發(fā)布時(shí)間：2017-08-04 11:41

  本文關(guān)鍵詞：熱式風(fēng)速儀探頭制備及控制電路設(shè)計(jì)研究

  更多相關(guān)文章： 風(fēng)速儀 恒溫式 恒壓式 熱線 熱膜 探頭控制電路

【摘要】：熱式風(fēng)速儀是一種基于熱平衡原理測量流體流速、溫度、密度等參數(shù)的儀器。目前熱式風(fēng)速儀多采用恒溫工作模式,其測速范圍一般在300m/s以內(nèi),無法滿足高超聲速下的流場測量要求。本文開展熱式風(fēng)速儀探頭制備及控制電路設(shè)計(jì)研究,旨在為自主研制面向高超聲速流場測量的高性能熱式風(fēng)速儀奠定基礎(chǔ)。首先設(shè)計(jì)并制備了熱式風(fēng)速儀的熱線、熱膜傳感器及探頭系統(tǒng),并對其進(jìn)行試驗(yàn)分析。結(jié)果表明,所制備的傳感器在具備通電發(fā)熱的同時(shí)其阻值對流場風(fēng)速敏感,可以滿足熱式風(fēng)速儀的使用要求。設(shè)計(jì)并制備了恒溫式、恒壓式熱式風(fēng)速儀探頭控制電路。針對恒溫式測量系統(tǒng)對過熱比電阻溫度敏感的問題,設(shè)計(jì)了過熱比電阻溫度控制系統(tǒng);通過對惠斯通橋路、熱線及反饋回路參數(shù)的計(jì)算分析,提出過熱比、偏置電壓和增益的具體調(diào)節(jié)方法,從而避免因測量范圍和測量精度調(diào)整不當(dāng)而進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)。針對恒壓式測量系統(tǒng),設(shè)計(jì)了時(shí)間常數(shù)的原位測量電路以及T型橋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),以提高系統(tǒng)的測量帶寬。利用Labview及Personal Daq 3000模塊開發(fā)了熱式風(fēng)速儀測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及控制軟件。該軟件主要包括數(shù)據(jù)采集、恒溫式熱式風(fēng)速儀增益及工作狀態(tài)切換、熱線及熱膜參數(shù)測量、偏置電壓求取及給定、過熱比電阻溫度控制等模塊,能滿足恒溫式、恒壓式熱式風(fēng)速儀的測量試驗(yàn)要求。開展了熱式風(fēng)速儀測量系統(tǒng)的標(biāo)定試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:所制備的恒溫式、恒壓式熱式風(fēng)速儀在40~200m/s的流速范圍內(nèi),測量誤差均小于3%。恒溫式熱式風(fēng)速儀可通過調(diào)整增益及過熱比的方法滿足大范圍或高精度的不同測量要求;通過提高恒壓式熱式風(fēng)速儀傳感器功率,其測量范圍可拓展到300m/s。
【關(guān)鍵詞】：風(fēng)速儀 恒溫式 恒壓式 熱線 熱膜 探頭控制電路
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH81
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注釋表13-14
• 縮略詞14-15
• 第一章 緒論15-24
• 1.1 研究背景與意義15-17
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-22
• 1.2.1 熱式風(fēng)速儀工作原理的研究及發(fā)展17-19
• 1.2.2 熱式風(fēng)速儀探頭系統(tǒng)研究19-21
• 1.2.3 熱式風(fēng)速儀測量系統(tǒng)研究21-22
• 1.3 論文內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排22-24
• 第二章 熱式風(fēng)速儀探頭系統(tǒng)制備24-38
• 2.1 熱線傳感器制備24-26
• 2.2 熱膜傳感器制備26-29
• 2.2.1 真空蒸發(fā)鍍膜原理27-28
• 2.2.2 石英纖維熱膜制備28-29
• 2.2.3 石英棒端面熱膜制備29
• 2.3 探頭及支架制備29-35
• 2.3.1 平直型探頭制備30-32
• 2.3.2 熱線及石英纖維熱膜探頭支架制備32-34
• 2.3.3 石英棒探頭制備34-35
• 2.4 探頭系統(tǒng)初步測試35-37
• 2.4.1 常溫阻值35-36
• 2.4.2 電壓敏感性測試36-37
• 2.4.3 流速敏感性測試37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第三章 恒溫式熱式風(fēng)速儀探頭控制電路設(shè)計(jì)38-68
• 3.1 恒溫式熱式風(fēng)速儀探頭控制電路基本工作原理38-40
• 3.2 探頭及恒溫式探頭控制電路特性分析40-43
• 3.3 傳感器加熱電流與流場速度關(guān)系計(jì)算43-46
• 3.3.1 傳感器與流場平衡時(shí)傳感器加熱電流計(jì)算43
• 3.3.2 CTA測量系統(tǒng)平衡時(shí)傳感器加熱電流計(jì)算43-46
• 3.4 過熱比、增益及橋路比的優(yōu)化配置46-52
• 3.4.1 失效機(jī)理分析46-47
• 3.4.2 失效機(jī)理的理論分析47-51
• 3.4.3 試驗(yàn)驗(yàn)證51-52
• 3.5 恒溫式風(fēng)速儀探頭控制電路設(shè)計(jì)及參數(shù)配置52-60
• 3.5.1 Multisim與LabVIEW簡介52-53
• 3.5.2 恒溫探頭控制電路仿真模型搭建53-56
• 3.5.3 恒溫式熱式風(fēng)速儀電路參數(shù)配置56-58
• 3.5.4 恒溫式熱式風(fēng)速儀電路設(shè)計(jì)58-60
• 3.6 過熱比電阻溫度控制60-67
• 3.6.1 過熱比電阻溫度影響曲線60-61
• 3.6.2 理論計(jì)算61-62
• 3.6.3 仿真分析62-63
• 3.6.4 溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)63-64
• 3.6.5 試驗(yàn)驗(yàn)證64-67
• 3.7 本章小結(jié)67-68
• 第四章 恒壓式熱式風(fēng)速儀探頭控制電路設(shè)計(jì)68-82
• 4.1 恒壓式熱式風(fēng)速儀探頭控制電路工作原理68-69
• 4.2 探頭及恒壓式探頭控制電路特性分析69-71
• 4.2.1 恒壓式探頭控制控制電路特性69-70
• 4.2.2 CVA測量系統(tǒng)平衡時(shí)傳感器加熱電流計(jì)算70-71
• 4.3 恒壓式熱式風(fēng)速儀探頭控制電路設(shè)計(jì)及參數(shù)配置71-73
• 4.4 傳感器時(shí)間常數(shù)原位測量73-76
• 4.5 T型橋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及CVA帶寬分析76-80
• 4.5.1 T型橋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)76-78
• 4.5.2 補(bǔ)償后帶寬分析78-80
• 4.6 恒壓式熱式風(fēng)速儀探頭控制電路實(shí)物80-81
• 4.7 本章小結(jié)81-82
• 第五章 熱式風(fēng)速儀采集及控制軟件設(shè)計(jì)82-90
• 5.1 信號采集與控制軟件總體結(jié)構(gòu)82-83
• 5.2 熱式風(fēng)速儀數(shù)據(jù)采集模塊83-85
• 5.3 恒溫式熱式風(fēng)速儀增益及工作狀態(tài)切換模塊85-86
• 5.4 傳感器參數(shù)測量、偏置電壓求取及給定模塊86-89
• 5.5 數(shù)據(jù)保存、回放及處理模塊89
• 5.6 本章小結(jié)89-90
• 第六章 熱式風(fēng)速儀標(biāo)定試驗(yàn)與分析90-120
• 6.1 風(fēng)速標(biāo)定系統(tǒng)搭建90-95
• 6.1.1 氣路系統(tǒng)搭建90-93
• 6.1.2 熱線風(fēng)速儀標(biāo)定測試系統(tǒng)93-94
• 6.1.3 噴嘴流場特性測試及分析94-95
• 6.2 熱式風(fēng)速儀標(biāo)定步驟及試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)95-96
• 6.2.1 恒溫式熱式風(fēng)速儀試驗(yàn)設(shè)計(jì)95
• 6.2.2 恒壓式熱式風(fēng)速儀試驗(yàn)設(shè)計(jì)95-96
• 6.3 熱式風(fēng)速儀測量系統(tǒng)動態(tài)標(biāo)定96-99
• 6.3.1 恒溫式、恒壓式熱式風(fēng)速儀動態(tài)標(biāo)定中的滯后現(xiàn)象96-98
• 6.3.2 滯后原因分析98-99
• 6.4 恒溫式熱式風(fēng)速儀穩(wěn)態(tài)標(biāo)定試驗(yàn)99-107
• 6.4.1 CTA測量系統(tǒng)增益重復(fù)性試驗(yàn)99-100
• 6.4.2 CTA測量系統(tǒng)標(biāo)定試驗(yàn)及擬合分析100-107
• 6.5 恒壓式熱式風(fēng)速儀標(biāo)定試驗(yàn)107-110
• 6.5.1 恒壓式熱式風(fēng)速儀輸出電壓偏置放大及測量范圍研究107-108
• 6.5.2 CVA標(biāo)定試驗(yàn)及擬合分析108-110
• 6.6 全范圍Sigmoidal函數(shù)擬合及驗(yàn)證110-119
• 6.6.1 CTA Sigmoidal函數(shù)全范圍擬合111-116
• 6.6.2 CVA Sigmoidal函數(shù)全范圍擬合116-119
• 6.7 恒溫/恒壓式熱式風(fēng)速儀測量結(jié)果的對比分析119
• 6.8 本章小結(jié)119-120
• 第七章 總結(jié)與展望120-124
• 7.1 總結(jié)120-121
• 7.2 展望121-124
• 參考文獻(xiàn)124-127
• 致謝127-128
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文128

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：619389