大气下基于有源控温对象的精密温控箱的研究

发布时间：2017-10-06 16:01

  本文关键词：大气下基于有源控温对象的精密温控箱的研究

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【摘要】：高精度静电悬浮加速度计是空间引力实验等基础物理实验的核心载荷之一,其中高分辨率、低噪声的电容位移传感电路是加速度计的一项关键技术,而电容位移传感电路中敏感探头对外界环境温度的波动极为敏感,这就需要温控系统对敏感探头的工作温度进行精密控制,温度波动的指标需求约为10-3℃。为了加速度计结构紧凑,将加速度计中的检测电路与敏感探头均放置在传感盒中,因此构成了有源控温对象的温控系统。加速度计传感盒是由装有敏感探头的真空容器和它四周的电路框架组成的,为了确定传感盒的合适控温点,需要先对传感盒进行通电升温的热平衡实验,再根据热平衡实验后温控点的稳定值来确定其设定值,该控温点的设定值应略高于热平衡实验后的稳定值。本文针对加速度计传感盒提供一套高精度温度控制系统,其目标是在外界环境温度波动约1℃的情况下,通过控温可达到设定值并能将加速度计敏感探头的温度波动值减小到10-3℃量级,进而减小环境温度波动对热噪声水平的影响,从而改善加速度计的分辨率水平。本文的温控系统包括被动隔热控温与主动控温两部分。被动隔热指的是温控箱的机械结构设计,它可以将外界环境温度扰动减小一个量级,而主动温控能将环境温度波动进一步减小。本文主要研究的是主动控温,温度数据的多路采集是通过2002吉时利8/5数字万用表和其配件2001 Scan卡完成的,之后的数据处理和PID算法实现是通过图形化编程语言LabVIEW来完成的,最后的执行机构是NI 6221采集卡,其输出电压驱动固态继电器的断开和闭合,实现对硅橡胶加热片的PWM控制。最后的实验结果表明本文的温控系统满足了传感盒内敏感探头对温度稳定性10-3℃量级的要求。
【关键词】：加速度计 精密温控 热平衡实验 Lab VIEW Matlab辨识仿真 PID
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH824.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 引言9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.2 温度控制系统的发展现状11-15
• 1.3 论文的主要研究内容15-17
• 2 温控技术的实现17-35
• 2.1 温控箱的机械结构17-22
• 2.2 温控系统自身热平衡实验22-25
• 2.3 温控箱数学模型的确定25-28
• 2.4 PID控制器设计与仿真28-34
• 2.5 本章小结34-35
• 3 温控系统硬件实现35-45
• 3.1 温控系统硬件总体方案设计35-36
• 3.2 温控系统硬件测量部分36-40
• 3.3 温控系统硬件控制部分40-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 温控系统软件设计45-51
• 4.1 温控系统软件总体方案设计45-46
• 4.2 LABVIEW前面板设计46-48
• 4.3 LABVIEW框图程序设计48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 5 实验结果和分析51-58
• 5.1 温度控制性能测试51-57
• 5.2 温度稳定性分析57
• 5.3 本章小结57-58
• 6 总结与展望58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-63

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本文编号：983672