[发明专利]一种炸药爆炸窒息效应评估用的瞬时氧浓度的测量方法

权利要求书

1.一种用于评估炸药爆炸窒息效应的瞬时氧浓度测量方法，其特征在于：根据外场实验条件进行传感器环境常氧量的校正，随后设定传感器内侧的温度，再利用爆炸经验公式与静压试验结果，确定传感器在爆炸场内的极限测量范围，选择探头表面最佳气流方向，最后根据采集的氧浓度数据，获得用于爆炸窒息效应评估的爆炸氧浓度变化曲线；

包括如下步骤：

步骤一：消除样气气流对传感器本底电势的影响；

基于不同爆炸实验的测试环境，具体为鉴于特殊的外场实验条件，高原、开敞平地或密闭环境内的气压的差异，对环境氧浓度也随测试条件进行变化，试验前对探头输入环境样气，降低气压对氧浓度测量的影响，在爆炸试验前使传感器内外两侧的测试环境氛围保持一致，减少基底电势值变化造成的氧电势误差，进行传感器环境常氧量的校正；

步骤二：设定传感器内侧温度；

通过氧分析仪调整设定传感器最终上升到达的内侧温度，达到设定温度后，运行氧浓度采集装置；

步骤三：确定传感器测点范围；

根据参比爆炸经验公式与静压试验结果确定传感器在爆炸场内的极限测量范围；利用炸药爆炸试验后推导的超压经验公式，结合数值计算软件，将得到的炸药压力场超压值与传感器静压试验结果作参比，以静压试验的最大压力值作为传感器的抗压极限，在炸药爆炸试验中，以药柱为核心，极限承压距离为半径，极限承压面积范围内在试验场地中依据测试的承压条件、距离条件、氧量最大接触量条件选择传感器测点；

步骤四：选择探头表面最佳气流方向；

使探头与平行爆炸气流相垂直，在此条件下根据实验场地的变化、探头不同测量深度下最大氧气接触量的变化调整探头倾角；

步骤五：获得爆炸窒息效应评估的爆炸氧浓度变化曲线；

在炸药引爆后，对已采集的对应时长内、频率下、精度下、氧浓度范围内的数据进行有效性判断，获得用于爆炸窒息效应评估的爆炸氧浓度变化曲线；

步骤三中传感器测点范围的选择方法如下：

利用Cranz相似律通过多次重复性试验得到空中点源固体炸药的爆炸冲击波超压计算式，基于不同比例距离，超压相同的准则，得到：

式中，W为装药质量，R为距爆炸中心的距离，Δpm是W、R的函数，利用泰勒公式进行多项式展开：

取用前三项，并利用实验拟合确定A1，A2，A3；

基于实验拟合确定的某炸药爆炸冲击波超压计算公式，继而对氧化锆探头进行静压试验；

结合实验拟合的炸药爆炸冲击波超压计算公式与氧化锆探头的静压试验能力，选择传感器的极限测点范围；

静压试验具体如下：连接气体密闭装置与氧化锆探头，通过填充样气使密闭装置内静压强以0.1mpa的数值上升，从0.5mpa开始试验探头的测氧能力：当探头在某定值静压下稳定十分钟后，检验氧化锆探头的正常运行能力，直至探头达到失效极限耐压值；随后，选用同型号的氧化锆探头进行多次重复性试验，以其均值作为探头所能承受的最大静压值；

步骤四中，探头表面最佳气流方向的选择，具体为：

通过以下公式预估氧气与探头的最大接触量：

式中，h为爆炸平行气流与探头表面相交面的直径，d为探头表面与爆炸平行气流的高度差，单位均为mm；

根据最大氧气接触量的变化，对探头的倾角进行调整；

步骤五中，获得的爆炸氧浓度变化曲线中，判断氧浓度数据有效性，根据如下过程进行判断有效性，具体为：

初步判断炸药耗氧能力，针对C_aH_bO_cN_d类炸药，引入氧平衡和氧系数的基础知识，对爆炸前的炸药耗氧程度进行初步评判，根据氧平衡和氧系数的公式：

式中，Mr是炸药的相对分子质量：

OB即为氧平衡的无量纲参量，A为氧系数的无量纲参量；

利用氧平衡和氧系数的两个炸药热力学参量，表征炸药的做功趋势、是否为正氧平衡或负氧平衡，初步判断炸药的耗氧能力；再利用C_aH_bO_cN_d类炸药的基础爆炸变化方程，进行爆炸产物占比、爆炸产物的化学反应耗氧分析；

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

最后，结合炸药在稳定测试环境下进行的多次爆炸氧浓度测量重复性试验，将初步判断与试验结果共同作为氧浓度数据有效性的判据。

2.根据权利要求1所述的用于评估炸药爆炸窒息效应的瞬时氧浓度测量方法，其特征在于，传感器材料为氧化锆，其在高温下晶体结构发生变化，材料内外表面形成氧浓度差产生氧电势，利用氧电势的变化表征氧浓度的变化。