摘?要：針對(duì)飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)的溫度控制要求，當(dāng)前機(jī)載PT1000傳感器測(cè)量存在電路復(fù)雜、成本高等問題，設(shè)計(jì)了一種低成本高可靠性PT1000電阻采集接口。該設(shè)計(jì)有效降低了電路復(fù)雜度，采用并行采集的方式保證接口采集精度，以最少的元器件獲取成本優(yōu)勢(shì)，提高接口可靠性。經(jīng)過工程實(shí)踐，證明該電路在PT1000量程內(nèi)滿足精度要求，并可實(shí)現(xiàn)全量程內(nèi)誤差0.617Ω。

關(guān)鍵詞：PT1000;溫度測(cè)量;高可靠性

飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)作為重要的記載系統(tǒng)之一，承擔(dān)著為機(jī)上人員或設(shè)備提供特定條件空氣環(huán)境的任務(wù)。環(huán)控系統(tǒng)通過控制機(jī)艙內(nèi)空氣的溫度、濕度、流速、壓力等參數(shù)，向機(jī)組人員或設(shè)備提供符合條件的生存和工作環(huán)境。[1]現(xiàn)代飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)的溫度控制采用微型計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制，采集機(jī)艙溫度，與設(shè)定值進(jìn)行比較，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)環(huán)控系統(tǒng)溫度控制參數(shù)，以達(dá)到溫度穩(wěn)態(tài)控制的目的。

1 接口方案設(shè)計(jì)

PT1000采集接口主要有激勵(lì)源類型、接線方式、信號(hào)處理方式等三個(gè)主要因素。激勵(lì)源有恒壓、恒流兩種方式，其中恒流源電路搭建復(fù)雜，元器件多、成本高[2];傳感器線纜電阻可通過固定接口進(jìn)行軟件修正，三線制和四線制接線靈活度高，但增加了飛機(jī)電纜重量，降低了有效載荷;單臂、雙臂直流電橋的信號(hào)采集方式計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算資源消耗較大。[3]綜上所述，本文提出了一種恒壓源兩線制PT1000電阻采集接口設(shè)計(jì)，接口原理如圖1所示，采用多通道并行AD同步采集恒壓源電壓和電阻輸入接口信號(hào)的方式保證采集精度。

2 接口硬件設(shè)計(jì)

PT1000電阻采集接口原理如圖2所示，其中Rx為被測(cè)電阻，恒壓激勵(lì)源V1為Rx提供激勵(lì)信號(hào)，電阻R1和電阻R2限制PT1000傳感器電流。若電流過大，電阻會(huì)因自身發(fā)熱造成發(fā)熱，電流過小又因PT1000電阻兩端電壓信號(hào)過弱而受干擾，本設(shè)計(jì)通過合理選取R1和R2的阻值，確保流經(jīng)PT1000的電流在0.5mA～1mA范圍內(nèi)。瞬態(tài)抑制二極管V1、V2實(shí)現(xiàn)接口雷電防護(hù)功能，低通濾波器CR1、CR2實(shí)現(xiàn)噪聲濾波和接口EMI防護(hù)，差分放大器N1去除共模信號(hào)干擾，并將信號(hào)放大到AD器件的合理范圍內(nèi)，以保證最優(yōu)轉(zhuǎn)換精度。二階濾波濾除PCB走線干擾，最后信號(hào)進(jìn)多路并行AD進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。同步轉(zhuǎn)換的還有電壓V2，V2是恒壓激勵(lì)源V1經(jīng)幅值調(diào)理后的電壓。對(duì)激勵(lì)源電壓和接口電壓同步進(jìn)行采集，可以去除激勵(lì)源電源抖動(dòng)干擾，提高接口采集精度。

值得注意的是，本設(shè)計(jì)對(duì)接口電壓沒有采取橋壁電路進(jìn)行采集，而將其優(yōu)化為電阻R1和R2分壓后的電壓進(jìn)行直接放大采集。在減少元器件個(gè)數(shù)的同時(shí)，電阻R2可防止外部異常電壓意外引入接口而導(dǎo)致的短路。此外，可通過在差分放大器的參考端注入固定電壓的方式，實(shí)現(xiàn)電阻采集接口的BIT操作。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本方案的工程實(shí)踐性，研制了一臺(tái)工程樣機(jī)，選用了16bit并行6通道AD，因樣機(jī)其他需求，AD模擬量輸入電壓范圍選取了-10V～10V;激勵(lì)源電壓選取樣機(jī)電源模塊輸出的+15V，精度5%;電阻R1、R2阻值依次為15KΩ和1KΩ。AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)使用軟件進(jìn)行滑窗均值濾波，轉(zhuǎn)換成電阻值進(jìn)行存儲(chǔ)，使用電阻箱對(duì)樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試，4路PT1000電阻采集接口測(cè)試數(shù)據(jù)如下表所示，接口計(jì)算數(shù)據(jù)存在明顯偏置，可通過軟件進(jìn)行線性修正，修正后接口全量程內(nèi)誤差0.617Ω，基本滿足應(yīng)用要求。

4 小結(jié)

本文設(shè)計(jì)的PT1000電阻采集接口電路簡(jiǎn)單，元器件數(shù)量少，接口基本可靠性高，采用并行模數(shù)轉(zhuǎn)換的方式保證采集精度，經(jīng)測(cè)試全量程內(nèi)誤差0.617Ω，可滿足絕大部分應(yīng)用場(chǎng)景要求。對(duì)測(cè)試誤差進(jìn)一步分析，接口誤差隨著被測(cè)阻值升高而增加，如需進(jìn)一步提高精度，可同步對(duì)接口地平面進(jìn)行采集，進(jìn)行補(bǔ)償。

參考文獻(xiàn)：

[1]壽榮中，何慧姍.飛行器環(huán)境控制[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

[2]原媛，沈元華，趙在忠，等.惠斯通電橋?qū)嶒?yàn)中對(duì)互易橋臂測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定[J].物理實(shí)驗(yàn)，2014，34（7）：33-36.

[3]劉民.一種測(cè)量電阻的新方法[J].宇航計(jì)測(cè)技術(shù)，2005，25（6）：22-25.

基金：航空科學(xué)基金2016ZC31004

作者簡(jiǎn)介：張宇坤（1988-），男，漢族，陜西銅川人，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。