【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 示冷卻液溫度超過 100℃，但由于沒達(dá)到 120℃，所以不會(huì)留下故障碼。 第 1 章 緒論 5 圖 14 冷卻液溫度傳感器與電控單元的連接（ b） OBDⅡ系統(tǒng)對(duì)組合電器的監(jiān)控，主要是將提供相關(guān)信息或共同信息的傳感器的信息進(jìn)行比較，以便判斷具體哪個(gè)傳感器故障，是短路還是斷路等信息。如將冷卻液溫度傳感器的信息和進(jìn)氣溫度傳感器的信息或啟動(dòng)后的時(shí)間進(jìn)行比較，就可以得出冷卻液溫度傳感器的信息是否準(zhǔn)確，傳感器是否有短路還是斷路的故障。所以冷卻液溫度傳感器短路后 OBDⅡ系統(tǒng)會(huì)留下故障碼。 在 本文設(shè)計(jì)中，先以學(xué)習(xí)汽車溫度傳感器種類和原理及其汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度測(cè)試系統(tǒng)為目的，研究了車用溫度傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，并詳細(xì)了解了集成溫度傳感器 AD590 的結(jié)構(gòu)、原理和特性。最后設(shè)計(jì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行傳感器溫度測(cè)試，并檢查分析測(cè)試結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性，得出相應(yīng)的結(jié)論。 6 第 2 章 車用溫度傳感器感器的種類和原理 汽車上的溫度傳感器可分為傳統(tǒng)模擬的溫度傳感器和集成溫度傳感器。傳統(tǒng)的模擬溫度傳感器，有熱電偶、熱敏電阻等。集成溫度傳感器有 LM391 LM33LM4 AD22103 電壓輸出型、 AD590電流輸出型。這里分別介紹該類器件的幾個(gè)典型。 熱電偶溫度傳感器原理及介紹 熱電偶是一種感溫元件 ,它把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào) ,通過電氣儀表轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。熱電偶測(cè)溫的基本原理是兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路 ,當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí) ,回路中就會(huì)有電流通過，此時(shí)兩端之間就存在Seebeck 電動(dòng)勢(shì) —— 熱電動(dòng)勢(shì)，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處 于某個(gè)恒定的溫度下。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系 ,制成熱電偶分度表，分度表是自由端溫度在 0℃時(shí)的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí) ,只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同 ,熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此 ,在熱電偶測(cè)溫時(shí) ,可接入測(cè)量?jī)x表 ,測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)后 ,即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。 [7] 由熱電偶的基本作用原理知道，一熱電偶的測(cè)量溫度主要決定于熱端和冷端溫度差所產(chǎn)生的熱電勢(shì)，如此，雖然熱端所處的溫度保持恒定不變，但由于冷端產(chǎn)生不規(guī)則的溫度改 變，則所測(cè)得的溫度值也就成為一原理知道，一熱電偶的測(cè)量溫度主要決定于熱端和冷端溫度所產(chǎn)生的熱電勢(shì)，如此雖然熱端變數(shù)，或不能代表被測(cè)處的實(shí)際溫度。熱電偶溫度補(bǔ)償公式如下： E(t， 0)=E(t,0t )+E(0t ， 0)。其中， E(0t ， 0)是實(shí)際測(cè)量的電動(dòng)勢(shì)， t 代表熱端溫度， 0t 代表冷端溫度， 0 代表 O℃。在現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量中，由于熱電偶冷端溫度一般不為 O℃，而是在一定范圍內(nèi)變化著，因此測(cè)得的熱電勢(shì)為 E(t， 0t )。如果要測(cè)得真實(shí)的被測(cè)溫度所對(duì)應(yīng)的熱電勢(shì) E(t， 0)，就必須補(bǔ)償冷端不是 0℃所需第 2 章 車用溫度傳感器的種類和原理 7 的補(bǔ)償電勢(shì) E(0t ， 0)，而且，該補(bǔ)償電勢(shì)隨冷端溫度變化 的特性必須與熱電偶的熱電特性相一致，這樣才能獲得最佳補(bǔ)償效果。 熱電偶的結(jié)構(gòu)形式：熱電偶的基本結(jié)構(gòu)是熱電極，絕緣材料和保護(hù)管；并與顯示儀表、記錄儀表或計(jì)算機(jī)等配套使用。在現(xiàn)場(chǎng)使用中根據(jù)環(huán)境，被測(cè)介質(zhì)等多種因素研制成適合各種環(huán)境的熱電偶。熱電偶簡(jiǎn)單分為裝配式熱電偶，鎧裝式熱電偶和特殊形式熱電偶；按使用環(huán)境細(xì)分有耐 高溫?zé)犭娕?，耐磨熱電偶，耐腐熱電偶，耐高壓熱電偶，隔爆熱電偶，鋁液測(cè)溫用熱電偶，循環(huán)硫化床用熱電偶，水泥回轉(zhuǎn)窯爐用熱電偶，陽極焙燒爐用熱電偶，高溫?zé)犸L(fēng)爐用熱電偶，汽化爐用熱電偶，滲碳爐用熱電偶，高溫 鹽浴爐用熱電偶，銅、鐵及鋼水用熱電偶，抗氧化鎢錸熱電偶，真空爐用熱電偶，鉑銠熱電偶等。 熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。 與熱電偶的測(cè)溫原理不同的是，熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測(cè)量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測(cè)量出溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。金屬熱電阻的電阻 值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，即 tR =0tR[1+α(t0t )]式中， tR 為溫度 t時(shí)的阻值 。0tR為溫度 0t (通常 0t =0℃ )時(shí)對(duì)應(yīng)電阻值 。α為溫度系數(shù)。相比較而言，熱敏電阻的溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高 (通常在數(shù)千歐以上 )，但互換性較差，非線性嚴(yán)重，測(cè)溫范圍只有 50至 300℃左右，大量用于家電和汽車用溫度檢測(cè)和控制。金屬熱電阻一般適用于 200至 500℃范圍內(nèi)的溫度測(cè)量，其特點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在程控制中的應(yīng)用極其廣泛。 熱電阻測(cè) 溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測(cè)量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。 熱電阻種類： 8 （ 1）精密型熱電阻：工業(yè)常用熱電阻感溫元件 (電阻體 )的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。從熱電阻的測(cè)溫原理可知，被測(cè)溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測(cè)量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測(cè)量帶來影響。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制。 (2)鎧裝熱電阻：鎧裝熱電阻是由感溫元件 (電阻體 )、引線、絕緣材料、不銹鋼套管 組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為φ 2 至φ 8mm，最小可達(dá)φ 1mm。 (3)端面熱電阻：端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。 (4)隔爆型熱電阻：隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于 B1a至 B3c 級(jí)區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的溫度測(cè)量。 工業(yè)上常用金屬熱電阻從電阻隨溫度的變化來 看，大部分金屬導(dǎo)體都有這個(gè)性質(zhì)，但并不是都能用作測(cè)溫?zé)犭娮?，作為熱電阻的金屬材料一般要求：盡可能大而且穩(wěn)定的溫度系數(shù)、電阻率要大 (在同樣靈敏度下減小傳感器的尺寸 )、在使用的溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的化學(xué)物理性能、材料的復(fù)制性好、電阻值隨溫度變化要有間值函數(shù)關(guān)系 (最好呈線性關(guān)系 )。 目前應(yīng)用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅：鉑電阻精度高，適用于中性和氧化性介質(zhì)，穩(wěn)定性好，具有一定的非線性，溫度越高電阻變化率越小 。銅電阻在測(cè)溫范圍內(nèi)電阻值和溫度呈線性關(guān)系，溫度線數(shù)大，適用于無腐蝕介質(zhì)，超過 150易被氧化。中國(guó)最常用的有 0R =10Ω、 0R =100Ω和 0R =1000Ω等幾種，它們的分度號(hào)分別為 Pt Pt100、 Pt1000。銅電阻有 0R =50Ω和 0R =100Ω兩種，它們的分度號(hào)為 Cu50 和 Cu100。其中 Pt100 和 Cu50 的應(yīng)用最為廣泛。 熱電阻的信號(hào)連接方式熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻信號(hào)通過引線傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它一次儀表上。工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)有較大的影響。 [10] 目前熱電阻的引線主要有三種方式 ： 第 2 章 車用溫度傳感器的種類和原理 9 ○ 1 二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號(hào)的方式叫二線制：這種引線方法很簡(jiǎn)單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻 R， R的大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長(zhǎng)度的因素有關(guān)，因此這種引線方式只適用于測(cè)量精度較低的場(chǎng)合。 ○ 2 三線制：在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過程控制中的最常用的引線電阻。 ○ 3 四線制：在熱電阻的根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流 I，把 R 轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào) U，再通過另兩根引線把U 引至二次儀表?？梢娺@種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測(cè)。 熱電阻采用三線制接法。 采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的測(cè)量誤差。這是因?yàn)闇y(cè)量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，其連接導(dǎo)線 (從熱電阻到中控室 )也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測(cè)量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測(cè)量誤差。工業(yè)上一般都采用三線制接法。熱電偶產(chǎn)生的是毫伏信號(hào)，不存在這個(gè)問題。 熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)的組成： (1)熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成。必 須注意以下兩點(diǎn)：①熱電阻和顯示儀表的分度號(hào)必須一致；②為了消除連接導(dǎo)線電阻變化的影響，必須采用三線制接法。 (2)鎧裝熱電阻是由感溫元件 (電阻體 )、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為φ 2~φ 8mm，最小可達(dá)φ 1mm。 (3)端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材料繞制，緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。 (4)隔爆型熱電阻隔爆型熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒，把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影 電阻體的斷路修理必然要改變電阻絲的長(zhǎng)短而影響電阻值，為此更換新的電阻體為好，若采用焊接修理，焊后要校驗(yàn)合格后才 10 能使用。 溫度傳感器原理及介紹 AD590 是美國(guó)模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍為3~30V，輸出電流 223μ A（ 50℃） ~423μ A（ +150℃），靈敏度為 1μ A/℃。當(dāng)在電路中串接采樣電阻 R時(shí)， R 兩端的電壓可作為喻出電壓。注意 R 的阻值不能取得太大，以保證 AD590兩端電壓不低于 3V。 AD590輸出電流信號(hào)傳輸距離可達(dá)到1km 以上。作為一種高阻電流源，最高可 達(dá) 20MΩ，所以它不必考慮選擇開關(guān)或CMOS多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差。適用于多點(diǎn)溫度測(cè)量和遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量的控制。 [12] LM135/235/335系列是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司（ NS）生產(chǎn)的一種高精度易校正的集成溫度傳感器，工作特性類似于齊納穩(wěn)壓管。該系列器件靈敏度為 10mV/K，具有小于 1Ω的動(dòng)態(tài)阻抗，工作電流范圍從 400μ A