中国航天科技集团公司第七○一研究所 陈谟 |
摘要:重点叙述了用于神舟号载人飞船上的HB-3型超低速风速传感器的精度和性能,并且简单地介绍了标定这种高精度、高性能超低风速传感器的两座自制的标定设备的性能和功能。 最后,就风速传感器的工作原理和影响风速的因素及其在飞船上使用时的修正方法,也做了简单的论述。 关键词:热球风速传感器;神舟载人飞船;HB-3型超低风速传感器;标定设备;精度;温度;压力;相对湿度 |
1.引言 近年来,风速传感器的应用越来越广泛,特别是超低速(V<1m/s)的风速传感器被广泛地应用于航空、航天、气象、生物医学动力学和许多的民用工业、服务行业及体育运动场馆等多个方面。同时,对风速传感器的测量范围和测量精度要求也越来越高。 目前,国外许多厂家研制风速传感器,其测量风速的分辨率都达到了V<0.01m/s的高灵敏度,这相当于压差式传感器的灵敏度要达到△P<0.0025mm水柱的精度。测量误差可以控制在读数的5%以内。近代风速传感器的迅猛发展,要首推丹麦,由于它的研究、生产和使用紧密结合的开发体制,使它始终居世界领先地位。其次是美国,近年来,日本也急起直追,居世界第三。但是半个世纪以来,我国风速传感器的研制和生产,长期处于较落后的状态。特别对于V<1m/s的超低风速,由于没有合适的标定设备,给不出精度,仍然无法使用。特别不能用于像航空、航天等有高精度和高可靠性要求的领域。 电子技术论文网 近3~4年来,随着我国航天事业的发展,中国航天科技集团公司七○一研究所与中国航天科技集团公司北京空间飞行器总体设计部合作,使我国热球风速传感器的研制能力向前大大推进了一步。它所研制的第三代产品—HB-3型热球风速传感器(图1)已经能满足我国载人飞船的使用要求,它的综合性能,与国内同类产品相比,有以下优点。 (1)安全可靠,杜绝短路,有很强的自我保护能力,满足航天飞行第一需要。 (2)实行机电一体化设计,将电源线路和信号输出线路合二为一,因而体积小,重量只有200克,满足航天飞行重量轻体积小必要条件。 (3)测量风速的分辨率V≤0.001m/s,能测出风速的下限可延伸至V=0.02m/s,甚至可以更小的超低风速,测量误差能控制在量程范围内任一读数的5%,也就是说,可以精确到V=0.001m/s的水平,相当于压差式传感器的压差△P=0.00025mm水柱的精度。它可以测量半球方向(三维)来流的风速,除子午角φ=60°,180°,300°三个子午角方向的风速,误差达到10%左右外,其余φ=0°~360°的子午角和纬度角γ=0°~±90°方向的来流风速测量误差均小于读数的5%。 PCB设计网 (4)通过了飞船从地面发射到轨道飞行,返回地面全过程出现的各种力学环境的鉴定级和验收级试验。HB-3型风速传感器能承受的过载系数K=500g(g-重力加速度),这意味着,一旦飞船故障着陆坠毁,而传感器仍安全无恙。 (5)它具有电路短路保护,电磁兼容等能力,并通过了鉴定级和验收级抗各种强电磁干扰的EMC试验。 (6)使用方便,在标定中给出了每支传感器输出电压与风速之间的统一标定公式,而每一公式之间的区别,仅仅反映在公式中的系数和指数的差别,而这些系数和指数,都在标定中给出。在飞船上使用时,只要将地面遥测到的每支传感器的输出电压值,代入对应(编号)的公式中,就立即给出了飞船上各地区的风速值,所以应用十分方便。 PCB设计网
2.标定设备简介
3.风速传感器的工作原理 4.温度对风速的影响
6.对影响风速因素(Tg、Pg)的修正 7. 结论
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