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点火电阻在电子数码雷管中的广泛使用加速了民爆行业的数字化转型

作者:开步电子     发表日期:2021-09-16 15:22:15

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导语:


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文本摘要:


随着信息技术发展,数字化网络化已经逐渐深入到各行各业,为生活和生产带来了极大便利。数码电子雷管作为民爆行业数字化的代表产品,与其他种类雷管相比,在以下几方面有着较大优势:...

文本标题:


点火电阻在电子数码雷管中的广泛使用加速了民爆行业的数字化转型


正文内容:

        随着信息技术发展,数字化网络化已经逐渐深入到各行各业,为生活和生产带来了极大便利。数码电子雷管作为民爆行业数字化的代表产品,与其他种类雷管相比,在以下几方面有着较大优势:

        数码电子雷管以上优点,从根本上解决了雷管在生产、流通、使用、管理过程中的安全问题,广泛适用于各种复杂环境的爆破工程,受到了国家工信部的鼓励和发展。

        数码电子雷管起爆的原理是电子控制模块内部的电容在接收到起爆器的起爆指令后对点火电阻的桥丝放电,桥丝发热引燃点火药,点火药产生的火焰冲能引爆基础雷管,最后由基础雷管引爆炸药。因此,点火电阻作为这一过程重要的换能元件,其性能直接影响雷管的起爆效果。


常见的点火电阻

目前国内在用的点火电阻主要有2Ω、4Ω、6Ω、8Ω四种阻值,形状主要分直线型和S型两种(如图):

图(一) 点火电阻外观

       直线型因桥丝较短,相同电容规格下,对直线型点火电阻放电更易达到更高发火温度,如600℃以上,且熔断时间较短,在50~100μs,冲量大。因此直线型所匹配的电容电量不需要很高,更适合偏敏感的药剂;


图(二) 电阻桥丝熔断的电容放电曲线

        S型相对直线型来说桥区长度更长,达到发火最高温时间更长,大约在200~250μs左右,同电容规格下温度略低于直线型,如550℃以上,桥丝完全熔断所需能量也更高,需要匹配电量高的电容,可结合中性或稍钝感药剂使用,如硫氰酸铅。

       在点燃偏钝感药剂时,点火电阻的理想状态是保持桥丝不断,且桥丝温度远远高于药剂燃点,持续较长时间,将电能完全转化为热能。这时就要根据模块中使用的电容,匹配合适规格的点火电阻。


图(三) 桥丝未熔断的电容放电曲线

点火电阻区别于普通电阻产品,选型时需要考虑的参数主要有以下几点:

1. 最高发火(熔断)温度:电阻桥丝部分在能量转换过程中能达到的最高温度。

点火电阻的最高发热温度必须高于药剂的燃点,且点火电阻转化的热量部分会通过基板耗散掉,因此最高发火温度必须留有足够余量。

2. 发火一致性:反映电阻批量使用的稳定性。

发火一致性可通过电阻同批次或批次间一致性得出,可通过电阻最高发火温度的统计数据判断。

3. 发火(熔断)时间:反映电阻通电后达到最高温所需的时间。

发火(熔断)时间通常以 μs为单位,时间长度约在80μs~250μs左右。

4. 全发火电压:电阻99.99%发火的电压值。

       全发火电压可通过升降法计算得出,点火电阻的全发火电压目前有分为蘸药和不蘸药两种测定方法,在实际测量过程中,蘸药测试方法测得的电压数据更具有指导意义,能够反映电容、点火电阻、药剂三者的匹配程度的高低。点火电阻生产厂家提供的规格书的全发火电压均为不蘸药测试数据,仅可用来参考。

5. 不发火电压:电阻0.01%发火的电压值。

测定方法也是升降法,实际蘸药测量的结果常常用来与数码电子雷管安全电压作比对,检测雷管的安全性。

6. 发火能量:电阻桥丝完全熔断所需能量。

点火电阻生产厂家规格书中的全发火能量为不蘸药测试数据,通常是由全发火电压计算得出,仅可用来参考。

性能优异的点火电阻,除了具有高可靠的点火性能、高精度、发火一致性好等电气性能,还需要有较好的机械性能,国内现在使用的点火电阻主要有两种,一种是采用传统的FR4/FR5玻纤布为基板,另一种是采用硬度高的氧化铝为基板。这两种点火电阻各有优劣:

        1.玻纤布基板的优势在于具有很低的导热率,FR4的z向热导率典型值仅为0.25W/m-K,使得这种电阻转换的热能大部分都可以传递到药剂,不需要考虑基板散热,但是同时由于这种电阻的基板与电极材料的粘结性不强,机械强度不高,容易出现电极脱落现象。

        2.氧化铝的导热性高,为FR4基板的导热的几十倍,所以目前以氧化铝为基板的电阻需要采用低导热率隔热层的构造,来降低桥丝向基板侧散热。这种电阻的电极采用真空蒸发、磁控溅射的薄膜工艺制作,可实现电极材料与基板间的分子级接触,电极机械强度极高。在电阻横向剪切力测试中表现优异,直到基板断开电极与基板也未曾脱落(图四)。


图(四) 氧化铝基板点火电阻横向剪切力测试

        目前,以氧化铝为基板的点火电阻工艺已趋近成熟,在发火温度、持续时间、产品一致性等电气性能方面已与玻纤布基板的点火电阻达到同样效果甚至更好。因电极强度、基板强度更优,未来以氧化铝为基板的点火电阻必定会给数码电子雷管带来更高的安全性能,广泛应用于民爆行业中。据了解,以氧化铝为基板的点火电阻的国内外制造商并不多,其中国产品牌开步睿思是市场主流制造商。



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