热电偶法测量硅系延期药燃烧温度的研究

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延期药是指以氧化剂和还原剂为基药，添加有少量燃速调整剂及其它添加物的、具有稳定燃速的火工药剂。其中，硅系延期药由于燃烧速度快、作用稳定、价格低廉而广泛应用于毫秒延期xx中 ]。关于延期药燃烧温度的测定，有直接接触测温法，如文献[34]中使用热电偶方法；有间接测量法，如文献[5]中使用红外测温仪测量延期药燃烧温度；文献[6]中使用改进型钠谱翻转法和原子发射光谱双谱线法。

本研究采用自制贵金属热电偶 ，模拟单芯延期体的作用形式，研究测量硅系延期药燃烧温度的方法。研究结果为测量延期药剂燃烧性能提供-种新的参考，有助于完善硅系延期药的燃烧理论，提高延期xx的精度。

1 实验系统本实验系统由两大部分组成。实验样品：用于模拟单芯延期体的钢管、硅系延期药；测温系统：贵金属热电偶、电荷放大器、起爆器及用于固定实验系统的实验平台。

1.1 测温系统1.1.1 热电偶及选型依据热电偶是指以热电效应理论为基础的测量温度的传感器，其测试原理如图 1～两种不同金属导体的两端焊接在-起，与电荷放大器组成-个完整的闭合回路，当两焊接点温度与室温产生温差时，在两种导体组成的热电偶回路中就会产生电动势和热电流；两个接点，-个作为工作端或称为热端( )，另-个作为 自由端或称为冷端(7"0)。回路中产生4 ·- O电位差计O自晶端图 1 热电偶测试原理图Fig.1 Principle chart for the measurementof the thermoeouple的电动势称为热电势，由接触电势和温差电势组成，主要以接触电势为主。使用测量仪表配合热电偶，测出其回路中的热电动势，即可得到被测对象的温度。

实验中选取高响应频率、高温适用型贵金属热电偶，如铂铑合金型。根据偶丝成分及适用范围分为3种类型，如表 1所示。

表 1 高温适用型贵金属热电偶Tab.1 Precious metal thermocouple used inhigh-temperature situationR型热电偶电动势较大，抗氧化性能更好，较 s型使用温度高，使用寿命更长，较 B型热电偶灵敏收稿日期：2012-11-28作者简介：宋薇娜(1978.7～)，女，硕士，工程师，主要从事民爆器材产品的研发和检测工作。E.mail：SWN246###163.corn· 42· 爆 破 器 材 Explosive Materials 第 42卷第 2期度高。因此综合考虑，本次实验选取 R型热电偶。

采用氩桓将正负极偶丝-端焊在-起，应尽量使正负极偶丝接触良好，以降低测量误差。

1.1.2 电荷放大器实验选取 YE5853A型多通道电荷放大器，电荷灵敏度为 0.01～1000mV/pC，频率范围为 1 Hz～200kHz，输入最大 电荷量 ±105pC，输 出 ±10V、5mA，精度误差 ±1.5%，噪声<51xV。

1.2 实验样品本实验选取硅系延期药为实验药剂，用厚壁钢管模拟单芯延期体，钢管的尺寸为：外径 O13mm，内径 3turn，长40ram，侧面中间位置有-对 1mm的通孔，用于置入热电偶丝。

采用分段压制法装药 ，分4次压入药剂，控制每次压药密度均为2.40 g/cm 。压制完成后总药高36ram，总装药量 610mg。

2 实验步骤1)用专用钢针将压制好的实验样品在侧面通孔处穿透，将热电偶埋入延期样品，并保证热电偶两极焊接处位于延期药柱的中央位置；2)设置存储记录仪的参数，接入补偿导线，将实验样品固定在实验平台上，此时系统示意图如图2；l-发爆器 ；2-样品；3-热电偶 ；4-补偿导线；5-存储设备图2 延期药燃烧温度测试系统Fig.2 Temperature test system of delay composition3)用电容式充电发爆器接点火铜丝，以脉冲电火花的能量形式从-端引燃延期药；4)存储数据，进行数据分析；5)对相同的实验样品进行二次测量。

3 实验结果及分析3.1 实验结果将数据用软件处理后，得出延期药燃烧温度随时间的变化曲线，如图3。对相同延期药做 2次实验，得出温度-时间曲线大致相似。

对存储仪记录的数据图形进行放大，数据显示：pl2赠1-预热区 ；2-凝 固相分解反应区 ；3-气相燃烧反应区；4-燃烧产物区图3 延期药燃烧温度-时间曲线及状态区域划分Fig.3 Temperature-time curve and its divisionaccording to the combustion of the delay composition延期药燃烧温度上升阶段为9～35 mS，测出的最高温度为 1583qC，从35ms开始测得的温度持续下降，至 100 ms左右，温度降至 50℃。图中可以明显看出，延期药燃烧过程升温速率大于降温速率，这是延期药燃烧过程中，热量积累与传递的必然结果。

3.2 结果分析延期药的反应属于固相反应 ，随着时间的变化，延期药柱中同-点的状态发生变化，依次可以归人预热区(图3中1部分)、凝固相分解反应区(图3中2部分)、气相燃烧反应区(图 3中3部分)和燃烧产物区 (图 3中4部分)。当延期药柱-端接受外来给予的能量时，表层-部分的延期药温度逐渐升高至分解温度，此时也有部分低熔点组分发生气化现象，延期药开始分解、气化，生成氧化剂成分，并在气相状态下与还原剂在燃烧表面的周围-定范围内，发生剧烈的化学反应，同时-部分热量向未燃烧的区域传递，层层推进延期药燃烧的进程，-部分热量随燃烧产物向已燃烧的区域扩散，在热量积累最多的区域，达到最高的燃烧温度。

将延期药燃烧升温过程的曲线进行拟合得到图4∩以看出在温度-时问曲线上 15ms处有较小波峰出现，说明在该时刻发生了较强的放热反应，此时对应温度为381 cI，而氧化剂 Pb O 的分解温度约在550C，因此，可以用预点火反应机理解释这- 现象。

固体相在燃烧反应之前存在-个固体组分间的扩散过程，固体组分经加热后温度升高，导致组分中的氧化剂发生晶格松弛”l1 ，-部分氧化剂分解放出氧气，同时-部分还原剂扩散至氧化剂的晶格内反应放出热量。这对应着图3中1部分与2部分的临 界状态。在22ms处温度出现另-个较小波峰 ，2013年4月 热电偶法测量硅系延期药燃烧温度的研究 宋薇娜 ·43·时间，s图4 延期药燃烧过程中温度上升阶段Fig.4 The combustion temperatureS ascentportion of delay composition对应温度为 923℃，可以断定此时该区域的延期药正处于分解反应与气相燃烧的临界状态。

4 结论1)选取适当的热电偶，可以用于直接测量延期药类火工品的燃烧温度，测出的硅系延期药燃烧的最高温度为 1583 c。

2)由于延期药燃烧产生的热量只有-小部分用于加热燃烧产物，直观表现为测得的燃烧温度。

燃烧热有很大部分传递给与之接触的外壳等物质而散失掉，所以测试出的温度较低。