航空发动机转速传感器调理电路设计与仿真

航空发动机转速传感器调理电路设计与仿真（通用6篇）

篇1：航空发动机转速传感器调理电路设计与仿真

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录

第1章 绪 论.........................................................................................................1 1.1 课题背景与意义..........................................................................................1 1.2 设计目的与要求..........................................................................................1 1.2.1 设计目的...........................................................................................1 1.2.2 设计要求...........................................................................................1 第2章 设计原理与内容...........................................................................................2

2.1 热电偶的种类及工作原理.............................................................................3

2.1.1热电偶的种类....................................................................................3

2.1.2 工作原理分析....................................................................................4

2.2 设计内容......................................................................................................4 2.2.1 总体设计...........................................................................................4 2.2.2 原理图设计.......................................................................................5 2.2.3 可靠性和抗干扰设计.......................................................................7 第3章 器件选型与电路仿真...................................................................................8 3.1 器件选型说明..............................................................................................8 3.2 电路仿真......................................................................................................8 第4章 设计心得与体会...........................................................................................9 参考文献.....................................................................................................................10 附录1：电路原理图...................................................................................................11 附录2：PCB图............................................................................................................11 附录3：PCB效果图....................................................................................................11

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第1章 绪 论

1.1 课题背景与意义

温度是一个基本的物理量，在工业生产和实验研究中，如机械、食品、化工、电力、石油、等领域，温度常常是表征对象和过程状态的重要参数，温度传感器是最早开发、应用最广的一类传感器。本设计中正是关于温度的测量，采用热电偶温度测量具有很多的好处，它具有结构简单，制作方便，测量范围广，精度高，惯性小和输出信号便于远传等许多优点。

同时，热电偶作为有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常在日常生活中被应用，如测量炉子，管道内的气体或液体温度及固体的表面温度。热电偶作为一种温度传感器，通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。热电偶可直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。

1.2 设计目的与要求 1.2.1 设计目的

(1)了解常用电子元器件基本知识（电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路）；(2)了解印刷电路板的设计和制作过程；(3)掌握电子元器件选型的基本原理和方法；

(4)了解电路焊接的基本知识和掌握电路焊接的基本技巧；

(5)掌握热电偶温度传感器信号调理电路的设计，并利用仿真软件进行电路的调试。

1.2.2 设计要求

选用热电偶温度传感器进行温度测量，要求测温范围100-300℃、精度为0.1℃。设计传感器的信号调理电路，实现以下要求：

（1）将传感器输出4.096-12.209mV的信号转换为0-5V直流电压信号；（2）对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据；（3）电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容；（4）电路的基本工作原理应有一定说明；

（5）电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性

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第2章 设计原理与内容

2.1 热电偶的种类及工作原理 2.1.1 热电偶种类

1、K型热电偶镍铬

Ｋ型热电偶是抗氧化性较强的贱金属热电偶，可测量0～1300℃的介质温度，适宜在氧化性及惰性气体中连续使用，短期使用温度为1200℃，长期使用温度为1000℃，其热电势与温度的关系近似线性，是目前用量最大的热电偶。然而，它不适宜在真空、含硫、含碳气氛及氧化还原交替的气氛下裸丝使用；当氧分压较低时，镍铬极中的铬将择优氧化，使热电势发生很大变化，但金属气体对其影响较小，因此，多采用金属制保护管。Ｋ型热电偶缺点：

(1)热电势的高温稳定性较Ｎ型热电偶及贵重金属热电偶差，在较高温度下(例如超过1000℃)往往因氧化而损坏；

(2)在250～500℃范围内短期热循环稳定性不好，即在同一温度点，在升温降温过程中，其热电势示值不一样，其差值可达2～3℃；

(3)其负极在150～200℃范围内要发生磁性转变，致使在室温至230℃范围内分度值往往偏离分度表，尤其是在磁场中使用时往往出现与时间无关的热电势干扰；

(4)长期处于高通量中系统辐照环境下，由于负极中的锰(Ｍn)、钴(CO)等元素发生蜕变，使其稳定性欠佳，致使热电势发生较大变化。

2、S型热电偶

该热电偶的正极成份为含铑10%的铂铑合金，负极为纯铂。其特点是：

(1)热电性能稳定、抗氧化性强、宜在氧化性气氛中连续使用、长期使用温度可达1300℃ 超达1400℃时，即使在空气中、纯铂丝也将会再结晶，使晶粒粗大而断裂；(2)精度高，在所有热电偶中准确度等级最高，通常用作标准或测量较高温度；(3)使用范围较广，均匀性及互换性好；

(4)主要缺点有：微分热电势较小，因而灵敏度较低；价格较贵，机械强度低，不适宜在原

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性气氛或有金属蒸汽的条件下使用。

3、E型热电偶(镍铬－铜镍[康铜]热电偶)Ｅ型热电偶为一种较新产品，正极为镍铬合金，负极为铜镍合金(康铜)。其最大特是 在常用的热电偶中，其热电势最大，即灵敏度最高；它的应用范围虽不及Ｋ型偶广泛但要 求灵敏度高、热导率低、可容许大电阻的条件下，常常被选用；使用中的限制条件与型相 同，但对于含有较高湿度气氛的腐蚀不很敏感。

4、N型热电偶(镍铬硅－镍硅热电偶)

该热电偶的主要特点：在1300℃以下调温抗氧化能力强，长期稳定性及短期热循环复现性好，耐核辐射及耐低温性能好，另外，在400～1300℃范围内，Ｎ型热电偶的热电特性的线性比Ｋ型偶要好；但在低温范围内(-200～400℃)的非线性误差较大，同时，材料较 硬难于加工。

5、J型热电偶(铁－康铜热电偶)

J 型热电偶：该热电偶的正极为纯铁，负极为康铜(铜镍合金)，具特点是价格便宜,适 用于真空氧化的还原或惰性气氛中，温度范围从-200～800℃，但常用温度只在500℃以下，因为超过这个温度后，铁热电极的氧化速率加快，如采用粗线径的丝材，尚可在高温中使用且有较长的寿命；该热电偶能耐氢气(Ｈ2)及一氧化碳(ＣＯ)气体腐蚀，但不能在高温(例如500℃)含硫(Ｓ)的气氛中使用。

6、T型热电偶(铜－铜镍热电偶)

T型热电电偶：该热电偶的正极为纯铜，负极为铜镍合金(也称康铜)，其主要特点是： 在贱金属热电偶中，它的准确度最高、热电极的均匀性好；它的使用温度是-200～350℃，因铜热电极易氧化，并且氧化膜易脱落，故在氧化性气氛中使用时，一般不能超过300℃，在-200～300℃范围内，它们灵敏度比较高，铜－康铜热电偶还有一个特点是价格便宜，是 常用几种定型产品中最便宜的一种。

7、R型热电偶(铂铑13－铂热电偶)该热电偶的正极为含13%的铂铑合金，负极为纯铂，同S 型相比，它的电势率大15% 左右，其它性能几乎相同，该种热电偶在日本产业界，作为高温热电偶用得最多，而在中国，则用得较少。

热电偶通常分为标准化热电偶和非标准化热电偶两类。标准化热电偶是指制造工艺比

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较成熟，应用广泛，能成批生产，性能优良而稳定，并以利用工业标准化元件中的那些热电偶。标准化热电偶具有统一的分度表，常见的七种标准热电偶是R型、S型、B型、K型、E型、J型、T型。N型热电偶为廉金属热电偶，是一种最新国际标准化的热电偶。

2.1.2 工作原理分析

热电温度计是由热电偶、补偿导线及测量仪表构成的。其中热电偶是敏感元件, 它由两种不同的导体A 和B 连接在一起, 构成一个闭合回路, 当两个连接点1 与2 的温度不同时, 由于热电效应,回路中就会产生零点几到几十毫伏的热电动势, 记为EAB。接点1 在测量时被置于测场所, 故称为测量端或工作端。接点2 则要求恒定在某一温度下,称为参考端或自由端, 如图1 所示。

实验证明, 当电极材料选定后, 热电偶的热电动势仅与两个接点的温度有关, 即.比例系数SAB 称为热电动势率, 它是热电偶最重要的特征量。当两接点的温度分别为t1 , t2 时, 回路总的热电动势为 , 式中eAB(t1)、eAB(t2)分别为接点的分热电动势。

对于已选定材料的热电偶, 当其自由端温度恒定时, eAB(t2)为常数, 这样回路总的热电动势仅为工作温度t1 的单值函数。所以, 通过测量热电动势的方法就可以测量工作点的实际温度

图 1 热电偶原理图

2.2 设计内容 2.2.1 总体设计

本设计需要测量温度为100到300度，选用K型热电偶，在将测量所得电压进行放大

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处理。

K型热电偶作为一种温度传感器，K型热电偶通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。K型热电偶可以直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。

K型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。K型热电偶是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。K型热电偶丝直径一般为1.2～4.0mm。正极（KP）的名义化学成分为：Ni：Cr=92：12，负极（KN）的名义化学成分为：Ni：Si=99：3，其使用温度为-200~1300℃。K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中广泛为用户所采用。K型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛.，热电偶测量输出的信号为4.096-12.209mV，我们用信号调理电路将其转换为0-5V直流电压信号

此信号调理电路由一个减法放大器和一个同相比例放大器组成，减法放大器一端电压接4.096 mV，这样在经过减法器的时候电压变化范围就会变成4.096-8.113mV，再由比例放大器输出，就会得到0-5V直流电压信号.2.2.2 原理图设计

同相输入放大电路如图2所示，信号电压通过电阻RS加到运放的同相输入端，输出电压vo通过电阻R1和Rf反馈到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈放大电路。

根据虚短、虚断的概念有vN= vP= vS，i1=if

于是求得所以该电路实现同相比例运算。同相比例运算电路的特点如下 1.输入电阻很高，输出电阻很低。

2.由于vN= vP= vS，电路不存在虚地，且运放存在共模输入信号，因此要求运放有较高的共模抑制比。

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图 2 同相比例放大电路

差分式减法运算电路

电路原理：差分式减法运算电路是利用一级运放实现的电路，图1所示。要进行运算的两路信号分别由运放的同相和反相输入端送入，这是一种差分输入方式。由于存在着负反馈，电路属于线性电路，因此，可以利用叠加定理分析求解电路输出电压与输入电压之间关系。

图3 减法电路图

当令ui1单独作用时，ui2=0，电路实质是一个反相输入比例电路，如图所示，输出端电压

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uo1=-R3*ui1/R2(2-2-1)电阻R2//R3，只起平衡作用，不影响电路输入输出关系。当u2单独作用时，令ui1=0,此时电路实质是所分析的同相输入比例电路。分析结果得：

uo2=(1+R3/R2)*Rf*ui2/(R+Ri)(2-2-2)最后，利用叠加定理就可以求出输入信号ui1和ui2共同作用时，输出电压为 uo=uo1+uo2=-R3*ui1/R2+R3*ui2/R2=R3(ui2-ui1)/R2(2-2-3)若取R3=R2，则有 uo=ui2-ui1从而实现对输入信号的减法运算。减法运算也可以看成是对两个输入信号的差进行放大，所以此电路也广泛应用于自动检测仪器中，实现对输入信号的检测。

2.2.3 可靠性和抗干扰设计

抗干扰的应用包括避免强磁场，补偿导线加屏蔽动力电缆，与信号线、分开布线、保持距离。系统产生干扰的原因有很多，在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制系统和执行机构，它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、微安级的小信号，又有几十伏，甚至数千伏、数百安培的大信号；既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等，构成系统后往往发现在仪表和设备之间信号传输互相干扰，造成系统不稳定甚至误操作。出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外，还有一个十分重要的因素就是由于仪表和设备之间的信号参考点之间存在电势差，因而形成“接地环路”造成信号传输过程中失真。因此，要保证系统稳定和可靠的运行，“接地环路”问题是在系统信号处理过程中必须解决的问题。解决“接地环路”的方法 根据理论和实践分析，有三种解决方案： 第一种方案：所有现场设备不接地，使所有过程环路只有一个接地点，不能形成回路，这种方法看似简单，但在实际应用中往往很难实现，因为某些设备要求必须接地才能保证测量精度或确保人生安全，某些设备可能因为长期遭到腐蚀和磨损后或气候影响而形成新的接地点。第二种方案：使两接地点的电势相同，但由于接地点的电阻受地质条件及气候变化等众多因素的影响，这种方案其实在实际中无法完全能做到。第三种方案：在各个过程环路中使用信号隔离方法，断开过程环路，同时又不影响过程信号的正常传输，从而彻底解决接地环路问题

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第3章 器件选型与电路仿真

3.1 器件选型说明

在热电偶测温传感器信号调理电路中，用到了电阻、集成运算放大器等。具体如下表所示：

表1所用元器件清单表

器件类型 K型热电偶 电阻 放大器

数量 1 6 2

单价 128.00 0.02 2.60

合计 128.00 0.12 5.20 3.2 电路仿真

Proteus电路仿真软件功能非常强大，在电路设计中，能够直观有效的观察电路的运行状态，工作点和电路参数，利用仿真来调整电路参数达到设计目的，有事半功倍的效果，尤其在单片机程序调试过程中，无需搭建实验电路板，能够跟Keil C单片机程序开发软件直接联调，方便快捷的调试单片机的程序，进行单片机系统的设计开发，在仪器的开发设计中，能够有效地提高效率，减少试验成本，缩短开发周期。根据电路原理，将信号放大电路、温度采集电路、模拟开关，统一设计在一个电路原理图中。使用proteus软件的仿真功能，得到如图4-1所示：

4-1总体电路图

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第4章 设计心得与体会

本次课程设计我们的选题是热电偶温度传感器信号调理电路设计与仿真，通过本周的课程设计。我对电子元器件基本知识（电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路）有了更多的了解，增长了知识也对自己所学的知识有了新的认识，同时也可以真的切实的将所学的知识应用到实践当中，这让我对所学的课程知识和软件的认知更加深刻，了解了如何利用仿真软件进行简单的电路的调试，通过本次课设，我深刻意识到纸上谈兵对知识的认知终究只能停留在表面，只有通过实验才能对知识有更好更深刻的理解与感悟。很高兴我能有这个机会和大家共同交流学习，从中学到了很多。同时也发现自己对于软件使用方面仍有不足，在今后应该加强.-10-

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参考文献

[1]徐德炳译，《传感器的接口及信号调理电路》，北京：国防工业出版社，1984年 [2]刘宏，《电子工艺实习》，广州：华南理工大学出版社，2009年 [3]俞雅珍，《电子工艺技术》，上海：复旦大学出版社，2007年 [4]康华光，《模拟电子技术》，北京：高等教育出版社，2004年

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附录1：电路原理图

附录2：PCB图

附录3：PCB效果图

篇2：航空发动机转速传感器调理电路设计与仿真

航空发动机传感器故障诊断设计与验证综合仿真平台

针对航空发动机传感器故障诊断算法无法快速和高效地完成硬件在回路仿真问题;提出了基于虚拟仪器语言与快速原型化技术的航空发动机传感器故障诊断硬件在回路仿真方法,并研制了基于该方法的硬件在回路实时仿真平台;经过实验验证后,该平台不仅为发动机传感器故障诊断方法提供了实时仿真平台,同时为扩展本平台使之成为完全的半物理仿真平台奠定了基础,有一定的工程实用价值.

作 者：李睿 郭迎清 吴文斐 Li Rui Guo Yingqing Wu Wenfei 作者单位：西北工业大学,动力与能源学院,陕西,西安,710072刊 名：计算机测量与控制 ISTIC PKU英文刊名：COMPUTER MEASUREMENT & CONTROL年，卷(期)：201018(3)分类号：V233.7关键词：快速原型化 虚拟仪器 故障诊断 仿真平台 航空发动机 rapid prototyping virtual instrument fault diagnosis simulation platform aero-engine

篇3：航空发动机转速传感器调理电路设计与仿真

转速是评价航空发动机性能、试车过程监控、数据系统设计的一个极其重要的参数, 也是发动机常用作被控量的参数。磁电式转速传感器结构简单、测量精度高、输出稳定, 因而在航空发动机中被广泛使用。磁电式转速传感器一般输出频率为0~6000Hz, 幅值范围为0.26V~15V的正弦波信号。本文介绍了此类转速信号的处理和采集方法。

2 转速信号处理电路

转速频率信号的处理包含信号调理电路和过零滞回比较电路, 如图1所示。其中信号调理电路主要功能是将输入的正弦转速信号进行滤波、限幅, 消除高频干扰信号影响, 将输入转速信号调理成符合后级电路输入要求的信号;过零滞回比较电路主要功能是根据具体的转速频率信号特性和产品工作环境, 通过设定相应的门限电压, 以避免干扰信号对比较器的误触发, 导致转速信号的频率值出现偏差。

2.1 信号调理电路

输入的转速频率信号, 通过一阶无源RC滤波电路滤波, 消除高频干扰。随后转速频率信号输入由两个快恢复二极管构成的全波限幅电路, 将转速频率信号的电压幅值限制在后级电路的输入电压范围内。信号调理电路原理图如图2所示。

图2中电阻R1与电容C1构成一阶无源RC滤波电路, 用以滤除信号中的高频噪声, 提高模块的抗干扰能力;限幅功能由反向并联的快恢复二极管D1、D2构成, 避免比较器因为输入电压过大而损坏。信号调理电路的输入输出波形如图3所示。

针对不同测量范围的转速频率信号, 电路中的滤波电路应设计不同的截止频率, 一般选择略高于测量频率的值作为截止频率。本设计采用一阶无源RC滤波, 通过更改电阻电容的大小来设置截止频率。一阶无源RC低通滤波电路的截止频率如公式 (1) 所示。

公式 (1) 中:

f―截止频率, Hz;

R―R1阻值, Ω;

C―C1容值, F。

2.2 过零滞回比较电路

方波信号的产生通过比较器来实现, 根据实际设计需求, 兼顾频率信号采集模块的抗干扰性和对低转速信号测量的精确性, 设置合适的反馈电阻阻值, 确定抑制干扰信号的门限电压。

过零滞回比较电路原理图如图4所示。电阻R2与R3为相同阻值的匹配电阻, R4连接比较器的输出端和同相输入端构成正反馈电路, 由R2与R4的阻抗比值确定滞回电路门限电压。根据具体的转速频率信号特性和产品工作环境, 可以通过计算确定相应的门限电压, 以避免干扰信号对比较器的误触发, 进而导致最终输出方波信号频率与输入正弦波转速信号频率不一致。

电阻R2与R3阻值相等, 电阻R2与R4的阻值确定了滞回电路的门限电压。

当输出端由0V跳转到5V时, 门限电压UT+与电阻R2、R4的关系如公式 (2) 所示。

当输出端由5V跳转到0V时, 门限电压UT-与电阻R2、R4的关系如公式 (3) 所示。

公式 (2) 、公式 (3) 中:

UT+―0V跳转到5V时的门限电压, V;

UT-―5V跳转到0V时的门限电压, V;

R2―R2阻值, Ω;

R4―R4阻值, Ω。

过零滞回比较电路原理示意图如图5所示。因为是过零比较, 所以UT+为0V, UT-的电压值即为抑制噪声干扰的门限电压。当比较器输出端由0V跳转到5V时, 电压的变换沿着曲线1的路径上升, 当比较器输出端由5V跳转到0V时, 电压的变换沿着曲线2的路径降落。

3 FPGA采样计数处理

转速信号转换为TTL电平后进入FPGA, 通过FPGA进行采样计数, 从而得出转速频率。本文针对如何根据精度要求确定采样频率, 以及在特定的采样频率下可达到的采集精度是多少做出理论分析。

3.1 采样频率的确定

通常FPGA进行采样会在时钟的上升沿, 而采样频率也通常会与时钟频率同步, 即采样是在采样频率的上升沿进行的。若有误差, 则产生在频率信号刚开始的时候而采样频率不是上升沿, 如图6所示。该误差的最大值为一个采样周期。

以转速信号频率范围为10~3500HZ, 精度要求为1%为例。要达到1%的精度要求, 则最小的采样频率应为0.35MHZ。若系统时钟分频有一定限制, 可选择一个大于该最小采样时钟且分频方便的采样频率。若选择1M为采样频率, 那么我们的采样精度可达到0.35%。

3.2 计数器位数的确定

FPGA采样计数器的位数也通过采样频率来确定, n为计数器的值。

转化为二进制为1, 1000, 0110, 1010, 0000, n位数最多为17位。

转换为二进制数为1, 0001, 1110, n位数最少为9位。

3结论

本文根据航空发动机磁电式转速传感器信号特性, 详细介绍了此类转速信号的处理电路和采集方法。该电路结构简单、可靠性好、实用性强、检测精度高, 具有广泛的应用前景。

摘要：航空发动机转速传感器所测得的转速信号往往不能够被电子设备直接利用, 需要进行信号的调理后, 才能被采集。本文设计了一种磁电式转速传感器频率信号采集电路, 并利用FPGA逻辑资源实现转速数据的采样计数。针对给定的转速信号的特性和精度要求, 对如何设计转速前端处理电路, 保证足够的采样精度, 以及如何计算得出采样频率进行了深入分析。

关键词：转速信号,转速处理电路,采样频率,FPGA

参考文献

[1]童诗白, 华成英.模拟电子技术技术.北京:高等技术出版社, 2004.

篇4：发动机转速传感器失效分析

摘 要：本文对某型号发动机的转速传感器断线问题进行研究。通过对转速传感器性能检测、拆解分析、失效位置点确认及失效原因分析，查找转速传感器断线产生的原因。结果表明：该型号发动机转速传感器断线原因为受力拉断所致。

关键词：转速传感器；焊接不良；断线

1 概述

转速传感器被用于测试曲轴旋转时的转速和曲轴（活塞）的相对位置，一般为磁电式脉冲信号传感器。它由绕线、绕线骨架及外壳组成，外壳一般采用复合材料注塑成型封装。它是构成现代汽车发动机管理系统之速度密度法空气计量算法理论和实践的重要零部件，也是发动机管理系统中最重要的核心零部件之一。 因此，研究转速传感器的失效形式和失效原因，对于改善发动机的整机质量有着至关重要的作用。

2 转速传感器故障案例

某型号发动机在整车道路测试后出现无法正常启动，采用排除法验证，更换转速传感器后故障排除，故障零件如图1所示。

导致转速传感器失效的主要原因有以下几方面：

①绕线断线； ②磁性减弱；

③焊接不良； ④杂质短接。

为明确转速传感器真实失效原因，对转速传感器性能检测、拆解分析、失效位置点确认及失效原因分析。

2.1 电阻检测

依据转速传感器设计性能参数，对传感器初步分析，确认初步失效点，使用欧姆表对转速传感器绕线电阻检测，其绕线电阻检测结果为：0 Ω，平均电阻值为1185Ω，电阻异常。

2.2 拆解分析

委托理化部门对故障传感器外壳溶解，确认转速传感器绕线如图2所示，断线失效，断线点如图3所示，在PIN脚浸焊位置。

2.3 断口分析

在断口附近进行取样，其断口形貌如图4所示。在电子显微镜下，其中如图4.a所示断口附近呈凹凸状，且如图4.b所示有明显颈缩拉伸现象，为塑形材料拉伸变形的常见形貌，经以上分析初步判定转速传感器绕线失效受力拉断所致。

3 结果分析

故障转速传感器绕线电阻检测为 0Ω，说明内部线路断路，根据其结构设计及绕线工艺，初步判定输入与输出PIN脚之间电路断路。

从断口分析中可以发现，断口呈凹凸状，且有明显颈缩拉伸现象，为塑形材料拉伸变形的常见形貌，初步可以判定转速传感器绕线受力拉断所致。

结合转速传感器结构设计、生产工艺排查及试验验证分析，由于绕线在PIN脚浸焊高度偏低，未完全包裹住绕线，PIN脚折弯过程中接触到塑料锁扣造成损伤、断线，因此，可以确定该转速传感器的流出工艺。

4 结论

通过此次分析不难发现，造成此次发动机故障的直接原因为转速传感器内部断线失效。转速传感器失效的主要原因为转速传感器绕线失效受力拉断所致。

但剖析此次发动机故障的根本原因，不难发现是浸焊工艺出现异常。在PIN脚浸焊工序异常状况时，未采取有效措施，遏制不良品流出，未对异常产品加严管控。

因此，我们在不断提高转速传感器本身质量的同时，也应注意生产工艺的管理，真正做到生产过程不接受、不制造、不流出的三不原则。

参考文献：

[1]张胜宾，孟国强.基于故障树的电控汽油发动机无法启动故障诊断分析[J].农业装备与车辆工程，2012.

[2]陈兆俊.转速传感器在现代汽车维修中的应用[J].汽车维修与保养，2014.

篇5：流量转速参数信号调理技术

流量转速参数信号调理技术

液体火箭发动机试验中,流量和转速传感器输出的信号为不规则的频率信号,对不规则频率信号的调理是准确测量的关键环节.介绍了液氧煤油发动机地面试验中流量和转速参数信号的`调理技术,重点阐述频率信号调理器的原理、功能、设计要点及调试方法,给出了频率信号调理器的关键环节原理图.使用这种频率信号调理器对液氧煤油发动机试验中流量和转速传感器输出的频率信号直接进行调理,保证了频率型参数的准确测量.

作 者：赵万明 Zhao Wanming 作者单位：西安航天动力试验技术研究所,陕西,西安,710100刊 名：火箭推进英文刊名：JOURNAL OF ROCKET PROPULSION年，卷(期)：200834(2)分类号：V433.9关键词：发动机试验 流量 转速 信号调理

篇6：航空发动机转速传感器调理电路设计与仿真

摘要：集成转速传感器具有灵敏度高、测量范围宽、抗干扰能力强、外围电路简单等优点，是传统的分立式转速传感器的升级换代产品。文中介绍了KMI15系列磁阻式集成转速传感器的工作原理与典型应用。

关键词：转速传感器;磁阻;电磁干扰滤波器;KMI15

转速属于常规电测参数。测量转速时经常采用磁阻式传感器或光电式传感器进行非接触性测量，传统的磁阻式传感器是由磁钢、线圈等分立元件构成的，亦可用耳塞机改装而成。但这种传感器存在一些缺点：第一，灵敏度低，传感器与转动齿轮的最大间隙(亦称磁感应距离)只有零点几毫米;第二，在测量高速旋转物体的转速时，因安装不牢固或受机械振动，容易与齿轮发生碰撞，安全性较差;第三，这种传感器所产生的是幅度很低且变化缓慢的模拟电压信号，因此，需要经过放大、整形后变成沿口陡直的数字频率信号，才能送给数字转速仪或数字频率计测量转速，而且外围电路比较复杂;第四，它无法测量非常低(接近于零)的转速，因为这时磁阻式传感器可能检测不到转速信号。

目前，转速传感器正朝着高灵敏度、(本网网收集整理)高可靠性和全集成化的方向发展，典型产品有飞利浦(Philips)公司生产的KMI15系列磁阻式集成转速传感器。该传感器性能优良，安全性好，稳定性强，是分立式转速传感器理想的升级换代产品。KMI15系列包括KMI15-1、KMI15-2、KMI15-4等型号，它们的工作原理相同，仅性能指标略有差异。下面就以KMI15-1为例来介绍该系列集成转速传感器的工作原理与具体应用方法。

1 KMI15-1型传感器的性能特点

KMI15-1芯片内含高性能磁钢、磁敏电阻传感器和IC。它利用IC来完成信号变换功能，其输出的电流信号频率与被测转速成正比，电流信号的变化幅度为7mA～14mA。由于其外围电路比较简单，因而很容易配二次仪表测量转速。

KMI15-1器件的`测量范围宽，灵敏度高，它的齿轮转动频率范围是0～25kHz，而且即使在转动频率接近于零时，它也能够进行测量。传感器与齿轮的最大磁感应距离为2.9mm(典型值)，由于与齿轮相距较远，因此使用比较安全。

该传感器抗干扰能力强，同时具有方向性，它对轴向振动不敏感。另外，芯片内部还有电磁干扰(EMI)滤波器、电压控制器以及恒流源，从而保证了其工作特性不受外界因素的影响。

KMI15-1的体积较小，其最大外形尺寸为8×6×21mm，能可靠固定在齿轮附近。

KMI15采用+12V电源供电(典型值)，最高不超过16V。工作温度范围宽达-40～+85℃。

图2 图3

2 工作原理

KMI15-1型集成转速传感器的外形如图1所示，它的两个引脚分别为UCC(接+12V电源端)和U-(方波电流信号输出端)。为使IC处于较低的环境温度中，设计时专门将IC与传感元件分开，以改善传感器的高温工作性能。

该传感器的简化电路如图2所示。其内部主要包括以下六部分：

(1)磁敏电阻传感器;

(2)前置放大器A1;

(3)施密特触发器;

(4)开关控制式电流源;

(5)恒流源;

(6)电压控制器。实际上，该传感器是由4只磁敏电阻构成的一个桥路，可固定在靠近齿轮的地方，其测量原理如图3所示。

当齿轮沿Y轴方向转动时，由于气隙处的磁力线发生变化，磁路中的磁阻也随之改变，从而可在传感器上产生电信号。此外，该传感器具有很强的方向性，它对沿Y轴转动的物体十分敏感，而对沿Z轴方向的振动或抖动量很不敏感。这正是测量转速所需要的。

工作时，传感器产生的电信号首先通过EMI滤波器滤除高频电磁干扰，然后经过前置放大器，再利用施密特触发器进行整形以获得控制信号UK，并将其加到开关控制式电流源的控制端。KMI15-1的输出电流信号ICC是由两个电流叠加而成的，一个是由恒流源提供的7mA恒定电流IH，另一个是由开关控制式电流源输出的可变电流IK。它们之间的关系式为：

ICC=IH+IK

当控制信号UK=0(低电平)时，该电流源关断，IK=0，ICC=IH=7mA。当UK=1(

高电平)时，电流源被接通，IK=7mA，从而使得ICC=14mA。图4给出了从U-端输出的方波电流信号的波形，其高电平持续时间为t1，周期为T。输出波形的占空比D=t1/T=50%±20%。上升时间和下降时间分别仅为0.5μs和0.7μs。

KMI15芯片中的电压控制器实际上是一个并联调整式稳压器，可用于为传感器提供稳定的工作电压UC。而电阻R3、稳压管VDZ和晶体管VT1则可构成取样电路，其中VT1接成射极跟随器。A2为误差放大器，VT2为并联式调整管。这样，IH在经过R1、R2分压后可给A2提供基准电压UREF，从而在UCC发生变化时，由A2对取样电压与基准电压进行比较后产生误差电压Ur，同时通过改变VT2上的电流来使UC保持不变。

3 KMI15-1的典型应用

3.1 安装方法

KMI15-1应当安装在转动齿轮的旁边。若被测转动工件上没有齿轮，亦可在转盘外缘处钻一个小孔，套上螺扣，再拧上一个螺杆并用弹簧垫圈压紧，以防止受震动后松动，并以此代替齿尖获得转速标记信号。

3.2 典型应用电路

KMI15-1型集成转速传感器的典型应用电路如图5(a)所示。工作时，转速传感器输出方波电流信号，从而在负载电阻RL与负载电容CL上形成电压频率信号UO(f)，并送至二次仪表。通常取RL=115Ω、CL=0.1μF。需要指出：KMI15-1输出的是齿轮转动频率f(单位是Hz，即次/s)信号，欲得到转速n(r/min)，还应将f除以齿轮上的齿数N，并将时间单位改成分钟，公式如下：

n=60f/N