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高精度温度控制及PTF测量的研究

崔建军  
【摘要】:随着新技术的不断更新和发展,精密测量的精度越来越高,环境条件对能否实现高精度测量产生直接影响。在长度测量的许多领域中,一方面在采用光学测量方法测量时,需要实时补偿空气折射率的影响;另一方面要求环境温度湿度等能够保持恒定,为测量提供一个良好的环境。 空气折射率测量方法分两类:直接测量法和间接测量法。各种方法都有自己的特点和不足,一般直接测量法测量精度较高,但结构复杂测量系统体积庞大,或者工作条件要求非常严格;间接测量法方法简单,随着传感器的精度不断提高,间接法越来越被广泛使用。而温度控制方法在不同领域采用的控制方法大不相同,在精密测量的仪器环境温度控制领域,典型的有直接加热制冷方式、直接加热自然散热、工作物质循环法等几种。其中工作物质循环进行温度控制使用比较广泛。 本文设计的高精度温度控制及PTF测量系统由两部分组成:一方面,通过测量PTF等利用Edlen公式进行测量空气折射率测量。其中,温度测量采用铂电阻进行测量绝对的参考温度,结合热电偶测量相对于参考温度的仪器各点温差,相加得到各点最终的温度。大气压力、环境湿度、二氧化碳含量的测量采用智能高精度传感仪器。另一方面:温度控制系统采用单片机及变频器控制恒温水循环,将恒温水槽中的恒温水流入控温箱,通过水流的热交换实现控温箱的温度控制。 温度测量中基于平稳随机过程与现代数字信号处理方法对仪器的多路信号成分进行了分析。准确获知各仪器噪声的特性及其分布。总结常温应用的完整的热电偶分度实验方法,设计出完整的温度测量系统,使系统测量不确定度达到±4mK,温度控制系统控温精度达到±10mK/8小时。 开发的运行于Windows环境的测量控制软件,应用数据采集、信号处理、数据库、面向对象程序设计等技术,实现对PTF系统以及温度控制系统的综合控制与调度。软件一方面实现对环境参数的测量和控制,一方面实时空气折射率数据传输给纳米测量系统。


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