CN111465129A - 一种电加热空速管及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于空速管及其装配方法，为解决空速管结构可靠性不佳、内部电加热控制电路复杂、控制效果差的问题，本发明提供一种电加热空速管及其装配方法，空速管包括中心管、前部锥状壳体、中部柱状壳体和后部锥状壳体；中心管套设于壳体内，中心管的一端伸出后部锥状壳体的外部，另一端位于前部锥状壳体内并与外界连通；中心管与中部柱状壳体之间设有热阻丝，中心管与后部锥状壳体之间套设有控制电路板；控制电路板上设置有电路包括电源电路单元、加热控制电路单元和滤波电路单元。装配方法是先将中心管安装于前部锥状壳体内，再依次安装热阻丝和中部柱状壳体，检查热阻丝和控制电路板后进行封装，再安装后部锥状壳体加强牢靠性。

Description

一种电加热空速管及其装配方法

技术领域

本发明属于空速管及其装配方法，具体涉及一种电加热空速管及其装配方法。

背景技术

空速管结冰是高空飞行器存在的技术问题之一，通常设计人员会在空速管内部安装电加热装置，并通过一定的加热控制策略来解决空速管结冰的问题。

目前，针对小型无人机领域使用的空速管及其电加热装置仍然存在以下问题：1.电加热控制电路复杂且成本较高。常见的电加热电路是由微控制器通过温度传感器A/D采集当前温度，并经过内部计算得出相应的加热控制策略，从而实现空速管温度调节，但该类电路的组成结构相对复杂，且对控制器的采集精度要求较高；同时，较多的电路模块也增加了整个装置的成本。2.电加热控制策略单一，控制效果不佳。空速管的电加热控制策略主要是通过比较当前温度和设定阈值的大小进行输出，由于加热控制策略单一，易使系统在一定温度范围内频繁波动。3.具有加热功能的空速管结构可靠性差。由于空速管机械组成结构较多，且内部加装电加热电路，在实际使用过程中易出现加热电路板或个别机械结构断开等情况。

发明内容

本发明的主要目的是解决现有技术中高空飞行器中的空速管结构可靠性不佳，以及空速管内电加热控制策略单一和控制电路复杂的技术问题，提供一种电加热空速管及其装配方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电加热空速管，其特殊之处在于，包括中心管和壳体；

所述壳体包括依次连接的前部锥状壳体、中部柱状壳体和后部锥状壳体；所述前部锥状壳体和后部锥状壳体的锥段同向设置，前部锥状壳体的前端开口设置；所述后部锥状壳体的后部外侧套设有安装座；

所述中心管套设于壳体内，中心管的一端伸出后部锥状壳体的外部，另一端位于前部锥状壳体内并与外界连通；中心管与中部柱状壳体之间套设有热阻丝，中心管与后部锥状壳体之间套设有控制电路板，所述控制电路板与热阻丝通过引线电连接；中心管与后部锥状壳体的后端面之间通过后盖密封连接；

所述控制电路板上设置的电路包括电源电路单元、加热控制电路单元和滤波电路单元；

所述电源电路单元包括电源和降压模块，所述降压模块将电源输入的24V直流电压降至10V电压，为加热控制电路单元供电；电源输入的24V直流电压同时为热阻丝供电；

所述加热控制电路单元包括滞回式电压比较器U1和场效应管Q1；所述电压比较器U1的同相输入端与降压模块N1的输出端通过第一电阻R3相连，电压比较器U1的同相输入端通过热敏电阻R7接地，所述第一电阻R3和热敏电阻R7形成电压比较器U1的测量信号；所述电压比较器U1的反相输入端与降压模块N1的输出端通过第二电阻R4相连，电压比较器的反相输入端通过第三电阻R8接地，所述第二电阻R4和第三电阻R8形成电压比较器的参考信号；所述电压比较器U1的输出端通过第四电阻R6与场效应管Q1的栅极相连，形成输出信号；通过场效应管Q1的漏极和源极之间的通断控制热阻丝R2的工作；所述场效应管Q1的源极接地，漏极与热敏电阻R7相连；

所述滤波电路单元包括三个电容C2、C3、C1，其中电容C2和电容C3分别与热敏电阻、第三电阻并联后接地，电容C1一端与电压比较器U1的输出端相接，另一端接地，对电压比较器的测量信号、参考信号和输出信号滤波处理。

进一步地，还包括第一反馈电阻R1和第二反馈电阻R5，所述第一反馈电阻R1并联于电压比较器U1的输出端和同相输入端之间；所述第二反馈电阻R5的一端连接于降压模块N1的输出端和第二电阻之间，另一端与电压比较器的输出端相连。

进一步地，所述热阻丝的前端与前部锥状壳体的后端相抵。

进一步地，所述热阻丝、热敏电阻R7和引线外部均包裹有高温胶带。

一种如上所述电加热空速管的装配方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

S1，安装中心管和热阻丝

将中心管前部装入前部锥状壳体内，在中心管外套设热阻丝，使热阻丝的前端与前部锥状壳体的后端相抵；

S2，安装中部柱状壳体

在热阻丝外套设安装中部柱状壳体，使中部柱状壳体与前部锥状壳体连接，将热阻丝的引线留出；

S3，检查热阻丝和控制电路板

采用万用表分别对热阻丝和控制电路板上的热敏电阻R7进行检查；

S4，灌封

使用灌封胶对前部锥状壳体和中部柱状壳体内进行灌封，留出引线，进行真空处理；

S5，安装控制电路板

S5.1，在中部柱状壳体的后端安装后部锥状壳体；

S5.2，在控制电路板的外部涂抹三防漆，将控制电路板装入后部锥状壳体内，用密封胶将控制电路板固定于中心管和后部锥状壳体之间；

S5.3，将热阻丝的引线与控制电路板上热敏电阻R7的引线相连；

S6，安装后盖

在后部锥状壳体的后端和中心管之间安装后盖，通过密封胶固定后盖。

进一步地，步骤S2中，所述使中部柱状壳体与前部锥状壳体连接具体是通过螺纹连接，螺纹连接处涂抹有脱模剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明电加热空速管通过电阻丝对空速管进行加热，通过控制电路板上的热敏电阻实现对温度的检测，在不同环境温度下，热敏电阻的阻值不同，通过热敏电阻的阻值改变滞回比较器的同相输入端电压，在与反相输入端的参考电压比较后，输出高电平或低电平至场效应管，由场效应管的导通或截止控制热阻丝的供电电路通断，从而实现加热电路的闭环控制。通过滞回式电压比较器简化了控制电路，降低了空速管成本，能够改善空速管的加热控制效果。

2.本发明通过增加第一反馈电阻和第二反馈电阻，避免了频繁加热，提高控制系统的稳定性和抗干扰能力。

3.本发明的热阻丝、热敏电阻和引线外部均包裹有高温胶带，对其具有保护作用。

4.本发明的电加热空速管装配方法，先将中心管安装于前部锥状壳体内，再依次安装热阻丝和中部柱状壳体，检查热阻丝和控制电路板后进行封装，再安装后部锥状壳体加强牢靠性，整个装配方法增强了空速管结构的可靠性，同时保证了控制电路板的工作稳定性。

附图说明

图1为本发明电加热空速管实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中控制电路板的电路结构示意图；

图3为本发明电加热空速管装配方法实施例的流程示意图。

其中，1-前部锥状壳体、2-中部柱状壳体、3-后部锥状壳体、4-中心管、5-控制电路板、6-安装座、7-后盖、8-热阻丝。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。

如图1，一种电加热空速管，中心管4和壳体。其中，壳体包括依次连接的前部锥状壳体1、中部柱状壳体2和后部锥状壳体3；所述前部锥状壳体1和后部锥状壳体3的锥段同向设置，前部锥状壳体1的前端开口设置，壳体的外部整体平滑过渡。中心管4套设于壳体内，中心管4的一端伸出后部锥状壳体3的外部，另一端位于前部锥状壳体1内并与外界连通，中心管4安装与壳体内中间位置，为测量空速提供气流通道。中心管4与中部柱状壳体2之间套设有热阻丝8，用于对中心管4内的气体进行加热，热阻丝8的工作受控制电路板5控制，中心管4与后部锥状壳体3之间套设有控制电路板5，所述控制电路板5与热阻丝8通过引线电连接；中心管4与后部锥状壳体3的后端面之间通过后盖7密封连接，后部锥状壳体3用于增强空速管的结构稳定性。

如图2，控制电路板5上设置的电路由电源电路、加热控制电路、滤波电路三部分组成。

电源电路的输入电压为直流24V，经降压模块N1将24V电压降为10V后，为加热控制电路供电。同时，输入24V电压电压给热阻丝R2供电。

加热控制电路包括滞回电压比较电路和场效应管控制输出电路。其中，滞回电压比较电路由一个电压比较器U1及其外围分压电阻组成，具体地，电压比较器U1的同相输入端由第一电阻R3和热敏电阻R7组成的测量电压输入，形成测量信号；其反相输入端由第二电阻R4和第三R8组成的参考电压输入，形成参考信号。通过电压比较器U1输出高或低电平来控制场效应管Q1的漏极与源极之间的通断，从而控制热阻丝R2工作。

电容C2、C3、C1组成滤波电路，电容C2、C3分别与热敏电阻R7和第三电阻并联后接地，电容C1一端与电压比较器U1的输出端相接，另一端接地，对电压比较器的测量信号、参考信号和输出信号滤波处理。

空速管电加热的温度检测由热敏电阻R7实现。在不同的环境温度下，热敏电阻R7的阻值不同，通过热敏电阻R7的阻值改变滞回式电压比较器U1的同相输入端的电压，在与反相输入端的参考电压比较后，输出高电平或低电平至场效应管Q1，由场效应管导通或截止来控制热阻丝R2的供电电路的通断，从而实现加热电路的闭环控制。上述的热阻丝R2即为前述的热阻丝8。

该控制电路板5的工作原理为：当空速管内部温度较低时，即通过中心管4内的气体温度较低时，热敏电阻R7阻值较大，电压比较器U1同相输入端的电压高于反相输入端的参考电压，此时滞回式电压比较器U1输出为高电平，场效应管Q1导通，热阻丝8开始加热。

在空速管内部温度逐渐升高后，热敏电阻R7阻值逐渐降低，热阻丝8继续通电，空速管内部温度不断升高，热敏电阻R7阻值逐渐降低到一定程度后，滞回式电压比较器U1同相输入端的电压低于反相输入端的参考电压，滞回式电压比较器U1输出低电平，场效应管Q1截止，热阻丝8停止加热。

加热停止后一定时间内，滞回式电压比较器U1输出低电平，空速管内部温度逐渐降低。当在空速管内部温度降低到一定程度，热敏电阻R7阻值再次升高，从而滞回式电压比较器U1同相输入端的电压升高，当该电压高于其反相输入端的参考电压时，滞回式电压比较器U1再次输出为高电平，从而使场效应管Q1导通，热阻丝重新开始加热。

作为一种优选方案，为防止电路频繁加热，电路中增加第一反馈电阻R1和第二反馈电阻R5，可提高控制系统稳定性和抗干扰能力。其中，第一反馈电阻R1并联于电压比较器的输出端与同相输入端之间，第二反馈电阻R5的一端连接于降压模块的输出端和第二电阻之间，另一端与电压比较器的输出端相连。

通过上述过程，由一个滞回式电压比较器即完成了空速管电加热的滞回控制。该电路组成结构简单且具有良好的抗干扰能力，能够满足无人机空速管的加热需求。

对上述控制电路板5进行验证：

设置R3＝15K、R4＝15K、R1＝62K、R5＝4.3K、R6＝15Ω，电源的供电电压24V。空速管置于室温约20℃的条件下通电，热敏电阻R7约为10K左右，此时电压比较器输出电压为10V，场效应管Q1导通，热阻丝通电，空速管中的热阻丝8开始加热。当热敏电阻R7阻值降低至约4.7K时，加热继续进行，直到其阻值降低至约3.8K时，此时电压比较器输出电压为0V，场效应管Q1截止，热阻丝8断电，空速管内热阻丝8停止加热，此时空速管内部温度到达53℃左右。当热敏电阻R7阻值升高至约5.1K左右，内部温度约44℃，此时电压比较器输出电压为10V，场效应管Q1再次导通，热阻丝8通电，空速管再次加热开始。

由此，通过上述阻值的设置，可使得空速管温度控制在44℃-53℃之间。

如图3，为了提高本发明电加热空速管的结构可靠性和工作稳定性，本发明还提供了针对上述电加热空速管的装配方法：

(1)将中心管4安装至前部锥状壳体1内，热阻丝8安装于中心管4外，热阻丝8的前端与前部锥状壳体1的后端相抵，安装时可在中心管前部使用少量A、B胶；

(2)分别将热阻丝8、热敏电阻R7引线预留至后端外面；

(3)使用高温胶带包覆于热阻丝8、热敏电阻R7及引线外部，对其起到保护作用；

(4)在热阻丝8外套设安装中部柱状壳体2，使中部柱状壳体2与前部锥状壳体1通过螺纹连接，并在其螺纹连接处涂抹脱模剂；

(5)采用万用表分别检查热阻丝8和控制电路板5上的热敏电阻R7是否正常；

(6)使用灌封胶对前部锥状壳体1和中部柱状壳体2内部进行灌封，并抽真空处理；

(7)旋紧安装座6，等待灌封胶干；

(8)分别焊接控制电路板5与热阻丝8、热敏电阻R7连线，并检查工作是否正常；

(9)在控制电路板5外部涂抹三防漆后，装入后部锥状壳体3内部，并用粘合剂密封胶固定；

(10)安装后盖7，再用粘合剂密封胶固定；

(11)待密封胶干后，再次给控制电路板5通电确认加热控制电路单元工作正常。

以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种电加热空速管，其特征在于：包括中心管(4)和壳体；

所述壳体包括依次连接的前部锥状壳体(1)、中部柱状壳体(2)和后部锥状壳体(3)；所述前部锥状壳体(1)和后部锥状壳体(3)的锥段同向设置，前部锥状壳体(1)的前端开口设置；所述后部锥状壳体(3)的后部外侧套设有安装座(6)；

所述中心管(4)套设于壳体内，中心管(4)的一端伸出后部锥状壳体(3)的外部，另一端位于前部锥状壳体(1)内并与外界连通；中心管(4)与中部柱状壳体(2)之间套设有热阻丝(8)，中心管(4)与后部锥状壳体(3)之间套设有控制电路板(5)，所述控制电路板(5)与热阻丝(8)通过引线电连接；中心管(4)与后部锥状壳体(3)的后端面之间通过后盖(7)密封连接；

所述控制电路板(5)上设置的电路包括电源电路单元、加热控制电路单元和滤波电路单元；

所述电源电路单元包括电源和降压模块N1，所述降压模块N1将电源输入的24V直流电压降至10V电压，为加热控制电路单元供电；电源输入的24V直流电压同时为热阻丝(8)供电；

所述加热控制电路单元包括滞回式电压比较器U1和场效应管Q1；所述电压比较器U1的同相输入端与降压模块N1的输出端通过第一电阻R3相连，电压比较器U1的同相输入端通过热敏电阻R7接地，所述第一电阻R3和热敏电阻R7形成电压比较器U1的测量信号；所述电压比较器U1的反相输入端与降压模块N1的输出端通过第二电阻R4相连，电压比较器的反相输入端通过第三电阻R8接地，所述第二电阻R4和第三电阻R8形成电压比较器的参考信号；所述电压比较器U1的输出端通过第四电阻R6与场效应管Q1的栅极相连，形成输出信号；通过场效应管Q1的源极和漏极之间的通断控制热阻丝(8)R2的工作；所述场效应管Q1的源极接地，漏极与热敏电阻R7相连；

所述滤波电路单元包括三个电容C2、C3、C1，其中电容C2和电容C3分别与热敏电阻R7、第三电阻并联后接地，电容C1一端与电压比较器U1的输出端相接，另一端接地，对电压比较器的测量信号、参考信号和输出信号滤波处理。

2.如权利要求1所述一种电加热空速管，其特征在于：还包括第一反馈电阻R1和第二反馈电阻R5，所述第一反馈电阻R1并联于电压比较器U1的输出端和同相输入端之间；所述第二反馈电阻R5的一端连接于降压模块N1的输出端和第二电阻之间，另一端与电压比较器的输出端相连。

3.如权利要求1所述一种电加热空速管，其特征在于：所述热阻丝(8)的前端与前部锥状壳体(1)的后端相抵。

4.如权利要求1或2或3所述一种电加热空速管，其特征在于：所述热阻丝(8)、热敏电阻R7和引线外部均包裹有高温胶带。

5.一种如权利要求1至4任一所述电加热空速管的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，安装中心管(4)和热阻丝(8)

将中心管(4)前部装入前部锥状壳体(1)内，在中心管(4)外套设热阻丝(8)，使热阻丝(8)的前端与前部锥状壳体(1)的后端相抵；

S2，安装中部柱状壳体(2)

在热阻丝(8)外套设安装中部柱状壳体(2)，使中部柱状壳体(2)与前部锥状壳体(1)连接，将热阻丝(8)的引线留出；

S3，检查热阻丝(8)和控制电路板(5)

采用万用表分别对热阻丝(8)和控制电路板(5)上的热敏电阻R7进行检查；

S4，灌封

使用灌封胶对前部锥状壳体(1)和中部柱状壳体(2)内进行灌封，留出引线，进行真空处理；

S5，安装控制电路板(5)

S5.1，在中部柱状壳体(2)的后端安装后部锥状壳体(3)；

S5.2，在控制电路板(5)的外部涂抹三防漆，将控制电路板(5)装入后部锥状壳体(3)内，用密封胶将控制电路板(5)固定于中心管(4)和后部锥状壳体(3)之间；

S5.3，将热阻丝(8)的引线与控制电路板(5)上热敏电阻R7的引线相连；

S6，安装后盖(7)

在后部锥状壳体(3)的后端和中心管(4)之间安装后盖(7)，通过密封胶固定后盖(7)。

6.如权利要求5所述一种电加热空速管的装配方法，其特征在于：步骤S2中，所述使中部柱状壳体(2)与前部锥状壳体(1)连接具体是通过螺纹连接，螺纹连接处涂抹有脱模剂。

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