工業電雷管性能測試優化實驗設計

韓體飛 吳紅波

安徽理工大學化學工程學院，安徽 淮南 232001

引言

近年來，隨著爆破技術的不斷發展，對爆破器材的要求越來越趨于精細化。在爆破器材的研究和開發中，爆破器材的性能參數測試為爆破器材的研究提供依據。國家標準中規定的工業電雷管的實驗方法中，包括了工業電雷管延期時間試驗方法[1]和工業電雷管鉛板試驗方法[2]。在高校彈藥工程與爆炸技術專業的實驗教學中，這兩個試驗方法作為單一實驗分別進行，為單項驗證性實驗[3]。前一方法只能測試雷管的總延期時間，不能了解雷管內部延期時間序列。在工業雷管延期時間分段測試方法的啟發下[4]，為了提高實驗教學效率，減小實驗學時，同時提高學生的實驗技能和實驗創新思維，使學生通過組合后的實驗更多的了解工業電雷管系列性能，設計了工業電雷管橋絲通斷時間、引火藥頭噴火時間、總延期時間測試以及工業雷管鉛板試驗方法的組合實驗。另外，兩種實驗組合后，在課程總學時不變的情況，為增加新的實驗科目提供學時。兩種實驗的組合進行，加深學生對工業電雷管作用序列的認識，提高學生的實驗創新思維，并為工業電雷管新產品的研制提供測試方法。

1 基本原理

工業電雷管的引爆過程是電學、傳熱學、燃燒學以及爆轟學等多學科綜合的復雜的不可逆過程。通過實驗方法可以間接的呈現這一過程的歷程及作用效果。以橋絲式工業電雷管的發火過程為例，電流通入橋絲式電雷管后，在橋絲上按照焦耳-楞次定律產生熱能（Q=I2Rt），橋絲升溫，熱量傳給藥劑，使其發生化學反應。藥劑發生化學反應釋放的熱量傳遞給下一序列藥劑（點燃延期雷管中的延期藥或引爆瞬發雷管中的起爆藥），引爆后一系列裝藥對外做功[5]。

根據工業電雷管的這一發火過程，通過實驗設計同時測試此過程中的各性能參數，包括：橋絲通電熔斷過程、引火藥頭噴火過程、總延期時間以及工業雷管做功能力（工業雷管鉛板穿孔值）。

實驗測試中，利用光電測試儀向橋絲通入恒定電流，并將通電至橋絲熔斷的信號輸出顯示于數字示波器，同時利用光電傳感器將電引火藥頭噴火的光信號經過封口的透明塑料塞傳遞至光電傳感器并由數字示波器顯示，記錄引火藥頭的噴火時刻。利用壓力傳感器記錄工業電雷管底部炸藥爆炸沖擊波信號，顯示于示波器。并由底部鉛板穿孔值獲得雷管的威力。實驗原理圖如圖1所示。為保證測試安全，測試過程中，防護箱可以在設為安全防護區，如虛線所示區域，禁止人員接近。雷管與防爆箱接觸孔為雷管的固定孔，能夠確保雷管軸線與鉛板垂直，同時保證雷管底部猛炸藥部位與壓力傳感器在同一水平面。

圖1 組合實驗測試系統圖

2 測試程序

1）檢查測試雷管（3）外觀及腳線是否完好無損，用導通表檢測雷管電阻值大小。

2）將標準鉛板（4）水平放在爆炸箱（6）內的鉛板支座（5）上，蓋上防爆箱頂蓋，并擰緊。

3）將測試雷管插入防爆箱頂蓋的導向孔內，至雷管底部緊貼防爆箱內的標準鉛板，用橡膠塞1封孔，確保雷管封口塞與光電傳感器之間的空間密封不透光，并固定雷管腳線使之固定。

4）用信號線將壓力傳感器（7）和光電傳感器（2）與數字示波器（9）的第二、第三通斷相連接，同時將雷管腳線與光電測試儀（8）的接線柱連接，用信號線將光電測試儀輸出端與數字示波器的第一通斷連接。

5）防爆箱置于防護箱（區）內，設置光電測試儀供電電流值，使儀器處在工作狀態；調節數字示波器參數，啟動，等待觸發。

6）警戒，發出起爆信號，通過光電測試儀引爆雷管，記錄實驗數據。

3 測試方法分析

1）光電測試儀提供恒定電流，加熱橋絲，經過一定時間后，橋絲熔斷，這一過程的信號經過光電測試儀輸出至數字示波器，根據焦耳-楞次定律（Q=I2Rt），電流設定值的大小勢必影響橋絲通斷時間，在實驗測試中須對通電電流值進行設定，既要保證橋絲可靠熔斷，又要確保產生的熱量能夠點燃引火藥頭，使引火藥頭發火。

2）光電傳感器置于引火藥頭塑料塞部位，由于傳感器的光電效應，能夠將引火藥頭在噴火瞬間的光信號轉換成電信號，由數字示波器顯示；塑料塞（1）要求為不透光的絕緣材料，避免引火藥頭在噴火時外來光信號對光電傳感器的干擾。

3）壓力傳感器由于接收雷管底部爆轟沖擊波壓力信號，實驗過程要確保雷管底部猛炸藥裝藥部位與壓力傳感器中心保持在同一水平位置，同時保持與標準鉛板底部接觸且與軸線方向垂直。

4）實驗操作過程要求安全第一，電雷管的操作過程中要求防靜電和雜散電流，防止雷管的意外爆炸；防爆箱各處要求密封外，必須置于防護箱（區）內。

4 結語

通過對工業電雷管性能參數測試的優化組合實驗設計，能夠讓學生認識工業電雷管從點火到做功的整個序列：

1）通過對橋絲通斷過程的測試，直觀的理解電雷管的點火原理，即電能轉化為藥劑的化學能。

2）由藥頭曲線至炸藥爆轟沖擊波曲線之間的時間間隔來了解延期過程。

3）通過雷管底部鉛板穿孔實驗來測試雷管的做功能力，為認識雷管的威力及檢測雷管的質量提供實驗依據。

4）實驗中涉及爆炸危險品的使用，要求操作過程中安全第一，確保實驗過程的安全，增強學生的實驗安全意識和火工品使用過程中的安全操作意識。

[1]GB/T 13225-91，工業雷管延期時間測試方法[S]. 北京：中國標準出版社，1992.

[2]GB/T 13225-91，工業雷管鉛板試驗方法[S].北京：中國標準出版社，1992.

[3]張立.爆破器材性能與爆炸效應測試[M].合肥：中國科學技術大學出版社，2006.

[4]周富強，韓體飛等.工業電雷管延期時間分段測試系統的研究[J].火工品，2012（3）：17～20

[5]蔡瑞嬌.火工品設計原理[M]. 北京：北京理工大學出版社，1999：218～236.