某型飛機(jī)雙滑油壓力溫度指示器排故方法研究

楊 碩

（凌云科技集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖北武漢 430040）

0 引言

某型飛機(jī)5677-407/421-XX-XX 雙滑油壓力、溫度指示器（DUAL OIL PRESS/TEMP INDICATOR）是飛機(jī)的重要組成部分，主要用在飛機(jī)上以顯示渦輪間潤(rùn)滑油的溫度和壓力。雙滑油壓力、溫度指示器主要由套管、濾板、電路板、前端組件、告警指示燈、刻度盤玻璃、刻度板組件、頂部電流表、底部電流表等部件組成，工作電源為14～32 VDC。

指示器包括兩個(gè)電路板：一個(gè)是波動(dòng)保護(hù)板，另一個(gè)是信號(hào)調(diào)節(jié)板，用來(lái)處理來(lái)自溫度和壓力傳感器的信號(hào)。電路部分主要包括電容器、電阻器、晶體管以及OP07CJ（IC1、IC2）、LM158H（IC3）、LM358N（IC4、IC5、IC6、IC8、IC9）、LF255H（IC7）運(yùn)算放大器集成電路等電子元器件[1]。

1 雙滑油壓力、溫度指示器工作研究

1.1 波動(dòng)保護(hù)板

某型飛機(jī)雙滑油壓力、溫度指示器波動(dòng)保護(hù)板提供兩個(gè)28 V 由飛機(jī)主電源而來(lái)的過(guò)濾電壓V1 和V2：電壓V1 通過(guò)電阻R1 和電容C1 過(guò)濾并使其平滑，當(dāng)需要時(shí)可通過(guò)二極管CR1 去除電源波動(dòng)；電壓V2 通過(guò)作為串行調(diào)節(jié)器連接的晶體管Q1 限制到32 V（圖1）。

1.2 信號(hào)調(diào)節(jié)板

信號(hào)調(diào)節(jié)板包括一個(gè)電源電路、一個(gè)輔助直流發(fā)電機(jī)電路、溫度和壓力兩個(gè)信號(hào)處理回路[2-4]。

圖1 波動(dòng)保護(hù)板電路

1.2.1 電源電路電源電路如圖2 所示。IC5（LM358N）運(yùn)算放大器集成電路為塑料雙列直插式封裝，內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式。在工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)，主要用于傳感放大器、直流增益模組、DC 增益部件等所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。圖3 為其連接示意圖。

圖2 電源電路

圖3 LM358N 運(yùn)算放大器集成電路連接示意

對(duì)指示器來(lái)說(shuō)，輸出放大器IC5a 可用作2.5 V 基準(zhǔn)電壓（AIDS 公共）的低阻抗輸出接口。電源通過(guò)齊納二極管CR1 產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的2.5 V 基準(zhǔn)電壓，用增益為2 的放大器IC5b 提供5 V 電壓。

1.2.2 輔助直流發(fā)電機(jī)電路（圖4）

IC7（LF255H）運(yùn)算放大器集成電路連接如圖5 所示。LF255H 運(yùn)算放大器集成電路可以替代昂貴的混合運(yùn)算放大器場(chǎng)效應(yīng)晶體管模塊，在使用高或低電源阻抗時(shí)都有良好的低噪聲，偏移調(diào)整不降解漂移或共模抑制，新的輸出級(jí)允許使用大電容負(fù)荷，不存在穩(wěn)定性問(wèn)題，具有內(nèi)部補(bǔ)償和大差輸入電壓性能，主要應(yīng)用于高精度積分電路、快速的數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換、高阻抗緩沖、寬頻低噪低漂移放大器、對(duì)數(shù)放大器、光電放大器、采樣—保持電路等電路[5]。

圖4 輔助直流發(fā)電機(jī)電路

IC7 與Q2 組成電壓—電流轉(zhuǎn)換器。電壓—電流轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入的電壓源信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換為電流源信號(hào)的電路，是電壓控制的電流源。如果忽略運(yùn)放失調(diào)電壓，運(yùn)放正常工作時(shí)，兩個(gè)輸入端電壓相等，通過(guò)負(fù)反饋的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓電流轉(zhuǎn)換，其輸出電流與輸入電壓成正比，當(dāng)負(fù)載電阻在規(guī)定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電流為恒流源，能夠保持穩(wěn)定而不會(huì)隨負(fù)載的變化而變化。

二極管CR11 用作由IC7 和Q2 組成的電壓—電流轉(zhuǎn)換器的電壓基準(zhǔn)。電位計(jì)P6 用來(lái)調(diào)整基準(zhǔn)電壓，而P7 用來(lái)調(diào)整輸出電流。

1.2.3 溫度處理回路

溫度傳感器由一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)電阻組成，它由恒定電流發(fā)電機(jī)（IC8a—Q3）供電。IC8a（LM358N）運(yùn)算放大器集成電路3 腳是同相輸入端，2 腳是反相輸入端，1 腳輸出誤差信號(hào)，由Q3 輸出端的壓降取樣后與3 腳的輸入電壓比較來(lái)控制。當(dāng)IC8a 正反相輸入端電壓相等，電路保持平衡。若IC8a 正反相輸入端電壓不等，則通過(guò)調(diào)整IC8a 輸入電壓，使Q3 導(dǎo)通，調(diào)節(jié)Q3 的輸出電流[6]。

IC8a—Q3 是一個(gè)恒流電路，將電壓轉(zhuǎn)變成電流輸出，這個(gè)信號(hào)將驅(qū)動(dòng)提供一個(gè)溫度電流表的電壓—電流轉(zhuǎn)換器IC6a。電位計(jì)P8 用來(lái)調(diào)整零位，電位計(jì)P9 用來(lái)調(diào)整滿刻度值。作為運(yùn)放的負(fù)反饋，電位計(jì)P9 接在輸出端和反相輸入端之間，輸入電壓固定，輸出電壓與P9 阻值成正比。

輸出放大器IC8b 對(duì)來(lái)自溫度傳感器的信息進(jìn)行低阻抗分配，輸出信號(hào)被分配給Schmitt（施密特）觸發(fā)器IC6b（LM358N）。Schmitt 觸發(fā)電路是一種波形整形電路，當(dāng)任何波形的信號(hào)進(jìn)入電路時(shí)，輸出在正、負(fù)飽和之間跳動(dòng)，產(chǎn)生方波或脈波輸出。不同于比較器，施密特觸發(fā)電路有兩個(gè)臨界電壓（上臨界電壓及下臨界電壓）且形成一個(gè)滯后區(qū)，可以防止在滯后范圍之內(nèi)噪聲干擾電路的正常工作。觸發(fā)器的輸出電壓經(jīng)負(fù)載分壓后送回到輸出放大器的非反相輸入端形成正反饋。因?yàn)檎答仌?huì)產(chǎn)生滯后現(xiàn)象，所以只要噪聲的大小在兩個(gè)臨界電壓形成的滯后電壓范圍內(nèi)，即可避免噪聲誤觸發(fā)電路。

圖5 LF255H 運(yùn)算放大器集成電路

Q5、Q6 都是2N5320 晶體管，Q5 的集電極跟Q6 的集電極相接，Q5 的發(fā)射極跟Q6 的基極相接，兩個(gè)晶體管串聯(lián)，構(gòu)成達(dá)林頓管。Q5 的基極為達(dá)林頓管基極，Q6 的發(fā)射極為達(dá)林頓管發(fā)射極，其極性只認(rèn)Q5，放大倍數(shù)是Q5、Q6 兩個(gè)晶體管放大倍數(shù)的乘積，具有放大倍數(shù)高的特點(diǎn)。IC6b 的觸發(fā)門限通過(guò)P12 調(diào)整，使觸發(fā)器導(dǎo)通或通過(guò)齊納二極管CR13 保護(hù)的復(fù)合晶體管輸出電路Q5—Q6 斷路。

放大器IC3（LM158H）由兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器組成，通過(guò)一個(gè)大范圍電壓的單電源運(yùn)行，由于低功耗電流大小與電源電壓大小無(wú)關(guān)，也可以通過(guò)分裂運(yùn)行電源供電。

LM158H 具有盡管通過(guò)一個(gè)單電源電壓運(yùn)行，在線性模式中，輸入共模電壓范圍包括對(duì)地電壓、輸出電壓，也包括對(duì)地電壓、頻率單位增益是溫度補(bǔ)償，輸入偏置電流也是溫度補(bǔ)償?shù)莫?dú)特特性，具有兩個(gè)內(nèi)部補(bǔ)償運(yùn)算放大器、允許靠近地電壓和電壓輸出的感應(yīng)電壓直接接地、兼容所有邏輯電路等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于傳感放大器、直流增益模塊和所有易于實(shí)現(xiàn)單電源供電的常規(guī)運(yùn)放電路。

對(duì)指示器來(lái)說(shuō)，當(dāng)溫度在－20～130 ℃（－4～266 ℉）范圍內(nèi)變化時(shí)，放大器IC3b 提供一個(gè)0～5 VDC 的校準(zhǔn)的飛機(jī)綜合數(shù)據(jù)系統(tǒng)（Aircraft Integrated Data System，AIDS）信號(hào)，AIDS 信號(hào)是非線性的。電位計(jì)P10 可用來(lái)進(jìn)行零位調(diào)整，而電位計(jì)P11用于調(diào)整5 V 滿刻度輸出。

1.2.4 壓力處理回路

壓力傳感器提供一個(gè)與壓力成正比的直流電壓，該電壓通過(guò)一個(gè)RC 電路（R10—C4 和R9—C3）濾波，把輸出電壓中的波動(dòng)成分盡可能地減小，使有用信號(hào)通過(guò)，濾除信號(hào)中的無(wú)用頻率，抑制無(wú)用信號(hào)，將輸出電壓改造成接近恒穩(wěn)的直流電（圖6）。

電壓被提供到一個(gè)高輸入阻抗差動(dòng)放大器（IC1—IC2），IC1、IC2（OP07CJ）是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于具有非常低的輸入失調(diào)電壓，所以其在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。OP07CJ 同時(shí)具有輸入偏置電流低和開(kāi)環(huán)增益高的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開(kāi)環(huán)增益的特性使其特別適用于放大傳感器的微弱信號(hào)[7]。

圖6 壓力處理回路電路

IC1—IC2 高輸入阻抗差動(dòng)放大器，是一種高增益、直流耦合放大器，具有差分輸入、單端輸出、高輸入阻抗和高共模抑制比等特點(diǎn)，可以有效的抑制共模信號(hào)，增強(qiáng)共模抑制能力。通過(guò)對(duì)電位計(jì)的調(diào)整，來(lái)實(shí)現(xiàn)放大器放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)。緊接著通過(guò)C5 對(duì)該電壓進(jìn)行補(bǔ)充濾波，并在低阻抗時(shí)分配壓力傳感器信號(hào)。

同IC6 一樣，IC4 也是LM358N 運(yùn)算放大器集成電路。壓力傳感器信號(hào)被提供到電壓—電流轉(zhuǎn)換器IC4a，轉(zhuǎn)換器此時(shí)為壓力電流表。在刻度的擴(kuò)展部分提供了雙斜率傳輸特性。電位計(jì)P3 作用在下刻度斜率上，電位計(jì)P14 作用在上刻度斜率并且電位計(jì)P13 作用在反向點(diǎn)上。

來(lái)自IC1 的輸出信號(hào)被分配到Schmitt 觸發(fā)器IC4b，當(dāng)信號(hào)低于用電位計(jì)P5 設(shè)置的門限值時(shí)，晶體管Q1 接通。用戶可通過(guò)提供28 V 電壓給“指示器測(cè)試”輸入來(lái)測(cè)試滑油壓力警告指示器。

對(duì)于指示器，放大器IC3a 為0 到滿刻度的壓力范圍提供0～5 VDC 的校準(zhǔn)信號(hào)。滿刻度可通過(guò)電位計(jì)P4 來(lái)調(diào)整。

2 指示器常見(jiàn)故障排故方法分析

某型飛機(jī)雙滑油壓力、溫度指示器常見(jiàn)故障主要包括輔助直流發(fā)電機(jī)電路故障、壓力處理回路故障、溫度處理回路故障和AIDS 回路故障。圖7 給出了指示器測(cè)試配置圖：閉合S1、S6，斷開(kāi)S2、S3、S4、S5，保持U1 為28 VDC，U2 為3 VDC，E1 為137.8 mV，電阻箱R1 為224 Ω，R2 為2900 Ω。

圖7 測(cè)試配置

2.1 輔助直流發(fā)電機(jī)電路故障

輔助直流發(fā)電機(jī)電路主要故障為溫度指針偏移，但發(fā)電機(jī)輸出電流不在4±0.003 mA 范圍內(nèi)。其檢測(cè)排故方法如下。

（1）檢測(cè)電子元件CR11、R29、CR9、CR10、P6 正常，調(diào)整P6，使測(cè)試點(diǎn)TP3（+）、TP4（-）兩端電壓為2.490 V±1 mV。

（2）若檢測(cè)電子元件CR11、R29、CR9、CR10、P6 正常，測(cè)試點(diǎn)TP3（+）、TP4（-）兩端電壓為2.490 V±1 mV，發(fā)電機(jī)輸出電流不在4 mA±0.003 mA 范圍內(nèi)，檢測(cè)電子元件IC7、Q2、R30、R31、R32、R33 和P7 并調(diào)整P7。

2.2 壓力處理回路故障

壓力處理回路主要故障為電流表故障造成的壓力指針不偏移或壓力指針偏移但指針指示不標(biāo)準(zhǔn)。后者的檢測(cè)排故方法如下。

（1）在電源電路中，檢測(cè)電子元件IC5，如果C1、R2、CR1、C2 正常，檢測(cè)測(cè)試點(diǎn)TP1 對(duì)地電壓為2.5 V。檢測(cè)電子元件IC5，如果R3、R4 正常，檢測(cè)IC5b 輸出電壓為5 V。

（2）檢測(cè)電子元件IC1、IC2、IC4，如果R7、R8、R9、R10、C3、C4、R11、R12、R13、R14、C5、P1、R15、R16、R17、R19、R2、CR2 正常，調(diào)整P1、P2，檢測(cè)將E1 從137.8 mV 變化至206.7 mV 時(shí)，指針偏移兩個(gè)刻度標(biāo)記。

（3）檢測(cè)電子元件IC9，如果Q4、R5、R6、R18、R55、P3、P13、P14 正常，調(diào)整P3、P13、P14，使指針指示線性化。

（4）在壓力處理回路指示器燈電路中，檢測(cè)電子元件IC4，如果Q1、CR4、CR5、CR6、R22、R23、P5、R24、R25、R26、R27、R28正常，調(diào)整P5，使E2＜130.9 mV 時(shí)，警告燈燃亮。

2.3 溫度處理回路故障

溫度處理回路主要故障為指針指示不標(biāo)準(zhǔn)，其檢測(cè)排故方法如下：①檢測(cè)電子元件IC6，若CR7、R38、R39、R40、P8、R41、R42、R43、P9 正常，調(diào)整P9，使溫度指針達(dá)到紅線；②如果R49、R50、P12、R51、R52、R53、R54、IC6、Q5、Q6、CR13 正常，調(diào)整P12至DBR1＜339.2 Ω 時(shí)，燈L1 熄滅。

2.4 AIDS 回路故障

AIDS 回路故障包括公共電壓故障、溫度輸出故障和壓力輸出故障：①在電源電路中，檢測(cè)電子元件IC5，檢測(cè)AIDS 公共電壓為2.5 V；②檢測(cè)電子元件IC3，如果CR8、R44、R45、R46、R47、R48、P11 正常，調(diào)整P11，使AIDS 溫度輸出在容差之內(nèi)；③檢測(cè)電子元件IC3，若CR3、R20、R21、P4 正常，調(diào)整P4，使AIDS 壓力輸出在容差之內(nèi)。

3 結(jié)論

首先闡述了某型飛機(jī)雙滑油壓力、溫度指示器的工作原理，總結(jié)了目前該型指示器的常見(jiàn)故障，在基于排故思路分析和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以部件維修手冊(cè)為主要依據(jù)，制定排故方法和程序，提出了故障解決措施，對(duì)故障準(zhǔn)確快速的判斷和排除提供一定的借鑒。