一種低速沖擊載荷下含能材料的絕熱溫升測試系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于含能材料測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低速沖擊載荷下含能材料的絕 熱溫升測試系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在沖擊載荷作用下，材料將會產(chǎn)生塑性變形，一部分塑性變形能轉(zhuǎn)換成熱量而使 材料溫度快速升高，即絕熱溫升效應(yīng)。絕熱溫升效應(yīng)除了導致材料軟化而降低結(jié)構(gòu)強度外， 對于含能材料，還可能導致含能材料發(fā)生反應(yīng)爆炸而引發(fā)災(zāi)難性事故，因此，機械載荷能量 在含能材料中如何轉(zhuǎn)換為熱量以及轉(zhuǎn)換系數(shù)是多少，是相關(guān)研宄十分關(guān)注而實驗基礎(chǔ)又非 常薄弱的問題，其關(guān)鍵技術(shù)之一就是需要建立一種能夠快速靈敏地反應(yīng)在沖擊載荷作用下 含能材料的絕熱溫升的過程曲線測試方法。
[0003] 在航天航空等其他工程領(lǐng)域，由于擔心在沖擊載荷作用下金屬材料溫升軟化而結(jié) 構(gòu)失效，已建立了一些方法用于測試沖擊載荷作用下金屬材料絕熱溫升，如紅外輻射測溫 等，但紅外輻射測溫誤差大于3°C。而含能材料一般具有低強度、反應(yīng)過程時間短（微秒級） 等特點，在沖擊載荷作用下，初始階段溫升幅度較?。ㄐ∮?0°c)，中后期反應(yīng)階段溫度又 快速升高（超過250°C甚至更高），但初始階段溫升過程對于認識含能材料的反應(yīng)起爆機理 又至關(guān)重要，因此，需要建立一種即可以測試精確測試溫升幅度較?。ㄐ∮?0°C)、也可以 測試溫升幅度較大（超過250°C)、響應(yīng)時間為微秒級的含能材料絕熱溫升曲線測試方法。
[0004] 本發(fā)明提出了一種基于微細熱電偶的測試方法，解決了低速沖擊載荷下含能材料 的微秒級絕熱溫升的過程曲線測試問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005][要解決的技術(shù)問題]
[0006] 本發(fā)明針對含能材料的低強度、反應(yīng)過程時間短、溫升幅度變化范圍較大等特點， 通過對其中的溫度傳感器選擇、測試線路組成、溫度修正方法、系統(tǒng)響應(yīng)時間測試、傳感器 埋置方法、載荷加載方法等方面技術(shù)問題的解決，建立了一種基于微細熱電偶的低速沖擊 載荷下含能材料的絕熱溫升測試系統(tǒng)及方法。
[0007][技術(shù)方案]
[0008] 為了達到上述的技術(shù)效果，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：
[0009] 本發(fā)明提供了一種低速沖擊載荷下含能材料的絕熱溫升測試系統(tǒng)，包括銅-康銅 微細熱電偶、信號放大器和示波器，所述的銅-康銅微細熱電偶通過連接導線依次與信號 放大器和示波器連接；所述銅-康銅微細熱電偶的銅絲和康銅絲的偶接點作為測試端，所 述的銅-康銅微細熱電偶的銅絲、康銅絲分別與連接導線的連接點作為參考端；所述的參 考端置于恒溫裝置中。
[0010] 進一步的技術(shù)方案是：所述的恒溫裝置為裝有冰水混合物的保溫桶。
[0011] 進一步的技術(shù)方案是：所述的銅-康銅微細熱電偶的銅絲和康銅絲的直徑均小于 0. 2mm且不帶保護外殼；所述的銅-康銅微細熱電偶的銅絲和康銅絲的偶接點的直徑小于 0. 5mm〇
[0012] 進一步的技術(shù)方案是：所述的信號放大器的采樣頻率多100MHz;所述的示波器的 采樣頻率彡2. 5GHz。
[0013] 本發(fā)明還提供了一種采用所述的低速沖擊載荷下含能材料的絕熱溫升測試系統(tǒng) 測試含能材料的絕熱溫升曲線的方法，包括以下步驟：
[0014] 步驟A:獲得溫度與電勢差的擬合曲線：將銅-康銅微細熱電偶的測試端置于恒溫 油槽中，控制恒溫油槽的溫度為0~300°C，在0~300°C范圍內(nèi)取6~10個溫度點，相鄰 的兩個溫度點的間隔為20~50°C，然后分別測試上述溫度點的電勢差值，將溫度、電勢差 擬合后獲得溫度與電勢差的擬合曲線和公式；
[0015] 步驟B:檢測測試系統(tǒng)的響應(yīng)時間：采用納秒級脈沖寬度的激光脈沖作用于銅-康 銅微細熱電偶，測試響應(yīng)溫度達到峰值的時間，該時間作為測試系統(tǒng)的響應(yīng)時間，要求測試 系統(tǒng)的響應(yīng)時間不大于10yS ;
[0016] 步驟C:測試含能材料的絕熱溫升曲線：將銅-康銅微細熱電偶的測試端置于含 能材料試樣的內(nèi)部，然后將含能材料試樣放置于霍普金森壓桿裝置中，調(diào)節(jié)霍普金森壓桿 裝置的撞擊桿速度，使撞擊桿以不同速度撞擊入射桿，入射桿再作用于含能材料試樣上， 銅-康銅微細熱電偶的測試端測試含能材料試樣絕熱溫升過程的電勢差，然后根據(jù)步驟A 的溫度與電勢差的擬合曲線和公式得到含能材料的絕熱溫升曲線。
[0017] 進一步的技術(shù)方案是：所述的恒溫油槽的溫度采用標準鉑電阻溫度計進行測量。
[0018] 進一步的技術(shù)方案是：所述的銅-康銅微細熱電偶的測試端采用在含能材料成型 過程中預(yù)埋的方法置于含能材料試樣的內(nèi)部；或所述的銅-康銅微細熱電偶的測試端采用 在成型后的含能材料試樣上進行機加掏孔再埋入的方法置于含能材料試樣的內(nèi)部，機加掏 孔埋入時，在銅-康銅微細熱電偶與孔壁之間采用環(huán)氧膠進行填隙。
[0019] 進一步的技術(shù)方案是：所述的含能材料為RDX、HMX、PETN、CL-20、F0X-7、AP中的一 種。
[0020] 進一步的技術(shù)方案是：步驟A中恒溫油槽的溫度為0°C、25°C、50°C、75°C、100°C、 150°C、200°C、250°C、300°C。
[0021] 進一步的技術(shù)方案是：所述的霍普金森壓桿裝置的撞擊桿速度為8~15m/s。
[0022] 下面將詳細地說明本發(fā)明。
[0023] 本發(fā)明提供了一種低速沖擊載荷下含能材料的絕熱溫升測試系統(tǒng)，包括銅-康銅 微細熱電偶、信號放大器和示波器，所述的銅-康銅微細熱電偶通過連接導線依次與信號 放大器和示波器連接；所述銅-康銅微細熱電偶的銅絲和康銅絲的偶接點作為測試端，所 述的銅-康銅微細熱電偶的銅絲、康銅絲分別與連接導線的連接點作為參考端；所述的參 考端置于恒溫裝置中。
[0024] 銅-康銅微細熱電偶的銅絲和康銅絲的偶接點作為測試端，銅-康銅微細熱電偶 的銅絲、康銅絲分別與連接導線的連接點作為參考端，當測試端的溫度升高，測試端與參考 端之間形成電勢差，該信號通過信號放大器放大后，由示波器記錄下來。參考端的環(huán)境溫度 越穩(wěn)定，測試端的測試信號就會越穩(wěn)定，測試精度越高，因此參考端置于恒溫裝置中。由于 冰水混合物是十分穩(wěn)定的o°c環(huán)境，因此本發(fā)明的具體實施例中，參考端置于裝有冰水混合 物的保溫箱中。
[0025] 由于銅-康銅微細熱電偶的測試端需要置于含能材料試樣的內(nèi)部進行測試，為了 盡可能的減小銅-康銅微細熱電偶對含能材料的測試影響，同時為了保證銅-康銅微細熱 電偶的響應(yīng)時間小于10ys，在本發(fā)明的具體實施例中，所述的銅-康銅微細熱電偶的銅絲 和康銅絲的直徑均小于0. 2mm且不帶保護外殼；所述的銅-康銅微細熱電偶的銅絲和康銅 絲的偶接點的直徑小于〇. 5mm。
[0026] 為了控制測試系統(tǒng)的響應(yīng)時間，在本發(fā)明中信號放大器和示波器的響應(yīng)時間均應(yīng) 小于0. 01yS。在本發(fā)明的具體實施例中，所述的信號放大器的采樣頻率多100MHz;所述的 示波器的采樣頻率多2. 5GHz。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例，所述的所述的信號放大器的 采樣頻率為100MHz;所述的示波器的采樣頻率為2. 5GHz。
[0027] 本發(fā)明還提供了一種采用所述的低速沖擊載荷下含能材料的絕熱溫升測試系統(tǒng) 測試含能材料的絕熱溫升曲線的方法，包括以下步驟：
[0028] 步驟A:獲得溫度與電勢差的擬合曲線：將銅-康銅微細熱電偶的測試端置于恒溫 油槽中，控制恒溫油槽的溫度為0~300°C，在0~300°C范圍內(nèi)取6~10個溫度點，相鄰 的兩個溫度點的間隔為20~50°C，然后分別測試上述溫度點的電勢差值，將溫度、電勢差 擬合后獲得溫度與電勢差的擬合曲線和公式；
[0029] 步驟B:檢測測試系統(tǒng)的響應(yīng)時間：采用納秒級脈沖寬度的激光脈沖作用于銅-康 銅微細熱電偶，測試響應(yīng)溫度達到峰值的時間，該時間作為測試系統(tǒng)的響應(yīng)時間，要求測試 系統(tǒng)的響應(yīng)時間不大于10Us;
[0030] 步驟C:測試含能材料的絕熱溫升曲線：將銅-康銅微細熱電偶的測試端置于含 能材料試樣的內(nèi)部，然后將含能材料試樣放置于霍普金森壓桿裝置中，調(diào)節(jié)霍普金森壓桿 裝置的撞擊桿速度，使撞擊桿以不同速度撞擊入射桿，入射桿再作用于含能材料試樣上， 銅-康銅微細熱電偶的測試端測試含能材料試樣絕熱溫升過程的電勢差，然后根據(jù)步驟A 的溫度與電勢差的擬合曲線和公式得到含能材料的絕熱溫升曲線。
[0031] 本發(fā)明提供的測試系統(tǒng)輸出信號是電勢差，而不是溫度，因此需要獲得溫度與電 勢差之間的擬合公式，實際中測試的電勢差根據(jù)上述的擬合公式計算出所測的溫度。
[0032] 本發(fā)明的測試系統(tǒng)是用于測試含能材料的絕熱溫升曲線，反應(yīng)時間短，因此要求 測試響應(yīng)時間為微秒級。信號放大器和示波器的響應(yīng)時間均小于0. 01yS，測試系統(tǒng)的響應(yīng) 時間主要取決于銅-康銅微細熱電偶。在本發(fā)明中，為了使銅-康銅微細熱電偶的響應(yīng)時 間達到微秒級，銅-康銅微細熱電偶的銅絲和康銅絲的直徑均小于0. 2mm且不帶保護外殼； 所述的銅-康銅微細熱電偶的銅絲和康銅絲的偶接點的直徑小于〇. 5mm。
[0033] 進一步的技術(shù)方案是：所述的恒溫油槽的溫度采用標準鉑電阻溫度計進行測量， 所述的標準鉑電阻溫度計準確度為二等。恒溫油槽溫度控制誤差不大于〇. 05°c。
[0034] 進一步的技術(shù)方案是：所述的銅-康銅微細熱電偶的測試端采用在含能材料成型 過程中預(yù)埋的方法置于含能材料試樣的內(nèi)部；或所述的銅-康銅微細熱電偶的測試端采用 在成型后的含能材料試樣上進行機加掏孔再埋入的方法置于含能材料試樣的內(nèi)部，機加掏 孔埋入時，在銅-康銅微細熱電偶與孔壁之間采用環(huán)氧膠進行填隙。
[0035] 進一步的技術(shù)方案是：所述的含能材料為RDX、HMX、PETN、CL-20、FOX-7、AP中的 一種。盡管本申請的實施例中僅給出了測試RDX的實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā) 明提供的技術(shù)方案，本發(fā)明的測試系統(tǒng)和方法是可以用于測試其他含能材料的絕熱溫升曲 線，僅僅是不同含能材料由于性能不能獲得溫升幅度不同而已。
[0036] 進一步的技術(shù)方案是：步驟A中恒溫油槽的溫度為0°C、25°C、50°C、75°C、100°C、 150°C、200°C、250°C、300°C。
[0037] 進一步的技術(shù)方案是：所述的霍普金森壓桿裝置的撞擊桿速度為8~15m/s ;含能 材料在低速沖擊載荷時的應(yīng)變率為l〇2/s~103/s。
[0038] [有益效果]
[0039] 本發(fā)明