D01:10.13374/i.issm1001-053x.1958.02.008 北京鋼绒工業學院學報 第6期1958年9月 電子微差放胞器的設针 徐行健 (物理教研組) 摘要 本文衬論重子毫秒微差放砲药的基本原理及设针，此依詔能按一定時阁間隔向 重雷管短供給重流脈冲，它的侵点是： (1)時間間隔可在1毫秒至500毫秒範留内潮茚，朔節手續很简平。 (2)此儀器的時周間隔的誤差小于同類型的其他儀西。 (3)在此儀弱中用附流管作属阴阴元件，它的性能很稳定，拒爆可以避免。 一、引雪 最大的利用炸药在爆破时所放出的能量，並减低在燥破时对附近建筑物，图岩改巷道支 架的破坏作用是矿井爆破的基本的及主要的任务。 在战后时期，在若干国家的矿山采掘工业中，會采用毫秒微差操破的方法〔1)。这个方 法的实质是这样的，即炸药药包以一定的順序並以若干毫秒的时間阳隔依次发生绿炸。在露 天矿坑及地下巷道中所进行的若干弑驗秸果表明，毫秒微差爆破法是能够滿足上逃要求的方 法之一。 老秒微差爆破方法，按照爆破系就中的元件的不同可分为下列三类： (1)采用毫秒微差放砲器的微差爆破法： 微差放砲作用是借助于毫秒微差放孢器来实现的，这种殺备能以一定的順学论以一定的 时間間隔向瞬发电雷管組供耠电流冲量、 (2)采用毫秒迟发电雷管的微差爆破法： 微差放袍作用是借助毫秒迟发电滑管来实现的，这些电闱管在同时接受供电設备的电 流冲量后，以不同的迟发时聞依次发生爆炸。 (3)朵用迟爆管的微差爆破法： 微差放砲作用是借助于事門的“迟爆管”·来实现的，通常用导燥線将需管按一定順序联 接，每二个莆管中間用“迟燥管”隔开。前面的一个雷管在爆炸时所产生的引燃冲量經过 “迟矮管”的迟延后，將引燃冲量傳給后面的一个需管。迄至现在为止，我国还不能大量生 产毫砂迟发电需管和导爆線，因此，在我国武驗和推广后面的二种微差爆破方法是不經济的 和不现实的。 第一种微差燥破方法是大有希望的一种微量爆破方法，这种爆破方法需要特殊股针的 “微差放砲器”，这种仪器必滿足下面的技术要求： :（1)。为了适应于不同的爆破条件，微差放砲器的供电时閒間隔必須能在很大范图内变
能 京 钢峨 工 素 拳院 季毅 第 期 年 月 奄子徽差放饱器的歌针 徐 行 健 物理教研组 摘 要 本火封箫 雷子 毫秒微差放施器 的基本原 理及钦针 ， 此侠 器 能按 一 定峙 闭 简 隔 向 雷雷 管组供给雷流 殊 冲 ， 它 的锡点是 峙 简 阴 隔 可在 毫秒至 加 毫秒花 团 内调 苛 ， 润 莽手 绩根 曲早 。 此侠 器 的待 阴 阴 隔 的换差 小 于 同 甄 型 的 其她钱 器 。 在 此摄 器 中用 明流 管作 属 阴 朋元件 ， 它 的 性 能报穗 定 ， 拒爆 可以 连免 。 一 、 引 言 最 大的利用炸药在爆破时所放出的能量 ， 兹诚低在爆破时对附近建筑物 ， 圈岩及巷道支 架的破坏作 用是矿井爆破的基本 的及主要的任 务 。 在战后时期 ， 在若于 国家的矿 山采掘工业 中 ， 曹采用毫秒微差爆破的方祛 〔 〕 。 这个 方 法的实厦是这样的 ， 即炸茹药包以一定的顺序益以 若干毫秒的时踢周隔依次发生爆炸 。 在露 天矿坑及地下巷道 中所进行的若干试段粘果表 明 ， 毫 秒微差爆破法是能够浦足 上述要碑单方 法之一 。 毫秒微差爆破方法 ， 按照爆破系杭 中的元 件的 不 同可分为 下列 三类 采用毫秒微差放袍器的微差爆破法 微差放袍作 用是借助于毫秒微差放饱器来实现 的 ， 这种没备能以 一 定的顺 序亚以一 定的 时简简隔 向瞬发 电雷管粗供拾 电流冲量 。 采用毫秒迟发 电雷管的微差爆破法 微差放袍作用是借助 一 于毫秒迟发 电雷管来实现的 ， 这些 电雷管在同时接受供 电没备的 电 流冲量后 ， 以不 同的迟发 时简依次发生爆炸 。 采用迟爆管的微差爆破法 微差放袍 作 用是借助于寡四的 “ 迟爆管 ，， ， 来实现的 ， 通常用导爆腺将雷 管按一定顺序联 接 ， 每二个雷管中简用 “ 迟 爆 管 ，’ 隔 开 。 前面的 一 个雷管在爆炸时所产生 的引燃冲量握过 “ 迟爆管 ，， 的退延后 ， 将引 燃冲量傅拾后面的一个雷管 。 迄至现在为 上 ， 我 国还不能大量生 产毫秒迟发 电雷管和导爆腺 ， 因此 ， 在我国藏翻和推广后面 的二种微差姆破方法是不超济的 和不现实 的 。 第 一 种微差爆破方法是大有希望 的 一 种微量爆破方法 ， 这种爆破方法需耍特殊毅针的 “ 微差放袍器 ，， ， 这种仪器必填满足下面的技术耍求 海了适应于不同的摄破条件 ， 微差放袍器的供 电时简周隔必镇能在很大范圈内变 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1958．02．008
-94 辆院學报 动。（自5毫秒至50毫秒） (2)为了避免由于药包过早操炸或迟发不足所引起的不良后果，因此微差放砲胞器的供 电时間間隔的相对誤差应該小于2%一5%。 (3)为了防北发生拒爆事故，放砲器里的开关元件的性能，必須十分稳定。 从1945年到现在，臂經创立了多种不同構造的毫秒微差放砲器，例如机被傅动的微差 放砲器，彈簧傅动的微差放砲器，瑞典的带有电阻的做差放砲器，借助于电話搬电器的配电仪， 以及帶有电力控制的配电仪等等。需要指出的是这些微差放饱器都不能满足上面的要求。 本文作者設計和制造了一种做差放砲器，这种做老放砲器与其他微差放胞器此較具有下 面的特点： (1)这种微差放砲器的时間間隔的变化范倒比一般微差放他器都大，它的时間間隔可 以在1笔秒至0.5秒范闺内任意調节，而且調节手籁办比一般微差放炮器要方便得乡。 (2)这种微差放砲器的时間聞隔的相对哭差比其他类型的微差放饱器都小。如果选用 比較精彩的电路元件，那么时間間隔的相对誤差可减低到1%以下。 (3)在这种仪器里，采用閘流管作为无接触点的开关元件，它的性能此一般有接触点 的开关元件要可靠得多，因此可以避免拒爆事故。 二、電子微差放砲器的作用原理 在尉論电子微差放砲器的作用原理以前，我們先来尉論它的最重要的环节一电子迟发 放砲电路的工作原理。 (1)电子迟发放胞电路的工作原理： 图1是电子迟发放砲电路的線路。图中V,是閘流管，V2是雨极翼空管，R:,R2,R3都 是电阻器。Rz是电雷管粗的电阻，C1和C?是固定电容器，“A”“B”“C”是电池粗，S,是 双刀双擲开关。 R. 阁1 經簡化后的線路圆 当开关S,置于位置1时电容器C,便邂过与其串联的电阻器R,出电池組“B”充电，如 果忽略桐极电流，那么电容器C:的端电压可以用下式来表示： ,-E(-eo)+&。 ,…(1 式中q。是在t=0时电容器C:上的电荷，E,是电池粗“B的电动势。 由上式可以看出，当时間t趋近无限大时，电容器C:的端电压（也就是䦛流管的稠极
一 一 翎 院 李 报 动 。 自 毫秒至 毫秒 为 了避免 由于药包过早爆炸或迟发不足所引起 的不良后果 ， 因此微差放袍器的供 电时简简隔的相 对改差应孩小于 沁一 。 为 了防 止发生拒爆事故 ， 放袍器里的 开关元 件的性能 ， 必镇十分稳定 。 从 年到现在 ， 曹握前立了多种木同橇造的毫秒微差放袍器 ， 例如机械傅动的微差 放饱器 ， 弹簧傅动的微差放袍器 ， 瑞典的带有 电阻的微差放袍器 ， 借助 于 电韶檄电器的配 电仪 ， 以 及带有 电力控制 的配 电仪等等 。 需要指 出 的是这些微差放袍器都不能满足上面的要求 。 本 文作者靛补和制 造 了一 种微差放饱器 ， 这种微差放袍器与其他微差放饱器此较具有 下 面 的特 点 这种微差放袍器的 时尚 简隔 的变 化范 囤此一般微差放袍器都大 ， 它的 时简 简隔可 以在 毫秒至 秒范 圃内任意稠节 ， 而且稠节手精亦比一般微差放袍 器要方便得多 。 趁种微差放袍器的时简 简隔的相 对换差比共他类 型的 微差批袍器都小 。 如 果迭用 比较精密的 电路元 件 ， 那 么时简 简隔的相 对改差 可诚低 到 以 下 。 在这种仪器里 ， 采用阴流管作为无 接触 点的 开关元 件 ， 它的性能比一般有接触 点 的 开关元 件耍可 靠得 多 ， 因此可以避免拒爆事故 。 二 、 奄子橄差放袍器的作用 匾理 在甜榆电子微差放袍器的作 用原理以 前 ， 我们先来衬谕它的最重要的环节－ 电子迟发 放袍 电路的工作原理 。 电子迟发放袍 电路的工作原理 图 是 电子迟发放袍 电路的稼路 。 图 中 ， 是闹流管 ， ， 是雨极真空管 ， ， ， 都 是 电阻器 。 二 是电雷管祖的 一 电阻 ， ， 和 是固定 电容器 ， “ ，， “ ’ 邝 ，， 是电池粗 ， 是 双 刀双娜开关 。 ‘ 泞， 斤 几 ‘ ， ， 誉叮水望 卜豪红 ’ 。 凡 固 经 简化后 的缘路 固 当开关 ， 置于位置 工时 电容器 ， 便握过与其 串联 的 电阻器 ， 由 电池粗“ ，’充 电 。 如 果 忽略捆极 电流 ， 那 么 电容器 、 的端 电压 可以 用下式来表 示 。 ， 一 ，一 一 病 含 · 只 夕 式 中 。 是在 时 电容器 ， 上的 电荷 ， ， 是电池粗 “ ” 的 电动势 。 由 上式可以看出 ， 当时周 趋近无限大时 ， 电容器 、 ‘ 的端 电压二 也就是阴流管的稠极
第六期 95- 电压)u。1趋近于一D1o 如果在t=0时，閘流管是截止的。那么在t=t时电容器C2的端电压。2可以用下式 来表示： teaB1-e (2) 式中4'是1=0时电容器C2上的电荷。 RLR =是R,R是二极管的内阻，E。是电池粗“A”的电动 由上式可以看出当时間趋近无限大时，u。2趋近于+E。。 如果將开关S1从位置1移至位置2时，电容器C1便怒过电阻器R1及电池粗“C'放电， 閘流管的桐极与阴极間的电压就逐渐升高，当这个电压等于閘流管的临界搁压时，刚流管便 若火（即导电）。 开关S1的更换位置与閘流管的着火这二件事不是同时发生的“閘流管的着火”在时閒 上要落后于开关的更换位置，落后的时間是由电池的电动势，閘流管的着火特性，以及电路 内元件的参量来决定的。 如果閘流管在着火前桐极与阴极間的电阻很大（比R:大得多）那么这个开关可以用下 面公式来表示： R,C风6J ·（3) 式中t是落后的时間，ln是自然对数的符号，E1和E2分别是电池粗“B及“C”的 电动势，(u:)愍界是嗣流管的临界犅极电压， 在一般情形下閘流管的临界棡极电压是它的阳极电压及工作温度的函数，亦即 (u)界=f(E,T) (4) 其中E。是閘流管的阳极电压，T是閘流管的工作温度。 由(3)式及(4)式可以看出，增加和减小互不依賴的变是R,C1,E1,E2,。和T 都可以改变迟延时間。在我們所衬論的仪器里，我們采用了充以惰性气体的闌流管（它的临 界柵压仅为阳性电压的函数，与工作温度无关)並保持E,E,E,及C1不变，迟延时間的翻 节是由R1的改变来实现的。 閘流管在着火后，棚极电流会突然增大，因此在棡 理想的陽楼特性曲線 极电路内必須串联一个电阻器R3,用来限制栅极电流 实际的喝极特性曲缘 使不超过额定值。 閘流管在着火后，阳极电流突然增加，而阳极与阴 极間的电压反而减低。此时电容器C2就經过閘流管V2 及电雷管粗放电。（此时二极兵空管的阳极电位比阴极 的低，因此二极管不导电)如果在計算过程里，朵取了 下面的措施： (1)將閘流管的Iu,的特性曲線的着火区域 内的部分曲線，用-一条平行于I。座标轴的直線来代替， 骸值線与u。座标轴的交点为(u。,0),u。通常被称为閘 圈2理想的鬧流管的W凝特性曲線流管的管内电位降
第 电压 一 习 ‘ 一 趋近于 一 。 如 果在 一 时 ， 阴流管是截 止的 。 那 么在 一 时 电容器 ， 的端 电压 。 。 可以用 下式 来表 示 。 一 呼一耐不〕 十 晋一 花 面石扁兀可 。 式 中 护 。 ’ 是 时 电容器 上的 电荷 。 二 ， 乙 是二极管的 内阻 ， ， 是 电池粗 “ ， ， 的 电动势 。 由 上式可以看出当时简趋近无限大时 ， 。 趋近于 。 。 如 果将 开关 从位置 移至位置 时 ， 电容器 便握过 电阻器 ， 及 电池粗 “ ， ， 放电 ， 闹流管的棚极与 阴 极简的 电压就逐潮升高 ， 当这个 电压 等于阴流管的临界拥压时 ， 阴流管便 着火 即导 电 。 卜 开关 的更换位置与 闹 流管的着火这二 件事不是同时发生的 “ 闹流管的着火 ，， 在时周 上耍落后于 开关的更换位置 ， 落后的时简是 由电 池的 电动势 ， 闹流管的着火特性 ， 以及电路 内元件的参量来决定的 。 如果闹流管在着火 前拥极与阴极简的 电阻很大 此 大得 多 那 么这个 开关可以 用下 面公式来 表示 二 、 厂 ， 十 。 二易 飞 －－ 七 石 ， 一 。 心 甲 、 · ‘ 阶 介 ’ 式 中 是落后的时简 ， 是 自然对数的符号 ， 和 分别是 电 池粗 “ ” 及 “ ” 的 电动势 ， 。 吟界是闹流管的临界拥极电压 。 在一般情形下闹流管的临界拥极电压是它的阳极电压 及工作温度的函数 ， 亦即 睁界 二 · ， 其 中 。 是圃流管的 阳极电压 ， 是闹流管的工作温度 。 由 式及 似 式可以看出 ， 增加和喊小互不依朝的变量 ，， ， ， ，， ， 和 都可以 改变迟延时简 。 在我们所甜箫的仪器里 ， 我们采用 了充以惰性气体的阴流管 它的临 界拥压仅 为阳性 电压 的两 数 ， 与工作温度无 关 韭保持 ， ， 。 及 ， 不变 ， 迟延时简的稠 节是 由 的改变来实现的 。 爪 理趁的际才妇特收曲娘 实际的踢抽特性曲缘 吸 肠‘ 圈 理想 的 阶流 管的 除杨 特性曲 缘 闹流管在着火后 ， 棚极 电流会突然增大 ， 因此在捆 极 电路内必填串联一个 电阻 器 ， ， 用来限制棚极 电流 使不超过额 定植 。 嗣流管在着火 后 ， 阳极 电流突然增加 ， 而阳极与 阴 极简的 电压 反而喊低 。 此时电容器 就粗过阴流管 ， 及 电需管粗放电 。 此时二极真鉴管的阳 极 电位此阴极 的低 ， 因此二极管不导 电 如 果在补算趁程里 ， 采取 了 下面的措施 将阴流管的 。 叫 。 的特性曲腺的着火 区域 内的部分 曲腺 ， 用一 条平行于 座标朝的直腺来代替 ， 敌道腺与 ， 座标翰的交 点为 。 ， ， 。 通 常被称为阴 流管的管内电位降
一96- 钢院學報 (2)从嗣流管的着火瞬間开始計算时間。那么放电的电流可以用下面的公式来表示： -(B-小 (5) 由上式可以看出，放电的电流随着时間的增加而逐漸减低，在t=0时（着火瞬間）放 电的电流最大，共税为B,心。当时间趋近于无限大时，放电的电流趋近时军。 如果电筋管想中的电霜管是串联的，第X个电需管的电阻为R器，那么从1一0到 t=t的时閥闖隔内，电流Iz在第“k”个电需管上在0到t时閻内所消耗的功W<〕为 R(k) w=Rat=[2C,(国.-uP- 2C:(B.-)e] 21 (6) 由上式可以看出，在第“k”个电需管上在0到t时間内所消耗的功W<k)随着时間t的 增加而增加。当时閘t趋近于无限大时，在电需管上所消耗的功最大，这个最大的功为： R() w头-[是c,(E.-u月 (7) 我們可以証明：如果考虑了串联电需管組中的电需管的点燃起始能和傅导时間的差别， 〔2]而且在下面的雨个条件滿足时，那么就可以保証串联的电需管百分之百的爆发。 吾C,(E,-)≥K录高R4 和Sn8侵-欲药受]三@秋 (8) 2 式中.K最高是电莆管的最高点燃起始能。 K最低是电需管的最低点燃起始能。 团最低是电雷管的最低傅导时間。 (2)电子微差放砲器的工作原理： 电子微差放砲器是由若干个电子迟发放砲电路及供电电路粗成的，如果微差放砲器是由 n个迟发放砲电路粗成的，它們的开关S1是联动的，設第“1”个迟发放孢电路的迟发时間 是r<1)那么联接在每个迟发放袍器输出端的电甫管分别在t=π1(i=1,2,n)时得到 电流冲量。 ,如果我們进挥)使滿足下面不等式 x1)<c(2)<x(8)…<e1)<r1+1)<…<tn) (9) 那么电雷管粗分别以下面的时間間隔依火发生绿炸 第一粗雷管燥炸与第二粗髯管爆炸的时間間隔=x(2)一) 第二粗莆管爆炸与第三粗霈管爆炸的时聞間隔=t(3)一τ‘2) (10) 第n-1組需管操炸与第n組需管爆炸的时間間隔=ta)一x(a-1)/ 图3是微差放砲器的一个例子，此微差放砲器由二个迟发放砲电路及附屬供电股备組
一 一 从 圃 流管的着火瞬 周 开始补算时简 。 翎 院 拳 粗 那 么放 电的 电流可以用下面的公式来表示 一 。 一 卫 病 ‘吸、 一 二下 由上式 可以看 出 ， · 放 电的 电流随着 时周的增加 而逐渐诚低 ， 在 一 时 着火瞬 简 放 ， ， 电 的 电 流最大 ， 共银〔为一 。 一 ‘， 。 当时周趋近于无限大时 ， 放 电的 电流趋近于零 。 如 果 电雷管粗 中的 电雷管是串联 的 ， 第 ‘ 。 口 ， 、 击 。 ， 二 。 从 。 二 。 ， ， ‘ 、 二 几 廿 「月 一 吕 曰 ， 吮二 肥比 ， 尺， 二 ，务 ， 欢弓 ， 刀 诬， 理、 ‘ 一 不幼 仙 碑 一 卜 的时简 简 隔 内 ， 电流 在第 “ ” 个 电雷管上在 。 到 时周内所消耗的 功 “ ’ 为 竺蒸尹 ” 一 扎 ’扭芸铲 ，一 簇罕峙 一 。 ’ 花二一 ， 乙 一 ‘ 。 一 。 ， 一 可兀 石 「 一 由上式可以看出 ， 在第 “ ” 个 电雷管上在 。 到 时周 内所消耗的 功 ‘ ” 随着时简 津的 增加而增加 。 当时闹 趋近于无 限大时 ， 在 电雷管上所消耗的 功最大 ， 这个最大的功为 最 大 等食邝一 ’ 〕 我俩可以靓明 如 果考虑 了串联电雷管粗中的 电雷管的 点燃起始能和傅导时简的差别 ， 〔幻 而且在下面的 雨个条件满足时卜 那么就可以保征串联的 电雷管百分之百的爆发 。 和且攀 全 ‘ 乙 。 仁 「 音 ， 一 。 ’ 之 ‘ 高 “ 二生 ， 里里二些竺竺坠应里 一 。 ，一 最高 二 ‘ ⑧ 最低 式中 最 高是 电雷管的最高 点燃起始能 。 最低是电雷管的最低 点燃起始能 。 ⑧最低是 电雷管的最低傅导时简 。 电子微差放袍器的工作原理 一 电子微差放袍器是 由若干个 电子迟发放袍 电路及供 电 电路粗成 的 ， 如 果微差放袍器是 由 ， 个迟发放袍 电路粗成 的 ， 它鹅的 开关 ， 是联动 的 ， 毅第 “ ” 个迟发放袍 电路的退发 时简 是 ‘ 那 么联接在每个迟发放袍器输出端的 电需管分别在 一 ’ 二 ， ， · ， 川 时得到 电流冲量 。 如果我们迭择 ’ 使满足下面不等式 ‘ ’ 丫 ‘ “ … ， · … … ” ‘ ’ 斗 · · · … … “ 那 么 电雷管粗分别以 下面 的时简 简隔依次发生爆炸 了、 州 ︶ ︸﹁ 、 、 、护 ‘ 第一粗雷管爆炸与第二粗雷管爆炸的时周 简隔 一 〕 一 ‘ ” 第二粗雷管爆炸与第三粗雷管爆炸的时简 简隔 一 ” ， 一 第 一 粗雷管爆炸与第 粗雷管爆炸的时周简隔 一 “ 一 ‘ ” 一 ’ 图 是微差放袍器的一个例子 ， 此微差放袍器 由二个退发放袍 电路及附扇供 电 超 备 祖
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