發動機功率輸出轉軸扭矩信號匹配盒電阻檢測電路的製作方法
2023-05-04 08:08:01
發動機功率輸出轉軸扭矩信號匹配盒電阻檢測電路的製作方法
【專利摘要】本發明提出的一種發動機功率輸出轉軸扭矩信號匹配盒電阻檢測電路，包括5V供電單元、-3.75V供電單元、軸扭矩信號匹配盒偏差電阻與斜率電阻、斜率電阻檢測單元、偏差電阻檢測單元和AD轉換單元。5V供電單元通過斜率電阻和偏差電阻檢測單元將5V基準電壓送入AD轉換單元進行數模轉換，-3.75V供電單元通過並聯偏差電阻與斜率電阻並聯組成閉環迴路，偏差電阻並聯在5V供電單元與斜率電阻之間的接點上，通過斜率電阻檢測單元將5V基準電壓送入AD轉換單元進行數模轉換，發動機電子控制器根據AD轉換單元轉換後的電壓，根據電阻串聯公式計算出偏差電阻和斜率電阻的阻值。本發明解決了轉軸扭矩信號匹配盒工作電流過大產生較高溫度，以及外部匹配盒偏差電阻短路損壞的問題。
【專利說明】發動機功率輸出轉軸扭矩信號匹配盒電阻檢測電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種監測航空發動機燃氣渦輪和自由渦輪之間溫度T45的熱電偶匹配盒的檢測電路，以及航空發動機功率輸出軸扭矩信號匹配盒的檢測電路。
【背景技術】
[0002]扭矩傳感器又稱力矩傳感器、扭力傳感器、轉矩傳感器、扭矩儀分為動態和靜態兩大類，其中動態扭矩傳感器又可叫做轉矩傳感器、轉矩轉速傳感器、非接觸扭矩傳感器、旋轉扭矩傳感器等。扭矩傳感器是對各種旋轉或非旋轉機械部件上對扭轉力矩感知的檢測。扭矩傳感器將扭力的物理變化轉換成精確的電信號。扭矩傳感器可以應用在製造粘度計，電動(氣動，液力)扭力扳手，它具有精度高，頻響快，可靠性好，壽命長等優點。扭矩傳感器是一種測量各種扭矩、轉速及機械功率的精密測量儀器。應用範圍十分廣泛。隨著自控系統的不斷完善和發展，對扭矩傳感器的精度、可靠性和響應速度提出了更高的要求。發動機溫度控制盒負責限制發動機的最高燃氣溫度。每臺發動機有4個熱電偶探頭，均通過螺釘固定在渦輪機匣上，以感應渦輪機匣的溫度。每個探頭均為雙熱電偶探頭，分別有4個連接點對應於發動機電子控制組件A和B兩個電通路的正極和負極。熱電偶將感應到的排氣溫度轉變為熱電偶探測迴路電勢差，通過電子控制組件EEC計算並在顯示組件上顯示。飛機發動機溫度控制盒通過熱電偶感受發動機排氣溫度，控制排氣溫度不超過規定值。在排氣溫度達到700°C限制值時，輸出相應信號，限制燃油的供給量，降低排氣溫度；在排氣溫度達到730°C時發出停車信號，停止對發動機供油，使發動機停車。當排氣溫度超過限定溫度時，對發動機採取限油或停車控制，從而保證發動機排氣溫度不超過規定值。溫度控制盒性能的好壞直接關係到發動機的工作安全，如其發生故障，輕則影響發動機性能，重則造成事故。發動機排氣溫度顯示偏高問題目前尚無徹底解決方案，每一次更換發動機電子控制器都需要與發動機匹配的麻煩。由於發動機燃氣渦輪出口溫度T4過高，現場監測困難，通常採用監測燃氣渦輪和自由渦輪之間的溫度T45來進行測量。燃氣渦輪和自由渦輪間的溫度T45和燃氣渦輪出口溫度T4之間存在相互關聯關係，隨著負荷增大溫度T45會隨溫度T4上升，T45溫度測量的精度就定T4溫度。如果限制了溫度T45就等於限制了 T4。現有技術溫控盒常遇故障概括起來就是在一定排氣溫度下，溫控盒輸出錯誤的溫控信號，主要有兩種情況:(I)未到限制溫度卻切油、停車、告警，影響飛機飛行性能或造成空中停車；(2)超過限制溫度未切油、停車、告警，燒壞發動機。溫控盒的工作原理是:溫控盒將噴管中K型熱電偶輸出的熱電動勢值與設定的限制電壓比較來判斷發動機是否超溫。超溫時，將溫差信號調製、放大、解調、功率放大，輸出供油控制信號及座艙內告警信號。超過700°C時，輸出一定頻率和佔空比的方波信號限制燃油供油量；超過730°C時，輸出連續直流信號停止供油。溫控盒檢測儀的主要任務是模擬熱電偶工作，測量溫控盒輸出的溫控信號是否正確。根據熱電偶工作原理，控制D/A輸出熱電勢到溫控盒，溫控盒輸出溫控信號，溫控信號經調理後分為兩路:一路進入I/O埠觸發中斷，另一路進入A/D採樣。設置中斷觸發為雙邊沿，則方波信號邊沿到來時觸發中斷，系統轉入中斷處理進行計時或採樣，完成溫控信號物理量測量，同時實時顯示並保存測量結果。
[0003]航空發動機在發動機尾氣排放口的周邊配置有8個左右的熱電偶，這些熱電偶均採用並聯方式工作，這樣可以減少熱電偶的個性差異，並使得發動機熱電偶檢測較為全面。但是每臺發動機熱電偶並聯後仍然具有一定個性差異，為了使發動機電子控制器具有通用性，在發動機上配置熱電偶匹配盒，將發動機熱電偶的差匹配盒中的斜率電阻和偏差電阻來表示。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對現有技術存在的不足之處，提供一種能夠確保轉軸扭矩信號匹配盒輸出電壓準確，為發動機及其電子控制器的設計維護提供便利的發動機功率輸出轉軸扭矩信號匹配盒電阻檢測電路，以解決轉軸扭矩信號匹配盒工作電流過大產生較高溫度，以及外部匹配盒偏差電阻短路損壞的問題。
[0005]本發明的上述目的可以通過以下措施來實現，一種發動機功率輸出轉軸扭矩信號匹配盒電阻檢測電路，包括5V供電單元、-3.75V供電單元、軸扭矩信號匹配盒偏差電阻與斜率電阻、斜率電阻檢測單元、偏差電阻檢測單元和AD轉換單元，其特徵在於:5V供電單元通過斜率電阻檢測單元和偏差電阻檢測單元將5V基準電壓送入AD轉換單元進行數模轉換，-3.75V供電單元通過並聯偏差電阻與斜率電阻並聯組成閉環迴路，偏差電阻並聯在5V供電單元與斜率電阻之間的接點上，通過斜率電阻檢測單元將5V基準電壓送入AD轉換單元進行數模轉換，發動機電子控制器根據AD轉換單元轉換後的電壓，根據電阻串聯公式計算出偏差電阻和斜率電阻的阻值。
[0006]使用上述發動機功率輸出轉軸扭矩信號匹配盒電阻檢測電路的轉軸扭矩信號匹配盒，包括與發動機功電子控制器相連的偏差電阻組合線陣和斜率電阻組合線陣，其特徵在於:偏差電阻組合線陣由電阻Rl?R8串聯而成，斜率電阻組合線陣由電阻R9?R16串聯而成，且每隻電阻兩端端均由印製導線短接為獨立的並聯迴路，在每隻電阻印製導線輸入端上均設有供現場實際測量，接入電路中測量電阻的截斷節點；電子控制器通過斜率電阻檢測電路測量斜率電阻R9?R16的不同組合值，獲得相應的斜率電阻R#4，測量偏差電阻Rl?R8的不同組合值，獲得相應的偏差電阻R偏，
本發明具有如下有益效果。
[0007]本發明採用5V供電單元、-3.75V供電單元並聯轉軸扭矩信號匹配盒偏差電阻與斜率電阻，通過斜率電阻檢測單元、偏差電阻檢測單元AD轉換單元，將5V基準電壓送入AD轉換單元進行數模轉換，發動機電子控制器根據AD轉換單元轉換後的電壓，根據電阻串聯公式計算出偏差電阻和斜率電阻的阻值確保了輸出電壓準確，避免轉軸扭矩信號匹配盒工作電流過大產生較高溫度，以及外部匹配盒偏差電阻短路損壞的問題。通過匹配盒的配套方式將發動機輸出功率軸扭矩傳感器的個性差異用斜率和偏差電阻進行表示，發動機電子控制器就可以設計為通用型，為發動機及其電子控制器的設計維護提供了極大的便利。
[0008]本發明僅需採集偏差修正電阻值和斜率修正電阻值，即可獲得該臺發動機的偏差修正係數和斜率修正係數，從而免卻了在外場進行參數調整的麻煩，可以避免每一次更換發動機電子控制器都需要與發動機匹配的麻煩，顯著提高了發動機外場保障的效率。【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明發動機功率輸出轉軸扭矩信號匹配盒電阻檢測電路框圖。
[0010]圖2是圖1的檢測電路原理示意圖。
[0011]圖3是轉軸扭矩信號匹配盒的電路原理示意圖。
【具體實施方式】
[0012]參閱圖1。發動機功率輸出轉軸扭矩信號匹配盒電阻檢測電路主要由5V供電單元、-3.75V供電單元、斜率電阻檢測單元、偏差電阻檢測單元和AD轉換單元組成。5V供電單元通過斜率電阻和偏差電阻檢測單元將5V基準電壓送入AD轉換單元進行數模轉換，-3.75V供電單元通過並聯偏差電阻與斜率電阻並聯組成閉環迴路，偏差電阻並聯在5V供電單元與斜率電阻之間的接點上，通過斜率電阻檢測單元將5V基準電壓送入AD轉換單元進行數模轉換，發動機電子控制器根據AD轉換單元轉換後的電壓，根據電阻串聯公式計算出偏差電阻和斜率電阻的阻值。
[0013]參閱圖2。5V供電單元由5V基準電壓輸入端電阻R1、並聯接地電容Cl，跨接並聯在運算放大器UlA反向輸入端與輸出端的並聯積分電容C2和並聯在所述UlA輸出端的電阻R5的並聯電阻R3組成。發動機電子控制器內部提供的5V基準電壓經過電阻Rl和接地電容Cl阻抗匹配和濾波後到UlA放大器的正端，由於UlA負端輸入沒有接地電阻，UlA放大器為射隨放大器，其輸出5V電壓到斜率電阻R12和偏差電阻Rll的公共正端。積分電容C2可以讓輸出電壓更穩定、紋波小，電阻R5為輸出限流電阻，電阻R3為5V輸出端反饋電阻，可以確保經過限流電阻R5後的輸出電壓為5V。
[0014]-3.75V供電單元由5V基準電壓輸入端電阻R9、跨接並聯在運算放大器UlB反向輸入端與輸出端的並聯積分電容C3和並聯在所述UlB輸出端的電阻R6的並聯電阻RlO組成。發動機電子控制器內部提供的5V基準電壓經過R9到UlB放大器的負端輸入，UlB放大器正端直接接地，UlB輸出電壓等於5VX (-R10 + R9)。合理選取電阻R9和RlO的阻值就可以讓UlB輸出-3.75V電壓，為了確保輸出電壓準確，電阻R9和RlO採用阻值精度小於
0.1%，溫飄小於10ppm/K的精密電阻。UlB輸出-3.75V電壓分別接到偏差電阻Rll和斜率電阻R12輸出串聯電阻R7和R8的負端。積分電容C3可以讓輸出電壓更穩定、紋波小，電阻R6為輸出限流電阻，電阻RlO為5V輸出端反饋電阻，
偏差電阻檢測單元包括偏差電阻串聯電阻R2並聯接地電容C4和運算放大器U2A。斜率電阻檢測單元包括斜率電阻串聯電阻R4並聯接地電容C5和運算放大器U2B。
[0015]運算放大器UlA輸出的5V電壓經過偏差電阻Rll後到偏差電阻檢測單元電阻R7，然後經過電阻R7後回到-3.75V供電單元輸出形成電流迴路。這樣偏差電阻檢測迴路中的電流強度為(5V+3.75V) + (R11+R7)，電阻R7上的電壓經過電阻R2和電容C4限流和濾波後到U2A放大器，U2A將輸入電壓射隨放大後送到AD轉換器處理，發動機電子控制器根據轉換後的電壓可以根據電阻串聯公式計算出Rll的阻值。在確保5V電壓和-3.75V電壓非常準確的前提下，電阻R7在這裡非常關鍵，為了保證測量的準確度，電阻R7採用阻值精度小於0.1%，溫飄小於10ppm/K，阻值在幾十K左右的精密電阻。為了避免工作電流過大產生較高溫度，以及外部匹配盒偏差電阻短路損壞該電阻，該電阻必須採用功率較大電阻確保電阻工作時不會發熱。[0016]同理運算放大器UlA輸出的5V電壓經過偏差電阻R12後到斜率電阻檢測單元電阻R8，然後經過電阻R8後回到-3.75V供電單元輸出形成電流迴路；這樣偏差電阻檢測迴路中的電流強度為(5V+3.75V) + (R12+R7)，R8上的電壓經過電阻R4和電容C5限流和濾波後到U2B放大器，U2B將輸入電壓射隨放大後送到AD轉換器處理，發動機電子控制器根據轉換後的電壓值根據電阻串聯公式計算出R12的阻值。在確保5V電壓和-3.75V電壓非常準確的前提下，電阻R8在這裡非常關鍵，為了保證測量的準確度，電阻R8採用阻值精度小於0.1%，溫飄小於10ppm/K，阻值在幾十K左右的精密電阻。為了避免工作電流過大產生較高溫度，以及外部匹配盒斜率電阻短路損壞該電阻，該電阻必須採用功率較大電阻確保電阻工作時不會發熱。
[0017]當外部匹配盒中的斜率電阻R12和偏差電阻RlI短路時，由於5V供電單元有電阻R5限流，-3.75V供電單元有限流電阻R6，偏差電阻Rll輸出串聯功率較大電阻R7，斜率電阻輸出串聯功率較大電阻R8，所以匹配盒檢測電路不會燒壞，同時電阻R7和R8上的電壓為8.75V左右，經過AD轉換後發動機電子控制器就判斷出外部電路短路；當外部匹配盒中的斜率電阻Rl2和偏差電阻Rl I斷路時，檢測迴路中沒有電流強度，電阻R7和R8上的電壓為-3.75V左右，經過AD轉換後發動機電子控制器就判斷出外部電路斷路。
[0018]扭矩信號匹配盒由偏差電阻和斜率電阻兩部分組成，如果用a表示斜率修正係數，b表示偏差修正值，那麼扭矩值修正值=扭矩測量值X (l+a)+b。通過匹配盒的配套方式就可以將發動機輸出功率軸扭矩傳感器的個性差異用斜率和偏差電阻進行表示，發動機電子控制器就可以設計為通用型，為發動機及其電子控制器的設計維護提供了極大的便利。
[0019]發動機電子控制器通過檢測匹配盒輸入斜率電阻和偏差電阻的大小就可以識別發動機熱電偶的個性差異。如果用a表示斜率修正係數，b表示偏差修正值，那麼熱電偶修正值=熱電偶測量值X (l+a)+b，這樣就可以彌補熱電偶由於差異帶來的誤差，發動機電子控制器就可以設計為通用型，同樣可以為發動機及其電子控制器的設計維護提供了極大的便利。
[0020]參閱圖3。監測航空發動機燃氣渦輪和自由渦輪之間溫度T45的轉軸扭矩信號匹配盒，包括與電子控制器相連的偏差電阻組合線陣和斜率電阻組合線陣。每隻電阻兩端端均由印製導線短接為獨立的並聯迴路，在每隻電阻印製導線輸入端上均設有供現場實際測量，接入電路中測量電阻的截斷節點；電子控制器通過斜率電阻檢測電路來測量斜率電阻R9~R16的不同組合值，獲得相應的斜率電阻R#4，電子控制器通過偏差電阻檢測電路來測量偏差電阻Rl~R8的不同組合值，獲得相應的偏差電阻RiS，並根據下式計算斜率修正係數a和偏差修正係數b:
【權利要求】
1.一種發動機功率輸出轉軸扭矩信號匹配盒電阻檢測電路，包括5V供電單元、-3.75V供電單元、軸扭矩信號匹配盒偏差電阻與斜率電阻、斜率電阻檢測單元、偏差電阻檢測單元和AD轉換單元，其特徵在於:5V供電單元通過斜率電阻檢測單元和偏差電阻檢測單元將5V基準電壓送入AD轉換單元進行數模轉換，-3.75V供電單元通過並聯偏差電阻與斜率電阻並聯組成閉環迴路，偏差電阻並聯在5V供電單元與斜率電阻之間的接點上，通過斜率電阻檢測單元將5V基準電壓送入AD轉換單元進行數模轉換，發動機電子控制器根據AD轉換單元轉換後的電壓和電阻串聯公式計算出偏差電阻和斜率電阻的阻值。
2.如權利要求1所述的發動機功率輸出轉軸扭矩信號匹配盒電阻檢測電路，其特徵在於:5V供電單元由5V基準電壓輸入端電阻R1、並聯接地電容Cl，跨接並聯在運算放大器UlA反向輸入端與輸出端的並聯積分電容C2和並聯在所述UlA輸出端的電阻R5的並聯電阻R3組成。
3.如權利要求2所述的發動機功率輸出轉軸扭矩信號匹配盒電阻檢測電路，其特徵在於:發動機電子控制器內部提供的5V基準電壓經過電阻Rl和接地電容Cl阻抗匹配和濾波後到運算放大器UlA的正端，運算放大器UlA為射隨放大器，其輸出5V電壓到斜率電阻R12和偏差電阻Rll的公共正端。
4.如權利要求3所述的發動機功率輸出轉軸扭矩信號匹配盒電阻檢測電路，其特徵在於:-3.75V供電單元由5V基準電壓輸入端電阻R9、跨接並聯在運算放大器UlB反向輸入端與輸出端的並聯積分電容C3和並聯在所述UlB輸出端的電阻R6的並聯電阻RlO組成。
5.如權利要求4所述的發動機功率輸出轉軸扭矩信號匹配盒電阻檢測電路，其特徵在於:發動機電子控制器內部提供的5V基準電壓經過R9到運算放大器UlB的負端輸入，運算放大器UlB正端直接 接地，UlB輸出電壓等於5VX (-R10 + R9)。
6.如權利要求2所述的發動機功率輸出轉軸扭矩信號匹配盒電阻檢測電路，其特徵在於:運算放大器UlA輸出的5V電壓經過偏差電阻Rll後到偏差電阻檢測單元電阻R7，然後經過電阻R7後回到-3.75V供電單元輸出形成電流迴路。
7.如權利要求2所述的發動機功率輸出轉軸扭矩信號匹配盒電阻檢測電路，其特徵在於:運算放大器UlA輸出的5V電壓經過偏差電阻R12後到斜率電阻檢測單元電阻R8，然後經過電阻R8後回到-3.75V供電單元輸出形成電流迴路；這樣偏差電阻檢測迴路中的電流強度為(5V+3.75V) + (R12+R7)，R8上的電壓經過電阻R4和電容C5限流和濾波後到U2B放大器，U2B將輸入電壓射隨放大後送到AD轉換器處理，發動機電子控制器根據轉換後的電壓值根據電阻串聯公式計算出R12的阻值。
8.如權利要求1所述的發動機功率輸出轉軸扭矩信號匹配盒電阻檢測電路，其特徵在於:扭矩信號匹配盒由偏差電阻和斜率電阻兩部分組成，用a表示斜率修正係數，b表示偏差修正值，那麼扭矩值修正值=扭矩測量值X (l+a)+b。
9.一種使用權利要求1所述發動機功率輸出轉軸扭矩信號匹配盒電阻檢測電路的轉軸扭矩信號匹配盒，包括與發動機功電子控制器相連的偏差電阻組合線陣和斜率電阻組合線陣，其特徵在於:偏差電阻組合線陣由電阻Rl~R8串聯而成，斜率電阻組合線陣由電阻R9~R16串聯而成，且每隻電阻兩端端均由印製導線短接為獨立的並聯迴路，在每隻電阻印製導線輸入端上均設有供現場實際測量，接入電路中測量電阻的截斷節點；電子控制器通過斜率電阻檢測電路測量斜率電阻R9~R16的不同組合值，獲得相應的斜率電阻R#4，測量偏差電阻Rl~R8的不同組合值，獲得相應的偏差電阻R偏。
10.如權利要求9所述的發動機功率輸出轉軸扭矩信號匹配盒電阻檢測電路，其特徵在於:在偏差電阻組合線陣中，每隻電阻均由印製導線短接，印製導線上設有I~8編號截斷節點，根據節點對應電阻的並聯關係，選擇獨立並聯迴路截斷節點I~8中的某一節點，即可將該節點對應的電阻接入在上述偏差電阻組合線陣電路中，組合值獲得需要的偏差電阻Ris ;在斜率電阻組合線陣中，每隻電阻均由印製導線短接，印製導線上設有9~16編號截斷節點，根據節點對應電阻的並聯關係，選擇獨立並聯迴路截斷節點9~16中的某一節點，即可將該節點對應的電阻接入在上述偏差電阻組合線陣電路中，組合獲得所需要的斜率電阻R?。
【文檔編號】G01R27/14GK104007323SQ201410263828
【公開日】2014年8月27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, 楊志華, 楊東 申請人:四川亞美動力技術有限公司