某型远程接口单元PT1000 电阻采集精度超差故障分析及解决措施

任玉明，赵 玺

（海军装备部，陕西 西安 710043）

0 引 言

PT1000 铂热电阻的阻值与温度的变化成正比。当PT1000 温度为0 ℃时，它的阻值为1 000 Ω，在100 ℃时它的阻值约为1 385 Ω[1-4]。铂热电阻稳定性好、电阻温度系数高，还具有体积小、热容量小、热响应快、耐受振动和冲击、一致性好等优点[5]，被广泛应用于医疗、电机、工业、航空等领域。

在某型飞机机电系统中，远程接口单元进行PT1000 电阻采集，以实现某些特定场景的温度监测等功能[6]。远程接口单元交联的PT1000电阻实际变化范围约为700～1 700 Ω，采集精度要求为3‰，即±3 Ω[7]。远程接口单元在进行测试验证过程中，发现PT1000 电阻阻值为1 000 Ω 时，采集值为1 007.86 Ω，精度超出误差±3 Ω 的要求[8]。针对该问题，笔者开展故障树排查定位，分析精度超差故障的原因，给出了解决措施。

1 PT1000 电阻采集电路原理

PT1000 采集电路布局在远程接口单元的CPM 模块中，电路如图1 所示，Rx是本电路的采集目标—PT1000 电阻，R1、R2、R3为分压电阻，该电路按目标电阻Rx变化范围为500 ～2 000 Ω 进行设计。Rx与内部电阻分压，再经运放AD620 放大[9-10]后进入A/D 采集芯片进行电压采集，在软件中将A/D 采集结果经公式换算后得到Rx的阻值。

2 故障树分析

PT1000 电阻采集精度超差故障的故障树分析如图2所示。

图2 PT1000 电阻采集精度超差故障树

根据故障树，PT1000电阻采集精度超差故障分两大部分：硬件故障和软件故障。硬件故障又分为硬件失效和硬件电路设计问题。

2.1 X1 底事件：硬件问题

2.1.1 X1.1 底事件：硬件失效

PT1000 电阻采集电路位于CPM 模块中，对状态一致的其他2 块CPM 模块进行测试，发现电阻采集值均不稳定且跳变较大，采集结果超出误差范围不是个体现象。因此，可以排除X1.1.1 底事件—远程接口单元硬件个体失效。

测试CPM 模块的其他模拟量采集电路，除PT1000 外，其余模拟量电路采集结果均正常。因CPM 模块中模拟量采集电路形式类似，所选用运放、A/D 采集等芯片的型号一致，因此，可以排除X1.1.2 底事件—硬件批次失效问题。

2.1.2 X1.2 底事件：硬件电路设计问题

（1）X1.2.1 底事件：运放AD620 放大倍数设置不当

如图2 所示，Rx（PT1000 采集目标电阻）与内部电阻分压后，经运放AD620 放大后进入A/D 采集芯片。由于运放的放大电阻R3未焊接，运放放大倍数仅为1 倍（运放AD620 的放大倍数G=49.4k/R3+1），因此当Rx在500 ～2 000 Ω 区间变化时，进入A/D 采集芯片的电压变化区间为-0.83 ～0.36 V，有效电压范围仅为1.19 V。而A/D 采集芯片实际可采集的电压范围为-10 ～10 V。由于运放放大倍数过小，进入A/D 采集芯片的有效输入电压范围过小，信噪比过低。因此，X1.2.1底事件“运放AD620放大倍数设置不当”不可排除。

（2）X1.2.2 底事件：芯片选型不当

A/D 采集芯片选用的是ADI 公司的一款6 通道A/D 转换器，主要由控制逻辑、SAR 寄存器、输入输出控制、基准、时钟、D/A 转换器和比较器组合而成。该芯片分辨率为16 bits，采集精度约为±3 LSB，可满足使用需求。在远程接口单元中，A/D 采集芯片除了用于PT1000 采集电路，还用于其他多种模拟量采集电路，除PT1000 外其他电路结果均正常。因此，可以排除X1.2.2 底事件“A/D 采集芯片选型不当”。

2.2 X2 底事件：软件问题

在软件中，仅对A/D 采集芯片的A/D 采集结果按换算公式进行换算，得到相应PT1000 电阻值。经核实，软件中电阻值的换算公式无误，可排除软件问题。

2.3 故障分析结论

通过以上分析，故障可定位为硬件设计问题：“运放AD620 放大倍数设置不当”，电路进入A/D 采集芯片的有效输入电压范围过小，最终导致PT1000 电阻采集结果不能满足误差为±3 Ω 的要求。

3 纠正措施及验证情况

3.1 纠正措施

改进PT1000 采集电路，增加放大电阻R3（型号RMK1608KB682WMT），将运放（AD620）的放大倍数设置为8.265 倍，如此当Rx在500 ～2 000 Ω 区间内变化时，进入A/D 采集芯片的有效输入电压变化区间为-6.85 ～2.98 V，改进后电路中A/D 采集的有效输入电压范围由1.19 V 增大至9.83 V，有效提高A/D 采集信噪比。

改进前的电路中，Rx每变化1 Ω，A/D 采集的电压变化0.79 mV；改进后的电路中，Rx每变化1 Ω，A/D 采集的电压变化6.5 mV。在A/D 采集电压精度一定的情况下，改进后的电路有效提高了电阻采集精度。

3.2 纠正措施验证情况

在远程接口单元中落实纠正措施后进行PT1000 采集测试，采集结果稳定，且经软件校准后，采集值误差小于1 Ω，满足误差为±3 Ω 的要求。采集结果见表1 所列，将PT1000 电阻分别设置为700 Ω、1 000 Ω、1 300 Ω、1 600 Ω和1 900 Ω，每个电阻值连续采集5 次。

表1 PT1000 电路改进后测试结果 Ω

见表1 所列，改进后的电路PT1000 采集结果稳定，所有采集结果误差均在1 Ω 以内，可满足误差为±3 Ω 的要求。

4 结 语

PT1000 电阻的应用场景广泛，在航空领域对其采集的精度要求越来越高。故障树分析是一种行之有效的故障分析方法，笔者针对某型远程接口单元PT1000 电阻采集精度超差故障，开展故障树分析，找到了采集精度超差的原因，并给出行之有效的故障排除与解决方案，进行了试验验证及实施，弥补了电路设计上的缺陷，提升了电路采集精度。经试验验证可知，故障分析合理，解决措施有效，原理正确。

通过此次故障分析与纠正过程，笔者认识到，在高精度模拟量采集电路设计过程中，需计算分析电路中每一个环节可能产生的误差，同时须关注A/D 采集芯片输入端的有效信号范围，提升信噪比，以满足高精度采集的需求。本电路具有较为典型的借鉴意义；同时，此次故障排查过程，可以为飞机系统同类故障排除工作提供一定的思路及参考经验。