Файл: Лурье А.И. Электрическое взрывание зарядов.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 99

Скачиваний: 4

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

отсчитанных от момента включения тока, следует, что температура имеет наибольшее значение в середине мостнка н что она умень­ шается по мере приближения к его концам (рис. 4). Взаимное распо­ ложение графиков распределения температур для разных моментов времени t, различающихся на 0,01 с, показывает, что темп нараста­ ния температуры середины мостика вначале большой, а по мере разогрева мостика постепенно уменьшается. Это является следствием увеличения интенсивности отвода тепла от мостика по мере повы­ шения его температуры. Кроме того, форма кривых распределения температуры показывает, что по мере разогрева мостика доля тепла, отводимого в выводные провода, интенсивно растет.

Характер кривой распределения температуры для данной ве­ личины тока и для данного момента времени зависит от плотности,

 

 

 

 

 

теплоемкости

и

теплопровод­

 

 

 

 

 

ности

материала

мостика,

от

 

 

 

 

 

его

диаметра

ы длины, а также

 

 

 

 

 

от

рецептуры

 

и

физической

 

 

 

 

 

структуры

воспламенительного

 

 

 

 

 

состава

(от количества, разме­

 

 

 

 

 

ров и взаимного

 

расположения

 

 

 

 

 

пор,

определяющих

его плот­

 

 

 

 

 

ность,

теплоемкость

и тепло­

 

 

 

 

 

проводность).

 

 

Теплопровод­

 

 

 

 

 

ность

воспламенительной

го­

 

 

 

 

 

ловки будет тем больше, чем

 

 

 

 

 

плотнее состав, т. е. чем мень­

 

 

 

 

 

ше в нем пор и чем меньшими

Рис.

4.

Распределение

температуры

размерами

они

обладают.

 

Доля

тепла,

отводимая

от

вдоль

мостпка электровоспламенптеля

мостика

в

воспламенительный

 

 

 

 

 

состав, будет расти по мере

повышения плотности

состава

и по мере увеличения

диаметра мо­

стика. В

свою очередь,

доля

тепла, отводимого

в

выводные про­

вода,

будет тем выше,

чем больше

сечение и чем

меньше длина

мостика.

Она будет также увеличиваться

с ростом

теплопровод­

ности мостика.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На характер распределения тепла, выделенного мостиком, помимо перечисленных факторов, большое влияние оказывает величина тока в мостике. При больших токах, вызывающих быстрый разогрев мостика, доля тепла, отводимого от мостика за весь период воспла­ менения ЭВ, будет меньше, чем при малых токах, когда для разогрева середины мостика до той же температуры требуется значительно больше времени. Так как при больших токах доля отводимого от мостика тепла незначительна, то можно считать, что все выделенное в мостике тепло идет на разогрев последнего. Такое допущение позволяет установить простую зависимость между температурой мостика и величиной тока, а также между длительностью его дей­ ствия и свойствами мостика.

Количество тепла в малых калориях, выделяемое током в мостике, согласно закону Джоуля—Ленца равно

& = 0 , 2 4 / V , кал,

( U )

где / — ток в мостике, А; гм — сопротивление мостика, Ом; t — длительность прохождения тока, с.

Сопротивление мостика определяется из выражения

'ы = Р 7 = Р ^ Г 1 ОМ,

(1.2)

где р — удельное сопротивление материала

мостика, Ом-мм2 /м;

I — длина мостика, м; s — сечение мостика,

мм2 ; D — диаметр

мостика, мм.

Подставив выражение (1.2) в (1.1), получим выражение для

количества тепла, выделенного в мостике,

 

Qx = 0,306 -g-/2 *, кал.

(1.3)

Количество тепла, расходуемое на разогрев мостика, опреде­ ляется из выражения

Q2 = cVy{T-T0),Kaa,

(1.4)

где с — удельная теплоемкость материала мостика, кал/г-"С; V — объем мостика, см3 ; у — плотность материала мостика, г/см3 ; Т — температура, до которой нагрет мостик, °С; Т0 — начальная темпе­ ратура мостика, °С.

Так как

T r

7

JT.D2

то выражению (1.4) можно придать следующий вид:

Qt = c2f-ly(T-TJ,K&n.

(1.5)

Приравняв выражения (1.3) и (1.5) на основании сделанного допущения об отсутствии отвода тепла от мостика, получим:

0,306 - g - / 2 *== C ^ - Z Y (r _ r o ) .

(1.6)

Преобразовав это уравнение

найдем, что

 

Г = 0 ' 3 9 ^ & - / 2 * + Г о . °С

(1.7)

и

 

 

I4 = 2,bb^-D4T

— T0), А 2 - с .

(1.8)

15

Так как мостик обычно нагревается до нескольких сот градусов, начальной температурой можно пренебречь. При этом

 

 

 

 

Г =

0,39

Р

{14), °С

 

 

(1.9)

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ 2 ; =

2,56^-£>*Г,

А2 -с.

 

(1.10)

 

 

 

 

 

 

7

г»

'

 

 

 

 

 

Произведение квадрата тока на время, входящее в выражения

(1.9) и

(1.10),

называется

и м п у л ь с о м

т о к а. Из выражения

(1.3) следует, что импульс тока является мерой

количества

тепла,

выделяемого

током в мостике.

 

 

 

 

 

 

 

Так

как

количество

электрической

энергии,

израсходованной

в

цепи

с сопротивлением

г

 

 

 

 

 

 

то

импульс

тока

 

А =

(1Ч)г,

 

 

 

(1.11)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.12)

 

Вследствие

этого импульс тока

может

быть

определен

и как

количество электрической энергии, отнесенной к единице сопро­ тивления ЭВ, расходуемой для разогрева мостика до температуры Т.

Из выражения (1.9) следует, что при данном значении импульса тока температура мостика Т будет тем выше, чем больше удельное сопротивление материала мостика р и чем меньше его удельная теплоемкость с, плотность у и диаметр D. Особенно сильно на темпе­ ратуру влияет диаметр мостика.

Чтобы заданная температура Т была получена при наименьшем импульсе тока (1.10), диаметр мостика и отношение су/р, характе­ ризующее материал мостика, должны иметь минимальное значение. Это заставляет при конструировании ЭВ нормальной чувствитель­ ности брать мостик малого диаметра (25—50 мкм) и притом из металла или сплава, для которого отношение су/р имеет возможно малое значение.

Втабл. 1 приведены значения р, с, у и су/р, а также температура плавления некоторых металлов и сплавов.

Всвязи с тем, что отношение су/р минимальное для нихрома, мостики, как правило, изготовляют из нихрома. Однако в некоторых случаях (например, когда требуется большой срок хранения ЭД) применяются и платино-иридиевые мостики.

Независимость импульса тока от длины мостика объясняется тем, что импульс тока является мерой расхода энергии, отнесенной к единице сопротивления мостика и, следовательно, к единице его длины, а также тем, что выражение (1.10) составлено для случая, когда разогрев мостика идет очень быстро, и отводом тепла, зави­ сящим от длины мостика, можно пренебречь.

При использовании на практике сравнительно небольших зна­ чений воспламеняющего тока пренебречь отводом тепла от мостика

16

Т а б л и ц а 1

 

Р (при

с,

Т е м п е р а ­

М е т а л л пл и с п л а в

300 °С),

к а л / г - ° С г / с м '

т у р а п л а в ­

 

Ом • мм" / м

 

л е н и я , °С

Платина (Pt)

сплав (85%

0,175

0,032

21,4

3,91

1770

Платино-иридиевый

0,360

0,032

21,6

1,92

1800

Pt + 15% Ir)

 

Константаи (60% Си + 40% №)

0,485

0,098

8,9

1,80

1260

Нихром (80% Ш +

20% Сг) . .

1,19

0,11

8,4

0,78

1410

Инвар (36% Ni + 64% Fe) . . .

1,20

0,11

8,1

0,80

1430

Манганин (84% Си + 4% Ni +

0,470

0,097

8,7

1,80

1100

+ 12% Мп)

 

 

 

0,255

0,12

7,8

3,67

1540

 

 

0,122

0,034

19,3

5,38

3400

 

 

0,036

0,098

8,9

24,2

1080

нельзя. Вследствие этого температура середины мостика и тем более температура на участках, лежащих ближе к выводным проводам, будет меньше той, которая получается по формуле (1.9). При этом отклонение фактической температуры от расчетной будет тем зна­ чительнее, чем больше будет доля тепла, отводимого от мостика в воспламенительный состав и в выводные провода. Поэтому по формуле (1.10) нельзя определить импульс тока, который требуется для воспламенения ЭВ, даже в том случае, если будут известны все входящие в нее величины. Вследствие этого импульс тока, необхо­ димый для воспламенения ЭВ, приходится определять эксперимен­ тально. Минимальный импульс тока, требующийся для воспламе­

нения

ЭВ, называется и м п у л ь с о м

в о с п л а м е н е н и я .

Таким

образом, импульс воспламенения

определяет свойства ЭВ

и является его основной энергетической характеристикой. В отличие

от этого

и м п у л ь с

т о к а

характеризует

количество энергии,

которое

источник

тока

посылает в ЭВ. Если

импульс тока

будет

равен или больше

импульса

воспламенения, ЭВ сработает,

а если

меньше — откажет.

 

 

 

 

Как указывалось, при достаточно большом токе мостик по исте­ чении некоторого промежутка времени может расплавиться. Импульс

тока, который

необходим для этого, называется и м п у л ь с о м

п л а в л е н и я

м о с т и к а .

Параметры электровоспламенителей и электродетонаторов

Параметрами ЭВ и ЭД называют величины, характеризующие их основные свойства: сопротивление, безопасный ток, воспламе­ няющие токи (длительный, стомиллисекундный, четырехмиллисекундный), импульс воспламенения, импульс плавления мостика, время передачи, время срабатывания.

2 З а к а з 280

- -

17

1

Перечисленные параметры ЭД мгновенного действия полностьюсовпадают с параметрами применяемых в них ЭВ, поскольку они отличаются лишь наличием в электродетонаторах капсюля-детона­ тора. В отличие от этого, у ЭД с замедлением время срабатывания не совпадает с таким же параметром ЭВ, так как первые снабжены замедляющим составом.

Физическая сущность параметров ЭВ и

ЭД. С о п р о т и в л

е -

н и е э л е к т р о в о с п л а м е н и т е л я

(электродетонатора)

Гд.

складывается из электрического сопротивления мостика в холодном состоянии и выводных проводов. Этот параметр дает возможность судить об отсутствии серьезных неисправностей в ЭВ: обрыва мостика, замыканпя между электродами, к которым припаян мостик (вилоч­ ками), неустойчивого контакта между мостиками и вилочками, замыкания в выводных проводах. В отличие от испытаний для определения других параметров, измерение сопротивления не вызы­ вает уничтожения или порчи ЭД, поэтому определение сопротивления является единственным способом проверки исправности каждого ЭД, проводящейся как на заводах-изготовителях, так и на месте работ перед использованием. Знать сопротивление ЭД необходимо также для расчета электровзрывных сетей.

Сопротивление ЭД зависит от материала, диаметра, длины мостика

и выводных

проводов п

определяется

из

выражения

 

 

> ^ p » 4 t + 9

" > i l t ' 0 M

>

( L 1 3 )

 

 

4

 

4

 

 

где р м и р п р

— удельное

сопротивление материала мостика

и вы­

водных проводов, Ом-мм2 /м; DM

и Dnp

— диаметр мостика и

жилы

выводных проводов, мм; 1Ы и

Zn p — длина

мостика и выводных

проводов (в один конец),

м.

 

 

 

 

Так как удельное сопротивление проводников растет с увели­ чением температуры, сопротивление ЭД во время воспламенения будет несколько больше (почти целиком в результате увеличения сопротивления мостика), чем оно было в холодном состоянии. По­ вышение сопротивления ЭД зависит от температурного коэффициента сопротивления мостика. У ЭД с константановым или нихромовым мостиком увеличение сопротивления незначительно (не более 4%) и им можно пренебречь, тогда как у ЭД с платино-иридиевым мости­ ком сопротивление может повышаться на 25—30%, что должно учитываться при расчете электровзрывных сетей.

Б е з о п а с н ы й т о к 1б — максимальное значение (верхний предел) постоянного тока, который, протекая через ЭВ без ограни­ чения времени, не может вызвать его воспламенения. Следовательно, при токе, равном или меньшем безопасного, ЭВ не воспламенится при любой длительности его протекания, тогда как при токе, большем безопасного, воспламенение ЭВ произойдет. Испытания показывают, что если в течение 5 минЭВ не воспламенился, он не воспламенится

18 4

Смотрите также файлы