机载传感器高温老炼过程自动检测仪的设计

李轩 张跃明

摘 要：针对某系列机载转速扭矩传感器高温老炼筛选完全依靠人工完成的问题，通过需求分析，开展了机载传感器老炼过程自动检测仪研制。经过试验室验证及实际应用，该型自动检测仪能有效解决高温老炼过程中各个状态下不达标产品的自动筛选及原始数据自动记录等问题。通过智能高温老炼筛选，可以有效的提高出厂传感器可靠性，极大的减少了人工强度。

关键词：机载传感器;老炼筛选;检测仪

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）08-0108-03

0引言

某系列机载转速扭矩传感器（以下简称传感器）为航空发动机配套成附件，用于航空发动机转速、扭矩测量与控制。因此，传感器的可靠性直接关系到飞机以及飞行员的安全。为了保证机载传感器在高温的条件下能够长时间稳定工作，传感器在出厂前必须对其进行高温老炼筛选，以剔除因材料、加工工艺及操作不当等原因而产生的潜在不合格品，提高产品可靠性。

根据传感器以及配套发动机的需求，目前传感器出厂前往往需要进行数百小时的高温试验和数千小时的高温寿命试验。在高温试验过程中需要对传感器的内阻、绝缘电阻等关键参数进行检测，以确认随着试验时间的增加，传感器内阻、绝缘电阻等关键参数的变化能否满足设计要求。通过完成自动检测仪的研制，提高了工作效率、减少了人工强度、增加了实时检测手段，解决了RG系列传感器老炼筛选过程中数据自动记录、存储等问题。

1检测仪方案设计

在高温老炼筛选过程中，除了检测内阻、绝缘等关键参数外，同时还需要检测高温箱当前温度，并对数据进行存储。根据需求，机载传感器高温老炼过程自动检测仪（以下简称检测仪，如图1）整体设计框图如图2所示，主要由测试模块、核心控制模块以及输入输出模块三个部分组成。其中测试模块功能是将被测温度、电阻、绝缘电阻三类信号通过信號调理电路转换为AD芯片采集范围内的电信号[1];核心控制模块由CPU、AD等芯片组成，主要实现数据采集，数据处理等功能;输入输出模块由触摸屏及其配套器件组成，主要实现数据的显示以及控制信号的输入等功能[2]。

2检测仪测量电路设计

2.1温度测量电路

高温箱温度使用K型热电偶进行测量。根据测量原理，使用热电偶测温需要采集热电偶温度以及冷端温度进行换算从而得到真实的温度。热电偶信号放大电路如图3所示，通过使用仪器放大器INA128将mV级的电压进行放大，确保AD芯片能够采集到热电偶信号。冷端测量电路如图4所示，使用温度传感器AD590对冷端温度进行测量。AD590其输出电流与所测温度呈线性关系（25℃对应298.2uA，变换率为1℃/uA），通过一个标准电阻即可将电流转换为电压并提供给AD芯片采集。

高温箱内热电偶输出电压为E（t，t0），AD测得冷端温度为t0，通过查热电偶分度表可知冷端补偿电压E（t0，t）。利用公式（1）可求出E（t，0）。根据E（t，0）。反查热电偶分度表可知当前高温箱内温度t。

2.2传感器内阻测量原理

传感器内阻的测试采用恒流源方案测试。其测量原理如图5所示。

通过公式（2）～（7）公式可知，当R1=R2、R3=R4时，恒流源电流的大小I=VCC/RS。在已知传感器內阻通过的电流的情况下使用AD测量其电压即可换算出当前传感器的内阻值。

2.3 绝缘性测量原理

传感器的绝缘电阻在使用温度范内为200kΩ～500mΩ以上，采用普通的电阻测量方法无论是测量范围还是测量精度很难实现，其原因是漏电流太小，分辨力不够。其次，传感器的绝缘电阻在低电压时绝缘值高，在高压时因绝缘材料的耐压有限而漏电，从而导致绝缘电阻下降。因此，为了提高绝缘电阻的分辨力，测试所需的激励电压为高压电源。为实现绝缘电阻的测量，激励电压应不小于500V。500V高压的产生有二种方法：

（1）通过变压器次级绕组的低电压经多倍压整流后，产生大于500V的直流电压，这种方式产生的电压有一种缺陷，带负载能力较差，一旦遇到漏电大的传感器，多倍压输出电压急聚下降，如果是多通道快速切换检测每路传感器，多倍压下降程度更加明显，高压下降过多会影响传感器检测的耐压等级。

（2）通过变压器次级绕组升压至Vi，整流后产生的直流高压V，则：

测量电路如图6所示，首先通过变压器将220V交流电压升压成417V交流电压，再通过整流滤波电路产生直流高压源。通过R2，R3分压，AD芯片采集当前高压分压值VH1，经过分压计算得到VH电压，则有：

当R5=R6与U3组成反相器;最终输出电压为VO。根据公式（10）～（11）可知，被测绝缘电阻。

从安全性考虑，整流后产生的直流高压为500V时，通过电阻R1的限流，确保对外输出电流小于10uA，通过D2、D3稳压管的保护，确保后级电路不会在故障时高压的直接接入而损坏。

3检测仪软件设计

检测仪软件以硬件电路为基础，根据具体测试需要进行编制。检测仪软件包括CPU软件和液晶屏软件两个部分。其中CPU软件使用Keil C进行编程，主要程序流程如图7所示。液晶屏软件界面如图8所示，主要是对各类控制按键控件以及数据显示控件的通信方式进行设置，确保能正确对CPU发送各类指令以及显示CPU发送的测试数据。按下开始记录后，CPU软件通过读取液晶屏当前设置的传感器型号，测试间隔时间等信息后来进行传感器相关参数进行循环采集并向液晶屏发送并显示。

4实际应用

检测仪完成研制后即投入了传感器老炼筛选工作。在某型传感器2000h寿命试验过程中[3]，检测仪连续3个月不间断工作，对传感器数据进行采集并记录，使用过程中，检测仪状态良好，故障发生率为0，圆满地完成了该传感器的寿命试验任务。该传感器寿命试验现场如图9所示。

5结语

检测仪不仅能够用于某系列机载传感器的老炼筛选数据记录工作，同时能够用于他型高温工作环境下的传感器以及其他产品的老炼筛选数据记录工作，能够有效地提高试验工作效率，具有较强的通用性，有一定的推广价值。

参考文献

[1] 康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 吴传贵，王伟国.一种通用自动测试系统自检子系统的设计与实现[J].测控技术，2015，43（7）：105-108.

[3] GJB 360B-2009，电子及电气元件试验方法[S].