一种火药燃烧气体成分测试方法技术

本发明专利技术公开了一种火药燃烧气体成分测试方法，该方法可定量测试火药在特定条件下燃烧产物中主要气体成分的质量。该方法的步骤主要包括：第一，测试样品处理及密闭燃烧室初始条件调节。第二，点燃测试样品，使燃烧生成气体与填充气体进行充分混合。第三，将混合气体经过降压调流速处理后通过传感器阵列，采集燃烧室压强、气体成分浓度、流速等相关数据。第四，测试完成后对废气进行处理。第五，测试数据处理，计算单位质量测试样品燃烧生成的燃气成分质量。第七，测试结果表征。该方法适用于燃烧产物中CO、CO2、NO、NO2、HCL、NH3等多种气体成分质量测试。该方法的发明专利技术为火药燃烧机理、配方及工艺设计研究提供必要的技术手段。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种火药燃烧气体成分质量的测试方法，适用于推进剂及发射药在特定压力、特定初温下燃烧生成气体成分质量测试。
技术介绍
火药的燃烧是一个复杂的物理和化学变化过程，在燃烧产物中，不仅包含了烟雾，还包含CO、CO2、NO、NO2、HCL、NH3等气相燃烧产物。火药燃气成分检测，属于燃烧实验诊断技术之一。它为进一步了解化学反应过程，以及与流体力学、传热、其他物理现象之间复杂的相互作用提供必要的信息。随着高技术武器的发展，对洁净燃气发生剂的需求越来越多，对燃气发生剂的低特征信号的要求越来越高。对燃气成分及其浓度的测量，对于火药燃烧机理研究、洁净燃气发生剂及洁净发射药研制有着重要的意义。目前，国内现有的针对火药燃气成分的测试技术，多是在发射药装药或者推进剂装药现场，对火药燃烧之后的气体用气体收集袋收集，然后进行实验室分析，或者直接用便携式气体成分分析仪进行现场采集，然后测试混合气体中的燃烧生成气体主要成分的浓度。这种方法适用于对试验现场的有害气体浓度检测分析，在进行火药燃烧机理研究时，其不足之处在于：(1)测试样品燃烧的初始条件不易控制。利用发动机或弹道枪等器材进行测试时，对火药测试样品量需求较大，且需要对测试样品进行复杂的工序处理。利用密闭燃烧室进行测量时，也需要对密闭燃烧室内的空气进行吹扫、对燃烧室的压力初温进行调节等操作。(2)测试样品燃烧生成气体浓度不稳定，易受环境中干扰。利用发动机及弹道枪等器材进行测试时，测试样品燃烧生成气体扩散在空气中，其浓度受到扩散时间，空气扰动影响，燃烧生成气体不稳定。在密闭燃烧室内点燃测试样品时，燃烧气体浓度测试结果受填充气体纯度的影响较大，受到密闭燃烧室初始压力影响较大。由上述两点可知，现有燃气成分浓度测试试验方法前期准备复杂，受测试环境、测试条件影响较大。不利于火药燃烧过程以及燃烧产物等方面的机理研究。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的不足和缺陷，本专利技术提供一种火药燃烧气体成分质量测试方法。该专利技术适用于定量测试推进剂及发射药在特定压力和初温下的燃烧生成气体中多种成分的质量，该方法为研究火药在不同状态下的气态燃烧产物、燃烧效率提供了必要的技术手段。本专利技术使用一种火药燃烧气体成分测试装置对火药燃烧的气体成分质量进行测试，该测试装置主要由密闭燃烧室、压力调节装置、水浴恒温装置、点火控制器、限压阀、流量计、传感器阵列、数据采集及分析装置、标准气瓶阵列、快速排气装置、分析天平组成。其中密闭燃烧室外壁有水浴恒温装置，可对燃烧室腔体内温度进行调节。压力调节装置可对密闭燃烧室腔体进行吹扫以及填充。点火控制器具备输出电流可调节、电阻检测功能。限压阀、流量计位于密闭燃烧室与传感器阵列之间，通过测试管路相连。传感器阵列包含压力传感器、温湿度传感器以及CO传感器、CO2传感器、NO传感器、NO2传感器、HCL传感器、NH3等多种气体成分传感器。数据采集及处理装置为具备信号调理功能及数据采集及处理功能的工控机。标准气瓶阵列包含传感器阵列中所有气体传感器检测气体种类的标准气瓶。快速排气装置由开关阀和排气管道组成，排气管道的末端升入盛有碱性溶液的容器中。本方法步骤如下：(1)称量火药测试样品，将测试样品置于密闭燃烧室承力托的样品托架上，点火线穿过测试样品固定于样品托架两侧的点火接线柱上，将承力托固定在密闭燃烧室底部，并连接点火电源。(2)用高纯氮气或氩气对密闭燃烧室及管路中的空气进行吹扫，并对密闭燃烧室的初始压力进行调节，用空调或水浴恒温装置对密闭燃烧室内的初始温度进行调节，使密闭燃烧室的初始压力和初始温度达到指定要求。(3)将密闭燃烧室内的火药测试样品点燃，燃烧生成气体并与燃烧室中的环境气体进行充分混合。(4)将燃烧室内的混合气体经过限压阀和流量计，通入传感器阵列，利用数据采集装置采集燃烧室压强、温度以及混合气体中燃气成分浓度、流速、压强、温度随时间变化的数据；(5)数据采集结束后，将测试管路中的剩余气体通过快速排气管路排出，利用高纯氮气或氩气对密闭燃烧室和测试管路中的残余气体进行吹扫；(6)通过传感器阵列的燃气成分A的质量m1(A)，通过公式(1)计算： m 1 ( A ) = 1000 · M A V A · Δ t · Σ n 0 n 1 ( C A ( i ) 10 6 · v ( i ) 60 · T 0 P ( i ) P T ( i ) ) - - - ( 1 ) ]]>式中：m1(A)单位为mg；MA为气体A的摩尔质量，单位为g/mol；VA为标准状态下气体A的摩尔体积，单位为L/mol；Δt为数据采集装置的采样周期，单位为s；n1为数据文件中终止数据点的序号；n0为数据文件中的起始数据点的序号；CA(i)为燃气成分A体积浓度的测试数据中，第i个数据点的数值，单位为ppm；v(i)为测试管道中流速的测试数据中，第i个数据点的数值，单位为L/min；T0为标准状态温度，T0＝273K；P(i)为传感器阵列中混合气体压强的测试数据中，第i个数据点的数值，单位为MPa；P0为标准状态压强，P0＝0.101MPa；T(i)为传感器阵列中混合气体温度的测试数据中，第i个数据点的数值，单位为K；(7)残留在密闭燃烧室中的燃气成分A的质量m2(A)，通过公式(2)计算： m 2 (本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火药燃烧气体成分测试方法，其特征在于包括以下步骤：(1)称量火药测试样品，置于密闭燃烧室承力托的样品托架上，点火线穿过测试样品固定于样品托架两侧的点火接线柱上，将承力托固定在密闭燃烧室底部，并连接点火电源；(2)用高纯氮气或氩气对密闭燃烧室及管路中的空气进行吹扫，并对密闭燃烧室的初始压力进行调节，用空调或水浴恒温装置对密闭燃烧室内的初始温度进行调节，使密闭燃烧室的初始压力和初始温度达到测试要求；(3)将密闭燃烧室内的火药测试样品点燃，等待2min～5min使燃烧生成气体并与燃烧室中的填充气体进行充分混合；(4)将燃烧室内的混合气体经过限压阀和流量计，通入传感器阵列，利用数据采集装置采集燃烧室压强、温度、以及混合气体中燃气成分的浓度、流速、压强、温度随时间变化的数据；(5)数据采集结束后，将测试管路中的剩余气体通过快速排气管路排出，利用高纯氮气或氩气对密闭燃烧室和测试管路中的残余气体进行吹扫；(6)通过传感器阵列的燃气成分A的质量m1(A)，通过公式(1)计算：m1(A)=1000·MAVA·Δt·Σn0n1(CA(i)106·v(i)60·T0P(i)PT(i))---(1)]]>式中：m1(A)为单位为mg；MA为气体A的摩尔质量，单位为g/mol；VA为标准状态下气体A的摩尔体积，单位为L/mol；Δt为数据采集装置的采样周期，单位为s；n1为数据文件中终止数据点的序号；n0为数据文件中的起始数据点的序号；CA(i)为燃气成分A体积浓度的测试数据中，第i个数据点的数值，单位为ppm；v(i)为测试管道中流速的测试数据中，第i个数据点的数值，单位为L/min；T0为标准状态温度，T0＝273K；P(i)为传感器阵列中混合气体压强的测试数据中，第i个数据点的数值，单位为MPa；P0为标准状态压强，P0＝0.101MPa；T(i)为传感器阵列中混合气体温度的测试数据中，第i个数据点的数值，单位为K；(7)残留在密闭燃烧室中的燃气成分A的质量m2(A)，通过公式(2)计算：m2(A)=1000·MAVAPtT0VP0Tt---(2)]]>式中：m2(A)为单位为mg；Pt为采集终止时，密闭燃烧室内混合气体的压强，单位为MPa；V为密闭燃烧室腔内体积，单位为L；Tt为采集终止时，密闭燃烧室内混合气体的温度，单位为K；(8)火药测试样品单位质量燃烧生成的燃气成分A质量m(A)，通过公式(3)计算；m(A)=m1(A)+m2(A)m---(3)]]>式中：m(A)为单位为mg/g；m为火药测试样品的质量，单位为g；(9)平行测量五次火药测试样品单位质量燃烧生成气体成分质量m(A)，依据格拉布斯准则，剔除异常数据，采用有效测试数据的均值作为最终测试结果。...

【技术特征摘要】
1.一种火药燃烧气体成分测试方法，其特征在于包括以下步骤：(1)称量火药测试样品，置于密闭燃烧室承力托的样品托架上，点火线穿过测试样品固定于样品托架两侧的点火接线柱上，将承力托固定在密闭燃烧室底部，并连接点火电源；(2)用高纯氮气或氩气对密闭燃烧室及管路中的空气进行吹扫，并对密闭燃烧室的初始压力进行调节，用空调或水浴恒温装置对密闭燃烧室内的初始温度进行调节，使密闭燃烧室的初始压力和初始温度达到测试要求；(3)将密闭燃烧室内的火药测试样品点燃，等待2min～5min使燃烧生成气体并与燃烧室中的填充气体进行充分混合；(4)将燃烧室内的混合气体经过限压阀和流量计，通入传感器阵列，利用数据采集装置采集燃烧室压强、温度、以及混合气体中燃气成分的浓度、流速、压强、温度随时间变化的数据；(5)数据采集结束后，将测试管路中的剩余气体通过快速排气管路排出，利用高纯氮气或氩气对密闭燃烧室和测试管路中的残余气体进行吹扫；(6)通过传感器阵列的燃气成分A的质量m1(A)，通过公式(1)计算： m 1 ( A ) = 1000 · M A V A · Δ t · Σ n 0 n 1 ( C A ( i ) 10 6 · v ( i ) 60 · T 0 P ( i ) P T ( i ) ) - - - ( 1 ) ]]>式中：m1(A)为单位为mg；MA为气体A的摩尔质量，单位为g/mol；VA为标准状态下气体A的摩尔体积，单位为L/mol；Δt为数据采集装置的采样周期，单位为s；n1为数据文件中终止数据点的序号；n0为数据文件中的起始数据点的序号；CA(i)为燃气成分A体积浓度的测试数据中，第i个数据点的数值，单位为ppm；v(i)为测试管道中流速的测试数据中，第i个数据点的数值，单位为L/min；T0为标准状态温度，T0＝273K；P(i)为传感器阵列中混合气体压强的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王长健，孙美，赵凤起，仪建华，许毅，孙志华，轩春雷，杨燕京，安亭，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61