3.2　p-t參數(shù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1節(jié)從理論上推導(dǎo)了傳爆藥-主裝藥間沖擊脈沖的壓力隨時(shí)間衰減的p-t關(guān)系。為了驗(yàn)證理論結(jié)果的正確性，本節(jié)用錳銅壓阻測壓法對不同高徑比的傳爆藥柱的輸出p-t曲線進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測定。

3.2.1　錳銅壓阻測壓法概述

用于評價(jià)爆炸元件輸出性能的方法一般有動(dòng)態(tài)法、靜態(tài)法和直接法。經(jīng)常采用的是靜態(tài)法和直接法，雖然實(shí)驗(yàn)方法簡便，但它們只能測試某些靜態(tài)參數(shù)，而且難于定量化。實(shí)驗(yàn)確定傳爆藥柱輸出的壓力-時(shí)間歷程屬于動(dòng)態(tài)測量的范疇，因此，必須采用動(dòng)態(tài)測量的方法。

在各種動(dòng)態(tài)測量方法中，錳銅壓阻測壓法是動(dòng)高壓測量的一種最重要的方法，被廣泛地運(yùn)用于炸藥起爆過程的測量等方面。自從20世紀(jì)60年代Fuller和Price開始用錳銅壓阻傳感器測量動(dòng)高壓之后，錳銅計(jì)的研究和應(yīng)用迅速發(fā)展起來。20世紀(jì)70年代，Rosenber和Vock采用小型的低阻值錳銅計(jì)測量了雷管端部的輸出壓力脈沖p-t曲線。近幾年來，我國科技工作者對錳銅計(jì)的應(yīng)用也做了許多工作，將錳銅壓阻測壓技術(shù)成功地應(yīng)用到了爆炸元件的輸出測量等方面。但是，這方面的測量多屬于雷管以及較小藥量炸藥柱的輸出測量，對于較大藥量的傳爆藥柱的輸出測量，由于實(shí)驗(yàn)條件要求較多，目前國內(nèi)的應(yīng)用還不多見。

錳銅壓阻傳感器的測壓原理如下：當(dāng)錳銅絲受壓時(shí)，其電阻會(huì)發(fā)生變化，電阻變化與所受壓力的關(guān)系在一定范圍內(nèi)可以通過動(dòng)態(tài)標(biāo)定得到。當(dāng)沖擊波作用在傳感器上時(shí)，電阻發(fā)生變化，通過測量電阻的變化，就可以得到壓力的變化，因此就可以得到壓力與時(shí)間的p-t關(guān)系。錳銅絲的另一個(gè)特點(diǎn)是其阻值隨溫度的變化很小，可以忽略，這一點(diǎn)對于爆炸元件高溫高壓的輸出壓力測量非常有利。

3.2.2　測試系統(tǒng)和測試裝置

本書根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)了如圖3.8所示的測試系統(tǒng)。

在該測試系統(tǒng)中，給錳銅傳感器通以恒流，因此電阻的變化反映在電壓的變化上。所用恒流源供給的電流為10A。存儲(chǔ)示波器為HP4601型示波器，頻率為150MHz。所用傳輸線均為同軸電纜。

被測爆炸裝置如圖3.9所示。

在此裝置中，加入一段導(dǎo)爆索是考慮到恒流源從觸發(fā)到給出恒流需要約5μs時(shí)間，為確保恒流源正常工作，加入導(dǎo)爆索起延遲爆轟的作用。同時(shí)，為了確保探針的觸發(fā)，在雷管和探針之間加入一節(jié)導(dǎo)爆管起擴(kuò)大爆轟輸出的作用。同樣，在導(dǎo)爆索和傳爆藥柱之間加入導(dǎo)爆藥柱也是為了保證傳爆藥柱得到足夠大的起爆能量。

3.2.3　傳感器的選擇和封裝

本書采用π型錳銅壓阻傳感器，該傳感器的主要參數(shù)如下：

①傳感器的電阻為0.9～1.5Ω，其中敏感部分的阻值為0.7～1.50Ω。

②錳銅計(jì)的厚度為0.02mm，加上錳銅計(jì)外面粘貼的聚四氟乙烯的絕緣膜，總厚度為0.22mm。

③響應(yīng)時(shí)間為30～50ns，這同沖擊波傳過錳銅傳感器敏感部分所需的時(shí)間處于同一量級(jí)，因此可以忽略沖擊波前沿掃描過敏感部分過程中的不均勻加載情況的影響。

④該傳感器的壓阻標(biāo)定曲線為：

　　（5.07～19GPa）

　　（19～35.6GPa）

在實(shí)際測量時(shí)，由于對錳銅傳感器通以恒流，因此電阻的變化反映在電壓的變化上。即

　　（5.07～19GPa）

　　（19～35.6GPa）

對于錳銅傳感器，解決其絕緣性是很關(guān)鍵的，它直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)的測量結(jié)果。解決的辦法是用絕緣膜封裝。封裝用的絕緣膜必須滿足以下條件：

①爆炸環(huán)境中仍具有足夠的電阻率。

②絕緣材料的沖擊阻抗與待測介質(zhì)的沖擊阻抗盡可能相近，以便使反射效應(yīng)降至最低。

③黏合性好。

④有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能和工藝性能。

所用的錳銅傳感器的封裝材料是聚四氟乙烯薄膜。它具有較優(yōu)良的電絕緣性，沖擊阻抗與通常炸藥的沖擊阻抗接近。而且，它在高溫高壓下仍能保證較高的電阻率。封裝膠采用203A膠，它是粘貼聚四氟乙烯專用膠。

封裝好的傳感器與有機(jī)玻璃的粘貼是個(gè)重要的問題。如果粘貼不好，有氣泡或者凹凸不平，會(huì)直接影響到測試結(jié)果。本書采用的是502膠，因?yàn)檫@種膠比較稀，凝固得快，采用它可以使傳感器粘貼得比較平整。

3.2.4　實(shí)驗(yàn)條件

3.2.4.1　傳爆藥藥型的選擇

選用JO-9C作為本實(shí)驗(yàn)用的傳爆藥。它是由95%的HMX和5%的黏結(jié)劑組成的高能混合炸藥，壓藥性能較好。

3.2.4.2　壓藥密度和藥柱尺寸的確定

一般來說，炸藥的沖擊波感度與密度的關(guān)系不是簡單的線性關(guān)系。在某一密度范圍內(nèi)，炸藥的沖擊波感度隨密度的增加而降低，而在另外的密度范圍內(nèi)，炸藥的沖擊波感度隨密度的增加而增加。經(jīng)過對多種炸藥的50%起爆間隙實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓藥密度在理論密度的85%～95%這一范圍時(shí)，炸藥的密度-感度關(guān)系曲線變化率較小，感度比較適宜。因此常用傳爆藥柱的壓藥密度通常確定在其理論密度的85%～95%范圍內(nèi)。本實(shí)驗(yàn)所用的壓藥密度確定為傳爆藥理論密度的90%。

傳爆藥柱的直徑和高度是最后要確定的值。為了考查在一定藥量的前提下，不同的高徑比對傳爆藥柱輸出能力的影響，以確定傳爆藥柱最優(yōu)化的高徑比，取傳爆藥柱的體積為固定值進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。取JO-9C傳爆藥的藥量為26.9g。藥柱直徑分別選為?20.85mm、?22.85mm、?29.80mm、?35.90mm、?42.35mm。根據(jù)藥量、直徑及密度可以確定壓藥高度。這樣，所確定的傳爆藥柱尺寸分別為：?20.85mm×46.20mm、?22.85mm×38.50mm、?29.80mm×22.60mm、?35.90mm×15.50mm、?42.35mm×11.20mm。藥柱高徑比分別為2.21、1.68、0.76、0.43、0.26。

3.2.5　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對3.1.2節(jié)中五種尺寸的傳爆藥柱，在圖3.8所示測試系統(tǒng)上，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測量，在示波器上對波形圖直接讀取數(shù)據(jù)，再經(jīng)過計(jì)算，可得出對應(yīng)的p-t結(jié)果，見表3.2～表3.11。表中實(shí)驗(yàn)結(jié)果一、結(jié)果二分別表示兩組實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果。