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t t c s 工程测试控制与数据采集系统的计算机实现 专业：凝聚态物理 硕士生：潘志文 指导教师：何振辉 摘要 本文阐述了基于p c 机的控制和数据采集系统应用在轨迹探测器热控制系统 ( t t c s ) 工程测试当中。此系统摒弃了f l u k e 自带的软件，由其提供的驱动函数 库在l a b v i e w 语言环境下自行设计而成，使数据采集和温度控制运行更方便、更 可靠。完成了2 1 0 多个通道，不同数据类型，不同物理量的同时采集。并通过 p c 机实现了对4 个物理子系统的实时恒温控制，变温控制。最后依照最优安全 原则保存当前所得的全部原始数据并且备份。至今我们已经使用此系统获取了大 量可靠的实验数据用于系统性能分析，控制策略制定，系统问题分析以及提供了 控制电子设计所需的相关资料和模拟计算结果所需的实验验证。另外本文也提供 了更高级的驱动函数，方便以后代码的二次开发。由于时间关系，程序稳定性， 程序优化等问题有待继续探讨。 关键词：热轨迹探测器热控制系统，工程测试，数据采集与温度控制系统 2 a p p l i c a t i o no fd a t aa c q u i s i t i o na n dt e m p e r a t u r ec o n t r o l s y s t e mf o rt h ee n g i n e e r i n gm o d e lt e s to ft r a c k e rt h e r m a l c o n t r o ls y s t e m m a j o r ：c o n d e n s e dp h y s i c s n a m e ：z h i w r e np a n s u p e r v i s o r ：z h e n h u ih e a b s t r a c t t h i st h e s i sd e s c r i b e st h ea p p l i c a t i o no f d a t aa c q u i s i t i o na n d t e m p e r a t u r ec o n t r o l s y s t e m ( d a q & t c ) f o rt h ee n g i n e e r i n gm o d e lt e s to ft r a c k e rt h e r m a lc o n t r o l s y s t e m ( t t c s ) ，w h i c hi sd e s i g n e da n dm a n u f a c t u r e dt oo p e r a t ea tt h ei n t e r n a t i o n a l s p a c es t a t i o no s s ) w i t hf i i e n d l yi n t e r f a c e ，t h i ss o f h a l es y s t e ms c a n s2 1 0c h a n n e l s o fd i f f e r e n tk i n d so fd a t a , c o n t r o l sf o u rs u b s y s t e m si nr e a lt i m ew i t hp l a n n e dm o d e a n dk e e p st h ed a t af r o ma n yl o s tc a u s e db yp ch a n g i n go rs o f t w a r ee r r o r s i n s t e a do f u s i n gt h ed a q & t cs o f t w a r ec o m ew i t i it h ef l u k ei u s t r u m e n lid e v e l o p e dt h i s s y s t e mi nt h er e q u i r e m e n to f t t c st e s t sw i t ht h ed r i v e rd l l sp r o v i d e db yf l u k el n c w i t ht h i ss y s t e m , w ei m p l e m e n t e da c q u i r i n gp l e n t yo fd a t af o rs y s t e mp e r f o r m a n c e a n a l y s e s , t u n i n gc o n t r o lp a r a m e t e r s , m o n i t o r i n gs y s t e mh e a l d la n do f f e r i n gr e l i a b l e e x p e r i m e n td a t af o rt h ed e s i g no fc o n t r o le l e c t r o n i c sa n dt h ec o n f i r m a t i o n sf o rt h e s y s t e ms i m u l a t i o n t h o s eh i g h e rl e v e ld r i v e rf u n c t i o n sw i l lb ee x p l a i n e di nt h i sp a p e r t oa v o i du n n e c e s s a r yl w e a t e de f f o r t sf o rf u t u r ed e v e l o p m e n t k e y w o r d s ：t r a c k e rt h e r m a lc o n t r o ls y s t e m , d a t aa c q u i s i t i o na n dt e m p e r a t u r e c o n t r o ls y s t e m , e n g i n e e r i n gm o d e l 缩写表 a l p h am e g n 刨cs p e c t r o m e t e r 。阿尔法磁谱仪 a b s o l u t ep r e s s u r es e n s o r ，绝对压力传感器 b a s i cc h a n n e ln u m b e r 。机器基本编号 c a r b o no x i d e 。二氧化碳 d a t aa c q u i s i t i o na n dt e m b e r a t u r ec o n t r o l ，数据采集与温度控制 d i g i t a li n p u to u t p u t ，数字通讯接口 d y n a m i cl i n kl i b r a r y ，动态链接库 d i f f e r e n t i a lp r e s s u r es e n s o r ，差分压力传感器 e n g i n e e r i n gm o d e ，工程性 e l e c t r o - m a g n e t i ci n t e r f e r e n c e ，电磁干扰 h e a te x c h a n g e r ，热交换器 i n t e g r a l ，积分 i n t e m a t i o n a ls p a c es t a t i o n ，国际空间站 n a t i o n a la e r o s p a c el a b o r a t o r y ，荷兰国家宇航局 p r o p o r d o n a l ，比例 p m p o r d o n a la n di n t e g r a l 。p i 算法 p r o c e s sv a r i a b l e ，过程量 r e s i s t a n tt e m b e r a t u r ed e t e c t o r ，温敏电阻 s e tp o i n t ，设定温度 t r a c k e rt h e r m a lc o n t r o lb o x ，硅微条揉测器热控箱 t r a c k e rt h e r m a lc o n t r o ls y s t e m 。硅微条探测器控制系统 v i r t u a li n s t r u m e n t ，虚拟仪器 7 |呈鹏刚溉一咐吡嘴跚洲愀。l星p同m卵一 la m s 0 2 第1 章绪论 阿尔法磁谱仪( a m s ) 是用于测量外太空高能量粒子的巨型探测器，l 号探测 器已于1 9 9 8 年发射，2 号探测器计划于2 0 0 9 年发射。本文是基于2 号探测器的。 1 1a m s 0 2 太空实斛 a m s 阿尔法磁谱仪是位于国际空间站上的一个粒子探测器这是高能量粒 子物理学家们试图把他们在粒子加速器上积累了3 0 余年的实践经验用于轨道上 的一次尝试。太空中充满着种类丰富的高能量粒子( 统称“宇宙射线”) 来源于 遥远的银河系的超新星。阿尔法磁谱仪利用巨型的超导磁体和六个专门设计的超 高精度探测器去探测宇宙射线所带的粒子。它将放置于国际空间站的主桁梁，远 高于大气屏蔽层，利用国际空间站的高性能保障系统，作长达3 年的太空高能粒 子采集实验。 a m s 是一次专业宇宙学的实验，由丁肇中教授所领导阿尔法磁谱仪将会观 测到电子，正电子，质子。负质子和一些由宇宙特有的辐射核团。这些观测的结 果可能会给关于宇宙大爆炸理论相关的重要问题给出很好的答案，包括“为什么 宇宙大爆炸会产生这么少的反物质? ”和“宇宙中的看不见的质量是从哪里来 的? ” a m s 也是一次专业的粒子物理学实验。一些由理论学家所预言的粒子。和一 些尝试从对冲碰撞试验中所要寻找的粒子，也许可以直接从宇宙射线中发现。于 是a m s 完全有可能观测到类似的例子，结果我们就可以增加对这类粒子的认识， 并且从天体物理学的角度认清它们的来源以及它们距离我们有多远。 a m s 是一次公开的国际合作项。正如国际空间站的建设，a m s 只能由各个 国家和地区的专家，资源，合作共同完成。a m s 项目包括了5 0 0 多人，来自于 1 5 个国家的5 6 个不同的机构，另外还有来自于世界各地的的承包商和供应商的 资助。从科研上讲。a m s 在太空上建立起关于宇宙论和宇宙射线研究的实验项 目，同时也在地面建立起了近3 0 年来各国人力物力的一次大规模合作。 8 总之，a m s 尝试去研究宇宙射线的来源。这源头包括各星系以及超新星系， 也许还有夸克星，暗物质的湮灭，反物质组成的银河系等等。所有的天体都会辐 射出特殊的宇宙射线，这些射线会往宇宙的各个方向发散，我们能检测到的是穿 过地球附近的那一部分。经过恰当得理论模型计算，我们可以分辨出这些天体留 在宇宙射线中的“指纹”，并且我们也可以得出测量这些指纹的方法。有时候我 们可以从这些“指纹”中发现新的物质( 像反氦和奇异夸克) ，有时候这些“指 纹”是一些已知物质所激发出来不寻常的特性激发谱。( 像暗物质和微类星体发 出的信号) 9 2 t t c s 硅微条探测器热控制系统 t i c s 硅微条探测器热控制系统是a m s 0 2 探测器的一个子系统。我们正在进 行其地面测试的工程件功能测试( e mt e s t ) 。 2 1t t c s 简介 在太空，当你的计算机工作时候产生的热量，你不可能用风扇把它带走。a m s 也一样，唯一的热传递的方法就是辐射到宇宙中去。也就是说，我们必须设计适 合太空工作的热系统。太空中加热一块裸露在宇宙中的金属板( 称为辐射器，通 常是上了白漆的铝板) ，当他得到足够的热量，它就可以通过发射红外光子把热 带走，利用这种方法便可以给a m s 散热。假如a m s 过热工作，它会损坏它的 电子器件，也会降低超导磁体内核的有效利用率并且降低探测器的测量精度。 有时候太空站2 4 小时均曝露在太阳光下。在这种极端情况下，a m s 就有过 热的危险，所以必须关掉部分的功能使发热量降低。相反，如果处于2 4 小时都 在阴影面的极端情况，a m s 就有过冷的危险，这有可能危害a m s 的机械组件。 于是，a m s 的热控制问题，成为不可忽视的重要课题。 图1 1t i c s 系统概要图( p r o v i d e db yn l r ) a m s 有好几个热系统，其中最复杂的就是硅微条轨迹探测器热控制系统 ( t t c s ) ，它需要把探测器中心部分的大概1 5 0 瓦的热量带到外太空去。这个工 2brmjlcvclomit,cdu一bmonrealframcs,dcthtml,taanslatcdb yi i * 1 0 作由高导热系数的碳纤维管组成的一个配备_ 差动控温功能的里面装有气液两相 二氧化碳的冷却回路。t t c s 是主动控n - 氧化碳两相回路在太空的首例应用。 t t c s 系统的组件介绍以及功能见表1 - 1 p u m p t r a n s p o r tt h ef l u i dt h r o u g ht h el o o p a c c u m u l a t o r r e g u l a t et h ee v a p o r a t o rt e m p e r a t u r ei nt h et r a c k e r a c c o u n tf o rt h ee x p a n s i o no f w o r k i n gf l u i d a c c u m u l a t o r r e g u l a t ee v a p o r a t o rs e t - p o i n ti na l lo p e r a t i o nm o d e s p e l t i e re l e m e n t s a c c u m u l a t o rt oc o n t r o lt h et e m p e r a t u r eo f t h ea c c u m u l a t o ra n dt h u st h ep r e s s u r eo f t h e h e a t e r s l o o p ，w h i c hi nt u r nc o n t r o lt h et e m p e r a t u r eo f t h ee v a p o r a t o r s a c c o m u l a t o r e m e r g e n c y a c c u m u l a t o r h e a t - u p i nc a s e l i q u i d l i n e t e m p e r a t u r e e m e r g e n c yh e a t e r s a p p r o a c h e ss a t u r a t i o nt e m p e r a t u r e ( t oa v o i dc a v i t a t i o n si np u m p ) h e a te x c h a n g e r e x c h a n g eh e a tb e t w e e nh o te v a p o r a t o ro u t l e ta n dc o l de v a p o r a t o ri n l e t r e d u c t i o no f p r e h e a t e rp o w e r e v a p o r a t o r c o l l e c th e a ta tt h et r a c k e re l e c t r o n i c s t h ee v a p o r a t i o np r o c e s sp r o v i d e s t h et e m p e r a t u r es t a b i l i t yr e q u i r e d c o n d e n s e rr e m o v et h eh e a tf r o mt h ew o r k i n gf l u i dt ot h er a d i a t o r s t h ec o n d e n s i n g p r o c e s sm a k e st h eh e a tt r a n s f e re f f e c t i v e a b s o l u t ep r e s s u r em o n i t o rt h ea b s o l u t ep r e s s u r ei n s i d et h el o o p s e n s o r d i f f e r e n t i a ip r e s s u r em o n i t o rp u m pp r e s s u r eh e a d s e n s o r p r e h e a t e r s h e a te v a p o r a t i o nl i q u i di n l e tt os a t u r a t i o np o i n t s t a r tu ph e a t e r s t oa v o i dc o l dl i q u i df r o mc o o l i n gt h ee v a p o r a t o r sb e l o wt h es u r v i v a l t e m p e r a t u r eo f - 2 0 ci nt h ew o r s tc o l dc a s e c o l do r b i th e a t e r s t op r e v e n tt h ec o n d e n s e rf r o mf r e e z i n gd u r i n go p e r a t i o n d a l l a s t e m p e r a t u r em o n i t o rt i c st e m p e r a t u r e s s e n s o r s p t l 0 0 0 t e m p e r a t u r e c o n t r o lp r e h e a t e rp o w e r s e n s o r sc o n t r o la c c u m u l a t o rt e m p e r a t u r e 2 2t t c s 的工程件功能测试 t t c s 的功能件工程测试主要目的是要测试t t c s 系统的各子部件工作能力 是否符合设计要求以及其地面支持系统能否模拟太空环境的热边界。t t c s 系统 的结构和功能模块见图1 1 。在所有的地面测试当中，一个主要的测试，就是要 看地面搭建的这个系统( 功能件工程测试系统，也叫e m 系统) 能否顺利从“探 测器”中带走1 4 4 瓦的热量。“探测器”电子器件所散发的热量，我们由一个置 于大气候箱的装有加热电阻的“蒸发器”来模拟。然后观察这1 4 4 瓦的热量能否 通过“辐射器”散发到环境中去。“辐射器”我们用置于小环境箱的冷板来模拟。 从蒸发器到冷板的热传送是由气液两相二氧化碳为工质，机械泵驱动的闭环回路 来完成。这些器件以及其他一些器件所组成的闭环回路就组成了t t c s 功能件工 程测试系统。 在这个闭环系统当中，两相二氧化碳作为工质，它储存在一个叫“储液器” 的容器当中，其作用为控制整个闭环系统二氧化碳的压力。储液器安装在机械泵 的前面，它除了可以稳定工质( - - 氧化碳) 的压力外，还可以补充泄漏掉的二氧 化碳。 整个闭环系统工作的基本原理如下。参照图1 1 ，首先液相二氧化碳从储液 器出来，经过机械泵驱动，流入热交换器冷端，二氧化碳被热交换器加热，流入 蒸发器，为保证其两相，进入蒸发器前还会经过预热器。两相二氧化碳进入蒸发 器之后吸收1 4 4 w 的热量，流出蒸发器，进入热交换器热端，与冷端进行热交 换，其温度下降，然后再流入冷板，把热散发走，再回到泵。通过这样一个循环， 热量被两相二氧化碳带走。 1 2 3 d a q t c 数据采集与温度控制系统 数据采集与温度控制系统( d a q & t c ) 是号门为t t s 功能件工程测试而设的系 统。此系统在l a b v i e w a 语占环境下开发而成。 d a q & t c 系统主要任务有三个。 首先，它要模拟t t c s 的电子系统f r r c e ) 的功能，这是为了在 i r c e 电子系统 接入以前，对除t 1 e 电子系统外的物理系统o r c b ，蒸发器冷板等1 进行调试， 以确保一切工作正常，认证之后再接入电子系统，以减少调试的难度。另外也可 以通过两套控制系统( d a q & t c 和t t c e 电子系统) 之间的比较，相互改善以达 到更好的控制效果 其次，d a q & t c 系统要模拟太空的环境( 主要是热边界) ，譬如u s s 支架， 还要控制二氧化碳的压强( 通过控制储液器温度完成) ，来给 l - r c s 功能件工程测 试提供不同的工况用于实验测量。 最后，d a q & t c 系统要监测系统的运行状况，包括实时的温度，压力等数据 的显示，还有这些数据的包存以供后来的分析。 以上是d a q & t c 系统必须完成的三大任务，下面将介绍系统设计的具体要求。 3 1 系统设计要求以及基本解决方案 系统采集的具体设计要求 1 信号通道数量 同时采集2 0 0 数据 2 数据采集的精度 p t l 0 0 0 温度计，0 3 热电偶温度计，0 5 d p s 。l o m b a r a p s ，l b a r p u m p 频率信号测量，2 3 采样周期 p t l 0 0 0 ，少于2 秒 热电偶，少于2 秒 4 数据格式 自动标明数据名称 自动记录数据时间 文件名按时间分类 3 r e f e rt ow w w n i ，c o m 5 数据记录安全性 不会因为电脑死机或者断电而丢失已测量的数据 温度控制的设计要求 6 储液器( 恒温) 温度控制精度 稳定时温度变化不超过l 稳定时间l o 分钟 7 u s s 支架( 动态) 温度控制精度 稳定时温度变化不超过l 稳定时间l o 分钟 提供设定温度变化曲线输入功能 周期为9 2 分钟 峰峰值温度最大为6 8 开关控制要求( o n o f f c o n t r 0 1 ) 自动关断，计算机发出指令后1 秒内硬件部分必须关断 系统监测设计要求 9 功率监测 刷新率为3 秒1 个 精度为l 瓦 测量用电阻不超过o 1 欧姆 测量用电阻承受3 安电流时所升高温度低于l 系统安全性要求 l o 过热保护 过热自动保护，物理控制 过热自动保护，软件控制 系统管理要求 1 1 登陆密码保护 两级用户权限：普通用户，管理员 记录登入，登出，关键操作 1 2 远程监控 能使用m t p 浏览器远程监控系统运行状况 上面是t i c s 系统地面测试对d a q & t c 系统所做的具体要求。也就是说， d a q & t c 系统必须解决的一系列问题。下面将给出这系列问题的解决方案。 数据采集要求的解决方案 1 按照数据采集数量的要求，2 0 0 个通道必须并行采集完成，因此2 0 0 个通道 之间的隔离必须做好，而且须有达到要求的速度和精度。我们比较了n i 和f l u k e ， 最后决定使用f l u k e2 6 8 0 a 系列采集仪，该仪器每台可以采集1 0 0 通道信号( 1 1 4 台仪器包含5 个模块，有精确测量模块和快速测量模块，每个模块有2 0 个数据 通道) ，详细的解决方案见第3 ，4 章。 2 对于数据精确度的要求f l u k e 2 6 8 0 a 系列仪器提供了高精度的测量模块， 其高精度测量模块可达1 0 u v 精确度。详细的工程设计，接线工作，校准等见第 3 章。 3 对于采集速率的要求，f l u k e 2 6 8 0 a 系列仪器提供了高速率的测量模块，其 高速率测试模块，慢速模式，每秒可采集4 个数据。 4 对于数据文件格式的要求，已由l a b v i e w 编写的函数完成，详细的设计 和代码见第4 章和附录3 。 5 对于数据安全性要求，已由l a b v i e w 编写的函数完成，详细的设计和代 码见第4 章和附录3 。 温度控制要求的解决方案 6 7 温度控制采用p i 算法，算法实现在计算机l a b v i e w 环境下，执行器件 为通过r s 2 3 2 连接的程控电源( m o t e c h ) 。它的输出分辨率为l m a 。控制设计 见第5 章，控制效果见第6 章。 8 对于开关控制，我们使用直流继电器：( t i p l 2 2 ) 和f l u k ed i o 模块( f l u k e 2 6 8 a 附带) 自带的继电器作为开关控制的执行器件。由计算机发出指令，去开关 f l u k ed i o 模块的继电器，进而通断t i p l 2 2 直流继电器。这是一个级联式的程 控继电器。原因是f l u k ed i o 自带的继电器不能承受大于l 安的电流。详细的设 计以及描述见第4 章。 功率监测要求的解决方案 9 我们利用不锈钢管弯出小电阻( 约o 0 5 欧姆) ，这种电阻优点在于成本可 以大幅度降低，其次不锈钢热的温度电阻系数低。接着两端通过镀银导线焊接。 结果表明通3 安电流的情况下升温不超过o 3 c 。详细的设计与描述见第4 章。 系统安全性要求的解决方案 1 0 使用温度开关作为物理开关，双金属片类型的温度开关可以在达到一警报 温度的时候，自动切断当温度恢复比警报温度低的时候，再次合上。软件上通 过f l u k ed i o 模块的继电器与t i p l 2 2 直流继电器级联的电路实现。软件函数以 及详细描述见第4 章 系统管理要求的解决方案 1 1 此功能已在l a b v i e w 下编写完成，作为系统启动的保护部分，运行于系 统所有其他程序之前。详情见第4 章和附录1 。 表l - 2 列举出了d a q & t c 系统的主要功能 软件子系统功能 硬件子系统功能 用户管理功能热电偶温度采集 f l u k e 基层驱动函数p t l 0 0 0 温度采集 p i 算法器压力传感器压力采集 r s 2 3 2 驱动函数 p i 算法执行器 数据扫描功能 自动保护开关 数据记录功能储液器温度控制器 温度设定值变化调节功能 冷工况加热器的控制器 事件记录功能 启动辐射器的控制器 配置功能 u s s 支架动态温度控制器 预设温度曲线功能 远程监控 表1 2 的功能已经实现并且符合t t c s 系统功能件工程测试的要求。在下面 的章节中，会挑选表1 - 2 中介绍几个重要部分的作详细的介绍。第2 章和第3 章 将会叙述d a q & t c 所得数据的可靠性。第4 章到第6 章叙述主要功能的设计以 及p i 的设计计算和它在l a b v i e w 的代码。其余功能的代码部分将在附录l ，2 ， 3 ，4 里面有详细叙述。 3 2d a q t c 系统的由来 通过本节的介绍，你可以了解我们为什么要设计这套d a q & t c 系统，以及 它的用处，我们用它来做了些什么东西。还有我们为何不使用f l u k e2 6 8 0 自带 的d a q 软件，而自行开发这个d a q & t c 系统? 下面都给出了答案 利用基于计算机开发的d a q & t c 系统，我们成功获取了大量系统运作时的 温度，压力等数据，这对于我们分析系统，设计认证测试系统，调制控制参数， 设计控制策略，改善控制函数代码以及查找物理系统问题等提供了可靠的数据支 持 系统运行状况分析 r r c s 地面测试系统装有了2 0 0 多个温度和压力等传感器来监控自身工作情 况。我们自行设计的d a q & t c 系统可以在系统图的各个点上布置对应的温度点， 直观。虽然f l u k e2 6 8 0 a 附带的软件也有采集功能，不过不允许进行自行的再设 计，所以没有直观性。这对于一些需要迅速反应的系统状态是不利的。另外存 储的文件自动标以时间和名称，这对实验后的系统分析也是颇有好处的。f l u k e 自带的d a q 软件则无此功能。另外利用f l u k e 自带的d a q 软件导出1 天以上 的数据，计算机会进入假死状态。d a q & t c 系统则不会。 1 6 调节温度控制参数 除了在系统图上直接显示数据之外，d a q & t c 系统还可以在按照你感兴趣的 几个测试点做出若干个实时曲线图。虽然f l u k e 自带的d a q 软件可以作图，可 是它能有一个，不能满足数量上的需要。这实时的数据图对于调节p i 等控制参 数，有着重要的指导意义。 系统运作监视 我们可以通过功率检测器发现加热器件是否工作正常，通过储液器温度和泵 入口温度判断过冷度是否足够( 过冷度不够会导致泵的损害) ，通过压差计，流 量计和频率计判断泵工作是否正常，通过管路温度点观察二氧化碳在里面的流动 状况等等。 t t c e 电子控制设计提供参考 d a q & t c 系统可以在电子控制系统接入前提供备类控制参数的参考值，在此 值基础上进行调节，可节省调试的时间。 模拟组提供参考 此系统所得数据可作为模拟组所建的模型的一个实验验证，帮助其改善数学 模型，使其更接近实际情况。 以上大部分不能使用f l u k e 自带的d a q 软件直接实现。所以我们决定进行 二次开发，利用了f l u k e 提供的驱动函数库。然而此函数库提供的信息十分不详 细，特别是通讯协议，这是本论文难度最大的地方之一。详细的解决方案见附录 2 。 第2 章d a q & t c 系统的前面板设计 1 系统子面板 系统子面板设计用于了解系统的运行概况，由系统图上面对应位置标出的数 据点，给出系统的部分信息，如温度，压力，流量等。另外还提供了一些温度控 制的用户输入和输出界面。下面给出了软件系统上面对各控件的设计。 1 1 概述 此设计为了快速直观判断2 0 0 多个温度点所测何值。系统总图( 图2 - 1 ) 描述了 r r c s 功能件工程测试的主要器件包括蒸发器，冷凝器，热交换器，储液器和 泵的( 大概) 相对位置以及它们的温度，压力，流量等实时数值，这些数值得更 新周期为1 秒。所有数值均来源于f l u k e2 6 8 0 a 高精度模块采集所得。 图2 - i 软件系统总图 1 系统状态指示器 此指示器设计为显示系统运行状况，包括”正常”初始化”出错”等一些列简 化系统信息。当系统正在扫描时，它会显示为黄色，并且闪动，当遇到错误时， 会变成红色，并且显示“出错”字样 2 测试总图 测试总图设计为提供了t t c s 地面测试的大概相对位置组合图。它每秒更新 一次，上面的数值就是大概位置上所示部件的读数值( 温度，压力，流量等) 其 含义均有标明。此面板的读书会稍微滞后于监测面包的读书，不过这个滞后不会 积累。 3 热电偶温度计指示器 这些指示器设计为显示绿色，对应热电偶的读数，单位是其精度为0 3 。c 刷新率为1 秒个，其来源为f l u k e2 6 8 0 a 高速测量模块。 4p t l 0 0 0 温度计指示器 这些指示器设计为显示白色，对应p t l 0 0 0 的读数，单位是其精度为o 2 。c ， 刷新率为1 秒个，其来源为f l u k e2 6 8 0 a 高精度测量模块。 5 流量计指示器 此指示器设计为读数蓝色，经过流量计的二氧化碳的流量，单位是克每秒。 此数据是由流量计的电压值转换而得，转换表由厂商所提供。 6 绝压计指示器 此指示器设计为读数红色，两相二氧化碳的闭环回路的压强，单位是毫巴。 此数据是由绝压计的电流值转换而得，转换表由厂商所提供。 7 差压计指示器 此指示器设计为读数黄色，两相泵前后与两蒸发器之间的的压强差，单位是 毫巴。此数据是由差压计的电流值转换面得，转换表由厂商所提供。 8 监测通道数据图表 这三个面板底部的数据图表，设计为可以设定为任意三个用户感兴趣的通道， 进行前面版的实时监测或者与系统图上的温度点作对比。从左往右数，分别代表 监测面板中的1 ，2 和3 号面板。也就是说，其设置按钮就在监测面板的l ，2 和3 号横条。横也杯为相对时间( 相对启动系统的时间) ，纵坐标为测量值。本 图表刷新率为1 秒每个。这里显示的数据要比系统图显示的要更快一点。 9 监测通道值 这三个监测图表都附有的位于图表左上方的数值，它设计为显示于图表当前 时间所指示的测量值。 1 9 l o 开机时间 此指示器设计为纪录开机时间。一旦启动，它的值便成唯一值，不会随本次 测量而有任何改变，除非重新运行系统。格式为：年月日时：分：秒2 4 小时格 式。 1 1 当前时问 此致使其设计为显示当前时间，刷新时间不固定，为1 秒到2 秒之问。格式 为：年月日时：分：秒2 4 小时格式。 1 2 当前用户指示器 此指示器设计为显示当前用户的名字。这个会纪录到事件纪录文件上去，除 非用户登出，不然此值不会有任何改变。 1 3 泵开关指示器 此指示器设计为判断泵是否处于工作状态。它的值( 亮，灭) 来源于安全系 统的计算( 判断泵是否应该工作) ，是一个逻辑指示器。当此值为关时，t i p l 2 2 继电器会断开，供应给泵的电压为零。 1 4 上预热器指示器 此指示器设计为判断上预热器是否处于工作状态。它的值( 亮，灭) 来源于 安全系统的计算( 判断预热器是否应该工作) ，是一个逻辑指示器。当此值为关 时，t i p l 2 2 继电器会断开，供应给上预热器的电压为零 1 5 下预热器指示器 此指示器设计为判断下预热器是否处于工作状态。它的值( 亮，灭) 来源于 安全系统的计算( 判断下预热器是否应该工作) 。是一个逻辑指示器。当此值为 关时，t i p l 2 2 继电器会断开，供应给下预热器的电压为零 1 6 上蒸发器指示器 此指示器设计为判断上蒸发器是否处于工作状态。它的值( 亮，灭) 来源于 安全系统的计算( 判断上蒸发器是否应该工作) ，是一个逻辑指示器。当此值为 关时，t i p l 2 2 继电器会断开，供应给上蒸发器的电压为零 1 7 下蒸发器指示器 此指示器设计为判断下蒸发器是否处于工作状态。它的值( 亮，灭) 来源于 安全系统的计算( 判断下蒸发器是否应该工作) ，是一个逻辑指示器。当此值为 关时，t i p l 2 2 继电器会断开，供应给下蒸发器的电压为零 1 8 系统信息窗 此指示窗口设计为实时用文字具体叙述系统的运作情况。逐行输出包括用户 登陆，系统初始化和扫描状态，参量改变以及系统错误的详细代码。这些信息会 纪录在事件纪录文件上，根目录l o g 文件夹内。 1 9 泵警报气泡 这是一个设计为对泵起报警作用的气泡。系统正常运作时，它是不可见的。 如果有错误发生在预热器，蒸发器等器件上，在继电器关闭泵后，此气泡就会出 现并且闪动。 2 0 上预热器警报气泡 这是一个设计为对上预热器起报警作用的气泡。系统正常运作时，它是不可 见的。如果有错误发生在预热器，在继电器关闭预热器后，此气泡就会出现并且 闪动 2 l 下预热器警报气泡 这是一个设计为对下预热器起报警作用的气泡。系统正常运作时，它是不可 见的。如果有错误发生在预热器，在继电器关闭预热器后，此气泡就会出现并且 闪动 2 2 上蒸发器警报气泡 这是一个设计为对上蒸发器起报警作用的气泡。系统正常运作时，它是不可 见的。如果有错误发生在蒸发器，在继电器关闭蒸发器后，此气泡就会出现并且 闪动 2 3 下蒸发器警报气泡 这是一个设计为对下蒸发器起报警作用的气泡。系统正常运作时，它是不可 见的。如果有错误发生在蒸发器，在继电器关闭蒸发器后，此气泡就会出现并且 闪动 2 4 运行按钮 此按钮启动设计为让系统开始工作。开始采集数据，控制温度等。当系统处 于就绪状态，此按钮为有效的，系统没处于就绪状态或者系统已经处于运行状态， 此按钮无效。 2 5 配置按钮 此按钮设计为让配置各通道所采集的信号。配置文件及时上传到f l u k e2 6 8 0 a 仪器。系统处于就绪状态是，它是有效的，当系统处于未就绪或者已经运行时， 此按钮无效。 2 6 关机按钮 此按钮设计为让系统关闭。当系统处于就绪状态，此按钮为有效的，系统没 处于就绪状态或者系统已经处于运行状态，此按钮无效，必须先执行暂停操作然 后才能关机。 2 7 暂停按钮 此按钮设计为暂停本次数据采集，温度控制等操作。暂停过后，系统处于就 绪状态。此时若开始新的采集( 按运行) ，所有数据将会纪录在新的文件，时间 点为新的开始时间点。若想结束实验，按关机退出系统。 2 i 2 8 储液器温度设定控件 次控件可以设计为让用户输入储液器的设定温度，设定完毕后，假设温度控 制已经打开，系统就会使用p i 控制使储液器上的监测点温度接近设定温度。其 单位为。 2 9 储液器加热带功率指示器 此指示器设计为显示加到储液器加热带上面的电功率。信号来源是程控电源 ( m o t e c h ) 所发出的数字信号。 如储液器当前温度指示器 此指示器设计为显示贴在储液器底部的p t l 0 0 0 温度计的温度数值。刷新时 间为1 秒。 3 l 储液器温度控制开关 储液器的温度控制设计为p i 算法，p i 算法实现在软件，软件上的算法一直 会运行。如果当此开关处于打开状态，软件计算所得的值将会传输到程控电源 ( m o t e c h ) 上，变为真实电压输出：假如此开关为断开，则计算所得数值并 不会被发送到m o ，陋c h 上去。 3 2u s s 支架温度设定控件 次控件设计为让用户输入u s s 支架的设定温度，设定完毕后，假设温度控制 已经打开，系统就会使用p i 控制使储液器上的监测点温度接近设定温度。其单 位为。 3 3u s s 支架当前温度指示器 此指示器设计为显示贴在u s s 支架的热电偶温度计的温度数值。刷新时间为 1 秒。 3 5u s s 支架加热电阻功率指示器 此指示器设计为显示加到u s s 支架加热电阻上面的电功率。信号来源是程控 电源( m o t e c h ) 所发出的数字信号。 3 6 u s s 支架温度控制开关 u s s 支架的温度控制设计为p i 算法，p i 算法实现在软件，软件上的算法一 直会运行。如果当此开关处于打开状态，软件计算所得的值将会传输到程控电源 ( m o ，陀c h ) 上，变为真实电压输出：假如此开关为断开，则计算所得数值并 不会被发送到m o t e c h 上去。 3 7u s s 支架设定温度变化曲线开关 此开关设计为控制u s s 支架设定温度是否随预设的曲线去变化( 动态控温模 式) ，如果是关闭，则u s s 支架控温程序运行在恒温控制模式。 2 监测面板 监视面板显示用户关注的通道的数值随时间的变化。此面板有一大图表可容 纳八个数据通道同时显示，可以利用它来对关注的通道数值作详细的比较。 2 1 监测面板总览 倒2 - 2 盗舢面板总览 1 总数据图表 此图表设计为可以同时显示最多八颜色八通道信号的值，横坐标为相对时间 ( 相对开机时间) ，纵坐标为测量值。横纵坐标均可调，也可自动调整。 2 时间轴 相对开机的事件，格式为：时：分：秒。 3y 轴 y 轴为测量值，可以是温度，流量，压力，频率，具体单位根据所选定的对 象而不用。 4 b c n 选择按钮 设置b c n 的号码，选择观测通道必须选择b c n 号码，m o d u l e 号码和c h a n n e l 号码，才能唯一确定所需要观测的通道。 5m o d u l e 选择按钮 设置m o d u l e 的号码，选择观测通道必须选择b c n 号码， c h a n n e l 号码，才能唯一确定所需要观测的通道。 6c h a n n e l 选择按钮 设置c h a n n e l 的号码，选择观测通道必须选择b c n 号码，m o d u l e 号码和 c h a n n e l 号码，才能唯一确定所需要观测的通道。 7 通道当前值显示器 当选择了唯一的通道以后，并且配置正确完备，此显示器便会显示该通道的 读数，其值与总数据图表当前值一致。单位依据所选通道所测物理量而不同。 s 数据线颜色指示器 此指示器设计为显示不同颜色数据线所对应的序号，用以分辨所测之物理量。 9 具前台显示功能的按钮组 第1 ，2 ，3 条按钮具有前台显示功能，其结果会显示在系统面板。见第一节 的介绍。 1 0 不具备前台显示功能的按钮 此5 通道的按钮不会显示在前台。 3 冷凝器面板 冷凝器面板设计用于观测冷凝器上的温度变化，分别对应于w a k e 冷凝器和 r a m 冷凝器 3 1 总览 所有用于此面板的温度计均为t 型热电偶，其刷新时间为1 秒。 图2 - 3 冷凝器面板总览( p r o v i d e db yj o h a n n e s ，n l r ) 4a c c u p u m p s t a r t u pr 面板 a c c u p u m p s t a r t u p _ r 面板设计观测储液器，泵和启动辐射器的温度观测 4 1 总览 所有用于此面板的温度计均为t 型热电偶，其刷新时间为1 秒。 图a c c u p u m p s t a r t u p _ r 面板总览 5u s s c ol d0 r b it l i x 面板 u s s c o l do r b i t h x 面板用于观测热交换器，u s s 支架和冷工况加热器的温度 分布以及随时间的变化。 5 1 总览 所有用于此面板的温度计均为t 型热电偶，其刷新时间为1 秒。 | 玺| 2 - 5u s s c o i do r b i # h x 面板总兑 6 设置面板 设置面板主要用于对动态控温