【文章內(nèi)容簡介】 示冷卻液溫度超過 100℃，但由于沒達到 120℃，所以不會留下故障碼。 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)對組合電器的監(jiān)控，主要是將提供相關信息或共同信息的傳感器的信息進行比較，以便判斷具體哪個傳感器故障，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氣溫度傳感器的信息或啟動后的時間進行比較，就可以得出冷卻液溫度傳感器的信息是否準確，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)會留下故障碼。 在 本文設計中，先以學習汽車溫度傳感器種類和原理及其汽車發(fā)動機的溫度測試系統(tǒng)為目的，研究了車用溫度傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，并詳細了解了集成溫度傳感器 AD590 的結(jié)構(gòu)、原理和特性。最后設計汽車發(fā)動機冷卻液溫度測試系統(tǒng)進行傳感器溫度測試，并檢查分析測試結(jié)果的可靠性和準確性，得出相應的結(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 ,它把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號 ,通過電氣儀表轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的均質(zhì)導體組成閉合回路 ,當兩端存在溫度梯度時 ,回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在Seebeck 電動勢 —— 熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應。兩種不同成份的均質(zhì)導體為熱電極，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 于某個恒定的溫度下。根據(jù)熱電動勢與溫度的函數(shù)關系 ,制成熱電偶分度表，分度表是自由端溫度在 0℃時的條件下得到的，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 ,只要該材料兩個接點的溫度相同 ,熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此 ,在熱電偶測溫時 ,可接入測量儀表 ,測得熱電動勢后 ,即可知道被測介質(zhì)的溫度。 [7] 由熱電偶的基本作用原理知道，一熱電偶的測量溫度主要決定于熱端和冷端溫度差所產(chǎn)生的熱電勢，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，則所測得的溫度值也就成為一原理知道，一熱電偶的測量溫度主要決定于熱端和冷端溫度所產(chǎn)生的熱電勢，如此雖然熱端變數(shù)，或不能代表被測處的實際溫度。熱電偶溫度補償公式如下： E(t， 0)=E(t,0t )+E(0t ， 0)。其中， E(0t ， 0)是實際測量的電動勢， t 代表熱端溫度， 0t 代表冷端溫度， 0 代表 O℃。在現(xiàn)場溫度測量中，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，因此測得的熱電勢為 E(t， 0t )。如果要測得真實的被測溫度所對應的熱電勢 E(t， 0)，就必須補償冷端不是 0℃所需第 2 章 車用溫度傳感器的種類和原理 7 的補償電勢 E(0t ， 0)，而且，該補償電勢隨冷端溫度變化 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，絕緣材料和保護管；并與顯示儀表、記錄儀表或計算機等配套使用。在現(xiàn)場使用中根據(jù)環(huán)境，被測介質(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)境細分有耐 高溫熱電偶，耐磨熱電偶，耐腐熱電偶，耐高壓熱電偶，隔爆熱電偶，鋁液測溫用熱電偶，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，高溫熱風爐用熱電偶，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器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成標準的基準儀。 與熱電偶的測溫原理不同的是，熱電阻是基于電阻的熱效應進行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測量出感溫熱電阻的阻值變化，就可以測量出溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩類。金屬熱電阻的電阻 值和溫度一般可以用以下的近似關系式表示，即 tR =0tR[1+α(t0t )]式中， tR 為溫度 t時的阻值 。0tR為溫度 0t (通常 0t =0℃ )時對應電阻值 。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，非線性嚴重，測溫范圍只有 50至 300℃左右，大量用于家電和汽車用溫度檢測和控制。金屬熱電阻一般適用于 200至 500℃范圍內(nèi)的溫度測量，其特點是測量準確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在程控制中的應用極其廣泛。 熱電阻測 溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用最多的是鉑和銅，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。從熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。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 組合而成的堅實體，它的外徑一般為φ 2 至φ 8mm，最小可達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端面的實際溫度，適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。 (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)場不會引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于 B1a至 B3c 級區(qū)內(nèi)具有爆炸危險場所的溫度測量。 工業(yè)上常用金屬熱電阻從電阻隨溫度的變化來 看，大部分金屬導體都有這個性質(zhì)，但并不是都能用作測溫熱電阻，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)定的化學物理性能、材料的復制性好、電阻值隨溫度變化要有間值函數(shù)關系 (最好呈線性關系 )。 目前應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 。銅電阻在測溫范圍內(nèi)電阻值和溫度呈線性關系，溫度線數(shù)大，適用于無腐蝕介質(zhì)，超過 150易被氧化。中國最常用的有 0R =10Ω、 0R =100Ω和 0R =1000Ω等幾種，它們的分度號分別為 Pt Pt100、 Pt1000。銅電阻有 0R =50Ω和 0R =100Ω兩種，它們的分度號為 Cu50 和 Cu100。其中 Pt100 和 Cu50 的應用最為廣泛。 熱電阻的信號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通過引線傳遞到計算機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，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對測量結(jié)果會有較大的影響。 [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線來引出電阻信號的方式叫二線制：這種引線方法很簡單，但由于連接導線必然存在引線電阻 R， R的大小與導線的材質(zhì)和長度的因素有關，因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合。 ○ 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：在熱電阻的根部兩端各連接兩根導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 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。 熱電阻采用三線制接法。 采用三線制是為了消除連接導線電阻引起的測量誤差。這是因為測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橋臂電阻，其連接導線 (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，造成測量誤差。采用三線制，將導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，這樣消除了導線線路電阻帶來的測量誤差。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，不存在這個問題。 熱電阻測溫系統(tǒng)的組成： (1)熱電阻測溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導線和顯示儀表等組成。必 須注意以下兩點：①熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致；②為了消除連接導線電阻變化的影響，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實體，它的外徑一般為φ 2~φ 8mm，最小可達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端面的實際溫度，適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。 (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，焊后要校驗合格后才 10 能使用。 溫度傳感器原理及介紹 AD590 是美國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/℃。當在電路中串接采樣電阻 R時， 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輸出電流信號傳輸距離可達到1km 以上。作為一種高阻電流源，最高可 達 20MΩ，所以它不必考慮選擇開關或CMOS多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差。適用于多點溫度測量和遠距離溫度測量的控制。 [12] LM135/235/335系列是美國國家半導體公司（ 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的動態(tài)阻抗，工作電流范圍從 400μ A