CN107729670A - 设计发火电压下的微平面式电发火组件参数设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了设计发火电压下的微平面式电发火组件参数设计方法，包括：构建物理模型；构建数学模型；求解得出微平面式电发火组件的临界发火电压的理论计算公式；将若干与待设计微平面式电发火组件结构相同的微平面式电发火组件进行发火电压感度实验，并将实验数据与理论计算结果进行对比，验证模型是否可行；将理论计算公式进行修正，得到微平面式电发火组件的全发火电压的理论计算公式并输入微平面式电发火组件设计参数，得到微平面式电发火组件的全发火电压公式并反求设计参数。本发明具有需要实验样品及次数少，耗费实验成本和时间低，参数设计准确的优点。

Description

设计发火电压下的微平面式电发火组件参数设计方法

技术领域

本发明涉及电火工品设计技术领域，具体涉及设计发火电压下的微平面式电发火组件参数设计方法。

背景技术

微平面式发火组件是电火工品中电点火头的重要部件。微平面式发火组件由微平面换能元和发火药剂组成。微平面换能元结构如图1-3所示，微平面换能元由金属桥膜(2)、焊盘(1)和基体(3)组成，常用的桥膜材料为铬、铂钨或镍铬合金，桥膜区为正方形，边长用l表示，一般为0.05mm～0.3mm，厚度为0.3μm～1.5μm。基体为方体，底面边长用L表示，一般为2.5mm～3mm，高度用H表示，一般为0.3mm～0.5mm。经计算，基体边长是桥膜区边长的8～60倍，桥膜区面积为0.0025mm²～0.09mm²，基体的面积为6.25mm²～9mm²，基体面积是桥膜区面积的69～3600倍，基体边长为高度的5～10倍。

微平面发火组件结构如图4所示。装药可为起爆药斯蒂酚酸铅(LTNR)或叠氮化铅(PbN₆)，也可为多孔氮化铜或多孔氮化银，装药直径为1.5mm～2mm，高度为0.5mm～1mm。装药(5)原位合成于陶瓷环(4)内。

微平面换能元的能量加载方式有两种，分别是恒流激励和电容放电激励。电容放电激励时，微平面换能元将电能转换为焦耳热，桥膜温度迅速升高，同时桥膜向基体和发火药剂传递热量，随着电容能量释放完毕，桥膜温度下降，逐渐趋于环境温度。桥膜的升温过程示意图如图5所示，若桥膜所能达到的最高温度恰好等于爆发点，桥膜发生电爆炸，高温电爆炸产物引燃发火药剂。此温度所对应的电压为微平面式电发火组件的临界发火电压。

发火电压是微平面式电发火组件的一个重要的性能参数。目前，关于微平面发火组件发火电压的设计，多采用实验的方法。一般步骤为在现有实验数据的基础上将现有产品更改参数，制备多种规格的样品，通过发火实验，获取满足技术要求的微平面发火组件。该方法的特点是需要大量实验样品和多次实验，耗费实验成本和时间。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供设计发火电压下的微平面式电发火组件参数设计方法。

本发明采用的技术方案如下。

设计发火电压下的微平面式电发火组件参数设计方法，包括如下步骤：

步骤1：构建微平面式电发火组件的电容放电激励时的物理模型；

步骤2：根据上述物理模型构建电容放电激励时的数学模型；

步骤3：对上述数学模型进行求解，得出微平面式电发火组件的临界发火电压的理论计算公式；

步骤4：将若干与待设计微平面式电发火组件结构相同的微平面式电发火组件进行发火电压感度实验，并将实验数据与采用步骤3所述公式计算出的该结构的微平面式电发火组件的临界发火电压与其进行对比，验证模型是否可行；如果临界发火电压的理论计算结果与实验数据的差值小于给定阈值，输出该模型，否则，返回步骤2，修改模型参数重新构建电容放电激励的物理模型；

步骤5：根据步骤4输出的微平面式电发火组件的临界发火电压的理论计算公式，将公式中可提高临界发火电压的参数修正为该参数加上该参数的工程偏差，将公式中的其它参数修正为该参数减去该参数的工程偏差，得到微平面式电发火组件的全发火电压的理论计算公式并输入微平面式电发火组件设计参数，得到微平面式电发火组件的全发火电压；

步骤6：计算该全发火电压与设计发火电压的差值，如果该全发火电压与设计发火电压的差距小于给定阈值，输出微平面式电发火组件的设计参数，流程结束；否则返回步骤5。

作为优选技术方案，步骤1中，所述微平面式电发火组件的物理模型由微平面换能元、发火药剂、陶瓷环组成，微平面换能元自下向上由基体、桥膜、焊盘组成，陶瓷环安装在基体上，陶瓷环内装有发火药剂；对于电容放电激励，阻性元件金属桥膜换能元将电能转换为焦耳热，桥膜温度迅速升高，同时桥膜向基体和发火药剂传递热量，随着电容能量释放完毕，桥膜温度下降，逐渐趋于环境温度；若金属桥膜所能达到的最高温度恰好等于爆发点，金属桥膜发生电爆炸，引燃发火药剂发火。此时所对应的激励电压即为临界发火电压。

作为优选技术方案，步骤2中，建立数学模型时，考虑如下因素：

电容放电激励时，由于该过程为瞬态过程，假设只有与桥膜接触部分的基体和装药受到热扰动，选取与桥膜接触部分的装药和基体为研究对象，将桥膜看作基体和装药的边界，如图7所示。

为了使模型得到进一步简化，需做如下假设：

1)热量只沿垂直于基体和装药的方向传递，导热模型为半无限大平板模型；

2)只考虑热传导这一种导热方式，忽略辐射散热；

3)桥膜与基体以及桥膜与装药接触良好，忽略二者之间的接触热阻，即桥膜与基体接触处以及桥膜与装药接触处等温；

4)桥膜、基体和装药的物化参数不随温度发生变化；

5)将桥膜电阻看作一常数，取值为作用过程中的等效电阻；

6)忽略装药的化学反应放热。

作为优选技术方案，步骤2中，所构建的数学模型主要包括两部分，具体如下：

1)以桥膜中心为坐标原点，垂直于基体方向为x轴建立直角坐标系，基体的温度控制方程和定解条件为

在这个组合公式中，第一个公式为基体的温度控制方程；第二个公式为初始条件，表示初始时刻基体温度为环境温度；第三个公式为桥膜与基体的接触边界，属于第二类边界条件。

2)装药的温度控制方程和定解条件为

在这个组合公式中，第一个公式为发火药剂的温度控制方程；第二个公式为初始条件，表示初始时刻发火药剂温度为环境温度；第三个公式为桥膜与发火药剂的接触边界，属于第二类边界条件。

以上公式中：T_m——换能元温度(K)，T_e——发火药剂温度(K)，t——时间变量，x——空间变量，P(t)为电功率(W)，U——充电电压(V)，C——电容(F)，R——微平面换能元等效电阻(Ω)，R＝αR₀，R₀——微平面换能元初始电阻(Ω)，α——大于1的常数，与桥膜材料有关，λ_m——换能元导热系数(W/m/K)，ρ_m——换能元密度(kg/m³)，c_m——换能元比热容(J/kg·K)，S——桥膜的有效面积(m²)，λ_e——发火药剂导热系数(W/m·K)，ρ_e——发火药剂密度(kg/m³)，c_e——发火药剂比热容(J/kg·K)，T₀——环境温度(K)，ζ₁，ζ₂——能量分配系数，ζ₁+ζ₂＝1。

作为优选技术方案，步骤3中，临界发火电压表达式：

式中：U_ec—临界发火电压(V)，T_r—金属桥膜的爆发点(K)，T₀—环境温度，ρ_m—换能元密度(kg/m³)，λ_m—换能元导热系数(W/m·K)，c_m—换能元比热容(J/kg·K)，ρ_e—发火药剂密度(kg/m³)，λ_e—发火药剂导热系数(W/m·K)，c_e—发火药剂比热容(J/kg·K)，C—电容(F)，R—微平面换能元等效电阻(Ω)，R＝αR₀，R₀—微平面换能元初始电阻(Ω)，α—大于1的常数，与桥膜材料有关，S—桥膜的有效面积(m²)。

作为优选技术方案，步骤4中，所述修改模型参数包括修改换能元的密度、换能元的比热容、换能元的导热系数的值。

作为优选技术方案，所述可提高临界发火电压的参数包括换能元电阻R₀和桥膜面积S。

作为优选技术方案，所述参数的工程偏差采用步骤4中发火电压感度实验所用样本参数的标准差。

作为优选技术方案，进行发火电压感度实验时，样本量不少于20个。

作为优选技术方案，所述桥膜的材料为金属薄膜。

作为优选技术方案，所述基体的材料为玻璃或陶瓷等绝缘材料。

作为优选技术方案，所述发火药剂为斯蒂酚酸铅或叠氮化铅。

本发明的有益效果是：能够在制备样品之前，先通过理论计算判断样品的发火电压是否满足要求，然后对样品参数不断进行修正，获取设计发火电压下的微平面式电发火组件参数，具有实验样品少，耗费实验成本和时间低，参数设计准确的优点。

附图说明

图1是微平面换能元结构图。

图2是微平面换能元俯视图。

图3是微平面换能元主视图。

图4是微平面发火组件结构图。

图5是电容放电激励时桥膜升温示意图。

图6是设计发火电压下的微平面式电发火组件参数设计方法的流程图。

图7是电容放电激励时发火组件等效模型示意图。

图8是初始电阻对临界发火电压的影响规律图。

图9是桥膜长度对临界发火电压的影响规律图。

图10是发火药剂对临界发火电压的影响规律图。

其中：焊盘－1；桥膜－2；基体－3；陶瓷环－4；装药－5。

具体实施方式

下面，结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1。设计发火电压下的微平面式电发火组件参数设计方法，包括如下步骤：

步骤1：构建微平面式电发火组件的电容放电激励时的物理模型；

步骤2：根据上述物理模型构建电容放电激励时的数学模型；

步骤3：对上述数学模型进行求解，得出微平面式电发火组件的临界发火电压的理论计算公式；

步骤4：将若干与待设计微平面式电发火组件结构相同的微平面式电发火组件进行发火电压感度实验，并将实验数据与采用步骤3所述公式计算出的该结构的微平面式电发火组件的临界发火电压与其进行对比，验证模型是否可行；如果临界发火电压的理论计算结果与实验数据的差值小于给定阈值，输出该模型，否则，返回步骤2，修改模型参数重新构建电容放电激励的数学模型；

步骤5：根据步骤4输出的微平面式电发火组件的临界发火电压的理论计算公式，将公式中可提高临界发火电压的参数修正为该参数加上该参数的工程偏差，将公式中的其它参数修正为该参数减去该参数的工程偏差，得到微平面式电发火组件的全发火电压的理论计算公式并输入微平面式电发火组件设计参数，得到微平面式电发火组件的全发火电压；

步骤6：计算该全发火电压与设计发火电压的差值，如果该全发火电压与设计发火电压的差距小于给定阈值，输出微平面式电发火组件的设计参数，流程结束；否则返回步骤5。

步骤1中，所述微平面式电发火组件的物理模型由微平面换能元、发火药剂、陶瓷环组成，微平面换能元自下向上由基体、桥膜、焊盘组成，陶瓷环安装在基体上，陶瓷环内装有发火药剂；对于电容放电激励，阻性元件金属桥膜换能元将电能转换为焦耳热，桥膜温度迅速升高，同时桥膜向基体和发火药剂传递热量，随着电容能量释放完毕，桥膜温度下降，逐渐趋于环境温度；若金属桥膜所能达到的最高温度恰好等于爆发点，金属桥膜发生电爆炸，引燃发火药剂发火。此时所对应的激励电压即为临界发火电压。

步骤2中，建立数学模型时，考虑如下因素：

电容放电激励时，由于该过程为瞬态过程，假设只有与桥膜接触部分的基体和装药受到热扰动，选取与桥膜接触部分的装药和基体为研究对象，将桥膜看作基体和装药的边界；

为了使模型得到进一步简化，需做如下假设：

1)热量只沿垂直于基体和装药的方向传递，导热模型为半无限大平板模型；

2)只考虑热传导这一种导热方式，忽略辐射散热；

3)桥膜与基体以及桥膜与装药接触良好，忽略二者之间的接触热阻，即桥膜与基体接触处以及桥膜与装药接触处等温；

4)桥膜、基体和装药的物化参数不随温度发生变化；

5)将桥膜电阻看作一常数，取值为作用过程中的等效电阻；

6)忽略装药的化学反应放热。

步骤2中，所构建的数学模型主要包括两部分，具体如下。

1)以桥膜中心为坐标原点，垂直于基体方向为x轴建立直角坐标系，基体的温度控制方程和定解条件为

在这个组合公式中，第一个公式为基体的温度控制方程；第二个公式为初始条件，表示初始时刻基体温度为环境温度；第三个公式为桥膜与基体的接触边界，属于第二类边界条件。

2)装药的温度控制方程和定解条件为

在这个组合公式中，第一个公式为发火药剂的温度控制方程；第二个公式为初始条件，表示初始时刻发火药剂温度为环境温度；第三个公式为桥膜与发火药剂的接触边界，属于第二类边界条件。

以上公式中：T_m——换能元温度(K)，T_e——发火药剂温度(K)，t——时间变量，x——空间变量，P(t)为电功率(W)，U——充电电压(V)，C——电容(F)，R——微平面换能元等效电阻(Ω)，R＝αR₀，R₀——微平面换能元初始电阻(Ω)，α——大于1的常数，与桥膜材料有关，λ_m——换能元导热系数(W/m/K)，ρ_m——换能元密度(kg/m³)，c_m——换能元比热容(J/kg·K)，S——桥膜的有效面积(m²)，λ_e——发火药剂导热系数(W/m·K)，ρ_e——发火药剂密度(kg/m³)，c_e——发火药剂比热容(J/kg·K)，T₀——环境温度(K)，ζ₁，ζ₂——能量分配系数，ζ₁+ζ₂＝1。

步骤2中，换能元的物化参数(ρ_m，λ_m，c_m)是与桥膜和基体材料有关的参数，ρ_m＝kρ_q+(1-k)ρ_j，λ_m＝kλ_q+(1-k)λ_j，c_m＝kc_q+(1-k)c_j，ρ_q—桥膜密度(kg/m³)，λ_q—桥膜导热系数(W/m·K)，c_q—桥膜比热容(J/kg·K)，ρ_j—基体密度(kg/m³)，λ_j—基体导热系数(W/m·K)，c_j—基体比热容(J/kg·K)，k——桥膜所占的权重，是小于1的常数。

步骤3中，临界发火电压表达式：

式中：U_ec——临界发火电压(V)，T_r—金属桥膜的爆发点(K)，T₀——环境温度，ρ_m—换能元密度(kg/m³)，λ_m—换能元导热系数(W/m·K)，c_m—换能元比热容(J/kg·K)，ρ_e—发火药剂密度(kg/m³)，λ_e—发火药剂导热系数(W/m·K)，c_e—发火药剂比热容(J/kg·K)，C—电容(F)，R—微平面换能元等效电阻(Ω)，R＝αR₀，R₀—微平面换能元初始电阻(Ω)，α—大于1的常数，与桥膜材料有关，S—桥膜的有效面积(m²)。

步骤4中，重新构建数学模型时，包括修改步骤2中数学模型的参数α、k和桥膜有效面积S。

所述可提高临界发火电压的参数包括换能元电阻R₀和桥膜面积S。

所述参数的工程偏差采用步骤4中发火电压感度实验所用样本的参数的标准差。

进行发火电压感度实验时，样本量不少于20个。

所述桥膜的材料为金属薄膜。

所述基体的材料为玻璃或陶瓷。

所述发火药剂为斯蒂酚酸铅或叠氮化铅等起爆药。

实施例2。设计发火电压下的微平面式电发火组件参数设计方法，包括如下步骤：

步骤1：构建微平面式电发火组件的电容放电激励时的物理模型；

步骤2：根据上述物理模型构建电容放电激励时的数学模型；

步骤3：对上述数学模型进行求解，得出微平面式电发火组件的临界发火电压的理论计算公式；

步骤4：将若干与待设计微平面式电发火组件结构相同的微平面式电发火组件进行发火电压感度实验，并将实验数据与采用步骤3所述公式计算出的该结构的微平面式电发火组件的临界发火电压与其进行对比，验证模型是否可行；如果临界发火电压的理论计算结果与实验数据的差值小于给定阈值，输出该模型，否则，返回步骤2，修改模型参数重新构建电容放电激励的数学模型；

步骤5：根据步骤4输出的微平面式电发火组件的临界发火电压的理论计算公式，将公式中可提高临界发火电压的参数修正为该参数加上该参数的工程偏差，将公式中的其它参数修正为该参数减去该参数的工程偏差，得到微平面式电发火组件的全发火电压的理论计算公式并输入微平面式电发火组件设计参数，得到微平面式电发火组件的全发火电压；

步骤6：计算该全发火电压与设计发火电压的差值，如果该全发火电压与设计发火电压的差距小于给定阈值，输出微平面式电发火组件的设计参数，流程结束；否则返回步骤5。

电容放电激励时，对微平面发火件建立发火模型的目的是为了得到发火件的温度响应过程，从而得到微平面发火件达到发火点时所对应的临界发火电压。

物理模型。电容放电激励时，由于该过程为瞬态过程，假设只有与桥膜接触部分的基体和装药受到热扰动，选取与桥膜接触部分的装药和基体为研究对象，如7所示，将桥膜看作基体和装药的边界。

为了使模型得到进一步简化，需做如下假设：

(1)热量只沿垂直于基体和装药的方向传递，导热模型为半无限大平板模型。

(2)只考虑热传导这一种导热方式，忽略辐射散热；

(3)桥膜与基体以及桥膜与装药接触良好，忽略二者之间的接触热阻，即桥膜与基体接触处以及桥膜与装药接触处等温；

(4)桥膜、基体和装药的物化参数不随温度发生变化；

(5)将桥膜电阻看作一常数，取值为作用过程中的等效电阻；

(6)忽略装药的化学反应放热。

数学模型。以桥膜中心为坐标原点，垂直于基体方向为x轴建立直角坐标系，基体的温度控制方程和定解条件为

装药的温度控制方程和定解条件为

以上公式中：T_m——换能元温度(K)，T_e——发火药剂温度(K)，t——时间变量，x——空间变量，P(t)为电功率(W)，U——充电电压(V)，C——电容(F)，R——微平面换能元等效电阻(Ω)，R＝αR₀，R₀——微平面换能元初始电阻(Ω)，α——大于1的常数，与桥膜材料有关，λ_m——换能元导热系数(W/m/K)，ρ_m——换能元密度(kg/m³)，c_m——换能元比热容(J/kg·K)，S——桥膜的有效面积(m²)，λ_e——发火药剂导热系数(W/m·K)，ρ_e——发火药剂密度(kg/m³)，c_e——发火药剂比热容(J/kg·K)，T₀——环境温度(K)，ζ₁，ζ₂——能量分配系数，ζ₁+ζ₂＝1。

以上方程组为二阶线性微分方程，可利用拉普拉斯变换法或分离变量法直接求其解析解。

理论求解。利用拉氏变换法进行求解，为了求解方便，令θ_m＝T_m-T₀，代入组合公式(1)，对基体导热微分方程中的变量t取拉氏变换，记

式中θ_m—换能元温度与环境温度之差，为θ_m的拉普拉斯变换，k_m—换能元换的热扩散率，k_m＝λ_m/(ρ_mc_m)，ρ_m—换能元密度(kg/m³)，λ_m—换能元导热系数(W/m·K)，c_m—换能元比热容(J/kg·K)，S—桥膜的有效面积(m²)，——电功率P(t)的拉普拉斯变换，ζ₁—能量分配系数，为小于1的常数。

方程组合公式(3)的解为

因为必然有界，所以C₁'＝0，那么

将公式(3)中基体的边界条件代入公式(5)，可解得基体温度响应方程的拉氏变换表达式：

同理得出装药温度响应方程的拉氏变换表达式为：

式中：θ_e—发火药剂温度与环境温度之差，为θ_e的拉普拉斯变换，k_e—发火药剂的热扩散率，k_e＝λ_e/(ρ_ec_e)，ρ_e—发火药剂密度(kg/m³)，λ_e—发火药剂导热系数(W/m·K)，c_e—发火药剂比热容(J/kg·K)，S—桥膜的有效面积(m²)，——电功率P(t)的拉普拉斯变换，ζ₂—能量分配系数，为小于1的常数。

当x＝0时，根据药剂与基体的边界温度相等，即T_e(0,t)＝T_m(0,t)，可得：

即

根据ξ₁+ξ₂＝1，进一步求解可得：

所以药剂温度公式(7)可进一步表示为：

令分别对F(s)取拉氏逆变换，查拉式变换表得：

利用卷积定理可得：

或者

将公式(13)和公式(14)代入公式(15)得：

距离桥膜x处发火药剂的温度表达式为：

取x＝0，得到桥膜的温度响应方程为：

对公式(19)中桥膜温度表达式中的在τ＝0点进行泰勒展开，取一次项，简化后进行积分得桥膜温度的表达式为：

令公式(20)关于t的导数为零，可得代入公式(17)得桥膜可达到的最高温度为：

定义为加热时间常数，在加热时间常数之内，若桥膜的最高温度低于其爆发点，不能爆发，若时桥膜的温度恰好升至其爆发点，则可以爆发，激发装药发火，将桥膜的爆发点T_r代入公式(21)并将公式进一步变换可得临界发火电压表达式：

由公式(22)可知，微平面式发火组件的临界发火电压不仅与换能元有关，还与装药有关，临界发火电压分别与换能元桥膜面积的平方根和阻值R的1/4次方成正比。装药密度越大，药剂热容越大，导热系数也随之增大，所以发火组件的临界发火电压越高。根据之前的实验研究，作用过程中，换能元电阻随着温度的升高而增大，所以公式(22)中桥膜电阻R取初始电阻的1.5倍，即R＝1.5R₀。换能元中，桥膜的权重k取0.05，分析桥膜和发火药剂对临界发火电压的影响规律。

(1)桥膜电阻对临界发火电压的影响规律

以发火药剂为斯蒂酚酸铅(LTNR)组成的发火件为例，换能元和发火药剂的物化参数如表1～3所示，微平面换能元采用铬桥膜，桥膜长度为50μm，经计算，初始电阻对临界发火电压的影响规律如图8所示。

表1桥膜材料的基本参数

表2基体材料的基本参数

表3发火药剂的基本参数

(2)桥膜长度对临界发火电压的影响规律

以LTNR组成的发火件为例，换能元采用铬桥膜，桥膜电阻为1Ω，经计算，不同基体材料与所组成的发火件临界发火电压与桥膜长度之间的关系如图9所示。

(3)发火药剂对临界发火电压的影响规律。

以铬桥膜和不同装药组成的发火件为例，换能元边长为50μm。经计算，陶瓷基体的铬桥膜与不同装药所组成发火件的临界发火电压与桥膜初始电阻之间的关系如图10所示。

实施例3。本实施例与实施例1的不同在于：步骤6中，设计发火组件的参数，输出满足要求的发火电压，包括改变桥膜的尺寸参数和电阻参数。

要求设计10μF电容放电时，全发火电压不高于5V的发火组件。首先，选用换能元桥膜材料为铬，基体材料为Pyrex7740玻璃，发火药剂为斯蒂酚酸铅；其次，设计不同尺寸和电阻的桥膜，设计基体边长为1mm，高度为0.5mm，设计装药直径为1mm，假设换能元工程公差为5％，将预设计的参数和所选用材料的物化参数代入临界发火电压计算公式，经计算桥膜不同尺寸和阻值时，发火组件的临界发火电压和全发火电压如表4所示。3#、4#和5#产品理论上均满足要求，为了保证一定的裕度和保证发火组件其他性能指标(安全电流)，选择4#产品制备样品，经试验该规格发火件的临界发火电压为3.9V，全发火电压为4.1V，临界发火电压和全发火电压的理论计算结果与试验结果的偏差分别为3.6％和7.1％，均小于10％，表明临界发火电压计算公式对于微平面发火组件的设计具有理论指导意义，该设计方法可行。

表4不同尺寸铬桥膜临界发火电压和全发火电压理论计算值

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.设计发火电压下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：构建微平面式电发火组件的电容放电激励时的物理模型；

步骤2：根据上述物理模型构建电容放电激励时的数学模型；

步骤3：对上述数学模型进行求解，得出微平面式电发火组件的临界发火电压的理论计算公式；

步骤4：将若干与待设计微平面式电发火组件结构相同的微平面式电发火组件进行发火电压感度实验，并将实验数据与采用步骤3所述公式计算出的该结构的微平面式电发火组件的临界发火电压与其进行对比，验证模型是否可行；如果临界发火电压的理论计算结果与实验数据的差值小于给定阈值，输出该模型，否则，返回步骤2，修改模型参数重新构建电容放电激励时的数学模型；

步骤5：根据步骤4输出的微平面式电发火组件的临界发火电压的理论计算公式，将公式中可提高临界发火电压的参数修正为该参数加上该参数的工程偏差，将公式中的其它参数修正为该参数减去该参数的工程偏差，得到微平面式电发火组件的全发火电压的理论计算公式并输入微平面式电发火组件设计参数，得到微平面式电发火组件的全发火电压；

步骤6：计算该全发火电压与设计发火电压的差值，如果该全发火电压与设计发火电压的差值小于给定阈值，输出微平面式电发火组件的设计参数，流程结束；否则返回步骤5。

2.如权利要求1所述设计发火电压下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于：步骤1中，所述微平面式电发火组件的物理模型由微平面换能元、发火药剂、陶瓷环组成，微平面换能元自下向上由基体、金属桥膜、焊盘组成，陶瓷环安装在基体上，陶瓷环内装有发火药剂；对于电容放电激励，阻性元件金属桥膜将电能转换为焦耳热，桥膜温度迅速升高，同时桥膜向基体和发火药剂传递热量，随着电容能量释放完毕，桥膜温度下降，逐渐趋于环境温度；若金属桥膜所能达到的最高温度恰好等于爆发点，金属桥膜发生电爆炸，引燃发火药剂发火，此时所对应的激励电压即为临界发火电压。

3.如权利要求1所述设计发火电压下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于，步骤2中，建立数学模型时，考虑如下因素：

电容放电激励时，由于该过程为瞬态过程，假设只有与桥膜接触部分的基体和装药受到热扰动，选取与桥膜接触部分的装药和基体为研究对象，将桥膜看作基体和装药的边界；

为了使模型得到进一步简化，需做如下假设：

1)热量只沿垂直于基体和装药的方向传递，导热模型为半无限大平板模型；

2)只考虑热传导这一种导热方式，忽略辐射散热；

3)桥膜与基体以及桥膜与装药接触良好，忽略二者之间的接触热阻，即桥膜与基体接触处以及桥膜与装药接触处等温；

4)桥膜、基体和装药的物化参数不随温度发生变化；

5)将桥膜电阻看作一常数，取值为作用过程中的等效电阻；

6)忽略装药的化学反应放热。

4.如权利要求3所述设计发火电压下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于，步骤2中，所构建的数学模型主要包括两部分，具体如下：

1)以桥膜中心为坐标原点，垂直于基体方向为x轴建立直角坐标系，基体的温度控制方程和定解条件为

在这个组合公式中，第一个公式为基体的温度控制方程；第二个公式为初始条件，表示初始时刻基体温度为环境温度；第三个公式为桥膜与基体的接触边界，属于第二类边界条件；

2)装药的温度控制方程和定解条件为

在这个组合公式中，第一个公式为发火药剂的温度控制方程；第二个公式为初始条件，表示初始时刻发火药剂温度为环境温度；第三个公式为桥膜与发火药剂的接触边界，属于第二类边界条件；

以上公式中：T_m——换能元温度(K)，T_e——发火药剂温度(K)，t——时间变量，x——空间变量，P(t)为电功率(W)，U——充电电压(V)，C——电容(F)，R——微平面换能元等效电阻(Ω)，R＝αR₀，R₀——微平面换能元初始电阻(Ω)，α——大于1的常数，与桥膜材料有关，λ_m——换能元导热系数(W/m/K)，ρ_m——换能元密度(kg/m³)，c_m——换能元比热容(J/kg·K)，S——桥膜的有效面积(m²)，λ_e——发火药剂导热系数(W/m·K)，ρ_e——发火药剂密度(kg/m³)，c_e——发火药剂比热容(J/kg·K)，T₀——环境温度(K)，ζ₁，ζ₂——能量分配系数，ζ₁+ζ₂＝1。

5.如权利要求3所述设计发火电压下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于，步骤3中，临界发火电压表达式：

式中：U_ec—临界发火电压(V)，T_r—金属桥膜的爆发点(K)，T₀—环境温度(K)，ρ_m—换能元密度(kg/m³)，λ_m—换能元导热系数(W/m·K)，c_m—换能元比热容(J/kg·K)，ρ_e—发火药剂密度(kg/m³)，λ_e—发火药剂导热系数(W/m·K)，c_e—发火药剂比热容(J/kg·K)，C—电容(F)，R—微平面换能元等效电阻(Ω)，R＝αR₀，R₀—微平面换能元初始电阻(Ω)，α—大于1的常数，与桥膜材料有关，S—桥膜的有效面积(m²)。

6.如权利要求5所述设计发火电压下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于，步骤4中，所述修改模型参数包括修改换能元等效电阻、换能元密度、换能元比热容和换能元导热系数的值。

7.如权利要求5所述设计发火电压下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于：所述可提高临界发火电压的参数包括换能元电阻R₀、桥膜面积S。

8.如权利要求5所述设计发火电压下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于：所述参数的工程偏差采用步骤4中发火电压感度实验所用样本的参数的标准差。

9.如权利要求5所述设计发火电压下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于：进行发火电压感度实验时，样本量不少于20个。

10.如权利要求5所述设计发火电压下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于：所述桥膜的材料为金属薄膜，为镍膜、铬膜、镍铬合金膜中的一种；所述发火药剂为起爆药，为叠氮化铅、斯蒂酚酸铅、多孔叠氮化铜中的一种或数种。