面向空间液桥实验装置的温控研究

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液桥实验装置是运行于xx-x密封舱专用于热毛细对流实验的有效载荷,目的是对液桥实验模型上、下桥面分别进行加热、制冷,观察液体流体特性随温差变化的改变情况。目前在微重力环境下已进行多次热毛细对流实验,证明微重力环境中液滴或气泡的热毛细迁移现象会影响到空间微重力环境下的材料加工、晶体掺杂、热和流体管理、焊接及电泳等过程,对其持续研究对将来材料等方面的研究夯实基础至关重要。  本文面向空间液桥实验,设计了一个嵌入式温度控制系统,文中分别从硬、软件设计进行了详细说明。系统中,选择热电偶作为温度传感器,采用微控制器DSP F2812、独立模数转换器ADS1258、执行机构加热膜、半导体制冷片以及其他外围电路构成了控温硬件系统。针对空间液桥实验特点,DSP通过自带串口以20Hz下行液桥温场数据,便于实时观察实验结果及调整控制参数。  系统采用的温控算法基于常规PID算法,结合液桥实验装置本身特点进行了几项改进。文中阐述了PID算法的理论基础、每个参数对控制性能的影响,并详细介绍了液桥实验装置温控系统的参数调整过程。  为验证设计系统满足实验需求,单独设计了地面检测系统,按照设计测试用例对温控系统进行了多次测试。测试结果证明,该温度控制系统在液桥需求0~60℃范围内,实际可以达到控温精度0.3℃、稳定度0.03℃,满足工程应用需求,部分指标优于要求,方案可行、可信。
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