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电路技术在航天航空中的应用与研究航天航空是现代科技的集大成者，其对电路技术的需求和应用也是举足轻重的。
无论是飞行器的控制系统、通信设备、导航系统，还是航天器的电源供应和数据传输等，都离不开电路技术的支持。
本文将探讨电路技术在航天航空中的应用与研究。
一、飞行器控制系统中的电路技术应用飞行器控制系统是保证飞行器安全、稳定运行的关键技术之一，而电路技术在其中起到了至关重要的作用。
飞行器控制系统中包含了大量的电路元件和电子器件，如传感器、执行器、信号处理器等，通过电路技术的设计和运用，实现了飞行器的自动控制、导航和稳定性控制等功能。
在飞行器控制系统中，电路技术的应用主要体现在信号处理和数据传输方面。
例如，通过模数转换电路将模拟信号转换为数字信号，然后利用数字信号处理电路进行滤波、解调和编码等处理，最终实现对传感器采集数据的准确分析和控制。
同时，航空通信系统中的数据传输也需要依靠精密的电路技术，通过高速数字信号传输电路，将数据快速传输到目的地，实现实时通信和指挥。
二、航天器电源供应中的电路技术应用航天器的电源供应是其正常工作和有效运行的基础，而电路技术在电源供应方面的应用，起到了至关重要的作用。
航天器的电源供应主要通过太阳能电池板和储能电池组实现。
其中，太阳能电池板通过光电转换原理，将阳光能转化为电能，并通过充电电路将电能储存在储能电池组中。
电路技术在储能电池组的管理和保护中发挥着重要作用。
例如，通过电池管理系统，监测和控制电池组的电压、电流和温度等参数，并对其进行维护和保护，防止过充、过放和过温等情况的发生，从而确保电池组的安全运行和寿命。
此外，电路技术还可以通过电源控制电路控制电源的开关和输出，实现对航天器电能的高效利用和分配。
三、航天器通信系统中的电路技术应用航天器通信系统是航天任务中至关重要的一环，而电路技术在通信系统中的应用则发挥了重大的作用。
通信系统中包含了航天器内部的通信电路和与地面的通信电路，通过这些电路的连接和交互，实现了航天器与地面的数据传输和通信。
北京大学学报(自然科学版) 第60卷 第1期 2024年1月Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 60, No. 1 (Jan. 2024)doi: 10.13209/j.0479-8023.2023.096风云三号E星空间环境载荷综合探测技术沈国红1,2,†黄聪3,4张鹏飞5张效信3,4王金华5李佳薇3,4宗位国3,4张珅毅1,2张贤国1,2孙越强1,2杨勇5张焕新1,2邹鸿6王劲东1,2孙莹1,2白超平1,2田峥1,21.中国科学院国家空间科学中心, 北京 100190;2.北京市空间环境探测重点实验室, 北京 100190;3.中国气象局国家卫星气象中心北京市空间天气重点实验室, 北京 100081; 4.许健民气象卫星创新中心, 北京 100081; 5.上海卫星工程研究所, 上海 201109; 6.北京大学地球与空间科学学院, 北京摘要针对中国风云三号卫星运行的低地球太阳同步轨道, 开展空间环境及粒子辐射效应监测, 提出基于空间环境监测器Ⅱ型载荷的综合探测技术。
在各载荷技术指标的地面研制过程中, 通过标准放射源、等效信号源、粒子加速器和标准磁场等不同方式进行标定和实验验证。
结果表明, 多方向全能谱粒子探测的能量范围为30keV~300MeV, 精度优于10%; 磁场强度测量范围为−65023~+65023nT, 精度优于0.73nT; 电位探测范围为−32.4~+23.7kV, 灵敏度优于10V; 辐射剂量探测范围为0~3×104rad(Si), 灵敏度优于8.3rad(Si)。
通过空间环境监测器Ⅱ型载荷对卫星运行轨道上的粒子辐射环境、原位磁场矢量变化、辐射剂量累积以及卫星表面电位变化等进行观测, 可以为航天活动、卫星设计、空间科学研究及空间天气预警预报业务提供必要的数据支撑。
关键词空间环境; 粒子探测; 电位探测; 辐射剂量; 磁场探测Comprehensive Detection Payload Technology for SpaceEnvironment of FY-3E SatelliteSHEN Guohong1,2,†, HUANG Cong3,4, ZHANG Pengfei5, ZHANG Xiaoxin3,4, WANG Jinhua5,LI Jiawei3,4, ZONG Weiguo3,4, ZHANG Shenyi1,2, ZHANG Xianguo1,2, SUN Yueqiang1,2, YANG Yong5, ZHANG Huanxin1,2, ZOU Hong6, WANG Jindong1,2, SUN Ying1,2,BAI Chaoping1,2, TIAN Zheng1,21. National Space Science Center, Chinese Academy of Science, Beijing 100190;2. Beijing Key Laboratory of Space EnvironmentExploration, Beijing 100190; 3. Key Laboratory of Space Weather, National Satellite Meteorological Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081; 4. Innovation Center for FengYun Meteorological Satellite (FYSIC), Beijing 100081;5. Shanghai Institute of Satellites Engineering, Shanghai 201109;6. School of Earth and Space Sciences,Abstract To monitor the space environment and its effects in the low-Earth sun-synchronous orbit of China’s FY-Ⅱ3 satellite, a comprehensive detection technology based on the type loads of the space environment monitor isproposed. In the process of ground development, various technical indicators of the space environment compre-hensive detection payload have been calibrated and experimentally verified by different methods such as standard radiation source, equivalent signal source, particle accelerator and standard magnetic field. The results show that the multi-direction full-spectrum particle detection achieves an energy range of 30 keV–300 MeV, with the accuracy of ≤10%. The magnetic field detection realizes the measurement range of −65023–+65023 nT, with the accuracy of ≤0.73 nT. The potential detection realizes the measurement range of −32.4–+23.7 kV, with the sensitivity of ≤10V.The detection of radiation dose realizes the measurement range of 0–3×104 rad (Si), with the sensitivity of ≤8.3 rad国家自然科学基金(41931073)和国家重点研发计划(2021YFA0718600)资助收稿日期: 2023–01–29; 修回日期: 2023–02–28145北京大学学报(自然科学版) 第60卷 第1期 2024年1月146(Si). Through comprehensive observation of particle radiation environment, change of in-situ magnetic field vector, radiation dose accumulation and change of satellite surface potential in satellite operation orbit, the space environ-ment monitor provides necessary data support for space activities, satellite design, space science research and space weather early warning and prediction.Key words space environment; particle detection; potential detection; radiation dose; magnetic field detection风云三号(FY-3)气象卫星是实现全球、全天候、多光谱、三维、定量遥感的我国第二代极轨气象卫星系列, 包括 01 批、02 批、03 批和已规划的04 吉林农业大学批共 4 个批次。
热敏电阻的应用一、热敏电阻的概述热敏电阻是一种温度敏感元件，其电阻值随温度变化而变化。
具有灵敏度高、响应速度快、可靠性好等特点，广泛应用于各个领域。
二、热敏电阻的种类1. NTC热敏电阻：负温度系数热敏电阻，随着温度升高，其电阻值下降。
2. PTC热敏电阻：正温度系数热敏电阻，随着温度升高，其电阻值上升。
三、热敏电阻的应用1. 温度测量：利用热敏电阻的特性，可以将其作为温度传感器使用。
常见的应用场景包括空调、冰箱等家用电器中的温控系统、汽车发动机水温测量等。
2. 温控系统：利用热敏电阻来控制设备或系统的工作状态。
例如，在空调中使用NTC热敏电阻来检测室内温度，并根据设定值自动调节制冷或制热功能。
3. 保护系统：利用PTC热敏电阻的特性，可以将其作为过流保护器使用。
当电路中的电流超过额定值时，PTC热敏电阻的电阻值会急剧上升，从而限制电流通过，起到保护电路的作用。
4. 电源开关：利用PTC热敏电阻的特性，可以将其作为开关使用。
当温度升高时，PTC热敏电阻的电阻值上升，从而断开电路。
5. 光控系统：利用NTC热敏电阻与光敏二极管组合起来，可以构成光控系统。
当光线强度改变时，NTC热敏电阻的温度也会发生变化，从而改变整个系统的输出信号。
四、热敏电阻在实际应用中需要注意的问题1. 环境温度：由于热敏电阻是一种温度敏感元件，在使用时需要考虑环境温度对其工作性能的影响。
2. 温度范围：不同类型的热敏电阻适用于不同的温度范围，在选择时需要根据具体需求进行选择。
3. 稳定性：由于环境因素等原因可能会导致热敏电阻的电阻值发生变化，因此在实际应用中需要保持其稳定性。
4. 抗干扰能力：热敏电阻易受到外部干扰，因此在实际应用中需要考虑其抗干扰能力。
五、总结热敏电阻作为一种温度敏感元件，在各个领域都得到了广泛的应用。
在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的类型，并注意环境温度、温度范围、稳定性以及抗干扰能力等问题。
航天电子元器件可靠性设计与分析摘要：电子元器件作为航天产品基础组成部分，其质量与可靠性是影响航天产品研发成败的重要因素之一。
提高航天型号产品可靠性，必须提高电子元器件的可靠性。
本文概述了国内外电子元器件可靠性的研究进程，同时对电子元器件的固有可靠性设计和使用可靠性设计进行分析并制定措施，进一步提高电子元器件的可靠性，从根本上保证今后航天型号产品的高可靠性。
关键词：航天电子元器件；可靠性设计；分析1国内电子元器件可靠性研究情况20世纪70年代，航天部门率先提议严格电子元器件筛选。
1978年，鉴于型号任务的需要，航天工业部编制了《电子元器件优选手册》。
1993年，由于通信卫星工程及武器型号研制的需要，航天工业总公司编制了《电子元器件选用目录》。
1997年，根据载人航天工程和型号任务的需要，航天工业总公司编制了新版的《电子元器件选用目录》。
2000年1月6日，中国航天科技集团公司元器件可靠性专家组在北京召开成立大会。
该专家组的成立，促进了元器件可靠性的发展，对今后元器件的高可靠性具有深远意义。
为了编制新的适应当前型号任务需要的电子元器件选用目录，通过调研各院所和生产单位，收集并分析大量资料和手册，于2003年7月2日，航天科技集团公司发布《航天型号电子元器件选用目录》。
在源头上将元器件的选用规范化落到实处，提高型号质量及可靠性。
2航天对电子元器件的特殊要求2.1高可靠性根据元器件环境试验的数据，如果某批电子元器件在实验室条件下出现故障的可能性为1，那么在飞机使用条件下的可能性则为6.5，而在火箭使用条件下则为80。
正是这种使用条件的不同，对电子元器件失效率要求也不同，家用电视机要求器件失效率为100非特～500非特，地面通讯设备要求器件失效率为20非特～200非特，而航天飞行器按照长期、中期、短期工作寿命而要求器件失效率分别为1非特，10非特，100非特。
因此，实现元器件的高可靠性，是航天工程和国防建设的需要。
航空航天工程师的航天器传感器技术航天器传感器技术是航空航天工程中至关重要的一部分。
它们提供了对航天器周围环境的实时监测和精确测量，为飞行控制、目标识别和导航定位等关键任务提供了必要的数据支持。
本文将探讨航空航天工程师在航天器传感器技术领域中的重要工作和应用。
一、传感器技术的基本原理传感器是将被测量的物理量转换成电信号的装置。
航天器传感器技术的基本原理是通过感知外界环境的物理参数并将其转化为航天器内部可以处理和分析的电信号。
常见的航天器传感器包括温度传感器、压力传感器、加速度传感器、陀螺仪等。
其中，温度传感器用于测量航天器各部件的温度变化，以确保航天器的运行在可控范围内。
压力传感器则用于测量航天器内外压差，为火箭等航天器的燃烧控制提供重要数据。
加速度传感器和陀螺仪则用于监测航天器的运动状态，为姿态控制和导航定位提供准确信息。
二、航天器传感器的应用1. 飞行控制航天器传感器在飞行控制中起着至关重要的作用。
通过对姿态、加速度、空气动力学力等参数的测量，飞行控制系统可以实时调整航天器的姿态，控制飞行轨迹和稳定性。
航天器传感器的精确测量能力可确保飞行过程中的高精度操作，有效提升航天器运行的安全性和稳定性。
2. 目标识别航天器传感器技术还可用于目标识别和探测。
通过搭载适当的传感器，航天器可以探测目标物体的电磁辐射、红外信号等特征，进而对目标进行识别和分析。
这在军事侦查、星际探测等领域具有重要意义，为航天任务的顺利执行和目标定位提供了关键支持。
3. 导航定位航天器传感器技术在导航定位中有着广泛应用。
利用传感器测量的各种物理参数，如位置、速度、方向等，航天器可以实时确定自身的位置和运动状态。
这对于计算航天器轨道、进行轨道修正以及保证目标准确进入预定轨道等任务至关重要。
三、航天器传感器技术的挑战与研究方向随着航空航天技术的发展，航天器传感器技术也面临着一些挑战和研究方向。
首先，由于航天器的特殊工作环境，传感器需要具备较高的可靠性和适应性，能够抵抗辐射、高温和低温等极端条件的影响。
【2022年陕西】阅读下面的材料，完成问题。
【材料一】“神舟十二号”飞行乘组出征太空，让很多青少年对航天事业燃起了强烈的兴趣和好奇心。
中国青年报社对2047名14～35岁青少年进行了专项调查，结果图示如下：（数据源自2021.7.8《中国青年报》“青年调查”专栏）【材料二】2月27日7时44分，在中国酒泉卫星发射中心，长征四号丙运载火箭点火升空，成功发射陆地探测一号01组B星。
11时06分，在中国海南文昌航天发射场，“西电一号”卫星由长征八号遥二运载火箭以“一箭22星”的方式发射升空，卫星顺利进入预定轨道。
位于西安的航天科技集团六院为长征四号丙运载火箭提供了一级、二级、三级发动机和姿控发动机系统，为陆地探测一号01组B星提供了空间推进分系统，为长征八号遥二运载火箭提供助推、一级、二级发动机及辅助动力系统。
“西电一号”卫星是“中星·丝路天图遥感卫星星座”的首发星，为高光谱遥感卫星，由西安电子科技大学、中星电科集团和未来宇航共同打造，综合业务网理论及关键技术国家重点实验室总体设计，未来宇航研究院进行在轨交付，由陕西丝路天图卫星科技公司负责运营。
（摘编自《西安动力助长征火箭刷新发射纪录》《“西电一号”卫星进入预定轨道》，2022年2月28日《西安晚报》）【材料三】在2月27日的两次航天发射任务中，西安卫星测控中心大胆起用青年技术人员，由“85后”担当任务总体负责人，“95后”任一线操作员，全程护送卫星顺利进入预定轨道，圆满完成了本次多点并行测控任务。
据西安卫星测控中心高级工程师张建海介绍，长征八号遥二运载火箭发射前，以青年技术人员为主体的测控团队对卫星的分离过程和分离机理进行了多轮次研讨交流，形成了完备的分离判断应急处置方案。
与此同时，为进一步压缩这22颗卫星初始轨道计算时间，技术人员优化了岗位交互流程，完善了箭遥数据提取分析软件功能，制定了多个方案预案，大大提高了卫星进入太空后初始轨道确定效率，为卫星后续正常开展工作奠定了坚实基础。
热管技术在航天器热控中的应用研究热管技术是一种高效的热管理器件，被广泛应用于航空航天、电子和光电领域等高端技术领域。
航天器对热管理的需求十分严格，因为航天器在飞行中会受到极端的高温和低温影响，需要在短时间内将多种温度区域平衡，保证航天器的正常运行和航行安全。
本文主要讨论热管技术在航天器热控中的应用研究。
一、热管技术在航天器热控中的基本原理热管技术是利用热管内的工作流体的相变循环来实现高效的热传导。
热管由恒温器、蒸发器、冷凝器和传热管道组成，其中蒸发器和冷凝器交替出现，传热均匀。
当热源作用于热管的蒸发器时，热管内的工作流体沸腾变成气体形成气态冷凝器侧，并在该侧的传动管道内引起气流流动，将热量沿着传热管道传导到冷凝器侧，冷凝器侧的工作流体会液化成为液态，循环回到蒸发器侧，并在相变过程中释放吸收热量，完成热量传递和热控调节。
热管技术不依赖于外部能源及动力驱动，具有环保、高效、可靠、长使用寿命、重量轻等特点。
二、热管技术在航天器热控中的应用热管技术在航天器热控中得到了广泛的应用，可以用于热负荷的平衡、热管散热和温度控制。
1.热负荷平衡航天器在空间中飞行时，受到太阳辐射的照射，太阳能散热系统需要大量的热量传递。
但是，在地球影子区和月球影子区，航天器需要利用电池等设备进行能量储存和供应，该区域温度较低，需要使用热管技术将能量散热。
2.热管散热航天器的引擎和仪表等设备需要通过热管来实现热量的对流和散热。
尤其是火箭发动机对温度要求更高，使用热管技术可以将热量快速传递到热散器处进行散热。
3.温度控制航天器的不同部位需要进行密切的测控，在不同海拔、温度和湿度环境中需要适时进行温度调节，以确保仪表和设备的正常运行。
热管被广泛用于保持设备的温度稳定，通过热传导调控温度，保证航天器的正常运转和维护。
三、热管技术在未来航天器中的应用展望未来，在探测和载人的空间发射器中，热管技术将更加被广泛应用。
例如，对于月球探测器、太空站等基地设施，热管将会在太阳能、冷凝、热散热和温度控制方面进一步应用和完善。
热循环条件下金属膜电阻器性能退化表征近些年来，航天技术得到了飞速的发展，我国研制成功了神舟系列飞船以及一系列的应用卫星，这些空间飞行器中通常要使用数以万计的电子元器件。
航天器在轨道上运行时会遇到各种空间环境，其中热环境是影响航天器寿命的一个重要因素。
航天器在轨运行反复进出地球阴影，环境温度交替变化。
在循环的温度作用下，由于材料的各组成相的热膨胀系数和弹性模量不同，变温引起的材料的热变形总要受到来自于材料内部或外部的某种约束作用，使材料中的一些相或某些区域产生循环的热应力及应变。
长期的经受这种热循环作用这种组织损伤就会不断积累，最终导致材料发生蠕变、几何尺寸变化、热疲劳、裂纹等，对电子元器件来说，就会因此造成失效。
电阻器是电子与整机中使用最多的基本元件之一，统计表明，电阻器在一般电子产品中要占到全部元器件总数的50%以上。
本文是对星载电子设备中的金属膜电阻器在模拟空间热循环电性能的退化规律进行研究。
试验结束后利用quanta—200型扫描电镜（sem）及能谱分析对金属膜电阻器失效形式进行观察和分析，并建立了金属膜电阻器横截面二维有限元模型，分析了电阻器各结构层热应力分布规律。
3. 金属膜电阻热应力模拟分析金属膜电阻器热循环过程存在一个循环次数阈值k当循环次数超过此阈值时，阻值漂移幅度突然增大，并且随着循环次数的增加，阻值变化率快速增长，表现为电阻器短期失效。
1000次热循环结束后对失效金属膜电阻器进行失分析。
热循环温度场对金属膜电阻器的组织结构和性能产生了很大的影响[5]。
其原因在于金属膜内部各组成部分材料的弹性模量和热膨胀系数有很大差别，在热循环温度场的作用下，电阻器某些区域产生交变的热应力和应变，在长期的这种交变应力和应变作用下，造成材料疲劳和蠕变[6]，引起材料内部组织结构将发生变化，导致裂纹、孔洞等组织缺陷的萌生，最终随着这些缺陷的长大电阻器失效。
而对于热循环温度场产生的这种交变的应力和应变，很难对其进行定量的分析，故利用有限元分析方法，对热循环过程中金属膜电阻器中的热应力分布进行模拟分析，以说明热应力对其结构损伤形式的影响。
美军用电子元器件相关标准参考文献：GJB5714-2006 外购器材质量监督要求GJB546B-2011 电子元器件质量保证大纲GJB3404-1998 电子元器件选用管理要求GJB4027A-2006 军用电子元器件破坏性物理分析方法GJB/Z35-1993 元器件降额准则使用GJB/Z299-2006 电子设备可靠性预计手册GJB548B-2005 微电子器件试验方法和程序GJB2438A-2002 混合集成电路通用规范GJB/Z299C-2006 电子设备可靠性预计手册MIL-STD-883G（2006版）美军用微电路检测方法标准MIL-PRF-38535J（2010版）美军用集成电路制造规范MIL-PRF-38534G （2009版）美军用混合集成电路制造规范MIL-HDBK-217F 美军用电子设备可靠性预计手册附：关于筛选试验的有关原则规定1 范围：本指导性技术文件所提供的元器件失效率数据仅适用于在正常工作条件下工作的电子设备可靠性预计；凡过应力使用，超过基本失效率表所列值的任何外推（如超过规定的温度范围，或电应力比大于1或等于0）都是无效的。
（摘自GJB548B-2005）一、引言自上世纪90年代起，世界军事装备开始了一场新的变革，变革的主要特点是将机械化军事形态转变成信息化军事形态，军队实现信息化，信息化装备逐渐主宰战场。
近年来，在美国发动的多次局部战争中，信息化装备在战场决策、指挥控制、空天一体、精确打击完成作战使命方面显示了巨大的军事优势。
军用电子元器件是信息化武器装备的核心部件和基本单元，在实现信息装备的作战功能方面具有关键性作用。
当前，我国武器装备更新换代，许多新研信息化装备进入批量生产阶段，因此，军用元器件的选用、使用管理在装备研制过程中非常重要，应引起高度重视。
二、概述我国军用电子元器件标准在七十年代实行“七专”技术条件（专人、专机、专料、专批、专检、专技、专卡），八十年代开始GJB军用标准的编制，现已基本完成了覆盖主要军用电子元器件门类的国家军用标准、行业军用标准和企业军用标准的制定，许多新型装备已安装和使用了国产军用电子元器件。
半导体热敏电阻半导体热敏电阻是一种特殊的电阻器，其电阻值随着温度的升高而降低。
这种电阻器由半导体材料制成，具有灵敏度高、响应速度快、精度高等特点，广泛应用于温度测量、温度补偿、温度控制等领域。
一、半导体热敏电阻的基本原理半导体热敏电阻是利用半导体材料的温度敏感性质来实现温度测量的。
半导体材料的电导率与温度呈反比例关系，即温度升高时电导率降低，电阻值增加。
这是因为半导体材料中的载流子浓度随着温度升高而增加，电子和空穴的复合速率也随之增加，导致电导率降低。
半导体热敏电阻的基本原理可以用以下公式表示：Rt = R0 exp (B/T)其中，Rt为温度为T时的电阻值，R0为参考温度下的电阻值，B 为材料常数，T为温度。
由此可见，半导体热敏电阻的电阻值与温度呈指数关系，随着温度的升高而指数增加，电阻值减小。
二、半导体热敏电阻的特点1. 灵敏度高：半导体热敏电阻的灵敏度比传统的金属热敏电阻高很多，可以达到0.1%~1%/℃。
2. 响应速度快：由于半导体材料的载流子迁移速度很快，因此半导体热敏电阻的响应速度也很快，通常在毫秒级别。
3. 精度高：半导体热敏电阻的温度系数较小，温度特性比较稳定，因此精度比传统的金属热敏电阻高。
4. 温度范围广：半导体热敏电阻的温度范围可以覆盖从低温到高温的所有范围，常用的温度范围为-50℃~+150℃。
5. 尺寸小：半导体热敏电阻的尺寸比传统的金属热敏电阻小很多，可以制成微型化、集成化的传感器。
三、半导体热敏电阻的应用1. 温度测量：半导体热敏电阻可以用来测量各种物体的温度，如空气、水、油、金属等，广泛应用于工业自动化、环境监测、医疗设备等领域。
2. 温度补偿：半导体热敏电阻可以用来补偿电子产品中各种元器件的温度漂移，提高电路的稳定性和可靠性。
3. 温度控制：半导体热敏电阻可以用来控制电子产品中的温度，如电脑散热器、空调、冰箱等，保证设备的正常运行。
4. 光电测量：半导体热敏电阻可以用来测量光强度，如光感电阻、光敏电阻等，广泛应用于照明、摄像等领域。
一．热敏电阻原理型号介绍1 半导体热敏电阻的工作原理按温度特性热敏电阻可分为两类，随温度上升电阻增加的为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。
⑴正温度系数热敏电阻的工作原理此种热敏电阻以钛酸钡（BaTio3）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结尔成。
纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。
它是一种多晶体材料，晶粒之间存在着晶粒界面，对于导电电子而言，晶粒间界面相当于一个位垒。
当温度低时，由于半导体化钛酸钡内电场的作用，导电电子可以很容易越过位垒，所以电阻值较小；当温度升高到居里点温度（即临界温度，此元件的‘温度控制点’一般钛酸钡的居里点为120℃）时，内电场受到破坏，不能帮助导电电子越过位垒，所以表现为电阻值的急剧增加。
因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢，具有恒温、调温和自动控温的功能，只发热，不发红，无明火，不易燃烧，电压交、直流3～440V均可，使用寿命长，非常适用于电动机等电器装置的过热探测。
⑵负温度系数热敏电阻的工作原理负温度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制造而成。
这些金属氧化物材料都具有半导体性质，完全类似于锗、硅晶体材料，体内的载流子（电子和空穴）数目少，电阻较高；温度升高，体内载流子数目增加，自然电阻值降低。
负温度系数热敏电阻类型很多，使用区分低温（-60～300℃）、中温（300～600℃）、高温（>600℃）三种，有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点，广泛应用于需要定点测温的温度自动控制电路，如冰箱、空调、温室等的温控系统。
热敏电阻与简单的放大电路结合，就可检测千分之一度的温度变化，所以和电子仪表组成测温计，能完成高精度的温度测量。
普通用途热敏电阻工作温度为-55℃～+315℃，特殊低温热敏电阻的工作温度低于-55℃，可达-273℃。
航天高精度温度传感器发展趋势研究摘要：调研国内外航天用高精度温度传感器关键技术、工艺技术水平现有基础以及未来发展趋势，针对我国高精度温度传感器在航天领域应用发展的需求，描述了几种航天用高精度温度传感器产品的技术水平发展概况，包括铂电阻温度传感器、热电偶温度传感器、NTC热敏电阻温度传感器、光纤温度传感器和红外温度传感器等，且对未来航天温度传感器技术的发展进行了分析。
关键词：航天温度传感器；铂电阻；热电偶；NTC热敏电阻1.前言温度传感器在卫星、火箭、飞船、空间站等航天器的温度测控系统中应用广泛，如运载火箭的动力系统、卫星搭载的遥测系统、航天器舱内环境控制与生命保障系统等[1]，都离不开温度传感器对航天器的各关键部位温度状态的实时监测。
随着航天器功能需求不断发展完善，就需要更高精度、更完善的温度检测和保障能力。
对于微小卫星及在轨飞行器等，更需要小型化、轻量化的测温技术。
随着传感器先进技术工艺不断兴起，温度传感器正由传统分离式向模拟集成化、智能化的方向发展。
一些成熟定型的分离式传感器技术，如:铂电阻、热电偶、热敏电阻等温度传感器的应用历史已有数十年，在航天领域各型号中仍有较大应用需求。
当前，我国在航天温度传感器产业方面与美、德、日、俄等发达国家相比，具有较大差距，特别是一些高、尖、精的温度传感器产品，受制于国外品牌。
最近几年来，国外在重点型号工程用温度敏感芯片及传感器敏感元件方面一直采取了措施进行限制和禁运。
在当前我国发射任务高速发展背景下，各航天型号在传感器温度性能指标上的需求不断提升，需要研制出一批具有高性能温度传感器技术和产品，实现国产化替代。
因此，想要突破我国在航天温度传感器产业方面的“卡脖子”问题，提升产业自主保障能力，需要对航天高精度温度传感器技术发展的趋势开展系统分析。
2.航天温度传感器技术发展趋势分析2.1 热电偶温度传感器热电偶温度传感器性能稳定可靠、承受机械冲击能力强、信号适合远距离传输、适用的温度范围很广。
超导技术在航天科学中的应用方法导言航天科学作为现代科技的重要领域之一，一直致力于推动人类对宇宙的探索和利用。
在这个领域中，科学家们不断寻求新的技术手段来提高航天器的性能和效率。
超导技术作为一种具有突出特点的新兴技术，正逐渐在航天科学中得到广泛应用。
本文将探讨超导技术在航天科学中的应用方法，包括超导磁体、超导电缆和超导电机等方面。
一、超导磁体在航天器中的应用超导磁体是利用超导材料的特殊性质来产生强大磁场的一种设备。
在航天器中，超导磁体可以应用于多个方面。
首先，超导磁体可以用于推进系统。
通过在航天器中设置超导磁体，可以产生强大的磁场来推动航天器。
这种方法可以减少航天器的质量和体积，提高推进效率，从而降低航天器的运载成本。
其次，超导磁体还可以用于导航系统。
在航天器中，导航系统对于确定位置和航向非常重要。
通过利用超导磁体产生的稳定磁场，可以提供精确的导航信号，从而提高航天器的导航精度。
此外，超导磁体还可以用于航天器的防护系统。
在宇宙空间中，航天器会受到来自宇宙射线的辐射。
这种辐射对航天器的电子设备和乘员的健康都会造成损害。
通过在航天器中设置超导磁体，可以产生强大的磁场来屏蔽宇宙射线的辐射，从而保护航天器和乘员的安全。
二、超导电缆在航天器中的应用超导电缆是利用超导材料的低电阻特性来传输电能的一种设备。
在航天器中，超导电缆可以应用于多个方面。
首先，超导电缆可以用于电力系统。
在航天器中，电力系统是保证航天器正常运行的重要组成部分。
通过使用超导电缆，可以减少电能的损耗，提高电力系统的效率和可靠性。
其次，超导电缆还可以用于通信系统。
在航天器中，通信系统对于与地面指挥中心和其他航天器的通信非常重要。
通过利用超导电缆传输信号，可以提高通信系统的传输速度和稳定性，从而提高航天器的通信能力。
此外，超导电缆还可以用于传感器系统。
在航天器中，传感器系统对于检测航天器周围环境的变化非常重要。
通过使用超导电缆传输传感器信号，可以提高传感器系统的灵敏度和准确性，从而提高航天器的环境感知能力。
中国空间科学技术CHINESE SPACE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2004年12月第6期热敏电阻在航天器上的应用分析张加迅*王虹**孙家林*(*中国空间技术研究院,北京100086)(**山东航天电子技术研究所,烟台264000)摘要文章首先阐述了航天器对于测温传感器的需求,并对目前航天器在地面试验和飞行试验中,所采用的主要测温传感器的特点进行了概述。
然后,以目前航天器在轨运行中应用最为广泛的热敏电阻为研究对象,介绍了它在航天器中的应用方案,以及为保证其测温精度、工艺可实施性和可靠性所应注意的问题。
主题词热敏电阻器温度测量热控制航天器1引言由于航天器在空间运行时要向深冷空间辐射热量,并且受到各种复杂外热流的影响(例如对于环地航天器,存在太阳辐射、地球红外、地球反照等外热流)。
因此,航天器在设计时,必须要进行合理的热控制设计,使航天器中的各种仪器设备在合适的温度水平下工作。
航天器在轨运行的温度情况通过温度传感器进行反映,航天器相关分系统采集温度传感器的信号,然后传输到地面测控网站或星上热控制处理单元,由地面测试人员或相关功能系统对其进行状态判断,最终通过地面指令或星上自主控制实施对星上仪器设备的热控。
因此,温度传感器所反映的温度水平的准确程度,将对仪器设备的热控制起着至关重要的作用[1,2]。
另外,随着航天器的发展,各种精密仪器设备对热控的要求更为严格,由于这些仪器设备功能复杂,在保证其主要功能的前提下,通过其本身的热控设计来达到其内部精密器件的温度要求有很大难度,因此,它们常常会对航天器热环境提出较为严格的要求,而这些要求有的甚至会对整个航天器的总体方案具有决定性的影响。
例如,有的光学成像仪器要求热控的温度控制水平优于011e,局部测量精度达到0105e的水平,因此,需要测温传感器的精度必须优于这些仪器设备的要求。
目前国际上在航天器研制中所用的温度传感器主要有热电偶和热敏电阻两种。
热电偶稳定性好、反应灵敏、价格便宜、工艺实施方便,因此在航天器的研制过程中,主要是在地面试验中得到大量采用。
但由于热电偶需要进行冷端补偿,其测温精度受冷端校准精度的影响较大,当航天器在轨运行时,冷端补偿方式较难实现;而且热电偶因温度变化所产生的电信号反应较为微弱,易受干扰,克服该问题所需的星上电路复杂,存在较大偏差;此外,热电偶的测温偶丝容易受损折断,其可靠性较热敏电阻低,因此热电偶很少在航天器的在轨运行中采用。
与热电偶相比,热敏电阻精度高、可靠性高,但价格昂贵,对温度的反应具有一定的滞后。
由于在航天器的应用中,保证测量精度和高可靠性最为重要;另外,在轨温度的监测主要侧重于稳态温度水平。
因此,从这个角度来说,热敏电阻具有一定的优势,目前国内外航天器上用于飞行试验的温度传感器主要采用热敏电阻[1,2]。
收稿日期:2003-11-12。
收修改稿日期:2003-12-29542 热敏电阻在航天器上应用的工作原理图1 热敏电阻的构成示意图如图1所示,航天器上应用的热敏电阻一般由热敏感温珠、保护胶珠、导线等部分构成。
由于其研制工艺成熟、稳定性好、实施工艺较为简单,因此其可靠性较高,在热控分系统的可靠性设计中,通常,取其可靠度为110。
热敏电阻稳态测量下的精度$T t 受校准($T j )、安装方式($T a )、热敏电阻自热($T z )、信号处理与传输方式($T y )等方面的影响,有以下关系图2 热敏电阻在航天器上的应用原理图$T t =f ($T j ,$T a ,$T z ,$T y )图2为热敏电阻在航天器上的典型应用原理图。
热敏电阻利用胶粘剂以表面粘贴方式固定在被测物体的表面。
当热敏电阻用于仪器设备的温度测量时,热敏测温采集电路将采集信息传到航天器中的星务管理系统,然后由其传输到地面测控系统,供地面人员判读;当热敏电阻用于仪器设备的温度控制时,热控仪或星务分系统对采集的温度信号与控温值进行判别,然后将控制信号反馈到控温回路,通过控温回路的开启实现控温。
3 热敏电阻的校准热敏电阻在航天器上应用之前,需要对其进行校准,确定其温度与阻值之间的对应关系,一般所采用的方法是,选取一系列温度,通过高精度计量,确定热敏电阻在这些温度下的标准阻值(标定值),其任意温度下的阻值通过标定值进行插值或拟合公式得出。
在应用热敏电阻进行温度测量时,首先测得该热敏电阻在被测温度条件下的阻值,然后由它的标定值进行插值,或者由标定而得到的温度)))阻值拟合公式,通过反推得到被测温度值。
定义评价插值或拟合准确程度的指标为截断精度,显然,热敏电阻的校准精度$T j 与标定精度$T b 和截断精度$T j 有关。
标定精度的提高通过改善各种计量条件来实现,例如计量仪器、计量方法等[3]。
而截断精度的提高则需要根据应用背景和标定数据的分布特点,通过合适的数值分析方法(插值或拟合)加以实现。
可以证明,当标定精度一定时,采用插值的方法,校准精度$T j 与标定精度$T b 和截断精度$T j 之间呈现线性关系,标定的间隔$T 越小,截断精度$T j 越高。
当温度与阻值之间变化规律不明确、温度标定间隔较小时,待定温度与其相临的标定温度之间关联性较强,此时采用插值方法,例如采用不超过三次的Lag range 分段低次插值时,较之于拟合逼近的方法具有优势,可使截断精度大大提高[3~5]。
当温度与阻值之间变化规律已知、温度标定间隔较大时,可以采用逼近拟合的方法。
较之于采用插值方法,采用逼近拟合可以大大减少校准的工作量,由其得出的公式,可以方便地进行编程处理,利于航天器星务管理的软件设计。
此外,在航天器热控分系统中,多数应用的热敏电阻用于一般的温度监测,对精度要求不高,因此,采用逼近拟合方法对热敏电阻进行校准,在航天器研制中应用最为广泛,完全可以满足使用要求。
但是,当应用场合对测温精度要求较高时,或者应用场合对若干个局部温度范围内精度要求较高552004年12月 中国空间科学技术时,采用插值的方法较逼近拟合更为可取,它可以大大提高截断精度$T j ,使校准精度$T j 主要取决于标定精度$T b 。
综合各种因素,在初步分析和工程实践中,当测温精度要求优于013e 时,采用插值方法对热敏电阻进行校准,反之采用逼近的方法更为可取。
4 热敏电阻的安装和本身自热如图3所示,热敏电阻的安装方式主要有两种,即嵌入式和表面粘贴式。
在嵌入式安装中,热敏电阻通过预先设置在被测基材上的小槽嵌入其中,并且在基材与热敏电阻敏感珠之间填充导热填料。
这种安装方式可以保持热敏电阻与被测物体接触紧密,减小热敏电阻的漏热,测量精度高。
由于这种方式需要事先在被测物体上加工出小槽,工艺繁琐,对于一些成形设备无法实施,因此,在目前航天器上很少采用,一般只应用于对温度测量有很高要求的场合。
在表面粘贴式安装中,热敏电阻通过胶粘剂与被测物体的表面接触,这种安装方式工艺实施简便,对被测仪器设备的状态影响较小,因此在航天器中得到广泛应用。
但是,与嵌入式安装相比,这种安装方式由于与被测表面之间存在较大热阻,并且与外界环境之间的换热量较大,因此其测量精度受外界影响较大,并且这种安装方式在非稳态测量中,其温度示值有较大的滞后。
图3 热敏电阻的安装方式及不同安装方式下的传热关系在利用热敏电阻进行温度测量的过程中,热敏电阻与供电电源形成回路,热敏电阻的阻值是通过测量额定供电电压下的热敏电阻回路分压所间接得到的。
因此,在测温线路中,流过热敏电阻器的电流,将会引起发热损耗功率Q z ,由自热引起的温升$T 会使阻值发生变化,从而使测温精度降低。
首先对嵌入式安装方式下的测量精度进行研究,若不考虑热敏电阻的自热,热敏电阻的对外漏热为Q L =T 1-T 3R c +R j1=T 3-T 0R h +R j2(1)式(1)将被测基材、热敏电阻、外界环境之间的换热关系按图3(a)中所示串联模型考虑,R c 为基材与热敏电阻之间的接触热阻;R j 为保护胶珠的热阻,为区别该部分参与基材和外界环境的换热程度,分别以R j1、R j2表示;R h 表示热敏电阻与外界环境之间的热阻;T 1为被测基材实际温度;T 2为保护胶珠表面的温度;T 3热敏感温珠温度;T 0为环境温度。
要保证测量精度,就需要|T 1-T 3|尽可能小。
由式(1)可知,当Q L 趋于小量时,则|T 1-T 3|将成为小量,即测温精度提高。
对于嵌入式安装,由于Q L 与外界的漏热通路仅通过热敏电阻的导线,因此,减少导线安装处的漏热56 中国空间科学技术 2004年12月可以提高测量精度。
由于嵌入式安装方式与外界环境之间的热交换很小,因此,其测量精度较高,温度测量灵敏度高。
对于表面粘贴式安装,可以同样列出式(1),但是由于热敏电阻器与外界环境之间换热面积较大,在同样条件下,其漏热量Q L 较之于嵌入式安装要大,因此测量精度较低。
如何降低热敏电阻器与外界环境之间的漏热,将是提高精度和灵敏度的关键。
为此,建议在热敏电阻的工艺实施中,在热敏电阻器外侧应该包覆一层隔热材料,使之与外界之间隔热,减少外界环境对温度测量的影响。
考虑热敏电阻的自热,设自热传向被测基材和份额为N ,针对嵌入式和表面粘贴两种安装方式,可列出相同数学描述方程如下Q L +(1-N )Q z =T 3-T 0R h +R j2Q L +N Q z =T 1-T 3R c +R j 1(2)自热对于热敏电阻测量的影响较为复杂,对其进行完整而有效的定量分析必须与热敏电阻的具体使用条件结合,在此从略。
但通过本文分析,可以得到有用的定性结论,以指导热敏电阻的工程应用。
由式(2)可见,在传热热阻一定的情况下,当N Q z 较大时,会使|T 1-T 3|变大,对测温精度的影响较大;而当N Q z 较小时,自热会通过与外界环境的换热影响T 3,T 3又通过热传导对被测温度T 1产生影响,使被测物体的测量温度值偏离其初态温度值,使测温精度降低。
因此,在热敏电阻的工艺实施中,无论是嵌入式还是表面粘贴式,只有减少自热Q z 的量值,才会使其影响降至最小,特别是在热敏电阻在高精度测温时,必须要降低自热Q z 的影响。
5 热敏电阻测量信号的处理与传输信号处理与传输方式所引起的精度$T y 与热敏电阻的测温电路及与星务管理系统有关。
热敏电阻典型测温电路原理如图4,V cc 为电源,标准热敏电阻R =R m ax R m i n (R max 、R min 分别表示测控温的上下限);R 1、R 2为等值精密电阻,其作用是校正测量系统测量精度。
在测量中,通过测量R 1、R 2处的分压,可以校正V c c 的标准电压值。
然后,根据V c c 、R 和R T 处分压,可以得到R T 的精密图4 热敏电阻测温电路原理图测量值;数据处理单元将采集到的电压、电流等模拟量进行处理和AD 转换,最终获得以数字量表示的热敏电阻测量值;测温电路将测量值传输到星务系统,再通过星务系统传输到测控系统,完成测量或控温。
