[發明專利]設計安全電流下的微平面式電發火組件參數設計方法

有效

• 申請號: 201711030104.7
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107832509B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 焦清介;楊貴麗;紀沖;鐘明壽;李興華;劉健峰;余洋;周游
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 濟南日新專利代理事務所(普通合伙) 37224
• 代理人: 劉亞寧

本發明公開了設計安全電流下的微平面式電發火組件參數設計方法，包括：構建物理模型；構建數學模型；求解得出微平面式電發火組件的臨界發火電流的理論計算公式；將若干與待設計微平面式電發火組件結構相同的微平面式電發火組件進行發火電流感度實驗，并將實驗數據與計算結果進行對比，驗證模型是否可行；將理論計算公式進行修正，得到微平面式電發火組件安全電流的理論計算公式并輸入微平面式電發火組件設計參數，計算得到微平面式電發火組件的安全電流并反求設計參數。本發明具有需要實驗樣品及次數少，耗費實驗成本和時間低，參數設計準確的優點。

技術領域

本發明涉及電火工品設計技術領域，具體涉及設計安全電流下的微平面式電發火組件參數設計方法。

背景技術

微平面式電發火組件是電火工品中的一種電點火裝置。微平面式電發火組件由微平面換能元和發火藥劑組成。微平面換能元結構如圖1-3所示，微平面換能元由金屬橋膜(2)、焊盤(1)和基體(3)組成，常見的橋膜材料為鉻、鉑鎢或鎳鉻合金，橋膜區為正方形，邊長用l表示，一般邊長為0.05mm-0.3mm，厚度為0.3μm-1.5μm。基體為方體，高度用H表示，底面邊長用L表示，底面邊長為2.5mm-3mm，高度為0.3mm-0.5mm。經計算，基體邊長是橋膜區邊長的8-60倍，橋膜區面積為0.0025mm²-0.09mm²，基體的面積為6.25mm²-9mm²，基體面積是橋膜區面積的69-3600倍，基體邊長為高度的5-10倍。

微平面式電發火組件由微平面換能元和發火藥劑組成，結構如圖4所示。發火藥劑(5)裝在陶瓷環(4)內，裝藥可以是多孔氮化銅或多孔氮化銀等起爆藥，裝藥直徑用R表示，一般為1.5mm-2mm，高度為0.5mm-1mm。經估算，裝藥直徑與高度相當。

微平面式電發火組件的能量加載方式有兩種，分別是恒流激勵和電容放電激勵。恒流激勵時，微平面換能元將電能轉換為焦耳熱，橋膜溫度升高，同時將能量以熱傳導的方式傳遞給方形基體、焊盤和發火藥劑，使基體、焊盤和發火藥劑溫度升高，當換能元產生的焦耳熱與散失的熱量相等時，發火件溫度保持不變，進入穩態傳熱階段。橋膜的升溫過程如圖5所示，當穩態溫度T_l恰好等于藥劑的發火點時，所對應的電流即為微平面式電發火組件的臨界發火電流，也稱為理論上的最大安全電流。

安全電流是微平面式電發火組件的一個重要的性能參數。目前，關于微平面式電發火組件安全電流的設計，多采用實驗的方法。一般步驟為在現有實驗數據的基礎上將現有產品更改參數，制備多種規格的樣品，通過發火實驗，獲取滿足技術要求的微平面式電發火組件。該方法的特點是需要大量實驗樣品和多次實驗，耗費實驗成本和時間。

發明內容

本發明的目的在于，針對現有技術的不足，提供設計安全電流下的微平面式電發火組件參數設計方法。

本發明采用的技術方案如下。

設計安全電流下的微平面式電發火組件參數設計方法，包括如下步驟：

步驟1：構建微平面式電發火組件的恒流激勵時的物理模型；

步驟2：根據上述物理模型構建恒流激勵時的數學模型；

步驟3：對上述數學模型進行求解，得出微平面式電發火組件的臨界發火電流的理論計算公式；

步驟4：將若干與待設計微平面式電發火組件結構相同的微平面式電發火組件進行發火電流感度實驗，并將實驗數據與采用步驟3所述公式計算出的該結構的微平面式電發火組件的臨界發火電流與其進行對比，驗證模型是否可行；如果臨界發火電流的理論計算結果與實驗數據的差值小于給定閾值，輸出該模型，否則，返回步驟2，修改模型參數重新構建恒流激勵時的數學模型；