撞擊感度測量儀器研究進展

黃琛鴻，劉玉存，袁俊明

(中北大學化工與環(huán)境學院，山西太原 030051)

0 引言

炸藥的感度［1］是指炸藥受到外界能量作用下發(fā)生爆炸的難易程度，根據外界作用的能量形式不同，可分為撞擊感度、摩擦感度、熱感度等。其中，撞擊感度是指炸藥在機械撞擊作用下發(fā)生爆炸的難易程度，由于炸藥在生產、運輸、儲存和使用過程中經常面對撞擊這一可能引發(fā)爆炸的情形，所以撞擊感度成為了炸藥一項重要的感度特性。一般來說，對猛炸藥、火藥、煙火劑要求有低的機械感度，而對某些起爆藥則要求有適當?shù)臋C械感度。

撞擊感度測量儀器是用來測定炸藥撞擊感度的儀器，另外在煙花爆竹行業(yè)也得到廣泛的應用，其基本工作原理為:將裝有一定量藥樣的撞擊裝置放入一個定位裝置中，在不同的高度上采用所需重量的落錘自由落到撞擊裝置上，受撞擊的炸藥凡是發(fā)生聲響、火光、冒煙等現(xiàn)象之一均為爆炸。

1 國內外的應用情況

自卡斯特(H.Kast)提出撞擊感度以來，各國仍在卡斯特落錘儀的基礎上來測定炸藥的撞擊感度，而且許多國家有所發(fā)展，并制定了相應的試驗標準，下面介紹幾種不同結構的落錘儀:

1.1 卡斯特落錘儀

這是一種常用的落錘儀，由導軌、基座、脫錘器、落錘及撞擊裝置五部分組成。一定質量的落錘懸掛在兩根V形導軌之間，可以任意調節(jié)懸掛高度。試樣裝在下面的撞擊裝置中，落錘上裝有反跳裝置，能防止落錘反跳后的再下落，造成第2次撞擊。落錘質量有 2.5、10 kg 三種［2］。

1.2 BAM 落錘儀

BAM落錘儀是由德國材料試驗所發(fā)展的一種落錘儀。其特點是采用框架結構，導軌的端面為長方柱形，落錘的升降和釋放由電磁鐵進行控制。落錘質量有2、5、10和20 kg四種。

1.3 三柱式落錘儀

加拿大炸藥研究實驗室(CERL)使用一高約3 m的三柱式落錘儀，落錘通常用2.5 kg，落錘下落撞擊在一根質量為2.5 kg的擊桿上，再將撞擊能量或沖量傳給裝有樣品的裝置上，試驗藥量為35 mg，直接放在無限制的砂紙上，砂紙置于下?lián)糁希?］。此外還有一種小型三柱式落錘儀，全部儀器高約1 m，落錘質量1 kg，可以隨身攜帶，供危險品現(xiàn)場檢驗之用。

1.4 大型落錘儀

近年來隨著工業(yè)炸藥的發(fā)展以及鈍感炸藥研究工作的開展，一般落錘儀已不能滿足某些需要，因而朝大型落錘儀方向發(fā)展，這類落錘儀使用的落錘重達20～30 kg，導軌高達3～4 m。例如日本設計制造的落錘儀，落錘為30 kg，最大落高為4 m。蘇聯(lián)國標中采用的大型落錘儀，落錘為24 kg，最大使用落高為2 m，用電機帶動上下運動，試樣量為3 g±0.1 g。除藥粉外，還可測定成型藥塊的感度。

1.5 自動落錘儀

我國二一四所經過三年的努力研制了ZCG－1型自動落錘儀，該儀器由導軌、落錘、落錘提升和釋放裝置、自動送樣裝置和回收系統(tǒng)五部分組成。落錘由機械手提升和釋放，自動送料部分有一摩擦盤，裝好試樣的撞擊裝置推入送料軌道，再由滑車將其送到落錘儀的導軌下方定位。進行第二發(fā)試驗時，已試驗過的撞擊裝置即被推出并沿傾斜軌道滑入回收盤。檢測系統(tǒng)則將試驗時的聲響轉換成電訊號，再經檢波、放大后由記錄儀記錄下來。整個機械部分由一臺電動機帶動，整個系統(tǒng)是同步的。在國內撞擊感度測試中，首先實現(xiàn)了自動提錘、自動進樣、自動落錘、自動檢測記錄結果、有序回收擊柱和擊柱套。目前，這臺儀器主要用于測量炸藥的爆炸百分數(shù)。

1.6 O－M 落錘儀

O－M落錘儀由美國海軍軍械實驗室所設計，采用電磁鐵作為落錘的釋放裝置，少量的液體試樣裝入試樣杯中，試樣杯裝有隔膜，試樣杯受到撞擊后，由隔膜的破裂來判斷試樣是否發(fā)生了爆炸。用20發(fā)試驗測得的爆炸概率或臨界落高表示炸藥的感度。O－M落錘儀安裝有測壓儀器、電子儀器(雙線示波儀、電位計、時間延滯線路)和高速攝影裝置，可進行壓力、時間的測定。

1.7 弧形下落式撞擊儀

諾貝爾炸藥有限公司(NEc)使用該落錘儀，它有一個可繞水平軸轉動的搖桿，平時搖桿處于直立狀態(tài)，一端固定重錘，錘頭由塑料、橡膠、木頭或其他材料制成，另一端有一銅制擊砧，擊砧上有一可放25 mg樣品的凹槽。當桿錘沿弧下落時，正好撞擊樣品。該儀器可測定液體試樣，測定結果用爆炸百分數(shù)表示。

2 國內研究改進情況

二○四研究所設計制造了CM－12型撞擊感度測試系統(tǒng)，該型撞擊感度測試系統(tǒng)由落錘儀、CM－12型工具、測聲儀三部分組成。利用ND6精密脈沖聲級計測量記錄聲壓級，從而達到使用儀器而來判定試樣爆炸與否，排除了人為因素的影響。

胡慶賢等［4］對鈍感高能炸藥測試技術進行了改進，該撞擊裝置可以比較合理的區(qū)分出很多用標準撞擊裝置無法分開的鈍感高能炸藥的撞擊感度次序，落錘的撞擊聲壓級用CH11型電容傳聲器、FDC－2A型傳聲放大器和NJ型電平記錄儀測定;電容傳聲器放在高1 m、距離聲源1 m的位置上;專用砂紙尺寸為2.54 cm ×2.54 cm。

鄭孟菊［5］鑒于撞擊裝置導向套與擊柱之間的環(huán)形間隙尺寸很難保證一致。以聚氯乙烯導向套代替鋼導向套。由于塑料管有彈性，套入擊柱后沒有間隙。結果表明，此裝置對于較敏感的炸藥測試結果較好，但對低熔點和低感度的炸藥，未能測出數(shù)據。

徐洪濤等［6］采用氣敏檢測裝置對火炸藥反應產生的氣體進行快速的在線分析，通過微機輸出數(shù)據結果判斷是否“點火”。通過在試驗中的使用，驗證了這種判斷準確可靠，可以檢測出藥柱微量的反應。

劉萍等［7］首次將光柵數(shù)顯—數(shù)控線性計量技術引入到感度標準裝置中，落高的準確性由原精度±1 mm提高到了±0.01 mm，;為了正確、準確地進行量值傳遞，研究者自行設計建立了一套較完整的自檢設備和檢定規(guī)程;編制的專用特性落高統(tǒng)計計算程序，實現(xiàn)了感度測量結果數(shù)據處理的微機化;采用聲學測量儀器記錄與判斷樣品反應情況，提高了感度測量的準確性和可靠性。

徐國平［8］設計組建了撞擊感度儀自動監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對撞擊感度試驗的自動監(jiān)控。系統(tǒng)通過合理的機械結構和方案設計，采用PLC作為現(xiàn)場控制核心，通過對觸摸屏軟件組態(tài)設計，完成了系統(tǒng)現(xiàn)場安裝、調試時的單步控制功能;作為系統(tǒng)的監(jiān)控、調度中心的工控微機通過通訊模式和程序設計，與PLC組成上、下位機實時監(jiān)控系統(tǒng)，間接地實現(xiàn)了對撞擊感度試驗的監(jiān)控，并通過上位機實時監(jiān)控管理軟件的設計，以虛擬面板的形式較好地實現(xiàn)了人機對話;采用客戶機/服務器模式，通過軟件編程實現(xiàn)了撞擊感度試驗的遠程監(jiān)控功能。

南京理工大學的江劍等［9］人針對目前撞擊感度儀人工送料存在的問題，結合測試特點，設計了一套撞擊感度自動送料系統(tǒng)。采用機械手實現(xiàn)了擊桿的提升和下降，鏈條的傳動和推桿氣缸的動作完成了試樣的自動連續(xù)進料，針型氣缸實現(xiàn)了試樣準確定位。

3 結語

由于撞擊感度試驗時產生一定的有毒氣體，并實驗時有可能出現(xiàn)誤操作的安全隱患，對于藥柱不能直接給予測定，加上人為的因素對結果判定的影響較大等不利條件。所以，撞擊感度試驗儀器應在目前的基礎上多開展自動化方向的研究，在改善研究人員實驗條件的同時，提高判斷結果的準確性。

［1］任務正，王澤山.火炸藥理論與實踐［M］.北京:中國北方化學工業(yè)出版社，2001.

［2］鄭孟菊，俞統(tǒng)昌.炸藥的性能及測試技術［M］.北京:兵器工業(yè)出版社，1990.

［3］尹孟超.赴英國、加拿大技術考察報告［J］.火炸藥學報，1986(2):50－56.

［4］胡慶賢，呂子劍.鈍感高能炸藥撞擊感度測試方法的探討［J］.含能材料，1994，2(1):39－44.

［5］鄭孟菊.改進炸藥撞擊感度試驗的探索［J］.爆破器材，1981(1):22－24.

［6］徐洪濤，孔德仁.火炸藥藥柱撞擊感度試驗裝置及方法［J］.火炸藥學報，2010，33(3):30－33.

［7］劉 萍，許西寧.火炸藥撞擊感度標準裝置及其測量不確定度分析［J］.火炸藥學報，2003，26(2):16－18.

［8］徐國平.撞擊感度儀自動監(jiān)控系統(tǒng)設計［D］.南京:南京理工大學，2004:3.

［9］江 劍，孔德仁，王昌明，等.基于虛擬儀器的撞擊感度測試系統(tǒng)［J］.火炸藥學報，2005，28(4):14－17.