一种高温柜样品盒的测温装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种针对空间站高温柜样品盒的测温装置及方法；本发明专利技术装置包括：热电偶测量模块、第一温度传感器和信号处理电路板；热电偶测量模块用于测量高温柜中测量点温度；第一温度传感器用于测量热电偶测量模块的冷端温度；信号处理电路板用于对热电偶测量模块测量的环境温度进行处理，并使用第一温度传感器测量的热电偶冷端温度作为补偿，从而获得高温柜样品盒中测量点的温度。本发明专利技术方法包括：测量高温柜样品盒中5个测量点的温度；测量模块的冷端温度；对测量点的温度和冷端温度分别进行模数转换，并进行硬件滤波和软件滤波处理，使用冷端温度对热电偶测量的温度进行冷端补偿，最终获得高温柜样品盒中5个测温点的温度。最终获得高温柜样品盒中5个测温点的温度。最终获得高温柜样品盒中5个测温点的温度。

【技术实现步骤摘要】
一种高温柜样品盒的测温装置及其测量方法


[0001]本专利技术涉及空间科学实验与计算机
，具体涉及一种针对高温柜样品盒的测温装置及其方法。

技术介绍

[0002]进入二十世纪后，人类在物理、化学等基础领域取得了突破性的进展，对于不同种类的材料研究更加深入，逐渐演变出现代材料科学，对于人们获得更高质量的材料具有突出贡献，为了获得具有更加优异性能的材料，获取新的制备工艺是必不可少的。然而在地球的环境中，地球的重力场会对制备材料产生较大影响，例如沉浮、对流和流体静压力都会成为制备新材料和影响材料性能的阻碍。
[0003]随着航天时代的到来，我国已经建立起自己的空间站，能够在太空环境中进行一系列科学实验，可以利用太空的微重力环境，为制备这种新型材料创造条件。空间站中高温材料科学实验柜，高温材料实验炉的温度传感器是安装在炉子当中，它测量的是加热区的温度。而材料样品是放置在样品盒的安瓿中，材料感受到的温度并不是炉子的温度。在材料生长的过程中需要测量样品表面的真实温度，这对材料科学家研究材料的形成机理至为重要。因此就需要对高温柜中样品表面的温度进行测量，专利技术了一种针对高温柜样品盒的测温方法，并设计了测温电路。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于实现对空间站高温柜中样品表面的温度进行测量，提出一种高温柜样品盒的测温装置及其测量方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术通过下述技术方案实现。
[0006]本专利技术提出了一种针对高温柜样品盒的测温装置，设置在高温柜中，所述装置包括：热电偶测量模块、第一温度传感器和信号处理电路板；
[0007]所述热电偶测量模块，用于测量高温柜中样品盒中测量点的温度；
[0008]所述第一温度传感器，用于测量热电偶测量模块的冷端温度；
[0009]所述信号处理电路板，用于对热电偶测量模块测量的温度进行处理，并使用第一温度传感器测量的热电偶冷端温度作为补偿，从而获得高温柜样品盒中测量点的温度。
[0010]作为上述技术方案的改进之一，所述热电偶测量模块，包括5个热电偶；所述5个热电偶分别测量样品盒中5个测温点处的温度，并分别传输到信号处理电路板中。
[0011]作为上述技术方案的改进之一，所述信号处理电路板包括：AD转换板和MCU通讯接口板；
[0012]所述AD转换板，用于对热电偶测量模块和第一温度传感器测量的温度信号分别进行数模转换；
[0013]所述MCU通讯接口板，用于对热电偶测量模块和第一温度传感器测量的温度信号经数模转换后的数据进行处理，包括：硬件滤波和软件滤波，最终获得测量的高温柜样品盒
中5个测温点的温度。
[0014]作为上述技术方案的改进之一，所述装置还包括：信号连接板和隔离模块；
[0015]所述信号连接板，用于连接MCU通讯接口板和高温柜的控制模块，将测量的温度传递到高温柜的控制模块；
[0016]所述隔离模块，包括：电源隔离器、AD转换隔离器和通讯接口隔离器；
[0017]所述电源隔离器，用于将高温柜控制模块提供的电源，通过隔离之后接入到高温柜样品盒测温电路中；
[0018]所述AD转换隔离器，用于将MCU通讯接口板与AD转换板隔离；
[0019]所述通讯接口隔离器，用于隔离高温柜的控制模块与测温装置之间的通讯接口电连接关系。
[0020]作为上述技术方案的改进之一，所述装置还包括第二温度传感器，用于测量信号处理电路板的温度，以判断温度是否在信号处理电路板的工作温度范围内。
[0021]本专利技术提出了一种针对高温柜样品盒的测温方法，基于上述之一所述的装置实现，该方法包括以下步骤：
[0022]步骤S1.使用热电偶测量模块测量高温柜样品盒中5个点的温度；
[0023]步骤S2.使用第一温度传感器测量热电偶测量模块的冷端温度；
[0024]步骤S3.对步骤S1中热电偶测量模块测量的温度信号和步骤S2中第一温度传感器测量的冷端温度信号分别进行模数转换得到相应的数字信号；
[0025]步骤S4.对步骤S3中得到的数字信号进行硬件滤波和软件滤波处理，并使用冷端温度对热电偶测量的温度信号进行补偿，最终获得高温柜样品盒中5个测温点的温度。
[0026]作为上述技术方案的改进之一，所述S4中，软件滤波具体包括以下步骤：
[0027]步骤S4
‑
1.使用均值滤波算法：连续选取A个采样值进行算数平均运算；
[0028]步骤S4
‑
2.使用二阶滤波算法：设定采样间隔时间，并连续采样B个数据；
[0029]步骤S4
‑
3.将这B个数据分为C组，每一组D个数据的处理方式是：去掉一个最小值和最大值，剩余的(D
‑
2)个数据相加再除以(D
‑
2)，得到D个数据的滤波结果；每组得到一个滤波数据，如此得到C个数据；对这C个数据再去掉一个最小值和最大值，剩余的(C
‑
2)个数据相加再除以(C
‑
2)；得到最终的滤波结果X
i
，代码中采用冒泡排序法实现；
[0030]步骤S4
‑
4.使用一阶滤波算法：设置权重系数α和β；将本次滤波得到的结果X
i
乘以α，上一次滤波得到的结果X
i
‑1乘以β，相加得到本次最终采样结果S
i
,表达式为：S
i
＝α*X
i
+β*X
i
‑1，其中α+β＝1。
[0031]作为上述技术方案的改进之一，所述方法在步骤S1之前还包括：步骤S0.对第一温度传感器的电阻阻值和每个热电偶采集的温度信号分别进行线性校正，均包括以下步骤：
[0032]步骤S0
‑
1.测量获得第一温度传感器电阻的测量范围和每个热电偶采集的温度范围，并将其划分为H段，每一段平均取F个值，作为测试参考值；
[0033]步骤S0
‑
2.将测温装置电路连通，采用电位器模拟第一温度传感器的阻值，采用信号源模拟热电偶输出的电压值。使用高温柜样品盒的测温装置采集第一温度传感器的阻值和每个热电偶的温度信号；
[0034]步骤S0
‑
3.将测量装置电路断开，使用经过检定的万用表测量第一温度传感器的阻值，将第一温度传感器的阻值调至所需的测试值，并记录下此时万用表的测量阻值作为
真实值；给热电偶输入测试参考值附近的电压信号，记录使用万用表测量到的热电偶的电压，并作为真实值；
[0035]步骤S0
‑
4.每间隔Δt时间采集一次第一温度传感器的阻值和热电偶的温度，采集t时间，共采集次数据，取中间组数据,并取平均值，记录计算后的阻值和温度，作为测试值；
[0036]步骤S0
‑
5.调节至的其余测试参考值，重复步骤S0
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对高温柜样品盒的测温装置，设置在高温柜中，其特征在于，所述装置包括：热电偶测量模块、第一温度传感器和信号处理电路板；所述热电偶测量模块，用于测量高温柜样品盒中测量点的温度；所述第一温度传感器，用于测量热电偶测量模块的冷端温度；所述信号处理电路板，用于对热电偶测量模块测量的环境温度进行处理，并使用第一温度传感器测量的热电偶冷端温度作为补偿，从而获得高温柜样品盒中测量点的温度。2.根据权利要求1所述的针对高温柜样品盒的测温装置，其特征在于，所述热电偶测量模块，包括5个热电偶；所述5个热电偶分别测量样品盒中5个测温点处的温度，并分别传输到信号处理电路板中。3.根据权利要求1所述的针对高温柜样品盒的测温装置，其特征在于，所述信号处理电路板包括：AD转换板和MCU通讯接口板；所述AD转换板，用于对热电偶测量模块和第一温度传感器测量的温度分别进行数模转换；所述MCU通讯接口板，用于对热电偶测量模块和第一温度传感器测量的温度经数模转换后的数据进行处理，包括：硬件滤波和软件滤波，最终获得测量的高温柜样品盒中5个测温点的温度。4.根据权利要求1所述的针对高温柜样品盒的测温装置，其特征在于，所述装置还包括：信号连接板和隔离模块；所述信号连接板，用于连接MCU通讯接口板和高温柜的控制模块，将测量的温度传递到高温柜的控制模块；所述隔离模块，包括：电源隔离器、AD转换隔离器和通讯接口隔离器；所述电源隔离器，用于将高温柜控制模块提供的电源，通过隔离之后接入到高温柜样品盒测温电路中；所述AD转换隔离器，用于将MCU通讯接口板与AD转换板隔离；所述通讯接口隔离器，用于隔离高温柜的控制模块与测温装置之间的通讯接口电连接关系。5.根据权利要求1所述的针对高温柜样品盒的测温装置，其特征在于，所述装置还包括第二温度传感器，用于测量信号处理电路板的温度。6.一种针对高温柜样品盒的测温方法，基于权利要求1
‑
5之一所述的装置实现，该方法包括以下步骤：步骤S1.使用热电偶测量模块测量高温柜样品盒中5个点的温度；步骤S2.使用第一温度传感器测量热电偶测量模块的冷端温度；步骤S3.对步骤S1中热电偶测量模块测量的温度和步骤S2中第一温度传感器测量的冷端温度分别进行模数转换得到相应的数字信号；步骤S4.对步骤S3中得到的数字信号进行硬件滤波和软件滤波处理，并使用冷端温度对热电偶测量的温度信号进行补偿，最终获得高温柜样品盒中5个测温点的温度。7.根据权利要求6所述的针对高温柜样品盒的测温方法，其特征在于，所述S4中，软件滤波具体包括以下步骤：步骤S4
‑
1.使用均值滤波算法：连续选取A个采样值进行算数平均运算；
步骤S4
‑
2.使用二阶滤波算法：设定采样间隔时间，并连续采样B个数据；步骤S4
‑
3.将这B个数据分为C组，每一组D个数据的处理方式是：去掉一个最小值和最大值，剩余的(D
‑
2)个数据相加再除以(D
‑
2)，得到D个数据的滤波结果；每组得到一个滤波数据，如此得到C个数据；对这C个数据再去掉一个最小值和最大值，剩余的(C
‑
2)个数据相加再除以(C
‑
2)；得到最终的滤波结果...

【专利技术属性】
技术研发人员：于强，鲁鹏飞，王晴，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：