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原文传递一种触发式含能材料燃烧气态产物收集系统与方法

专利名称：	一种触发式含能材料燃烧气态产物收集系统与方法
摘要：	本发明涉及一种材料含能检测技术，特别是一种触发式含能材料燃烧气态产物收集系统与方法,一种触发式含能材料燃烧气态产物收集系统，至少包括：燃烧室、配气单元、取样单元、电控与信号处理单元；所述的燃烧室，用以提供试样燃烧的初始环境，燃烧室侧壁开有侧壁透明窗，侧壁设有调压用的气路孔及采样用的气路过孔；燃烧室上下均有开口，下开口装配有含导电柱组和坩埚的下卡盖，上开口用以调整取样口位置。提供一种可以让科研人员精确地捕获燃烧气态产物过程，并将气态燃烧产物进行保存，按照科研需求提取化验，有助于配方研制和改进的一种触发式含能材料燃烧气态产物收集系统与方法。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安电子科技大学
发明人：	刘科祥;严启龙;刘倩;赵露;刘佩进;陈鑫;杨介印
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-05T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910716172.1
公开号：	CN110470777A
代理机构：	西安吉顺和知识产权代理有限公司
代理人：	邱志贤
分类号：	G01N30/06(2006.01);G;G01;G01N;G01N30
申请人地址：	710071 陕西省西安市太白南路二号
主权项：	1.一种触发式含能材料燃烧气态产物收集系统，至少包括：燃烧室、配气单元、取样单元、电控与信号处理单元：所述的燃烧室，用以提供试样燃烧的初始环境，燃烧室侧壁开有侧壁透明窗，侧壁设有调压用的气路孔及采样用的气路过孔；燃烧室上下均有开口，下开口装配有含导电柱组和坩埚的下卡盖，上开口用以调整取样口位置；所述的侧壁透明窗，用于高速相机拍摄燃烧的火焰，并配合上开口手动调整取样口对准靶线1；所述的下卡盖的导电柱组包含带有多路与整个燃烧室及下卡盖绝缘的导电柱，用于在燃烧室内高气压环境时，燃烧室内外传输靶线通断信号及点火信号；所述的靶线从上至下分为4路，穿过含能材料，当燃面经过时靶线被烧断；第0路靶线距点火丝距离固定设为10mm；第1路靶线与取样嘴平齐，距点火丝长度约为试样总长的1/5；第3路沿燃烧方向距第1路间距等同于燃烧火焰的焰高，第2路位于靶1和靶3区间，相对位置由方法推算得到；所述的配气单元包括增压泵和连接燃烧室调压气路孔的缓冲瓶，用于调整燃烧室的初始压强，并在燃烧过程中起到缓冲作用，气路控制通过电信号驱动电磁阀实现；所述的取样单元分为取样嘴、阀门组、多路高温取样集气瓶、抽真空泵；取样嘴位于燃烧室取样气路孔内部，为小通径金属铜管，取样管口位置可调，手动对准坩埚上试样的侧方，与试样的靶线1位置平齐；取样管的另一端穿过燃烧室壁，连接到阀门组；阀门组居于高温取样集气瓶和取样嘴之间，用于根据方法输出和电控单元给出的电压信号驱动高速电磁阀，以实现将燃烧室内燃烧气态产物导入到某一路高温取样集气瓶，或从高温取样集气瓶导出到气相色谱分析仪；多路高温取样集气瓶包括多路容积为50mL的不锈钢气瓶，气瓶外围包裹热流道电加热装置，使气瓶温度保持在设定温度附近，最外层包裹绝热材料用以保温和防烫伤；抽真空泵用以将多路高温取样集气瓶提前抽至近似真空状态，以便于燃烧室内压强较低时，燃烧气态产物能通过压强差顺利导入取样瓶，同时也使气瓶内纯净无干扰气体成分存在；所述电控与信号处理单元，将方法程序输出的数字控制信号转为对应电压电流信号，包括点火信号、燃烧室进/排气信号、气瓶加热信号、抽真空信号，同时将靶线通断信号转为计算机能够识别的数字信号。 2.一种触发式含能材料燃烧气态产物收集方法，其特征是：至少包括如下步骤： 1.获取燃烧火焰尺寸及靶线穿孔位置； 2.取样前的准备工作； 3.点火取样； 4.获取取样时序； 5.气态产物存取。 3.根据权利要求2所述的一种触发式含能材料燃烧气态产物收集方法，其特征是：所述的步骤1具体包括如下过程：步骤(1)：在透明窗口处架设高速相机，燃烧室内轴心位置放入直尺，相机拍摄1幅画面，得到像素与实际直尺距离的换算关系；此后相机位置保持不动，直到新的标定；步骤(2)：含能材料穿好点火丝放入燃烧室并点火，在稳态燃烧阶段(设为点火后试样燃烧掉至少1/5)，截取数张含有火焰的照片，在软件中手动选取外焰、中焰、内焰位置，结合实际物理尺寸与相机画面像素的换算关系，得到火焰的外焰、中焰、内焰实际物理相对位置；步骤(3)：确定含能材料试样上靶线的L1、L2距离；步骤(4)：针对待测试样，点火丝孔靠近试样首端，沿试样距离10mm定为靶线0位置，自靶线0位置沿试样向下取L0(1/5试样总长)定为靶线1位置，自靶线1位置沿试样向下取L1为靶线2，再从靶线2向下取L2为靶线3；步骤(5)：将上述距离记录在上位机软件，后续取样方法将由此推算燃速；后续相同的试样测试可直接执行步骤(4)和步骤(5)，无需重复步骤(1)至步骤(3)。 4.根据权利要求2所述的一种触发式含能材料燃烧气态产物收集方法，其特征是：所述的步骤2具体包括如下过程： (1)准备含能材料试样，按照已有步骤得到的相对位置，钻孔并穿点火丝和3根靶线，固定到燃烧卡盖，带入燃烧室；下卡盖设有与壳体绝缘的导电铜柱，用以燃烧室内外传递靶线通断信号与点火电流； (2)从上开口手动调整取样嘴，使对准含能材料试样的靶线1位置；取样管的另一端穿过燃烧室壁，连接到阀门组； (3)取样瓶抽真空并加热，参看图1，关闭第一阀门V1，打开阀门V2～V7，打开V9，关闭V8，减压阀第十阀门V10全开，将第十一阀门V11转至排气口；利用抽真空泵将3个集气瓶抽至负压，同时给集气瓶加热至150℃并保温；关闭V9，将第十一阀门V11出口转至气相色谱仪。 5.根据权利要求2所述的一种触发式含能材料燃烧气态产物收集方法，其特征是：所述的步骤3具体包括如下过程：燃烧室进气至试样燃烧的初始压力，一般不大于25兆帕，点火，燃面平行向下将逐个烧断靶线0、靶线1、靶线2、靶线3；靶线烧断的电平变化信号通过电路转为数字信号传至计算机；启动点火，燃面退移烧断靶线0，开始计时；识别到靶线1烧断瞬间，计时得到t0；靶线1烧断同时，进行如下操作：(a)开启集气管路电磁阀第一阀门V1与内焰集气瓶电磁阀V2，持续时间t1后关闭；(b)等待t2时间；(c)开启排气阀V8，持续时间t3后关闭；(d)执行结果为内焰气态产物导入G1，并排掉管路残留气体；同理，在靶线2烧断同时，执行步骤：(a)开启集气管路电磁阀第一阀门V1与内焰集气瓶电磁阀V4，持续时间t1后关闭；(b)等待t2时间；(c)开启排气阀V8，持续时间t3后关闭；(d)执行结果为内焰气态产物导入G2，并排掉管路残留气体；在靶线3烧断同时，执行步骤：(a)开启集气管路电磁阀第一阀门V1与内焰集气瓶电磁阀V6，持续时间t1后关闭；(b)等待t2时间；(c)开启排气阀V8，持续时间t3后关闭；(d)执行结果为内焰气态产物导入G3，并排掉管路残留气体。 6.根据权利要求2所述的一种触发式含能材料燃烧气态产物收集方法，其特征是：所述的步骤4具体包括如下过程：设定，靶线0至靶线1对应含能材料长度为L0，燃烧时间t0，由此得到燃速： r＝L0/t0(mm/s) (1) 在L1和L2燃烧区间，设定 t1、t3受燃烧室与集气瓶压差及管道、阀门有效通径影响，进气t1最长不超过压强平衡时间；而针对该系统，有效通经为定值，设： t1≤f(P) (4) 根据经验，在燃烧室1MPa时，集气瓶进气t1为200ms、t2为100ms燃烧室与集气瓶压力平衡，因此，得到经验公式：其中P为压强(MPa)；每次采样后管道里前一阶段气态产物，为了不影响后次采样，需要将管路排气t3时间。根据集气瓶与管路有效容积比约为10：3，有效管通径相同，则排气时间取经验值：为使排气不影响前后采集，设定排气与采样间隔t2： t4、t5为冗余时间，有： t4≥0&&t5≥0 (8) 联立公式(1)至(8)可得：即t1取上满足上述方程组的最大值，根据公式(2)(3)(6)(7)得到其余时间值；据此得到t1、t2、t3、t4、t5。 7.根据权利要求2所述的一种触发式含能材料燃烧气态产物收集方法，其特征是：所述的步骤5具体包括如下过程：集气结束后，集气瓶内气体储存在150℃高温环境，关闭第一阀门V1、关闭第九阀门V9，打开V3、V5、V7、第十阀门V10，因减压阀第十阀门V10输出口设为0.2MPa，气流量小，因此将第十一阀门V11输出转至排气口，程序打开V2、V8，内焰集气瓶气体从排气口缓慢排除，排空管内其它成分，第十一阀门V11再转至气相色谱仪，此时色谱分析仪开始运作，试样气体就为纯正的内焰燃烧气态产物；同样方式可将G2、G3集气瓶的气态产物导入气相色谱分析仪。
所属类别：	发明专利