基于AD590的新型藥溫測量裝置的原理與使用

引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭對火炮和火箭炮的基本要求是不經(jīng)試射就獲得較高的首發(fā)命中率或首群覆蓋率。而要實現(xiàn)對目標的精確命中，就必須用精密法來決定射擊開始諸元，彈藥溫度的精確測量是其中的一個重要環(huán)節(jié)。

藥溫測量的特點

傳統(tǒng)的彈藥溫度測量大多都直接使用彈藥箱內(nèi)的氣溫，藥溫檢測手段是使用測溫彈和溫度計。在彈藥箱內(nèi)放入一只水銀溫度計，每隔l或2小時觀察一次，認為箱內(nèi)氣溫即是藥溫。這樣會帶來很大的誤差，在野戰(zhàn)條件下發(fā)現(xiàn)，炮車或送彈車藥倉內(nèi)的溫度不僅變化幅度大，且嚴重不均勻。因此，任一時刻彈藥箱或藥倉內(nèi)的任一點溫度都不可作為藥溫。此外，當周圍環(huán)境或彈藥箱內(nèi)溫度變化時，裝藥溫度在開始很長一段時間內(nèi)滯后于外界的溫度，所以這種方法根本不能滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭對精度的要求。

此外，野戰(zhàn)條件下發(fā)射裝藥溫度的測量，試圖通過測量藥筒表面或其內(nèi)部某一固定點溫度作為實時平均藥溫，也是不可行的。這種方法不僅煩瑣不方便，同時也無法保證精度。一般火炮裝藥近似于一個圓柱體，外部為藥筒或包裝筒，內(nèi)部附有鈍感襯里及點傳火機構(gòu)和其它裝藥輔助元件，藥粒散裝或分成藥包，均勻或非均勻地置于藥筒內(nèi)，藥筒內(nèi)部的溫度也是不均勻的。


圖1 藥溫測量系統(tǒng)框圖

當彈藥的初始溫度與外界溫度不一致時，彈藥的溫度變化是一個很復雜的非穩(wěn)態(tài)變化過程，某一時刻彈藥內(nèi)某一點的溫度是時間、空間坐標、初始溫度和外界溫度的函數(shù)。因此，藥溫精確測量的方法是采用非接觸測量法，精確實時地給出裝藥質(zhì)量加權(quán)平均溫度值。

彈藥溫度的測量在不允許打開彈藥外殼及鉆孔的情況下，可選方案一般有兩種：一種是用模擬相似的方法。如在彈藥箱中放置測溫彈。測溫彈是一種引信和底火都去掉，但保持裝藥不變的炮彈，把水銀溫度計插入測溫彈內(nèi)，認為測溫彈的溫度就是彈藥的溫度，該種方法簡單易行，但因為用水銀溫度計所以反應(yīng)較慢，且測溫彈的溫度并不能代表所有彈藥的溫度。這種方法適用于裝藥結(jié)構(gòu)簡單系統(tǒng)的需要。

另一種方法是用求解彈藥溫度分布的方法來得出平均溫度。采用間接式電子采集與計算機解算法，然后與火控計算機實現(xiàn)實時信息傳輸。即把不同裝藥號在不同存放區(qū)的藥溫隨環(huán)境溫度的變化規(guī)律制成計算軟件，并和環(huán)境溫度的數(shù)采系統(tǒng)揉為一體，研制出一種微機控制的非接觸式實時測溫系統(tǒng)。實現(xiàn)不同存放位置不同裝藥號藥溫的自動實時顯示與傳輸。這種測量系統(tǒng)可以精確測量裝藥結(jié)構(gòu)復雜、型號多樣炮藥的溫度。本文介紹這種測量系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理。

藥溫測量系統(tǒng)的構(gòu)成

（1）測溫探頭：野戰(zhàn)條件下，裝藥環(huán)境溫度不斷隨時間變化，一般說在空間上也不可能均勻。因此環(huán)境溫度的采集應(yīng)使用多個探頭，并注意分布合理。以國內(nèi)某自行炮彈車為例，車內(nèi)配有8個探頭，兩個一組，均勻分布在車內(nèi)四個位置。

（2）誤差校正：在用模型運算時，需要初始環(huán)境溫度和外界溫度值作為條件，所以測溫電路也是本設(shè)計的重要一環(huán)，其測溫精度直接影響輸出結(jié)果的精度。根據(jù)整體誤差小于1℃的要求，測溫環(huán)節(jié)的誤差應(yīng)小0.4℃。

為了實現(xiàn)溫度的高精度測量，我們采用兩點式測溫校正電路，如圖2所示調(diào)節(jié)電阻RP1和RP2，因為有兩個可變電阻，實際校正時需要反復調(diào)節(jié)兩個電阻值。需要說明的是，其中的放大器應(yīng)選高精度的集成運放，因為AD590正端上的電壓一般很小，AD590的靈敏度為1μA/K。

輸出電壓 的表達式為



（3）基準電壓：基準電壓源選用LM136，其輸出電壓為2.5V。

（4）A/D轉(zhuǎn)換：A/D轉(zhuǎn)換使用AD7891芯片，AD7891是8通道、12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片，單電源供電，內(nèi)有8個具有過壓保護的模擬通道，功耗低，典型功耗只有90Mw。

（5）薄膜面板：開關(guān)操作使用薄膜面板。傳統(tǒng)的機械式開關(guān)，在安裝時需要焊接，甚至要配合固定支架。而薄膜開關(guān)的安裝為粘貼式，只要揭去背膠紙，就可以牢固地粘貼在整機表面，其引線出口插入整機后置電路的插座上，瞬間便可接通電路，省時、省力。薄膜開關(guān)集開關(guān)按鍵、標記、商標、透明窗口及顯示于一體，并且采用整體密封性結(jié)構(gòu)，開關(guān)的觸點不受有害氣體的侵蝕，不易氧化，具有防水、防塵、壽命長、性能穩(wěn)定等特點。

圖2 藥溫測量誤差校正電路圖

結(jié)束語

本文通過討論火炮發(fā)射藥裝藥溫度的間接測量方法，設(shè)計了適合于裝藥溫度間接測量要求的環(huán)境溫度測量電路。設(shè)計電路已成功應(yīng)用于武器系統(tǒng)之中，精密環(huán)境溫度的測量保證了發(fā)射藥間接測量解算的結(jié)果符合戰(zhàn)技指標。

本方案結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、實用性好、測溫精度高、使用方便，可有效改善以往落后的藥溫測量手段。自動采樣存儲24小時內(nèi)溫度值，可以準確掌握藥溫變化規(guī)律、分析變化趨勢。