CN111752315A - 一种航天器的真空热试验的温控方法、温控仪和温控系统 - Google Patents

一种航天器的真空热试验的温控方法、温控仪和温控系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于航天器的真空热试验的温控方法、温控仪和温控系统，通过获取温度采集模块采集的各加热区的温度传感器的温度值，根据温度传感器的温度值拟合绘制各加热区的温度曲线，根据各加热区的温度曲线控制各加热区的加热器的运行状态，根据各加热区的温度曲线和各加热区的加热器的运行状态判断各加热区是否处于异常状态，并在判断结果为是时控制报警器发出报警。本发明可实现在热真空试验条件下对控温对象的测温、控温和异常状态报警，可有效地验证热设计的正确性，为改进热设计提供真实可靠的试验数据支撑。

Description

一种航天器的真空热试验的温控方法、温控仪和温控系统
技术领域
本发明涉及航天器领域，具体涉及一种航天器的真空热试验的温控方法、温控仪和温控系统。
背景技术
为确保航天发射的成功，航天器需要在地面完成一系列的环境试验，以验证航天器在轨及发射过程中的环境适应能力。其中真空热试验是验证航天器在地面进行规定环境条件下，经受热应力的能力，检验航天器各分区在轨各种工作模式下性能，暴露航天器可能存在的、潜在的早期缺陷，是提高航天器可靠性的一种有效手段。在真空热试验过程中，往往需要对航天器的各个分区进行沿程温控，这就要对航天器各加热区的温度状态进行监测。目前市场上缺乏一种航天器温控系统用以解决航天器热控试验过程中的测温、温控、数据拟合显示、数据记录和非正常情况下超阈值报警等问题，以保证航天器热真空试验中其各分区的温度满足试验大纲要求，提高在真空热试验中温控系统的精度。
鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种航天器的真空热试验的温控方法、温控仪和温控系统成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种航天器的真空热试验的温控方法、温控仪和温控系统。
本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：
本发明提供了一种航天器的真空热试验的温控方法，所述温控方法包括以下步骤：
S1：获取航天器各加热区的温度值；
S2：根据所述各加热区的温度值拟合绘制各加热区的温度曲线；
S3：根据各加热区的所述温度曲线控制各加热区的加热器的运行状态；
S4：根据各加热区的所述温度曲线和各加热区的加热器的运行状态判断各加热区是否处于异常状态，并在判断结果为是时控制报警器发出报警。
进一步的，所述温控方法还包括步骤S21：存储各加热区的所述温度曲线，和/或显示各加热区的所述温度曲线。
进一步的，所述步骤S3还包括步骤S31：
当加热区的测试温度低于目标温度时，控制继电器开关完全吸合，此时所述继电器通断时间占空比为100％，直至控制程控电源满功率输出，使所述加热区的加热器以最大功率加热；当加热区的测试温度高于目标温度时，控制所述继电器完全断开，此时所述继电器通断时间占空比为0，直至控制程控电源0功率输出，使所述加热区的加热器停止加热升温。
进一步的，所述步骤S4还包括步骤S41：当所述加热区温度低于目标温度且所述加热器以最大输出功率运行后所述加热区的温度也不再升高时，判断所述加热区处于低温异常状态，控制报警器发出低温报警；当所述加热区温度高于目标温度且所述加热器关闭后所述加热区的温度仍继续升高时，判断所述加热区处于高温异常状态，控制报警器发出高温报警。
本发明还提供了一种航天器的真空热试验的温控仪，所述温控仪上述的温控方法，所述温控仪包括与各加热区温度传感器连接的温度采集模块，采集所述温度传感器的温度值；以及与所述温度采集模块通信连接的主控模块，所述主控模块包括绘图单元、存储单元、显示单元、报警控制单元和温控单元，所述绘图单元拟合绘制各加热区的温度曲线；所述存储单元存储各加热区的温度曲线；所述显示单元以温度曲线的方式实时显示各加热区温度变化情况；所述报警控制单元控制报警器是否发出报警；以及所述温控单元控制各加热区的加热器的运行状态。
进一步的，所述主控模块还包括控制执行机构，所述控制执行机构包括继电器，所述继电器与所述温控单元连接，所述继电器与各加热区的程控电源电连接，所述温控单元通过所述继电器调控所述程控电源的输出功率。
进一步的，所述温控单元与各加热区的所述程控电源通信连接，所述温控单元配置所述程控电源的IP、限流值和限压值。
本发明还提供了一种航天器的真空热试验的温控系统，所述温控系统包括航天器各加热区加热升温的加热器；与所述加热器相连，调控所述加热器加热升温快慢的程控电源；设于航天器各加热区的温度传感器，测量航天器各加热区的温度；发出高温报警和低温报警的报警器；以及与所述加热器、所述程控电源和所述温度传感器相连的温控仪，所述温控仪为上述温控仪。
进一步的，所述温度传感器包括热敏电阻传感器、铂电阻传感器和热电偶测温元件传感器。
进一步的，所述温度传感器和所述加热器置于真空环境内，所述真空环境内的压强为10-3Pa。
本发明的有益效果在于提供了一种航天器的真空热试验的温控方法、温控仪和温控系统，通过获取各加热区的温度传感器的温度值，根据温度传感器的温度值拟合绘制各加热区的温度曲线，根据各加热区的温度曲线控制各加热区的加热器的运行状态，根据各加热区的所述温度曲线和各加热区的加热器的运行状态判断各加热区是否处于异常状态，并在判断结果为是时控制报警器发出报警。本发明可实现在热真空试验条件下对控温对象的测温、控温和异常状态报警，可有效地验证热设计的正确性，为改进热设计提供真实可靠的试验数据支撑。
附图说明
图1是本发明实施例提供的第一种航天器的真空热试验的温控方法流程图。
图2是本发明实施例提供的第二种航天器的真空热试验的温控方法流程图。
图3是本发明实施例提供的第一种航天器的真空热试验的温控仪结构图。
图4是本发明实施例提供的第一种航天器的真空热试验的温控系统结构图。
图5是本发明实施例提供的第二种航天器的真空热试验的温控仪结构图。
图6是本发明实施例提供的第二种航天器的真空热试验的温控系统结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
本发明温控方法采用的原理是通过在航天器的各个需要控温的区域分别安装温度传感器和加热器，通过加热器来对各加热区(各个需要控温的区域)加热，通过温度传感器采集各加热区的实时温度，通过温度采集模块采集各加热区的温度传感器的温度值，温度采集模块将各加热区的温度值实时上传至主控模块，主控模块将各加热区的温度值拟合绘制成温度曲线，同时根据设置好的各加热区的目标温度和控温阈值来控制加热器的运行状态，如果加热区的温度出现异常状态，则控制报警器报警。
请参阅图1，图1展示了本发明实施例提供的第一种航天器的真空热试验的温控方法流程图。
航天器的真空热试验的温控方法主要包括以下步骤：
在S1步骤中，获取航天器各加热区的温度值；
在S2步骤中，根据所述各加热区的温度值拟合绘制各加热区的温度曲线；
在S3步骤中，根据各加热区的所述温度曲线控制各加热区的加热器的运行状态；
在S4步骤中，根据各加热区的所述温度曲线和各加热区的加热器的运行状态判断各加热区是否处于异常状态，并在判断结果为是时控制报警器发出报警。
请参阅图2，图2展示了本发明实施例提供的第一种航天器的真空热试验的温控方法流程图。
进一步的，为了便于查看各加热区的温度情况，可以将各加热区的温度曲线存储，也可以将各加热区的温度曲线实时显示在显示屏上，方便实时查看各加热区的温度，见图2的步骤S21。
进一步的，各加热区的加热器的运行状态又包括加热器的开关和加热器的输出功率，加热器包括继电器和程控电源，程控电源和继电器相连，程控电源通过继电器控制开关，以调控加热器的开关，主控模块通过配置程控电源的IP、限流值和限压值，进而调控程控电源的输出功率，以调控加热器升温的快慢。当加热区的测试温度低于目标温度时，控制继电器开关完全吸合，此时所述继电器通断时间占空比为100％，直至控制程控电源满功率输出，使所述加热区的加热器以最大功率加热；当加热区的测试温度高于目标温度时，控制所述继电器完全断开，此时所述继电器通断时间占空比为0，直至控制程控电源0功率输出，使所述加热区的加热器停止加热升温，见图2的步骤S31。
进一步的，各加热区的温度异常状态包括低温异常状态和高温异常状态，当加热区温度低于目标温度且该加热区的加热器以最大输出功率运行后该加热区的温度也不再升高时，判断该加热区处于低温异常状态，控制报警器发出低温报警；当加热区温度高于目标温度且该加热区的加热器关闭后该加热区的温度仍继续升高时，判断该加热区处于高温异常状态，控制报警器发出高温报警，见图2的步骤S41。
请参阅图3和图4，图3展示了本发明实施例提供的第一种航天器的真空热试验的温控仪结构图。温控仪7包括与各加热区温度传感器连接的温度采集模块2，采集温度传感器3的温度值；以及与温度采集模块2通信连接的主控模块1，主控模块1包括绘图单元12、存储单元13、显示单元11、报警控制单元15和温控单元16，绘图单元12拟合绘制各加热区的温度曲线；存储单元13存储各加热区的温度曲线；显示单元11以温度曲线的方式实时显示各加热区温度变化情况；报警控制单元15控制报警器4是否发出报警；温控单元14控制各加热区的加热器5的运行状态。主控模块1还包括控制执行机构16。图4展示了本发明实施例提供的第一种航天器的真空热试验的温控系统结构图。图4的温控系统包含了图3所示的温控仪7，贴于航天器各加热区上用于加热升温的加热器5；与加热器5相连，调控加热器加热升温快慢的程控电源6；设于航天器各加热区的温度传感器3，测量航天器各加热区的温度；发出高温报警和低温报警的报警器4；温控仪7与加热器5、程控电源6和温度传感器3相连。
主控模块1的控制执行机构16包括继电器，继电器与温控单元14连接，继电器与各加热区的程控电源电6连接，温控单元14通过继电器调控程控电源6的输出功率，继电器是温控单元14控制程控电源的执行器，温控单元14控制程控电源6的输出是通过继电器的通断时间占空比实现的，通断时间占空比越高电源输出功率越大，直至其满功率输出；反之，继电器通断时间占空比越小，电源输出功率越小直至其0功率输出。温控单元14与各加热区的程控电源6通信连接，温控单元14配置程控电源16的IP、限流值和限压值。温度传感器3包括热敏电阻传感器、铂电阻传感器和热电偶测温元件传感器。温度传感器3和加热器5置于真空环境内，真空环境内的压强为10-3Pa。
请参阅图5和图6，图5展示了本发明实施例提供的第二种航天器的真空热试验的温控仪结构图。航天器的真空热试验的温控仪7包括温度采集模块2、网络交换机、计算机主机1、键盘和鼠标17、控制执行机构16、接口A、接口B、显示器11、接口C。图6展示了本发明实施例提供的第二种航天器的真空热试验的温控系统结构图。图6的温控系统包含了图5所示的温控仪7，与温控仪7接口A连接且设于航天器各加热区的温度传感器3；直接粘贴于航天器本体各加热区上的加热器5，与温控仪7接口B和接口C连接且与加热器5连接的程控电源6；同时加热器5、温度传感器3与航天器一起置于真空罐8中。
温度采集模块2读取航天器各加热区温度传感器3的温度值；网络交换机连接温度采集模块2、计算机主机1和程控电源6，负责三者之间的数据连通；计算机主机1包括计算机主机和温控软件，其中温控软件试验工况编辑设置、控制策略编辑设置、数据记录、试验曲线拟合显示和异常情况报警，计算机主机1是温控软件运行的硬件平台；键盘和鼠标17对计算机主机1进行相关操作；显示器11试验过程中温控软件界面的显示；控制执行机构，负责执行计算机主机1发出的控制指令，从而控制其连接的程控电源6通断，实现控制电源输出功率。启动真空罐8，抽真空(通常至10-3Pa)、降温(通常至-176℃)，启动程控电源6，加热器5通电，启动温控仪7，设置控温目标值、阈值、采样时间间隔、程控电源6限流值、限压值等参数。假设控温目标值为20℃，阈值为±0.5℃，采样时间间隔为10s。此时，假设温度采集模块2获取某加热区温度值为-80℃，则计算机主机1经与目标温度值比较后相差100℃，发出指令控制执行机构16(继电器)完全吸合，程控电源6满功率输出，随后该加热区温度逐渐上升，循环往复此过程，直至该加热区温度稳定在20℃±0.5℃。这里需要指出两种特殊情况，其一是低温报警，即某加热区温度升高到一定值后即使程控电源6满功率输出，此加热区的温度也不再升高，即达到了热平衡状态，而此平衡状态的温度值低于设定的目标温度值，这时引发低温报警。低温报警说明该加热区的加热器5加热功率不足或者漏热严重，需要优化改进热设计；其二是高温报警，即某加热区温度超过了目标温度值后即使程控电源6进行0功率输出，其温度值仍然继续升高，这是引发高温报警。造成高温报警的原因通常是外热流施加、散热、内热源三者共同作用的结果。
本温控仪采用温度采集模块、计算机主机、控制执行结构一体化集成设计，可靠性高，通用性强，可实现对地面试验阶段的航天器精确控温，对试验数据的实时显示与完整记录，为试验数据判读、分析，最终改进热设计提供了一种有效手段。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种航天器的真空热试验的温控方法，其特征在于，所述温控方法包括以下步骤：
S1：获取航天器各加热区的温度值；
S2：根据所述各加热区的温度值拟合绘制各加热区的温度曲线；
S3：根据各加热区的所述温度曲线控制各加热区的加热器的运行状态；
S4：根据各加热区的所述温度曲线和各加热区的加热器的运行状态判断各加热区是否处于异常状态，并在判断结果为是时控制报警器发出报警。
2.如权利要求1所述的航天器的真空热试验的温控方法，其特征在于，所述温控方法还包括步骤S21：存储各加热区的所述温度曲线，和/或显示各加热区的所述温度曲线。
3.如权利要求2所述的航天器的真空热试验的温控方法，其特征在于，所述步骤S3还包括步骤S31：当加热区的测试温度低于目标温度时，控制继电器开关完全吸合，此时所述继电器通断时间占空比为100％，直至控制程控电源满功率输出，使所述加热区的加热器以最大功率加热；当加热区的测试温度高于目标温度时，控制所述继电器完全断开，此时所述继电器通断时间占空比为0，直至控制程控电源0功率输出，使所述加热区的加热器停止加热升温。
4.如权利要求3所述的航天器的真空热试验的温控方法，其特征在于，所述步骤S4还包括步骤S41：当所述加热区温度低于目标温度且所述加热器以最大输出功率运行后所述加热区的温度也不再升高时，判断所述加热区处于低温异常状态，控制报警器发出低温报警；当所述加热区温度高于目标温度且所述加热器关闭后所述加热区的温度仍继续升高时，判断所述加热区处于高温异常状态，控制报警器发出高温报警。
5.一种航天器的真空热试验的温控仪，其特征在于，所述温控仪权利要求1-4任一项所述的温控方法，所述温控仪包括与各加热区温度传感器连接的温度采集模块，采集所述温度传感器的温度值；以及与所述温度采集模块通信连接的主控模块，所述主控模块包括绘图单元、存储单元、显示单元、报警控制单元和温控单元，所述绘图单元拟合绘制各加热区的温度曲线；所述存储单元存储各加热区的温度曲线；所述显示单元以温度曲线的方式实时显示各加热区温度变化情况；所述报警控制单元控制报警器是否发出报警；以及所述温控单元控制各加热区的加热器的运行状态。
6.如权利要求5所述航天器的真空热试验的温控仪，其特征在于，所述主控模块还包括控制执行机构，所述控制执行机构包括继电器，所述继电器与所述温控单元连接，所述继电器与各加热区的程控电源电连接，所述温控单元通过所述继电器调控所述程控电源的输出功率。
7.如权利要求6所述航天器的真空热试验的温控仪，其特征在于，所述温控单元与各加热区的所述程控电源通信连接，所述温控单元配置所述程控电源的IP、限流值和限压值。
8.一种航天器的真空热试验的温控系统，其特征在于，所述温控系统包括航天器各加热区加热升温的加热器；与所述加热器相连，调控所述加热器加热升温快慢的程控电源；设于航天器各加热区的温度传感器，测量航天器各加热区的温度；发出高温报警和低温报警的报警器；以及与所述加热器、所述程控电源和所述温度传感器相连的温控仪，所述温控仪为权利要求5-7任一项所述温控仪。
9.如权利要求8所述的航天器的真空热试验的温控系统，其特征在于，所述温度传感器包括热敏电阻传感器、铂电阻传感器和热电偶测温元件传感器。
10.如权利要求9所述的航天器的真空热试验的温控系统，其特征在于，所述温度传感器和所述加热器置于真空环境内，所述真空环境内的压强为10-3Pa。
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