CN102042994A - 火炸药发火点温度测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火炸药发火点温度测试装置，包括含有加热炉和测温电阻的升温加热单元，含有玻璃试管、套管、支架和气路管的爆发反应单元、气体流量传感器和含有数据处理单元的计算机。装有火炸药样品的玻璃试管通过套管和支架放入加热炉中，加热温度由计算机控制，火炸药样品受热分解产生的气体通过气路管被气体流量传感器采集，数据处理单元读取测温电阻输出的温度-时间数组以及流量检测单元输出的流量-时间数组，并转换成流量-温度曲线，根据该曲线上的气体流量突变所对应的温度判定火炸药的发火点温度。本发明解决了火炸药发火点温度的安全及准确测试问题，其较高的自动化程度极大地降低了测试人员的危险性和劳动强度。

Description

火炸药发火点温度测试装置

技术领域

本发明属于火炸药性能测试领域，主要涉及一种火炸药发火点温度测试装置，尤其涉及一种通过测量火炸药试验样品分解产生的气体流量来确定火炸药发火点温度的测试装置。

背景技术

火炸药发火点是评价火炸药安全性的一个重要指标，目前已形成标准方法，如GJB770B-2005方法605.1。其试验方法主要是将定量火炸药试样放入专用反应试管内，用软木塞轻轻盖在试管口，在规定的升温速率下加热，通过试验人员肉眼观测来确定试样发生爆炸或燃烧时加热介质的温度，以其表示试样的发火点温度。测量装置主要由专用玻璃试管、软木塞、程序控制加热器、加热介质组成。其中专用试管和软木塞组合收集试样受热分解的气体；程序控温加热器用于控制加热介质在一定升温速率下进行升温，数字式温度计用于测量加热介质温度。加热介质可选用油浴或金属浴。现有的试验装置和方法，具有以下缺点：(一)由于在火炸药发火点温度试验中，当试验进行到测量终点时，一般试样都会发生燃烧或爆炸，试验人员肉眼观测发火点时具有一定的危险性，且必须连续观测，所以试验人员劳动强度大；(二)由于火炸药发生燃烧爆炸的速度很快，实验人员肉眼观测试样的发火点温度时，易造成观测滞后，结果偏大的现象，所以试验偏差大；(三)对于某些不发生爆炸而逐渐分解的样品，实验人员无法观测到燃烧或爆炸现象，所以也不能够得到此类试样的发火点温度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术中火炸药发火点温度试验测量过程中存在的缺陷，提供一种采用气体流量传感器法的测量火炸药发火点温度的测试装置，该装置可用于检测火炸药发火点温度，评价火炸药的安全性。

为解决上述技术问题，本发明所提供的火炸药发火点温度测试装置包括升温加热单元、爆发反应单元、流量检测单元和计算机，所述的升温加热单元含有带有保温层和电热丝的加热炉体，加热炉体的升温速率受计算机的控制，保温炉体上设有1～5个加热孔，其中一个加热孔底部装有与所述计算机相连的测温电阻；所述爆发反应单元含有支架以及与所述加热孔数量相对应的试验用具和气路管，每套试验用具含有玻璃试管和侧壁带有通孔的套管，装有被测火炸药样品的玻璃试管置于套管中，并通过支架放置在所述的加热孔中，套管的端口盖软木塞且通孔处装与气路管相连的导管；流量检测单元含有与所述加热孔数量相对应的气体流量传感器，所述气体流量传感器的输入端与所述气路管对应相连，输出端与所述计算机相连；所述计算机装有数据采集卡、图形显示控件和数据处理单元，数据处理单元含有数据采集模块、数据存储模块、图形化模块、数据分析模块和系统管理模块，数据采集模块通过数据采集卡实时获得测温电阻输出的温度-时间数组和气体流量传感器输出的流量-时间数组并存入到数据存储模块中，图形化模块调用数据存储模块中的数据和图形显示控件，以将温度-时间数组和流量-时间数组转化成气体流量随温度变化的关系曲线即流量-温度曲线，数据分析模块找出流量-温度关系曲线上气体流量突变点所对应的温度值即判定为被测火药的发火点温度，系统管理模块根据人工输入的试验参数控制所述加热炉体的升温速率，同时完成用户管理和报表输出。

本发明还包括一个不锈钢材质制作的防爆帽，所述防爆帽顶部为设有排气孔的半球状，底部带有三个安全锁，所述防爆帽位于加热炉体的上方，且三个安全锁与加热炉体的上端面的壳体部位锁定。

在本发明中，所述导管与所述套管侧壁的夹角为45°。

本发明的有益效果体现在以下几个方面。

(一)采用本发明所提供的火炸药发火点温度测试装置，在试验前，先将火炸药样品装入玻璃试管并通过套管及相应的支架放入加热炉体，然后，通过计算机控制系统设置升温加热单元的加热速率上传到单片机，在单片机的控制下，升温加热单元按照设定的速率自动升温，而火炸药样品在受热分解产生的气体则由气体流量传感器采集，计算机自动读取温度-时间数组和流量-时间数组并进行数据处理后获得被测火炸药发火点的温度。由此，可以看出，整个试验过程为远程自动操作，既提高了测试结果的准确性，同时，也大幅度降低了测试人员的危险性和劳动强度。此外，本发明不仅可以准确测量大多数易发生燃烧爆炸火炸药的发火点温度，而且对只发生分解而不发生爆炸的少数低感度火炸药样品同样也能够进行跟踪测量。

(二)在本发明的发火点温度试测试置中，升温加热单元采用高性能控温单片机和高精度测温电阻控制，控温精度能够达到0.1℃，并可按照预设升温速率进行程序控制升温；流量检测单元采用气体流量传感器来进行测量，该传感器受压力影响小、响应快、精度高，对于试样发生燃烧或爆炸时产生的分解气流突变能够准确检测。因而，本发明提供的发火点温度测试装置能够精确检测火炸药试样的发火点温度。

(三)本发明的发火点温度测试装置，在加热炉体的上方安装了一个带有安全锁的不锈钢材质的防爆罩，以防火炸药试样爆炸时玻璃碎片伤及人员，同时防爆罩的顶部设有排气孔，可以及时排出火炸药试样爆炸产生的废弃，便于试验后的清理。

附图说明

图1是本发明发火点温度测量装置的总体构成示意图。

图2是图1中所示的爆发反应单元结构组成示意图。

图3是图1中所示的防爆帽的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

正如图1所示，本发明的发火点温度测量装置包括升温加热单元、爆发反应单元、防爆帽1、流量检测单元、计算机24。升温加热单元包括控温单片机组件22、加热炉体4、加热套6、保温层7、测温电阻15、隔热板9和壳体3。加热炉体4是用金属铝柱加工而成的圆柱体，其端面的同一个圆周上均匀分布有三个加热孔5。加热套6中包含一组1500W的电热丝且加热套6紧箍在加热炉体4的柱面上。加热套6外套U形壳体3且两者之间的空隙中装有用硅酸铝纤维板毡制作的保温层7。隔热板9安装在加热炉体4和保温层7的上端面且上端覆盖壳体盖板，其中，壳体盖板与壳体3焊接且三个加热孔露出，壳体盖板距壳体3的敞口沿保持一定距离。测温电阻15位于其中一个加热孔5的底部并通过露在壳体3之外的电连接头16和信号屏蔽线与控温单片机组件22连接。测温电阻15的材料为铂金(Pt100)。控温单片机组件采用AT89S52单片机接收计算机24发送的试验参数(包括试验的起始温度和升温速率)，同时还接收测温电阻15反馈的温度值，并据此调节输出加热功率，控制升温加热单元按照已设的速率升温，此外，控温单片机组件22还将测温电阻15感应到的随时间t变动的温度值T以温度-时间数组的形式储存到预先定义的变量数组中。考虑到爆炸振动与高温对电子控温单片机组件22的影响，控温单片机组件22不装在壳体3内，而是装在流量检测单元箱25内。

根据图1、图2所示，爆发反应单元包括支架17以及三套试验用具和三根气路管19，每套试验用具含有玻璃试管13、铜套管11、软木塞10、铝片12、铜导管14。玻璃试管13由耐热硬质玻璃制成，其内径为Φ16mm，外径为Φ17mm，长为170mm，管口应光滑而平整。铜套管11长200mm，内径Φ19mm，在距套管口15mm侧壁处，焊接有铜导管14，铜导管14与铜套管11的管壁呈45°角倾斜，以保证分解气体顺利从导管流出。试验时玻璃试管13装入铜套管11中，试管口用铝片12盖上，然后用软木塞10轻轻盖在铜套管11管口，软木塞10质量与铝片12质量要保持一致。铜导管14通过接头18与采用聚四氟乙烯管的气路管19连接，气路管19与对应的气体流量传感器20连接。铜套管11通过支架17固定在升温加热单元的加热孔15中，铜套管11与支架17之间可以拆卸，以方便试验后铜套管11的清理。防爆帽1为不锈钢材质，其顶部为半球状且底部装有三个安全锁2(参见图3)，通过安全锁2可以将防爆帽1与升温加热单元的壳体盖板固定为一体。半球状顶部具有排气孔8，可以将试样燃烧或爆炸时产生废气排出。

流量检测单元包括三个型号为8700-MFC的气体流量传感器20(每次试验可以进行三组平行试验)、传感器电源21、流量信号采集组件23。传感器电源21通过相应的导线与三个气体流量传感器20连接，为气体流量传感器20提供24V工作直流电源。流量信号采集组件23通过屏蔽导线与传感器模拟信号输出端口连接，用于采集气体流量传感器20不同时间t下的气体流量F，并以流量-时间数组储形式存到预先定义的变量数组中。

计算机24内装有数据采集卡、图形显示控件和数据处理单元并通过RS232或RS485协议与控温单片机组件22和流量信号采集组件23建立通讯关系。数据处理单元含有数据采集模块、数据存储模块、图形化模块、数据分析模块和系统管理模块。数据采集模块的功能是通过数据采集卡读取单片机组件22中存储的温度-时间数组和流量信号采集组件23中存储的流量-时间数组并存入到数据存储模块中。图形化模块的功能是调用数据存储模块中的数据，并通过调用图形显示控件将温度-时间数组和流量-时间数组转化成气体流量F随温度T变化的数组，与此同时显示该数组对应的关系曲线即流量-温度曲线。数据分析模块通过分析比较，找出流量-温度关系曲线上气体流量突变点所对应的温度值即判定为被测火药的发火点温度。系统管理模块接收测试人员输入的试验参数并转发给控温单片机组件22，同时完成用户管理和报表输出等功能。

当三个玻璃试管13装有不同的被测火药时，流量信号采集组件23可以同时采集三个气体流量传感器20的输出并建立三个对应的流量-时间数组，计算机24并行采集三个流量-时间数组，并相应显示三条流量-温度曲线，最终给出三种被测火药的发火点温度值。

下面通过实例叙述本发明优选实施例的使用方法。

第一、打开流量检测单元箱总电源，设备预热准备工作；通过计算机24设定控温单片机组件22的试验参数，试验升温速率可根据不同的实验样品进行设定，其中各种火药5℃/min、硝化棉及制品3℃/min、TNT10℃/min、其他炸药5℃/min。

第二、称取定量样品装入专用玻璃试管13中。试验样品量可根据实验样品不同，其中火药0.1g、硝化棉及其制品0.3g、一般炸药0.1g、TNT炸药0.2g。

第三、将装有试样的专用玻璃试管13放入铜套管11中，并在其管口处盖上铝片12。然后将铜套管11放入加热炉体4的加热孔5中，并用支架17固定好，在套管口轻轻盖上软木塞10。利用连接头18将铜导管14和聚四氟乙烯气路管19连接。

第四、将防爆帽1扣在升温加热单元壳体3上表面，并用安全锁2将防爆帽1与壳体3固定住。

第五、打开程序升温控制系统，升温加热单元开始按照预设好的升温速率进行加热升温。

第六、在开始程序升温的同时，也打开气体流量传感器20电源开关，气流传感器20开始工作，并将检测到的气体流量信号传输到流量信号采集组件23储存。

第七、计算机24实时读取单片机组件22存储的温度-时间数组以及流量信号采集组件23存储的气体流量-时间数组，并将两数组转换成流量-温度数组后以曲线形式显示在计算机屏幕上。

第八、当试样发生燃烧或爆炸时，流量-温度上会出现气体流量突变点，以此突变点所对应的试验温度为发火点温度，记录试验结果，并停止加热，自然降温，等待下一次试验。

Claims (3)

1.一种火炸药发火点温度测试装置，包括升温加热单元和爆发反应单元，其特征在于：还包括流量检测单元和计算机[24]，所述的升温加热单元含有带有保温层[7]和电热丝的加热炉体[4]，加热炉体[4]的升温速率受计算机[24]的控制，保温炉体[4]上设有1～3个加热孔[5]，其中一个加热孔[5]底部装有与所述计算机[24]相连的测温电阻[15]；所述爆发反应单元含有支架[17]以及与所述加热孔[5]数量相对应的试验用具和气路管[19]，每套试验用具含有玻璃试管[13]和侧壁带有通孔的套管[11]，装有被测火炸药样品的玻璃试管[13]置于套管[11]中，并通过支架[17]放置在所述的加热孔[5]中，套管[11]的端口盖软木塞[10]且通孔处装与气路管[19]相连的导管[14]；流量检测单元含有与所述加热孔[5]数量相对应的气体流量传感器[20]，所述气体流量传感器[20]的输入端与所述气路管[19]对应相连，输出端与所述计算机[24]相连；所述计算机[24]装有数据采集卡、图形显示控件和数据处理单元，数据处理单元含有数据采集模块、数据存储模块、图形化模块、数据分析模块和系统管理模块，数据采集模块通过数据采集卡实时获得测温电阻[15]输出的温度-时间数组和气体流量传感器[20]输出的流量-时间数组并存入到数据存储模块中，图形化模块调用数据存储模块中的数据和图形显示控件，以将温度-时间数组和流量-时间数组转化成气体流量随温度变化的关系曲线即流量-温度曲线，数据分析模块找出流量-温度关系曲线上气体流量突变点所对应的温度值即判定为被测火药的发火点温度，系统管理模块根据人工输入的试验参数控制所述加热炉体[4]的升温速率，同时完成用户管理和报表输出。

2.根据权利要求1所述的火炸药发火点温度测试装置，其特征在于：还包括一个不锈钢材质制作的防爆帽[1]，所述防爆帽[1]顶部为设有排气孔[8]的半球状，底部带有三个安全锁[2]，所述防爆帽[1]位于所述加热炉体[4]的上方，且三个安全锁[2]与加热炉体[4]上端面的壳体部位锁定。

3.根据权利要求1所述的火炸药发火点温度测试装置，其特征在于：所述导管[14]与所述套管[11]侧壁的夹角为45°。

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