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航空發動機壓力傳感器檢測電路的制作方法
【專利摘要】本發明提出的一種航空發動機壓力傳感器檢測電路，壓力傳感器分別通過傳感器環路檢測單元和輸入儀表放大器電連接AD轉換單元；壓力傳感器惠斯登電橋四個檢測電阻的電壓輸入儀表放大器U2，儀表放大器U2將采集到的電壓值傳輸到AD轉換單元，環路檢測單元檢測惠斯登電橋四個檢測電阻上的檢測點壓降，經過環路檢測電路上的運算放大器運放處理后送到AD轉換單元，發動機電子控制器CPU根據其中一路環路檢測電路的輸出電壓值，依據AD轉換單元AD轉換后電壓判斷壓力傳感器電橋檢測點故障。本發明具有電壓穩定可靠，輸出電壓紋波非常小，測試精度高，不會影響P3壓力輸出的毫伏級電壓差值。經過實際測試最大誤差不超過0.05bar。
【專利說明】航空發動機壓力傳感器檢測電路

【技術領域】
[0001]本技術適用于采用應變電阻組成的惠更斯平衡電橋的壓力傳感器檢測電路，尤其是航空發動機壓力傳感器的檢測電路。

【背景技術】
[0002]隨著集成電路和半導體技術的發展，出現了以半導體材料的壓阻效應為原理制成的半導體力敏傳感器，而其中的硅壓阻式壓力傳感器因具有體積小、性能高、廉價等優點得到了廣泛應用。但利用擴散技術形成的電橋阻值易隨溫度改變，并且壓阻元件的壓阻系數具有較大的負溫度系數，這些易引起電阻值與電阻溫度系數的離散，導致壓力傳感器的熱靈敏度漂移和零點漂移。誤差來源由于半導體材料對溫度十分敏感，壓阻式壓力傳感器的四個檢測電阻多接為惠斯登電橋形式，其有恒流和恒壓兩種工作方式。
[0003]壓力傳感器是一種常用的檢測裝置，在多個行業中都有一定的應用。用戶在使用壓力傳感器的時候確定如何檢測壓力傳感器顯得十分重要。航空發動機P3壓力傳感器主要采用的是應變電阻組成的惠更斯平衡電橋，電橋供應電壓9.5V?10.5V，激勵邊阻抗為
0.9?1K Ω，信號邊阻抗為0.8?4K Ω，壓力范圍O?1300KPa絕對壓力，對應輸出電壓為O?26mV，輸出電壓與施加的絕對壓力呈線性關系。由此對發動機電子控制器P3壓力傳感器檢測電路要求提供穩定可靠地激勵電源，有激勵回路檢測電路，對P3輸入信號進行高精度低漂移放大。
[0004]壓力傳感器常用的檢測方法有3種:
1、加壓檢測，用標準的壓力源，給傳感器壓力，按照壓力的大小和輸出信號的變化量，對傳感器進行校準。并在條件許可的情況下，進行相關參數的溫度檢測。
[0005]2、零點的檢測，用萬用表的電壓檔，檢測在沒有施加壓力的條件下，傳感器的零點輸出。這個輸出一般為mV級的電壓，如果超出了傳感器的技術指標，就說明傳感器的零點偏差超范圍。
[0006]3、橋路的檢測，主要檢測傳感器的電路是否正確，一般是惠斯通全橋電路，利用萬用表的歐姆檔，量輸入端之間的阻抗、以及輸出端之間的阻抗，這兩個阻抗就是壓力傳感器的輸入、輸出阻抗。如果阻抗是無窮大，橋路就是斷開的，說明傳感器有問題或者引腳的定義沒有判斷正確。上述檢查方法雖然簡單方便，但對于航空發動機壓力傳感器的檢查并不適用，而且測試精度不高。由于P3傳感器輸入到發動機控制器的是毫伏級的電壓差，該電壓差需要經過高精度低漂移的儀表放大器極高放大倍數才能獲取P3壓力值。
[0007]航空發動機電子控制器外接P3壓力傳感器為應變電阻組成的惠更斯平衡電橋。壓力傳感器正常工作電流一般在5?10mA，如果發生壓力傳感器內部短路或傳感器線路破損等故障時容易將發動機電子控制器的壓力傳感器供電電路損壞。為了不影響平衡電橋正常工作，回路檢測電阻一般阻值較小。為了避免航空發動機壓力傳感器惠更斯平衡電橋激勵輸入電源引入干擾信號，通常要求壓力傳感器激勵供電輸出必須具有限流保護功能且輸出電流控制在1mA左右，供電要求電壓精度高、紋波小。


【發明內容】

[0008]本發明的任務是提供一種工作穩定可靠，測試精度高，具有激勵輸出短路不會造成發動機電子控制器損壞，能夠獲取發動機壓力值，尤其是能夠判斷壓力傳感器是否工作正常的航空發動機P3壓力傳感器的檢測電路。
[0009]本發明的上述目的可以通過以下措施來達到，一種航空發動機壓力傳感器檢測電路，包括激勵電源、環路檢測單元和輸入儀表放大器，其特征在于:激勵電源通過電連接在比較放大器UlA反向輸入端與輸出端之間的積分電容C3和輸出端限流電阻Rll并聯的三極管Q4、三極管Q3，經Q4導通后將Q3基極電壓拉低，截止Q3，組成基準電壓激勵輸出關斷限流保護電路；激勵電源電連接發動機電子控制器外接壓力傳感器，壓力傳感器分別通過傳感器環路檢測單元和輸入儀表放大器電連接AD轉換單元；壓力傳感器惠斯登電橋四個檢測電阻的電壓輸入儀表放大器U2，將采集到的電壓值傳輸到AD轉換單元，環路檢測單元檢測惠斯登電橋四個檢測電阻上的檢測點壓降，經過環路檢測電路上的運算放大器運放處理后送到AD轉換單元，發動機電子控制器CPU根據其中一路環路檢測電路的輸出電壓值，依據AD轉換單元AD轉換后電壓判斷壓力傳感器電橋檢測點故障。
[0010]本發明相比于現有技術具有如下有益效果。
[0011]激勵電源穩定、可靠、紋波小。本發明采用激勵電源通過電連接在比較放大器UlA反向輸入端與輸出端之間的積分電容C3和輸出端限流電阻Rll并聯的三極管Q4、三極管Q3，Q4導通后將Q3基極電壓拉低，截止Q3，組成基準電壓激勵輸出關斷限流保護電路，輸出電壓穩定可靠，紋波非常小，不會影響P3壓力輸出的毫伏級電壓差值，保護壓力傳感器激勵電源電路不會過流損壞。為航空發動機P3壓力傳感器檢測技術提供了穩定可靠的激勵電源輸出。P3激勵電源輸出的電流強度適中，即使P3激勵輸出短路也不會造成發動機電子控制器損壞。
[0012]本發明根據航空發動機P3壓力傳感器輸入到發動機控制器的O?26mV電壓差的特性，采用高精度低漂移，可以放大100倍左右的輸入信號儀表放大電路獲取P3壓力值，解決了 P3傳感器電壓差微弱，壓力值獲取困難的問題。
[0013]本發明保護和檢測功能完善，經過長期試驗證明該電路工作穩定可靠，測試精度高，經過實際測試最大誤差不超過0.05bar,普遍誤差在0.0lbar左右。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0015]圖1是本發明航空發動機壓力傳感器檢測電路框圖。
[0016]圖2是圖1壓力傳感器激勵電源的電路原理示意圖。
[0017]圖3圖1的電路原理示意圖。

【具體實施方式】
[0018]參閱圖1、圖2。航空發動機壓力傳感器由應變電阻組成的惠更斯平衡電橋，其檢測電路主要包括壓力傳感器激勵電源、壓力傳感器環路檢測單元和壓力傳感器輸入儀表放大器。激勵電源通過電連接在比較放大器UlA反向輸入端與輸出端之間的積分電容C3和輸出端限流電阻Rll并聯的三極管Q4、三極管Q3，Q4導通后將Q3基極電壓拉低，截止Q3，組成基準電壓激勵輸出關斷限流保護電路；激勵電源電連接壓力傳感器，壓力傳感器分別通過傳感器環路檢測單元和輸入儀表放大器電連接AD轉換單元；壓力傳感器惠斯登電橋四個檢測電阻的電壓輸入儀表放大器U2，儀表放大器U2將采集到的電壓值傳輸到AD轉換單元，環路檢測單元檢測惠斯登電橋四個檢測電阻上的檢測點壓降，經過環路檢測電路上的運算放大器運放處理后送到AD轉換單元，發動機電子控制器CPU根據其中一路環路檢測電路的輸出電壓值，依據AD轉換單元AD轉換后電壓判斷壓力傳感器電橋檢測點故障。
[0019]壓力傳感器激勵電源包括:分壓電阻R5和R7并聯限流電阻R6、濾波電容Cl和接地電阻R7并聯電容C2組成的并聯回路，并聯于比較放大器UlA反向輸入端與輸出端之間的積分電容C3和輸出端限流電阻R11，經三極管Q4并聯積分電容C3的電阻電阻R12，以及經電阻Rll并聯的三極管Q4、三極管Q3及其外圍電阻R8、電阻R9、電阻RlO和二極管D1，電阻R3、電阻R14和二極管D2。發動機電子控制器提供的IOV基準電壓經限流電阻R6限流和濾波電容Cl濾波輸入UlA比較放大器正向輸入端，通過電阻R12采集輸出電壓到UlA比較器負端，比較器輸出經Rll限流后控制Q3導通，Q3導通后+15V的電流經過限流電阻RlO和Q3，從Q3發射極輸出電流到電流采樣電阻R13，從R13輸出IOV電壓到外部壓力傳感器，該輸出就是壓力傳感器激勵電源正端。UlA比較放大電路中的積分電容C3為抑制紋波的負反饋器件，可以讓輸出電壓紋波較小。
[0020]其次，發動機電子控制器提供的IOV基準電壓同樣經電阻R5和R7分壓，該分壓值經過電容C2濾波后到三極管Q4，由于分壓值大小使得Q4處于截止狀態，該分壓值再增加一點就可以讓Q4處于導通，采樣電阻R13上電壓經過電阻R8和R9后就可以和該分壓值疊加并使得Q4導通。壓力傳感器正常工作電流一般在5?10mA。當外部壓力傳感器輸出電流過大時，電阻R13上電壓增大，該電壓與R5和R7分壓值疊加就可以將Q4導通，Q4導通后將Q3基極電壓拉低，Q3截止，壓力傳感器輸出關斷，保護壓力傳感器激勵電源電路不會過流損壞。由于Q3、Q4工作在線性狀態，壓力傳感器激勵電源輸出電壓溫度可靠、紋波小，壓力傳感器短路不會造成電路損壞。
[0021]參閱圖3。在航空發動機壓力傳感器檢測電路中，激勵電壓正從電橋電源輸入正端進入，經過電橋電源負端輸出到激勵回路檢測電阻后回到激勵電壓負端。壓力傳感器IOV激勵電壓經過惠更斯平衡電橋的Rl、R3或R2、R4兩條支路后，傳感器環路檢測單元從惠斯登電橋四個檢測電阻輸入端電橋的Rl、R3雙臂電橋接點壓力輸入正端引出電路上，電連接跨接于射運算放大器U3A正向輸入端與輸出端電阻R20之間，由并聯電阻R18串聯電容C7，經電阻R19組成的并聯回路，通過電阻R20串聯電阻R21，并聯電阻R22組成一個環路檢測電路I。傳感器環路檢測單元從惠斯登電橋四個檢測電阻輸入端電橋的對角電橋R3、R4雙臂接點引出電路上，連接一個由電阻R30并聯電阻R31與電容ClO構成的激勵回路，所述激勵回路通過電阻R30與電容ClO的并聯接點電連接運算放大器U4B正向輸入端，構成電壓檢測點的一個環路檢測電路2 ;并從R2、R4雙臂電橋接點引出電路上，電連接跨接于射隨放大器U3B正向輸入端與輸出端電阻R25之間，由并聯電阻R24串聯電容C8，經電阻R23組成的并聯回路，通過電阻R25串聯電阻R27組成的又一個環路檢測電路3。儀表放大器U2相連射隨放大器U3B正向輸入端，通過電阻R29并聯電容C9電連接運算放大器U4A正向輸入端構成壓力傳感器采集電壓輸出電路；上述環路檢測電路輸出電壓經過AD轉換器變換后，發動機電子控制器CPU根據可其中一路環路檢測電路的輸出電壓值判斷出壓力傳感器電橋檢測點故障。
[0022]壓力傳感器輸出電壓在O?26mV范圍內，線性對應的壓力為O?1300kpa，該電壓必須經過高輸入阻抗、高放大倍數、高精度、低溫飄的儀表放大器放大100倍左右。儀表放大器U2電路可以米用AD621儀表放大器對電橋雙臂輸入的差分電壓放大100倍，電阻R28是調節放大倍數的器件，儀表放大器U2輸出電壓經過電阻R29和電容C9限流濾波后到U4A進行射隨放大，這樣經過U4A處理后的壓力信號更加穩定可靠，U4A輸出電壓送到AD轉換單元處理。CPU根據AD轉換后電壓就可以根據傳感器線性特性計算出發動機壓力值。
[0023]電阻R3、R4橋電接點和電阻R30、R31接點處電壓為激勵回路電壓的檢測點，電阻RU R3和電阻R2、R4橋電節點處電壓為電橋雙臂電壓的檢查點，同時也是外部壓力傳感器輸入信號的正端和負端，這樣在回路中就有3個電壓檢測點。
[0024]由運算放大器U3A和U3B構成的放大電路分別為電橋兩臂的電壓檢測點電路，U4B構成的放大器檢測激勵回路也是電壓檢測點電路。壓力傳感器信號正端經過電阻R18和接地電容C7限流阻抗匹配后，輸入到運算放大器U3A正端和儀表放大器U2正端，電容C7濾波為正端輸入濾波，U3A為射隨放大器，電阻R17為反饋電阻，目的是讓U3A輸出盡快穩定。U3A輸出端串聯的電阻R20、R21為輸出限流電阻，接地電阻R22為輸出負載電阻。同樣壓力傳感器信號負端經電阻R2、R4橋電節點相連的電阻R24限流阻抗匹配后，輸入到運算放大器U3B正端和U2儀表放大器負端，電容C8濾波為負端輸入濾波，U3B為射隨放大器，電阻R23為反饋電阻，目的是讓U3B輸出盡快穩定，U3B輸出端相連的電阻R25、R27為輸出限流電阻，接地電阻R26為輸出負載電阻。激勵回路檢測電壓經過電阻R30和電容ClO限流濾波后到U4B的正端，U4B為射隨放大器，其輸出電壓值一般在0.5V左右。
[0025]一般輸出環路檢測電路1、環路檢測電路2輸出電壓在4.5V左右，環路檢測電路3輸出電壓為0.5V左右電壓，這3個電壓經過AD轉換器變換后，發動機電子控制器CPU就可以根據電壓值判斷出電橋是否短路、斷臂、阻值不匹配等故障，其中環路檢測1、環路檢測2輸出不是必須具備的，因為根據環路檢測電路3輸出電壓值同樣可以判斷雙臂是否斷開或短路，所以環路檢測電路3是必須具備的。
【權利要求】
1.一種航空發動機壓力傳感器檢測電路，包括激勵電源、環路檢測單元和輸入儀表放大器，其特征在于:激勵電源通過電連接在比較放大器UlA反向輸入端與輸出端之間的積分電容C3和輸出端限流電阻Rll并聯的三極管Q4、三極管Q3，經Q4導通后將Q3基極電壓拉低，截止Q3，組成基準電壓激勵輸出關斷限流保護電路；激勵電源電連接發動機電子控制器外接壓力傳感器，壓力傳感器分別通過傳感器環路檢測單元和輸入儀表放大器電連接AD轉換單元；壓力傳感器惠斯登電橋四個檢測電阻的電壓輸入儀表放大器U2，將采集到的電壓值傳輸到AD轉換單元，環路檢測單元檢測惠斯登電橋四個檢測電阻上的檢測點壓降，經過環路檢測電路上的運算放大器運放處理后送到AD轉換單元，發動機電子控制器CPU根據其中一路環路檢測電路的輸出電壓值，依據AD轉換單元AD轉換后電壓判斷壓力傳感器電橋檢測點故障。
2.如權利要求1所述的航 空發動機壓力傳感器檢測電路，其特征在于:壓力傳感器激勵電源包括:分壓電阻R5和R7并聯限流電阻R6、濾波電容Cl和接地電阻R7并聯電容C2組成的并聯回路。
3.如權利要求1所述的航空發動機壓力傳感器檢測電路，其特征在于:發動機電子控制器提供的1V基準電壓經限流電阻R6限流和濾波電容Cl濾波輸入UlA比較放大器正向輸入端，通過電阻R12采集輸出電壓到UlA比較器負端，比較器輸出經Rll限流后控制Q3導通，Q3導通后+15V的電流經過限流電阻RlO和Q3，從Q3發射極輸出電流到電流采樣電阻R13，從R13輸出1V電壓到外部壓力傳感器，該輸出就是壓力傳感器激勵電源正端。
4.如權利要求1所述的航空發動機壓力傳感器檢測電路，其特征在于:U1A比較放大電路中的積分電容C3為抑制紋波的負反饋器件。
5.如權利要求1所述的航空發動機壓力傳感器檢測電路，其特征在于:發動機電子控制器提供的1V基準電壓同樣經電阻R5和R7分壓，該分壓值經過電容C2濾波后到三極管Q4，分壓值大小使得Q4處于截止狀態，采樣電阻R13上電壓經過電阻R8和R9后和該分壓值疊加導通Q4。
6.如權利要求5所述的航空發動機壓力傳感器檢測電路，其特征在于:Q4導通后將Q3基極電壓拉低，Q3截止，壓力傳感器輸出關斷，保護壓力傳感器激勵電源電路不會過流損壞。
7.如權利要求1所述的航空發動機壓力傳感器檢測電路，其特征在于:壓力傳感器1V激勵電壓經過惠更斯平衡電橋的Rl、R3或R2、R4兩條支路后，傳感器環路檢測單元從惠斯登電橋四個檢測電阻輸入端電橋的Rl、R3雙臂電橋接點壓力輸入正端引出電路上，電連接跨接于射運算放大器U3A正向輸入端與輸出端電阻R20之間，由并聯電阻R18串聯電容C7，經電阻R19組成的并聯回路，通過電阻R20串聯電阻R21，并聯電阻R22組成一個環路檢測電路I。
8.如權利要求1所述的航空發動機壓力傳感器檢測電路，其特征在于:傳感器環路檢測單元從惠斯登電橋四個檢測電阻輸入端電橋的對角電橋R3、R4雙臂接點引出電路上，連接一個由電阻R30并聯電阻R31與電容ClO構成的激勵回路。
9.如權利要求8所述的航空發動機壓力傳感器檢測電路，其特征在于:所述激勵回路通過電阻R30與電容ClO的并聯接點電連接運算放大器U4B正向輸入端，構成電壓檢測點的一個環路檢測電路2 ;并從R2、R4雙臂電橋接點引出電路上，電連接跨接于射隨放大器U3B正向輸入端與輸出端電阻R25之間，由并聯電阻R24串聯電容C8，經電阻R23組成的并聯回路，通過電阻R25串聯電阻R27組成又一個環路檢測電路3。
10.如權利要求1所述的航空發動機壓力傳感器檢測電路，其特征在于:儀表放大器U2相連射隨放大器U3B正向輸入端，通過電阻R29并聯電容C9電連接運算放大器U4A正向輸入端構成壓力傳感器采集電壓輸出電路；上述環路檢測電路輸出電壓經過AD轉換器變換后，發動機電子控制器CPU根據可其中一路環路檢測電路的輸出電壓值判斷出壓力傳感器電橋檢測點 故障。
【文檔編號】G01L27/00GK104075841SQ201410265263
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月13日 優先權日:2014年6月13日
【發明者】許會元, 鄭德華, 楊正軍 申請人:四川亞美動力技術有限公司