卫星变温环境下的温敏铂电阻高精度测量技术研究

发布时间：2020-06-01 08:27

【摘要】：随着空间精密测量技术的发展,各种高精度仪器在航天器上的应用日益增多。为了保证高精度仪器的工作性能,常采用高精度温度监测与控制的方法,以保持仪器所处温度环境的稳定性。目前,某些精密仪器的测温和控温精度需求已经达到mK量级。温敏铂电阻由于具有稳定度高,线性度好的特点,是目前最为常用的高精度测温传感器,而电阻测量是铂电阻测温系统中的一项关键技术。针对上述现状,本课题将设计一种等效测温精度达到1mK,并且能够在卫星星载变温环境中正常工作的Pt1000铂电阻测量仪器。本文详细分析了国内外铂电阻测量技术的研究现状,综合考虑电阻测量系统中引线电阻、热电动势、电路漏电流、测量噪声和温漂等因素对测量精度的影响,提出一种适用于卫星变温环境下的高精度铂电阻测量方案。并研制了一套能够在变温环境下对Pt1000铂电阻测量精度达到3.9ppm的电阻测量系统。主要研究内容如下:1、针对传统电阻测量系统中测量精度难以达到所需指标的问题,本文首先分析对比了各种电阻测量原理并确立了比例法方案。建立了比例法电阻测量系统的结构模型并据此完成系统的误差分析,提出采用分压比例的结构实现了系统的进一步优化。实现了噪声峰峰值低于2ppm的信号采集模块和噪声峰峰值低于2ppm的低噪声激励结构的设计和研制。最终完成的系统在对电阻测量时噪声峰峰值低于3.9ppm,能够满足本课题所需要求。2、针对电阻测量系统在卫星所处的变温环境下工作时,由于系统自身温漂导致测量结果漂移的问题,本文建立了系统温漂模型并根据各模块的温漂特性进行分析,确定了系统温漂的主要来源为参考电阻。通过对系统进行温漂特性检测,获得其温漂规律。提出了一种采用温度自检——软件拟合校正的方法实现系统温漂的补偿。最终完成的测量系统在10℃到40℃工作温度范围内工作时,由于自身温漂对测量结果带来的误差小于3.9ppm。3、结合上述设计研制实现了一套完整的高精度阻值测量系统,同时设计了基于高稳定性电阻组合的Pt1000模拟装置,并以超级测温仪为参考基准进行了系统测量精度的对比验证实验。实验结果表明,在以超级测温仪作为参考基准的情况下,该系统在10℃到40℃温度范围内工作时,对833Ω到1250Ω范围内(等效于Pt1000测量温度范围-42℃到65℃)的电阻测量精度达到3.9ppm。
【图文】：

a) 高联 6622A b) CTR9000图 1-1 基准级电桥测量仪器调制电流测量法的设备通常用于基准级的电阻精度传递，原理复杂，体积庞，，实验条件极其严格，设备价格也极其昂贵，并不适用于简便快捷的应用级温测量领域。

高精度测温中的阻值测量仪器
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V44;TH811

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本文编号：2691217