3.2　p-t参数的实验验证

3.1节从理论上推导了传爆药-主装药间冲击脉冲的压力随时间衰减的p-t关系。为了验证理论结果的正确性，本节用锰铜压阻测压法对不同高径比的传爆药柱的输出p-t曲线进行了实验测定。

3.2.1　锰铜压阻测压法概述

用于评价爆炸元件输出性能的方法一般有动态法、静态法和直接法。经常采用的是静态法和直接法，虽然实验方法简便，但它们只能测试某些静态参数，而且难于定量化。实验确定传爆药柱输出的压力-时间历程属于动态测量的范畴，因此，必须采用动态测量的方法。

在各种动态测量方法中，锰铜压阻测压法是动高压测量的一种最重要的方法，被广泛地运用于炸药起爆过程的测量等方面。自从20世纪60年代Fuller和Price开始用锰铜压阻传感器测量动高压之后，锰铜计的研究和应用迅速发展起来。20世纪70年代，Rosenber和Vock采用小型的低阻值锰铜计测量了雷管端部的输出压力脉冲p-t曲线。近几年来，我国科技工作者对锰铜计的应用也做了许多工作，将锰铜压阻测压技术成功地应用到了爆炸元件的输出测量等方面。但是，这方面的测量多属于雷管以及较小药量炸药柱的输出测量，对于较大药量的传爆药柱的输出测量，由于实验条件要求较多，目前国内的应用还不多见。

锰铜压阻传感器的测压原理如下：当锰铜丝受压时，其电阻会发生变化，电阻变化与所受压力的关系在一定范围内可以通过动态标定得到。当冲击波作用在传感器上时，电阻发生变化，通过测量电阻的变化，就可以得到压力的变化，因此就可以得到压力与时间的p-t关系。锰铜丝的另一个特点是其阻值随温度的变化很小，可以忽略，这一点对于爆炸元件高温高压的输出压力测量非常有利。

3.2.2　测试系统和测试装置

本书根据实验要求，设计了如图3.8所示的测试系统。

在该测试系统中，给锰铜传感器通以恒流，因此电阻的变化反映在电压的变化上。所用恒流源供给的电流为10A。存储示波器为HP4601型示波器，频率为150MHz。所用传输线均为同轴电缆。

被测爆炸装置如图3.9所示。

在此装置中，加入一段导爆索是考虑到恒流源从触发到给出恒流需要约5μs时间，为确保恒流源正常工作，加入导爆索起延迟爆轰的作用。同时，为了确保探针的触发，在雷管和探针之间加入一节导爆管起扩大爆轰输出的作用。同样，在导爆索和传爆药柱之间加入导爆药柱也是为了保证传爆药柱得到足够大的起爆能量。

3.2.3　传感器的选择和封装

本书采用π型锰铜压阻传感器，该传感器的主要参数如下：

①传感器的电阻为0.9～1.5Ω，其中敏感部分的阻值为0.7～1.50Ω。

②锰铜计的厚度为0.02mm，加上锰铜计外面粘贴的聚四氟乙烯的绝缘膜，总厚度为0.22mm。

③响应时间为30～50ns，这同冲击波传过锰铜传感器敏感部分所需的时间处于同一量级，因此可以忽略冲击波前沿扫描过敏感部分过程中的不均匀加载情况的影响。

④该传感器的压阻标定曲线为：

　　（5.07～19GPa）

　　（19～35.6GPa）

在实际测量时，由于对锰铜传感器通以恒流，因此电阻的变化反映在电压的变化上。即

　　（5.07～19GPa）

　　（19～35.6GPa）

对于锰铜传感器，解决其绝缘性是很关键的，它直接关系到实验的测量结果。解决的办法是用绝缘膜封装。封装用的绝缘膜必须满足以下条件：

①爆炸环境中仍具有足够的电阻率。

②绝缘材料的冲击阻抗与待测介质的冲击阻抗尽可能相近，以便使反射效应降至最低。

③黏合性好。

④有适当的机械性能和工艺性能。

所用的锰铜传感器的封装材料是聚四氟乙烯薄膜。它具有较优良的电绝缘性，冲击阻抗与通常炸药的冲击阻抗接近。而且，它在高温高压下仍能保证较高的电阻率。封装胶采用203A胶，它是粘贴聚四氟乙烯专用胶。

封装好的传感器与有机玻璃的粘贴是个重要的问题。如果粘贴不好，有气泡或者凹凸不平，会直接影响到测试结果。本书采用的是502胶，因为这种胶比较稀，凝固得快，采用它可以使传感器粘贴得比较平整。

3.2.4　实验条件

3.2.4.1　传爆药药型的选择

选用JO-9C作为本实验用的传爆药。它是由95%的HMX和5%的黏结剂组成的高能混合炸药，压药性能较好。

3.2.4.2　压药密度和药柱尺寸的确定

一般来说，炸药的冲击波感度与密度的关系不是简单的线性关系。在某一密度范围内，炸药的冲击波感度随密度的增加而降低，而在另外的密度范围内，炸药的冲击波感度随密度的增加而增加。经过对多种炸药的50%起爆间隙实验发现，当压药密度在理论密度的85%～95%这一范围时，炸药的密度-感度关系曲线变化率较小，感度比较适宜。因此常用传爆药柱的压药密度通常确定在其理论密度的85%～95%范围内。本实验所用的压药密度确定为传爆药理论密度的90%。

传爆药柱的直径和高度是最后要确定的值。为了考查在一定药量的前提下，不同的高径比对传爆药柱输出能力的影响，以确定传爆药柱最优化的高径比，取传爆药柱的体积为固定值进行实验。取JO-9C传爆药的药量为26.9g。药柱直径分别选为ϕ20.85mm、ϕ22.85mm、ϕ29.80mm、ϕ35.90mm、ϕ42.35mm。根据药量、直径及密度可以确定压药高度。这样，所确定的传爆药柱尺寸分别为：ϕ20.85mm×46.20mm、ϕ22.85mm×38.50mm、ϕ29.80mm×22.60mm、ϕ35.90mm×15.50mm、ϕ42.35mm×11.20mm。药柱高径比分别为2.21、1.68、0.76、0.43、0.26。

3.2.5　实验结果

对3.1.2节中五种尺寸的传爆药柱，在图3.8所示测试系统上，进行了实验测量，在示波器上对波形图直接读取数据，再经过计算，可得出对应的p-t结果，见表3.2～表3.11。表中实验结果一、结果二分别表示两组实验所得的结果。