摘要:航空發(fā)動機位置檢測是發(fā)動機的重要檢測項目,位置檢測可以通過在檢測位置加裝專用電阻式位置傳感器來實現(xiàn),電阻式位置傳感器將位置的變化轉換成與之呈線性關系的電阻值的變化,然后再經阻值測量電路,實現(xiàn)對位置信號的測量。本文設計了一種基于恒流源方法的阻值檢測電路,較好地解決了發(fā)動機位置檢測的問題。
關鍵詞:位置檢測;電壓轉換;恒定電流;位置傳感器
1 恒流源阻值檢測電路
恒流源法是指向電阻Rx(電阻式位置傳感器阻值)提供恒定電流Is,通過測量輸出端電壓Ux可以計算出電阻值Rx的方法,如圖1所示。輸出電壓關系式為
恒流源的產生方法很多,本文利用運算放大器OP07產生,如圖2所示,由OP07組成負反饋電路,正相輸入端為固定電壓Ui,則反相輸入端也為Ui,由于OP07的輸入阻抗極高,輸入端可以認為不吸入電流,因此從R電阻上流過的電流大小固定,而且一定等于OP07輸出端流過電阻Rx的電流,由此得出電流Is的關系式為
但實際使用中發(fā)現(xiàn),恒流效果并不理想,究其原因是運算放大器正相輸入端電壓的穩(wěn)定性不好造成的。解決的辦法是利用高精度的恒壓源AD581輸出穩(wěn)定電壓作為運算放大器正相輸入端電壓,有效地提高了恒流效果,最終的電阻值測量電路如圖3所示。
2 電壓轉換電路
為了把電阻式位置傳感器輸出的電壓信號轉換成-5V~5V范圍送入數(shù)據(jù)采集卡,以滿足計算機檢測的需要,還需要利用運算放大器OP07設計電壓放大器、電壓跟隨器和減法器組成調理電路。
根據(jù)運算放大器工作原理可知,圖4中圖3電阻值測量電路
由式(3)得閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為:
這樣就形成了電壓放大器,電壓放大倍數(shù)與運算放大器本身的參數(shù)無關。
式(4)中,當R1→∞(斷開)或RF=0時,則
這樣就形成了電壓跟隨器,電壓跟隨器能有效地提高電壓輸入信號的阻抗。
由圖5可列出關系式
根據(jù)運算放大器工作原理可知u-≈u+,由式(6)可得出
當R1=R2=R3=RF時,式(7)變?yōu)?br />
這樣就形成了減法器,減法器的輸出電壓u0等于兩個輸入電壓的差值。
3 位置檢測電路
X2位置檢測電路如圖6所示,AD581輸出的+10V穩(wěn)定電壓經過電阻分壓產生+1V的基準電壓,根據(jù)式(4)將電阻(圖6中虛線框電阻)選擇為250Ω將會形成4mA的恒定電流。若傳感器(圖6中的X2)的阻值范圍是0~2kΩ,所以4mA恒定電流流過傳感器產生0~8V的電壓,再加上1V的基準電壓,送入由運算放大器OP07制作的減法器的正相輸入端是1v~9V范圍的電壓。另外,AD581輸出的+10V穩(wěn)定電壓經過電阻分壓產生+5V的電壓經過電壓跟隨器送入減法器的負相輸入端。根據(jù)減法器的原理,其輸出電壓范圍在-4v~4v,該電壓通過放大倍數(shù)為1.25的放大器最終形成-5V~5V范圍的電壓信號,經過穩(wěn)壓二極管限壓后,送入數(shù)據(jù)采集卡的7通道。
4 位置檢測電路實驗
某型發(fā)動機位置檢測電路的精度要求是±1‰,同時要求輸入一輸出嚴格呈線性關系。下面利用精密電阻模擬X2傳感器對X2位置檢測電路進行實驗,在0~2kΩ范圍內每隔250Ω模擬X2傳感器阻值,同時測量檢測電路輸出。實驗重復進行三次,然后對三次測量數(shù)據(jù)取平均值作為實際輸出值,并與理論輸出值比較,如表1所示。
5 結論
本文基于恒流源方法設計了發(fā)動機位置檢測電路,該電路經實際使用,檢測精度達到了±1‰,且輸入一輸出嚴格呈線性關系,很好地滿足了發(fā)動機位置檢測的要求,此電路選擇不同的電阻(圖6中虛線框電阻),可滿足不同位置傳感器的要求,具有很好的通用性。