航天器用热电偶测温仪的设计

论文摘要

热电偶是测量技术中最常用的温度传感器,在航天器地面环境试验的测试当中也经常使用K型和T型热电偶。在某些检测设备中，热电偶的测量仅能满足精度±0.5℃的要求，无法体现出热电偶的测温精度和灵敏度的优势，同时在总装电测过程中，也表现出调理采集电路抗干扰能力的薄弱，对测量的稳定性没有保障，因此需要研制高精度高可靠的测温仪。本文设计的热电偶测温仪是以热电偶为温度传感器，基于MCS-51单片机系统的温度测量系统。本设备的数学模型和测量原理简单，选用精密测量元器件和抗干扰、低温漂的电子元器件。其测量准确度较高，测量范围大，测量精度高。航天器运行在复杂空间环境下，空间环境影响分析和防护设计对于系统设计是非常重要的，是保证设备正常工作的前提。本文介绍了为适应复杂空间环境进行的设计和保护措施，重点描述了产品对空间真空环境、辐照环境、热环境和电磁环境等的空间适应性设计。在地面进行了部分模拟试验并取得了一定的试验数据，通过试验验证了设计的正确性。由于热电偶自身的特点，例如需要定期检定、冷端补偿以及安装等问题，在航天器的应用上有一定的局限性，还需在工程实践中进一步研究、积累和总结经验，确保测量的准确和系统的安全。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外航天器测温状况
• 1.3 课题研究目的
• 1.4 课题主要内容
• 第二章 航天器用热电偶测温仪的硬件设计
• 2.1 热电偶测温的基本原理
• 2.1.1 塞贝克效应
• 2.1.2 珀尔帖效应
• 2.1.3 汤姆逊效应
• 2.1.4 热电偶闭合回路的总热电动势
• 2.2 热电偶的冷端补偿
• 2.2.1 补偿导线的应用
• 2.2.2 冷端温度补偿电路
• 2.2.3 热电势的有效放大
• 2.3 硬件设计
• 2.3.1 采用 LT1025 调理采集 T 型热电偶电路
• 2.3.2 采用 AD693 调理采集 T 型热电偶电路
• 2.3.3 采用 LT1025 调理采集 K 型热电偶电路
• 2.3.4 采用 AD597 调理采集 K 型热电偶电路
• 2.3.5 采用 DG506 多路模拟开关采集电路
• 2.3.6 CPU 模块
• 2.3.7 处理器及外围电路
• 2.3.8 485 接口
• 2.3.9 A/D 转换电路
• 2.3.10 基准电源
• 2.3.11 电源变换模块
• 第三章 航天器用热电偶测温仪的软件设计
• 3.1 主程序
• 3.2 数据采集子程序设计
• 3.3 数据处理子程序设计
• 3.3.1 数字滤波
• 3.3.2 非线性参数标度变换子程序设计
• 3.3.3 线性插值子程序设计
• 3.4 通讯程序设计
• 第四章 电路可靠性措施
• 4.1 辐照环境分析
• 4.1.1 空间辐照环境综述
• 4.1.2 空间辐照效应
• 4.2 抗辐照设计方法
• 4.2.1 总剂量效应防护设计
• 4.2.2 单粒子效应（SEE）防护设计
• 4.2.3 内带电效应防护
• 4.3 热环境分析
• 4.3.1 航天器空间热环境分析
• 4.3.2 热电偶测温仪空间热环境
• 4.3.3 热设计方法
• 4.3.4 热设计流程
• 4.3.5 热设计措施
• 4.3.6 热设计验证
• 4.4 电磁环境分析
• 4.4.1 电路板级 EMC 设计
• 4.4.2 壳体抑制
• 4.4.3 接地设计
• 第五章 试验验证
• 5.1 EMC 试验验证
• 5.2 热真空试验验证
• 5.3 试验结论
• 第六章 结束语
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献