9控制器和傳感器飛機上很多系統(tǒng)需要用手動或自動方式進行監(jiān)控，開關提供了一種最簡單形式的控制和監(jiān)控。例如，作為飛行前檢查的一部分，機組人員需要知道是否有艙門沒有關閉。在較大的飛機上，控制面板的位置在駕駛艙內。在這兩個例子中，艙門可以關閉或打開，控制面板可以偏轉到無限多的位置（在其行程的正常范圍內）。飛機的很多其他參數(shù)也需要測量，例如溫度和壓力。測量通過各種傳感器來完成。傳感器用丁把期望的參數(shù)（如壓力、溫度、位移等）變成電信號。本章將討論飛機上使用的一般的控制器和傳感器。9.1開關最簡單的開關足用于隔離電路的通／斷裝置。其他開關類型用下把電流導入電路中預先確定的部分。開關用下列特征表述：●閘刀數(shù)；●轉換位置數(shù)；●轉換觸頭類型（永久性或瞬時性）。開關有時用保險絲加以保護（線鎖）．以防無意的操作。有螳開關需要在位置變動前，先從鎖定位置拉出。它們可以用幾種方式操作，如撥動式、推進/拉出式、搖臂式或轉動選擇式。這些開關帶有多個觸頭，這些觸頭可以設計成永久型或瞬時型。撥動開關是非?；镜难b置，操作撥動桿可以打開或閉合觸頭。撥動開關上撥動桿有時配置一組，這樣可以控制多個電路。最簡單的開關有兩個接觸面，用于電路之間的連接。這種連接稱為刀（極）。開關觸頭可以常開(NO)或常閉(NC)，并標識在開關上。一次開關操作能夠連接的電路數(shù)稱為擲。最簡單的開關為單刀單擲(SPST)。有些開關，設計時帶有直觀的特征，使選擇錯誤的風險降到最低，例如，襟翼升降的開關操控撥動桿被制成翼型的形式，起落架選擇的開關操控撥動桿被制成輪子的形式（參見第14章中的例子）。推／拉式開關帶有彈簧，使觸頭保持斷開或閉合。因而，觸頭為推進接通或推進斷開的形式。轉動開關由安裝在軸上的圓盤構成，觸頭由控制旋鈕斷開或閉合?，F(xiàn)代飛機的面板使用開關和燈光顯示組合器件，開關上顯示有表示系統(tǒng)狀態(tài)的圖標或文字。這些器件有多種使用方式．例如顯示系統(tǒng)的接通或斷開。器件的開關部分可以是瞬時的或連續(xù)的，低電平信號被送入計算機或高阻抗器件。每個標識的內部背后照明有兩個光源，這是為了增加冗余度．背后照明通過彩色濾光器投射。小測驗9.1解釋開關術語“擲”和“刀”。9.1.2微動開關此開關用于感測一個器件是否運動或者是否達到其極限行程（例如襟翼驅動機構或起落架機構）。柱塞微小的運動都能使觸頭斷開或閉合。銜鐵在通、斷之間運動的距離用1in的千分之幾來度量，因而稱為微動外關。帶有預先拉緊彈簧的觸頭機構完成轉換動作。微動開關安裝到結構上，接線連接一個控制電路。微動開關應用的一個例子，是感測飛機何時位于地面|：。這通過在油液減振柱上安裝一個微動開關來實現(xiàn)。飛機在地面時，油液減振柱受到壓縮，開關被啟動。馓動開關用于感測各種裝置的機械位移，這些裝置包括：●控制面；●起落架；●壓力傳感器；●雙金屬溫度傳感器；●機械計時器。接近開關（近感應電了開關）作用與微動開關相同，它通過一個磁路的中斷來感測一個物體的存在。接近開關有兩種：簧片型和固態(tài)型?；善_關包含兩個氣密的腔體。一個腔體（作動器）包含磁鐵，另一個腔體（傳感器）包含帶鍍銠觸頭的簧片銜鐵。使用時，傳感器組件通常安裝在飛機結構上，作動器安裝往被監(jiān)控的物體（如艙門）上。當作動器和傳感器之間的間隙達到預定的距離時，簧片觸頭閉合，使電路接通。當作動器和傳感器分開時，觸頭斷開。同態(tài)型接近開關基于一個電感回路和鋼質目標。電感回路是一個電子開關組件的輸入級，電子開關組件構成作動器的一部分。當目標靠近線圈時，線圈的電感發(fā)生變化。一個電子電路用于確定電感何時達到了預先設定的量值。這種開關的一個明顯優(yōu)點在于它沒有開關觸頭，因而可靠性更高。9.1.3接近開關電子組件有些飛機裝有接近開關電了組件(PSEU)。該組件接收各種部件（如襟翼、起落架、艙門等）的位置信息，并將該位置信息傳給其他系統(tǒng)，包括：●起飛和著陸可變外形告警系統(tǒng)；●起落架位置指示和告警系統(tǒng)；●奪中／地面繼電器；●登機梯和艙門告警系統(tǒng)。PSEU與主警示系統(tǒng)集成在一起，用于指示是否有起飛前必須糾正的問題。（上述系統(tǒng)將在后續(xù)章節(jié)巾討論。）要點徽動開關和接近開關的典型應用包括感測襟翼、起落架、艙門等的位置。在大型客機上，有多達100個這樣的器件。維護要點維護工程師常常需要調整微動開關或接近開關的位置，以確保它們正確定位。這樣可以補償開關的位移。小測驗9.2接近開關和微動開關有什么差別？9.2繼電器和接觸器被一個遙控源啟動后，這些機電裝置就會中斷或接通一個電路。轉換繼電器包含一個線圈、活動觸頭（銜鐵)和外部接線端。當線圈有電流通時，電磁效應拉動觸頭銜鐵。銜鐵繞樞軸轉動，被彈簧保持在當前位置上。線圈中沒有電流通過時，銜鐵在彈簧力的作用下返回原來的位置。接觸器的丁作方式與此相同，差別在于其物理構造和應用。繼電器通常用于低電流場合，接觸器（也稱為斷路器）用下轉換較大的電流，例如把電池供電接到飛機上。接觸器的構成包括主供電觸頭和輔助觸頭，后者用于其他器件的指示和控制，如配電系統(tǒng)中的照明和繼電器（這種場合的接觸器／斷路器已在第8章討論）。最簡單的繼電器有兩個接觸面，用于電路之間的連接。這種連接稱為刀（極）。繼電器觸頭可以是常開(NO)或常閉(NC)，這通常標記在繼電器的殼體上。繼電器的一次操作可以連接的電路數(shù)稱為擲。最簡單的繼電器是單刀單擲(SPST)。維護要點繼電器的吸合電壓是吸引銜鐵、使觸頭閉合或斷開所需的電壓。維護要點繼電器的釋放電壓是使彈簧力克服磁力、銜鐵返回松弛位置所需的電壓。9.2.2極化繼電器這種繼電器用下電壓或電流很低的控制電路中。它特別敏感，能對mA/mV量級的電平做出響應。這種低電平常常不適用于常規(guī)的彈簧加載銜鐵器件，因為在很低的吸合／釋放電壓下，觸頭會顫動，導致電火花磨蝕。極化繼電器利用磁力而不足彈簧力來吸引／排斥銜鐵。銜鐵是一個永久磁鐵，在兩個極性面之問偏轉；極性面由高磁導率材料框架構成。當電流通過時，極性發(fā)牛變化，框架變成電磁鐵。這超過了永久磁鐵施加的力，并使銜鐵改變位置。在這個位置，南北兩極形成一個很強的吸引力，使銜鐵保持在這個位置上。如果供電中斷，電磁力降低至小于永久磁鐵的磁力，于是銜鐵回到原來的位置。維護要點繼電器和接觸器里的觸頭由銀合金制成。觸頭需要有足夠的電流通過／轉換操作，以提供觸頭的“濕潤”。和觸頭有關的使用問題和故障包括：●觸頭磨蝕；●焊接觸頭；●觸頭腐蝕?！?.3可變電阻器可變電阻器安裝在滑桿上或轉軸上，用以提供用戶可調的電阻。典型應用包括控制照明、音響的音量或發(fā)電機調節(jié)器的平衡。它們有時與微動開關結合在一起，提供通／斷控制功能?？勺冸娮杵鞯男问接校骸耠娢挥?；●預置電阻器；●電流調節(jié)可變電阻器。電位計是一種通常用作分壓器的可變電阻器。這種電路用于從一個電阻性觸頭提供部分電壓。電位計通常是一個有三個接線端的電阻器，帶有一個滑動中間觸頭（滑線電阻觸頭）。如果三個接線端都用上，它可以用作分壓器。如果只用兩個接線端（電阻器的一端和滑線電阻觸頭）．它就用作可變電阻器。維護要點滑動觸頭的腐蝕盛磨損會導致音響的音量或照明的亮度問題，尤其是中間觸頭（滑線電阻觸頭）長期停留在一個位置的時候。要點電流調節(jié)可變電阻器的作用與電位計相同，但物理尺寸要大得多，用于高得多的電壓／大得多的電流。這種器件由電阻性導線制成環(huán)形線圈，帶有中間觸頭（滑線電阻觸頭），觸頭沿繞組的表面運動。9.4線性位移傳感器飛機的很多參數(shù)需要測量，包括速度、高度、溫度和壓力。測量由各種傳感器來完成。傳感器足用于把期望的參數(shù)轉換成電信號的器件，電信號可用于控制系統(tǒng)／顯示系統(tǒng)。9.4.1電磁線圈電磁線圈是一種把電能變換成線性位移的傳感器。其典型應用包括扁動氣動閥或液壓閥。它們是機電器件，由一個繞在鋼或鐵質銜鐵上的電感線圈構成。線圈的形成使得銜鐵可以出入電磁線圈的本體。銜鐵用于提供運動構件所需的機械力。9.4.2LVDT線性可變差動變壓器(LVDT)是一種用于二測量小線性位移的傳感器。IVDT在殼體內有三個繞組，中間線圈為主級繞組，其他兩個線圈為次級繞組。一個與被測構件相連的鐵磁磁芯沿殼體的軸運動。26V，400Hz交流電加給主級繞組，這在每個次級線圈感應出電壓，電壓與每個次級線圈同主級繞組之間的互感成比例。當線圈從中間位置發(fā)生位移時，互感發(fā)生變化，從而使得次級線圈感應的電壓發(fā)生變化。線圈的繞制使得輸出電壓為兩個次級線圈輸出電壓的差值。當磁芯在中間位置（與兩個次級線圈的距離相等）時，兩個次級線圈感應出大小相等、方向相反的電壓，因而輸出電壓為零。當磁芯發(fā)生位移時，一個次級線罔的電壓增加，而另一個次級線圈的電壓減少。最終的輸出電壓開始增加，并與土級電壓同相。當破芯沿相反的方向運動時，輸出電壓增加，但與主級電壓不同相。因而輸出電壓與磁芯的位移成正比，而輸出電壓的相位用于確定運動的方向。然后，該交流輸出被送入一個相位敏感整流器，相位差用直流輸出的+/-極性來指示。9.4.3EI傳感器用于在控制系統(tǒng)中測量很小運動的另一種器件是EI傳感器。這種器件因其固定E型層疊磁芯和活動I型層疊磁芯而得名。E型磁芯的中間臂上繞制著變壓器的主級繞組，外面的兩個臂上繞制著次級繞組。兩個次級線圈串聯(lián)，但方向相反。I型磁芯與需測位移的器件（如壓力傳感器）機械地連在一起，它可以轉動，其上繞制的線圈與一個基準電壓相連。9.5流體壓力傳感器測量流體壓力有兩種基本方法：布爾登管式壓力計和壓力傳感器。飛機上被度量的典型流體，K力包括液壓油和燃料。9.5.1布爾登管式壓力計布爾登管式壓力計是由法同鐘表匠和工程師尤金·布爾登（1808～1884年）發(fā)明的。壓力感測元件是一個扁平截面或橢網(wǎng)截面的導管，導管被制成螺旋形或曲線形。導管的一端封閉，與一個指針機構相連，另-端通過管路與流體系統(tǒng)相連。隨著來自流體系統(tǒng)的壓力的增加，導管趨于伸直，而壓力的降低使其返回原來位置。這種運動通過齒輪機構的傳遞來使指針轉動。指針沿一·個刻度盤轉動，因而能夠直接提供壓力的讀數(shù)。導管材料根據(jù)需要測量的范圍進行選擇。這些材料包括磷青銅(O～lOOOpsi．1psi=1lbf/in2=6.89476×10'Pa)和鈹銅合金(O～lOOOOpsj)。布爾登管式壓力計的原理也可以用于遠程測量壓力。9.5.2壓力傳感器用于測量流體壓力的另一種方法是采用膜盒壓力傳感器，見圖9.17。隨著流體壓力的增加，膜盒開始膨脹。這使得一個鐵質繞線筒在兩個電感器線圈之間運動。這些線圈是交流比率表系統(tǒng)的一部分。線性屏蔽極電動機為單相感應電動機。線圈內磁芯的位移造成電感器線圈電路中電流的小平衡。電流就從兩個方向之一流人電動機電路。電動機的轉子是裝在軸上的鋁片。這種結構的起動力矩小，從而產生一個響應較快的指示系統(tǒng)。另一種結構是把鐵質繞線筒與一個馓動開關相連，用于低壓／高壓指示。這種壓力傳感系統(tǒng)的好處在于，壓力管路不需要一直通到駕駛艙指示器上。9.6溫度傳感器飛機使用各種溫度傳感器或感測器件，從簡單的雙金屬片（自動調溫器）到熱敏電阻和熱電偶。所用傳感器的類型取決于用途，同時應考慮下列因素：●溫度范圍；●精度要求；●所需的輸出類型；●成本。9.6.1雙金屬片作為一種通／斷的測量，雙金屬片把溫度變化變成機械位移。這種器件包含兩種金屬片，金屬片的熱膨脹系數(shù)不同。金屬片（元件）用鉚接或焊接的方式連在一起兩種金屬片的膨脹差異使得元件受熱時彎向一側，低于標稱溫度時則彎向另一側。膨脹系數(shù)較高的金屬片在受熱時處于彎曲的外側，受冷時則處于彎曲的內側。該元件可以制成開關觸頭，稱為自動調溫器，用于當超過溫度極限時，打開或閉合一個電路。該元件也可以制成螺旋形，這樣，溫度變化可以使—個軸轉動。9.6.2熱敏電阻熱敏電阻用于測量溫度，其工作原理基于電阻與溫度的已知關系。用在飛機上的熱敏電阻為電阻溫度器件(RTD)．也稱為電阻溫度計探測器或測溫泡。一段很細的導線繞在一個繞線筒上，構成電阻繞組。繞線簡裝在一個不銹鋼殼體內，以保護繞組不受污染物的侵害。繞組的每一端焊接到電連接器的插腳上，連接器被焊接到法蘭盤上，構成一個氣密的組件。這種溫度測量器件的工作原理基于測量金屬元件的電阻變化，并把這種變化量表示為溫度。金屬元件具有正溫度系數(shù)，有些金屬（如鎳和鉑）的電阻和溫度之間具有非常穩(wěn)定的線性關系。鎳沒有鉑精確，在200℃以上呈現(xiàn)非線性，但成本較低。RTD通常用于直流比率表電路。一個永久磁鐵連到測量儀器的指針上。如果RTD的電阻與固定電阻的值相等。則每側的電流相等，指針處于中間位置。當溫度變化時，RTD的電阻值發(fā)生變化，每側的電流不再相等，因而使指針指向新的位置。指針的位置與網(wǎng)絡兩側的電流比成正比。RTD也用于惠斯登電橋，這種電橋以英國科學家查爾斯·惠斯登爵士(1802～1875年)的名字命名。該電路實際上是英國科學家和數(shù)學家塞纓爾·亨特·克雷斯蒂（1784～1865年）發(fā)明的，查爾斯·惠斯登爵士只是對它做了進一步開發(fā)。它通過平衡一個橋電路的兩個分支來測量未知的電阻值，其中一個分支包含來知的電阻值。這種由惠斯登開發(fā)的電路基于歐姆定律和基爾霍夫定律。它通常用作克服電源變化的一種精確的方法。9.6.3熱電偶熱電偶的工作原理基于熱電效應。這是對物質隨溫度變化的電氣特性的一般表述。熱電偶利用不同金屬之間兩個接面溫度差引起的電勢差來工作。這種熱電式電勢差稱為塞貝克效應；這種效應以德國物理學家托馬斯·塞貝克(1770～1831年)的名字命名。由不同材料制成的金屬導體在兩端被焊接起來，構成接面。熱電偶接面裝在不銹鋼導管內，以提供機械支持。導線在熱電偶頭部連接，構成一個接面。當每個接面之間存在溫度梯度時，電子就會從溫度較高的接面向溫度較低的接面擴散。這在導體內產生電場，從而產生電流和電動勢。熱接面面對的是一個未知溫度（T2)冷接面與指針（測量電流）固定在一起，其所處的位置溫度（T1）已知。熱接面位于熱電偶的頭部（探頭）。接到量表的電纜可作為浮動磁頭周定在探頭內，也可以接到外部連接器上。維護要點電纜所用的材料一定要與熱電偶的類型一致，否則不同材料之間會形成額外的接面而形成附加的溫度梯度。溫度梯度和電壓之間的關系是線性的，典型熱電偶每100℃溫度差會產生大約4mV電壓。兩種熱電偶導體材料有很多種組合，材料的選擇主要取決于被測的溫度范圍。典型材料與溫度上限為：●鎳鉻／鎳鋁合金cD(Iooo℃)；●鐵／康銅(400℃)；●銅／康銅(300℃)。與熱電原理有關的另一個術語是珀耳帖效應，它以吉恩·珀耳帖(1785～1845年)的名字命名。它是塞貝克效應的反效應：在兩個接面之間施加一個電勢差，可以控制材料的溫度。小測驗9.3解釋雙金屬開關、RTD和熱電偶的基本原理。要點在理想的熱電偶電路中，冷接面應保持在恒定溫度，以確保溫度差被精確測量。9.7應變傳感器應變定義為由應力作用產生的材料變形。應力定義為單位面積上的力，是對作用在物體內的內力強度的一種度量。應變由發(fā)生在兩種材料狀態(tài)（從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)）之間的變化來決定。兩種狀態(tài)之間材料上兩點的物理位移用于表示應變的數(shù)值。當材料受力時，應變片用于測量材料的變形。美國電氣工程師愛德華·西蒙斯于1938年研發(fā)出了應變片。壓阻式應變片基