高冲击下引信用固态钽电容的参数变化

李长龙 高世桥 牛少华 刘海鹏

李长龙, 高世桥, 牛少华, 刘海鹏. 高冲击下引信用固态钽电容的参数变化[J]. 爆炸与冲击, 2018, 38(2): 419-425. doi: 10.11883/bzycj-2016-0222
引用本文: 李长龙, 高世桥, 牛少华, 刘海鹏. 高冲击下引信用固态钽电容的参数变化[J]. 爆炸与冲击, 2018, 38(2): 419-425. doi: 10.11883/bzycj-2016-0222
LI Changlong, GAO Shiqiao, NIU Shaohua, LIU Haipeng. Parameters variation of solid tantalum capacitors used in fuze under high-g shock[J]. Explosion And Shock Waves, 2018, 38(2): 419-425. doi: 10.11883/bzycj-2016-0222
Citation: LI Changlong, GAO Shiqiao, NIU Shaohua, LIU Haipeng. Parameters variation of solid tantalum capacitors used in fuze under high-g shock[J]. Explosion And Shock Waves, 2018, 38(2): 419-425. doi: 10.11883/bzycj-2016-0222

高冲击下引信用固态钽电容的参数变化

doi: 10.11883/bzycj-2016-0222
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11372045

详细信息
    作者简介:

    李长龙(1989—),男,博士研究生

    通讯作者:

    牛少华, shh@bit.edu.cn

  • 中图分类号: TM535

Parameters variation of solid tantalum capacitors used in fuze under high-g shock

  • 摘要: 通过实验研究分析了高冲击载荷对固态钽电容器电容量、漏电流等电参数的影响。结果显示,钽电容电参数随着冲击载荷的升高,电容量增大,同时漏电流呈指数型升高。冲击过后,钽电容电参数可恢复至原来的量级。冲击载荷引起钽电容电参数变化的机理为:冲击引起的钽电容的弹性变形使电容量增大,冲击引起的介质层Ta2O5中的微裂缝以及冲击引发的介质层中陷阱浓度的增大使漏电流升高。
  • 图  1  钽电容结构示意图

    Figure  1.  Structure of tantalum capacitor

    图  2  实验系统示意图

    Figure  2.  Experimental setup

    图  3  冲击钽电容容量的影响

    Figure  3.  Effect of shock load on capacitance

    图  4  不同电容漏电流与冲击载荷关系

    Figure  4.  Relationship between leakage currents and shock loads of different capacitors

    图  5  引信点火电路

    Figure  5.  Fuse ignition circuit

    图  6  临界失效冲击载荷

    Figure  6.  Critical failure shock load

    图  7  钽颗粒电容模型

    Figure  7.  Tantalum particles capacitor's models

    图  8  冲击作用下两球接触模型

    Figure  8.  Two spherical capacitors' contact model under high-g shock

    图  9  钽颗粒电容随冲击的变化

    Figure  9.  Capacitance varying with shock load

    图  10  电容变化量与冲击的关系

    Figure  10.  Capacitance variation versus shock load

    表  1  钽电容参数及测量范围

    Table  1.   Tantalum capacitors and sensor

    电容 型号 数量 电容量 漏电流
    测量范围/μF 测量精度/μF 误差/% 测量范围/mA 测量精度/mA 误差/%
    16 V22 μF
    16 V47 μF
    25 V22 μF
    25 V47 μF
    16K226
    16K476
    25K226
    25K476
    5
    5
    5
    5
    0~47 ±0.01 99.98~100.02 0~2 ±0.01 99.5~100.5
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    表  2  漏电流-冲击模型

    Table  2.   Numerical model of leakage current-shock load

    电容 漏电流-冲击模型 最大漏电流/mA 临界冲击载荷/(104g)
    16 V22 μF I=A1+A2exp(α g) A1=1.09×10-4A2=8.17×10-6α=3 429 1.1 1.65
    16 V47 μF I=B1+B2exp(β g) B1=2.14×10-4B2=5.28×10-5β=4 506 2.4 1.72
    25 V22 μF I=C1+C2exp(γ g) C1=1.17×10-4C2=8.98×10-5γ=4 427 3.5 1.74
    25 V47 μF I=D1+D2exp(λ g)D1=2.14×10-4D2=5.28×10-5λ=4 506 7.3 1.85
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    表  3  冲击载荷下钽电容容量的改变量

    Table  3.   Capacitance variation for different capacitors

    电容 体积/mm3 数量/105 电容变化/μF
    1 000 g 3 000 g 10 000 g
    16 V22 μF 2.5×2.0×1.5 1.07 0.06 0.12 0.24
    16 V47 μF 4.0×3.0×0.8 1.37 0.08 0.16 0.36
    25 V22 μF 3.5×2.8×1.5 2.10 0.12 0.24 0.46
    25 V47 μF 4.0×3.0×1.7 2.92 0.18 0.32 0.76
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  • [1] 徐建军.高冲击高温下电引信关键元器件可靠性测试[J].弹箭与制导学报, 2011, 31(1):151-152. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=djyzdxb201101044

    XU Jianjun. Reliability test of key components of electric fuze subjected to high impact and high temperature[J]. Journal of Projectiles, Rockets, Missiles and Guidance, 2011, 31(1):151-152. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=djyzdxb201101044
    [2] TEVEROVSKY A. Effect of mechanical stresses on characteristics of chip tantalum capacitors[J]. IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, 2007, 7(3):399-406. doi: 10.1109/TDMR.2007.907289
    [3] TEVEROVSKY A. Effect of reverse bias stress on leakage currents and breakdown voltages of solid tantalum capacitors[R]. Greenbelt, MD: NASA Goddard Space Flight Center, 2011.
    [4] 程融, 张永录.某型电子干扰弹引信用固体钽电容器失效分析[J].国防技术基础, 2009(8):28-30. http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=gfjc200908012&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ

    CHENG Rong, ZHANG Yonglu. Failure analysis of solid tantalum capacitors used for electronic jamming bombs fuse[J]. Technology Foundation of National Defence, 2009(8):28-30. http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=gfjc200908012&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ
    [5] 何荣华, 张亚, 李波, 等.高过载下军用电容的参数变化研究及失效分析[J].电子产品可靠性与环境试验, 2010, 28(1):24-26. http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=dzkh201001012&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ

    HE Ronghua, ZHANG Ya, LI Bo, et al. Parametric variation and failure analysis of military capacitors under high overload[J]. Electronic Product Reliability & Environmental Testing, 2010, 28(1):24-26. http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=dzkh201001012&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ
    [6] 景义林.旋转椭球形电容器的电容与静电能[J].大学物理, 2011, 30(10):25-27. http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=dxwl201110010&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ

    JING Yilin. The capacitance and electrostatic energy of a revolving ellipsoidal capacitor[J]. College Physics, 2011, 30(10):25-27. http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=dxwl201110010&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ
    [7] CHIU F C. A review on conduction mechanisms in dielectric films[J]. Advances in Materials Science & Engineering, 2014, 2014(7):1-18. http://www.mendeley.com/catalog/review-conduction-mechanisms-dielectric-films/
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-07-27
  • 修回日期:  2016-12-05
  • 刊出日期:  2018-03-25

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