火炸藥摩擦感度裝置不確定度的評定

陳明磊，王 靜，白 煒，李慶烈

（甘肅銀光化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司，甘肅 白銀730900）

火炸藥在機(jī)械能、光能、熱能、電能、沖擊波能等外界能量的作用下發(fā)生爆炸變化的難易程度稱為火炸藥對外界的感度，火炸藥的感度高低是衡量其穩(wěn)定性的一個重要標(biāo)準(zhǔn)，其中摩擦感度是檢測火炸藥安全性的最主要的項目之一。摩擦感度的測試方法是通過限制在兩光滑硬表面的試樣，在恒定的擠壓壓力與外力的作用下經(jīng)受滑動摩擦作用而發(fā)生爆炸的百分率，由于用藥量少、操作簡單，所以在炸藥配方的研制中普遍被采用，其對火炸藥在生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸和加工等工序中的安全性都有重要意義。

為了考量火炸藥摩擦感度測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文依據(jù)GJB772A-1997《炸藥試驗方法 方法602.1摩擦感度 爆炸概率法》[1]，對測量火炸藥摩擦感度的裝置摩擦感度儀進(jìn)行了驗證試驗，分析了影響摩擦感度不確定度的主要原因，為國內(nèi)火炸藥摩擦感度的標(biāo)準(zhǔn)裝置提供了驗證方法，使設(shè)備滿足對計量標(biāo)準(zhǔn)的需要，希望能為同行提供參考。

1 不確定度評定方法

1.1 評定依據(jù)

JJF 1059.1－2012《測量不確定度評定與表示》。[2]

1.2 試劑

特屈兒感度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，符合標(biāo)準(zhǔn)JBWY 45901；太安標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，符合標(biāo)準(zhǔn)GJB 552-88；AL/RDX，單位自制。

1.3 儀器

2臺合格的BM-B型摩擦感度儀，BSA224S-CW電子天平，滑柱，滑柱套，定量勺，手套及紗布等。

1.4 測定方法

試劑干燥處理：將試樣均勻散布在表面皿內(nèi)，厚度不超過3mm，將表面皿置于水浴烘箱，40~50℃烘干4h，隨后取出在干燥器內(nèi)于室溫下冷卻1~2h。

摩擦裝置準(zhǔn)備：調(diào)整實驗室內(nèi)溫度為10~35℃，相對濕度不大于80%，將摩擦感度儀設(shè)備擺角調(diào)整到90±1°，檢查加壓系統(tǒng)操作是否正常。

試驗程序：將下滑柱置于滑柱套內(nèi)，將上述三種樣品每發(fā)稱取20±1mg并倒入滑柱套內(nèi)，晃動滑柱套，使試樣均勻地分布在整個滑柱面上后再將上滑柱輕輕放入，并輕輕轉(zhuǎn)動1~2圈，如此操作準(zhǔn)備待測件10組，每組25發(fā)。將準(zhǔn)備好的待測件放入摩擦裝置內(nèi)進(jìn)行摩擦感度試驗，觀察每個待測件的試驗過程，當(dāng)出現(xiàn)發(fā)光、冒煙、爆炸聲、出現(xiàn)氣味、試樣變色等情況則判定為爆炸，當(dāng)無上述現(xiàn)象時，用丙酮清洗上、下滑柱的表面，觀察兩個滑柱面有對稱的燒蝕痕跡等現(xiàn)象時，也判為爆炸，無上述現(xiàn)象時則判為不爆炸。按此過程逐次做完10組各25發(fā)試驗。如10組平行試驗爆炸概率≤8%，則結(jié)束試驗，最終的測定結(jié)果取兩組試驗的平均值；如有顯著性差異，即10組平行試驗爆炸概率≥8%，應(yīng)查找試樣或設(shè)備的原因，重測兩組試驗[3-4]。將上述2臺摩擦感度儀均進(jìn)行上述實驗。

表1 摩擦感度儀測定三種物質(zhì)的實驗標(biāo)準(zhǔn)差

表2 摩擦感度儀①不確定度分量的計算

根據(jù)關(guān)系式（1）可以求出此種火炸藥樣品的摩擦感度：

摩擦感度測量結(jié)果不確定度評定的數(shù)學(xué)模型如下：

式（1）和式（2）中：P-爆炸概率，單位%；X-25發(fā)試驗中樣品發(fā)生爆炸的次數(shù)?！鱌-被檢測設(shè)備的測定結(jié)果誤差，單位%；P0-標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測定結(jié)果，單位%。

2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分類及合成

2.1 A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

對上述待測物質(zhì)進(jìn)行n次獨立的重復(fù)測試，觀測值為xi（i=1，2…，n），得到算術(shù)平均值x及其實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差s（x），計算方法如下：

摩擦感度儀測得值的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度用算術(shù)平均值的實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差表示如下：

式（3）和式（4）中：xi-一種待測樣品的測量值；xˉ-一種待測樣品10次測定結(jié)果的平均值；s（x）-單次測量的實驗標(biāo)準(zhǔn)差；n-同一設(shè)備的測試次數(shù)。

根據(jù)本文所提出的測定方式，使用2臺摩擦感度儀分別測定特屈兒感度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、太安標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和AL/RDX的摩擦感度，各在重復(fù)條件下連續(xù)測定10次，得到總共6組測量列，再對每列計算單次實驗標(biāo)準(zhǔn)差，如表1所示。

根據(jù)表1計算合并樣本標(biāo)準(zhǔn)差Sp，計算公式如式（5）：

式（5）中：m-樣本個數(shù)，本次試驗中m=6。

所得的結(jié)果取2臺設(shè)備所測得的算術(shù)平均值，按照式（4）計算可以得出：。

2.2 B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度計算公式如下：

式（6）中：a-測量的可能值區(qū)間的半寬；k-置信因子或包含因子。

分布計算的步驟：由摩擦感度儀的基本信息可以判斷出它的可能分布區(qū)間（-a，a）；對摩擦感度儀的概率分布進(jìn)行假設(shè)；根據(jù)上一級標(biāo)準(zhǔn)的概率分布和要求的置信水平p對置信因子進(jìn)行估算。

摩擦感度儀的合成不確定度uc主要由摩擦感度儀引入的分量u1、摩擦裝置引入的分量u2、環(huán)境因素引入的分量u3、測量標(biāo)準(zhǔn)重復(fù)性引入的分量u4、特屈兒感度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及太安標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的分量u5組成。各不確定度分量的來源及大小見表2。

摩擦感度測試中因各不確定度分量獨立不相關(guān)，因此標(biāo)準(zhǔn)裝置的合成不確定度uc可按均方和根求得：

式（7）中：ui-各類不確定度分量；n-各類不確定度的個數(shù)。

3 擴(kuò)展不確定度評定

擴(kuò)展不確定度U通常用于所測得的值之間的比較，其等于合成不確定度uc和置信因子k的乘積，大多數(shù)情況下取k=2，p=0.95，由此可以得到所使用的摩擦感度裝置的擴(kuò)展不確定度U=2uc=0.34%。

4 結(jié)論

此BM-B型摩擦感度儀測得值的不確定度為0.34%，測量火炸藥樣品時，其測得的不確定度主要由此摩擦感度儀設(shè)備、摩擦裝置、環(huán)境因素、重復(fù)性測量等影響量引起，這一評定結(jié)果為測試特定相同或者相近的摩擦感度儀提供一定的參考。