某型发动机进口温度激励信号研究

2010-02-26李晓明冯志书蔡忠春

装备制造技术 2010年2期

李晓明，冯志书，蔡忠春

（空军航空大学航空机械工程系，吉林长春130022）

随着装备复杂程度的提高，快速准确地判断、隔离故障，就成了平时排除故障，战时实施战场快速抢修，使装备迅速恢复技术状态与战斗力的关键所在。与主装备协调配套的多功能检测设备与诊断仪器的研制与开发，既可缩短排除故障的时间，也是使维修制度从预防维修，向定时检测与视情维修结合方式过渡的前提。这就要求部队院校和科研单位加强技术保障装备的研究，将现代科学技术应用于技术保障装备中，不断提高保障水平、保障效率和经济效益，最终目的是提高装备技术保障的现实能力。

基于这个思想，我们开展了对某型攻击机的地面保障装备的研究。本文介绍的是这个地面保障装备中发动机进口温度激励信号的研究。

1 发动机进口温度的激励信号

温度激励就是由地面保障装备产生激励信号，送入发动机模拟热电偶热电势。某型发动机温度控制放大器的功用，是通过感受发动机进口温度，来提供控制防喘调节器，进而控制高压压气机进口导流叶片IGV角度的信号。因此，如果想要在发动机停车状态下，判断温度控制放大器的性能好坏，就需要由地面保障装备产生线性、可调、稳定、并且具有一定输出功率的毫伏激励信号，来模拟发动机进口温度。

虽然感受该型发动机进口温度的热电偶，是镍铬-镍铝热电偶，但由于从高压压气机第12级来的气流通过引射装置时，引导发动机进口空气穿过文氏管，使热电偶接点处的气流速度为音速，热电偶接点测量的是运动着的空气流温度，所以热电偶测得的温度值，与静止空气中同样热电偶测得的温度值按固定百分比降低，音速校正系数为1.028，根据转换后的热电偶分度表可知，-77～207℃的发动机进口温度范围，需要模拟的热电势是-2.95～7.85 mV。

因此，温度激励对于激励信号的要求是，可调端在零位时输出电压范围在-3.5～-2.5 mV之间；可调端调至整个行程的30%位置时，输出电压范围在-0.5～0.5 mV之间；可调端调至最大位置时，输出电压范围在7.5～8.5 mV之间。由于发动机进口温度激励既需要模拟正温，又需要模拟负温，所以毫伏激励信号既需要产生正电压，又需要产生负电压。目前，市面上找不到符合这一要求的可调mV电压源，这就要求我们要自主设计正负可调的mV激励信号。

2 激励电路设计

本文最终采取的方法，是利用三端可调集成稳压器LM117设计正负可调的mV电压源。

2.1 LM 117使用方法

LM117三端可调集成稳压器是美国National公司产品，3个端子分别为输入端、输出端和调整端，集调整管、基准电压、采样和保护电路于一体，具有过流、过热保护和调整管安全工作区保护功能，基准电压1.25 V，电压输出范围1.25～37 V。LM117的简单应用电路如图1所示，输出电压表达式为

式中，

1.25V——可调集成稳压器基准电压；

IADJ——可调集成稳压器调整端电流。

可调集成稳压器的调整端电流约为50 μA，在Rx较小时，通常忽略不计。R1取值最大为250 Ω，当R1确定之后，输出电压U0可以通过Rx来调整。

图1 LM 117应用电路

2.2 正负可调m V源设计

正负可调mV源的设计思想是采用两个LM117分别设计两个电压源（如图2所示），一个作为可调电压源产生调整电压，一个作为基准电压源产生比较电压，可调电压与比较电压相减，就可产生一个正负可调的电压源，这个电压源再通过分压电阻分压，就能在负载两端产生满足实际需要的正负可调激励信号。

DC-DC变换器的目的，是将本系统的地与激励电路的地隔离，因为激励电路直接与发动机相连，隔离能够保证发动机的安全。C1为消振电容，C2和C3为减小输出波纹电压的滤波电容，R5是分压电阻。

在实验过程中发现，可调电压源和基准电压源输出电压较低的一方，工作不正常，分析原因是由于调整端和比较端加在负载上产生的电流流向电压较低的方向，造成可调电压源或基准电压源受灌电流影响输出不正常。解决的办法是调整端和比较端分别加分流电阻R3和R4。

图2 正负可调毫伏源

3 激励电路计算

根据前面对于发动机进口温度激励信号的要求，R1和R2选择250 Ω电阻，Rx作为可调端选择1 kΩ电位计。由于可调端调至整个行程的30%位置时，输出电压范围在0 mV左右，所以比较端电阻Ry取300 Ω，根据式（1），比较端电压

U比=1.25×(1+300/250)=2.75 V

当可调端Rx为0 Ω时，调整端电压

U调=1.25×(1+0/250)=1.25 V

当可调端Rx为1 kΩ时，调整端电压为

U调=1.25×(1+1000/250)=6.25 V

激励电路输出可调激励信号U可调，等于调整端电压减去比较端电压，所以U可调范围在-1.5～3.5 V之间。接下来需要利用分压电阻R5进行分压，T1热电偶阻值是4 Ω，根据下式可以确定分压电阻R5的阻值范围

当可调端调整至最大位置时，U可调为3.5 V，此时，要求U激励在7.5～8.5 mV之间，根据式（2）可以计算出R5阻值范围是1 651～1 863 Ω；当可调端调整至最小位置时，U可调为-1.5 V，此时，要求 U激励在 -3.5～ -2.5 mV 之间，根据式（2）可以计算出R5阻值范围是1 718～2 404 Ω。于是，可以得出结论，R5的阻值范围在1 718～1 863 Ω之间，最终R5的阻值选择为1.8 kΩ。

接下来确定分流电阻R3和R4的阻值。当调整端电压大于比较端电压时，分流电阻R4起作用，利用下式可以确定R4的阻值

式（3）中比较端电压为固定值2.75 V，当调整端电压为最大值6.25 V时，得到R4可选的最大阻值约为1.4 kΩ，根据调试效果最终选择R4为500 Ω。当调整端电压小于比较端电压时，分流电阻R3起作用，利用下式可以确定R3的阻值

式（4）中比较端电压为固定值2.75 V，当调整端电压为最小值1.25 V时，得到R3可选的最大阻值约为1.5 kΩ，根据调试效果最终选择R3也为500 Ω。

4 激励电路实验

对温度激励电路的实验，主要是观察几个关键点激励信号是否在规定范围内，如果超出范围，有可能损坏被激励部件。温度激励电路实验的具体方法是：在调整端和比较端接4 Ω精密电阻模拟热电偶阻值，通过旋转电位计改变调整端电压，利用万用表测量精密电阻两端电压。当电位计在零位时，万用表读数在-3.5～-2.5 mV之间；当电位计调到30%位置时，万用表读数在-0.5～0.5 mV之间；当电位计调到最大位置时，万用表读数在7.5～8.5 mV之间，如果读数均在上述范围，则说明温度激励电路满足使用要求。利用上述方法，对温度激励电路进行实验，均满足使用要求，最终得出结论：本文设计的温度激励电路切实可行。