微波功率量热计负载及整体结构设计

提出了非常高的要求。在量热计结构的初步设计中，我们采用了双负载量热计结构。在控温精度要求方面整体结构采用了三层桶的结构，外层为薄壁铝制圆筒，中间为大质量大热容铜制控温筒，内层为铜制内桶，铜制控温桶表面贴敷加热电阻膜，并通过贴敷在该桶表面的测温电阻温度的变化量由控温设备控制加热功率的大小以实现其表面温度稳定度达到0.05摄氏度以内。薄壁外层铝桶与外层铜制控温桶之间的变化量由控温设备控制加热功率的大小， 填充泡沫塑料，用以减小整体与外界的热交换。

功率输入端口采用不锈钢制薄壁波导，该设计得主要目的是减少整段波导传输线的热量损耗。内外铜桶之间采用塑料质地的隔热波导段，其波导连接表面与波导腔内壁镀金，采用原因是因为热容传输线质量较大，而不锈钢薄壁波导其承载荷较低，容易发生损坏。在负载与内桶盖热容传输线与外桶盖热容传输线间采用不锈钢薄壁波导隔热传输线，保证内桶的热量交换不受环境的影响和准确测温的要求。

微波传输通道结构如图10所示。

图10 微波信号传输通道示意图

4.2 量热计结构的热力学分析。

量热计内外铜桶的热力学结构仿真结果如图11所示：

图11 控温桶热学仿真图

该热力学仿真所处的仿真环境为：铜制外桶表面温度35摄氏度衡定，由热力学分布图可知其内桶内部温度比较稳定，在热容传输线与非金属隔热波导段之间略有温度损耗，但对整体的温度稳定性影响并不是很大，所以从仿真结构来看量热计热力学结构设计基本符合要求。

4.3 量热计的控温技术研究。

在设计中，考虑到自身的控温要求与环境以及成本，我们确定了采用外层填充泡沫塑料，多层桶结构，外表面控温的基本方案。并在控温技术中采用了模糊PID控制技术。

（1）模糊PID控温技术简介

在量热计控温系统中，我们采用了模糊PID控制系统，控制系统结构如图12所示：

图12 控温系统结构图

PID温度控制器的控制规律为：

由于系统中模糊控制器是实施运行的，所以要求解模糊器的计算要相对简单，不在此处进行讨论。

（2）实际控温实验结果

控温数据采集时间设定为10个小时，从初始加热开始采集，目标控温温度为22.000摄氏度，图13、14为控温数据图，由图可以看出，升温开始到温度基本稳定需要5-6个小时，而温度变化量小于千分之五摄氏度则需要8小时左右，由图13、14数据，控温指标基本达标，满足系统进行进一步定标实验的要求。

图13 控温数据图（整个控温过程10小时）

图14 控温数据图（温度基本稳定）

5 结论

由以上分析，文中所设计的量热计用负载以及整体恒温结构基本满足项目要求，但是量热计的设计是一个复杂而反复的过程，通过数值计算及软件仿真所得到的结论经实验验证之后，需要进一步的优化设计用以得到更加精确的试验数据以满足量热计对实验结果的准确要求。