CN111746821B - 一种航空发动机热电阻温度传感器故障自检测的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种航空发动机热电阻温度传感器故障自检测的装置及方法,针对恒压激励电桥电路和恒流激励电桥电路两种热电阻信号处理方式,分别设计故障自检测电路及方法,其中恒压激励热电阻故障自检测电路包括不平衡电桥电路、滤波器电路、放大器电路、模数转换和控制器电路;恒流激励热电阻故障自检测电路包括基准电阻、放大器电路、模数转换和控制器电路;当传感器正常连接时,恒压激励故障自检测电路和恒流激励故障自检测电路输出电压在正常范围内,当传感器断线或者短路故障时,恒压激励故障自检测电路和恒流激励故障自检测电路输出电压超过正常范围,控制器可以判断出热电阻传感器故障。本发明能够检测热电阻温度传感器的断线故障和短路故障,在热电阻温度传感器故障时切换为备用通道、禁止起动、停机,保证航空发动机的安全。

Description

一种航空发动机热电阻温度传感器故障自检测的装置及方法
技术领域
本发明属于传感器故障检测技术领域,涉及一种温度传感器故障自检测技术,尤其涉及一种航空发动机热电阻温度传感器故障自检测的装置及方法。
背景技术
热电阻温度传感器在航空发动机中使用时,一般用于测量航空发动机的进气总温,多采用PT100铂电阻,随着温度增加电阻值增加,航空发动机预计进口总温范围-55℃~100℃,信号特征78Ω~140Ω,热电阻温度传感器可以采用三线制或者四线制接法,以消除连接导线电阻引起的测量误差。
现有技术中,热电阻温度信号处理一般采用恒压激励或者恒流激励方式,三线制恒压激励热电阻处理电路如图1所示,将热电阻作为电桥电路的一个桥臂,热电阻传感器分压与参考电阻分压的差值,进行放大、模数转换即可得到热电阻温度,四线制恒流激励热电阻处理电路如图2所示,热电阻信号接入恒流源,将电阻信号转换为电压信号,进行放大、模数转换即可得到热电阻温度。上述热电阻电路处理方法流经热电阻的电流不能太大,否则热电阻发热影响测量精度,热电阻出来的电压是几十毫伏,之后再进行放大处理、AD转换器及处理器计算。现有用于处理热电阻温度信号的电路,仅处理热电阻传感器的温度,不判断热电阻温度传感器是否发生断线故障或短路故障,继而不能在热电阻温度传感器故障时进行禁止起动、切换备用通道等操作,无法保证航空发动机运行的可靠性及安全性。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷和不足,本发明的目的是提供一种热电阻温度传感器的故障自检测装置及故障自检测方法,可用于对航空发动机热电阻温度传感器进行故障自检测,如果航空发动机控制系统在运行的某个阶段检测到热电阻温度传感器断线或者短路,可以进行禁止起动、切换为备用通道、停车等操作。
为了实现上述的目的,本发明的技术方案如下:
一种航空发动机热电阻温度传感器的恒压激励热电阻故障自检测装置,包括恒压源、电桥电路、电阻电容滤波电路、放大器电路、AD转换及控制器处理器电路;
所述的恒压源,用于提供热电阻信号分压电源;
所述的电桥电路,用于将热电阻温度信号转换为电压信号;
所述的电阻电容滤波器电路,用于信号滤波;
所述的放大器电路,用于将电桥电路获得的毫伏电压信号放大;
所述的AD转换及控制器处理器,用于将热电阻故障自检测电路中的模拟量信号转换为数字量信号并进行热电阻温度数值计算;
优选的,所述热电阻引线连接为三线制,引线分别为传感器1线、传感器2线、传感器3线,传感器3线接地;
优选的,所述电桥电路包括分压电阻1、分压电阻2、参考电阻;
所述分压电阻1的两端分别与传感器1线、恒压源连接;
所述分压电阻2的两端分别与参考电阻、恒压源连接;
所述参考电阻的两端分别与分压电阻2、传感器2线连接;
优选的,所述电阻电容滤波器电路包括电阻电容滤波器1、电阻电容滤波器2;
热电阻传感器分压送入电阻电容滤波器1,所述电阻电容滤波器1的输入连接传感器1线;
参考电阻分压送入电阻电容滤波器2,所述电阻电容滤波器2的输入连接参考电阻;
优选的,所述放大器电路包括放大器电路1、放大器电路2;电阻电容滤波器1与电阻电容滤波器2的差压送入放大器电路1进行放大;电阻电容滤波器2与地的差压送入放大器电路2进行放大。
优选的,所述AD转换及控制器处理器电路的输入为放大器电路1与放大器电路2的输出。
一种航空发动机热电阻温度传感器的恒压激励热电阻故障自检测方法,该方法应用于如恒压激励热电阻故障自检测装置,包括以下步骤:
所述控制器获得温度传感器电路采集的温度;
当放大器电路1或者放大器电路2电压计算的数值超过传感器正常连接的范围时,认为温度传感器出现断线或者短路故障。
一种航空发动机热电阻温度传感器的恒流激励热电阻故障自检测装置,包括恒流源、基准电阻、放大电路、AD转换及控制器处理器电路;
所述恒流源,用于将热电阻温度信号转换为电压信号;
所述基准电阻,用于热电阻传感器断线时为放大电路提供输入电压;
所述放大器电路,用于将热电阻传感器上的电压信号放大;
所述AD转换及控制器处理器,用于将热电阻故障自检测电路中的模拟量信号转换为数字量信号并进行热电阻温度数值计算。
优选的所述热电阻温度传感器采用四线制。
优选的,所述恒流源的两端连接热电阻温度传感器的两端。
优选的,所述基准电阻连接热电阻温度传感器的两端。
优选的,所述放大器电路连接基准电阻的两端。
优选的,所述AD转换及控制器处理器电路的输入为放大器电路的输出。
一种航空发动机热电阻温度传感器的恒流激励热电阻故障自检测方法,该方法应用于如恒流激励热电阻故障自检测装置,所述热电阻故障自检测方法具体包括以下步骤:
所述控制器获得温度传感器电路采集的温度;
当放大器电路电压计算的数值超过传感器正常连接的范围时,认为温度传感器出现断线或者短路故障。
其中,恒压激励热电阻故障自检测电路及故障自检测方法的工作原理如下:
当热电阻温度传感器1线断线时,电阻电容滤波器1输出电压等于电源电压,设计分压电阻2的阻值较大、参考电阻的阻值较小,电阻电容滤波器2输出电压较小,电阻电容滤波器1与电阻电容滤波器2之间的差压经过放大达到正向饱和,超过传感器正常连接时的电压范围,经过AD转换及控制器处理器采集,其数值超过传感器正常连接时的范围,判断出热电阻温度传感器故障;
当热电阻温度传感器2线断线时,设计分压电阻1阻值较大,由于热电阻温度传感器的阻值较小,电阻电容滤波器1输出电压较小,电阻电容滤波器2输出电压等于电源电压,电阻电容滤波器1与电阻电容滤波器2之间的差压经过放大达到反向饱和,超过传感器正常连接时的电压范围,经过AD转换及控制器处理器采集,其数值超过传感器正常连接时的范围,判断出热电阻温度传感器故障;
当热电阻温度传感器3线断线时,电阻电容滤波器1输出电压等于电源电压,电阻电容滤波器2输出电压也等于电源电压,电阻电容滤波器2与地之间的差压经过放大超过传感器正常连接时的电压范围,经过AD转换及控制器处理器采集,其数值超过传感器正常连接时的范围,判断出热电阻温度传感器故障;
当热电阻温度传感器1线与2线短路时,电阻电容滤波器1输出电压等于0,电阻电容滤波器2输出电压较小,电阻电容滤波器1与电阻电容滤波器2之间的差压经过放大超过传感器正常连接时的电压范围,经过AD转换及控制器处理器采集,其数值超过传感器正常连接时的范围,判断出热电阻温度传感器故障;在本技术方案中,分压电阻1的阻值较大,采用精密电阻;
其中,恒流激励热电阻故障自检测电路及故障自检测方法的工作原理如下:
当热电阻传感器断线时,恒流源产生的电流全部加在基准电阻两端,基准电阻阻值较大、电压较大,超过传感器正常连接时的电压范围,经过AD转换及控制器处理器采集,其数值超过传感器正常连接时的范围,判断出热电阻温度传感器故障。
本发明与现有技术相比,具有以下优点及突出性的技术效果:不仅可以测量及计算热电阻温度传感器的数值,并且可以诊断出热电阻温度传感器的断线及短路故障,可以在航空发动机热电阻温度传感器故障时进行禁止起动、切换到备用通道、停车等操作。
附图说明
图1为传统恒压激励热电阻处理电路
图2为传统恒流激励热电阻处理电路
图3为本发明的一种航空发动机热电阻温度传感器的恒压激励热电阻故障自检测电路
图4为本发明的一种航空发动机热电阻温度传感器的恒流激励热电阻故障自检测电路
图5为本发明的一种航空发动机热电阻温度传感器的恒压激励热电阻故障自检测方法流程图
图6为本发明的一种航空发动机热电阻温度传感器的恒流激励热电阻故障自检测方法流程图
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下参照附图并举实施例,对本发明进一步详细说明。
图3为本发明的一种航空发动机热电阻温度传感器的恒压激励热电阻温度传感器故障自检测电路设计流程框图,其中:
一种航空发动机热电阻温度传感器的恒压激励热电阻故障自检测装置,包括恒压源、电桥电路、电阻电容滤波电路、放大器电路、AD转换及控制器处理器电路;
所述热电阻引线连接为三线制,引线分别为传感器1线、传感器2线、传感器3线,传感器3线接地;
电桥电路包括分压电阻1、分压电阻2、参考电阻,分压电阻1的两端分别与传感器1线、恒压源连接,分压电阻2的两端分别与参考电阻、恒压源连接,参考电阻的两端分别与分压电阻2、传感器2线连接;
电阻电容滤波器电路包括电阻电容滤波器1、电阻电容滤波器2,热电阻传感器分压送入电阻电容滤波器1,参考电阻分压送入电阻电容滤波器2;
放大器电路包括放大器电路1、放大器电路2,电阻电容滤波器1与电阻电容滤波器2的差压送入放大器电路1进行放大,电阻电容滤波器2与地的差压送入放大器电路2进行放大;
AD转换及控制器处理器电路的输入为放大器电路1与放大器电路2的输出;
热电阻传感器正常连接时,当热电阻温度分别为-50℃和100℃,放大器输出电压在正负几十毫伏范围内;
当热电阻传感器1线断线时,电阻电容滤波器1的输出和电阻电容滤波器2的输出送入放大器,电压超出热电阻传感器正常连接-50℃~100℃时的电压范围,热电阻传感器故障;
当热电阻传感器2线断线时,电阻电容滤波器1的输出和电阻电容滤波器2的输出送入放大器,电压超出热电阻传感器正常连接-50℃~100℃时的电压范围,热电阻传感器故障;
当热电阻传感器3线断线时,电阻电容滤波器2的输出和地送入放大器,电压超出热电阻传感器正常连接-50℃~100℃时的电压范围,热电阻传感器故障;
当热电阻传感器1线和2线短路时,电阻电容滤波器1的输出和电阻电容滤波器2的输出送入放大器,电压超出热电阻传感器正常连接-50℃~100℃时的电压范围,热电阻传感器故障。
参见图5的恒压激励热电阻故障自检测方法流程图,其中,当放大器电路1或者放大器电路2电压计算的数值超过传感器正常连接的范围时,认为温度传感器出现断线或者短路故障。
图4为本发明的一种航空发动机热电阻温度传感器的恒流激励热电阻温度传感器故障自检测电路设计流程框图,其中恒流激励热电阻故障自检测电路,包括恒流源、基准电阻、放大电路、AD转换及控制器处理器电路;
热电阻温度传感器采用四线制;恒流源的两端连接热电阻温度传感器的两端;基准电阻连接热电阻温度传感器的两端;放大器电路连接基准电阻的两端;AD转换及控制器处理器电路的输入为放大器电路的输出;
参见图6的恒流激励热电阻故障自检测方法流程图,其中,当放大器电路电压计算的数值超过传感器正常连接的范围时,认为温度传感器出现断线或者短路故障。
具体的,本发明的航空发动机热电阻温度传感器恒压激励热电阻故障自检测电路设计参数如下:
热电阻传感器1线经过分压电阻连接到电源,分压电阻1阻值10kΩ,电源电源12V。
测量温度范围-50℃~100℃,对应阻值80Ω~140Ω。
热电阻传感器2线连接到参考电阻2线,参考电阻阻值100Ω。
热电阻传感器3线连接到地。
热电阻传感器1线连接到电阻电容滤波器1,电阻电容滤波器的阻值为1kΩ、电容为0.1uf;
参考电阻1线连接到电阻电容滤波器2,电阻电容滤波器的阻值为1kΩ、电容为0.1uf;
电阻电容滤波器1的输出和电阻电容滤波器2的输出送入放大器,电阻电容滤波器2的输出和地送入放大器,放大器采用INA128,放大倍数设置为100,正端电源15伏,负端电源-15伏。
本发明的航空发动机热电阻温度传感器的恒压激励热电阻故障自检测电路设计参数如下:
恒流源电流1毫安,放大器采用INA128,放大倍数设置为100,基准电阻为20千欧姆。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的范围之内。

Claims (2)

1.一种航空发动机热电阻温度传感器的恒压激励热电阻故障自检测方法,其特征在于,包括恒压激励热电阻故障自检测装置,所述自检测装置包括恒压源、电桥电路、电阻电容滤波电路、放大器电路、AD转换及控制器处理器电路;
所述恒压源,用于提供热电阻信号分压电源;
所述电桥电路,用于将热电阻温度信号转换为电压信号;
所述电阻电容滤波器电路,用于信号滤波;
所述放大器电路,用于将电桥电路获得的毫伏电压信号放大;
所述AD转换及控制器处理器,用于将热电阻故障自检测电路中的模拟量信号转换为数字量信号并进行热电阻温度数值计算;
所述热电阻引线连接为三线制,引线分别为传感器1线、传感器2线、传感器3线,传感器3线接地;
所述电桥电路包括分压电阻1、分压电阻2、参考电阻;
所述分压电阻1的两端分别与传感器1线、恒压源连接;
所述分压电阻2的两端分别与参考电阻、恒压源连接;
所述参考电阻的两端分别与分压电阻2、传感器2线连接;
所述电阻电容滤波器电路包括电阻电容滤波器1、电阻电容滤波器2;
热电阻传感器分压送入电阻电容滤波器1,所述电阻电容滤波器1的输入连接传感器1线;
参考电阻分压送入电阻电容滤波器2,所述电阻电容滤波器2的输入连接参考电阻;
所述放大器电路包括放大器电路1、放大器电路2;
电阻电容滤波器1与电阻电容滤波器2的差压送入放大器电路1进行放大;
电阻电容滤波器2与地的差压送入放大器电路2进行放大;
所述AD转换及控制器处理器电路的输入为放大器电路1与放大器电路2的输出;
所述热电阻故障自检测方法具体包括以下步骤:
所述控制器获得温度传感器电路采集的温度;
当放大器电路1或者放大器电路2电压计算的数值超过传感器正常连接的范围时,认为温度传感器出现断线或者短路故障;
当热电阻温度传感器1线断线时,电阻电容滤波器1输出电压等于电源电压,设计分压电阻2的阻值较大、参考电阻的阻值较小,电阻电容滤波器2输出电压较小,电阻电容滤波器1与电阻电容滤波器2之间的差压经过放大达到正向饱和,超过传感器正常连接时的电压范围,经过AD转换及控制器处理器采集,其数值超过传感器正常连接时的范围,判断出热电阻温度传感器故障;
当热电阻温度传感器2线断线时,设计分压电阻1阻值较大,由于热电阻温度传感器的阻值较小,电阻电容滤波器1输出电压较小,电阻电容滤波器2输出电压等于电源电压,电阻电容滤波器1与电阻电容滤波器2之间的差压经过放大达到反向饱和,超过传感器正常连接时的电压范围,经过AD转换及控制器处理器采集,其数值超过传感器正常连接时的范围,判断出热电阻温度传感器故障;
当热电阻温度传感器3线断线时,电阻电容滤波器1输出电压等于电源电压,电阻电容滤波器2输出电压也等于电源电压,电阻电容滤波器2与地之间的差压经过放大超过传感器正常连接时的电压范围,经过AD转换及控制器处理器采集,其数值超过传感器正常连接时的范围,判断出热电阻温度传感器故障;
当热电阻温度传感器1线与2线短路时,电阻电容滤波器1输出电压等于0,电阻电容滤波器2输出电压较小,电阻电容滤波器1与电阻电容滤波器2之间的差压经过放大超过传感器正常连接时的电压范围,经过AD转换及控制器处理器采集,其数值超过传感器正常连接时的范围,判断出热电阻温度传感器故障;分压电阻1的阻值较大,采用精密电阻。
2.一种航空发动机热电阻温度传感器的恒流激励热电阻故障自检测方法,其特征在于,包括恒流激励热电阻故障自检测装置,所述自检测装置包括恒流源、基准电阻、放大器电路、AD转换及控制器处理器电路;
所述恒流源,用于将热电阻温度信号转换为电压信号;
所述基准电阻,用于热电阻传感器断线时为放大器电路提供输入电压;
所述放大器电路,用于将热电阻传感器上的电压信号放大;
所述AD转换及控制器处理器,用于将热电阻故障自检测电路中的模拟量信号转换为数字量信号并进行热电阻温度数值计算;
所述热电阻温度传感器采用四线制;
所述恒流源的两端连接热电阻温度传感器的两端;
所述基准电阻连接热电阻温度传感器的两端;
所述放大器电路连接基准电阻的两端;
所述AD转换及控制器处理器电路的输入为放大器电路的输出;
恒流源电流1毫安,放大器采用INA128,放大倍数设置为100,基准电阻为20千欧姆;
所述热电阻故障自检测方法具体包括以下步骤:
所述控制器获得温度传感器电路采集的温度;
当放大器电路电压计算的数值超过传感器正常连接的范围时,认为温度传感器出现断线故障。
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