CN108872740B - 一种稳恒下电爆装置裸露桥丝发火温升校准与预测方法 - Google Patents

一种稳恒下电爆装置裸露桥丝发火温升校准与预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种稳恒下电爆装置裸露桥丝发火温升校准与预测方法，包括以下步骤：步骤一：测试环境温度T0下电爆装置的50%临界发火激励；步骤二：测试环境温度T0下50%临界发火激励对应的裸露桥丝温升，建立电爆装置50%临界发火激励与桥丝温升的对应关系；步骤三：在不同的环境温度T0下重复步骤一和步骤二，获得裸露桥丝发火温度T2与环境温度T0、实装桥丝发火温度T1之间的关系模型；步骤四：利用步骤三得到的裸露桥丝发火温度T2与环境温度T0、实装桥丝发火温度T1之间的关系模型，实现不同环境温度下裸桥发火温升的有效预测；本发明的稳恒下电爆装置裸露桥丝发火温升校准与预测方法，校准电爆装置在稳恒下散热条件对桥丝温升测量结果的影响。

Description

一种稳恒下电爆装置裸露桥丝发火温升校准与预测方法
技术领域
本发明涉及一种稳恒下电爆装置裸露桥丝发火温升校准与预测方法，属于军用设备技术领域。
背景技术
本发明涉及一种稳恒下电爆装置裸露桥丝发火温升校准与预测方法，属于军用设备技术领域。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种稳恒下电爆装置裸露桥丝发火温升校准与预测方法，校准电爆装置在稳恒下散热条件对桥丝温升测量结果的影响，实现不同环境温度下裸桥发火温升的有效预测。
本发明的稳恒下电爆装置裸露桥丝发火温升校准与预测方法，包括以下步骤：
步骤一：测试环境温度T0下电爆装置的50%临界发火激励；
步骤二：测试环境温度T0下50%临界发火激励对应的裸露桥丝温升，建立电爆装置50%临界发火激励与桥丝温升的对应关系；
步骤三：在不同的环境温度T0下重复步骤一和步骤二，获得裸露桥丝发火温度T2与环境温度T0、实装桥丝发火温度T1之间的关系模型；
步骤四：利用步骤三得到的裸露桥丝发火温度T2与环境温度T0、实装桥丝发火温度T1之间的关系模型，实现不同环境温度下裸桥发火温升的有效预测。
进一步地，所述步骤一的具体操作步骤如下：采用升降法试验（参见GJB/Z 377A-94），借助统计学理论确定电爆装置在稳恒下的50%临界发火激励，灼热桥丝式电爆装置的临界发火激励一般服从正态分布，此时不同试样的50%临界发火激励与其临界发火激励的统计平均值相等，为提高试验精度，选取不少于20个的样本量进行试验；试验时，在环境温度T0下，对选取的电爆装置开展稳恒下的电流注入试验，按照升降法确定电爆装置的50%临界发火激励，所述的电爆装置包括引线，及设置于引线中的桥丝，及包裹于桥丝周围的药剂。
再进一步地，所述发火激励指试验中的稳恒电流注入或射频连续波作用，发火激励参数包括电流的幅度、射频连续波的强度和频率等。
进一步地，所述步骤二的具体操作步骤如下：去除电爆装置内包裹桥丝的药剂，将测温传感器贴近桥丝放置，并将测温传感器与光纤测温试验配置连接，将桥丝测温信号通过光纤传输到光纤测温系统主机上，光纤测温系统主机上安装有光纤数据采集模块，光纤测温系统主机电连接至控制测试系统；在步骤一得到的电爆装置50%临界发火激励下，保持其他实验条件不变，测试50%临界发火激励对应的裸露桥丝温升；需要注意的是，由于桥丝的阻值是在一定范围内分布的，因此裸露桥丝的性能同样具有分散性；针对这一问题，分别选取典型高、中、低阻值的桥丝开展测温试验，确定桥丝阻值对测温结果的影响规律；在此基础上，修正桥丝阻值对测温结果的影响。
再进一步地，所述步骤二其测试环境温度与步骤一其测试环境温度相同。
进一步地，所述步骤三的具体操作步骤如下：根据电爆装置裸露桥丝温升原理，建立裸露桥丝发火温度T2与环境温度T0、实装桥丝发火温度T1之间的关系模型，依据桥丝温升和输入电流平方值的正比例关系，可得：
Figure 902096DEST_PATH_IMAGE002
；
进一步得到：
Figure 881553DEST_PATH_IMAGE004
；
式中，k1为常量；
根据电爆装置发火的热点理论，T1为恒定值，与T0的大小无关，而T2与T0相关；为此，需要在至少3种不同环境温度下开展试验研究，才能建立三者之间的关系模型；使用温度可调的水浴恒温箱改变电爆装置周围的环境温度并使电爆装置达到热平衡，利用不同环境温度T0下测得的裸桥发火温度T2，得到一组环境温度T0与裸桥发火温度T2的对应关系数据；根据这组数据，结合式
Figure 723607DEST_PATH_IMAGE004
，定量求解确定常量k1和恒定值T1的值，从而建立起裸露桥丝发火温度T2与环境温度T0、实装桥丝发火温度T1之间的关系，如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
。
进一步地，所述步骤四的具体操作步骤如下：根据步骤三得到的
Figure 243450DEST_PATH_IMAGE007
，给定受试电爆装置所处的其它任意环境温度T0，计算得出其对应的裸露桥丝发火温度T2，发火温升为
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，从而实现不同环境温度下裸桥发火温升的有效预测，提高了试验方法的工程实用性。
本发明与现有技术相比较，本发明的稳恒下电爆装置裸露桥丝发火温升校准与预测方法，从灼热桥丝式电爆装置发火机理出发，采用光纤测温的方法测试评估电爆装置的电磁辐射安全性，不仅与其发火机理紧密贴合，能够准确反映其发火特性，而且桥丝温升测量与辐射频率几乎没有关系，能够克服电磁辐射频率对试验结果的影响，可以解决GHz以上频率的电爆装置电磁安全性测试问题，有效拓展适用频率上限；针对目前光纤测温方式的不足，提出了电爆装置50%临界发火激励对应裸露桥丝温升的测试方法，通过建立裸露桥丝发火温度T2与环境温度T0、实装桥丝发火温度T1之间的关系模型，解决了测温传感器受散热条件、传感器热容的影响问题，可以实现不同环境温度下裸桥发火温升的有效预测，提高以裸桥温升为依据判断电爆装置发火状态的准确性和工程实用性，为开展武器装备强场电磁辐射安全裕度评估提供可靠判据。
附图说明
图1是本发明的电爆装置结构示意图。
图2是本发明的电爆装置裸露桥丝温升测量设置结构示意图。
图3是本发明的光纤测温试验配置结构示意图。
附图中各部件标注为：1-引线，2-桥丝，3-药剂，4-测温传感器，5-光纤测温系统主机，6-光纤数据采集模块，7-控制测试系统。
具体实施方式
本发明的稳恒下电爆装置裸露桥丝发火温升校准与预测方法，包括以下步骤：
步骤一：测试环境温度T0下电爆装置的50%临界发火激励；
步骤二：测试环境温度T0下50%临界发火激励对应的裸露桥丝温升，建立电爆装置50%临界发火激励与桥丝温升的对应关系；
步骤三：在不同的环境温度T0下重复步骤一和步骤二，获得裸露桥丝发火温度T2与环境温度T0、实装桥丝发火温度T1之间的关系模型；
步骤四：利用步骤三得到的裸露桥丝发火温度T2与环境温度T0、实装桥丝发火温度T1之间的关系模型，实现不同环境温度下裸桥发火温升的有效预测。
所述步骤一的具体操作步骤如下：采用升降法试验（参见GJB/Z 377A-94），借助统计学理论确定电爆装置在稳恒下的50%临界发火激励，灼热桥丝式电爆装置的临界发火激励一般服从正态分布，此时不同试样的50%临界发火激励与其临界发火激励的统计平均值相等，为提高试验精度，选取不少于20个的样本量进行试验；试验时，在环境温度T0下，对选取的电爆装置开展稳恒下的电流注入试验，按照升降法确定电爆装置的50%临界发火激励，如图1所示，所述的电爆装置包括引线1，及设置于引线1中的桥丝2，及包裹于桥丝2周围的药剂3。
所述发火激励指试验中的稳恒电流注入或射频连续波作用，发火激励参数包括电流的幅度、射频连续波的强度和频率等。
所述步骤二的具体操作步骤如下：如图2和图3所示，去除电爆装置内包裹桥丝2的药剂3，将测温传感器4贴近桥丝2放置，并将测温传感器4与光纤测温试验配置连接，将桥丝2测温信号通过光纤传输到光纤测温系统主机5上，光纤测温系统主机5上安装有光纤数据采集模块6，光纤测温系统主机5电连接至控制测试系统7，在步骤一得到的电爆装置50%临界发火激励下，保持其他实验条件不变，测试50%临界发火激励对应的裸露桥丝温升；需要注意的是，由于桥丝的阻值是在一定范围内分布的，因此裸露桥丝的性能同样具有分散性；针对这一问题，分别选取典型高、中、低阻值的桥丝开展测温试验，确定桥丝阻值对测温结果的影响规律；在此基础上，修正桥丝阻值对测温结果的影响。
所述步骤二其测试环境温度与步骤一其测试环境温度相同。
常用灼热桥丝式电爆装置的桥丝材料主要是镍铬合金6J20、6J10，其电阻温度系数很小，约为7×10-5℃-1，而一般药剂的发火温度小于1000℃，在实验误差范围内，可认为桥丝阻值不随温度升高变化；由于外界激励信号特征的不同，桥丝可能在绝热或者热平衡两种条件下升温；
在绝热条件下，桥丝产生的热量为
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，其中I为桥丝的激励电流，R为桥丝阻值，t0为作用时间；根据能量守恒定律，这部分热量全部用于桥丝温升，因而得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
； （1）
其中c、m和
Figure DEST_PATH_IMAGE015
分别为桥丝的比热、质量和温升；由上式知，电流的平方与桥丝温升成正比例关系；
在热平衡条件下，桥丝产生的热量除用于桥丝温升外还有一部分传导至外部介质，根据傅里叶定律，桥丝散失的热量
Figure DEST_PATH_IMAGE017
正比于垂直于该截面方向上的温度梯度dT/dr和截面面积S，即
Figure DEST_PATH_IMAGE019
； （2）
其中k为介质的传热系数，在理想条件下，桥丝温升
Figure 499900DEST_PATH_IMAGE015
（即桥丝温度与环境间温差）与dT/dr间为积分关系，因此可得
Figure 446997DEST_PATH_IMAGE017
与
Figure 776347DEST_PATH_IMAGE015
同样成正比关系，即
Figure DEST_PATH_IMAGE021
； （3）
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE023
为比例系数，由式（1）和（3）可知，对于不同的环境温度、不同直流强度和射频辐射场强，在热平衡条件下，输入电流和桥丝温升两者之间的关系均满足I2正比于
Figure 162198DEST_PATH_IMAGE015
；
综上，在绝热或者热平衡两种条件下，桥丝上的输入激励电流和桥丝温升两者之间的关系均满足I2正比于
Figure 893393DEST_PATH_IMAGE015
。
所述步骤三的具体操作步骤如下：根据式（3）
Figure 949074DEST_PATH_IMAGE021
，建立裸露桥丝发火温度T2与环境温度T0、实装桥丝发火温度T1之间的关系模型，依据桥丝温升和输入电流平方值的正比例关系，可得：
Figure 765720DEST_PATH_IMAGE002
； （4）
进一步得到：； （5）
式中，k1为常量；
根据电爆装置发火的热点理论，T1为恒定值，与T0的大小无关，而T2与T0相关；为此，需要在至少3种不同环境温度下开展试验研究，才能建立三者之间的关系模型；使用温度可调的水浴恒温箱改变电爆装置周围的环境温度并使电爆装置达到热平衡，利用不同环境温度T0下测得的裸桥发火温度T2，得到一组环境温度T0与裸桥发火温度T2的对应关系数据；根据这组数据，结合式（5）
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，定量求解确定常量k1和恒定值T1的值，从而建立起裸露桥丝发火温度T2与环境温度T0、实装桥丝发火温度T1之间的关系，如下：
Figure 230646DEST_PATH_IMAGE006
； （6）
所述步骤四的具体操作步骤如下：根据步骤三得到的式（6）
Figure 722807DEST_PATH_IMAGE007
，给定受试电爆装置所处的其它任意环境温度T0，计算得出其对应的裸露桥丝发火温度T2，发火温升为
Figure 26750DEST_PATH_IMAGE009
，从而实现不同环境温度下裸桥发火温升的有效预测，提高了试验方法的工程实用性。
本发明的稳恒下电爆装置裸露桥丝发火温升校准与预测方法，从灼热桥丝式电爆装置发火机理出发，采用光纤测温的方法测试评估电爆装置的电磁辐射安全性，不仅与其发火机理紧密贴合，能够准确反映其发火特性，而且桥丝温升测量与辐射频率几乎没有关系，能够克服电磁辐射频率对试验结果的影响，可以解决GHz以上频率的电爆装置电磁安全性测试问题，有效拓展适用频率上限；针对目前光纤测温方式的不足，提出了电爆装置50%临界发火激励对应裸露桥丝温升的测试方法，通过建立裸露桥丝发火温度T2与环境温度T0、实装桥丝发火温度T1之间的关系模型，解决了测温传感器受散热条件、传感器热容的影响问题，可以实现不同环境温度下裸桥发火温升的有效预测，提高以裸桥温升为依据判断电爆装置发火状态的准确性和工程实用性，为开展武器装备强场电磁辐射安全裕度评估提供可靠判据。
上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (6)

1.一种稳恒下电爆装置裸露桥丝发火温升校准与预测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：测试环境温度T0下电爆装置的50％临界发火激励；所述步骤一的具体操作步骤如下：采用升降法试验，借助统计学理论确定电爆装置在稳恒下的50％临界发火激励，选取不少于20个的样本量进行试验；试验时，在环境温度T0下，对选取的电爆装置开展稳恒下的电流注入试验，按照升降法确定电爆装置的50％临界发火激励，所述的电爆装置包括引线，及设置于引线中的桥丝，及包裹于桥丝周围的药剂；
步骤二：测试环境温度T0下50％临界发火激励对应的裸露桥丝温升，建立电爆装置50％临界发火激励与桥丝温升的对应关系；
步骤三：在不同的环境温度T0下重复步骤一和步骤二，获得裸露桥丝发火温度T2与环境温度T0、实装桥丝发火温度T1之间的关系模型；
步骤四：利用步骤三得到的裸露桥丝发火温度T2与环境温度T0、实装桥丝发火温度T1之间的关系模型，实现不同环境温度下裸桥发火温升的有效预测。
2.根据权利要求1所述的稳恒下电爆装置裸露桥丝发火温升校准与预测方法，其特征在于，所述发火激励指试验中的稳恒电流注入或射频连续波作用，发火激励参数包括电流的幅度、射频连续波的强度和频率。
3.根据权利要求1所述的稳恒下电爆装置裸露桥丝发火温升校准与预测方法，其特征在于，所述步骤二的具体操作步骤如下：去除电爆装置内包裹桥丝的药剂，将测温传感器贴近桥丝放置，并将测温传感器与光纤测温试验配置连接，将桥丝测温信号通过光纤传输到光纤测温系统主机上，光纤测温系统主机上安装有光纤数据采集模块，光纤测温系统主机电连接至控制测试系统，在步骤一得到的电爆装置50％临界发火激励下，保持其他实验条件不变，测试50％临界发火激励对应的裸露桥丝温升；分别选取典型高、中、低阻值的桥丝开展测温试验，确定桥丝阻值对测温结果的影响规律；在此基础上，修正桥丝阻值对测温结果的影响。
4.根据权利要求1或3所述的稳恒下电爆装置裸露桥丝发火温升校准与预测方法，其特征在于，所述步骤二其测试环境温度与步骤一其测试环境温度相同。
5.根据权利要求1所述的稳恒下电爆装置裸露桥丝发火温升校准与预测方法，其特征在于，所述步骤三的具体操作步骤如下：根据电爆装置裸露桥丝温升原理，建立裸露桥丝发火温度T2与环境温度T0、实装桥丝发火温度T1之间的关系模型，依据桥丝温升和输入电流平方值的正比例关系，可得：
T1-T0∝I2
T2-T0∝I2；
进一步得到：T1-T0＝k1(T2-T0)；
式中，k1为常量；
根据电爆装置发火的热点理论，T1为恒定值，与T0的大小无关，而T2与T0相关；为此，需要在至少3种不同环境温度下开展试验研究，才能建立三者之间的关系模型；使用温度可调的水浴恒温箱改变电爆装置周围的环境温度并使电爆装置达到热平衡，利用不同环境温度T0下测得的裸桥发火温度T2，得到一组环境温度T0与裸桥发火温度T2的对应关系数据；根据这组数据，结合式T1-T0＝k1(T2-T0)，定量求解确定常量k1和恒定值T1的值，从而建立起裸露桥丝发火温度T2与环境温度T0、实装桥丝发火温度T1之间的关系，如下：
Figure FDA0002638920950000021
6.根据权利要求1所述的稳恒下电爆装置裸露桥丝发火温升校准与预测方法，其特征在于，所述步骤四的具体操作步骤如下：根据步骤三得到的
Figure FDA0002638920950000031
给定受试电爆装置所处的其它任意环境温度T0，计算得出其对应的裸露桥丝发火温度T2，发火温升为T2-T0，从而实现不同环境温度下裸桥发火温升的有效预测。
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