飞机滑油温度采集系统优化设计

魏英豪 王晴 蒋干

（苏州长风航空电子有限公司军品研究所 江苏省苏州市 215151）

1 引言

某型号配装的滑油温度采集系统是根据同类温度采集装置进行改进设计，由于温度测量精度的进一步提高，对原有温度采集电路进行了硬件和软件的改进设计，提高了温度采集精度，能够契合于如今对飞机仪表类采集精度日益增高的要求，对于同类产品中数据采集精度的提高具有重要借鉴意义。

2 工作原理介绍

飞机温度测量系统常用温度传感器有热电偶温度传感器、铂电阻温度传感器等。考虑到飞机滑油温度范围一般在-50℃～210℃，在此温度范围内热电偶电势较小，热敏电阻的非线性较大影响测温范围，非线性补偿较复杂，因此本方法采用PT1000 铂电阻温度传感器，铂电阻温度传感器精度高且无需冷端补偿，在-50℃～300℃温度范围内非线性较小。

铂电阻Pt100 是指铂电阻在0℃时的电阻值等于1000Ω，选用A 级精度铂电阻，允许误差

公式（1）中：

t——温度值（℃）

铂电阻为电阻原件，当有电流通过时，电阻本身会发热，因此产生自然误差，自然误差取决于电阻原件的电能输入和自然系数。

铂电阻电阻值随温度变化的函数表达式为：

对于-50℃～0℃的温度范围，温度与电阻值的关系如公式（2）：

对于0℃～300℃的温度范围，温度与电阻值的关系如公式（3）：

在公式（2）和公式（3）中：

t——温度，单位℃；

Rt——t 温度时铂电阻的电阻值；

R0——0℃时铂电阻的电阻值；

A——常数，其值为3.9083×10-3，℃-1；

B——常数，其值为-5.775×10-7，℃-2；

C——常数，其值为-4.183×10-12，℃-4。

3 电路设计

温度采集电路主要由恒流源电路、电阻测量回路、滤波电路、信号放大电路及模数转换电路组成。信号处理电路实现硬件滤波、断路检测、以及经典和雷电防护等功能。原理框图见图1。

图1：温度采集电路原理框图

考虑到PT1000 温度传感器在飞机上安装位置距离温度采集盒较远，需要用较长电缆连接，因此电缆电阻会导致采集的电阻值虚高，导致采集温度比实际温度偏高。因此本文设计了电阻测量回路用于补偿电缆电阻对测量系统的影响，具体原理见图2。

图2：电阻测量电路原理框图

（1）该测量回路中有恒流源输入I；

（2）RTD 为所需要测量的铂电阻，设RTD 铂电阻电压为VR；

（3）RW1、RW2、RW3 为铂电阻传感器到标准远程接口单元的线路等效电阻，由于线路长度一致，RW1=RW2=RW3，设三段线路电压分别为VW1、VW2、VW3；

（4）设运算放大器U1 反向输入端电压为V-，同向输入端为V+，输出端电压为Vout。

根据测量回路，可得：

由于V-= V+=VR+VW3，且R1=R2可得：

由于该测量回路输入为恒流源，测得运算放大器输出端电压Vout，即得到VR电压并换算得到RTD 电阻值，对该电阻值进一步处理即可得到热电阻温度。

PT1000 传感器信号采集电路使用高精度低功耗运算放大器构建激励电路和比例放大电路，激励电路通过输出恒流源信号将输入的电阻量信号转换为直流电压信号。

源端输入阻值范围：700Ω～2800Ω，对应输出电压为0.7V～2.8V，当源端输入电阻为500Ω～3000Ω 时，对应输出电压为0.5V～3V，此时当采集到的电压小于0.5V 或大于3V 进行报警。

输入信号经接口保护电路、RC 低通滤波电路、比例放大处理电路后给A/D 电路。使用TVS 管进行雷电防护、静电防护，RC低通滤波电路选用电阻R10K、电容C5.3nF，截止频率为3KHZ。运放配置电阻均选用高精度B 级器件（精度0.1%），降低增益误差，符合设计要求。

4 软件设计

软件周期访问CPU内的1个A/D通道，依次采样进行A/D转换，获取外部模拟量，包括1 路电压模拟量信号。软件将采集到的模拟量根据信号特性进行对应的平滑操作，去除信号干扰后，计算得到对应的温度、电压信号。模拟量采集处理功能包含模拟量采集模块、模拟量平滑模块和模拟量计算模块。每个模拟量信号根据信号范围，进行数据有效性判断，超边界范围时，报相应的信号无效，软件处理算法流程图见图3。

5 验证测试

为验证采取软硬件优化改进后的温度采集电路的采集精度，本文通过等效试验来考察铂电阻测温系统的测量稳定性和测量精度。将PT100 温度传感器放置于高精度温箱中进行试验，记录温度变化过程中温箱实际温度和测量温度，根据测得的数据得到了两者的误差，试验数据见表1。

表1：实际温度和测量温度数据记录

利用最小二乘法（见图4）得到温度采集电路中实际温度与测量温度的拟合直线：

图3：基于平滑滤波的模拟量采集算法流程图

图4：基于最小二乘法的铂电阻温度传感器误差计算方法

误差计算公式：

由公式7 可知，当T实际=210℃，得到误差最大值，此时△max=0.4229℃。

从试验结果看，改进后的温度采集系统具有较好的精确性，误差在±0.5℃范围内。

6 结论

本文在分析飞机滑油温度测量系统测量误差的基础上，通过对采集电路的硬件和软件进行优化设计来提高滑油温度采集的精度。该设计同样适用于其他型号同类产品的温度测量精度的提升，仅通过简单软、硬件的更改即可推广到其它航空产品的数据测量系统中去，这对军品老产品的更新换代、缩短新产品研制周期、降低研制费、产品系列化和标准化设计有着深远的影响。