CN113295060A - 一种无人值守式真空安定性试验测试设备、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人值守式真空安定性试验测试设备、系统及方法，其中测试设备包括：温控箱、安装在温控箱上的壳体、位于壳体内的加热部件、位于加热部件内设置的均热块，均热块上设置有至少一个容置腔，保温盖体组件盖合于容置腔顶部，温度传感器、气体压力传感器、试管套筒位于容置腔内，试管套筒中部设置有放置反应试管的通孔，气体压力传感器与反应试管之间通过三通管件连接，三通管件另一端连接负压管路，温控箱与所述加热部件电连接。测试系统包括真空泵、测试仪、上位机以及上述测试设备。本发明使安定性试验变得简单、方便，大大降低了安全风险，节约了人力资源。
Description
技术领域
本发明涉及武器用炸药热性能检测技术领域，尤其涉及一种无人值守式真空安定性试验测试设备、系统及方法。
背景技术
炸药的安定性与相容性直接关系着存储、运输和使用安全，而存储条件又会直接影响炸药的安定性、相容性。炸药的热安定性、相容性对炸药的制造、存储和使用都具有重要的实际意义，它是评定炸药能否正常使用的重要性能之一。不论在军事上还是在民用上都要求炸药具有良好的热安定性和较低的热感度。因此测定和研究炸药特别是武器用型号炸药的热安定与相容性性能与温度的依赖关系就显得特别重要，它决定了型号炸药的理论存储寿命有效期是否可满足武器炸药的作战应用需求。
武器用炸药特别是各种高能钝感炸药、耐热炸药的贮存寿命试验不仅周期漫长(一次试验需要2个月至半年甚至是1年时间)，且试验本身带有爆炸或爆燃风险。常规的试验测试方法不仅检测效率低、安全风险高且会耗掉大量人力。
发明内容
本发明提供了一种无人值守式真空安定性试验测试设备、系统及方法，以解决现有技术中武器用炸药特别是各种高能钝感炸药、耐热炸药的贮存寿命试验不仅周期漫长，且试验本身带有爆炸或爆燃风险，常规的试验测试方法不仅检测效率低、安全风险高且会耗掉大量人力的问题。
本发明采用的技术方案是：提供一种无人值守式真空安定性试验测试设备，所述测试设备包括：
温控箱；
安装在所述温控箱上的壳体；
位于所述壳体内的加热部件；
位于所述加热部件内设置的均热块，所述均热块上设置有至少一个容置腔；
盖合于所述容置腔顶部的保温盖体组件；
位于所述容置腔内的温度传感器、气体压力传感器、试管套筒，所述试管套筒中部设置有通孔，所述通孔内放置有反应试管；
所述气体压力传感器与所述反应试管之间通过三通管件连接，所述三通管件另一端连接负压管路，所述温控箱与所述加热部件电连接。
优选地，所述均热块上设置有四个容置腔。
优选地，所述均热块内还设置有水银温度计。
优选地，所述壳体设置有真空层。
本发明还提供一种无人值守式真空安定性试验测试系统，包括：上述的测试设备；
真空泵，所述真空泵通过管路与所述三通管件相连；
测试仪，所述测试仪与所述气体压力传感器、温度传感器、温控箱相连接；
上位机，所述上位机与所述测试仪电连接，所述上位机上安装有测试软件以及数据分析模块。
优选地，还包括远程控制计算机，所述远程控制计算机通过通信模块与所述上位机通信连接。
优选地，所述测试仪上还安装有超温超压安全联锁电路。
优选地，所述温控箱内安装有加热和恒温控制模块、2路温度监测模块、超温超压自动断电模块、现场声光报警模块和远程电话报警通讯模块。
本发明还提供一种无人值守式真空安定性试验测试方法，所述测试方法基于上述的测试系统，所述测试方法包括：
试样准备：将试样放置在真空烘箱内连续抽真空烘干，以排除水分和挥发水分的影响；
秤样：根据实验对试样进行称量，如果为单质试样则直接称量，如果为混合试样，则需将两种试样按照一定比例混合；
装样：将称量好的单质试样或混合试样置于反应试管内，再一同置于测试设备的反应套筒内，装配好保温盖体组件；
抽真空：对装有样品的反应试管抽真空，利用测试软件在线自动检测反应器内部空间的密封性及所处的真空状态；
选择所需测试设备数量：根据测试样品数量，选择测试设备数量；
加热温度：根据试样测试目的，设置测试设备的加热温度；
实验条件选择：如果试样需要在动态温度条件下进行试样热分解检测，则直接将抽真空后的反应试管放置在测试设备中，再打开温控箱的加热开关进行实验；如果实验需要恒温加热检测，则先将加热部件加热到所需温度并恒温后，再将已处于真空状态的反应试管放置在加热部件内进行实验；
在测试软件中，事先输入实验参数；
设置报警、自动断电条件：在测试软件中，设置超温、超压的上限值；
开始实验：根据实验需要，打开软件中的设备开关，在测试软件中设置实验开始时间，根据测试项目确定加热时间；
利用测试软件实时在线检测含能材料在恒温加热状态下的热分解气体放气量或者经历室温到预设环境温度下试样的热分解气体放气量；
实验数据的处理方法采用相应的数学模型进行处理；
根据实验获取的气体放气量值确定试样的真空安定性、相容性、热分解动力学研究和/或贮存寿命预估实验数据；
分解反应动力学参数推算：计算出分解反应动力学的基本参数活化能和指前因子；
理论贮存寿命年限推算：分析出样品在不同温度条件下分解深度达x％时的理论储存寿命年限。
本发明的有益效果是：
1)本发明使安定性试验变得简单、方便。试验人员只需将样品放置在反应试管中，并点击几个按钮开关，剩下的所有工作将由系统自动完成，无需人工操作、分析、计算，不仅提高了试验检测效率，降低了安全风险，节约了人力资源，同时它也为试验人员提供了一个安全舒适的工作环境。更重要的是试验人员可实时在线掌握试验进展情况及样品分解情况。
2)本发明具备多个测试设备集中采集、监测、自动控制、变频采样、释气量计算分析、热分解动力学活化能(Ea)和指前因子(A)计算分析以及理论存储预估寿命年限在线计算分析等功能。
附图说明
图1为本发明公开的无人值守式真空安定性试验测试设备的结构示意图。
图2为本发明公开的反应试管、三通管件、气体压力传感器之间的连接关系示意图。
图3为本发明公开的无人值守式真空安定性试验测试系统的结构示意图。
附图标记：1、测试设备；11、温控箱；12、加热部件；13、保温盖体组件；14、气体压力传感器；15、容置腔；16、试管套筒；17、反应试管；18、温度传感器；19、温度计；110、壳体；111、均热块；2、真空泵；3、测试仪；4、上位机；5、通信模块；6、远程控制计算机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
应当理解，本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公开的范围在此方面不受限制。
实施例1：
参见图1，本实施例提供一种无人值守式真空安定性试验测试设备，该测试设备1包括：温控箱11、加热部件12、保温盖体组件13、气体压力传感器14、试管套筒16、反应试管17、温度传感器18、壳体110、均热块111。
壳体110安装在温控箱11的顶部，壳体110内的设置有加热部件12，本实施例中该加热部件12为电阻丝。电阻丝与温控箱11电连接，温控箱用于控制电阻丝功率的大小。加热部件12内设置的均热块111，均热块111为铝材质。均热块111上设置有至少一个容置腔15，在本实施例中，一个均热块111上设置有四个容置腔15，容置腔15呈圆柱体状。容置腔15内放置有圆柱状的试管套筒16，试管套筒16中部设置有能够放置反应试管17的通孔。容置腔15的顶部盖合有保温盖体组件13，保温盖体组件13的中部还设置有用于放置气体压力传感器14的通孔，气体压力传感器14与反应试管17之间通过三通管件连接，三通管件的另一端连接有负压管道(参见图2)，负压管道用以给反应试管17内的试样进行抽真空。气体压力传感器14非检测端外表面全部裸露在大气中，避免超高温损坏。加热部件12和均热块111上还设置有用于安装温度传感器18的通孔，从而使得温度传感器18的探头端位于容置腔15内。
具体的，均热块111的中部还设置有放置水银温度计19的通孔，水银温度计19具有水银的一端插入通孔内，水银温度计19的精度比温度传感器18的精度高，因此，设置水银温度计19有利于工作人员进行检验和对比测试设备1的精度。
壳体110设置有真空层，该真空层能有效防止壳体110过热，从而保护测试设备1以及工作人员的安全。
实施例2
参见图3，本实施例提供一种无人值守式真空安定性试验测试系统，该测试系统包括：真空泵2、测试仪3、上位机4，以及至少一个如实施例1所述的测试设备1。
在本实施例中测试设备1共有五个，真空泵2通过管路与三通管件相连，进而给反应试管内的样品进行抽真空，该管路从保温盖体组件13穿过进入容置腔15内。
测试仪3与气体压力传感器14采用68针专用电缆通信，温度传感器18通过USB信号线通信。上位机4与测试仪3采用通信线路连接，上位机4上安装有测试软件以及数据分析模块，测试仪3和上位机4主要实现反应试管气压信号、加热的温度信号捕获和信号传输。温控箱11与测试仪3之间通过航空插头实现信号通信连接和电连接，从而使得测试仪3检测到超温后切断温控箱11的电源。上述测试软件用于实时检测或间隔时间采集数据、监测数据、存储数据、自动发布控制命令、自动校准等，数据分析模块用于实现热分解反应动力学基本参数活化能(Ea)和指前因子(A)自动计算、分析功能，炸药预估存储寿命年限自动计算、分析功能等。
由于测试仪3和上位机4大都安装在实验室内，为了达到远程操控的目的，本实施例还包括远程控制计算机6，远程控制计算机6通过通信模块5与上位机4通信连接。
测试仪3上还安装有超温超压安全联锁电路，温控箱11上面安装有三个温控表，一个温控表用于加热和恒温控制，另两个温控表用于安全监测，此外还安装有，超温超压自动断电模块、现场声光报警模块和远程电话报警通讯模块，配合相应的安全连锁电路实现超温试验装置自动断电、现场声光报警、远程电话报警使用，从而使测试系统具备三重安全连锁全自动应急处理功能，保证测试系统的安全运行。
测试软件通过每套测试设备的4路气压信号和1路温度信号进行判断，当任意测试设备1超温或超压时，测试软件将立刻触发相关安全联锁电路，自动切断测试设备1的加热电源，同时测试仪3进行现场声光报警和远程电话报警，提醒实验人员测试设备1出现超温或超压情况。
实施例3
本实施例提供一种无人值守式真空安定性试验测试方法，所述测试方法基于实施例2所述的测试系统，该测试方法包括：
步骤1：试样准备：将试样放置在真空烘箱内连续抽真空烘干，以排除水分和挥发水分的影响。
步骤2：秤样：根据实验对试样进行称量，如果为单质试样则直接称量，如果为混合试样，则需将两种试样按照一定比例混合。
步骤3：装样：将称量好的单质试样或混合试样置于反应试管内，再一同置于测试设备的反应套筒内，装配好保温盖体组件。
步骤4：抽真空：对装有样品的反应试管抽真空，利用测试软件在线自动检测反应器内部空间的密封性及所处的真空状态。
步骤5：选择所需测试设备数量：根据测试样品数量，选择测试设备数量。
步骤6：加热温度：根据试样测试目的，设置测试设备的加热温度。
步骤7：实验条件选择：如果试样需要在动态温度条件下进行试样热分解检测，则直接将抽真空后的反应试管放置在测试设备中，再打开温控箱的加热开关进行实验；如果实验需要恒温加热检测，则先将加热部件加热到所需温度并恒温后，再将已处于真空状态的反应试管放置在加热部件内进行实验。
步骤8：在测试软件中，事先输入实验参数。
步骤9：设置报警、自动断电条件：在测试软件中，设置超温、超压的上限值。
步骤10：开始实验：根据实验需要，打开软件中的设备开关，在测试软件中设置实验开始时间，根据测试项目确定加热时间(安定性和相容性测试为48h,反应动力学测试为1～6个月)。
步骤11：利用测试软件实时在线检测炸药、火药、火工药剂等含能材料在恒温加热状态下的热分解气体放气量或者经历室温到预设环境温度下试样的热分解气体放气量。
步骤12：实验数据的处理方法采用数学模型进行处理，本套测试系统主要应用于动态真空安定性、相容性试验、热分解动力学研究以及贮存寿命预估实验测试使用，同时，它也可直接应用于静态真空安定性、相容性试验测试使用。如其中动态真空安定性试验计算公式如下：
单质放气量计算的数学模型：
式中：VH—试样分解的气体在标准状态下的体积，ml；
2.69—标准状态下温度与压力的比值，K/kPa；
V—加热试管容积，ml；
P—试样释放的气体压力，kPa；
m—试样的质量，g；
ρ—试样密度，g/cm3；
t—实验室环境温度，℃。
混合试样相容性放气量计算的数学模型：
式中：VH—试样分解的气体在标准状态下的体积，ml；
2.69—标准状态下温度与压力的比值，K/kPa；
V—加热试管容积，ml；
P—试样释放的气体压力，kPa；
m1—试样1的质量，g；
ρ1—试样1密度，g/cm3；
m2—试样2的质量，g；
ρ2—试样2的密度，g/cm3；
t—实验室环境温度，℃。
静态真空安定性计算公式如下：
VH＝2.69×10-3PT(V0-VG)
式中：VH—试样在标准状态下释放的气体体积(简称放气量)，ml；
2.69×10-3—标准状态下温度与压力的比值，K/Pa；
P—试样释放的气体压力，Pa；
V0—反应器容积和测压连接管路容积之和，ml；
VG—试样体积(质量除以真密度)，ml；
T—实验室温度，K。
相容性计算公式如下：
R＝VC-(VA+VB)
式中：R—反应净增放气量，ml；
VC—混合试样放气量，ml；
VA—含能材料试样放气量，ml；
VB—接触材料放气量，ml；
式中的VC、VA、VB分别按标准状态下释放气体体积的计算公式计算。
步骤13：根据实验获取的气体放气量值确定相应试样的真空安定性、相容性等，
安定性认定标准：每克含能材料试样放气量不大于2ml,安定性合格；
相容性认定标准：R<3.0ml,相容；
R处于3.0-5.0ml,中等反应；
R>5.0ml,不相容。
步骤14：分解反应动力学参数推算：利用测试系统中的相关数据分析模块，可自动计算出分解反应动力学的基本参数活化能(Ea)和指前因子(A)。
步骤15：理论贮存寿命年限推算：利用测试系统中相关数据分析模块，分析出样品在不同温度条件下分解深度达x％时的理论贮存寿命年限。
上述测试软件间隔时间自动采集、在线记录、存储数据，所述数据分析模块自动同步计算、分析、统计数据，从而整个过程无需人工统计，反应开始后也不需要人员在现场进行操作，极大的降低了人工的操作强度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种无人值守式真空安定性试验测试设备，其特征在于，所述测试设备包括：
温控箱；
安装在所述温控箱上的壳体；
位于所述壳体内的加热部件；
位于所述加热部件内设置的均热块，所述均热块上设置有至少一个容置腔；
盖合于所述容置腔顶部的保温盖体组件；
位于所述容置腔内的温度传感器、气体压力传感器、试管套筒，所述试管套筒中部设置有通孔，该通孔内放置有反应试管；
所述气体压力传感器与所述反应试管之间通过三通管件连接，所述三通管件另一端连接负压管路，所述温控箱与所述加热部件电连接。
2.根据权利要求1所述的无人值守式真空安定性试验测试设备，其特征在于，所述均热块上设置有四个容置腔。
3.根据权利要求2所述的无人值守式真空安定性试验测试设备，其特征在于，所述均热块内还设置有水银温度计。
4.根据权利要求2所述的无人值守式真空安定性试验测试设备，其特征在于，所述壳体设置有真空层。
5.一种无人值守式真空安定性试验测试系统，其特征在于，包括：至少一个如权利要求1-4任意一项所述的测试设备；
真空泵，所述真空泵通过管路与所述三通管件相连；
测试仪，所述测试仪与所述气体压力传感器、温度传感器、温控箱相连接；
上位机，所述上位机与所述测试仪电连接，所述上位机上安装有测试软件以及数据分析模块。
6.根据权利要求5所述的无人值守式真空安定性试验测试系统，其特征在于，还包括远程控制计算机，所述远程控制计算机通过通信模块与所述上位机通信连接。
7.根据权利要求6所述的无人值守式真空安定性试验测试系统，其特征在于，所述测试仪上还安装有超温超压安全联锁电路。
8.根据权利要求7所述的无人值守式真空安定性试验测试系统，其特征在于，所述温控箱内安装有加热和恒温控制模块、2路温度监测模块、超温超压自动断电模块、现场声光报警模块和远程电话报警通讯模块。
9.一种无人值守式真空安定性试验测试方法，其特征在于，所述测试方法基于权利要求5-8中任意一项所述的测试系统，所述测试方法包括：
试样准备：将试样放置在真空烘箱内连续抽真空烘干，以排除水分和挥发水分的影响；
秤样：根据实验对试样进行称量，如果为单质试样则直接称量，如果为混合试样，则需将两种试样按照一定比例混合；
装样：将称量好的单质试样或混合试样置于反应试管内，再一同置于测试设备的反应套筒内，装配好保温盖体组件；
抽真空：对装有样品的反应试管抽真空，利用测试软件在线自动检测反应器内部空间的密封性及所处的真空状态；
选择所需测试设备数量：根据测试样品数量，选择测试设备数量；
加热温度：根据试样测试目的，设置测试设备的加热温度；
实验条件选择：如果试样需要在动态温度条件下进行试样热分解检测，则直接将抽真空后的反应试管放置在测试设备中，再打开温控箱的加热开关进行实验；如果实验需要恒温加热检测，则先将加热部件加热到所需温度并恒温后，再将已处于真空状态的反应试管放置在加热部件内进行实验；
在测试软件中，事先输入实验参数；
设置报警、自动断电条件：在测试软件中，设置超温、超压的上限值；
开始实验：根据实验需要，打开软件中的设备开关，在测试软件中设置实验开始时间，根据测试项目确定加热时间；
利用测试软件实时在线检测含能材料在恒温加热状态下的热分解气体放气量或者经历室温到预设环境温度下试样的热分解气体放气量；
实验数据的处理方法采用相应的数学模型进行处理；
根据实验获取的气体放气量值确定试样的真空安定性、相容性、热分解动力学研究和/或贮存寿命预估实验数据；
分解反应动力学参数推算：计算出分解反应动力学的基本参数活化能和指前因子；
理论贮存寿命年限推算：分析出样品在不同温度条件下分解深度达x％时的理论储存寿命年限。
10.根据权利要求9所述的无人值守式真空安定性试验测试方法，其特征在于，所述测试软件间隔时间自动采集、在线记录、存储数据，所述数据分析模块自动同步计算、分析、统计数据。
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