基于AD590的新型藥溫測量裝置的原理與使用

引言

現代戰爭對火炮和火箭炮的基本要求是不經試射就獲得較高的首發命中率或首群覆蓋率。而要實現對目標的精確命中，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節。

藥溫測量的特點

傳統的彈藥溫度測量大多都直接使用彈藥箱內的氣溫，藥溫檢測手段是使用測溫彈和溫度計。在彈藥箱內放入一只水銀溫度計，每隔l或2小時觀察一次，認為箱內氣溫即是藥溫。這樣會帶來很大的誤差，在野戰條件下發現，炮車或送彈車藥倉內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的任一點溫度都不可作為藥溫。此外，當周圍環境或彈藥箱內溫度變化時，裝藥溫度在開始很長一段時間內滯后于外界的溫度，所以這種方法根本不能滿足現代戰爭對精度的要求。

此外，野戰條件下發射裝藥溫度的測量，試圖通過測量藥筒表面或其內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，內部附有鈍感襯里及點傳火機構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，藥筒內部的溫度也是不均勻的。


圖1 藥溫測量系統框圖

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態變化過程，某一時刻彈藥內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。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量加權平均溫度值。

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，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構簡單系統的需要。

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實時信息傳輸。即把不同裝藥號在不同存放區的藥溫隨環境溫度的變化規律制成計算軟件，并和環境溫度的數采系統揉為一體，研制出一種微機控制的非接觸式實時測溫系統。實現不同存放位置不同裝藥號藥溫的自動實時顯示與傳輸。這種測量系統可以精確測量裝藥結構復雜、型號多樣炮藥的溫度。本文介紹這種測量系統的構成及工作原理。

藥溫測量系統的構成

（1）測溫探頭：野戰條件下，裝藥環境溫度不斷隨時間變化，一般說在空間上也不可能均勻。因此環境溫度的采集應使用多個探頭，并注意分布合理。以國內某自行炮彈車為例，車內配有8個探頭，兩個一組，均勻分布在車內四個位置。

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

為了實現溫度的高精度測量，我們采用兩點式測溫校正電路，如圖2所示調節電阻RP1和RP2，因為有兩個可變電阻，實際校正時需要反復調節兩個電阻值。需要說明的是，其中的放大器應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轉換：A/D轉換使用AD7891芯片，AD7891是8通道、12位數據采集系統芯片，單電源供電，內有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：開關操作使用薄膜面板。傳統的機械式開關，在安裝時需要焊接，甚至要配合固定支架。而薄膜開關的安裝為粘貼式，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。薄膜開關集開關按鍵、標記、商標、透明窗口及顯示于一體，并且采用整體密封性結構，開關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、性能穩定等特點。

圖2 藥溫測量誤差校正電路圖

結束語

本文通過討論火炮發射藥裝藥溫度的間接測量方法，設計了適合于裝藥溫度間接測量要求的環境溫度測量電路。設計電路已成功應用于武器系統之中，精密環境溫度的測量保證了發射藥間接測量解算的結果符合戰技指標。

本方案結構簡單、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小時內溫度值，可以準確掌握藥溫變化規律、分析變化趨勢。