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引燃型发火组件输出测试方法及技巧

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:8.4.3.3 压电法测试步骤1. 试验器件选择1)密闭爆发器选择密闭爆发器主要模拟实际使用时的自由容积,其大小一般是根据总体对火工品的要求而定。

引燃型发火组件输出测试方法及技巧

以做功形式输出的火工品有点火和动力源两类,如底火、点火具、作动器、压力药筒、抛放弹等。这些火工品是利用其内部装填的火药或烟火药的燃烧所产生的高温、高压气体来实现点火或推动活塞的目的。衡量这类火工品的输出能力是测量其输出气体产物的压力随时间变化的曲线,简称P-t曲线,比较成熟的测量方法有压电法和应变法两种。

密闭爆发器是测量P-t曲线必备装置,它是一个小型的压力容器,其功能是接收火工品输出的燃烧产物气体,并将气体压力传递给压力计。本节将以压电法为例进行介绍。

8.4.3.1 压电法测试原理

测试原理:对装在密闭爆发器内的火工品施加规定的激发能量,火工品发火后产生的气体压力作用在压力传感器上,使其产生一个和压力变化相对应的电信号,经电荷放大器放大后,由记录系统处理给出曲线。利用计算机对时间曲线进行处理,获得以下特征数据:

最大压力pm;最大压力上升时间tm;压力上升速率:(dp/dt)m=pm/tm

8.4.3.2 压电法测试系统

测试系统一般由发火触发同步装置、密闭爆发器、压力传感器、电荷放大器、数字记忆示波器和计算机处理系统组成(图8.55)[37]

8.4.3.3 压电法测试步骤

1. 试验器件选择

1)密闭爆发器选择

密闭爆发器主要模拟实际使用时的自由容积,其大小一般是根据总体对火工品的要求而定。对小药量、高燃速、压力持续时间短的火工品通常对应的密闭爆发器容腔较小;对大药量、燃速低、压力持续时间长的火工品通常对应的密闭爆发器容腔较大。

2)传感器选择

传感器将待测非电物理量转换为电信号。对于瞬发度高(作用时间一般为10 ms)的小型点火具、点火器、电爆管、压力药筒和动力源火工品而言,压力作用时间和峰值上升时间较短,压力峰值较大,要求测试系统必须频带宽,不受温度影响,抗干扰性强。所以,应选择容积较小的密闭爆发器和以谐振频率较高的压电晶体式压力传感器构成的测试系统(频率大于150 kHz),从而保证系统对输出压力的变化速率反应快、灵敏度高。而对体积较大的点火具和动力源火工品,压力作用时间和峰值上升时间较长,压力峰值相对较小,因此,应选择容积较大密闭爆发器和谐振频率不高(频率大于20 kHz)、价格便宜的应变压力传感器构成的测试系统,这样可使P-t曲线稳定、平滑、波动小。

3)信号调节与处理器的选择[38]

放大器将转换的电信号放大。从传感器输出的信号较小,通常在毫伏或毫安级,或者是不便于直接记录的电参量。实际测量时,传感器的输出与环境噪声混杂在一起,微弱信号既不能被后续的数据采集系统直接采样,也不能直接驱动记录仪表。调节与处理是指将信号进行电学处理,调整至能被数据采集器接收,或能驱动记录设备的信号。信号调理是对信号起增益作用,对噪声干扰起抑制作用,信噪比是它的一项重要指标。信号调理不仅包含线性放大,还包含特定要求的滤波。测试系统选择的信号调理器应与传感器匹配:如果选择应变式或压阻式传感器,则应选择动态电阻应变仪(频率大于50 kHz);如果选用压电式传感器,则应选择电荷放大器(频率大于200 kHz)。

图8.55 火工品输出气体压力测试系统框图(www.xing528.com)

为保证数据采集信号不失真,A/D数据采集板的选择应满足:① 信号为周期性信号,采用并行采集方式时,采集板的工作频率Fs≥20Fx(Fx为被测信号频率);采用串行采集方式时,Fs≥20×n×Fx(n为采集板的工作通道数)。② 信号为非周期性信号,并行采集方式时,Fx≥1 000 Hz;串行采集方式时,Fs≥1 000×n。

2. 安装调试测试系统

(1) 将压力传感器与密闭爆发器用螺纹连接紧密;将传感器的输出端接到电荷放大器的电荷输入端;接好示波器与计算机之间的数据通信电缆

(2) 按压力传感器的灵敏度调试电荷放大器的归一化旋钮,选择适当的电压灵敏度(mV/MPa);依据预计的输出电压波形调节示波器的量程和采样速率。

(3) 安装火工品:将火工品与密闭爆发器做密封连接,使火工品输出引线与发火触发同步装置接通。

(4) 启动发火触发同步装置,完成动态信号采集、存储和处理。

(5) 清洗传感器和密闭爆发器。

(6) 重复步骤(3)~(5),每组样品至少测试3次,完成一组样品的测试。

8.4.3.4 压电法数据处理

对一组试样的P-t曲线进行计算机处理,得出最大压力pm和最大压力上升时间tm。根据结果计算得到平均最大压力值 、最大压力标准偏差Spm、平均最大压力上升时间及其标准偏差以及平均压力上升速率:

8.4.3.5 误差分析

下面就压力的测试误差做一个分析。由测试系统的原理可知,压力的转换关系为

式中,K1为传感器灵敏度(pC/MPa);K2为电荷放大器灵敏度(mV/pC);K3为示波器灵敏度(mV/div);div为压力点在示波器的读数。

根据相对误差原理,压力测量的相对误差为

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