某飞行器温度遥测参数异常分析

【摘要】针对技术阵地测试中某飞行器上温度遥测参数的异常现象，根据电路工作原理，分析了产生异常现象的机理，对故障进行准确定位，排除了故障；并结合工作实际，对高质量、高可靠飞行器遥测温度变换器的制造工艺提出了合理化建议。

【关键词】温度传感器；温度变换器；遥测参数

1.引言

飞行器的温度遥测参数是飞行器在飞行试验和地面试验过程中舱内实际环境条件的测试数据，主要是为了考核飞行器舱内设备的工作环境条件。其工作原理是：通过温度传感器感应电阻的阻值变化，经变换器将（阻值变化量）原始微弱信号进行变换与放大，使之成为无线电遥测系统采编器便于采集的归一化电平信号（0-5V）后，再通过遥测信道传输至地面接收设备，经地面接收设备的接收、处理与显示，完成飞行器射前及飞行状态下的内部环境参数测试。（参数测试框图如图1所示）。

2.问题提出

在靶场技术阵地进行某型飞行器总检查时，遥测系统加电后，3F12（后设备舱温度传感器）遥测参数初始测得的温度大约为14℃左右，该值持续了951s后，遥测数据温度值突然跳变到约23℃，保持80s后，又跳变回14℃，而实际环境温度应为23℃（遥测参数曲线见图2）。

对该异常问题进行初步定位分析：飞行器上共有7个温度传感器，只有后设备舱温度传感器遥测参数不正常，其余6个温度传感器的遥测参数均正常，因此可以基本确认遥测采编器工作正常，问题可能出在传感器、变换器及传输电缆上。在对传感器、变换器进行定位检查中，测试传感器常态电阻值约为108Ω（符合该温度传感器产品证明书电阻108Ω对应温度23℃的对应值），说明传感器工作正常；用模拟方法单独测试变换器：用电阻箱电阻代替传感器感应电阻R，当电阻箱阻值设为108Ω作为变换器输入电阻时，输出电压为1.686V，按产品证明书中所列公式换算1.686V对应温度14℃，正常值应为1.898V（对应温度23℃），说明变换器工作异常。

3.机理分析

某型温度变换器电路由直流电桥、比例放大器、限幅电路、稳压电路等部分组成，在电路中实现电阻—电压转换与电压放大的作用。某型温度传感器敏感元件选用铂电阻测温敏感元件，当温度变化时，传感器的电阻值随温度变化而变化；温度变换器把该信号转换为0～5V的电压信号。变换器原理框图见图3。其中稳压电路工作图如图4。

图4中N2为基准源REF02AZ，其管脚定义如图5。

基准电压源N2（REF02AZ）给直流电桥提供电桥电压。温度变换器的稳压电路电阻和传感器感应与运算放大器组成直流电桥，当传感器的感应电阻发生变化时，直流电桥输出电压随之变化，该电桥的输出电压和传感器所感应阻值成线性关系。电桥输出电压和传感器感应电阻值及桥压的关系如式1：

式（1）中，桥压由N2（REF02AZ）提供。从上述关系式（1）中可以看出：在电桥的其它参数未发生变化，即系数不变的情况下，电桥的输出电压与基准源的输出电压和传感器所感应阻值成正比关系，当基准源输出降低而传感器感应电阻值正常时，变换器输出电压也降低，即变换器的灵敏度降低，所以使23℃时变换器的输出电压从1.898V降低到1.696V，按产品证明书中所列公式换算，呈现14℃的温度值。

4.问题定位分析

4.1 对该问题温度变换器进行输入输出数据校准

主要校准数据为：零位（相对应的温度为-50℃）输出电压为0.205V，满量程（相对应的温度为150℃时）输出电压为4.264V，正常值应为4.817V，产品输出异常时23℃输出电压为1.686V，正常值为1.898V，证明变换器工作异常，复现了该产品在飞行器上测试时的异常现象。根据对故障模式的机理分析，检查基准源的输出电压，测试结果为4.4V，正常值应为5±0.025V，断开基准源的负载，基准源输出仍为4.4V。基准源的作用是给测量电桥供电，用外部的电源代替基准源对产品测试，产品输出恢复正常，说明产品输出异常的问题是由基准源输出电压由5V降到4.4V引起的。

4.2 基准源REF02AZ输出电压降为4.4V可能原因

（1）输入电压低于7V；

（2）电容器C1击穿，短路；

（3）负载增大；

（4）器件虚焊；

（5）器件本身问题。

4.3 基准源输出电压下降原因的试验分析

（1）测量的输入电压为10.5V，满足输入电压要求。

（2）拆下插座，用兆欧表检查插座的各点之间的绝缘电阻，均大于200MΩ；测量滤波插座的电容量，均在规定的范围内。测量基准源输出端引脚6与信号地引脚4的电阻为5.2KΩ（基准源的输出阻抗），说明电容C1性能正常。

（3）测量电路的功耗，电源供电为±15V，耗电电流为12mA，说明基准源的负载正常。

（4）为了排除焊点虚焊问题，在加电的情况下对基准源的各引脚轻轻摇动，反复测试基准源的输出电压，电压值均为4.4V；对基准源各焊点进行补焊，基准源输出电压仍为4.4V，从而证明基准源的输出降低不是因虚焊引起的。

（5）把基准源从印制板拆下，加电单独测试基准源的输出，基准源的输出电压恢复正常（基准源输出电压为5V）；再用导线将基准源与电路板相连，加电测试变换器输出，变换器输出电压值正常。在恢复正常的基准源的引脚4到变换器信号地间接入2.2k电阻，变换器输出正向限幅；在基准源的引脚5与引脚6点之间并入电阻箱，当电阻为13KΩ时，基准源的输出变为4.4V，但实际电路中不存在这一电阻；在基准源的引脚2和基准源10V供电电源之间串入电阻箱，当电阻增大到1.3KΩ时，基准源的输出可变为4.4V，但输出不稳定；在基准源的引脚6与负载之间串接一个电阻，变换器输出减小，但基准源在无负载的情况下，基准源的5V输出不变。用放大镜检查变换器的印制板焊点及多余物情况，检查结果为焊点光滑，但发现其基准源3、4管脚之间的玻璃熔封材料表面有一层黑灰色的物质附着，且附着物似将3、4管脚引线搭接。通过对基准源第3、4管脚搭接的模拟结果，证明基准源输出电压下降是由基准源第3、4管脚存在铅锡附着物引起的。

4.4 问题定位

基准源的外观质量问题，引起基准源的输出电压下降（由正常值的5V降低到4.4V），致使变换器工作不正常。经分析认为基准源输出电压降低的原因是：在累积的工作过程中3、4管脚之间的铅锡附着物在电场的作用下产生电场迁移，导致3、4管脚之间形成搭接、短路所致，而附着物的来源与基准源电路本身的引线镀锡工艺有关。

5.采取措施

基于问题温度变换器的输出电压降低是因产品中的基准源管脚的工艺问题引起，具有偶然性，但并不排除备份产品也有类似的问题，因此在更换问题产品前必须对备份产品进行全面的检查及技术指标测试。测试项目有：变换器输入输出校准数据及非线性误差、产品输出交流噪声电压、正负向限幅电压、输出阻抗、电源拉偏、正负电源功耗、产品的绝缘电阻。在测试结果均符合技术指标技术要求的条件下，用备份产品更换问题产品，装弹后测试3F12遥测参数的温度值约为23℃，遥测测试结果恢复正常（遥测参数曲线见图6）。

6.结论与建议

某型温度变换器输出异常是因为产品中基准源的质量问题，引起基准源的输出电压下降导致变换器工作不正常。此次故障虽然最终归结于变换器的制造工艺，具有偶然性，但也要求工业部门在飞行器研制中，除使传感器、变换器具有体积小、质量小、高精度、高可靠性等特点外，在制造工艺上也必须采用特殊措施。

（1）飞行器温度变换器在产品结构设计和制造工艺上，常采用整机灌封技术来实现减振的目的。但在合理选择灌封材料、固化剂回流、硅橡胶配置等灌封工艺时，必须注意以下三个重要环节：一是灌封材料本身应具有优良的绝缘、防潮性能，固化后应有一定的强度，但又不影响在电路出现故障时，除去固化的硅橡胶；二是在固化剂回流时应严格控制催化剂和交联剂的比例，不得随意增减；三是硅橡胶的配置必须兼顾固化和防止腐蚀。

（2）为满足飞行器对遥测温度变换器高可靠高质量要求，在变换器制造中，除严格挑选和应用高可靠电子元器件以外，还应采用高可靠手工锡焊技术，使焊点质量更加可靠。

（3）为进一步提高变换器整机可靠性，以满足遥测系统对温度变换器整机的可靠性要求，整机电功率老炼和高效力筛选是变换器制造时，必须坚持的重要工艺环节。

参考文献

[1]张锡成，传感器·变换器·磁记录器制造技术[M].北京：宇航出版社，1992.

[2]黄学德，成求清.飞行器测控系统[M].北京：国防工业出版社，2000.

[3]李秉常.航天遥测系统[M].北京：宇航出版社，2001.