基于恒流源的航空發動機位置檢測電路設計

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可以計算出電阻值Rx的方法，如圖1所示。輸出電壓關系式為

恒流源的產生方法很多，本文利用運算放大器OP07產生，如圖2所示，由OP07組成負反饋電路，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的關系式為

但實際使用中發現，恒流效果并不理想，究其原因是運算放大器正相輸入端電壓的穩定性不好造成的。解決的辦法是利用高精度的恒壓源AD581輸出穩定電壓作為運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 電壓轉換電路

為了把電阻式位置傳感器輸出的電壓信號轉換成-5V～5V范圍送入數據采集卡，以滿足計算機檢測的需要，還需要利用運算放大器OP07設計電壓放大器、電壓跟隨器和減法器組成調理電路。
根據運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)得閉環電壓放大倍數為：

這樣就形成了電壓放大器，電壓放大倍數與運算放大器本身的參數無關。
式(4)中，當R1→∞(斷開)或RF=0時，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的阻抗。

由圖5可列出關系式

根據運算放大器工作原理可知u-≈u+，由式(6)可得出

當R1=R2=R3=RF時，式（7）變為

這樣就形成了減法器，減法器的輸出電壓u0等于兩個輸入電壓的差值。

3 位置檢測電路

X2位置檢測電路如圖6所示，AD581輸出的+10V穩定電壓經過電阻分壓產生+1V的基準電壓，根據式(4)將電阻(圖6中虛線框電阻)選擇為250Ω將會形成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生0～8V的電壓，再加上1V的基準電壓，送入由運算放大器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穩定電壓經過電阻分壓產生+5V的電壓經過電壓跟隨器送入減法器的負相輸入端。根據減法器的原理，其輸出電壓范圍在-4v～4v，該電壓通過放大倍數為1．25的放大器最終形成-5V～5V范圍的電壓信號，經過穩壓二極管限壓后，送入數據采集卡的7通道。

4 位置檢測電路實驗

某型發動機位置檢測電路的精度要求是±1‰，同時要求輸入一輸出嚴格呈線性關系。下面利用精密電阻模擬X2傳感器對X2位置檢測電路進行實驗，在0～2kΩ范圍內每隔250Ω模擬X2傳感器阻值，同時測量檢測電路輸出。實驗重復進行三次，然后對三次測量數據取平均值作為實際輸出值，并與理論輸出值比較，如表1所示。

5 結論

本文基于恒流源方法設計了發動機位置檢測電路，該電路經實際使用，檢測精度達到了±1‰，且輸入一輸出嚴格呈線性關系，很好地滿足了發動機位置檢測的要求，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。