本文關(guān)鍵詞：大氣下基于有源控溫對象的精密溫控箱的研究

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【摘要】：高精度靜電懸浮加速度計是空間引力實驗等基礎(chǔ)物理實驗的核心載荷之一,其中高分辨率、低噪聲的電容位移傳感電路是加速度計的一項關(guān)鍵技術(shù),而電容位移傳感電路中敏感探頭對外界環(huán)境溫度的波動極為敏感,這就需要溫控系統(tǒng)對敏感探頭的工作溫度進(jìn)行精密控制,溫度波動的指標(biāo)需求約為10-3℃。為了加速度計結(jié)構(gòu)緊湊,將加速度計中的檢測電路與敏感探頭均放置在傳感盒中,因此構(gòu)成了有源控溫對象的溫控系統(tǒng)。加速度計傳感盒是由裝有敏感探頭的真空容器和它四周的電路框架組成的,為了確定傳感盒的合適控溫點,需要先對傳感盒進(jìn)行通電升溫的熱平衡實驗,再根據(jù)熱平衡實驗后溫控點的穩(wěn)定值來確定其設(shè)定值,該控溫點的設(shè)定值應(yīng)略高于熱平衡實驗后的穩(wěn)定值。本文針對加速度計傳感盒提供一套高精度溫度控制系統(tǒng),其目標(biāo)是在外界環(huán)境溫度波動約1℃的情況下,通過控溫可達(dá)到設(shè)定值并能將加速度計敏感探頭的溫度波動值減小到10-3℃量級,進(jìn)而減小環(huán)境溫度波動對熱噪聲水平的影響,從而改善加速度計的分辨率水平。本文的溫控系統(tǒng)包括被動隔熱控溫與主動控溫兩部分。被動隔熱指的是溫控箱的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計,它可以將外界環(huán)境溫度擾動減小一個量級,而主動溫控能將環(huán)境溫度波動進(jìn)一步減小。本文主要研究的是主動控溫,溫度數(shù)據(jù)的多路采集是通過2002吉時利8/5數(shù)字萬用表和其配件2001 Scan卡完成的,之后的數(shù)據(jù)處理和PID算法實現(xiàn)是通過圖形化編程語言LabVIEW來完成的,最后的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是NI 6221采集卡,其輸出電壓驅(qū)動固態(tài)繼電器的斷開和閉合,實現(xiàn)對硅橡膠加熱片的PWM控制。最后的實驗結(jié)果表明本文的溫控系統(tǒng)滿足了傳感盒內(nèi)敏感探頭對溫度穩(wěn)定性10-3℃量級的要求。
【關(guān)鍵詞】：加速度計 精密溫控 熱平衡實驗 Lab VIEW Matlab辨識仿真 PID
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH824.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 引言9-17
• 1.1 課題研究背景及意義9-11
• 1.2 溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀11-15
• 1.3 論文的主要研究內(nèi)容15-17
• 2 溫控技術(shù)的實現(xiàn)17-35
• 2.1 溫控箱的機(jī)械結(jié)構(gòu)17-22
• 2.2 溫控系統(tǒng)自身熱平衡實驗22-25
• 2.3 溫控箱數(shù)學(xué)模型的確定25-28
• 2.4 PID控制器設(shè)計與仿真28-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 3 溫控系統(tǒng)硬件實現(xiàn)35-45
• 3.1 溫控系統(tǒng)硬件總體方案設(shè)計35-36
• 3.2 溫控系統(tǒng)硬件測量部分36-40
• 3.3 溫控系統(tǒng)硬件控制部分40-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 4 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計45-51
• 4.1 溫控系統(tǒng)軟件總體方案設(shè)計45-46
• 4.2 LABVIEW前面板設(shè)計46-48
• 4.3 LABVIEW框圖程序設(shè)計48-50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 5 實驗結(jié)果和分析51-58
• 5.1 溫度控制性能測試51-57
• 5.2 溫度穩(wěn)定性分析57
• 5.3 本章小結(jié)57-58
• 6 總結(jié)與展望58-59
• 致謝59-60
• 參考文獻(xiàn)60-63

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