一种基于水银温度计的瞬态热剂量测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术装置结构简单、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。高。高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水银温度计的瞬态热剂量测量装置及方法


[0001]本专利技术属于温度检测领域，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。

技术介绍

[0002]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
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热剂量准则(q
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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
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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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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：
[0008]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。
[0009]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。
[0010]水银温度计的量程是
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39℃——357℃(凝固点是
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39℃，沸点是356.7℃)，属于膨胀式温度计的一种。水银温度计简单直观，其水银柱高度的变化量(温度变化量)与水银温度计感受到的温度成正比，温度升高时，水银柱高度上升；温度降低时，水银柱高度降低。且水银温度计的水银柱具有单程变化的特点，即水银柱高度变化后不会自动恢复原长度，可以使测温的读数过程更为方便。在测量过程中，根据已有的文献数据，热剂量与温度之间存在函数关系，可以通过温度示数变化反推出参数热剂量。目前水银温度计一般用于测量体温或是用于一些电子、电器产品，尚无公开文献涉及采用水银温度计制作爆炸瞬变场中目标物体热剂量测量装置和采用此种测量装置对爆炸瞬变场中目标物体热剂量的测量方法的技术方案。

技术实现思路

[0011]本专利技术要解决的技术问题是针对目前接触式测温装置的热电偶抗冲击波毁伤效应差，非接触式测温装置的测量结果受待测物体表面参数以及环境参数影响大导致准确性不高的问题，提供一种基于水银温度计的瞬态热剂量测量装置及方法，该测量装置基于水银温度计中水银柱高度与温度的变化关系，选用高强金属作为装置壳体，有效解决接触式测温中的热电偶抗冲击波毁伤效应差，非接触式测温中的受待测物体表面参数以及环境参数影响大导致不准确的问题，且该装置结构简单，组装方便，成本较低，误差小，测量方法简单易行，毁伤效应好，准确度高。
[0012]本专利技术的技术方案是：
[0013]本专利技术基于水银温度计的瞬态热剂量测量装置选用水银温度计作为热剂量测量装置的核心构件。由于电子温度计测量温度后的示数会自动恢复，所以本专利技术采用水银温度计作为装置的敏感元件，确保该装置测温之后，能够准确地保留爆炸温度瞬变场中的数据，示数不会随着爆炸温度场的消散而回弹。针对热剂量的测量，本专利技术将热剂量参数测量等价转化为水银温度计度数的测量，间接地完成爆炸温度瞬变场中热剂量变化的定量测量。该测量装置是一种无源测量装置，且其核心构件——水银温度计可以重复使用，节约了试验成本。
[0014]本专利技术热剂量测量装置由密封壳体、I根圆柱体导热棒、I根水银温度计组成。其中I根水银温度计沿密封壳体1的宽度方向放置于密封壳体1中，I根水银温度计的底部水银探头与I根圆柱体导热棒接触。I根圆柱体导热棒从密封壳体的顶部穿孔而入。水银温度计放置的方向与圆柱体导热棒的方向垂直。2≤I≤4。
[0015]密封壳体用于装载I根圆柱体导热棒、I根水银温度计。密封壳体为长方体盒子，长度L1满足200mm<L1<300mm，宽度W1满足150mm<W1<200mm，高度H1满足100mm<H1<200mm。密封壳体分为上下两部分，上部分为密封壳体顶盖，下部分为底座。
[0016]顶盖是实心体，长度等于L1，宽度等于W1，厚度H
11
满足10mm≤H
11
≤20mm。顶盖上表面开有I个通孔用于I根圆柱体导热棒穿过。相邻两个通孔中心之间的间距为w
111
，满足30mm≤w
111
≤40mm，最外侧通孔与顶盖边缘的间距为w
112
，满足w
112
＝(W1‑3×
w
111
)/2。通孔的直径D
11
满足10mm<D
11
＝D2<15mm，每个通孔中分别插有1根圆柱体导热棒。
[0017]底座为长方体盒子，长度等于L1，宽度等于W1，厚度H
12
满足H
12
＝H1‑
H
11
，与顶盖采用
可拆卸连接方式。底座上表面宽度方向与I个通孔对应的位置挖有I个矩形凹槽，凹槽的中心线与它在宽度方向对应的通孔的中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水银温度计的瞬态热剂量测量装置，其特征在于热剂量测量装置由密封壳体(1)、I根圆柱体导热棒(2)、I根水银温度计(3)组成；其中I根水银温度计(3)沿密封壳体(1)的宽度方向放置于密封壳体(1)中，I根水银温度计(3)的底部水银探头(32)与I根圆柱体导热棒(2)接触；I根圆柱体导热棒(2)从密封壳体(1)的顶部穿孔而入；水银温度计(3)放置的方向与圆柱体导热棒(2)的方向垂直；I为正整数；密封壳体(1)用于装载I根圆柱体导热棒(2)、I根水银温度计(3)；密封壳体(1)为长方体盒子，长度为L1，宽度为W1，高度为H1；密封壳体(1)分为上下两部分，上部分为密封壳体(1)顶盖(11)，下部分为底座(12)；密封壳体(1)采用金属制成，密封壳体(1)内填充热绝缘材料；顶盖(11)是实心体，长度等于L1，宽度等于W1，厚度为H
11
；顶盖(11)上表面开有I个通孔(111)用于I根圆柱体导热棒(2)穿过；相邻两个通孔(111)中心之间的间距为w
111
，最外侧通孔(111)与顶盖(11)边缘的间距为w
112
；通孔(111)的直径为D
11
，每个通孔(111)中分别插有1根圆柱体导热棒(2)；底座(12)为长方体盒子，长度等于L1，宽度等于W1，厚度H
12
满足H
12
＝H1‑
H
11
，与顶盖(11)采用可拆卸连接方式；底座(12)上表面宽度方向与I个通孔(111)对应的位置挖有I个矩形凹槽(121)，凹槽(121)的中心线与它在宽度方向对应的通孔(111)的中心在同一个平面上，凹槽(121)长度方向的顶部位于与凹槽(121)在宽度方向对应的通孔(111)的所覆盖的范围；凹槽(121)的宽度为w12，长度为l
11
，凹槽(121)的深度为w
11
；每个矩形凹槽(121)内嵌入I根水银温度计(3)；I根圆柱体导热棒(2)均由金属材料制备，用于接收爆炸瞬变温度场中所产生的热量，并将热量传导给I根水银温度计(3)，从而完成温度的测量；圆柱体导热棒(2)的直径D2＝D
11
，圆柱体导热棒(2)高度为H2，I根圆柱体导热棒(2)底部挖有一个圆形通孔，圆形通孔的轴向与圆柱体导热棒(2)的轴向垂直，圆形通孔的直径为D
22
，圆柱体导热棒(2)底部圆形通孔内壁与水银温度计(3)的顶部水银探头(32)接触；I根圆柱体导热棒(2)采用金属材料制备；I根水银温度计(3)由水银制备，用于表示温度变化，水银温度计(3)由刻度段(31)和水银探头(32)组成；刻度段(31)长度为L
31
，直径为D31；水银探头(32)长度为L
32
，直径为D32；水银温度计(3)的刻度段(31)放置于凹槽(121)之中，水银探头(32)插入I圆柱体导热棒(2)底部圆形通孔中；当水银探头(32)感受到温度时，刻度段(31)温度示数产生变化，从而计算出爆炸温度瞬变场的热剂量。2.如权利要求1所述的一种基于水银温度计的瞬态热剂量测量装置，其特征在于所述水银温度计(3)的根数I满足2≤I≤4。3.如权利要求1所述的一种基于水银温度计的瞬态热剂量测量装置，其特征在于所述密封壳体(1)的长度L1满足200mm<L1<300mm，宽度W1满足150mm<W1<200mm，高度H1满足100mm<H1<200mm。4.如权利要求1所述的一种基于水银温度计的瞬态热剂量测量装置，其特征在于所述顶盖(11)厚度H
11
满足10mm≤H
11
≤20mm；顶盖(11)上相邻两个通孔(111)中心之间的间距w
111
满足30mm≤w
111
≤40mm，最外侧通孔(111)与顶盖(11)边缘的间距w
112
满足w
112
＝(W1‑3×
w
111
)/2；通孔(111)的直径D
...

【专利技术属性】
技术研发人员：虞昊，林玉亮，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：