申请/专利权人：北京理工大学;中国人民解放军陆军工程大学

申请日：2017-10-27

公开（公告）日：2020-10-16

公开（公告）号：CN107832509B

主分类号：G06F30/20(20200101)

分类号：G06F30/20(20200101);G06F119/08(20200101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.10.16#授权;2018.04.17#实质审查的生效;2018.03.23#公开

摘要：本发明公开了设计安全电流下的微平面式电发火组件参数设计方法，包括：构建物理模型；构建数学模型；求解得出微平面式电发火组件的临界发火电流的理论计算公式；将若干与待设计微平面式电发火组件结构相同的微平面式电发火组件进行发火电流感度实验，并将实验数据与计算结果进行对比，验证模型是否可行；将理论计算公式进行修正，得到微平面式电发火组件安全电流的理论计算公式并输入微平面式电发火组件设计参数，计算得到微平面式电发火组件的安全电流并反求设计参数。本发明具有需要实验样品及次数少，耗费实验成本和时间低，参数设计准确的优点。

主权项：1.设计安全电流下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：构建微平面式电发火组件的恒定直流激励时的物理模型；步骤2：根据上述物理模型构建恒定直流激励时的数学模型；步骤3：对上述数学模型进行求解，得出微平面式电发火组件的临界发火电流的理论计算公式；步骤4：将若干与待设计微平面式电发火组件结构相同的微平面式电发火组件进行发火电流感度实验，并将实验数据与采用步骤3所述公式计算出的该结构的微平面式电发火组件的临界发火电流与其进行对比，验证模型是否可行；如果临界发火电流的理论计算结果与实验数据的差值小于给定阈值，输出该模型，否则，返回步骤2，修改模型参数重新构建恒定直流激励的物理模型；步骤5：根据步骤4输出的微平面式电发火组件的临界发火电流的理论计算公式，将公式中可降低临界发火电流的参数修正为该参数加上该参数的工程偏差，将公式中的其它参数修正为该参数减去该参数的工程偏差，得到微平面式电发火组件的安全电流的理论计算公式并输入微平面式电发火组件设计参数，计算得到微平面式电发火组件的安全电流；步骤6：计算该安全电流与设计安全电流的差值，如果该安全电流与设计安全电流的差距小于给定阈值，输出微平面式电发火组件的设计参数，流程结束；否则返回步骤5；步骤1中，所述微平面式电发火组件由微平面换能元、发火药剂、陶瓷环组成，微平面换能元自下而上由基体、桥膜、焊盘组成，陶瓷环安装在基体上，陶瓷环内装有发火药剂；在恒定直流激励条件下，微平面换能元将电能转换为焦耳热，桥膜温度升高，同时将能量以热传导方式传递给发火药剂和基体，发火药剂和基体向环境散失热量，当发火组件产生的焦耳热与散失的热量相等时，发火组件温度保持不变，进入稳态传热阶段，当发火药剂的稳态温度恰好等于发火点时，所对应的电流为临界发火电流；步骤1中，建立物理模型时，为使模型简化，需做如下假设：1将基体看作与基体等高的一圆柱体，将方形桥膜看作位于基体顶面中心的一个一定直径r0的等效圆形膜，将发火药剂看作等效半球；2由于基体高度小于横向和纵向尺寸，基体厚度方向热阻较小，忽略基体厚度方向的温度梯度，可将基体导热看作圆筒壁模型；3桥膜与基体和发火药剂均接触良好，忽略二者之间的接触热阻，即桥膜与基体和发火药剂接触处等温；4忽略系统向环境的辐射散热以及上下表面向环境的对流换热；5发火组件的物化参数不随温度发生变化；6作用过程中忽略发火药剂的化学反应放热；7只考虑装药的径向传热，忽略其它方向传热以及热辐射；8换能元的导热系数取基体和桥膜的综合参数，其中基体和桥膜各占一定权重且二者之和等于1，其中桥膜的权重不大于10％；步骤2中，所构建的数学模型主要包括两部分，具体如下：1发火组件进入稳态导热时，温度不随时间发生变化，保持恒定，换能元温度控制方程和定解条件为 在这个组合公式中，第一个公式为微平面式换能元的温度控制方程，第二个公式为换能元与发火药剂接触的边界，第三个公式为换能元与环境接触的边界，属于第三类边界条件；2装药温度控制方程和定解条件为 在这个组合公式中，第一个公式为发火药剂的温度控制方程，第二个公式为发火药剂的内边界条件，Te＝Tm表示与桥膜接触处，装药温度和基体温度相等；第三个公式为发火药剂与环境相接触的边界，属于第三类边界条件；以上公式中：Tm——换能元温度K；Te——发火药剂温度K；λm——换能元的导热系数WmK；λm＝kλb+1-kλj，λb——桥膜的导热系数WmK，λj——基体的导热系数WmK，k——桥膜传热所占的权重；λe——发火药剂的导热系数WmK；r——换能元和发火药剂的空间变量；I——激励电流A；r0——桥膜的等效半径m，l—方形桥膜边长m；A——等效圆筒内壁面积m2，A＝2πr0H；H——基体高度m；L——基体长度m；rm∞——基体的等效半径m，R0——换能元初始电阻Ω；α——换能元电阻温度系数1K；hm——基体与环境的换热系数Wm2；he——发火药剂与环境的换热系数Wm2；T0——环境温度K；S——发火药剂等效半球内壁面积m2，S＝l2；R——发火药剂的装药半径m；ξ1，ξ2分别代表热量分配系数，ξ1+ξ2＝1；步骤3中，临界发火电流的理论计算公式为： 以上公式中：Iec——临界发火电流A；Te0——发火药剂的发火温度K；T0——环境温度K；R0——换能元初始电阻Ω；α——换能元电阻温度系数1K；λm——换能元的导热系数WmK；λe——发火药剂的导热系数WmK；l——方形桥膜边长m；H——基体高度m；L——基体长度m；hm——基体与环境的换热系数Wm2；he——发火药剂与环境的换热系数Wm2；R——发火药剂的装药半径m。

全文数据：设计安全电流下的微平面式电发火组件参数设计方法技术领域[0001]本发明涉及电火工品设计技术领域，具体涉及设计安全电流下的微平面式电发火组件参数设计方法。背景技术[0002]微平面式电发火组件是电火工品中的一种电点火装置。微平面式电发火组件由微平面换能元和发火药剂组成。微平面换能元结构如图1-3所示，微平面换能元由金属桥膜[2]、焊盘⑴和基体3组成，常见的桥膜材料为铬、铂钨或镍铬合金，桥膜区为正方形，边长用1表示，一般边长为0.05mm-0.3mm，厚度为0.3μπι-1.5μπι。基体为方体，高度用H表示，底面边长用L表示，底面边长为2.5mm-3mm，高度为0.3mm-〇.5_。经计算，基体边长是桥膜区边长的8-60倍，桥膜区面积为0.0025mm2-0.09mm2，基体的面积为6.25mm2-9mm2，基体面积是桥膜区面积的69-3600倍，基体边长为高度的5-10倍。[0003]微平面式电发火组件由微平面换能元和发火药剂组成，结构如图4所示。发火药剂5装在陶瓷环⑷内，装药可以是多孔氮化铜或多孔氮化银等起爆药，装药直径用R表示，一般为1.5mm-2mm，高度为0.经估算，装药直径与高度相当。[0004]微平面式电发火组件的能量加载方式有两种，分别是恒流激励和电容放电激励。恒流激励时，微平面换能元将电能转换为焦耳热，桥膜温度升高，同时将能量以热传导的方式传递给方形基体、焊盘和发火药剂，使基体、焊盘和发火药剂温度升高，当换能元产生的焦耳热与散失的热量相等时，发火件温度保持不变，进入稳态传热阶段。桥膜的升温过程如图5所示，当稳态温度T1恰好等于药剂的发火点时，所对应的电流即为微平面式电发火组件的临界发火电流，也称为理论上的最大安全电流。[0005]安全电流是微平面式电发火组件的一个重要的性能参数。目前，关于微平面式电发火组件安全电流的设计，多采用实验的方法。一般步骤为在现有实验数据的基础上将现有产品更改参数，制备多种规格的样品，通过发火实验，获取满足技术要求的微平面式电发火组件。该方法的特点是需要大量实验样品和多次实验，耗费实验成本和时间。发明内容[0006]本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供设计安全电流下的微平面式电发火组件参数设计方法。[0007]本发明采用的技术方案如下。[0008]设计安全电流下的微平面式电发火组件参数设计方法，包括如下步骤：[0009]步骤1:构建微平面式电发火组件的恒流激励时的物理模型；[0010]步骤2:根据上述物理模型构建恒流激励时的数学模型；[0011]步骤3:对上述数学模型进行求解，得出微平面式电发火组件的临界发火电流的理论计算公式；[0012]步骤4:将若干与待设计微平面式电发火组件结构相同的微平面式电发火组件进行发火电流感度实验，并将实验数据与采用步骤3所述公式计算出的该结构的微平面式电发火组件的临界发火电流与其进行对比，验证模型是否可行;如果临界发火电流的理论计算结果与实验数据的差值小于给定阈值，输出该模型，否则，返回步骤2,修改模型参数重新构建恒流激励时的数学模型；[0013]步骤5:根据步骤4输出的微平面式电发火组件的临界发火电流的理论计算公式，将公式中可降低临界发火电流的参数修正为该参数加上该参数的工程偏差，将公式中的其它参数修正为该参数减去该参数的工程偏差，得到微平面式电发火组件的安全电流的理论计算公式并输入微平面式电发火组件设计参数，得到微平面式电发火组件的安全电流；[0014]步骤6:计算该安全电流与设计安全电流的差值，如果该安全电流与设计安全电流的差距小于给定阈值，输出微平面式电发火组件的设计参数，流程结束;否则返回步骤5。[0015]作为优选技术方案，步骤1中，所述微平面式电发火组件由微平面换能元、发火药剂、陶瓷环组成，微平面换能元自下而上由基体、桥膜、焊盘组成，陶瓷环安装在基体上，陶瓷环内装有发火药剂;在恒定直流激励条件下，微平面换能元将电能转换为焦耳热，桥膜温度升高，并且将能量以热传导方式传递给发火药剂和基体，发火药剂和基体向环境散失热量，当发火组件产生的焦耳热与散失的热量相等时，发火组件温度保持不变，进入稳态传热阶段，当发火药剂的稳态温度恰好等于发火点时，所对应的电流为临界发火电流。[0016]作为优选技术方案，步骤1中，建立物理模型时，为使模型简化，需做如下假设：[0017]1将基体看作与基体等高的一圆柱体，将方形桥膜看作位于基体顶面中心的一个一定直径ro的等效圆形膜，将发火药剂看作等效半球；[0018]2由于基体高度小于横向和纵向尺寸，基体厚度方向热阻较小，忽略基体厚度方向的温度梯度，只考虑横向和纵向导热，可将基体导热看作圆筒壁模型；[0019]3桥膜与基体和发火药剂均接触良好，忽略二者之间的接触热阻，即桥膜与基体和发火药剂接触处等温；[0020]⑷忽略发火组件向环境的辐射散热以及上下表面向环境的对流换热；[0021]5发火组件的物化参数不随温度发生变化；[0022]⑹作用过程中忽略发火药剂的化学反应放热；[0023]⑺只考虑发火药剂的径向传热，忽略其它方向传热以及热辐射；[0024]8换能元的导热系数取基体和桥膜的综合参数，其中基体和桥膜各占一定权重且二者之和等于1，其中桥膜的权重不大于10%。[0025]作为优选技术方案，步骤2中，所构建的数学模型主要包括两部分，具体如下：[0026]1发火组件进入稳态导热时，温度不随时间发生变化，保持恒定，以桥膜中心为坐标原点，以垂直于桥膜方向为z轴建立柱坐标系，如图7所示，换能元温度控制微分方程和定解条件为组合公式（1。[0028]在这个组合公式中，第一个公式为微平面式换能元的温度控制方程，第二个公式为换能元与发火药剂接触的边界，第三个公式为换能元与环境接触的边界，属于第三类边界条件。[0029]2以桥膜中心为坐标原点，建立球坐标系，如图8所示，装药温度控制方程和定解条件为组合公式C2X[0031]在这个组合公式中，第一个公式为发火药剂的温度控制方程，第二个公式为发火药剂的内边界条件，Te=Tm表示与桥膜接触处，装药温度和基体温度相等。第三个公式为发火药剂与环境相接触的边界，属于第三类边界条件。[0032]以上公式中：Tm换能兀温度K;Te发火药剂温度K;Am换能兀的导热系数WmK;Am=kAb+1-kAj，Ab——桥膜的导热系数WmK，λ」——基体的导热系数ffmK,k--桥膜传热所占的权重--发火药剂的导热系数WmK;r--换能元和发火药剂的空间变量；I一一激励电流㈧；ro—一桥膜的等效半径m—方形桥膜边长m;A—一等效圆筒内壁面积m2，A=23TrQH;H——基体高度m;L—一基体长度m;rm〇〇基体的等效半径m换能兀初始电阻（Ω;α换能兀电阻温度系数（1K;hm—一基体与环境的换热系数Wm2—一发火药剂与环境的换热系数Wm2;T〇—一环境温度⑻；S——发火药剂等效半球内壁面积m2，S=I2;R—一发火药剂的装药半径m;ξΐ，ξ2分别代表热量分配系数，ξΐ+ξ2=1。[0033]作为优选技术方案，步骤3中，临界发火电流的理论计算公式为：[0034]公式（3。[0035]以上公式中：Iec--临界发火电流A;TeQ--发火药剂的发火温度⑻；Tq--环境温度⑻；Ro换能兀初始电阻（Ω;α换能兀电阻温度系数（1K;Am换能兀的导热系数WmK;I—一发火药剂的导热系数WmK;1—一方形桥膜边长m;H—一基体高度m;L—一基体长度m;hm—一基体与环境的换热系数Wm2;—一发火药剂与环境的换热系数Wm2;R—一发火药剂的装药半径m。[0036]作为优选技术方案，步骤4中修改模型参数重新构建恒流激励的数学模型时，包括增大或缩小等效圆形膜的直径Π的步骤或和增大或缩小综合参数中桥膜的权重的步骤。[0037]作为优选技术方案，所述可降低临界发火电流的参数包括换能元电阻R〇,可提高临界发火电流的参数包括桥膜边长1，基体的高度H和长度L。[0038]作为优选技术方案，所述参数的工程偏差采用步骤4中发火电流感度实验所用样本的该参数的标准差。[0039]作为优选技术方案，进行发火电流感度实验时，样本量不少于20个。[0040]作为优选技术方案，所述桥膜的材料为金属薄膜。[0041]作为优选技术方案，所述基体的材料为绝缘材料，为玻璃或陶瓷。[0042]作为优选技术方案，所述发火药剂为起爆药，包括斯蒂酚酸铅LTNR、叠氮化铅PbN6、叠氮化铜中的一种或数种。[0043]本发明的有益效果是：能够在制备样品之前，先通过理论计算判断样品的安全电流是否满足要求，然后对样品参数进行不断修正，获取设计安全电流下的微平面式电发火组件参数，具有实验样品少，耗费实验成本和时间低，参数设计准确的优点。附图说明[0044]图1是微平面换能元结构图。[0045]图2是微平面换能元俯视图。[0046]图3是微平面换能元主视图。[0047]图4是微平面发火组件结构图。[0048]图5是恒流激励时桥膜升温示意图。[0049]图6是设计安全电流下的微平面式电发火组件参数设计方法的流程图。[0050]图7是基体等效几何模型图。[0051]图8是装药等效几何模型图。[0052]图9是LTNR发火件临界发火电流I与桥膜长度1的关系图。[0053]图10是不同装药铬桥膜临界发火电流I与桥膜长度1之间的关系图。[0054]图11是不同桥膜与LTNR所组成的发火组件的临界发火电流I与桥膜长度1之间的关系图。[0055]图12是不同桥膜与LTNR所组成的发火组件的临界发火电流I与换能元电阻Ro之间的关系图。[0056]其中：焊盘一1;桥膜一2;基体一3;陶瓷环一4;装药一5。具体实施方式[0057]下面，结合附图和实施例对本发明作进一步说明。[0058]实施例1。设计安全电流下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于，包括如下步骤：[0059]步骤1:构建微平面式电发火组件的恒流激励时的物理模型；[0060]步骤2:根据上述物理模型构建恒流激励时的数学模型；[0061]步骤3:对上述数学模型进行求解，得出微平面式电发火组件的临界发火电流的理论计算公式；[0062]步骤4:将若干与待设计微平面式电发火组件结构相同的微平面式电发火组件进行发火电流感度实验，并将实验数据与采用步骤3所述公式计算出的该结构的微平面式电发火组件的临界发火电流与其进行对比，验证模型是否可行;如果临界发火电流的理论计算结果与实验数据的差值小于给定阈值，输出该模型，否则，返回步骤2,修改模型参数重新构建恒流激励的数学模型；[0063]步骤5:根据步骤4输出的微平面式电发火组件的临界发火电流的理论计算公式，将公式中可降低临界发火电流的参数修正为该参数加上该参数的工程偏差，将公式中可提高临界发火电流的参数修正为该参数减去该参数的工程偏差，得到微平面式电发火组件的安全电流的理论计算公式并输入微平面式电发火组件设计参数，得到微平面式电发火组件的安全电流；[0064]步骤6:计算该安全电流与设计安全电流的差值，如果该安全电流与设计安全电流的差值小于给定阈值，输出微平面式电发火组件的设计参数，流程结束;否则返回步骤5。[0065]步骤1中，所述微平面式电发火组件由微平面换能元、发火药剂、陶瓷环组成，微平面换能元的物理结构自下而上由基体、桥膜、焊盘组成，陶瓷环安装在基体上，陶瓷环内装有发火药剂;在恒定直流激励条件下，微平面换能元将电能转换为焦耳热，桥膜温度升高，同时将能量以热传导方式传递给发火药剂和基体，发火药剂和基体向环境散失热量，当发火组件产生的焦耳热与散失的热量相等时，发火组件温度保持不变，进入稳态传热阶段，当发火药剂的稳态温度恰好等于发火点时，所对应的电流为临界发火电流。[0066]步骤1中，建立物理模型时，为使模型简化，需做如下假设：[0067]1将基体看作与基体等高的一圆柱体，将方形桥膜看作位于基体顶面中心的一个一定直径ro的等效圆形膜，将发火药剂看作等效半球；[0068]2由于基体高度小于横向和纵向尺寸，基体厚度方向热阻较小，忽略基体厚度方向的温度梯度，可将基体导热看作圆筒壁模型；[0069]3桥膜与基体和发火药剂均接触良好，忽略二者之间的接触热阻，即桥膜与基体和发火药剂接触处等温；[0070]⑷忽略系统向环境的辐射散热以及上下表面向环境的对流换热；[0071]5发火组件的物化参数不随温度发生变化；[0072]⑹作用过程中忽略发火药剂的化学反应放热；[0073]⑺只考虑装药的径向传热，忽略其它方向传热以及热辐射；[0074]8换能元的导热系数取基体和桥膜的综合参数，其中基体和桥膜各占一定权重且二者之和等于1，其中桥膜的权重不大于10%。[0075]步骤2中，所构建的数学模型主要包括两部分，具体如下：[0076]1发火组件进入稳态导热时，温度不随时间发生变化，保持恒定，以桥膜中心为坐标原点，以垂直于桥膜方向为z轴建立柱坐标系，如图7所示，换能元温度控制微分方程和定解条件为[0077]组合公式（I[0078]在这个组合公式中，第一个公式为微平面式换能元的温度控制方程，第二个公式为换能元与发火药剂接触的边界，第三个公式为换能元与环境接触的边界，属于第三类边界条件。[0079]2以桥膜中心为坐标原点，建立球坐标系，如图8所示，装药温度控制方程和定解条件为[0080]组合公式（2[0081]在这个组合公式中，第一个公式为发火药剂的温度控制方程，第二个公式为发火药剂的内边界条件，Te=Tm表示与桥膜接触处，装药温度和基体温度相等。第三个公式为发火药剂与环境相接触的边界，属于第三类边界条件。[0082]以上公式中：Tm换能兀温度K;Te发火药剂温度K;Am换能兀的导热系数WmK;Am=kAb+1-kAj，Ab——桥膜的导热系数WmK，λ」——基体的导热系数ffmK,k--桥膜传热所占的权重--发火药剂的导热系数WmK;r--换能元和发火药剂的空间变量；I一一激励电流㈧；r〇—一桥膜的等效半径m，-方形桥膜边长m;A—一等效圆筒内壁面积m2，A=23TrQH;H——基体高度m;L—一基体长度m;rm〇〇基体的等效半径m，换能兀初始电阻（Ω;α换能兀电阻温度系数（1K;hm—一基体与环境的换热系数Wm2—一发火药剂与环境的换热系数Wm2;T〇—一环境温度⑻；S——发火药剂等效半球内壁面积m2，S=I2;R—一发火药剂的装药半径m;ξΐ，ξ2分别代表热量分配系数，ξΐ+ξ2=1。[0083]步骤3中，临界发火电流的理论计算公式为：[0084]公式（3[0085]以上公式中：Iec--临界发火电流A;TeQ--发火药剂的发火温度⑻；Tq--环境温度⑻；Ro换能兀初始电阻（Ω;α换能兀电阻温度系数（1K;Am换能兀的导热系数WmK;I—一发火药剂的导热系数WmK;1—一方形桥膜边长m;H—一基体高度m;L—一基体长度m;hm—一基体与环境的换热系数Wm2;—一发火药剂与环境的换热系数Wm2;R—一发火药剂的装药半径m。[0086]步骤4中，修改模型参数重新构建恒流激励的数学模型时，包括增大或缩小等效圆形膜的直径ro的步骤或和增大或缩小综合参数中桥膜的权重k的步骤。[0087]所述可降低临界发火电流的参数包括换能元电阻R〇,可提高临界发火电流的参数包括桥膜边长1，基体的高度H和长度L。[0088]所述参数的工程偏差采用步骤4中发火电流感度实验所用样本的该参数的标准差。[0089]进行发火电流感度实验时，样本量不少于20个。[0090]所述桥膜的材料为金属薄膜，包括铬、铂钨、镍铬合金等。[0091]所述基体的材料为绝缘材料，包括玻璃、陶瓷等。[0092]所述发火药剂为起爆药，包括斯蒂酚酸铅、叠氮化铅、叠氮化铜等。[0093]实施例2。设计安全电流下的微平面式电发火组件参数设计方法，包括如下步骤：[0094]步骤1:构建微平面式电发火组件的恒流激励时的物理模型。[0095]步骤2:根据上述物理模型构建恒流激励时的数学模型。[0096]步骤3:对上述数学模型进行求解，得出微平面式电发火组件的临界发火电流的理论计算公式。[0097]步骤4:将若干与待设计微平面式电发火组件结构相同的微平面式电发火组件进行发火电流感度实验，并将实验数据与采用步骤3所述公式计算出的该结构的微平面式电发火组件的临界发火电流与其进行对比，验证模型是否可行;如果临界发火电流的理论计算结果与实验数据的差值小于给定阈值，输出该模型，否则，返回步骤2,修改模型参数重新构建恒流激励的数学模型。[0098]步骤5:根据步骤4输出的微平面式电发火组件的临界发火电流的理论计算公式，将公式中可降低临界发火电流的参数修正为该参数加上该参数的工程偏差，将公式中的可提高临界发火电流的参数修正为该参数减去该参数的工程偏差，得到微平面式电发火组件的安全电流的理论计算公式并输入微平面式电发火组件设计参数，得到微平面式电发火组件的安全电流。[0099]步骤6:计算该安全电流与设计安全电流的差值，如果该安全电流与设计安全电流的差距小于给定阈值，输出微平面式电发火组件的设计参数，流程结束;否则返回步骤5。[0100]作为优选技术方案，步骤1中，所述微平面式电发火组件由微平面换能元、发火药剂、陶瓷环组成，微平面换能元自下而上由基体、桥膜、焊盘组成，陶瓷环安装在基体上，陶瓷环内装有发火药剂;在恒定直流激励条件下，微平面换能元将电能转换为焦耳热，桥膜温度升高，并且将能量以热传导方式传递给发火药剂和基体，发火药剂和基体向环境散失热量，当发火组件产生的焦耳热与散失的热量相等时，发火组件温度保持不变，进入稳态传热阶段，当发火药剂的稳态温度恰好等于发火点时，所对应的电流为临界发火电流。[0101]物理模型。[0102]恒流激励时，对发火组件建立发火模型的目的是为了得到发火件进入稳态传热时温度与激励电流之间的关系，从而得到发火组件的临界发火电流。[0103]通入恒流时，微平面换能元产生的焦耳热一部分传递给装药，另一部分传入基体。由于基体高度小于横向和纵向尺寸，基体厚度方向热阻较小，忽略基体厚度方向的温度梯度，可将基体导热看作圆筒壁模型，如图7所示。[0104]对于圆柱形装药，由于装药高度和直径相当，热量沿着轴向和径向方向传递，温度分布呈点对称，所以选取半球型装药为研究对象，如图8所示。[0105]为了使模型简化，还需做如下假设：[0106]1将方形桥膜看作位于基体顶面中心的一个一定直径Π的等效圆形膜；[0107]2桥膜与基体和发火药剂均接触良好，忽略二者之间的接触热阻，即桥膜与基体和发火药剂接触处等温；[0108]3忽略系统向环境的辐射散热以及上下表面向环境的对流换热；[0109]⑷发火组件的物化参数不随温度发生变化；[0110]5作用过程中忽略发火药剂的化学反应放热；[0111]⑹只考虑发火药剂的径向传热，忽略其它方向传热以及热辐射；[0112]7换能元的导热系数取基体和桥膜的综合参数，其中基体和桥膜各占一定权重且二者之和等于1，其中桥膜的权重不大于10%。[0113]数学模型。[0114]发火组件进入稳态导热时，温度不随时间发生变化，保持恒定，以桥膜中心为坐标原点，以垂直于桥膜方向为z轴建立柱坐标系，如图7所示，换能元温度控制微分方程和定解条件为：[0115]式（1。[0116]以桥膜中心为坐标原点，建立球坐标系，如图8所示，装药温度控制方程和定解条件为：[0117]式（2:。[0118]以上公式中：Tm换能兀温度K;Te发火药剂温度K;Am换能兀的导热系数WmK;Am=kAb+1-kAj，Ab——桥膜的导热系数WmK，λ」——基体的导热系数ffmK,k--桥膜传热所占的权重--发火药剂的导热系数WmK;r--换能元和发火药剂的空间变量；I一一激励电流A—一桥膜的等效半径m，-方形桥膜边长m;A—一等效圆筒内壁面积m2，A=23TrQH;H——基体高度m;L—一基体长度m；rm°°基体的等效半径m;：Ro换能兀初始电阻（Ω;α换能兀电阻温度系数（1K;hm—一基体与环境的换热系数Wm2—一发火药剂与环境的换热系数Wm2;T〇—一环境温度⑻；S——发火药剂等效半球内壁面积m2，S=I2;R—一发火药剂的装药半径m;ξΐ，ξ2分别代表热量分配系数，ξΐ+ξ2=1C3Te=Tm表示与桥膜接触处，装药温度和基体温度相等。[0119]以上方程组为二阶齐次线性微分方程，可直接求其解析解。[0120]理论求解。[0121]为了求解方便，令0m=Tmr-To，0e=Ter-To,对组合公式⑴和组合公式2分别求解得式（3式（4X[0124]当r=r〇时，0mr〇=9ero=θ〇,对公式⑶和公式⑷分别进行变换得[0127]根据可得出[0125]式（5[0126]式（6。[0128]式（7。[0129]进一步变换得[0130]式（8〇[0131]假设发火件的发火点是Te3O，那么Θ^=Te3O-To，则对应的临界发火电流为：[0132]式（9。[0133]将A=23irQH，M戈入公式⑼，得发火组件的临界发火电流为：[0134]公式（10。[0135]分析公式（10可知，微平面发火件的临界发火电流除了与桥电阻和尺寸有关外，还与装药和基体的导热系数以及装药厚度和基体尺寸有关。临界发火电流与换能元初始电阻的平方根成反比。当激励电流小于临界发火电流时，微平面发火件不发火，处于安全状ίέτO[0136]1基体材料对临界发火电流的影响规律[0137]以铬桥膜和LTNR组成的发火件为例，桥膜初始电阻为1Ω。基体边长为2.5_，装药直径为2mm，材料的物化参数如表1〜3所示。将参数代入公式（10进行计算，得不同基体材料的铬桥膜与LTNR所组成的发火件临界发火电流与桥膜尺寸之间的关系如图9所示。[0138]表1桥膜材料的基本参数[0139][0140]表2基体材料的基本参数[0141][0142]表3发火药剂的基本参数[0143][0144]2装药对临界发火电流的影响规律[0145]以铬桥膜和不同装药组成的发火件为例，换能元初始电阻为1Ω，陶瓷基体边长为2.5mm，装药直径为2_。经计算，陶瓷基体的铬桥膜与不同装药所组成发火件的临界发火电流与桥膜尺寸之间的关系如图10所示。[0146]3桥膜材料对临界发火电流的影响规律[0147]以LTNR组成的发火件为例，桥膜初始电阻为1Ω。陶瓷基体边长为2.5mm，装药直径为2_，经计算，不同桥膜与LTNR所组成的发火件临界发火电流与桥膜尺寸之间的关系如图11所示。[0148]⑷桥膜电阻对临界发火电流的影响规律[0149]以LTNR组成的发火件为例，陶瓷基体边长为2.5mm，装药直径为2mm，经计算，不同桥膜与LTNR所组成的发火件临界发火电流与电阻之间的关系如图12所示。[0150]所述参数的工程偏差采用步骤4中发火电流感度实验所用样本的该参数的标准差。[0151]进行发火电流感度实验时，样本量不少于20个。[0152]所述桥膜的材料为金属薄膜，包括镍铬合金、铬或铂钨。[0153]所述基体的材料为绝缘材料，包括玻璃、陶瓷等。[0154]所述发火药剂为起爆药药剂，包括斯蒂酚酸铅、叠氮化铅、叠氮化铜等。[0155]实施例3。本实施例与实施例1的不同在于:步骤6中，设计发火组件的参数，输出满足要求的安全电流，包括改变桥膜的尺寸参数、基体的尺寸参数和发火药剂的种类。[0156]要求设计安全电流不低于240mA的发火组件。首先，选用换能元桥膜材料为铬，基体材料为Pyrex7740玻璃，发火药剂为斯蒂酚酸铅;其次，设计不同尺寸和电阻的桥膜，设计基体边长为1mm，高度为0.5mm，设计装药直径为1mm，假设换能元工程公差为5%，将预设计的参数和所选用材料的物化参数代入临界发火电流计算公式，经计算桥膜不同尺寸和阻值时，发火组件的临界发火电流和安全电流如表4所示。1#、2#、3#、和4#产品理论上均满足要求，为了保证一定的预度和保证发火组件其他性能指标全发火电压），选择3#产品制备样品，按此参数制备样品，经试验该规格发火件的临界发火电流为0.398A，安全电流为0.335A，临界发火电流和安全电流的理论计算结果与试验结果的偏差分别为1.5%和2.1%，均小于10%，表明临界发火电流计算公式对于微平面发火组件的设计具有理论指导意义，该设计方法可行。[0157]表4不同尺寸铬桥膜临界发火电流和安全电流理论计算值[0158][0159]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.设计安全电流下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1:构建微平面式电发火组件的恒定直流激励时的物理模型；步骤2:根据上述物理模型构建恒定直流激励时的数学模型；步骤3:对上述数学模型进行求解，得出微平面式电发火组件的临界发火电流的理论计算公式；步骤4:将若干与待设计微平面式电发火组件结构相同的微平面式电发火组件进行发火电流感度实验，并将实验数据与采用步骤3所述公式计算出的该结构的微平面式电发火组件的临界发火电流与其进行对比，验证模型是否可行；如果临界发火电流的理论计算结果与实验数据的差值小于给定阈值，输出该模型，否则，返回步骤2,修改模型参数重新构建恒定直流激励的物理模型；步骤5:根据步骤4输出的微平面式电发火组件的临界发火电流的理论计算公式，将公式中可降低临界发火电流的参数修正为该参数加上该参数的工程偏差，将公式中的其它参数修正为该参数减去该参数的工程偏差，得到微平面式电发火组件的安全电流的理论计算公式并输入微平面式电发火组件设计参数，计算得到微平面式电发火组件的安全电流；步骤6:计算该安全电流与设计安全电流的差值，如果该安全电流与设计安全电流的差距小于给定阈值，输出微平面式电发火组件的设计参数，流程结束;否则返回步骤5。2.如权利要求1所述的设计安全电流下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于:步骤1中，所述微平面式电发火组件由微平面换能元、发火药剂、陶瓷环组成，微平面换能元自下而上由基体、桥膜、焊盘组成，陶瓷环安装在基体上，陶瓷环内装有发火药剂;在恒定直流激励条件下，微平面换能元将电能转换为焦耳热，桥膜温度升高，同时将能量以热传导方式传递给发火药剂和基体，发火药剂和基体向环境散失热量，当发火组件产生的焦耳热与散失的热量相等时，发火组件温度保持不变，进入稳态传热阶段，当发火药剂的稳态温度恰好等于发火点时，所对应的电流为临界发火电流。3.如权利要求1所述的设计安全电流下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于，步骤1中，建立物理模型时，为使模型简化，需做如下假设：1将基体看作与基体等高的一圆柱体，将方形桥膜看作位于基体顶面中心的一个一定直径Π的等效圆形膜，将发火药剂看作等效半球；2由于基体高度小于横向和纵向尺寸，基体厚度方向热阻较小，忽略基体厚度方向的温度梯度，可将基体导热看作圆筒壁模型；3桥膜与基体和发火药剂均接触良好，忽略二者之间的接触热阻，即桥膜与基体和发火药剂接触处等温；⑷忽略系统向环境的辐射散热以及上下表面向环境的对流换热；⑸发火组件的物化参数不随温度发生变化；⑹作用过程中忽略发火药剂的化学反应放热；⑺只考虑装药的径向传热，忽略其它方向传热以及热辐射；8换能元的导热系数取基体和桥膜的综合参数，其中基体和桥膜各占一定权重且二者之和等于1，其中桥膜的权重不大于10%。4.如权利要求1所述的设计安全电流下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于，步骤2中，所构建的数学模型主要包括两部分，具体如下：1发火组件进入稳态导热时，温度不随时间发生变化，保持恒定，换能元温度控制方程和定解条件为在这个组合公式中，第一个公式为微平面式换能元的温度控制方程，第二个公式为换能元与发火药剂接触的边界，第三个公式为换能元与环境接触的边界，属于第三类边界条件；2装药温度控制方程和定解条件为在这个组合公式中，第一个公式为发火药剂的温度控制方程，第二个公式为发火药剂的内边界条件，Te=Tm表示与桥膜接触处，装药温度和基体温度相等;第三个公式为发火药剂与环境相接触的边界，属于第三类边界条件；以上公式中：Tm--换能兀温度K;Te--发火药剂温度K;Am--换能兀的导热系数WmK;Am=kAb+1-kAj，Ab--桥膜的导热系数WmK，λ」--基体的导热系数WmK，k--桥膜传热所占的权重;Xe3--发火药剂的导热系数WmK;r--换能元和发火药剂的空间变量；I一一激励电流A—一桥膜的等效半径m，1一方形桥膜边长m;A——等效圆筒内壁面积m2，A=23irQH;H——基体高度m;L——基体长度m;rm°°基体的等效半径m:Ro换能兀初始电阻（Ω;α换能兀电阻温度系数1K;hm—一基体与环境的换热系数Wm2;h—一发火药剂与环境的换热系数Wm2；T〇——环境温度K;S——发火药剂等效半球内壁面积m2，S=12;R——发火药剂的装药半径m;ξΐ，ξ2分别代表热量分配系数，ξΐ+ξ2=1。5.如权利要求4所述的设计安全电流下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于，步骤3中，临界发火电流的理论计算公式为：以上公式中：Iec--临界发火电流A;TeQ--发火药剂的发火温度⑻；Tq--环境温度⑻；Rq换能兀初始电阻（Ω;α换能兀电阻温度系数（1Κ;Am换能兀的导热系数WmK—一发火药剂的导热系数WmK;1—一方形桥膜边长m;H—一基体高度m;L—一基体长度m;hm—一基体与环境的换热系数Wm2—一发火药剂与环境的换热系数Wm2;R—一发火药剂的装药半径m。6.如权利要求4所述的设计安全电流下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于，步骤4中，修改模型参数重新构建恒流激励的数学模型时，包括增大或缩小等效圆形膜的直径ro的步骤或和增大或缩小综合参数中桥膜传热的权重的步骤。7.如权利要求5所述的设计安全电流下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于:所述可降低临界发火电流的参数包括换能元电阻R〇,可提高临界发火电流的参数包括桥膜边长1，基体的高度H和长度L。8.如权利要求5所述的设计安全电流下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于:所述参数的工程偏差采用步骤4中发火电流感度实验所用样本的该参数的标准差。9.如权利要求5所述的设计安全电流下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于:进行发火电流感度实验时，样本量不少于20个。10.如权利要求5所述的设计安全电流下的微平面式电发火组件参数设计方法，其特征在于:所述桥膜的材料为金属薄膜，包括镍铬合金、铬、铂钨中的一种或数种;所述基体的材料为绝缘材料，为玻璃或陶瓷。

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