[發明專利]一種炸藥爆炸窒息效應評估用的瞬時氧濃度的測量方法

有效

• 申請號: 202011018677.X
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112285159B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 郭聳;周筠;劉洪勝;王梓;謝立峰
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01N25/54
• 分類號: G01N25/54
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 趙毅

1.一種用于評估炸藥爆炸窒息效應的瞬時氧濃度測量方法，其特征在于：根據外場實驗條件進行傳感器環境常氧量的校正，隨后設定傳感器內側的溫度，再利用爆炸經驗公式與靜壓試驗結果，確定傳感器在爆炸場內的極限測量范圍，選擇探頭表面最佳氣流方向，最后根據采集的氧濃度數據，獲得用于爆炸窒息效應評估的爆炸氧濃度變化曲線；

包括如下步驟：

步驟一：消除樣氣氣流對傳感器本底電勢的影響；

基于不同爆炸實驗的測試環境，具體為鑒于特殊的外場實驗條件，高原、開敞平地或密閉環境內的氣壓的差異，對環境氧濃度也隨測試條件進行變化，試驗前對探頭輸入環境樣氣，降低氣壓對氧濃度測量的影響，在爆炸試驗前使傳感器內外兩側的測試環境氛圍保持一致，減少基底電勢值變化造成的氧電勢誤差，進行傳感器環境常氧量的校正；

步驟二：設定傳感器內側溫度；

通過氧分析儀調整設定傳感器最終上升到達的內側溫度，達到設定溫度后，運行氧濃度采集裝置；

步驟三：確定傳感器測點范圍；

根據參比爆炸經驗公式與靜壓試驗結果確定傳感器在爆炸場內的極限測量范圍；利用炸藥爆炸試驗后推導的超壓經驗公式，結合數值計算軟件，將得到的炸藥壓力場超壓值與傳感器靜壓試驗結果作參比，以靜壓試驗的最大壓力值作為傳感器的抗壓極限，在炸藥爆炸試驗中，以藥柱為核心，極限承壓距離為半徑，極限承壓面積范圍內在試驗場地中依據測試的承壓條件、距離條件、氧量最大接觸量條件選擇傳感器測點；

步驟四：選擇探頭表面最佳氣流方向；

使探頭與平行爆炸氣流相垂直，在此條件下根據實驗場地的變化、探頭不同測量深度下最大氧氣接觸量的變化調整探頭傾角；

步驟五：獲得爆炸窒息效應評估的爆炸氧濃度變化曲線；

在炸藥引爆后，對已采集的對應時長內、頻率下、精度下、氧濃度范圍內的數據進行有效性判斷，獲得用于爆炸窒息效應評估的爆炸氧濃度變化曲線；

步驟三中傳感器測點范圍的選擇方法如下：

利用Cranz相似律通過多次重復性試驗得到空中點源固體炸藥的爆炸沖擊波超壓計算式，基于不同比例距離，超壓相同的準則，得到：

式中，W為裝藥質量，R為距爆炸中心的距離，Δpm是W、R的函數，利用泰勒公式進行多項式展開：

取用前三項，并利用實驗擬合確定A1，A2，A3；

基于實驗擬合確定的某炸藥爆炸沖擊波超壓計算公式，繼而對氧化鋯探頭進行靜壓試驗；

結合實驗擬合的炸藥爆炸沖擊波超壓計算公式與氧化鋯探頭的靜壓試驗能力，選擇傳感器的極限測點范圍；

靜壓試驗具體如下：連接氣體密閉裝置與氧化鋯探頭，通過填充樣氣使密閉裝置內靜壓強以0.1mpa的數值上升，從0.5mpa開始試驗探頭的測氧能力：當探頭在某定值靜壓下穩定十分鐘后，檢驗氧化鋯探頭的正常運行能力，直至探頭達到失效極限耐壓值；隨后，選用同型號的氧化鋯探頭進行多次重復性試驗，以其均值作為探頭所能承受的最大靜壓值；

步驟四中，探頭表面最佳氣流方向的選擇，具體為：

通過以下公式預估氧氣與探頭的最大接觸量：

式中，h為爆炸平行氣流與探頭表面相交面的直徑，d為探頭表面與爆炸平行氣流的高度差，單位均為mm；

根據最大氧氣接觸量的變化，對探頭的傾角進行調整；

步驟五中，獲得的爆炸氧濃度變化曲線中，判斷氧濃度數據有效性，根據如下過程進行判斷有效性，具體為：

初步判斷炸藥耗氧能力，針對C_aH_bO_cN_d類炸藥，引入氧平衡和氧系數的基礎知識，對爆炸前的炸藥耗氧程度進行初步評判，根據氧平衡和氧系數的公式：

式中，Mr是炸藥的相對分子質量：

OB即為氧平衡的無量綱參量，A為氧系數的無量綱參量；

利用氧平衡和氧系數的兩個炸藥熱力學參量，表征炸藥的做功趨勢、是否為正氧平衡或負氧平衡，初步判斷炸藥的耗氧能力；再利用C_aH_bO_cN_d類炸藥的基礎爆炸變化方程，進行爆炸產物占比、爆炸產物的化學反應耗氧分析；

C_aH_bO_cN_d＝xCO₂+yCO+zC+uH₂O+wN₂+hH₂+Q_v

最后，結合炸藥在穩定測試環境下進行的多次爆炸氧濃度測量重復性試驗，將初步判斷與試驗結果共同作為氧濃度數據有效性的判據。

2.根據權利要求1所述的用于評估炸藥爆炸窒息效應的瞬時氧濃度測量方法，其特征在于，傳感器材料為氧化鋯，其在高溫下晶體結構發生變化，材料內外表面形成氧濃度差產生氧電勢，利用氧電勢的變化表征氧濃度的變化。