飞行试验过程中,试验舱内侧壁与大底温度数据的测量可以获取表面防热结构不同深度的温度,对热防护工作甚至整个系统试验的安全顺利进行都有着重要意义。考虑到试验舱内复杂的电磁环境,且舱内不同部位的温度变化差异较大,所以对温度测量装置的精度与可靠性提出了更高的要求。本文研究并设计了一种高精度的分层温度测量装置,测温通道数为4,可根据测温范围选取热电偶或铂电阻进行温度测量,并对温度信号进行变换、调理、采集与编码,上传采样数据给上位机或遥测设备进行分析。本文结合国内外温度采集的研究现状和设备的使用需求,确定了数据的传输模式和采样方式,提出了整体的设计方案。针对不同通道的测温范围,分别选用S型、K型热电偶与铂电阻pt1000作为测温的敏感元件。根据热电偶的测温特点与分度号的区别,对应设计了以AD8495和AD590为核心的两种冷端补偿的硬件电路方案,同时介绍了补偿导线的比对选型,以提高设备对环境温度的适应能力;根据铂电阻的测温原理,通过对其驱动方式的分析,提出并设计了一种高精度的恒流源驱动的四线制测温方式,对关键技术恒流源的设计进行了对比分析和优化设计,可以有效地去除自身线阻的影响和减小自热效应,提高测量精度。为提高设备对复杂电磁环境的抗干扰能力,采用差分的方式进行增益调整并进行滤波设计,包括RF射频滤波、二阶压控低通滤波,来滤除环境中射频干扰以及线路传输过程中的串扰。在采集量化方面,针对温度信号采样频率低、采集精度要求高的特点,选用Σ-Δ型ADC进行模数转换,本文介绍了Σ-Δ型ADC应用的过采样、数字抽取滤波和噪声整形技术,分析其高分辨率和低噪声的采样机理。采用双定时器程序设计优化模拟开关切换、A/D转换和串口通信的时序逻辑,实现均匀采样和统一的数据编帧、转发,并通过分析和验证抽取滤波器的选取与抽取比的大小对采集精度的影响,实现高精度的信号采集。通过搭建测试平台对温度测量装置进行全面测试,并针对装置的可靠性与测量精度展开了分析与总结,验证了设计的可行性。