CN103630704B - 一种连续电阻丝探针及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种连续电阻丝探针及其制造方法，属于爆破技术领域。其特征是采用麻花型金属丝作为芯线，在芯线上敷设漆包电阻丝，然后紧密缠绕导电薄膜作为屏蔽层，在屏蔽层外包覆柔性绝缘层，制成线型的连续电阻丝探针。麻花型金属丝采用螺杆线、批花线、细钢丝绳、缠丝琴弦或按固定节距扭转的三角形至六角形麻花型金属丝，电阻丝采用漆包电阻线，屏蔽层采用金属箔或涂覆金属的塑料薄膜或导电橡胶，外部的绝缘层使用橡胶或塑料等常用的绝缘材料。该电阻丝探针是一种通用的传感元件，既能测量爆轰波，也能测量高压冲击波。本发明的效果和益处是解决了提前烧断或烧通电阻丝问题，提高测量数据可靠性；探针长度不受限制，使其更适于实际爆破现场的大型测量。

Description

一种连续电阻丝探针及其制造方法

技术领域

本发明属于爆破技术领域，涉及一种连续电阻丝探针，尤其是一种适于在实际爆破现场连续测量炸药爆轰波速度和传入介质的冲击波速度的通用电阻丝探针。

背景技术

连续电阻丝测量方法在爆炸冲击领域早已得到广泛的应用，如：早在上世纪60年代，斜电阻丝方法就已经用于爆炸驱动飞片的速度测试，其方法是以金属飞片为地线，向一根倾斜的电阻丝碰撞，连续短路电阻丝，使其不断缩短，通过记录动态电阻的变化，计算出飞片的运动速度，这种方法很早就用于研究弹片飞行和爆炸焊接的复板碰撞速度(参考：邵丙璜，张凯著.《爆炸焊接原理及其工业应用》.大连：大连工学院出版社，1987年10月，第一版：98-112.)。连续电阻丝测量用来测试炸药爆轰速度(简称爆速)的原理也非常简单，即是利用爆轰波后方的高温高压电离层导通短路电阻丝，通过记录电阻丝的动态电阻变化，来计算炸药的爆速；常用的连续电阻丝探针是将漆包电阻丝装入金属毛细管中制成，其缺点是在金属管中易产生超前的空气激波，烧断探针或使其提前短路，造成信号波动(参考：赵根，王文辉.孔内炸药连续爆速测试新技术.工程爆破，2008年第3期)。测量冲击波的电阻丝方法也曾有人提出过发明，如：CN90202359.4《一种测量冲击波波速的装置》，但由于结构只是简单的用电阻丝与金属膜片组成，不仅难于制作，也不适于现场恶劣环境，同样会产生超前激波烧断或提前短路，所以一直没有得到推广应用。

从测量原理可见，利用短路电阻丝的长度计量爆轰波或冲击波的速度，原理上是一种很成熟可靠的测量方法，并且电阻丝探针元件直径很小，对所测试的流场干扰很小；但限制其应用的瓶颈在于连续电阻丝传感器的研制。如果能够使用电阻丝连续地测量爆轰波及其传入介质的冲击波速度，就可以测量得到更多的炸药爆炸性能，如：爆压、介质与炸药的质点运动速度等等，这对于工程爆破、爆炸力学研究均有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续电阻丝探针，用于测量炸药爆轰波和冲击波，主要为了解决超前激波烧断电阻丝致其提前短路的问题。

本发明的技术方案是，采用麻花型的金属丝作为芯线，在其上敷设漆包电阻丝，然后紧密缠绕导电薄膜作为屏蔽层，在屏蔽层外包覆柔性绝缘层，首端电阻丝与麻花型金属丝连通，末端分别在电阻丝和金属丝上引出测量引线，制成线型的连续电阻丝探针。

如果直接将漆包电阻丝放入毛细金属管外壳中(或如:CN90202359.4一样置入类似密封通道中)，密封的管道中会存在有较大量的空气。当金属管外壳从一端开始被外部爆轰波逐渐压溃时，密封在管道中的气体会产生“管道效应”，即在管道内部闭合点的前方会产生高温高压的空气激波；该激波可以达到数千度高温，烧断电阻丝或烧通电阻丝的绝缘漆层，这就使得电阻丝的导通点与实际需要测量的外部爆轰波不同步，增加了测试结果的不确定性，也就是测试信号产生波动的主要原因。另外，漆包电阻丝与金属管的导通机制主要依靠爆轰波的高温烧通绝缘漆层，所以只能用于测量炸药爆轰波；由于水、岩石和其他介质中的冲击波没有附带这样的高温，所以不能测量。所以，要制造测量冲击波就必须采用压力导通机制，刺破电阻丝的绝缘漆层；要消除空气激波的“管道效应”，就要大量减少探针中的空气含量。为此，采用麻花型金属丝作为辅助芯线，高压下用螺纹齿刺破电阻丝的绝缘漆层而压导；将探针中麻花型金属丝、漆包电阻丝、屏蔽层和绝缘层之间紧密接触，降低空气量，消除“管道效应”。连续电阻丝探针在受到冲击波作用时，不再是简单的接触导通或烧通；这时，绝缘层和屏蔽层作为传压介质将压力传至中心的麻花丝与漆包电阻丝，使电阻丝与麻花丝压合，麻花丝的隆起螺纹齿部分就会刺穿电阻丝绝缘漆层，形成导通，导通原理变成刺穿压导；再者，由于连续电阻丝探针中麻花型金属丝、漆包电阻丝、屏蔽层和绝缘层之间紧密接触，含气量很少，在经受冲击波作用时，不会产生前驱的空气激波，也就不会有高温气体将电阻丝提前烧通或烧断；这样就确保了电阻丝只有在受到外部强烈的冲击波压力时导通，导通位置与冲击波头相吻合，使导通的可靠性大大提高。由于这种连续电阻丝探针只依靠冲击波压力导通，所以能够同时用于炸药爆轰波和冲击波的测量。连续电阻丝探针制作材料和方法具体要求如下：

1)选取麻花型金属丝作为芯线，麻花型金属丝为螺杆线、批花线、细钢丝绳、缠丝琴弦或按固定节距扭转的三角形至六角形麻花型金属丝，其中采用按固定节距扭转的三角形钢丝和四方形麻花钢丝时测试结果最佳。由于麻花型金属丝的螺纹螺距影响电阻丝长度方向的刺穿精度，螺距越细计量精度越高，但同时使刺穿漆包电阻丝的绝缘层能力下降，最佳的螺距长度为0.1～2.0mm。螺纹高度的作用是刺穿电阻丝的绝缘漆层，过小没有刺穿能力，过大时刺穿能力太强，会造成加工和运输时损坏，因为一般漆包线绝缘层厚度为5～30μm(参见：《聚酯漆包圆电阻线》JB/T 9494-1999)，螺纹高度与绝缘外壳层厚度的比例为2～10，其中当比例为2～5时测试结果最佳；为不影响测试的冲击波流场，麻花型金属丝直径应选择在0.3～0.8mm，其中当直径为0.3～0.5mm时测试结果最佳。

2)采用标准的聚酯漆包圆电阻线作为电阻丝(参见：《聚酯漆包圆电阻线》JB/T 9494-1999)，材质为锰铜、康铜、镍铬、锗锰铜或卡玛合金，电阻值为10～1800Ω/m。因为一般测试线路的电阻较小(低于10欧姆)，应保证连续电阻丝元件的总电阻大于100Ω，以减少测试线路电阻的影响。

3)包裹的屏蔽层采用金属箔、涂覆金属的塑料薄膜或导电橡胶，该类材质柔软，包裹时不伤害漆包电阻丝。

4)外部的绝缘层使用橡胶、塑料等常用的绝缘材料，制作时采用热缩套管热缩套紧，或者按电线挤塑工艺加工成电线形状后截取使用。

本发明的效果和益处是：1)由于所发明探针在原理上改为压力刺穿导通电阻丝，为一种通用的传感元件，即既可以测量爆轰波，也可以测量高压冲击波。2)所发明探针在测量炸药爆轰波和高压冲击波时通用，实现了一次测量完成炸药爆轰波和介质中的冲击波特性，使测试过程大大简化；3)所发明探针中电阻丝附近的气体量大大减小，防止了“管道效应”提前烧断和导通电阻丝，保证了外部冲击波作用处即为导通位置，提高了测量数据的可靠性；4)所发明探针为柔性探针，制品的长度不受限制，适于大型的爆炸测量，如用于实际爆破或爆炸的现场测量。

附图说明

图1是连续电阻丝探针示意图，其中A-A为探针截面剖视图。

图2是连续电阻丝探针外形图。

图3是连续电阻丝探针测量出的炸药爆轰波时间-距离曲线图。

图4是连续电阻丝探针一次测量得到的炸药爆轰波与水中冲击波的时间-距离曲线图。

图中：1漆包电阻丝；2麻花型金属丝；3屏蔽层；4绝缘外壳层；5导通端；6引线端A；7引线端B。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

从附图1可见，用麻花型金属丝2作为芯线，在其上敷设漆包电阻丝1，然后缠绕导电薄膜作为屏蔽层3，在屏蔽层3外包覆绝缘外壳层4，在导通端5将漆包电阻丝1与麻花型金属丝连通，在引线端A6和引线端B7上分别引出测量引线，即制成线型的连续电阻丝探针。具体制作方法如下：

(一)制作麻花型金属丝。

麻花型金属丝有以下几种制造方法：

1)螺纹线：取直径为0.5～1.0mm的金属丝，用搓丝、绞丝或车丝等机械加工方法在金属丝上连续加工细螺纹，成螺纹线后经毛刺处理。由于螺纹线齿距加工精细，这种方法适用于精度要求高的短探针的制作。

2)批花线：，取直径为0.5～1.0mm的金属丝，在批花机上对线材进行批花，花型不限，批花周期长度小于2.0mm，切屑深度为漆包线绝缘层厚度的2～10倍，制造批花线后经毛刺处理。这种批花线加工一般用于首饰加工，由于精度不高，适用于精度要求较低的长探针的制作。

3)细钢丝绳：选用7股以上的细不锈钢丝绳，钢丝绳直径0.3～1.0mm；这种钢丝绳用于影视吊威亚或垂钓大型鱼类，由于齿痕深度较小，适于测量较高压力的冲击波。

4)缠丝琴弦：选用直径为0.2～0.5mm钢丝，尼龙芯线或低音琴弦，外部紧密缠绕四方形铜合金丝，故名缠丝琴弦。由于外缠铜丝为四方形，圆形或三角形，螺纹深度较小，适于测量较高压力的冲击波的探针。这种缠弦属于半手工加工，加工成品率和效率较低。

5)按固定节距扭转的三角形至六角形麻花型金属丝：取对角长度为0.2～0.8mm的三角形至六角形截面的金属丝，经退火软化，在扭转机上按固定节距扭转成麻花丝，再经除油，去氧化层处理。

(二)铺设电阻丝、屏蔽层和绝缘外层加工。

按屏蔽电线加工工艺挤制或用手工制作。其工艺流程如下：

经放线轮同步放出漆包电阻丝和麻花线，在缠绕机上缠绕屏蔽层，再进入电线挤塑机挤制绝缘层。手工制作时，绝缘外壳层使用热缩套管进行热缩成型。

实施例1：

取直径0.5mm，长为0.9m的圆形不锈钢钢丝绳作为麻花型金属丝2；取直径0.05mm，长度为1m的康铜聚酯漆包线作为漆包电阻丝1，测量出其电阻值ρ＝245.0Ω/m；取厚度为0.015mm铜箔作为屏蔽层3，挤制成直径为1.5mm的电线；取长度为0.9m聚氯乙烯热缩套管为绝缘外壳层4。

①将漆包电阻丝1两端去除绝缘漆各10mm，首端与麻花型金属丝2首端焊接作为导通端5，电阻丝末端作为引线端A6，麻花型金属丝2末端作为引线端B7；

②将漆包电阻丝1与麻花型金属丝2利用绕线机缠绕在一起；

③将屏蔽层3缠绕在②步所得成品上；

④将③步所得成品，穿入直径为1.5mm的聚氯乙烯热缩套管，剪除多余的麻花型金属丝2，在120℃加热10分钟作为绝缘外壳层4；

⑤在引线端A6和引线端B7焊接引线，并进行绝缘、防屏蔽、防水处理，探针有效长度为0.82m。

将如上方法所制得的探针用于测量硝铵炸药ANFO的爆速，其中探针长度为0.82m，炸药密度为0.85g/cm³，装药直径为40mm，装药高度为0.4m；将线状探针拉直沿药柱长度方向布置在药卷中心线上，连接高速记录仪进行测试，共进行5组爆炸试验，试验测得的该炸药爆速如下表所示。

表.试验测得的该炸药(ANFO炸药)的爆速

图3为本发明的连续电阻丝探针测量出的炸药爆轰波时间-距离曲线图，从图中可见，曲线光滑无毛刺，解决了电阻丝提前烧断或导通的问题。

实施例2：

取边长为0.3mm，长为0.9m的不锈钢四方钢丝作为芯线；取直径0.05mm，长度为1m的康铜聚酯漆包线作为漆包电阻丝1，测量出其电阻值ρ＝245.0Ω/m；取厚度为0.015mm铜箔作为屏蔽层3，取长度为0.9m聚氯乙烯热缩套管为绝缘外壳层4。

①将不锈钢四方钢丝，真空退火，扭转制成麻花型金属丝2，螺距为0.25mm，除油、酸洗。

②将漆包电阻丝1两端去除绝缘漆各10mm，首端与麻花型金属丝2首端焊接作为导通端5，电阻丝末端作为引线端A6，麻花型金属丝2末端作为引线端B7；

③用屏蔽层3缠绕麻花型金属丝2和漆包电阻丝1；

④将③步所得制成品，穿入直径为1.5mm的聚氯乙烯热缩套管，在120℃加热10分钟作为绝缘外壳层4；

⑤在引线端A6和引线端B7焊接引线，并进行绝缘、防屏蔽、防水处理，探针有效长度为0.82m。

将所制成的探针用于测量炸药的爆速，其余长度测量水下冲击波。硝铵炸药ANFO的密度0.85g/cm³，装药直径40mm，装药长度0.2m；将线状探针拉直，沿药柱长度方向布置在药卷中心部位。然后，将药柱置于水下，保证药柱之外的探针在水下的长度大于300mm，进行爆炸试验并连接高速记录仪测试。结果图4所示，从图中可见，曲线光滑无毛刺，解决了电阻丝提前烧断或导通的问题，也同时测量到了炸药爆轰和水中冲击波的传播数据。

Claims (1)

1.一种连续电阻丝探针的制造方法，其特征是用麻花型金属丝(2)作为芯线，在芯线上敷设漆包电阻丝(1)，然后缠绕导电薄膜作为屏蔽层(3)，在屏蔽层(3)外包覆绝缘外壳层(4)，使麻花型金属丝(2)、漆包电阻丝(1)、屏蔽层(3)、绝缘外壳层(4)之间紧密接触，在导通端(5)将电阻丝(1)与麻花型金属丝(2)连通，在引线端A(6)和引线端B(7)上分别引出测量引线，即制成线型的连续电阻丝探针；所述的麻花型金属丝(2)采用螺杆线、批花线、细钢丝绳、缠丝琴弦或按固定节距扭转的三角形至六角形麻花型金属丝(2)；保证在测量压合时，麻花型金属丝(2)的隆起螺纹齿部分能刺穿电阻丝绝缘漆层的条件为：麻花型金属丝(2)的螺距长度为0.1～2.0mm，螺纹高度与漆包电阻丝(1)绝缘漆层厚度的比例为2～10，麻花型金属丝(2)直径选择的选择范围为0.3～0.8mm。