一种单面法双探针火炸药导热系数测量方法技术

本发明专利技术公开了一种单面法双探针火炸药导热系数测量方法，将待测试样放置在测量系统的样品承载台上，关闭箱门；设置恒温箱内温度为T，T为

【技术实现步骤摘要】
一种单面法双探针火炸药导热系数测量方法


[0001]本专利技术属于火炸药热物性测量
，具体涉及一种单面法双探针火炸药导热系数测量方法。

技术介绍

[0002]在火炸药配方设计、定型研究中，为了确保火炸药产品的环境使用安全性，掌握火炸药及其相关材料在(
‑
50～70)℃温度范围内的导热性能及其相关数据非常必要。随着新型高能火炸药装药、导弹装药、推进剂、新的含能材料及其产品的发展，火炸药及其相关材料的导热系数及其准确测量对于新型火炸药及相关产品的材料选择、配方设计、性能预估和模拟，产品定型及理论模型建立具有极其重要的理论及实际意义。目前用于火炸药及其相关材料的导热系数的测试方法主要有防护热板导热系数测量法、DSC法、微热量热法和激光闪烁法。
[0003]防护热板法要求样品为圆形试样或方形试样，加工好的试样表面平整，光滑，无气孔，油污和机械损伤，炸药要压片，导热系数小于1.5W/m
·
K，测定火炸药时，加热板温度不超过333K，测定包覆层和绝热层时，加热板温度不超过400K。存在的问题是试样尺寸及样品量较大，测试时要求护板加压加紧样品，确保热板与试样表面紧密接触，因此局部温度过高常会引起待测试样局部热积累形成热点，对于新型的高毁伤含能材料导热系数测试，有安全隐患；微热量热法要求药柱外径与内径要成同心圆，内径表面光滑，无损，导热系数测试范围为0.001～0.5W/m
·
K，温度范围为
‑
50～50℃，存在的问题是制样难度大，危险性大，尺寸要求非常准确，尺寸误差引起的测量误差大，测试时内孔置加热单元，对于现行的新型火炸药材料，安全隐患严重，同时测试需要时间非常长，一个样品一个温度点的导热系数通常需要24小时；DSC法要求样品为正圆柱体，端面光洁，平滑，无裂痕，导热系数小于 1.5W/m
·
K，存在的问题是样品量太少，均匀性难以保证，测试准确性差，样品需要特制的测试支架，操作复杂，测试时间长，完成一个样品一个温度点导热系数测试需要5个小时。激光闪烁法中样品尺寸为或厚度为2～3mm，测试温度范围可以达到
‑
125～2000℃，导热系数范围能够达到0.1～2000W/mK，该类方法优点是测试范围广泛，试样尺寸小，测试时间短，测试性能多，缺点是其测温控温精度和仪器测量系统的稳定性差，适用于金属等均质中高导热系数材料的导热系数测试。同时由于激光光束瞬间能量较大，用于火炸药等含能材料极易引起燃烧、爆炸等安全问题。
[0004]综上所述，现有方法和技术存在以下不足：
[0005]1)现行的防护热板法和激光闪烁导热系数测试法，前者需要的样品尺寸过大，适用于耐火保温、陶瓷纤维、毡、纺织物、板、砖等材料的导热系数测试；后者由于测试原理所限，适用于中高导热系数材料测试，如金属材料导热系数的测试。针对火炸药材料特殊的易燃易爆性能，这两类装置均不能适用于新型火炸药材料导热系数测试需求。
[0006]2)标准规定的火炸药材料导热系数的测量方法，由于制样难度大，危险性高，测试周期过长，方法本身的缺陷以及仪器设备的老化淘汰等原因，目前已经不能满足现行火炸
药材料及产品的导热系数准确测量所需，在科研生产中鲜有使用。

技术实现思路

[0007]针对上述问题，本专利技术提供了一种单面法双探针火炸药导热系数测量方法，以达到快速、安全、能够覆盖火炸药产品生命周期温度范围内多个温度点、准确获取火炸药导热系数的效果。
[0008]本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0009]一种单面法双探针火炸药导热系数测量方法，其特征在于，采用以下单面法双探针火炸药导热系数测量系统进行测量，所述单面法双探针火炸药导热系数测量系统包括恒温箱、用于放置样品的样品承载台、用于探测样品温度的温度探测器；样品承载台和温度探测器均设置在恒温箱内，所述温度探测器设置在样品承载台的上方；温度探测器包括热电堆、分别连接在热电堆的冷端和热端的两个探针；
[0010]具体测量方法包括以下步骤：
[0011]步骤1，将待测试样品放入所述单面法双探针火炸药导热系数测量系统的样品承载台上，关闭箱门；所述待测样品加工要求表面平整、光滑，无气孔、油污和机械损伤；
[0012]步骤2，设置恒温箱内温度为T，T为
‑
50～70℃范围内的任意一个温度，待恒温箱内温度稳定后，调整温度探测器使探针的触头与待测试样表面紧密接触，开始测量，测量时间超过10分钟后停止测量，获得待测试样当前位置的m组测量结果，每组测量结果包括热电堆热端温度θ
l1
、热电堆冷端温度θ
12
以及两个探针触头底部温度θ
01
、θ
02
，采用公式计算每组测量结果对应的导热系数值，
[0013][0014][0015][0016][0017]式中，A1、A2、A3、均表示中间量，R是探针触头的半径，R
c
是探针触头的接触热阻，s是探针轴向横截面积，l是探针长度，p是探针周长，h 是空气对流表面换热系数，λ
t
是探针材质的导热系数；
[0018]最终获得待测试样当前位置的m个导热系数测量结果；
[0019]步骤3，多次调整温度探测器的探针触头与待测样品的接触位置，保证探针的触头与待测样品表面每次接触位置均不同，每次调整接触位置后均按照步骤2的测量方式进行测量；
[0020]最终获得n
×
m个导热系数测量结果，n为探针触头与待测样品的接触位置调整次数；
[0021]步骤4，根据测试要求，若需要
‑
50～70℃范围内的其他温度点的测量结果，重新设置恒温箱内温度至所需温度点，设置温度顺序从高温到低温测量，重复上述步骤2至步骤3，获得所有所需温度点的导热系数测量结果；
[0022]步骤5，对于待测试样每个温度点每个测量位置的m个导热系数结果，取其平均值作为一个温度点一个测量位置的导热系数值；然后对n个测量位置的数据进行同样处理，获得待测试样一个温度点下的n个导热系数值，取 n个导热系数值的平均值作为待测试样一个温度点下的导热系数值；
[0023]最终获得待测试样所有所需温度点对应的导热系数值。
[0024]优选的，m≥10；n≥6。
[0025]优选的，所述恒温箱箱门是由空压机压力控制的自动开关门，当空压机压力达到7～10个大气压时，可实现箱门的紧密闭合。
[0026]优选的，所述样品承载台包括支架和托盘，所述托盘能够自转，在调整温度探测器的触头与待测样品的接触位置时：先调节温度探测器使探针的触头离开待测样品，然后旋转待测样品至一定角度后，调整温度探测器使探针的触头与待测试样表面再次紧密接触。
[0027]优选的，所述待测试样的数量至少为3个，每个托盘中放置有一个材质相同尺寸规格相同的待测试样，每个待测试样对应一个温度探测器。
[0028]优选的，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单面法双探针火炸药导热系数测量方法，其特征在于，采用以下单面法双探针火炸药导热系数测量系统进行测量，所述单面法双探针火炸药导热系数测量系统包括恒温箱(1)、用于放置试样的样品承载台(2)、用于探测样品温度的温度探测器(3)；样品承载台(2)和温度探测器(3)均设置在恒温箱(1)内，所述温度探测器(3)设置在样品承载台(2)的上方；温度探测器(3)包括热电堆(31)、分别连接在热电堆(31)的冷端和热端的两个探针(32)；具体测量方法包括以下步骤：步骤1，将待测试样品放入所述单面法双探针火炸药导热系数测量系统的样品承载台(2)上，关闭箱门；所述待测样品加工要求表面平整、光滑，无气孔、油污和机械损伤；步骤2，设置恒温箱(1)内温度为T，T为
‑
50～70℃范围内的任意一个温度，待恒温箱(1)内温度稳定后，调整温度探测器(3)使探针(32)的触头与待测试样表面紧密接触，开始测量，测量时间超过10分钟后停止测量，获得待测试样当前位置的m组测量结果，每组测量结果包括热电堆(31)热端温度θ
l1
、热电堆冷端温度θ
l2
以及两个探针(32)触头底部温度θ
01
、θ
02
，采用公式(3)计算每组测量结果对应的导热系数值，，采用公式(3)计算每组测量结果对应的导热系数值，，采用公式(3)计算每组测量结果对应的导热系数值，，采用公式(3)计算每组测量结果对应的导热系数值，式中，A1、A2、A3、均表示中间量，R是探针触头的半径，R
c
是探针触头的接触热阻，s是探针轴向横截面积，l是探针长度，p是探针周长，h是空气对流表面换热系数，λ
t
是探针材质的导热系数；最终获得待测试样当前位置的m个导热系数测量结果；步骤3，多次调整温度探测器(3)的探针(32)触头与待测样品的接触位置，保证探针(32)的触头与待测样品表面每次接触位置均不同，每次调整接触位置后均按照步骤2的测量方式进行测量；最终获得n
×
m个导热系数测量结果，n为探针触头与待测样品的接触位置调整次数；步骤4，根据测试要求，若需要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓红，陈曼，温晓燕，赵嘉静，高朗华，孙晓朋，康莹，何少蓉，张皋，王一凯，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：