基于AD590的新型药温测量装置的原理与应用

引言

   现代战争对火炮和火箭炮的基本要求是不经试射就获得较高的首发命中率或首群覆盖率。而要实现对目标的精确命中，就必须用精密法来决定射击开始诸元，弹药温度的精确测量是其中的一个重要环节。
   药温测量的特点
   传统的弹药温度测量大多都直接使用弹药箱内的气温，药温检测手段是使用测温弹和温度计。在弹药箱内放入一只水银温度计，每隔l或2小时观察一次，认为箱内气温即是药温。这样会带来很大的误差，在野战条件下发现，炮车或送弹车药仓内的温度不仅变化幅度大，且严重不均匀。因此，任一时刻弹药箱或药仓内的任一点温度都不可作为药温。此外，当周围环境或弹药箱内温度变化时，装药温度在开始很长一段时间内滞后于外界的温度，所以这种方法根本不能满足现代战争对精度的要求。
   此外，野战条件下发射装药温度的测量，试图通过测量药筒表面或其内部某一固定点温度作为实时平均药温，也是不可行的。这种方法不仅烦琐不方便，同时也无法保证精度。一般火炮装药近似于一个圆柱体，外部为药筒或包装筒，内部附有钝感衬里及点传火机构和其它装药辅助元件，药粒散装或分成药包，均匀或非均匀地置于药筒内，药筒内部的温度也是不均匀的。
   
图1 药温测量系统框图
   当弹药的初始温度与外界温度不一致时，弹药的温度变化是一个很复杂的非稳态变化过程，某一时刻弹药内某一点的温度是时间、空间坐标、初始温度和外界温度的函数。因此，药温精确测量的方法是采用非接触测量法，精确实时地给出装药质量加权平均温度值。
   弹药温度的测量在不允许打开弹药外壳及钻孔的情况下，可选方案一般有两种：一种是用模拟相似的方法。如在弹药箱中放置测温弹。测温弹是一种引信和底火都去掉，但保持装药不变的炮弹，把水银温度计插入测温弹内，认为测温弹的温度就是弹药的温度，该种方法简单易行，但因为用水银温度计所以反应较慢，且测温弹的温度并不能代表所有弹药的温度。这种方法适用于装药结构简单系统的需要。
   另一种方法是用求解弹药温度分布的方法来得出平均温度。采用间接式电子采集与计算机解算法，然后与火控计算机实现实时信息传输。即把不同装药号在不同存放区的药温随环境温度的变化规律制成计算软件，并和环境温度的数采系统揉为一体，研制出一种微机控制的非接触式实时测温系统。实现不同存放位置不同装药号药温的自动实时显示与传输。这种测量系统可以精确测量装药结构复杂、型号多样炮药的温度。本文介绍这种测量系统的构成及工作原理。
   药温测量系统的构成
   （1）测温探头：野战条件下，装药环境温度不断随时间变化，一般说在空间上也不可能均匀。因此环境温度的采集应使用多个探头，并注意分布合理。以国内某自行炮弹车为例，车内配有8个探头，两个一组，均匀分布在车内四个位置。
   （2）误差校正：在用模型运算时，需要初始环境温度和外界温度值作为条件，所以测温电路也是本设计的重要一环，其测温精度直接影响输出结果的精度。根据整体误差小于1℃的要求，测温环节的误差应小0.4℃。
   为了实现温度的高精度测量，我们采用两点式测温校正电路，如图2所示调节电阻RP1和RP2，因为有两个可变电阻，实际校正时需要反复调节两个电阻值。需要说明的是，其中的放大器应选高精度的集成运放，因为AD590正端上的电压一般很小，AD590的灵敏度为1μA/K。
   输出电压的表达式为
   
   
图2 药温测量误差校正电路图
   （3）基准电压：基准电压源选用LM136，其输出电压为2.5V。
   （4）A/D转换：A/D转换使用AD7891芯片，AD7891是8通道、12位数据采集系统芯片，单电源供电，内有8个具有过压保护的模拟通道，功耗低，典型功耗只有90Mw。
   （5）薄膜面板：开关操作使用薄膜面板。传统的机械式开关，在安装时需要焊接，甚至要配合固定支架。而薄膜开关的安装为粘贴式，只要揭去背胶纸，就可以牢固地粘贴在整机表面，其引线出口插入整机后置电路的插座上，瞬间便可接通电路，省时、省力。薄膜开关集开关按键、标记、商标、透明窗口及显示于一体，并且采用整体密封性结构，开关的触点不受有害气体的侵蚀，不易氧化，具有防水、防尘、寿命长、性能稳定等特点。
   结束语
   本文通过讨论火炮发射药装药温度的间接测量方法，设计了适合于装药温度间接测量要求的环境温度测量电路。设计电路已成功应用于武器系统之中，精密环境温度的测量保证了发射药间接测量解算的结果符合战技指标。
   本方案结构简单、可靠性高、实用性好、测温精度高、使用方便，可有效改善以往落后的药温测量手段。自动采样存储24小时内温度值，可以准确掌握药温变化规律、分析变化趋势。