摘 要： 為了解決某型航空發(fā)動機排氣溫度無法地面實時監(jiān)控的問題,，研制了排氣溫度測量系統(tǒng),。該系統(tǒng)利用PC104嵌入式工業(yè)計算機作為其核心控制器，設(shè)計了排氣溫度檢測電路和冷端溫度補償電路,，編寫了數(shù)據(jù)采集,、處理和顯示程序。通過該測量系統(tǒng),，可以使地面保障人員在發(fā)動機試車過程中實時監(jiān)控發(fā)動機排氣溫度,，確保其對于發(fā)動機工作狀況的正確判斷。
關(guān)鍵詞： PC104,；航空發(fā)動機,；排氣溫度；測試系統(tǒng)
航空發(fā)動機排氣溫度是監(jiān)控發(fā)動機工作狀況的重要參數(shù),，如果排氣溫度超過規(guī)定值,，就有可能損壞燃燒室、渦輪葉片和尾噴管等發(fā)動機部件,。目前,，某型航空發(fā)動機還沒有配備排氣溫度監(jiān)控裝置，監(jiān)控排氣溫度主要通過地面試車過程中觀察飛機座艙內(nèi)的排氣溫度表,，這給地面保障人員的工作帶來諸多不便,，無法有效可靠地保障發(fā)動機安全工作。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,，計算機技術(shù)日漸成熟,，已進入人類社會的各個領(lǐng)域并發(fā)揮著越來越重要的作用?；诖?，本文利用PC104嵌入式工業(yè)計算機研制了某型航空發(fā)動機排氣溫度測量系統(tǒng),，在地面試車過程中對發(fā)動機排氣溫度進行實時監(jiān)控。
1 研制方案
測試系統(tǒng)的技術(shù)方案如圖1所示,，包括核心控制器,、數(shù)據(jù)采集卡、供電電源,、溫度測量電路和冷端補償電路幾個部分,，由控制器、顯示屏,、鍵盤,、DOC電子盤、數(shù)據(jù)采集卡,、溫度測量電路,、溫度補償電路、被測對象,、供電電源、飛機27 V照明插座順序連接而成,。
測試系統(tǒng)采用PC104總線的嵌入式工業(yè)計算機作為其核心控制器,，這種控制器由于體積小、結(jié)構(gòu)緊湊,、功能齊全,、工作溫度寬、功耗低,、外部設(shè)備接口電路簡單,、與其配套的用于工業(yè)控制的板卡較多和性價比高等優(yōu)點，近些年被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中,。采用與PC104總線的嵌入式工業(yè)計算機相匹配的PM511PU數(shù)據(jù)采集卡,。選用EL顯示屏，其具有功耗低,、速度快,、體積小和接口簡單等特點。測試系統(tǒng)所需按鍵較少,，所以選用簡單的開關(guān)式鍵盤,。供電電源由發(fā)動機艙+27 V照明插座提供，利用DC-DC變換器將+27 V轉(zhuǎn)換為+12 V,、-12 V,、+5 V和+24 V向整個系統(tǒng)供電。DC-DC變換器特點是輸入電壓范圍寬,、輸入和輸出隔離,、輸出的電源穩(wěn)定性好,、精度高。
利用溫度檢測電路檢測發(fā)動機排氣溫度接線盒輸出的信號,，該信號是通過熱電偶測溫原理測得的與排氣溫度值對應(yīng)的毫伏電壓值,。另外，利用集成溫度傳感器AD590測得冷端補償溫度,。數(shù)據(jù)采集卡采集上述排氣溫度信號和冷端補償信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳遞給PC104核心控制器,。在核心控制器中編寫數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示程序?qū)⑴艢鉁囟戎碉@示在EL屏上,。
2 硬件電路
2.1 排氣溫度檢測電路
測試系統(tǒng)排氣溫度檢測電路如圖2所示,，發(fā)動機利用8個相同的單元件熱電偶并聯(lián)連接，用來測量渦輪后的燃氣平均溫度,。熱電偶用其安裝邊裝在排氣混合器周圍的孔內(nèi),，探頭穿過機匣伸入到渦輪后的燃氣流內(nèi)，測得燃氣平均溫度通過排氣溫度接線盒輸出,。本系統(tǒng)利用鎳鉻-鎳鋁熱電偶溫度補償導(dǎo)線將排氣溫度接線盒與檢測電路相連,。在檢測電路中，被測信號首先經(jīng)過隔離傳感器,，安裝隔離傳感器的目的是將被測信號與測量電路隔離,，隔斷外界的共模電壓和串引進來的電磁干擾，保證檢測系統(tǒng)可靠工作,，同時也保證了被測發(fā)動機的安全,。另外，隔離傳感器還可以將被測信號成比例地進行線性轉(zhuǎn)化,。由于測試現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜,，雖然經(jīng)過隔離仍有干擾引入，選用電阻R1為100 kΩ,，電容C1為0.47 μF,，截止頻率為f=1/（2πR1C1）的一階低通濾波器可以有效地濾除干擾。經(jīng)過濾波的溫度信號用OP07運算放大器進行放大,，放大倍數(shù)為（R2+R3）/R2=1.5,，之后送到數(shù)據(jù)采集卡1通道。
2.2 冷端溫度補償電路
測試系統(tǒng)冷端溫度補償電路如圖3所示,，冷端溫度測量采用的是AD590集成溫度傳感器,，該傳感器是電流輸出型溫度傳感器的典型產(chǎn)品，具有線性度好,、靈敏度高,、體積小、穩(wěn)定性好,、輸出信號大且規(guī)范化等優(yōu)點,。其利用電路產(chǎn)生一個與絕對溫度成正比的電流作為輸出,，溫度系數(shù)為1 μA/K，在溫度為25 ℃時輸出298.2 μA電流,。AD590輸出電流與溫度關(guān)系式為I=1 μA/K×（273.2+t）K,。冷端溫度測量的具體方法是：首先將AD590傳感器置于熱電偶測溫回路的冷端，冷端溫度的極限范圍在-55 ℃～80 ℃之間,，而數(shù)據(jù)采集卡的采集范圍是-5 V～5 V,，經(jīng)過計算分析AD590輸出端流過的電阻選擇為14 kΩ，當(dāng)環(huán)境溫度為-55℃時,，傳感器輸出電壓U0=1 μA/K×14 kΩ×（273.2-55）K=1.962 V,，當(dāng)環(huán)境溫度為80℃時，傳感器輸出電壓U0=1 μA/K×14 kΩ×（273.2+80）K=4.945 V,。由此可知,，傳感器輸出電壓的范圍在1.962 V～4.945 V之間，該電壓信號經(jīng)過OP07運算放大器電壓跟隨后送入到數(shù)據(jù)采集卡0通道,。
3 軟件設(shè)計
測試系統(tǒng)采用DOS系統(tǒng)作為其運行環(huán)境,。DOS系統(tǒng)盡管程序界面簡單，但由于其穩(wěn)定性高,、對計算機配置要求較低等優(yōu)點,，仍然廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中。同時,，在DOS系統(tǒng)下裝載UCDOS系統(tǒng),，使程序界面中能夠顯示漢字,，便于人機交互,。另外，軟件系統(tǒng)以Turbo C 2.0作為開發(fā)環(huán)境,。測試系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集,、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示幾個部分，核心控制器檢測程序流程如圖4所示,，檢測程序首先對系統(tǒng)進行初始化,，然后對各個檢測通道的數(shù)據(jù)進行采樣，接下來對采樣得到的數(shù)據(jù)進行運算,、分析,、處理，最后將結(jié)果顯示在EL屏上,。
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