[发明专利]空间真空环境下的温度测量与校准平台

说明书

技术领域

本发明涉及真空环境下的温度测量与校准技术，特别是一种空间真空环境下的温度测量与校准平台。采用所述平台有利于解决真空下温度测量的溯源问题，实现接触式测温与非接触式测温的同时校准，从而服务于卫星、飞船等航天器的热真空、热平衡试验。

背景技术

为验证卫星热设计的正确性，保证卫星在空间轨道的可靠运行，在卫星研制过程中必须进行空间热环境模拟实验。地面模拟空间热环境是实现热试验的基本条件，在热真空试验中，相关部位的温度是需要准确测量的核心参数之一。按温度测点所在的位置可分为航天器温度和实验设备温度两部分。目前这些部位的温度测量主要为T型铜-康铜热电偶系统，以铂电阻和热敏电阻进行比对。为确保温度测量的准确性和溯源性，需要定期对温度测量设备进行检定校准。目前，温度校准主要是在常压下进行。随着航天技术、飞行器技术的发展，真空环境实验、特别是航天器真空热试验成为一项非常重要的试验验证工作，其中真空环境下某些基本参数的测量尤其是温度的测量成为上述研究的关键测试技术。但是到目前为止，航天器真空热试验中温度的测量基本上还是采用传统的接触式测温技术，其中热电偶温度测量系统应用十分普遍，但随着航天科学技术的发展，传统的热电偶测温技术越来越不满足航天器真空热试验的需要，如热电势信号很小，当信号采集处理单元安装在真空室外，连接测量点和信号处理单元间的热偶电缆又比较长，噪声就会对高精度的测量产生不利影响.同时由于真空热试验的温度场比较复杂，测量线路的材料和工艺如得不到正确的处理，就会有附加热电势的干扰；其次，航天器真空热试验中需要的热电偶的数量非常庞大，不仅给实验带来困难，而且热电偶线的热损失也会降低温度测量的精度；再次，从物理的角度分析，在高真空环境下采用热电偶测量温度存在着诸多问题，如在压力较大情况下，传热方式主要有对流、热传导和辐射三种。但是在压力接近真空状态下，对流和热传导的作用基本不存在，此时对工件、热电偶起升温作用的主要是辐射，辐射反映的是分子转动(对应转动温度)和振动(对应振动温度)的热运动情况，而热电偶的校准工作一般是在常压下进行，因此标定的温度是分子做热运动的平动温度，即经典热力学温度，尽管分子的转动温度和平动温度时刻保持平衡，但上述现象表明：当采用常压下标定的热电偶测量真空环境的温度存在着不可预知问题。因此发展先进的、准确的、有效的温度测量技术有着明确的、长远的、重大的民用和军事应用背景，可以为解决航天器真空热试验提供有效的技术途径和工程数据。在地面模拟空间热环境试验中，相关部位的温度测点所在的位置可分为航天器温度和实验设备温度两部分。目前这些部位的温度测量主要采用温度传感器进行测量，主要应用T型铜-康铜热电偶系统，以铂电阻和热敏电阻进行比对。在空间热环境模拟实验中，主要采用热电偶、铂电阻和热敏电阻作为传感器进行温度测量，其校准、溯源均在常压下实现。但在真空环境下，温度传感器材料特性及传热过程都发生变化，热真空试验的温度场分布十分复杂，因此为保证温度测量的准确性，空间温度测量及校准技术有待进一步研究。TDLAS技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，可调谐二极管激光吸收光谱技术)是光谱学遥感技术的一种，主要用来测量气体的温度和浓度，是当前痕量气体、污染性气体在线检测技术的发展方向和技术主流。TDLAS技术具有很强的选择性、高灵敏度、高光谱分辨率、系统通用性等优点，可以实现气体温度和浓度的高精度在线测量。尽管TDLAS技术在气体温度和浓度测量中取得了重大的进展，实现了多种环境下气体温度和浓度的高精度在线测量，但令人遗憾的是，目前TDLAS技术研究主要针对具体的工程应用，其研究的压力范围一般集中在0.1kPa～1000kPa范围内，很少有科研工作者尝试测量高真空环境下气体的温度和浓度，造成这方面的原因主要有以下两点：一是目前TDLAS技术主要针对具体的工程应用，而工程应用一般很少涉及到极低压力条件；二是TDLAS技术是通过分析气体对激光的吸收情况得到气体的温度和浓度，但在真空环境下，单位体积内气体的分子数很少，以致吸收信号很弱而不利于实验测量。但近几年来，随着实验水平的进步，尤其是光学谐振腔技术的应用，使得测量极低压力条件下气体的温度和浓度成为可能。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种空间真空环境下的温度测量与校准平台。采用所述平台有利于解决真空下温度测量的溯源问题，实现接触式测温与非接触式测温的同时校准，从而服务于卫星、飞船等航天器的热真空、热平衡试验。

本发明的技术方案如下：