～650℃的SWJ-Ic型精密数字温度计；油浴恒温槽采用HH-S型数显恒温油浴，其中的介质为液体石蜡，其沸点高于300℃。一般控温在250℃～300℃。

方法实施例：

1.标定一次带压强传感器的量热弹的体积V。

2.用分析天平称量样品的质量m，

3.装样品于量热弹内，装紧、密封。

4.向量热弹内充1MPa以上的惰性气体，排气到低于0.2MPa的压强，反复三次，目的是排出量热弹中的空气。

5.置量热弹于恒温250℃以上的油浴恒温槽中，记录具体的温度值T₀和压强传感器的示值P₀

6.点燃样品，观测量热弹中压强直到其恒定，记录此时的压强p_m，(注：p_m应小于3.9MPa，否则应减小样品质量重新实验)。

7.计算单位质量推进剂燃气的摩尔数n为： $n=\frac{(p_m-p_0)V}{{\mathrm{RT}}_{0}m}.$

8.计算标准状态下单位质量推进剂燃气的体积V_m为：V_m＝n×22.4(L)

9.清洗氧弹、风干，结束实验。

用乙醇标定量热弹的体积为298.5ml，用分析天平称样品的质量3.012克。将样品置于量热弹的坩埚中。装上点火丝，装配量热弹，反复充放氩气三次。点火前量热弹中的压强为0.16MPa。恒定油浴恒温槽的温度为265℃，量热弹置于恒温槽中；点火，样品在量热弹中燃烧，记录恒压后的压强，0.561MPa；则单位质量该样品燃气的摩尔数n为： $n=\frac{(0.561-0.16)\×298.5}{8.314\×(273.15+265)\×0.003012}=26.7\mathrm{mol}/\mathrm{kg}.$ 标准状态下单位质量该推进剂燃气的体积V_m为：V_m＝26.7×22.4＝598L/kg。

Claims (5)

1.推进剂燃烧气体摩尔数测试方法，其特征在于包括下述步骤：将定量试样置于量热弹中；通过充放惰性气体排出量热弹中的空气，最后量热弹中残留的惰性气体的压强低于0.2MPa；置量热弹于油浴恒温槽中，油浴恒温槽温度要高于100℃，此时量热弹内的压强不得大于当前温度的饱和蒸汽压；通电点火使样品在量热弹中燃烧，试样燃烧所产生的气体在油浴恒温池中恒温；通过量热弹上的压强传感器检测从点火一直到恒温整个过程的压强变化，通过恒温池中的温度传感器测试温度；根据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。

2.根据权利要求1的推进剂燃烧气体摩尔数测试方法，其特征在于：至少每半年标定一次带压强传感器的量热弹的体积V。

3.根据权利要求1的推进剂燃烧气体摩尔数测试方法，其特征在于：油浴恒温槽温度要高于250℃，恒温后弹内压强不应大于3.9MPa；如果压强大于3.9Mpa，则减小样品用量重新实验。

4.推进剂燃烧气体摩尔数测试装置，包括点火装置、温度传感器、压强传感器、油浴恒温槽和量热弹，其特征在于：所述的量热弹和温度传感器均浸没在油浴恒温槽的液面下，量热弹的弹体上开有测压孔，压强传感器通过测压孔连接量热弹内壁，点火装置置于量热弹内部。

5.根据权利要求1的推进剂燃烧气体摩尔数测试装置，其特征在于：油浴恒温槽采用的介质熔点低于50℃，沸点高于300℃。

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