一种发动机管路温度测量电路的制作方法

1.本发明涉及温度测量领域，具体地说，涉及一种发动机管路温度测量电路。


背景技术：

2.温度是自然界最重要的基本物理量之一，它表征着物体的冷热程度，与物质的性质、状态等有着密不可分的关系，对温度的测量、监测航空航天领域有着十分重要的意义，在保证产品质量、提高生产效率、节约能源、确保安全生产等方面具有不可替代的作用。
3.目前，采用热敏式电阻进行温度测量具有简单方便的优点，桥式测量电路可测量微小电阻，便于测量热敏式温度传感器的电阻变化量。
4.桥式测量原理如图1所示，rx为热敏式温度传感器感应电阻，则输出电压：
[0005][0006]
但由于温度传感器至测量电路之间一般存在2根电缆，即二线制测量电路输入输出电缆，电缆本身存在阻抗，其等效电路如图2所示，测量电路输出电压则为：
[0007][0008]
尤其是当电缆长度较长时，输入电缆电阻r1与输出电缆电阻r2较大，二线制测量电路的输出电压误差将变大。
[0009]
发动机是整个火箭的动力来源，涡轮泵将来自火箭贮箱的燃料和氧化剂增压后压入燃烧室进行混合燃烧，形成高温高压气体通过喷嘴向外喷射高温高压气流，利用冲量原理产生推力。火箭贮箱中液氢、液氧温度分别为-252℃，-183℃，介质流经的管路、阀门以及涡轮泵等组件相对于推进剂温度，处于常温的热状态。低温推进剂流入发动机后，由于遇热而急剧汽化，产生的气泡会使高速运转的旋转机械发生汽蚀现象或阻塞发动机管路，轻者使发动机输出性能下降，重者造成发动机故障。所以发动机重要组件必须完全冷却到预定温度，才具备正点火启动条件，因此对某些关键组件预冷情况的监测成为判断发动机能否点火启动的重要判据。
[0010]
发动机在工作时，推进剂带来的低温、旋转机械造成的振动、各种电气设备发出不同频段的电磁波，多种环境并存，因此，低温推进剂的运载火箭的测点环境较常规推进剂运载火箭的环境更加复杂，对超低温温度测量技术提出了更高的要求。为了保证发动机正常工作，这就要求用于发动机的产品在保证其自身功能满足测量的前提下，在结构强度、抵抗电磁干扰等方面有绝对的可靠性，否则一旦发生故障，轻则丢失某个重要的测量参数，重则导致火箭飞行失败。温度是反映发动机工作状态的重要过程参数，因此，准确、有效的测量推进剂温度对发动机的控制、状态监控、安全性、可靠性和可维护性具有重要意义。


技术实现要素：

[0011]
本发明针对现有技术中发动机管路温度测量稳定性不足、测量误差较大的问题，提出一种发动机管路温度测量电路，通过将温度传感器安装在发动机管路上，接触式测量
发动机管路温度，并将从发动机管路上采集的温度信号转换为电信号；通过将信号调制模块安装在距发动机管路一定距离的测量间中，将从温度传感器接收的电信号转换为模拟电压信号，并输出至数据采集隔离模块转换为温度显示信号输出至上位机，实现与上位机的通信，提高了输出电压的稳定性，解决了发动机温度测量时稳定性不足、测量误差较大的问题，提高了温度测量精度。
[0012]
本发明具体实现内容如下：
[0013]
一种发动机管路温度测量电路，包括温度传感器、信号调制模块、数据采集隔离模块；
[0014]
所述温度传感器安装在发动机管路上，用于将从发动机管路上采集的温度信号转换为电信号；
[0015]
所述信号调制模块安装在距发动机管路一定距离的测量间中，通过测量电缆与温度传感器、数据采集隔离模块连接，用于将从温度传感器接收的电信号转换为模拟电压信号，并输出至数据采集隔离模块；
[0016]
所述数据采集隔离模块与信号调制模块、上位机连接，用于将从信号调制模块接收的模拟电压信号转换为温度显示信号，并通过rs422接口输出至上位机通信。
[0017]
为了更好地实现本发明，进一步地，所述温度传感器包括热敏式温度传感器感应电阻rx。
[0018]
为了更好地实现本发明，进一步地，所述信号调制模块包括三线制测量电路；
[0019]
所述三线制测量电路包括桥臂电阻r1、桥臂电阻r2、桥臂电阻r3、热敏式温度传感器输入电缆电阻r1、热敏式温度传感器输出电缆电阻r2、热敏式温度传感器接地电缆电阻r3；
[0020]
所述桥臂电阻r1、桥臂电阻r2、热敏式温度传感器输出电缆电阻r2，一端与电源vi连接，另一端与接地的热敏式温度传感器接地电缆电阻r3连接；
[0021]
所述桥臂电阻r1、桥臂电阻r2之间搭接有测量电缆，用于将模拟电压信号v1输出至数据采集隔离模块；
[0022]
所述桥臂电阻r3、热敏式温度传感器输入电缆电阻r1、热敏式温度传感器感应电阻rx依次串联，一端与电源vi连接，另一端与接地的热敏式温度传感器接地电缆电阻r3连接；
[0023]
所述桥臂电阻r3、热敏式温度传感器输入电缆电阻r1之间搭接有测量电缆，用于将模拟电压信号v2输出至数据采集隔离模块。
[0024]
为了更好地实现本发明，进一步地，所述信号调制模块还包括j14t-9zjb矩形电连接器；
[0025]
所述j14t-9zjb矩形电连接器通过法兰盘固定安装在三线制测量电路的壳体上，所述三线制测量电路通过j14t-9zjb矩形电连接器与数据采集模块连接。
[0026]
为了更好地实现本发明，进一步地，所述数据采集隔离模块包括依次连接的电压放大器、ad转换器、控制器；
[0027]
所述电压放大器与j14t-9zjb矩形电连接器的引脚5、ad转换器连接，用于将从三线制测量电路采集的模拟电压信号v1、模拟电压信号v2输出至ad转换器转换为数字电压信号；
[0028]
所述控制器与ad转换器、上位机连接，用于将从ad转换器接收的数字电压信号转换为温度显示信号，并通过rs422接口输出至上位机通信。
[0029]
为了更好地实现本发明，进一步地，所述数据采集隔离模块还包括通信模块；
[0030]
所述通信模块通过火线与控制器连接，并通过ethercat接口与上位机连接。
[0031]
本发明具有以下有益效果：
[0032]
(1)本发明通过将温度传感器安装在发动机管路上，接触式测量发动机管路的温度，将信号调制模块和采集隔离模块安装在距发动机管路一定距离的测量间中，有效避免了调制模块与采集隔离模块中的集成电路及元器件承受发动机热试车时恶劣的振动、高温环境，提高了输出电压的稳定性；
[0033]
(2)本发明消除了二线制测量电路中输入输出电缆阻抗引起的误差，在二线制测量原理的基础上改进为三线制测量原理，热敏式温度传感器采用三根导线，即一根导线为输入导线，一根输出导线连接到桥臂上，一根导线作为接地导线，解决了电缆长度较长时，输入电缆电阻与输出电缆电阻较大，输出电压误差变大的问题，提高了温度测量精度。
附图说明
[0034]
图1为信号调制模块进行测量的电路原理图；
[0035]
图2为传统的热敏式温度传感器二线制桥式测量电路的等效电路图；
[0036]
图3为本发发明提出的三线制桥式测量电路的的等效电路图；
[0037]
图4为本发明整理模块连接框图；
[0038]
图5为数据采集隔离模块的模块连接框图。
具体实施方式
[0039]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0040]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0041]
实施例1：
[0042]
本实施例提出一种发动机管路温度测量电路，用于测量发动机管路温度，如图4所示，包括温度传感器、信号调制模块、数据采集隔离模块；
[0043]
所述温度传感器安装在发动机管路上，用于将从发动机管路上采集的温度信号转换为电信号；
[0044]
所述信号调制模块安装在距发动机管路一定距离的测量间中，通过测量电缆与温度传感器、数据采集隔离模块连接，用于将从温度传感器接收的电信号转换为模拟电压信
号，并输出至数据采集隔离模块；
[0045]
所述数据采集隔离模块与信号调制模块、上位机连接，用于将从信号调制模块接收的模拟电压信号转换为温度显示信号，并通过rs422接口输出至上位机通信。
[0046]
工作原理：本实施例通过将温度传感器安装在发动机管路上，接触式测量发动机温度，并将从发动机管路上采集的温度信号转换为电信号；通过将信号调制模块安装在距发动机管路设定距离的测量间中，将从温度传感器接收的电信号转换为模拟电压信号，并输出至数据采集隔离模块转换为温度显示信号输出至上位机，实现与上位机的通信，提高了输出电压的稳定性，解决了发动机温度测量时控制、状态监控、安全性、可靠性和可维护性不足的问题。
[0047]
实施例2：
[0048]
本实施例在上述实施例1的基础上，如图1、图2、图3所示，对温度传感器、信号调制模块的具体结构进行说明。
[0049]
工作原理：为消除二线制测量电路中输入输出电缆阻抗引起的误差，本实施例在二线制测量原理的基础上将信号调制模块改进为三线制测量原理，将热敏式温度传感器采用三根导线，一根导线为输入导线，一根输出导线连接到桥臂上，一根导线作为接地导线，原理图如图3所示；
[0050]
所述信号调制模块包括三线制测量电路；
[0051]
所述三线制测量电路包括桥臂电阻r1、桥臂电阻r2、桥臂电阻r3、热敏式温度传感器输入电缆电阻r1、热敏式温度传感器输出电缆电阻r2、热敏式温度传感器接地电缆电阻r3；
[0052]
所述桥臂电阻r1、桥臂电阻r2、热敏式温度传感器输出电缆电阻r2，一端与电源vi连接，另一端与接地的热敏式温度传感器接地电缆电阻r3连接；
[0053]
所述桥臂电阻r1、桥臂电阻r2之间搭接有测量电缆，用于将模拟电压信号v1输出至数据采集隔离模块；
[0054]
所述桥臂电阻r3、热敏式温度传感器输入电缆电阻r1、热敏式温度传感器感应电阻rx依次串联，一端与电源vi连接，另一端与接地的热敏式温度传感器接地电缆电阻r3连接；
[0055]
所述桥臂电阻r3、热敏式温度传感器输入电缆电阻r1之间搭接有测量电缆，用于将模拟电压信号v2输出至数据采集隔离模块。
[0056]
桥式测量原理如图1所示，rx为热敏式温度传感器感应电阻，则输出电压为：
[0057][0058]
但由于温度传感器至测量电路之间一般存在2根电缆，即二线制测量电路输入输出电缆，电缆本身存在阻抗，其等效电路如图2所示，测量电路的输出电压则为：
[0059][0060]
尤其是当电缆长度较长时，输入电缆电阻r1与输出电缆电阻r2较大，二线制测量电路的输出电压误差将变大；
[0061]
本实施例提出的三线制测量电路在二线制基础上增加了一根接地导线，等效电路图如图3所示，而电缆导线长度基本一致，电缆带来的阻抗也相同，即r1＝r2＝r3，桥臂两端
引入的电阻也一致，且由于r1、r3》》r2、rx、r1、r2、r3，因此桥臂两侧的电流i1、电流i2可近似不变，即：
[0062]
δv1≈i1*r2 voδv2≈i2*r1 vo
[0063]
当电阻r1＝r3时，电流i1≈i2，由此可得三线制接线时，电缆阻抗对电压v1和电压v2的影响近似相等，因此对其差值输出无影响，可消除热敏式温度传感器二线制由于电缆阻抗而带来的误差，能提高测量精度。
[0064]
本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。
[0065]
实施例3：
[0066]
本实施例在上述实施例1-2任一项的基础上，如图4、图5所示对数据采集隔离模块的结构进行说明。
[0067]
工作原理：所述数据采集隔离模块包括依次连接的电压放大器、ad转换器、控制器；
[0068]
所述电压放大器与j14t-9zjb矩形电连接器的引脚5、ad转换器连接，用于将从三线制测量电路采集的模拟电压信号v1、模拟电压信号v2输出至ad转换器转换为数字电压信号；
[0069]
所述控制器与ad转换器、上位机连接，用于将从ad转换器接收的数字电压信号转换为温度显示信号，并通过rs422接口输出至上位机通信。
[0070]
为了更好地实现本发明，进一步地，所述数据采集隔离模块还包括通信模块；
[0071]
所述通信模块通过火线与控制器连接，并通过ethercat接口与上位机连接。
[0072]
本实施例的其他部分与上述实施例1-2任一项相同，故不再赘述。
[0073]
实施例4：
[0074]
本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上，数据采集隔离模块采用mx1601b数据采集系统，通信模块采用cx27b通信模块，对本发明进行详细说明。
[0075]
工作原理：本实施例将数据采集隔离模块采用mx1601b数据采集系统，mx1601b数据采集系统的每个隔离采集模块配置了16个电气绝缘的测量通道，每个通道配置24位a/d转换器，满量程的线性误差不大于0.02％，零点漂移不大于0.02％，满量程漂移不大于
±
0.03％，可满足测量精度要求。隔离采集模块支持电压、电流、电阻、桥路、频率等各种信号输入，每个通道的采样率可达20000hz，实现同步并行测量，并配备了有源低通滤波器。
[0076]
mx1601b数据采集隔离模块供电电压为直流24v，工作温度范围在-20～ 65℃，存储温度范围-40～ 75℃，相对湿度5％～95％，满足实际实际测试环节条件。同时，具有很好的力学性能，在振动50m/s2，冲击350m/s2以下的力学环境下可正常工作。
[0077]
每一个mx1601b数据采集隔离模块有16个通道，该温度测量系统有20个温度测量，选用2个采集模块，后续系统具备扩容能力；为提高可靠性，按照测点的重要程度，分布在不同的采集模块上。
[0078]
选用cx27b通信模块，将两个mx1601b数据采集隔离模块使用1394b火线串联连接，1394b总线既能提供数据采集隔离模块需要的供电电源，又可以将测量信号通过ethercat和上位机同步传输，上位机进行采集及数据分析。cx27b通信模块与mx1601b数据采集隔离模块供电电压相同，为直流24v。
[0079]
本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。
[0080]
实施例5：
[0081]
本实施例在上述实施例1-4任一项的基础上，pt1000温度传感器为例，对使用信号调制模块测量pt1000温度传感器的输出电阻的操作进行详细说明。
[0082]
工作原理：在航空燃油测量领域，需测量油箱中燃油温度，使用铂电阻在温度变化时，自身的电阻值也随着发生变化的特性来测量温度是最常用的测量方式，铂电阻也被称为热敏式电阻。pt1000温度传感器采用pt1000电阻(0℃时标准电阻值为1000ω)将温度信号转换为电阻信号输出，并将电阻信号输出至上位机，进而测量燃油温度。
[0083]
而惠斯通电桥可以精确测量电阻，采用该原理测量pt1000温度传感器的输出电阻，可十分精确地测量pt1000电阻值随温度的变化量。
[0084]
为消除二线制测量电路中输入输出电缆阻抗引起的误差，本实施例在二线制测量原理的基础上将信号调制模块改进为三线制测量原理，将pt1000温度传感器采用三根导线，一根导线为输入导线，一根输出导线连接到桥臂上，一根导线作为接地导线，原理图如图3所示；
[0085]
桥式测量原理如图1所示，rx为热敏式温度传感器感应电阻，则输出电压为：
[0086][0087]
但由于温度传感器至测量电路之间一般存在2根电缆，即二线制测量电路输入输出电缆，电缆本身存在阻抗，其等效电路如图2所示，测量电路的输出电压则为：
[0088][0089]
尤其是当电缆长度较长时，输入电缆电阻r1与输出电缆电阻r2较大，二线制测量电路的输出电压误差将变大；
[0090]
本实施例提出的三线制测量电路在二线制基础上增加了一根接地导线，等效电路图如图3所示，而电缆导线长度基本一致，电缆带来的阻抗也相同，即r1＝r2＝r3，桥臂两端引入的电阻也一致，且由于r1、r3》》r2、rx、r1、r2、r3，因此桥臂两侧的电流i1、电流i2可近似不变，即：
[0091]
δv1≈i1*r2 vo
[0092]
δv2≈12*r1 vo
[0093]
所述桥臂电阻r1、桥臂电阻r2、桥臂电阻r3均为已知电阻值，使用pt1000热敏式电阻感应温度变化，其输出电阻rx与测量温度成正相关；
[0094]
当桥臂电阻r1＝r3时，电流i1≈i2，由此可得三线制接线时，电缆阻抗对电压v1和电压v2的影响近似相等，因此对其差值输出无影响，可消除热敏式温度传感器二线制由于电缆阻抗而带来的误差，能提高测量精度。
[0095]
本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一项相同，故不再赘述。
[0096]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。