[發(fā)明專(zhuān)利]空間真空環(huán)境下的溫度測(cè)量與校準(zhǔn)平臺(tái)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210001769.6
• 申請(qǐng)日: 2012-01-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102539019A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈軍偉;張書(shū)鋒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京東方計(jì)量測(cè)試研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01K15/00
• 分類(lèi)號(hào): G01K15/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11129
• 代理人: 吳小燦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及真空環(huán)境下的溫度測(cè)量與校準(zhǔn)技術(shù)，特別是一種空間真空環(huán)境下的溫度測(cè)量與校準(zhǔn)平臺(tái)。采用所述平臺(tái)有利于解決真空下溫度測(cè)量的溯源問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)接觸式測(cè)溫與非接觸式測(cè)溫的同時(shí)校準(zhǔn)，從而服務(wù)于衛(wèi)星、飛船等航天器的熱真空、熱平衡試驗(yàn)。

背景技術(shù)

為驗(yàn)證衛(wèi)星熱設(shè)計(jì)的正確性，保證衛(wèi)星在空間軌道的可靠運(yùn)行，在衛(wèi)星研制過(guò)程中必須進(jìn)行空間熱環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)。地面模擬空間熱環(huán)境是實(shí)現(xiàn)熱試驗(yàn)的基本條件，在熱真空試驗(yàn)中，相關(guān)部位的溫度是需要準(zhǔn)確測(cè)量的核心參數(shù)之一。按溫度測(cè)點(diǎn)所在的位置可分為航天器溫度和實(shí)驗(yàn)設(shè)備溫度兩部分。目前這些部位的溫度測(cè)量主要為T(mén)型銅-康銅熱電偶系統(tǒng)，以鉑電阻和熱敏電阻進(jìn)行比對(duì)。為確保溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性和溯源性，需要定期對(duì)溫度測(cè)量設(shè)備進(jìn)行檢定校準(zhǔn)。目前，溫度校準(zhǔn)主要是在常壓下進(jìn)行。隨著航天技術(shù)、飛行器技術(shù)的發(fā)展，真空環(huán)境實(shí)驗(yàn)、特別是航天器真空熱試驗(yàn)成為一項(xiàng)非常重要的試驗(yàn)驗(yàn)證工作，其中真空環(huán)境下某些基本參數(shù)的測(cè)量尤其是溫度的測(cè)量成為上述研究的關(guān)鍵測(cè)試技術(shù)。但是到目前為止，航天器真空熱試驗(yàn)中溫度的測(cè)量基本上還是采用傳統(tǒng)的接觸式測(cè)溫技術(shù)，其中熱電偶溫度測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用十分普遍，但隨著航天科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的熱電偶測(cè)溫技術(shù)越來(lái)越不滿(mǎn)足航天器真空熱試驗(yàn)的需要，如熱電勢(shì)信號(hào)很小，當(dāng)信號(hào)采集處理單元安裝在真空室外，連接測(cè)量點(diǎn)和信號(hào)處理單元間的熱偶電纜又比較長(zhǎng)，噪聲就會(huì)對(duì)高精度的測(cè)量產(chǎn)生不利影響.同時(shí)由于真空熱試驗(yàn)的溫度場(chǎng)比較復(fù)雜，測(cè)量線(xiàn)路的材料和工藝如得不到正確的處理，就會(huì)有附加熱電勢(shì)的干擾；其次，航天器真空熱試驗(yàn)中需要的熱電偶的數(shù)量非常龐大，不僅給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)困難，而且熱電偶線(xiàn)的熱損失也會(huì)降低溫度測(cè)量的精度；再次，從物理的角度分析，在高真空環(huán)境下采用熱電偶測(cè)量溫度存在著諸多問(wèn)題，如在壓力較大情況下，傳熱方式主要有對(duì)流、熱傳導(dǎo)和輻射三種。但是在壓力接近真空狀態(tài)下，對(duì)流和熱傳導(dǎo)的作用基本不存在，此時(shí)對(duì)工件、熱電偶起升溫作用的主要是輻射，輻射反映的是分子轉(zhuǎn)動(dòng)(對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)溫度)和振動(dòng)(對(duì)應(yīng)振動(dòng)溫度)的熱運(yùn)動(dòng)情況，而熱電偶的校準(zhǔn)工作一般是在常壓下進(jìn)行，因此標(biāo)定的溫度是分子做熱運(yùn)動(dòng)的平動(dòng)溫度，即經(jīng)典熱力學(xué)溫度，盡管分子的轉(zhuǎn)動(dòng)溫度和平動(dòng)溫度時(shí)刻保持平衡，但上述現(xiàn)象表明：當(dāng)采用常壓下標(biāo)定的熱電偶測(cè)量真空環(huán)境的溫度存在著不可預(yù)知問(wèn)題。因此發(fā)展先進(jìn)的、準(zhǔn)確的、有效的溫度測(cè)量技術(shù)有著明確的、長(zhǎng)遠(yuǎn)的、重大的民用和軍事應(yīng)用背景，可以為解決航天器真空熱試驗(yàn)提供有效的技術(shù)途徑和工程數(shù)據(jù)。在地面模擬空間熱環(huán)境試驗(yàn)中，相關(guān)部位的溫度測(cè)點(diǎn)所在的位置可分為航天器溫度和實(shí)驗(yàn)設(shè)備溫度兩部分。目前這些部位的溫度測(cè)量主要采用溫度傳感器進(jìn)行測(cè)量，主要應(yīng)用T型銅-康銅熱電偶系統(tǒng)，以鉑電阻和熱敏電阻進(jìn)行比對(duì)。在空間熱環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)中，主要采用熱電偶、鉑電阻和熱敏電阻作為傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量，其校準(zhǔn)、溯源均在常壓下實(shí)現(xiàn)。但在真空環(huán)境下，溫度傳感器材料特性及傳熱過(guò)程都發(fā)生變化，熱真空試驗(yàn)的溫度場(chǎng)分布十分復(fù)雜，因此為保證溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性，空間溫度測(cè)量及校準(zhǔn)技術(shù)有待進(jìn)一步研究。TDLAS技術(shù)(Tunable?Diode?Laser?Absorption?Spectroscopy，可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù))是光譜學(xué)遙感技術(shù)的一種，主要用來(lái)測(cè)量氣體的溫度和濃度，是當(dāng)前痕量氣體、污染性氣體在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向和技術(shù)主流。TDLAS技術(shù)具有很強(qiáng)的選擇性、高靈敏度、高光譜分辨率、系統(tǒng)通用性等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)氣體溫度和濃度的高精度在線(xiàn)測(cè)量。盡管TDLAS技術(shù)在氣體溫度和濃度測(cè)量中取得了重大的進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了多種環(huán)境下氣體溫度和濃度的高精度在線(xiàn)測(cè)量，但令人遺憾的是，目前TDLAS技術(shù)研究主要針對(duì)具體的工程應(yīng)用，其研究的壓力范圍一般集中在0.1kPa～1000kPa范圍內(nèi)，很少有科研工作者嘗試測(cè)量高真空環(huán)境下氣體的溫度和濃度，造成這方面的原因主要有以下兩點(diǎn)：一是目前TDLAS技術(shù)主要針對(duì)具體的工程應(yīng)用，而工程應(yīng)用一般很少涉及到極低壓力條件；二是TDLAS技術(shù)是通過(guò)分析氣體對(duì)激光的吸收情況得到氣體的溫度和濃度，但在真空環(huán)境下，單位體積內(nèi)氣體的分子數(shù)很少，以致吸收信號(hào)很弱而不利于實(shí)驗(yàn)測(cè)量。但近幾年來(lái)，隨著實(shí)驗(yàn)水平的進(jìn)步，尤其是光學(xué)諧振腔技術(shù)的應(yīng)用，使得測(cè)量極低壓力條件下氣體的溫度和濃度成為可能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，提供一種空間真空環(huán)境下的溫度測(cè)量與校準(zhǔn)平臺(tái)。采用所述平臺(tái)有利于解決真空下溫度測(cè)量的溯源問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)接觸式測(cè)溫與非接觸式測(cè)溫的同時(shí)校準(zhǔn)，從而服務(wù)于衛(wèi)星、飛船等航天器的熱真空、熱平衡試驗(yàn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：