基于恒流源的航空發(fā)動(dòng)機(jī)位置檢測電路設(shè)計(jì)

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(jì)算出電阻值Rx的方法，如圖1所示。輸出電壓關(guān)系式為

恒流源的產(chǎn)生方法很多，本文利用運(yùn)算放大器OP07產(chǎn)生，如圖2所示，由OP07組成負(fù)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(rèn)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(guān)系式為

但實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，恒流效果并不理想，究其原因是運(yùn)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(yùn)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(zhuǎn)換電路

為了把電阻式位置傳感器輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成-5V～5V范圍送入數(shù)據(jù)采集卡，以滿足計(jì)算機(jī)檢測的需要，還需要利用運(yùn)算放大器OP07設(shè)計(jì)電壓放大器、電壓跟隨器和減法器組成調(diào)理電路。
根據(jù)運(yùn)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(yùn)算放大器本身的參數(shù)無關(guān)。
式(4)中，當(dāng)R1→∞(斷開)或RF=0時(shí)，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(hào)的阻抗。

由圖5可列出關(guān)系式

根據(jù)運(yùn)算放大器工作原理可知u-≈u+，由式(6)可得出

當(dāng)R1=R2=R3=RF時(shí)，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(gè)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(jīng)過電阻分壓產(chǎn)生+1V的基準(zhǔn)電壓，根據(jù)式(4)將電阻(圖6中虛線框電阻)選擇為250Ω將會(huì)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(chǎn)生0～8V的電壓，再加上1V的基準(zhǔn)電壓，送入由運(yùn)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(jīng)過電阻分壓產(chǎn)生+5V的電壓經(jīng)過電壓跟隨器送入減法器的負(fù)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(hào)，經(jīng)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(shí)驗(yàn)

某型發(fā)動(dòng)機(jī)位置檢測電路的精度要求是±1‰，同時(shí)要求輸入一輸出嚴(yán)格呈線性關(guān)系。下面利用精密電阻模擬X2傳感器對(duì)X2位置檢測電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在0～2kΩ范圍內(nèi)每隔250Ω模擬X2傳感器阻值，同時(shí)測量檢測電路輸出。實(shí)驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行三次，然后對(duì)三次測量數(shù)據(jù)取平均值作為實(shí)際輸出值，并與理論輸出值比較，如表1所示。

5 結(jié)論

本文基于恒流源方法設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)位置檢測電路，該電路經(jīng)實(shí)際使用，檢測精度達(dá)到了±1‰，且輸入一輸出嚴(yán)格呈線性關(guān)系，很好地滿足了發(fā)動(dòng)機(jī)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。