CN109884118B - 一种基于升温法的爆容自动测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于升温法的爆容自动测试系统，包括爆炸容器、计算机、电子称量装置、气压测试装置、升温装置、气体置换装置、起爆装置；其中，电子称量装置、气压测试装置、升温装置、气体置换装置、起爆装置分别与计算机通信连接，爆炸容器用于盛装炸药，爆炸容器上设有两个物理接口，分别为气压测试接口及气体置换接口，气压测试装置与爆炸容器的气压测试接口连接，气体置换装置与爆炸容器的气体置换接口连接。本发明的爆容自动测试系统可实现提高爆容测试效率，提高测试精度，提升测试安全性，降低测试劳动强度。

Description

一种基于升温法的爆容自动测试系统及方法

技术领域

本发明涉及火炸药性能测试技术领域，特别涉及一种基于升温法的爆容自动测试系统及方法。

背景技术

爆容是衡量炸药爆轰性能的一个重要标志，对炸药的配方研制、产品设计等具有重要作用。爆容的获得有实测和理论计算两种方法。炸药在实际爆炸过程中往往爆炸不充分，利用理论计算出的爆容值与实际爆容值往往差别较大，因此，爆容测试具有十分重要的应用价值。

国军标炸药实验方法(GJB772A)规定了测试炸药爆容的具体步骤，该方法基于压力法制定，受限于当时的技术条件，该标准规定的测试方法存在以下不足：

1)该方法在炸药爆炸后需按照“降温-恒温-升温-恒温”顺序进行温度控制，温控流程复杂，要求温控系统同时具备制冷、加热功能，对温控系统要求较高；

2)人工参与环节过多，劳动强度大且存在安全隐患；

3)各步骤相对独立，多个环节需借助专用的设备开展，控制繁琐；

4)测试结果依赖于操作熟练程度，测试平行度往往较差。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术中不足，提供一种基于升温法的爆容自动测试系统及方法，可实现提高爆容测试效率，提高测试精度，提升测试安全性，降低测试劳动强度。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种基于升温法的爆容自动测试系统，包括爆炸容器、计算机、电子称量装置、气压测试装置、升温装置、气体置换装置、起爆装置；其中，所述电子称量装置、气压测试装置、升温装置、气体置换装置、起爆装置分别与计算机通信连接，所述爆炸容器用于盛装炸药，爆炸容器上设有两个物理接口，分别为气压测试接口及气体置换接口，气压测试装置与爆炸容器的气压测试接口连接，气体置换装置与爆炸容器的气体置换接口连接。

进一步地，所述电子称量装置、气压测试装置、升温装置、气体置换装置、起爆装置分别通过PCI板卡与计算机互联。

进一步地，所述电子称量装置、气压测试装置、升温装置通过通信板卡与计算机连接，所述气体置换装置、起爆装置通过开关量控制板卡与计算机连接。

进一步地，所述电子称量装置为带有通信功能的电子天平，电子称量装置用于称量炸药的质量，且电子称量装置与计算机通过主从通信方式进行通信，则计算机发出测试炸药重量的信号后电子天平则进行测量并反馈数据至计算机，计算机则对试样重量并进行记录。

进一步地，所述气压测试装置为带有解析器的气体压力传感器，且所述解析器具备通信功能，气压测试装置用于通过气压测试接口测试爆炸后爆炸容器内的压力值，具体为测试爆炸后爆炸容器内的压力值、记录爆炸容器内的压力变化曲线，从而判定爆炸容器内的爆炸所产生的水是否完全汽化，在试验过程中，计算机定时采集气体压力传感器的数值，在炸药爆炸且完成爆炸容器升温后，通过气压测试装置采集一定时间内爆炸容器内的气体压力可以判断爆炸所产生的水是否完全汽化，如果在一定时间内容器内气体压力基本不变，则说明水已经完全汽化，反之，水分还未完全汽化。

进一步地，所述升温装置为带温度控制器的电磁加热装置，升温装置用于在爆炸后加热爆炸容器，从而使爆炸所产生的水在爆炸容器内完全汽化，采用电磁加热方式，能够迅速将爆炸容器升温到较高温度，作为优选，本发明的电磁加热装置的温度控制器采用嵌入式系统，且具体采用PID控制策略。

进一步地，所述气体置换装置包括电磁阀与真空泵，气体置换装置用于通过气体置换接口实现爆炸容器在爆容试验前后的气体置换，具体为爆容试验前，爆炸容器通过气体置换装置抽真空，从而防止爆炸容器内原有气体成分对试验结果的影响，在爆容试验后，爆炸容器再通过气体置换装置排气，便于后续爆炸容器的拆卸与清洗，作为优选，本发明中计算机通过开关量控制板卡控制电磁阀与真空泵的电源通断从而实现气体置换。

进一步地，所述起爆装置包括起爆电源与电爆管，起爆装置用于引爆爆炸容器内的炸药，作为优选，本发明中，计算机通过开关量控制板卡控制起爆电源与电爆管的连接状态，正常情况下，起爆电源与电爆管连接断开，当计算机发出起爆指令后，开关量控制板卡将起爆电源与电爆管接通，从而起爆电爆管继而引爆试验用炸药。

同时，本发明还公开了一种基于升温法的爆容自动测试方法，通过上述的基于升温法的爆容自动测试系统实现，具体包括以下步骤：

A.通过电子称量装置称量试验用炸药的质量m；

B.将炸药与电爆管放入爆炸容器内，进行爆炸容器的装配使其密封，其中，电爆管的总爆容为V₂；

C.通过气体置换装置将爆炸容器抽真空至气压值为P₂，一般P₂应不大于-0.09MPa，优选为-0.095MPa；

D.通过起爆电源起爆电爆管进而引爆炸药；

E.通过升温装置将爆炸容器加热至温度t，为了保障通过加热使得爆炸后所产生的水在高压环境下完全汽化一般需要将爆炸容器加热至不低于200℃，优选加热至300℃；

F.恒温m分钟，一般需要至少恒温10分钟；

G.通过气压测试装置在m分钟定时内对爆炸容器内的气体压力的测量判断爆炸容器内的气体压力是否达到平衡，若是则进入步骤H，否则，返回步骤F；

H.计算机根据计算公式计算炸药的爆容值V，其中，计算爆容值V的计算公式为：V为试验炸药的爆容，单位：L/kg；V₁为爆容试验中炸药爆炸后的气体产物在标准状态下的体积，单位：L；V₂为电爆管爆炸后产生的气体产物在标准状态下的体积，单位：L；m为试验炸药的质量，单位：g；其中，V₂一般可由所选用的电爆管的型号进行确定，型号确定了则V₂的值即可确定；

I.通过气体置换装置排出爆炸容器内的气体。

进一步地，所述步骤H中V₁的计算公式为：

其中：V₀为爆炸容器的体积，单位：L；

P₀为标准大气压，单位：MPa；

P₁为步骤G中气压测试装置测得的爆炸容器内的气体压力达到平衡时的气压，单位：MPa；

P₂为步骤C中气体置换装置将爆炸容器内腔抽至的气压值，单位：MPa，由气压测试装置测量；

t为步骤E中升温装置将爆炸容器加热至的温度，单位：℃。

本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：

首先，水在高压环境下沸点较高，爆容试验中炸药起爆后，爆炸容器内压力较高，普通加热装置不能够在爆炸容器内将水完全汽化，本发明中采用电磁加热装置能够在短时间内急剧升高爆炸容器的温度，可使爆炸所产生的水在高压环境下完全汽化，因此，本发明的测试系统及测试方法的效率及精度更高；

其次，本发明的计算机可以通过接插PCI板卡实现各类接口的扩展，能够满足针对爆容自动化测试的通信接口与控制接口需求，且采用计算机+PCI板卡的架构，还具有编程方式简单且调试方便的优点；

最后，在本发明中爆容测试各个环节相对独立，采用模块化的设计思想将系统分为多个子系统，设计方便，能够有效降低后期保养、维修的复杂度。

因此，本发明的基于升温法的爆容自动测试系统及方法能够有效简化爆容测试步骤，减少人工参与度，提升测试安全性。

附图说明

图1是本发明的基于升温法的爆容自动测试系统的示意图。

图2是本发明的基于升温法的爆容自动测试方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

实施例：

实施例一：

如图1所示，一种基于升温法的爆容自动测试系统，包括爆炸容器、计算机、电子称量装置、气压测试装置、升温装置、气体置换装置、起爆装置。

其中，爆炸容器用于盛装炸药，是能够承受炸药爆炸冲击的金属密闭容器，爆炸容器上设有两个物理接口，分别为气压测试接口及气体置换接口，气压测试装置与爆炸容器的气压测试接口连接，气体置换装置与爆炸容器的气体置换接口连接。

电子称量装置、气压测试装置、升温装置、气体置换装置、起爆装置分别通过PCI板卡与计算机互联。其中，电子称量装置、气压测试装置、升温装置通过通信板卡与计算机连接，所述气体置换装置、起爆装置通过开关量控制板卡与计算机连接。

具体的，本实施例中，所述电子称量装置为带有通信功能的电子天平，电子称量装置的主要功能为试验所用炸药重量的称量，且电子称量装置与计算机通过主从通信方式进行通信，则计算机发出测试炸药重量的信号后电子天平则进行测量并反馈数据至计算机，计算机则对试样重量并进行记录。

本实施例中，所述气压测试装置为带有解析器的气体压力传感器，且所述解析器具备通信功能，气压测试装置用于通过气压测试接口测试爆炸后爆炸容器内的压力值，具体为测试爆炸后爆炸容器内的压力值、记录爆炸容器内的压力变化曲线，从而判定爆炸容器内的爆炸所产生的水是否完全汽化，在试验过程中，计算机定时采集气体压力传感器的数值，在炸药爆炸且完成爆炸容器升温后，通过气压测试装置采集一定时间内爆炸容器内的气体压力可以判断爆炸所产生的水是否完全汽化，如果在一定时间内容器内气体压力基本不变，则说明水已经完全汽化，反之，水分还未完全汽化。本实施例中，一般需要气压测试装置采集10分钟内爆炸容器内的气体压力，以判断爆炸容器内的气体压力是否达到平衡。

所述升温装置为带温度控制器的电磁加热装置，升温装置用于在爆炸后加热爆炸容器，从而使爆炸所产生的水在爆炸容器内完全汽化，采用电磁加热方式，能够迅速将爆炸容器升温到较高温度，作为优选，本发明的电磁加热装置的温度控制器采用嵌入式系统，且具体采用PID控制策略。

所述气体置换装置包括电磁阀与真空泵，气体置换装置用于通过气体置换接口实现爆炸容器在爆容试验前后的气体置换，具体为爆容试验前，爆炸容器通过气体置换装置抽真空，从而防止爆炸容器内原有气体成分对试验结果的影响，在爆容试验后，爆炸容器再通过气体置换装置排气，便于后续爆炸容器的拆卸与清洗，作为优选，本发明中计算机通过开关量控制板卡控制电磁阀与真空泵的电源通断从而实现气体置换。

所述起爆装置包括起爆电源与电爆管，起爆装置用于引爆爆炸容器内的炸药，作为优选，本发明中，计算机通过开关量控制板卡控制起爆电源与电爆管的连接状态，正常情况下，起爆电源与电爆管连接断开，当计算机发出起爆指令后，开关量控制板卡将起爆电源与电爆管接通，从而起爆电爆管继而引爆试验用炸药。

实施例二

如图2所示，一种基于升温法的爆容自动测试方法，通过上述实施例一的基于升温法的爆容自动测试系统实现，具体包括以下步骤：

A.通过电子称量装置称量试验用炸药的质量m；

B.将炸药与电爆管放入爆炸容器内，进行爆炸容器的装配使其密封，其中，电爆管的总爆容为V2；

C.将装配好的爆炸容器置于电磁加热装置的电磁加热线圈内；

D.通过气体置换装置将爆炸容器抽真空至-0.095MPa；

E.通过起爆电源起爆电爆管进而引爆炸药；

F.通过升温装置将爆炸容器加热至300℃；

G.恒温10分钟；

H.通过气压测试装置在10分钟定时内对爆炸容器内的气体压力的测量判断爆炸容器内的气体压力是否达到平衡，若是则进入步骤I，否则，返回步骤G；

I.计算机根据计算公式计算炸药的爆容值V，其中，计算爆容值V的计算公式为：V为实验炸药的爆容，单位：L/kg；V1为爆容试验中炸药爆炸后，气体产物在标准状态下的体积，单位：L；V₂为爆容试验用电爆管爆炸后产生的气体产物在标准状态下的体积，单位：L；一般可由所选用的电爆管的型号进行确定，型号确定了则V₂的值即可确定；m为试验炸药的质量，单位：g；

J.通过气体置换装置排出爆炸容器内的气体；

K.拆解爆炸容器并对其进行清洗，从而为下次试验做好准备。

具体的，步骤I中V₁的计算公式为：

其中：V₀为爆炸容器的体积，单位：L；

P₀为标准大气压，单位：MPa；

P₁为步骤G中气压测试装置测得的爆炸容器内的气体压力达到平衡时的气压，单位：MPa；

P₂为起爆前爆炸容器内的气压，单位：MPa，即步骤D中爆炸容器通过气体置换装置抽真空后的气压，本实施例中为-0.095MPa，可由气压测试装置测量；

t为步骤F中炸药爆炸后爆炸容器被升温装置加热后的温度，单位：℃；本实施例中具体为300℃。

通过本发明的基于升温法的爆容自动测试系统及方法能够有效降低爆容试验温控的复杂度，简化试验流程，减少试验耗时，经过试用结果表明，该系统单次测试仅需2小时，较之前试验耗时降低75％，同时，本发明的基于升温法的爆容自动测试系统及方法还较高程度实现了爆容的自动化测试，起爆、气体置换、温度控制等危险环节均由计算机控制实现，提升了试验安全性，且本发明的基于升温法的爆容自动测试系统及方法中，还降低了试验人为参与程度，能够有效提升试验结果的一致性，试用结果表明，该系统测试结果平行度在3％以内，最后，本发明的基于升温法的爆容自动测试系统及方法具体采用计算机作为控制核心，以PCI板卡为通信和控制接口，可扩展性强，且具有系统编程方式简单且调试方便的优点。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于升温法的爆容自动测试方法，其特征在于，，所述方法基于升温法的爆容自动测试系统实现，所述系统包括爆炸容器、计算机、电子称量装置、气压测试装置、升温装置、气体置换装置、起爆装置；其中，所述电子称量装置、气压测试装置、升温装置、气体置换装置、起爆装置分别与计算机通信连接，所述爆炸容器用于盛装炸药，爆炸容器上设有两个物理接口，分别为气压测试接口及气体置换接口，气压测试装置与爆炸容器的气压测试接口连接，气体置换装置与爆炸容器的气体置换接口连接；

所述方法包括如下步骤：

A.通过电子称量装置称量试验用炸药的质量m；

B.将炸药与电爆管放入爆炸容器内，进行爆炸容器的装配使其密封，其中，电爆管的总爆容为V₂；

C.通过气体置换装置将爆炸容器抽真空至气压值为P₂；

D.通过起爆电源起爆电爆管进而引爆炸药；

E.通过升温装置将爆炸容器加热至温度t；

F.恒温m分钟；

G.通过气压测试装置在m分钟定时内对爆炸容器内的气体压力的测量判断爆炸容器内的气体压力是否达到平衡，若是则进入步骤H，否则，返回步骤F；其中，爆炸容器内的气体压力达到平衡时气压值为P₁；

H.计算机根据计算公式计算炸药的爆容值V，其中，计算爆容值V的计算公式为：

其中：V为试验炸药的爆容，单位：L/kg；V₁为炸药爆炸后的气体产物在标准状态下的体积，单位：L；V₂为电爆管爆炸后产生的气体产物在标准状态下的体积，单位：L；m为试验炸药的质量，单位：

g；

I.通过气体置换装置排出爆炸容器内的气体。

2.根据权利要求1所述的一种基于升温法的爆容自动测试方法，其特征在于，所述电子称量装置、气压测试装置、升温装置、气体置换装置、起爆装置分别通过PCI板卡与计算机互联。

3.根据权利要求2所述的一种基于升温法的爆容自动测试方法，其特征在于，所述电子称量装置、气压测试装置、升温装置通过通信板卡与计算机连接，所述气体置换装置、起爆装置通过开关量控制板卡与计算机连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于升温法的爆容自动测试方法，其特征在于，所述电子称量装置为带有通信功能的电子天平，电子称量装置用于称量炸药的质量，且电子称量装置与计算机通过主从通信方式进行通信。

5.根据权利要求1所述的一种基于升温法的爆容自动测试方法，其特征在于，所述气压测试装置为带有解析器的气体压力传感器，且所述解析器具备通信功能，气压测试装置用于通过气压测试接口测试爆炸后爆炸容器内的压力值。

6.根据权利要求1所述的一种基于升温法的爆容自动测试方法，其特征在于，所述升温装置为带温度控制器的电磁加热装置，升温装置用于在爆炸后加热爆炸容器。

7.根据权利要求1所述的一种基于升温法的爆容自动测试方法，其特征在于，所述气体置换装置包括电磁阀与真空泵，气体置换装置用于通过气体置换接口实现爆炸容器在爆容试验前后的气体置换。

8.根据权利要求1至7中任一所述的一种基于升温法的爆容自动测试方法，其特征在于，所述起爆装置包括起爆电源与电爆管，起爆装置用于引爆爆炸容器内的炸药。

9.根据权利要求1所述的一种基于升温法的爆容自动测试方法，其特征在于，所述步骤H中V₁的计算公式为：

其中：V₀为爆炸容器的体积，单位：L；

P₀为标准大气压，单位：MPa；

P₁为步骤G中气压测试装置测得的爆炸容器内的气体压力达到平衡时的气压，单位：MPa；

P₂为步骤C中气体置换装置将爆炸容器内腔抽至的气压值，单位：MPa，由气压测试装置测量；

t为步骤E中升温装置将爆炸容器加热至的温度，单位：℃。