基于恒流源的航空发动机位置检测电路设计

1 恒流源阻值检测电路

    恒流源法是指向电阻Rx(电阻式位置传感器阻值)提供恒定电流Is，通过测量输出端电压Ux可以计算出电阻值Rx的方法，如图1所示。输出电压关系式为

    恒流源的产生方法很多，本文利用运算放大器OP07产生，如图2所示，由OP07组成负反馈电路，正相输入端为固定电压Ui，则反相输入端也为Ui，由于OP07的输入阻抗极高，输入端可以认为不吸入电流，因此从R电阻上流过的电流大小固定，而且一定等于OP07输出端流过电阻Rx的电流，由此得出电流Is的关系式为
   
    但实际使用中发现，恒流效果并不理想，究其原因是运算放大器正相输入端电压的稳定性不好造成的。解决的办法是利用高精度的恒压源AD581输出稳定电压作为运算放大器正相输入端电压，有效地提高了恒流效果，最终的电阻值测量电路如图3所示。

2 电压转换电路

    为了把电阻式位置传感器输出的电压信号转换成-5V～5V范围送入数据采集卡，以满足计算机检测的需要，还需要利用运算放大器OP07设计电压放大器、电压跟随器和减法器组成调理电路。
    根据运算放大器工作原理可知，图4中图3电阻值测量电路
   
    由式(3)得闭环电压放大倍数为：
   
    这样就形成了电压放大器，电压放大倍数与运算放大器本身的参数无关。
式(4)中，当R1→∞(断开)或RF=0时，则
   
    这样就形成了电压跟随器，电压跟随器能有效地提高电压输入信号的阻抗。

    由图5可列出关系式
   
    根据运算放大器工作原理可知u-≈u+，由式(6)可得出
   
    当R1=R2=R3=RF时，式（7）变为
         
    这样就形成了减法器，减法器的输出电压u0等于两个输入电压的差值。

3 位置检测电路

    X2位置检测电路如图6所示，AD581输出的+10V稳定电压经过电阻分压产生+1V的基准电压，根据式(4)将电阻(图6中虚线框电阻)选择为250Ω将会形成4mA的恒定电流。若传感器(图6中的X2)的阻值范围是0～2kΩ，所以4mA恒定电流流过传感器产生0～8V的电压，再加上1V的基准电压，送入由运算放大器OP07制作的减法器的正相输入端是1v～9V范围的电压。另外，AD581输出的+10V稳定电压经过电阻分压产生+5V的电压经过电压跟随器送入减法器的负相输入端。根据减法器的原理，其输出电压范围在-4v～4v，该电压通过放大倍数为1．25的放大器最终形成-5V～5V范围的电压信号，经过稳压二极管限压后，送入数据采集卡的7通道。

4 位置检测电路实验

    某型发动机位置检测电路的精度要求是±1‰，同时要求输入一输出严格呈线性关系。下面利用精密电阻模拟X2传感器对X2位置检测电路进行实验，在0～2kΩ范围内每隔250Ω模拟X2传感器阻值，同时测量检测电路输出。实验重复进行三次，然后对三次测量数据取平均值作为实际输出值，并与理论输出值比较，如表1所示。

5 结论

    本文基于恒流源方法设计了发动机位置检测电路，该电路经实际使用，检测精度达到了±1‰，且输入一输出严格呈线性关系，很好地满足了发动机位置检测的要求，此电路选择不同的电阻(图6中虚线框电阻)，可满足不同位置传感器的要求，具有很好的通用性。