滑油压力表信号测量和处理电路设计

针对现有飞参记录仪中发动机滑油压力参数测量误差大的问题，在分析测量电路工作原 理的基础上，提出了在飞参外部加装电压信号测量处理电路的解决方案，并设计了实际电路，对测量 结果进行了分析，从而在不改变飞参设备内部硬件结构的条件下，实现了滑油压力信号的准确测量，可为发动机监控提供重要依据。

飞机发动机滑油压力参数是衡量飞机发动机是否 正常工作的重要依据，尤其在飞机科学维修、故障预 防预测以及飞行事故调查时，飞行参数记录设备（简称 飞参）能否对压力参数进行准确记录则是处理问题的关键。

1.滑油压力测量现状

滑油压力由压力表系统进行测量指示，该系统是一 种二线磁电式仪表系统,由压力传感器和指示器构成， 原理电路如图1所示。图1(a)是直流磁电压力表原理电 路，图1(b)是交流磁电压力表原理电路，系统中的传感 器在油压作用下改变指示器中两个工作线圈的电流比 值，此电流比与滑油压力成一定函数关系，而指示器中 指针的转角与该电流比也成同样的函数关系。现在飞机 所装备的飞参记录设备利用测量（图1中A、B两点）电 压的方法来计算滑油压力，从多年来的使用情况看，飞 参记录的滑油压力值误差很大，严重影响了发动机工作 性能的正确判定。从压力表的工作原理可知，用A、B两 点的电压计算滑油压力，此方法存在原理性错误，因此， 必须对其进行改进，才能保证滑油压力的准确测量。

2.压力信号提取方法研究

2.1压力表工作原理分析

交、直流压力表的工作原理相似，本文就以交流压 力表为基础讨论压力信号测量方法。

滑油压力表简化等效原理电路如图1(c)，指示器指 针的转角与电流比值成一定的函数关系，即： a =f( IJ Ib)

电路中，可见，电流比只与传感器阻抗的相对变化量有关，也就 是说指针转角只与传感器阻抗的相对变化量有关，单值 地反映压力的变化情况。

2.2压力与Uab的关系

根据简化等效电路可得

可见，UkB不仅与传感器阻抗的相对变化量成正比，还与 电源电压成正比。因此单纯测量UkB不能计算出压力 值，除非使用恒压源供电方式，UkB才仅与y成正比，单 值地对应压力值。表1是不同电源电压下测得UkB的实 际数据。从表1可见，UkB随着电源电压正比例变化。

在飞机上,压力表系统由DC27V供电或由AC 115 V/ 400 Hz经变压器降至约36V供电，这两种电源的波动 同样会正比例地传递给电压测量系统，飞行中两种电源的电压波动都非常大，会造成很大的压力测量误差。由 此可见，仅测量Uab是不能准确计算压力数值的。

实际情况是，在飞机上不可能专门给滑油压力表系 统提供恒压电源。从压力表系统的原理及式(3)、式(5)可 知，只要想办法去除电源电压的影响，就可以从根本上 解决准确测量的问题。

2.3改进方法研究

2.3.1增加电源电压U的测量用以修正Uab

在现有测量的基础上增加一个测量参数——电源 电压U，以在36V供电情况下的参数为基准，用式(6)对 UkB进行修正，然后根据P ~ UkB对应关系计算压力数 值，即：

2.3.2测量电压Uk和Ub ,用电压比计算压力

如图1，如果选择参考点1，可得：

由式(7)可见，电压比与电流比一样，仅与传感器阻 抗的相对变化量有关，可以单值地反映压力的变化。这 样一来，就有如下两种改进方法实现对滑油压力进行准 确的测量。

方法一若飞参中有可扩展的模拟信号测量通道， 则将原测量Uab的电路在增加了参考点后改成测量Uk 和Ub,测试程序中压力测量函数改成Pf Ub/Ua)就可准 确测量压力。该方法飞参改动大，既要对飞参系统硬件 电路进行改造，又要对压力计算函数进行相应的改进。

方法二飞参外部（即在飞机上）加装电压Uk和U 测量电路，并完成Ub/ Ua运算，计算结果从原通道送给 飞参系统，飞参系统硬件不作任何改动，只对压力计算 函数作相应的调整，即可完成压力的准确测量。

目前，由于飞参系统可用于扩展的模拟输入通道很 紧张，对飞参系统硬件改动的难度很大，故方法二是最 佳的改进方法。

3.电压Vk和VB信号测量处理电路设计

3.1信号特性分析

从图1可知，对于直流磁电仪表，电压的测量相对 要简单一些，而交流表则复杂一些，其两条电流支路是 半波整流电路，即流过各支路的电流是半波脉动直流。 若取参考点1，则测得的Ua和Ub波形见图2,其中（a)、 (d)是完整波形，可见出现了严重的畸变，这是由于电路 中存在感性元件的缘故；（b)、(c)是压力为零时Ua和U 的正半周有效波形，（e)、(f)是压力为8kg/cm2时Ua和U 的正半周有效波形。通过分析可知，只要正确提取每个 电压的正半周信号，滤波后再完成Ub/ Ua运算，压力就 可准确计算。同理，若取参考点2，据图3所示波形可 知，只要正确提取每个电压的负半周信号，然后完成Ub/ Ua运算，压力同样可准确计算。

3.2信号测量和处理电路设计

通过信号分析可知，“同相输入正输出”半波整流电 路可用于图2所示有效电压信号的测量，“反相输入正 输出”半波整流电路可用于图3所示有效电压信号的测 量[4]。图4就是设计的半波整流电路，图中C1和C2的 作用是滤波，即将脉动直流信号滤成比较平滑的直流信 号，开关K用于切换不同参考点时的整流方式。当选择 参考点1时，K应为图中同相输入位置，否则应选择向 下反相输入位置，整流器的增益为1/4。

3.3模拟混合四则运算电路设计

为了使处理电路的输出能够适应不同的测试需求 而设置了参数K和K2调整电路，以完成如下计算：

图5是按式(7)设计的运算电路，其核心运算器U6 是模拟混合四则运算电路，其中U3为缓冲器，U4和其 外围的各元件构成了 一个同相放大器,以调整参数K!,

U5 和 其 外 围 的 各 元 件 构 成 了 参 数 K2 调 整 电 路U7 为 2.5V标准电压源。当设定时，电路对滑油压力表系统进 行信号处理的结果在表2、表3中列出。

3.4测量结果分析

从表3中的计算误差可见,电源电压超出36 V± 10% 且在极端压力时测量误差超过1.0%,但小于2.5%当电 源电压在36V ± 10%以内时，电路测量误差小于1.0%， 且几乎不随电源电压的波动而变化.由此证明：用半波 整流和模拟混合四则运算电路组成的压力信号测量电 路可以准确地测算压力表系统的电压比Ub/Ua，并方便 地以合适的直流模拟电压形式传递给飞参系统，压力数值计算准确。

3.5误差分析

通过对压力给定设备、实验电路进行分析，测试中 出现误差的原因主要有以下三个方面：（1)压力给定设 备误差，会对测量造成一定的影响。(2)从测量数据来看，传感器两个电感线圈存在一定的不对称误差，尤其 在电源电压超过± 10%以后，其不对称性造成的非线性 误差加大。且传感器对称中点(4.0kg/c)有一定偏差，也 增加了测量的误差。（3)在测量电路中，由于使用的运算 放大器没有设置失调调整电路，故放大器失调也造成了 一定的测量误差。

实验证明，用半波整流电路结合模拟混合四则运算 电路可以很好地完成Ub/ Ua的测算，从而可以不改变飞 参设备内部硬件结构，通过在飞机上加装测量电路，实 现将与滑油压力成函数关系的直流电压信号从原输入 电路送给飞参设备，实现滑油压力的准确测量。