改进型钠谱线翻转法测量塑料导爆管输出产物的温度

　　引言

　　当导爆管爆轰传播到其尾端时,便会以高温高压气体夹带着灼热的凝固相粒子流的形式释放出能量。该物质流作用在次级点传火元件上便可实现点火作用。由于温度是影响点火可靠性的重要因素,因此测定导爆管输出产物温度对研究其点火作用的规律具有十分重要的意义。有关导爆管爆轰反应区的温度研究前人已做了一定的工作:韩成帮等曾用光比色法对导爆管爆轰区温度作了测定^[1] ,沙文健用热力学方法对导爆管反应区温度作了估算^[2] ,而对导爆管爆轰输出产物温度的测定尚未见报道。由于导爆管的爆轰输出为持续时间在200μs左右的瞬态火焰,常规的测温手段(如热电偶)无法解决这一测温问题,本文选用改进的钠谱线翻转法对其进行测量^[3,4] 。

　　1　试验原理

　　人们普遍认为,用钠谱线翻转法测定火焰温度是目前测定高温火焰温度的最好方法,其基础是普朗克和基尔霍夫辐射定律。测定时预先准确标定参考光源的温度,同时使待测火焰掺杂少量的钠元素。当参考光源发出的连续辐射通过钠火焰时,经分光系统在589.0 nm和589.6 nm处可呈现钠原子辐射线状光谱。如果参考光源的亮度温度低于火焰温度,钠谱线呈现亮线;反之则呈现暗线。当参考光源的亮度温度等于钠火焰温度时,钠谱线消失,该点称为钠谱线翻转点。此时,参考光源的温度即为待测温度。显然,此法只能用于测定稳定火焰温度,而不能用于测定导爆管这种爆燃体系的瞬态火焰温度。

　　改进的钠谱线翻转法测温系统是在参考光源和钠火焰间加一个斩光器,当斩光器高速转动时,交替地遮断钨带灯发出的连续辐射。这种断续辐射经单色仪分光后,由高频响的光电倍增管接收,并将光信号转换成电信号,再经放大后由瞬态记录仪分别记录在有和没有标准钨带灯辐射叠加情况下,钠火焰在589.0 nm谱线处的相对辐射光谱强度。因此,可以测得下述三个物理量:标准钨带灯的辐射光谱强度I _L;钠火焰的辐射光谱强度I _F;钨带灯和钠火焰叠加的辐射光谱强度I _L+F。图1为改进型钠谱线翻转法测温系统示意图。

　　利用G.Klingenber等人提出的公式[5],可以计算火焰温度。该公式在文献[6,7]中有详细推导,现简述如下。

　　根据Plank辐射定律和Wein公式,可以导出辐射强度关系式为

　　式中　D——单色仪入射狭缝宽度;

　　α——钠谱线吸收系数;

　　d _λ——钠谱线宽度;

　　I _L——标准钨带灯的相对辐射光谱强度;

　　I _F——待测火焰在钠谱线处(589.0nm)的相对辐射光谱强度;