SCB发火组件发火实验详解

本节实验主要包括临界发火电流实验、临界发火电压实验和发火时间实验三个部分，下面分别进行介绍。

4.3.2.1 临界发火电流实验

1. 实验样品

为了研究不同尺寸的SCB换能元对临界发火电流的影响，本次实验选择了4种不同的SCB换能元，具体参数如表4.16所示。实验所用的药剂为南京理工大学研制的细化中性斯蒂芬酸铅（LTNR）和叠氮化铅（PbN6），如图4.23所示，装药方式采用两层压装的方式，首先将PbN6装到管壳中，然后将LTNR覆盖在PbN6上面，最后再把SCB换能元装到管壳中。装药参数如表4.17所示，SCB发火组件的结构示意图如图4.24所示。

表4.16　SCB换能元参数

图4.23　实验样品

图4.24　SCB发火组件结构示意图

表4.17　SCB装药参数

2. 实验方法

实验方法采用D-最优化法，实验所用设备、测试电路图和实验步骤同3.1.2.1节。

3. 实验结果

本次实验把看到火花、听到响亮的“啪”的一声以及示波器上电流信号突然降低为“0”这三个条件作为SCB发火件发火的判据。按照这个标准，用D-最优化法测试出实验所用的4种SCB发火件的临界发火电流ˆ0μ和标准误差ˆ0σ，然后按照正态分布模型计算出99.9%发火电流（本书中定义为全发火电流）和0.1%发火电流（本书中定义为安全电流），结果如表4.18所示。

表4.18　SCB发火件的临界发火电流实验值

用式（4-25）计算实验所用的4种样品的临界发火电流的理论值，并将理论计算值与实验值进行对比，结果如表4.20所示，计算中用到的药剂参数如表4.1所示，其他参数如表4.19所示。

表4.19　硅的物化参数

表4.20　SCB发火件的临界发火电流实验值与理论值对比

续表

从表4.20中的2#～4#样品实验值与理论计算值的对比可以看出，两者的误差均在15%以内，说明用式（4-25）和本章定义的恒流激励时发火条件的判据来计算大桥的临界发火电流是可行的。为了验证本章定义的恒流激励时发火条件的判据对微型桥是否适用，本书还验证了文献［10］中的4种微型桥的临界发火电流值，结果如表4.19中的5#～8#。从偏差值可以看出，用本章给出的临界发火电流的理论计算公式和发火判据来计算SCB发火件的临界发火电流是比较合理的。这样就可以将式（4-25）作为设计满足某一临界发火电流的SCB发火件的理论依据。(www.xing528.com)

4.3.2.2 临界发火电压实验

1. 实验样品和方法

实验样品同4.3.2.1节，实验方法采用D-最优化法，实验设备、实验电路图和实验步骤同3.1.2.2节。

2. 实验结果

本实验按照D-最优化法程序对4种SCB发火件在10 μF储能电容放电激励时的临界发火电压进行测试，每种样品的样本量为15发，得出不同SCB的50%发火电压ˆ0μ和标准误差，然后按照正态分布模型计算99.9%发火电压（全发火电压）和0.1%发火电压（全不发火电压），实验结果如表4.21所示。

表4.21　SCB发火件临界发火电压实验值

通过对实验现象的分析得知1#、2#和4#样品中发火的发火件都是桥先爆发，而后引起的药剂发火，也就是说发火方式为电爆发火，而3#样品中发火的发火件都是药剂先发火而后桥才爆发，表明发火方式为电热发火。另外，1#样品的标准偏差为0.61 V，偏差较大，这是由于1#桥片尺寸较小，加工出来样品的分布较大，造成样品一致性不好，所以在后续的工作中应该重新加工一批一致性较好的桥片，重新进行实验。

利用电热发火电压的计算方法计算3#样品的临界发火电压，其中放电电容为10 μF，药剂发火层厚度取3%的药剂粒度，然后利用式（4-30）电爆发火的临界发火电压公式计算1#、2#和4#样品的临界发火电压，并将理论计算值与实验值进行对比，结果如表4.22所示。

表4.22　SCB发火件临界发火电压实验值与理论值对比

从表4.22可以看出，不管SCB发火件的发火方式是电热还是电爆，计算出来的临界发火电压的理论值与实验值的误差都在15%以内，两者的一致性还是比较好的，所以利用这个理论来设计满足某一发火电压的SCB发火件是可行的。

4.3.2.3 发火时间实验

1. 实验样品和方法

实验样品同上，实验设备除了3.1.2.2节所列的设备外，还包括一根光电靶，用于记录发火时间。发火时间是指从能量输入到SCB开始，到发火件中的发火装药输出火焰，也就是光电靶探测到光信号时为止的这段时间。具体的实验电路图如图4.25所示，实验基本步骤同3.1.2.2节。

图4.25　电容放电激励下SCB发火时间测试电路图

a，b—开关
1—电容；2—换能●（SCB）；3—电流探头；4—光电探头；5—示波器；6—电压探头

2. 实验结果

本次实验将从放电开始到示波器上的光信号出现下降趋势为止的这段时间作为发火件的发火时间，不同激励电压下，SCB/LTNR/PbN6的发火时间如表4.23和图4.26所示。

图4.26　发火时间曲线

（a）1#发火件发火时间曲线；（b）2#发火件发火时间曲线；（c）3#发火件发火时间曲线；（d）4#发火件发火时间曲线

由图4.26可以看出，发火时间随着刺激电压的增大而缩短，而且缩短的速率逐渐减小，最终趋于一个稳定值。将表4.23中的发火时间与文献［10］中MSCB/LTNR的发火时间相比可以发现，本书中的发火时间要短很多。这是因为两者的装药不同，本书中选择的是LTNR/PbN6的两层装药，其中LTNR只有4 mg，PbN6有16 mg，而文献［10］中的装药为20 mg纯LTNR。PbN6容易发生燃烧转爆轰（DDT），但是发火能量却很高，而LTNR虽然比较容易发火，但是却很难达到爆轰水平，而本书利用LTNR的容易发火和PbN6燃烧转爆轰的速度以及爆速快的特点，选择LTNR/PbN6的两层装药形式就同时解决了发火时间和发火能量这两个相互矛盾的问题。

表4.23　SCB发火时间实验数据