0 引言

真空热试验是航天器研制过程中必须进行的大型地面试验之一，在真空热试验过程中试验设备、试验工装以及航天器上有关部位的温度是最为重要的测量参数。目前，在航天器真空热试验的温度测量中应用最广泛的是热电偶测温系统，其通过测量热电动势来实现温度测量[1]。热电偶具有测温范围宽、体积小、动态响应速度快、互换性好、稳定性较好和便于集中控制等特点[2]，但它需要进行冷端(参考点)补偿，其测温准确度受冷端校准准确度的影响较大[3-4]。真空热试验航天器温度测量常用的热电偶是铜-康铜热电偶，测量范围为-200 ℃～+300 ℃。

目前，国内通常采用将公用参考点放置在空间环境模拟室内的方法[5]。温度参考点装置一般为铜圆柱体，在圆柱体的中间开孔并将参考点端热电偶及测温用铂电阻放置其内。通过铂电阻测得的温度反推参考点端热电偶电动势，再利用公式计算出测温点热电偶电动势，即可得到测点温度值。

温度参考点装置作为真空热试验中极其重要的工装，对温度测试数据的准确性和产品安全有很大影响。在试验中，很可能出现多套测温系统同时运行的情况，此时需要多套参考点装置。参考点热响应测试正是对参考点电缆连接正确性进行验证的一种方法，是试验准备阶段的关键工序。

作品在设计和开发过程中，各个组员要保留好每一步相关的文档资料。在提交阶段，需要从整个作品的角度对文档进行组织，此时可以将之前的文档利用起来，要完成作品的测试文档。大赛一般还要提供作品的演示视频，在录制视频时，要边演示边讲解，尽可能让评委全方位地了解作品的真正技术和方法。完成这些后，根据要求将作品源码和文档资料一并上传到指定的服务器。

1 测温系统介绍

1.1 热电偶测温系统

真空热试验热电偶温度测量系统一般由测温热电偶、测温线缆、电连接器、温度参考点、测量仪器、计算机数据处理系统构成，如图1所示。热电偶测量线路采用双线冗余公用负极的接线方式，将测温热电偶的康铜丝并焊，引出两根康铜丝，分别与两组参考点端热电偶(公用线)的康铜丝进行焊接。电连接器最后两路通道作为热电偶的公用负极的传输通道，其余通道焊接热电偶的正极。电连接器上公用负极传输通道各引出一根铜丝，分别与两组参考点端热电偶(公用线)的铜丝进行焊接；同时，将电连接器最后两路通道使用铜线搭接。热电偶汇集成电连接器后，经过渡电缆引出至真空容器外，与数采仪器连接。参考点装置内部放置两只铂电阻，通过铂电阻电缆引出至真空容器外的数采仪器。通过采集铂电阻的温度，可反算参考点内热电偶的热电势。

  

图1 热电偶测量线路组成

1.2 参考点装置

参考点装置选用热惯性比较大，内腔可以形成比较均匀温度场的铜圆柱体[6]，其装置实物如图2所示。

参考点热响应测试系统主要通过在参考点装置的主体结构外表面粘贴加热片，通过程控电源对加热片施加一定电流使得参考点容腔内温度升高，通过数采系统测得容腔内铂电阻的温度以及热电偶的电动势，根据参考点热响应判定准则判定参考点连接的正确性。

  

图2 参考点装置

1.3 参考点装置热分析

在常温常压环境下，参考点装置传热有内部导热、自然对流及外部环境辐射换热。因此采用ANSYS软件中的Mechanical模块进行分析[7]，划分网格如图3所示。

  

图3 参考点网格划分示意图

计算条件：圆柱直径：100 mm；孔径：20 mm；高度100 mm。

查阅资料可知，明朝永乐之前，西藏未发现有印刷工艺存在。明永乐十二年(1414年)，明成祖朱棣诏宗喀巴入京(南京)，宗喀巴谴弟子释迦也失前往。是年，明成祖下令在南京制成藏文经书的铜印模版，印刷经文，赐给西藏各政教领袖。 由此可知，西藏印刷行业可追溯至明朝永乐年间，在南京制成铜版，为西藏印刷事业的发展奠定了基础，在其影响下，西藏古代印刷业正式起步。

测量仪器所测得的热电偶电动势如图5所示。其中EAB为测量仪器所测得的电动势，E为测点热电偶电动势，E参考点为参考点热电偶电动势。

计算结果如下：通过20 W的加热功率给参考点加热10 min，可使其由20 ℃增长至24 ℃。内外表面温度变化如图4所示。

  

图4 参考点内外表面温度变化图

2 参考点热响应测试原理

参考点热响应测试，即对参考点装置进行加热，使得所测得的铂电阻温度及热电偶热电势发生变化，通过其变化趋势判断参考点连接是否正确。

边界条件设置：(1)外边界：与20℃背景辐射，角系数0.15，自然对流2 W/K·m2，外界温度20℃。(2)上下表面：绝热。

蒙蒙眬眬间，他觉得那个声音是从望天归的内部传出的。那声音似金石交击，间或夹杂着一种刺耳的刮蹭声，初时声音尚弱，随后越来越响，似乎是在朝着他接近，这令他激灵一下清醒过来。

  

图5 热电偶电动势的组成

1)当参考点铂电阻电缆连接正常时：

对参考点加热，铂电阻温度增加量△T，从而计算出参考点热电偶电动势增加量△E，根据图5所示可得如下关系。

最后，创建网络连接并组态IP地址：

EAB=E- E参考点

(1)

加热后测量仪器所测得的热电偶电动势：

 

E- E参考点-△E

(2)

结论：加热后测量仪器所测得的热电偶电动势将减小，而计算后的测点温度值将保持不变。

2)当参考点铂电阻电缆连接错误时：

对参考点加热，铂电阻温度增加量△T，从而计算出参考点热电偶电动势增加量△E，而测量仪器实际所测得的电动势保持不变，根据图5所示可得如下关系。

加热前测点热电偶电动势：

E = EAB +E参考点

(3)

“好，根据您的病史以及查体结果，咱们初步确诊为腰椎管狭窄症，接下来还要做X片、CT、核磁共振等检查才能确诊。”

 

(4)

结论：加热后测量仪器所测得的热电偶电动势保持不变，而计算后的测点温度值将增加，增加量等于铂电阻温度增加量。

3)当热电偶公用线正负极接反时：

带着等待投水神气的大学生，似乎也记起了自己应做的事情，不能尽在这烈日下捧场作呆二，沿着前海大路挤进游人中不见了。

对参考点加热，铂电阻温度增加量△T，从而计算出参考点热电偶电动势增加量为△E。而当热电偶公用线正负极接反时，在公用线焊接点将产生热电势E焊接点，根据图5所示可得如下关系。

加热后测点热电偶电动势：

加热前测量仪器所测得的热电偶电动势：

EAB=E-E焊接点+ E参考点-E焊接点=

E + E参考点-2E焊接点

(5)

由于焊接点和参考点都处于常温状态，可认为E焊接点= E参考点，则：

2）优化调整现有储/供油设施，适应低硫油储运要求。低硫燃油的仓储、运输、供应需要对现有的设施、管线进行相应改造，不仅增加资金投入，也需要积累操作管理经验，以确保燃油供应质量合规。此外，由于2020年初期低硫燃油资源供应不确定，极有可能出现船用柴油需求量大幅增长的情况，船供油公司需增加柴油库容安排，统筹安排低硫燃油、柴油、高硫燃油的设施匹配，避免出现混油的情况。

EAB=E-E参考点

(6)

加热后测量仪器所测得的热电偶电动势：

 

E+(E参考点+△E)-2E焊接点=

E +△E-E参考点

阿里便翻过身，不理阿东。嘴里嘟噜道：“我要姆妈!我要姆妈!”说着全身缩在被子里放声号叫：“我要姆妈!”

(7)

而计算后的测点热电偶电动势：

 

(E +△E-E参考点)+(E参考点+△E)

= E+2△E

(8)

结论：加热后测量仪器所测得的热电偶电动势将增加，计算后的测点温度值也将增加，增加量等于铂电阻温度增加量的两倍。

3 热响应测试系统设计

3.1 系统硬件设计

参考点热响应测试系统主要包括测温系统和加热系统，根据参考点热响应控制系统所需的工艺流程分别控制热响应系统所有设备的启动/停止，并在建立以及维持过程中监控各回路的温度和加热电流的变化，其硬件主要由三部分组成：1)放置在空间环境模拟室内的参考点装置；2)放置在采集现场的控制箱、测量仪器以及交换机；3)放置在控制室的采集计算机和监控计算机。系统硬件连接如图6所示。

  

图6 测试系统硬件连接示意图

在每个参考点内各放置一只铂电阻，在每个参考点外表面粘贴薄膜加热片，铂电阻和薄膜加热片都通过测试电缆引至空间环境模拟室外的控制箱。控制箱主要由开关电源、温度巡检仪、PLC控制器以及继电器组成，其作用为对各加热回路进行供电并采集各铂电阻回路的温度值，其内部硬件组成示意图如图7所示。

  

图7 控制箱内部组成框图

参考点热响应测试系统的测温系统主要由铂电阻温度传感器、温度巡检仪、测量仪器以及上位计算机组成。温度巡检仪采集参考点内的铂电阻温度；测量仪器采用吉时利2750型号，由于采集热电偶电动势，并将热电势转换为温度值。

参考点热响应测试系统的加热系统包括开关电、PLC控制器、继电器以及加热片组成。通过PLC控制器对继电器进行控制，对各加热回路进行切换，使其满足一个电源模块可以分别给3个加热回路供电。温度巡检仪通过协议转换模块将温度数据传送给PLC控制器，然后通过以太网口与上位机进行通信。控制箱前面板设计如图8所示，其上固定1个温度巡检仪面板，1个数显表面板，3个加热通道按钮开关、1个“本地远程”旋钮开关以及1个总开关。数显表面板左侧分别显示电流值及温度值，右侧为通道指示灯；温度巡检仪面板显示温度值。

虫草全鸭。鸭案杀后去静毛，剁去脚爪，剖腹去脏，冲洗干净，在开水锅略焯片刻，再捞出凉水洗净。虫草用温水洗净，将虫草放入鸭头肉，余下虫草同姜、葱一起装入鸭腹中，再注入清汤，加食盐、胡椒粉、绍酒调好味，用湿棉纸封严，上笼蒸约1.5 小时即成。出笼后揭去棉纸拣去姜、葱，加味精即可。虫草具有抗菌、抗癌抗炎、滋肾祛痰、镇静催眠等功能，该菜肴可作为滋补养身的最佳食疗菜之一。

  

图8 控制箱前面板示意图

2)脉冲发生器和高速计数器：启用并组态用于脉冲串远行和脉冲宽度调制的脉冲发生器以及高速计数器。当CPU或信号板的输出组态为脉冲发生器时， Q存储器中将移除相应的输出地址。

3.2 系统软件设计

参考点热响应测试系统可以通过“远程”和“本地”两种方式分别启动各加热回路加热功能，并能够远程和本地进行手动控制，系统软件根据功能需要分为PLC控制软件和上位机监控软件。

PLC控制软件采用SIMATIC STEP 7 Basic软件进行编写，采用面向任务的理念，将编辑器嵌入到一个通用编辑框中，使用户可以同时打开多个编辑器。通过设计本地、远程两级控制方式，完成对系统的加热回路的控制，并完成对多路温度巡检仪、电流显示仪等数据的采集与设置。首先，向项目中添加CPU组态，为PLC创建设备配量，编辑CPU属性的以下参数：

根据（1）式可求得实际的两充电站间预期行驶时间。由于所选道路的不同，将产生很多种情况，如图1所示。这里取其中的最短时间作为两充电站间行驶的预期时间：

上位机监视及控制软件采用三维力控的ForceControl V6.0组态软件作为开发平台开发，应用可视化控件组态技术，设计人机交互界面，远程实现对参考点装置的加热、温度及电流监视、数据分析和报警记录等功能。软件功能结构如图9所示。系统软件运行在监控计算机上，主要包括以下功能：

控制箱放置在目前使用的测量机柜内，通过控制箱可以对各加热回路进行供电并采集各铂电阻回路的温度值。控制箱通过网线连至交换机，可以通过上位计算机控制各加热回路对其进行加电以及监视各回路的温度值。控制方式分为本地控制和远程控制两种方式，用户可以通过控制箱按钮或开关对设备进行控制，也可以通过计算机上位机监控软件对设备进行控制。在控制箱上进行选择旋钮进行“本地/远程”模式的选择，若选择“本地”模式则上位机监控软件中操作按钮无效；若选择“远程”模式则本地操作按钮无效，并且确保无扰切换。

其次，将以下硬件目录中的模块添加到CPU组态中：

1)将包含模拟I/O节点或数字I/O节点的信号模块连接在CPU的右侧。

2)将包含附加I/O节点的信号板安装在CPU的前端。

3)将包含通信端口(RS232或RS485)的通信模块连接在CPU的左侧。

加热前测量仪器所测得的热电偶电动势：

②大江大河阻水障碍多，抬高了河道行洪水位。由于阻水障碍多，2013年嫩江干流主要控制站同流量下的水位比规划设计值明显偏高，其中江桥江段高0.9m左右。嫩江、松花江干流堤距宽达数公里至十余公里，侵占河道种田修堤现象普遍，部分河段围堤侵占河道宽度近80%。虽然《松花江流域防洪规划》对河道清障工作进行了规划，但尚未全面实施。而且桥梁阻水问题比较严重，其中嫩江干流通让江段雍水近半米。

1)MAC地址：在网络中，每个设备都都具有一个唯一的“介质访问控制”地址(MAC地址)，以对每个设备进行标识和区别。

2)IP地址：每个设备也部必须具有个1ntetnet协议(IP)地址，该地址使设备可以在更加复杂的路内网络中传送数据。

3)路由器：网络中，路由器是LAN之间的链接，通过路由器连接的计算机可向其他网络发送消息。如果数据的目的地不在LAN之内，路由器会将数据转发给可将数据传送到其目的地的另一个网络或网络组。路由器依靠IP地址来传送和接收数据包。

1)PROFINETI：设置CPU的IP地址和时间同步。

1)系统登陆：完成系统初始化，设置登陆权限，进入系统启动登录环境。

2)主系统监控：根据用户提供的系统流程，显示相应仪器设备运行状态。

3)温度及电流监控：对控温单元、加热电流大小进行监控。

4)生成数据报表：按照格式生成数据报表，用户可以使用报表查询历史数据。

5)实时显示曲线：允许用户对实时数据、历史数据进行查询或进行曲线分析。

6)系统操作管理：允许用户对系统的采集周期、报警参数等进行设置。

最不利组合取值为：剪力为-5843.460kN，底部垂直力大小为153 032.69kN，弯矩为786 520.44kN·m。单独外筒模型下底部支座荷载数据如表4所示。

系统软件通过读取不同时刻测量仪器采集的电动势、测点温度值以及参考点温度值，根据热响应测试原理得到的测试准则，判断参考点电缆连接以及热电偶公用线正负极接线的正确性。软件流程如图10所示。

教学是教师与学生交流互动的过程，教师不是传统的“传道、授业、解惑”者，也不是抑制学生思维的独裁者，而是学生正确提出问题、认识问题、解决问题的引导者。教师可以根据问题激发学生的思考兴趣，引导学生对课文中心、主题的整体感知，帮助学生联系学过的知识分析和解决问题。例如，必修4《拿来主义》的习题1要求学生理清思路、把握大意，谈谈“拿来主义”的含义。教师不能以课文对“拿来主义”的阐释来束缚学生的思维，应给予学生思考与发言的机会，谈谈他们对中国“拿来主义”的看法。

  

图9 软件功能结构图

  

图10 软件流程图

4 系统应用

该系统在某型号航天器真空热试验开机前得到了成功应用。

首先对自动判读软件的配置文件进行配置，包括温度数据读取路径，参考点铂电阻测点号。通过远程控制软件，对热响应系统进行设置及监视，自动判读软件在开始运行时首先读取配置文件，然后根据热响应准则对其进行判读并给出测试结果，完成了两个参考点装置的热响应测试，验证了温度参考点电缆连接以及热电偶公用线焊接的正确性，保障试验顺利进行。系统远程实时监控如图11所示。

在优先满足安全性能的前提下，可以采用锂离子蓄电池及超级电容器组成的复合电池作为纯电动船舶的储能装置[4]。复合储能装置的连接方式主要有直接并联、通过DC/DC变换器并联、通过电感并联等。由于并联电感的方式与直接并联结构类似，且输出电压波动较大，因此本文只研究直接并联式和通过DC/DC变换器并联两种连接方式。

  

图11 系统远程实时监控

参考点热响应测试结束后，将弹出提示对话框，如图12所示。并将测试结果保存在本地文件夹下的“测试结果.txt”中。

  

图12自动判读软件界面图

5 结束语

本文提出了一种采用铂电阻和薄膜加热片组成反馈单元，由温度测量仪、线性电源和电流表等组成控制箱，通过LAN网络与远程计算机连接实现远程监控的方案，进行参考点热响应测试系统集成。该系统具有良好的人机交互界面、操作过程简单、通用性好的特点，对保障航天器真空热试验地顺利进行具有重要作用。目前，该系统已成为KM6、KM7等大型空间环境模拟设备的必需配置，并在多项型号试验中得到成功应用。

参考文献：

[1] 郭 赣.真空热试验的温度测量系统[J].航天器环境工程. 2009, 26(1):33-36

[2] Y. Tam U and C. Uematsu. Inhomogeneity of each thermoelements of type T thermocouples[J]. SICE 2002 Aug:5-7

[3] 张海涛, 罗 珊, 郭 涛. 热电偶冷端补偿改进研究[J]. 仪表技术与传感器. 2011 (7):11-14

[4] 孙怀远,宋来全,杨丽英，等. 热电偶温度检测系统设计与应用[J]. 电子测量技术. 2014, 37 (12): 86-89

[5] 黄本城，童靖宇. 空间环境工程学[M]. 北京：国防工业出版社, 2010.

[6] 孙兴华, 苏新明, 陶 涛. 真空热试验热电偶测温参考点分析改进[J]. 航天器环境工程, 2012,29(5): 522-526.

[7] 张红松.ANSYS 12.0有限元分析[M].北京:机械工业出版社,2010.