CN116626097B - 电子***的发火电阻的表面桥丝质量的测算方法、*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电子***的发火电阻的表面桥丝质量的测算方法、***，其可以有效的测算发火电阻的表面桥丝质量，满足对于发火电阻的检测需求，方法包括以下步骤：将电容与被测发火电阻连接在测试回路中，对电容进行充电；设置在充电完毕后电容对发火电阻进行放电；记录充电完毕后发火电阻的初始电压；记录发火电阻表面桥丝从开始放电到结束放电的时间t内的温度变化情况；计算电容在时间t内对外释放的能量W，发火电阻升温所需的热量Q等于电容释放的能量W，结合记录的温度变化数据计算得到表面桥丝的质量。
Description
技术领域
本发明涉及电子***技术领域，具体为一种电子***的发火电阻的表面桥丝质量的测算方法、***。
背景技术
数码电子***起爆的原理是电子控制模块内部的电容在接收到***的起爆指令后对发火电阻的桥丝放电，桥丝发热引燃点火药，点火药产生的火焰冲能引爆基础***，最后由基础***引爆***。因此，发火电阻作为这一过程重要的换能元件，其性能直接影响***的起爆效果。
发火(熔断)时间通常以μs为单位，时间长度约在80μs～250μs左右，在点燃药剂时，发火电阻的理想状态是桥丝温度远高于药剂燃点，将电能完全转化为热能，由于电容器放电时间极短，目前行业的权威文献中，均表示热量损失可以忽略，比如发火电阻的基板吸热的热量损失，可以认为电容器放电的输出能量全部用于加热桥丝，为此研究发火电阻升到最高温所需要的热量计算可以为后期计算发火电阻点燃药剂所需的冲量(一定时间内释放的能量)提供理论和数据支撑。
在计算物体升温到某个温度所需要的热量时，需要用到热量计算公式Q＝c*m*ΔT其中，c为物体比热容，m为质量，ΔT为升温的温差，单位为开尔文，根据热量计算公式可知，桥丝的质量对产品的性能起着至关重要的作用，得到了相对准确的质量值后能够对于发火充能有较为准确的计算和预测，并且，由于桥丝基于产品的一致性是批量生产的，均在设计阶段做了定型，调节m值会对性能产生明显影响，所以单纯通过提高m值不一定能有效提高Q值。
而对于发火电阻来说，当前的电子***桥丝大多是贴片式，采用镍铬电阻合金丝，在设计虽然按照要求采用了一定质量的贴片桥丝，但是由于贴片桥丝加工涉及镀锡、电镀工艺，实际最终产品上的贴片桥丝往往会与设计标准有出入，为此需要检测发火电阻上的表面桥丝质量是否满足设计要求，但是也是因为贴片桥丝加工涉及镀锡、电镀工艺，其表面桥丝的质量很难剥离去称重，在电子***领域内，如何快速有效的检测发火电阻的表面桥丝质量仍处于空白状态。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种电子***的发火电阻的表面桥丝质量的测算方法、***，其可以有效的测算发火电阻的表面桥丝质量，满足对于发火电阻的检测需求。
其技术方案是这样的：一种电子***的发火电阻的表面桥丝质量的测算方法，其特征在于，包括以下步骤：
将电容与被测发火电阻连接在测试回路中，对电容进行充电；
设置在充电完毕后电容对发火电阻进行放电；
记录充电完毕后发火电阻的初始电压；
记录发火电阻表面桥丝从开始放电到结束放电的时间t内的温度变化情况；
计算电容在时间t内对外释放的能量W，发火电阻升温所需的热量Q等于电容释放的能量W，结合记录的温度变化数据计算得到表面桥丝的质量。
进一步的，放电时的电容电压通过如下公式计算：
Uc＝Uo*e^(-t/τ)＝Uo*e^(-t/RC)
其中，Uc为当前时间对应的电容电压，Uo为电容放电前初始电压，τ＝RC，R为测试回路中电阻的阻值，C为电容的容值。
进一步的，计算电容在时间t内对外释放的能量W，通过如下公式表示：
其中，C为电容容值，Uo为电容放电前初始电压，R为放电回路中发火电阻的阻值。
进一步的，发火电阻表面桥丝的温度变化ΔT通过如下公式计算：
ΔT＝Tem-T初始+273
ΔT为开尔文温度，Tem表示为测量得到的发火电阻的温度，T初始为充电完毕后初始时的电阻温度。
进一步的，表面桥丝的质量通过如下公式计算：
m＝Q/(c*ΔT)
其中，Q为发火电阻升温所需的热量，W为计算得到的电容释放的能量，Q＝W，Q＝W＝c*m*ΔT，c为比热容，ΔT为发火电阻表面桥丝的温度变化，m为质量。
一种电子***的发火电阻表面桥丝质量的测算***，其特征在于，包括：
测试模块，所述测试模块包括连接在测试回路中的电容、供电电源以及被测发火电阻，所述供电电源能够对电容进行充电，充电完毕后的电容能够对发火电阻进行放电；
电压检测模块，用于记录电容的电压变化情况；
温度检测模块，用于记录发火电阻表面桥丝从开始放电到结束放电的时间内的温度变化情况；
测算模块，所述测算模块根据采集的电容电压数据，计算电容对外释放的能量W；由电容对外释放的能量W得到发火电阻升温所需的热量Q，结合采集的发火电阻表面桥丝温度变化数据，计算得到表面桥丝的质量。
进一步的，所述测试模块还包括双掷开关，所述双掷开关设置在所述电容与供电电源以及被测发火电阻之间，所述双掷开关的不动端与所述电容相连接，所述双掷开关的第一动端与所述供电电源相连接，所述双掷开关的第二动端与所述被测发火电阻相连接。
进一步的，所述温度检测模块采用的红外测温仪。
本发明的方法在考虑到电子***中，用于点火的电容器放电时间极短，是在微秒级的，故加热桥丝的热量损失可以忽略，电容器放电的输出能量近乎全部用于加热桥丝，从而可以通过计算电容器放电情况，由电容器放电的输出能量得到发火电阻升温所需的热量，再通过热量计算公式，在已知表面桥丝的材质是满足国标的镍铬电阻合金丝，其比热容也是固定的，在结合记录的发火电阻表面桥丝的温度变化，从而可以得到发火电阻表面桥丝的质量，本发明的方法可以用于抽检生产完毕的发火电阻，判断发火电阻的质量是否与设计要求相符，进而可以判断发火电阻是否满足需求。
附图说明
图1为本发明的一种电子***的发火电阻的表面桥丝质量的测算方法的步骤示意图；
图2为本发明的电子***的发火电阻表面桥丝质量的测算***的构成框图；
图3为本发明的测试模块的电路原理图；
图4为发火电阻的示意图。
具体实施方式
如背景技术所述，发火电阻如图4所示，现有技术中是因为贴片桥丝加工的原因，其涉及镀锡、电镀工艺，其中电镀工艺是将一层薄薄的镍铬材质的桥丝电镀到FR4基板表面，电镀后极难完整的取下；镀锡是为了让镍铬材质的桥丝能够通过焊锡进行固定，在此加工工艺的情况下，表面桥丝的质量很难剥离去称重，在电子***领域内，如何快速有效的检测发火电阻的表面桥丝质量仍处于空白状态。
鉴于电子***领域当前的情况，见图1，本发明提供了一种电子***的发火电阻的表面桥丝质量的测算方法，包括以下步骤：
步骤1：将电容与被测发火电阻连接在测试回路中，对电容进行充电；
步骤2：设置在充电完毕后电容对发火电阻进行放电；
步骤3：记录充电完毕后发火电阻的初始电压；
步骤4：记录发火电阻表面桥丝从开始放电到结束放电的时间t内的温度变化情况；
步骤5：计算电容在时间t内对外释放的能量W，发火电阻升温所需的热量Q等于电容释放的能量W，结合记录的温度变化数据计算得到表面桥丝的质量。
具体在实施例中，在计算计算电容在时间t内对外释放的能量W，放电时的电容电压通过如下公式计算：
Uc＝Uo*e^(-t/τ)＝Uo*e^(-t/RC)
其中，Uc为当前时间对应的电容电压，Uo为电容放电前初始电压，τ＝RC，R为测试回路中电阻的阻值，C为电容的容值。
从而计算电容在时间t内对外释放的能量W，通过如下公式表示：
其中，C为电容容值，Uo为电容放电前初始电压，R为放电回路中发火电阻的阻值，实际在电容对外释放的能量W，需要记录的参数仅有电容放电前初始电压和放电时间t，其他都是已知的设定好的参数，方便统计收集数据和计算。
实施例中，表面桥丝的质量通过如下公式计算：
m＝Q/(c*ΔT)
其中，Q为发火电阻升温所需的热量，W为计算得到的电容释放的能量，Q＝W，Q＝W＝c*m*ΔT，c为比热容，ΔT为发火电阻表面桥丝的温度变化，m为质量。
发火电阻表面桥丝的温度变化ΔT通过如下公式计算：
ΔT＝Tem-T初始+273
ΔT为开尔文温度，Tem表示为测量得到的发火电阻的温度，T初始为充电完毕后初始时的电阻温度。
见图2，在本发明的实施例中，还提供了一种电子***的发火电阻表面桥丝质量的测算***，包括：
测试模块1，测试模块1包括连接在测试回路中的电容、供电电源以及被测发火电阻，供电电源能够对电容进行充电，充电完毕后的电容能够对发火电阻进行放电；
电压检测模块2，用于记录电容从开始放电到结束放电的时间内的电压变化情况；
温度检测模块3，用于记录发火电阻表面桥丝从开始放电到结束放电的时间内的温度变化情况；
测算模块4，测算模块4根据采集的电容电压数据，计算电容对外释放的能量W；由电容对外释放的能量W得到发火电阻升温所需的热量Q，结合采集的发火电阻表面桥丝温度变化数据，计算得到表面桥丝的质量。
具体在一个实施中，测试模块包括连接在测试回路中的电容C1、供电电源以及被测发火电阻R1，供电电源采用+12V电源，电容C1两端设置了电压测试点TP1方便记录电容C1电压数据，
测试回路中还接入了双掷开关SW1，双掷开关SW1设置在电容C1与+12V供电电源以及被测发火电阻R1之间，双掷开关的不动端D1连接到了电容C1的一端，双掷开关的第一动端D2与+12V供电电源相连接，双掷开关的第二动端D3连接到了被测的发火电阻R1的一端，测试回路为发火电阻R1保留了两个接入测试端口，方便发火电阻R1的接入。
实施例中，温度检测模块4采用的红外测温仪记录发火电阻的温度变化。
数码电子***使用电容器放电，电流随放电时间的增长而减小。理想条件下，电容器放电时间极短，故加热桥丝的热量损失可以忽略，比如发火电阻的基板吸热，可以认为电容器放电的输出能量全部用于加热桥丝，则有如下等式：
电容释放的能量W＝发火电阻升温所需的热量Q
在发火的瞬间，电容与发火电阻组成一个回路，电容直接对发火电阻进行放电。通过监测电容释放能量过程中的电压波形，将电压曲线通过公式P＝U2/R转换成功率曲线，采用梯形法用功率对时间t进行积分，，最后计算出在任意时间t内电容对外的做工，即可得到电容释放的能量。
通过红外测温仪，监测发火电阻的温度曲线并通过示波器导出数据，可以知道任意t时刻对应发火电阻的温度，同时镍铬合金的比热容是确定的，公式Q＝c*m*ΔT，已知Q、c和ΔT，就可以得到发火电阻的质量m。
本发明的方法可以用于抽检生产完毕的发火电阻，判断发火电阻的质量是否与设计要求相符，进而可以判断发火电阻是否满足需求。
为了验证电子***的发火电阻的表面桥丝质量的测算方法的可靠性，实施例中搭建了电子***的发火电阻表面桥丝质量的测算***的测试模块中的测试回路，并用红外测温仪测量发火瞬间发火电阻的温度，同时可以用示波器测量放电过程中电容的电压波形。最后将温度数据和电压数据通过示波器导出。
+12V直流电源通过单刀双掷开关SW1给电容C1充满电，然后SW1开关切换到另一侧时，电容C1对发火电阻R1进行放电。TP1为电容电压测试点。
实验过程如下：
按照图3的原理图搭建好测试样机，包括示波器连接正确；
将单刀双掷开关SW1一侧闭合，+12V直流电源对电容C1进行充电；
观察示波器探棒电容C1的电压，如果稳定为12V时，即代表电容已充满电；
示波器设置下降沿触发，此时单刀双掷开关SW1切换至另一侧，电容开始对发火电阻R1放电，示波器就可以抓取到放电过程中的电容C1的电压波形和红外测温***量测到的发火电阻的温度波形；
示波器将波形数据导出。
实验组1：
发火时间t＝100μs，电容对外所做功满足公式：
其中将t＝100μs，C＝22uF，R＝2Ω，Uo＝12V代入上式中得到W＝0.001567185焦耳，测量设备的量程决定的，温度测量设备可测量200～1000℃的温度，对应输出0～10V的电压，故4.86V电压对应的温度是588℃；
升温的温差为588-25＝563℃，转换开尔文为563+273＝836，即ΔT＝836，镍铬合金的比热容可取0.455KJ/kg*c，电阻的初始温度为25℃，
根据电容释放的能量W＝发火电阻升温所需的热量Q，可得
m＝W/(c*ΔT)，将计算得到的W的数值代入公式计算得到m≈4.12μg(微克)。
实验组2：在相同的电容电压下，改变时间t来重新计算m。忽略个体发火电阻桥丝的质量差异和误差后，理论上计算结果应该与实验组1计算值m相近。以t＝200μs为例，计算出m2＝4.16μg。
实验组3：通过改变电容初始电压再次重新计算m3，如果忽略个体发火电阻桥丝的质量差异和测量误差后，理论上计算结果应该与实验组1计算值m相近。将电容初始电压变为10V后，重新测量数据，同样以t＝100μs为例，计算出m3＝4.41μg。
实验组1、2、3的三次计算结果，见表1：
表1
| 实验组序号 | 质量 | 单位μg |
| 1 | m | 4.12 |
| 2 | m2 | 4.16 |
| 3 | m3 | 4.41 |
| 平均值 | 4.23 | |
| 标准差 | 0.157162336 |
更改发火电阻的阻值为8欧姆，其他条件同实验组1、2、3设置得到实验组4、5、6，实验组4、5、6采用本发明的方法计算得到的结果，见表2：
表2
考虑到存在一定的***误差，实验组中的多次计算的值都处在一个量级，即几μg，综合考虑样本容量、个体差异和测量误差，标准差＜1μg，从而可以认为本发明的计算发火电阻质量的方法是可信的。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (8)
1.一种电子***的发火电阻的表面桥丝质量的测算方法，其特征在于，包括以下步骤：
将电容与被测发火电阻连接在测试回路中，对电容进行充电；
设置在充电完毕后电容对发火电阻进行放电；
记录充电完毕后发火电阻的初始电压；
记录发火电阻表面桥丝从开始放电到结束放电的时间t内的温度变化情况；
计算电容在时间t内对外释放的能量W，发火电阻升温所需的热量Q等于电容释放的能量W，结合记录的温度变化数据计算得到表面桥丝的质量。
2.根据权利要求1所述的一种电子***的发火电阻的表面桥丝质量的测算方法，其特征在于，放电时的电容电压通过如下公式计算：
Uc＝Uo*e^(-t/τ)＝Uo*e^(-t/RC)
其中，Uc为当前时间对应的电容电压，Uo为电容放电前初始电压，τ＝RC，R为测试回路中电阻的阻值，C为电容的容值。
3.根据权利要求1所述的一种电子***的发火电阻的表面桥丝质量的测算方法，其特征在于，计算电容在时间t内对外释放的能量W，通过如下公式表示：
其中，C为电容容值，Uo为电容放电前初始电压，R为放电回路中发火电阻的阻值。
4.根据权利要求1所述的一种电子***的发火电阻的表面桥丝质量的测算方法，其特征在于：发火电阻表面桥丝的温度变化ΔT通过如下公式计算：
ΔT＝Tem-T初始+273
ΔT为开尔文温度，Tem表示为测量得到的发火电阻的温度，T初始为充电完毕后初始时的电阻温度。
5.根据权利要求4所述的一种电子***的发火电阻的表面桥丝质量的测算方法，其特征在于，表面桥丝的质量通过如下公式计算：
m＝Q/(c*ΔT)
其中，Q为发火电阻升温所需的热量，W为计算得到的电容释放的能量，Q＝W，Q＝W＝c*m*ΔT，c为比热容，ΔT为发火电阻表面桥丝的温度变化，m为质量。
6.一种电子***的发火电阻表面桥丝质量的测算***，其特征在于，包括：
测试模块，所述测试模块包括连接在测试回路中的电容、供电电源以及被测发火电阻，所述供电电源能够对电容进行充电，充电完毕后的电容能够对发火电阻进行放电；
电压检测模块，用于记录电容的电压变化情况；
温度检测模块，用于记录发火电阻表面桥丝从开始放电到结束放电的时间内的温度变化情况；
测算模块，所述测算模块根据采集的电容电压数据，计算电容对外释放的能量W；由电容对外释放的能量W得到发火电阻升温所需的热量Q，发火电阻升温所需的热量Q等于电容释放的能量W，结合采集的发火电阻表面桥丝温度变化数据，计算得到表面桥丝的质量。
7.根据权利要求6所述的一种电子***的发火电阻表面桥丝质量的测算***，其特征在于：所述测试模块还包括双掷开关，所述双掷开关设置在所述电容与供电电源以及被测发火电阻之间，所述双掷开关的不动端与所述电容相连接，所述双掷开关的第一动端与所述供电电源相连接，所述双掷开关的第二动端与所述被测发火电阻相连接。
8.根据权利要求6所述的一种电子***的发火电阻表面桥丝质量的测算***，其特征在于：所述温度检测模块采用的红外测温仪。
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2023
- 2023-04-13 CN CN202310391154.7A patent/CN116626097B/zh active Active
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| Title |
|---|
| 张宪国 ; 曹红松 ; 赵捍东 ; 白松 ; .桥丝电点火器的驱动电路设计.传感技术学报.2015,(05),全文. * |
| 桥丝电点火器的驱动电路设计;张宪国;曹红松;赵捍东;白松;;传感技术学报(05);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116626097A (zh) | 2023-08-22 |
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