CN105277670A - 一种火药比容测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火药比容测量仪，是为了解决现有技术易腐蚀漏气和测试对象种类较少的问题。本发明由氧弹、真空泵、气罐、温度传感器、压力传感器及数据采集器组成。氧弹是火药燃烧的容器，真空泵用于对氧弹及装置抽真空，气罐用于储存火药燃气，压力传感器用于测试燃气压力，温度传感器用于测试燃气温度，数据采集器用于采集数据、处理数据并输出测试结果；本发明设计的气罐选用耐腐蚀的材料加工，可以快速拆卸、安装和清洗，解决了火药比容测量仪的腐蚀漏气问题，更换不同长度的气罐本体即可改变气罐的容积，进而改变火药比容测量仪的***容积，解决了火药比容测量仪测试对象种类较少的问题。

Description

一种火药比容测量仪

技术领域

本发明属于火***技术领域，主要涉及一种火药比容测量仪。

背景技术

火药比容是衡量火药做功能力大小的重要参数之一。火药比容通常用比容测量仪进行测量，该测量技术在国内外已经成为发射药、推进剂、火工品等能量性能表征的重要实验方法之一，在发射药和推进剂基础性能研究方面发挥着不可替代的作用，给枪炮武器内弹道、装药设计以及推进剂发动机装药设计提供了大量可靠的基础数据，也是许多型号武器基础研究和验收的重要指标之一。

我国科研院所、发射药生产厂和各军种，正在运作的比容测量仪有以下两个缺点：一是目前普遍使用的比容测量仪在长期使用后都会因为气罐的锈蚀而漏气。这些气罐分为焊缝连接式和螺钉组装式，焊缝连接式主要是指采用薄钢板焊接成的长方体气罐或者采用无缝钢管加圆形钢板焊接成的圆柱体气罐，这种气罐容易因焊缝连接处的锈蚀而漏气。螺钉组装式主要是多个螺钉压紧端盖上的橡胶圈以密封的圆柱体气罐，这种气罐没有焊缝所以耐腐蚀性较好，但这种气罐两个端盖需要至少五根长螺杆和十个螺母来压紧橡胶圈密封，安装、拆卸和清洗都很麻烦，单个螺母过紧或过松都会导致气罐漏气。这两种气罐都会因为燃气中的氮氧化物、无机盐和水份长期积累的腐蚀作用而引起***容积变化，进而影响比容测试的精度，它们都没有从根本上解决气罐的腐蚀漏气问题。

二是***容积不可变导致可测试的火药种类较少。比容测试结果的准确性主要取决于压力传感器和温度传感器的测试精度。传感器的测试精度和量程是矛盾的，传感器在窄压力范围内测试时的线性度差别较小，传感器量程越窄，测试精度就越高，传感器在宽压力范围内测试时的线性度差别较大，传感器量程越宽，测试精度就越低。火药比容测试使用的压力传感器精度比较高，所以其量程就比较窄，测试药量少时***容积相应要小，测试药量多时***容积相应要大，这样燃气压力始终在一个较小的范围内波动，才能在保证测试精度的同时，保护压力传感器不因超量程测试而损坏，比容测试结果也会更准确。国军标对火工药剂、推进剂、发射药的比容测试药量有严格规定，不能随意加减药量。火工药剂多是起爆药，燃烧转爆轰产生的冲击波会对氧弹产生强烈的冲击作用，药量太大时容易损坏氧弹，因此，测试火工药剂的火药比容测量仪测试药量一般为1g～2g，***容积一般为1L～2L。推进剂多含有金属粉末，药量太大对氧弹的烧蚀很严重，所以测试推进剂的火药比容测量仪测试药量一般为3g～4g，***容积一般为2L～3L。测试发射药的火药比容测量仪测试药量一般为5g～6g，***容积一般为3L～4L。因为不能快速改变比容测量仪的***容积，火药比容测量仪的测试对象较少。以上三种火药比容测量仪测试压力波动范围均为-1Bar～1Bar(压力传感器量程-1Bar～4Bar)，每台火药比容测量仪能够测试的火药种类都很有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，研制一种火药比容测量仪，解决现有技术腐蚀漏气、容积不可变的问题。

为了解决上述技术问题，本发明设计一种拆装方便、无需借助其他工具、用手即可安装/拆卸或紧固密封的耐腐蚀气罐，可定期或根据需要随时清洗气罐防止锈蚀和积水；采用耐腐蚀的铬镍钼合金钢材料加工气罐的螺盖、端盖、气罐本体和卡套接头，采用圆环形橡胶圈密封；设计加工四个内外径和两端螺纹尺寸完全相同，但长度不同的气罐本体，四个长度的气罐本体可以互换，可与端盖和压紧螺盖匹配，只需更换对应长度的气罐本体，即可快速改变气罐的容积，进而改变比容测量仪的***容积；为便于单手安装、拆卸和紧固，同时为了保证压力传感器、温度传感器和卡套接头能够安装到气罐的端盖上，并与气罐本体内部相连通，设计气罐本体的内径范围为55mm～65mm，外径范围为65mm～75mm，外径比内径大10mm，壁厚为5mm，为了实现对废旧氧弹配件(螺盖、内垫圈和外垫圈)的利用，本发明设计的气罐本体内径、外径、两端外螺纹与氧弹本体的结构相同；相邻两个长度的气罐本体容积相差1L，四个气罐本体的容积分别为：1L、2L、3L、4L，气罐本体的长度l可由公式l＝V/πd²计算得出，V为气罐本体的容积，r为气罐本体的内径；测试起爆药时使用1L或2L容积的气罐本体，测试推进剂时使用2L或3L容积的气罐本体，测试发射药时使用3L或4L容积的气罐本体。

本发明提供的火药比容测量仪，由氧弹、真空泵、气罐、压力传感器、温度传感器及数据采集器组成；所述氧弹是火药燃烧的容器，真空泵用于对氧弹及装置抽真空，气罐用于储存火药燃气，压力传感器用于测试燃气压力，温度传感器用于测试燃气温度，数据采集器用于采集数据、处理数据并输出测试结果；将装有火药的氧弹用真空泵抽真空，点火后将氧弹浸入水中冷却降温，用真空泵对除氧弹外的装置其他部分抽真空，连接氧弹到测试装置上，用数据采集器采集安装在气罐一端的压力传感器和另一端的温度传感器的数值，数据采集器上安装的火药比容测试软件根据读数计算出火药比容值，本发明的火药比容测量仪可以测试包括起爆药、发射药和推进剂的比容值。

所述气罐左右对称，中间为气罐本体，两端分别为螺盖、端盖、内垫圈、外垫圈、卡套接头；螺盖为环形结构，小口径一端压紧端盖，大口径一端开有内螺纹以连接气罐本体；端盖为圆柱形结构，开有两个螺纹孔，一个连接卡套接头，另一个连接温度传感器或压力传感器，气罐本体为管状结构，两端开有与螺盖匹配的外螺纹；内垫圈为圆环形结构的橡胶圈，安装在端盖侧壁上的凹槽内，起主要密封作用；外垫圈为圆环形结构的橡胶圈，安装在端盖突起台阶上的凹槽内，起辅助密封作用；卡套接头一端开有外螺纹以连接端盖，另一端开有外螺纹以连接装置管路。

气罐本体可以设计成四个内径相同但长度不同的本体，相邻长度的气罐本体容积相差1L，这种设计只需更换不同长度的气罐本体，即可得到对应的气罐容积，节省了加工整套气罐的材料和费用，也减少了改变气罐容积的操作步骤。

气罐本体外径可以与氧弹一致，本发明的螺盖、内垫圈、外垫圈都是氧弹的配件，对废旧氧弹配件的再利用可以节约材料和加工费用。

本发明的优点：本发明的气罐采用镍铬钼合金钢材质加工，安装、拆卸和清洗方便快捷，解决了其他火药比容测量仪的腐蚀和漏气问题；本发明可以通过更换不同长度气罐本体的方法快速改变火药比容测量仪的***容积，可测试的火药种类比其他火药比容测量仪更多；本发明可以减少零件的加工数量，节省加工材料和加工费用。

附图说明

图1本发明各部件连接关系图

图2气罐各零部件连接示意图

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详述。

本发明参照图1、图2实施。本发明由氧弹1、真空泵2、气罐3、压力传感器4、温度传感器5及数据采集器6组成；所述氧弹1是火药燃烧的容器，真空泵2用于对氧弹1及装置抽真空，气罐3用于储存火药燃气，压力传感器4用于测试燃气压力，温度传感器5用于测试燃气温度，数据采集器6用于采集数据、处理数据并输出测试结果；将装有火药的氧弹用真空泵2抽真空，点火后将氧弹1浸入水中冷却降温，用真空泵2对除氧弹1外的装置其他部分抽真空，连接氧弹1到测试装置上，用数据采集器6采集安装在气罐3一端的压力传感器4和另一端的温度传感器5的数值，数据采集器6上安装的火药比容测试软件根据读数计算出火药比容值，本发明的火药比容测量仪可以测试包括起爆药、发射药和推进剂的比容值。

所述气罐3由两个螺盖3-1、两个端盖3-2、气罐本体3-3、两个内垫圈3-4、两个外垫圈3-5、两个卡套接头3-6组成；螺盖3-1为环形结构，小口径一端压紧端盖3-2，大口径一端开有内螺纹以连接气罐本体3-3；端盖3-2为圆柱形结构，端盖3-2开有两个螺纹孔，一个连接卡套接头3-6、另一个连接温度传感器4或压力传感器5，气罐本体3-3为管状结构，两端开有与螺盖3-1匹配的外螺纹，设计有四个内径相同但长度不同的气罐本体3-3，相邻两个长度的气罐本体3-3容积相差1L，更换不同长度的气罐本体3-3即可改变气罐3的容积；内垫圈3-4为圆环形结构的橡胶圈，安装在端盖3-2侧壁上的凹槽内，起主要密封作用；外垫圈3-5为圆环形结构的橡胶圈，安装在端盖3-2突起台阶上的凹槽内，起辅助密封作用；卡套接头3-6一端开有外螺纹以连接端盖3-2，另一端开有外螺纹以连接装置管路。

1、火药比容测量仪的组装：

首先安装气罐3，在两个卡套接头3-6、压力传感器4、温度传感器5的外螺纹上缠绕生胶带，安装到端盖3-2上对应的螺纹孔内并拧紧，将两内垫圈3-4、两外垫圈3-5分别安装到两端盖3-2对应的凹槽内，将两端盖3-2安装到气罐本体3-3上，将螺盖3-1安装到气罐本体3-3上并拧紧，如图2.所示。然后组装测量仪，将氧弹1和真空泵2分别用带阀门的管路连接到气罐3左边端盖3-2的卡套接头3-6上，将带阀门的管路安装到气罐3右边端盖3-2的卡套接头3-6上，将压力传感器4、温度传感器5连接到数据采集器6上，如图1.所示。

2、火药比容测试原理：

在标准状态下(101.325KPa,273.15K)单位质量的火药燃烧后气体生成物所占的体积(水为气态)称为火药比容，以V₁表示，单位为mL/g，火药比容计算公式如下：

$V_1=\frac{(T_0/P_0)\·P_t\·V_t}{(273.15+t)\·m}$

火药样品比容值V₁(ml/g)，热力学温度T₀(273.15K)，标准大气压力P₀(0.101325MPa)，燃气压力P_t(MPa)，***容积V_t(mL)，燃气温度t(℃)，火药样品的质量m(g)。

***容积V_t(mL)包括氧弹1容积、管路容积和气罐3容积，可以分别通过液体标定法测得，三者之和即为火药比容测量仪的***容积V_t。燃气压力P_t(MPa)和燃气温度t(℃)可以通过数据采集器6采集压力传感器4和温度传感器5的数据获得。火药样品的质量m(g)通过高精度数字天平测得。根据比容计算公式，在已标定***容积的情况下，只需知道火药样品的质量m(g)、燃气压力P_t(MPa)和燃气温度t(℃)即可计算出火药比容值。

3、测试某起爆药的比容值：

测试起爆药时选用容积2L的气罐本体3-3，氧弹1和管路容积约0.3L，***容积约2.3L，称取2.0000g某起爆药。

(1)打开装置电源开关，调试装置进入待测试状态；

(2)打开数据采集器6，点开火药比容测试校准软件，设置参数进入待采集状态；

(3)将待测试样装入氧弹1内，拧紧氧弹1；

(4)打开真空泵2，将氧弹1抽真空至400Pa以下；

(5)氧弹1浸入水中，点燃氧弹1内的试样，冷却15min；

(6)取出氧弹1连接到比容测量仪，抽真空至400Pa以下；

(7)氧弹1内的气体缓慢导入比容测量仪的气罐3内，静置5min；

(8)点击火药比容测试软件，采集压力传感器4和温度传感器5测得的数据，计算此发试验的比容值，存储并记录；

(9)按(2)至(8)操作，两发测试结果偏差不超过6mL/g即为有效数据；

(10)最后输出或打印比容测试结果。

4、测试某推进剂的比容值：

测试发射药时选用容积4L的气罐本体3-3，氧弹1和管路容积约0.3L，***容积约3.3L，称取4.0000g某推进剂。

按(1)至(10)操作测得某推进剂的比容值。

5、测试某发射药的比容值：

测试发射药时选用容积4L的气罐本体3-3，氧弹1和管路容积约0.3L，***容积约4.3L，称取6.0000g某推进剂。

按(1)至(10)操作测得某发射药的比容值。

表1.列举了三种不同火药的比容测试结果，测试结果显示使用变容气罐3的火药比容测量仪可以测试多种火药的比容值。

表1.测试不同火药的比容值列表

Claims (3)

1.一种火药比容测量仪，其特征在于由氧弹(1)、真空泵(2)、气罐(3)、压力传感器(4)、温度传感器(5)和数据采集器(6)组成；所述氧弹(1)是火药燃烧的容器，真空泵(2)用于对氧弹(1)及装置抽真空，气罐(3)用于储存火药燃气，压力传感器(4)用于测试燃气压力，温度传感器(5)用于测试燃气温度，数据采集器(6)用于采集数据、处理数据并输出测试结果；所述气罐(3)左右对称，中间为气罐本体(3-3)，两端分别为螺盖(3-1)、端盖(3-2)、内垫圈(3-4)、外垫圈(3-5)、卡套接头(3-6)；螺盖(3-1)为环形结构，小口径一端压紧端盖(3-2)，大口径一端开有内螺纹以连接气罐本体(3-3)；端盖(3-2)为圆柱形结构，开有两个螺纹孔，一个连接卡套接头(3-6)，另一个连接温度传感器(4)或压力传感器(5)，气罐本体(3-3)为管状结构，两端开有与螺盖(3-1)匹配的外螺纹；内垫圈(3-4)为圆环形结构的橡胶圈，安装在端盖(3-2)侧壁上的凹槽内，起主要密封作用；外垫圈(3-5)为圆环形结构的橡胶圈，安装在端盖(3-2)突起台阶上的凹槽内，起辅助密封作用；卡套接头(3-6)一端开有外螺纹以连接端盖(3-2)，另一端开有外螺纹以连接装置管路。

2.根据权利要求1所述的火药比容测量仪，其特征在于所述气罐本体(3-3)有四个，内外径相同但长度不同，相邻长度的气罐本体(3-3)容积相差1L。

3.根据权利要求1所述的火药比容测量仪，其特征在于所述气罐本体(3-3)的外径和螺纹与氧弹(1)一致。