CN114910511A - 一种用于测量含能材料点火温度的装置 - Google Patents

一种用于测量含能材料点火温度的装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114910511A
CN114910511A CN202210394767.1A CN202210394767A CN114910511A CN 114910511 A CN114910511 A CN 114910511A CN 202210394767 A CN202210394767 A CN 202210394767A CN 114910511 A CN114910511 A CN 114910511A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wire
temperature
platinum
resistance
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210394767.1A
Other languages
English (en)
Inventor
叶迎华
欧阳可儿
程健
王悦听
李福伟
张泽华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN202210394767.1A priority Critical patent/CN114910511A/zh
Publication of CN114910511A publication Critical patent/CN114910511A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/50—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating flash-point; by investigating explosibility
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

本发明属于含能材料领域，具体涉及一种用于测量含能材料点火温度的装置。包括恒流电源、光纤探头、示波器和燃烧室；燃烧室包括真空腔、设置在真空腔内的样品台和由恒流电源的正负极引出的两个电极；两个电极间连接引燃样品的电阻丝，样品涂附于电阻丝上，电阻丝的升温速率不低于105℃/s；示波器的电压探头与两电极并联，电流探头接入其中一个电极，光信号探头正对样品台上的样品。本发明能安全快速的测量含能材料的点火温度，结构简单，性能稳定可靠，在含能材料点火温度测试领域具有广泛的前景。

Description

一种用于测量含能材料点火温度的装置
技术领域
本发明属于含能材料领域，具体涉及一种用于测量含能材料点火温度的装置。
背景技术
在含能材料领域，关于其点火温度的测试研究已广泛开展，点火温度测试对于含能材料燃烧性能、安全性能研究具有重要意义。准确测量含能材料在不同条件下的点火温度,可为改善含能材料的点火特性、研究其点火机理提供实验依据。点火温度的确定还可以用于判断样品的反应活性，从而用于研究其燃烧时的传热传质过程。
目前用于测量含能材料点火温度的主要方式有温度计测温法、差热分析(DTA)方法、红外照相机以及测压与测温同步测试法测量推进剂的点火温度。其中，温度计测温法采用的耐热硬质玻璃试管，在测试过程中，含能材料可能会导致试管炸裂。并且在判断样品发火时，需要测试者观察样品是否发生燃烧或爆燃，然后再读取温度计的温度，但是在样品产生烟到出现火焰的过程难以肉眼进行判据，导致读取温度的误差；国内外较多利用差热分析(DTA)的方法进行点火温度测试，通过外推反应温度的值获得点火温度，该方法成熟稳定，但测试过程中受气氛因素、升温速率等影响较大；红外照相机虽然可以直接显示温度并且对发火过程进行记录，但是红外照相机只能适用于一些反应较慢的含能材料，如推进剂等，对于铝热剂这类反应迅速的含能材料，其发火只是一瞬间，红外照相机的帧率无法达到使用要求；测压与测温同步测试法在推进剂达到点火温度发生燃烧，产生气体时，定容燃烧器中压强骤然升高，测得的压强曲线中压强拐点对应测得的温度曲线中的温度即为测试样品的点火温度。该测试方法所判定的发火点较准确，但燃烧室装置复杂，而铝热剂点火温度测试样品少，可能会导致燃烧室内压强变化较小，从而导致拐点不明显无法判定发火点。
发明内容
本发明针对现有技术对含能材料发火点判定的存在误差的问题，提供了一种新的用于测量含能材料点火温度的装置，具有对含能材料发火点可以进行有效判定的优点。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于测量含能材料点火温度的装置，包括恒流电源、光纤探头、示波器和燃烧室；
燃烧室包括真空腔、设置在真空腔内的样品台和由恒流电源的正负极引出的两个电极；两个电极间连接引燃样品的电阻丝，样品涂附于电阻丝上，电阻丝的升温速率不低于105℃/s；
示波器的电压探头与两电极并联，电流探头接入其中一个电极，光信号探头正对样品台上的样品。
进一步的，电阻丝的材质为铂铑热电偶丝。
进一步的，铂铑热电偶丝的长度为8～12mm，直径为0.02～0.15mm，电阻值为0.10～0.25Ω。
进一步的，真空腔的材质为碳钢，真空度为10-5～10-7Pa。
进一步的，恒流电源的额定输出电流为5～7A，输出脉宽在10～12ms范围内可调。
进一步的，样品形貌为粉末状或油墨状，样品和电阻丝完全接触。
一种采用上述的装置测量含能材料点火温度的方法，包括如下步骤：
铂铑热电偶丝温度-电阻的关系为：
Rpt＝kTpt
式中，Rpt为铂铑丝电阻，Tpt为铂铑丝温度，k为电阻与温度的线性常数；
示波器采集铂铑热电偶丝通电发热过程中电流与电压随时间的变化关系，通过电流电压与电阻的关系式进行转化可得到铂铑丝电阻随时间的变化关系，其关系式为：
Figure BDA0003598353040000021
式中，Upt为铂铑丝电压，Ipt为铂铑丝电流；
光信号作为含能材料发火判据，对应温度时间变化曲线中该时刻的温度，即可得到含能材料点火温度为：
Figure BDA0003598353040000022
式中，Tign为含能材料发火温度，tign为含能材料发火时对应的时间。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)本发明利用铂铑热电偶丝良好的电热性能，可以达约105℃/s的升温速率，以及温度-电阻相关性，使其加热引燃附着的样品。通过光信号与电流电压同步测试手段，以及铂铑热电偶丝温度-电阻相关性计算得到对应发火温度。光信号的测量可以使发火点的判定在时间尺度上更为精确，可以更加安全快速的得到含能材料点火温度。
(2)本装置的真空腔还可以满足在设定真空度下测试的需求，对于今后先进含能材料点火温度测试有着广阔的前景。如测量用于调整微纳卫星飞行姿态的药剂点火温度时，在与其运行环境相同的真空度下进行测试会更加准确。
附图说明
图1为本发明所述用于测量含能材料点火温度的装置示意图。
图2为燃烧室示意图。
图3为实施例1光电信号、铂丝电阻、铂丝温度变化曲线。
图4为实施例2光电信号、铂丝电阻、铂丝温度变化曲线。
附图标记说明：
1—恒流电源，2—真空腔，3—样品台，4—电极，5—样品，6--铂热电偶丝，7—光信号探头，8—示波器，9—电流探头，10—电压探头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，一种用于测量含能材料点火温度的装置，包括恒流电源1、光纤探头、示波器8和燃烧室，燃烧室包括真空腔2、样品台3和电极4；样品台3在真空腔2内，并接有两根电极4，电极4间连接引燃样品的电阻丝，样品涂附于电阻丝上；恒流电源1的正负极分别连接两个电极，示波器8的电压探头10与两电极并联，电流探头9接入其中一个电极，光信号探头7正对样品台3上的样品。
恒流电源1的额定输出电流为5～7A，输出脉宽在10～12ms范围内可调。
两电极间用于引燃样品的点火电阻丝的材质为铂铑热电偶丝，型号为SPPL系列。
铂铑热电偶丝的长度为8～12mm，直径为0.02～0.15mm，其电阻值为0.10～0.25Ω。
真空腔2的材质为碳钢，真空度为10-5～10-7Pa。
铂铑热电偶丝具有良好的电热性能，可以达约105℃/s的升温速率，以及温度-电阻相关性，其温度-电阻的关系为：
Rpt＝kTpt
式中，Rpt为铂铑丝电阻，Tpt为铂铑丝温度，k为电阻与温度的线性常数。
恒流电源1给电极输入一恒定电流，示波器8采集铂铑热电偶丝通电发热过程中电流电压随时间的变化关系以及同步光信号，进而可得到铂铑丝电阻随时间的变化关系：
Figure BDA0003598353040000041
式中，Upt为铂铑丝电压，Ipt为铂铑丝电流。
根据铂铑丝温度-电阻的关系，换算得到含能材料点火过程温度时间变化关系：
Figure BDA0003598353040000042
光信号作为含能材料发火判据，对应温度时间变化曲线中该时刻的温度，即可得到含能材料点火温度：
Figure BDA0003598353040000043
式中，Tign为含能材料发火温度，tign为含能材料发火时对应的时间。
实施例1
在测试纳米Al/CuO点火温度的实验中，设定电源输出电流为6A，脉宽10ms，电能加载在铂铑热电偶丝上，由于铂铑热电偶丝具有非常良好的电热响应特性，可以达约105℃/s的升温速率，纳米铝热剂在铂铑热电偶丝加热的作用下发火，实验燃烧室示意图如图2所示，实验中典型的光电信号、铂丝电阻、铂丝温度变化曲线如图3所示。
光电信号起始点对应的铂丝温度即为纳米铝热剂的点火温度，测试得到纳米Al/CuO的点火温度为835.6℃。点火后，铂丝的温度突变以及后续的振荡，是由于纳米铝热剂剧烈燃烧，产生的高温高压气体产物将热能和动能反馈于铂丝，导致铂丝温度变化并出现振荡。
实施例2
在测试纳米Al/Bi2O3点火温度的实验中，设定电源输出电流为6A，脉宽10ms，电能加载在铂铑热电偶丝上，由于铂铑热电偶丝具有非常良好的电热响应特性，可以达约105℃/s的升温速率，纳米铝热剂在铂铑热电偶丝加热的作用下发火，实验中典型的光电信号、铂丝电阻、铂丝温度变化曲线如图4所示。
光电信号起始点对应的铂丝温度即为纳米铝热剂的点火温度，测试得到纳米Al/Bi2O3的点火温度为706.4℃。

Claims (7)

1.一种用于测量含能材料点火温度的装置，其特征在于，包括恒流电源、光纤探头、示波器和燃烧室；
燃烧室包括真空腔、设置在真空腔内的样品台和由恒流电源的正负极引出的两个电极；两个电极间连接引燃样品的电阻丝，样品涂附于电阻丝上，电阻丝的升温速率不低于105℃/s；
示波器的电压探头与两电极并联，电流探头接入其中一个电极，光信号探头正对样品台上的样品。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，电阻丝的材质为铂铑热电偶丝。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，铂铑热电偶丝的长度为8～12mm，直径为0.02～0.15mm，电阻值为0.10～0.25Ω。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，真空腔的材质为碳钢，真空度为10-5～10- 7Pa。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，恒流电源的额定输出电流为5～7A，输出脉宽在10～12ms范围内可调。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，样品形貌为粉末状或油墨状，样品和电阻丝完全接触。
7.一种采用权利要求1-6任一项所述的装置测量含能材料点火温度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
铂铑热电偶丝温度-电阻的关系为：
Rpt＝kTpt
式中，Rpt为铂铑丝电阻，Tpt为铂铑丝温度，k为电阻与温度的线性常数；
示波器采集铂铑热电偶丝通电发热过程中电流与电压随时间的变化关系，通过电流电压与电阻的关系式进行转化可得到铂铑丝电阻随时间的变化关系，其关系式为：
Figure FDA0003598353030000011
式中，Upt为铂铑丝电压，Ipt为铂铑丝电流；
光信号作为含能材料发火判据，对应温度时间变化曲线中该时刻的温度，即可得到含能材料点火温度为：
Figure FDA0003598353030000021
式中，Tign为含能材料发火温度，tign为含能材料发火时对应的时间。
CN202210394767.1A 2022-04-15 2022-04-15 一种用于测量含能材料点火温度的装置 Pending CN114910511A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210394767.1A CN114910511A (zh) 2022-04-15 2022-04-15 一种用于测量含能材料点火温度的装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210394767.1A CN114910511A (zh) 2022-04-15 2022-04-15 一种用于测量含能材料点火温度的装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114910511A true CN114910511A (zh) 2022-08-16

Family

ID=82764663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210394767.1A Pending CN114910511A (zh) 2022-04-15 2022-04-15 一种用于测量含能材料点火温度的装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114910511A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112034004B (zh) 一种测试镁合金燃烧风险性的试验系统与方法
CN201156037Y (zh) 烟火药燃爆性能检测仪
JP6107382B2 (ja) 固体燃料の評価方法
CN112858381B (zh) 高速飞行器发动机用隔热材料的隔热性能试验装置及试验方法
CN114217007B (zh) 一种基于锥形量热仪的外焰点火平台
CN201607417U (zh) 一种测量火药点火温度的装置
CN103091364B (zh) 一种火工药剂高温环境适应性试验方法
CN114047225A (zh) 一种基于温度、热流分布测量非炭化材料燃烧行为的测量装置及测试方法
CN113686920A (zh) 一种适用于固体推进剂悬浮燃烧的实验装置及方法
CN207248805U (zh) 粉尘燃烧危险性的分级装置
CN102252344B (zh) 新型实验用点火测温装置
CN114910511A (zh) 一种用于测量含能材料点火温度的装置
CN111795762B (zh) 一种热流计动态特性校准装置及方法
CN212159721U (zh) 固体推进剂点火燃烧过程精准测量装置
CN110988033B (zh) 一种离子液体自燃测温装置
CN114755265A (zh) 一种用于热防护材料选型的隔热性能测试装置及测试方法
CN211627272U (zh) 一种固体燃料的燃烧质量特性测试装置
CN109709144B (zh) 一种改进型固体燃烧速率测试装置及测试方法
CN110823753A (zh) 一种固体燃料的燃烧质量特性测试装置及其评价方法
CN102590547B (zh) 一种卷烟纸阴燃速率的测量方法及装置
Lee et al. Improved diagnostics for determination of minimum explosive concentration, ignition energy and ignition temperature of dusts
CN206573481U (zh) 一种基于熔融拉锥型光纤耦合器氢气传感器
CN112834565B (zh) 一种用于小型量热仪的微型氧弹
CN114922691B (zh) 一种用于煤矿爆炸环境下的煤体引燃条件测试装置
CN116994665B (zh) 激波管高温层流火焰速度实验工况设计方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination