[发明专利]一种基于水银温度计的瞬态热剂量测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于水银温度计的瞬态热剂量测量装置及方法。目的是解决目前测量装置要么热电偶抗冲击波毁伤效应差，要么测量结果准确性不高的问题。本发明测量装置由密封壳体、I根圆柱体导热棒、I根水银体温计组成；水银温度计沿密封壳体的宽度方向放置于密封壳体中，水银温度计的水银探头与圆柱体导热棒接触；圆柱体导热棒从密封壳体的顶部穿孔而入；水银温度计的方向与圆柱体导热棒方向垂直。测量方法是基于水银温度计水银柱高度与感受温度的线性关系，将热剂量定量转化为水银柱高度变化量，计算出爆炸温度瞬变场热剂量。本发明装置结构简单、可重复使用，体温计中水银柱高度不会随着爆炸温度场的消散而回弹，测量精度高。

技术领域

本发明属于温度检测领域，涉及一种目标物体在瞬变温度场中的热剂量测量装置及测量方法。具体涉及一种利用水银温度计中水银热胀冷缩的变形特性对目标物体在爆炸温度场中热剂量进行测量的装置及方法。

背景技术

炸药爆炸的毁伤效应主要有冲击波毁伤效应、爆炸产生的碎片以及爆炸热辐射效应。目前，国内外针对炸药爆炸的研究重点是冲击波毁伤效应以及爆炸产生的破片损伤，很少有关于爆炸后热辐射效应的研究。造成该现象的原因有以下两个方面：一是爆炸辐射范围比冲击波作用范围小；二是由于爆炸产生的是瞬变温度场，没有热作用的累积效应，且爆炸场内条件恶劣，导致难以测量或测量误差较大。现阶段已有热效应毁伤准则，其中包括热通量准则(q准则)、热剂量准则(Q准则)以及热通量-热剂量准则(q-Q准则)，由于爆炸瞬态温度场热效应作用时间极短，短时间内释放巨大能量，目标接收到的热量来不及散失，应采用热通量-热剂量准则，但是，考虑到该准则需要以大量实验数据为依托，且热辐射毁伤效应还受火药的药剂、药量影响，所以采用热剂量准则更为合理。

目前，爆炸温度场中热剂量测量主要使用电学传感器，包括光纤测温传感器、热电偶测温传感器等。但是，光纤测温传感器受到冲击波毁伤效应后易损坏，且传感器布控复杂，导致测量难以开展。而热电偶测温传感器由两种不同的金属组成，易受到腐蚀，影响传感器精度，且传感器易受到外部环境的信号干扰，抗噪性差，不适合对爆炸瞬变温度场进行测量。

对于现有的电学传感器装置，按照传感器与被测物体的接触的特点，主要可以分为两类：接触式测量与非接触式测量。

其中，接触式测量方法包括膨胀式测温、电量式测温、接触式光电、热色测温等几大类。在测量时，要求被测物体与介质充分接触，一般根据热力学平衡定律进行测温，由热力学第一定律，测量的是被测对象与传感器的平衡温度。但是这种测温方式对被测温度有一定影响，因为电学传感器要平衡被测对象的温度，且电学传感器设置在爆炸温度场之中，难以抵抗冲击波的破坏。

非接触式测量方法主要是辐射式测温方法、拉曼散射光谱测温方法、激光干涉测温方法等。这些非接触式测量方法分别利用红外辐射基本定律、光的非弹性散射以及光的干涉原理进行测温，能进一步分析出热毁伤效应。非接触式测量方法动态响应特性较好，但是受被测物体表面状态、环境参数影响较大，容易产生较大误差，且测量系统需要利用光源进行主动测量，较为复杂。

综上所述，目前针对爆炸温度瞬变场的电学传感器测温方法存在以下问题：

1.接触式测温法中，传感器抗冲击波毁伤效应较差，易损坏，且测量后数据转化处理复杂，安装过程繁琐；对于爆炸近场，测量数据真实性和可靠性较低。

2.非接触式测温法的测量过程受待测物体表面状态、环境因素(温度、湿度、以及电磁场稳定性)影响较大，导致数据准确性较低。