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热电阻传感器在汽车试验测量中的应用学校：哈尔滨华德学院姓名：姜海生班级：1102722班学号：1110272231热电阻传感器在汽车试验测量中的应用姜海生Ⅰ引言汽车这种被称为是“改造世界的机器”的交通工具的出现时人们的生活方式发生了巨大的变化，甚至影响到整个社会的变革。虽然汽车的发明只有百年的历史，但其发展速度确实非常惊人。在过去的100多年实践里，世界上已累计生产了大约14亿辆汽车。伴随着汽车发展的同时，汽车电子产品也从只完成单个汽车控制向“汽车—人—公路—环境”的系统信息交流和控制方向发展。在汽车电子产品中，传感器已成为关键的基础配套产品。20世纪末期，为了实现可持续发展战略，发达国家对汽车工业提出的新要求，促进了传感器应用和技术的快速发展。传感器的研发和生产单位采用新材料和新加工技术开发和新一代传感器及系统要求，以满足汽车工业需求。Ⅱ传感器在汽车中的应用传感器作为汽车电子控制系统的重要信息源，是汽车的耳目对温度、压力、位置、转速、加速度和振动等各种信息进行实时、准确的测量和控制并及时将有关汽车运行的变化传递到有关的仪表或者控制器,是汽车电子控制系统的关键部件,也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。传感器在现代汽车上的应用范围和使用数目也在不断增加。目前轿车上的传感器已经广布全车从发动机控制系统到车身控制系统再到底盘控制系统都已经有了传感器的踪影衡量现代高级轿车控制系统水平的关键就在于其传感器的数量和水平当前。一辆国内普通家用轿车上大约安装了近百个传感器，而豪华轿车上的传感器数量多达200只，而且趋势还在不断增加。在这些传感器中有一种类型的传感器——热电阻传感器Ⅲ热电阻传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。大多数热电阻在温度升高1℃时电阻值将增加0.4%~0.6%。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。并且随着科技的发展热电阻传感器的测温范围也随着扩展，低温方面已成功地应用于1~3K的温度测量中，高温方面也出现了多种用于1000~1300℃的热电阻传感器。1）分类1.NTC热电阻传感器：该类传感器为负温度系数传感器，即，传感器阻值随温度的升高而减小；2.PTC热电阻传感器：该类传感器为正温度系数传感器，即，传感器阻值随温度的升高而增大。2）原理热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的。当阻值变化时，工作仪表便显示出阻值所对应的温度值。热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻率随温度的变化而变化的原理制成的。铂属贵重金属,具有耐高温、温度特性好、使用寿命长等特点,因而得到广泛应用。铂电阻阻值与温度之间的关系是非线性,即Rt=R0(I+αt+βt2)(t在0～630℃之间)3）特点在中低温区热电阻是最为常见的一种温度检测器。热电阻通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用。它可以直接测量各种生产过程中从-200℃至+600℃范围内的液体、蒸汽和气体介质及固体表面的温度。1.端面热电阻：端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝缠绕制成，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量表面温度。2.WZ系列装配热电阻：通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成，具有测量精度高，性能稳定可靠等优点。实际运用中以Pt100铂热电阻运用最为广泛。3.隔爆型热电阻：隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把接线盒内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引起爆炸。4.WZPK系列铠装铂热电阻：铠装热电阻是由感温元件、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它有下列优点：体形细长，热响应时间快，抗振动，使用寿命长等优点。4）测量应用（1）温度监控现代汽车中，装备有各种新型的电子控制设备，这些设备使用各种热敏电阻作为传感元件，温度传感器就是其中一种。温度传感器广泛的应用于控制气缸加热和冷却温度、进气与排气温度以及空调温度等。从应用角度出发，热敏电阻传感器及其电路均应达到性能可靠、使用方便。下面通过实例予以介绍。①汽缸体专用加热器的温度控制文献【1】介绍了一种可安装于气缸进水孔处的U形管式专用加热器的温度控制器，为的是使汽车在停放过久或遇到低温时容易启动。该加热器的温度控制器中，选用正文度系数热敏电阻器（图1）作为的温度传感器（图2）。传感器安装于耐热橡胶插塞中，使用时插塞插装于紧靠汽缸体的金属盖上，以使传感器检测温度接近实际。加热器的温度控制器之电器原理图示于图。途中虚线所示部分为零电压开关。系一放大器、触发器集成电路块（RCA公司生产）。零电压开关包括：半波和桥式全波整流器、零电压门限检波器、放大器、反相器、达林顿放大器以及包括热敏电阻在内的用作电压比较器的差动放大器。当零电压（电桥无触发电流输出）时，或当加热温度偏低，差动放大器的浸提管140之发射极无信号反馈到晶体管104基极时，管104截止，116导通，122截止，电流放大器达林顿管132输入门电流，触发三端双向可控硅管76，加热器24有电流通过。反之，非零电压时，或加热温度偏高，差动放大器140发射极输出反馈信号至管104基极时，管104导通、116截止、122导通，达林顿管130基极电压下降，管132触发门电流消失，可控硅管76截止，加热器24断电。②测量管道中气流或其他流体的温度传感器用于测量管道中气流温度的传感器，一般都要求体积小、响应快、机械刚性好、稳定性能好。文献【2】报道了一种测量气体温度的传感器组件，由珠状NTC热敏电阻器，印有倒显得陶瓷连接片以及引出用插座组成（图4）。珠状热敏电阻具有体积小，响应快、B值偏差小，稳定性能好的优点。在陶瓷连接片上印制回纹状导线及两端的电极焊点，既能保证电连接的可靠，减少从管壁引脚至热敏电阻间的热导，同时还提高了传感器的机械刚性，避免工作中传感器产生震动。图5示出了上述传感器组件在通气气流管道中的组装图。图中箭向为气流喷射方向。为提高耐磨性和抗蚀性，传感器组件暴露气流的部分，表面上光釉。文献【3】报道了另一种用于测量气流或其他流体温度的温度传感器，以涂覆或积淀于瓷管上的厚膜或薄膜热敏电阻为敏感体（图6）。传感器所用的的瓷管为高强度氧化铝陶瓷管，参考尺寸为Φ4.6mm×Φ3.6mm×Φ25.4mm。在瓷管的一端表面，印制用Pt粉与有机载体配置的浆料。烧结成如图所示的轴向回纹状Pt厚膜，或采用磁控溅射直接获得同样形状的Pt薄膜。在瓷管的另一端表面，涂覆导电环，Pt膜与导电环之间有间距，以免Pt膜被短接。表面涂覆一层玻璃釉保护膜。这种Pt膜传感器可用于测量飞机外部气流温度，是一种结构牢固、测量范围宽、相应时间短、气阻小、抗争性和抗腐蚀性很好的温度传感器。③空调用温度传感器空调器系列利用压缩机间歇的运转，使从排风扇经过蒸发器流出的空气温度保持略高于预定的温度值。美国一专利报道了一种汽车空调器用温度控制器，其工作原理示于图7.当温度传感器检测的温度低于预定温度时，温度控制器中继电器触点断开，电磁离合器线包中无电流通过，压缩机停止运转。反之，检测温度高于预定温度时，继电器触点闭合，离合器线包中有电流通过，压缩机重新运转。空调汽车中控制最高与最低温度之差不宜过大，例如大于8℃时，人们就会感到不太舒服。一般，控制温差在5℃之内，就会感觉良好。图8示出了控制温差与温度传感器相应时间的关系。图9示出了NTC片式热敏电阻元件体积与传感器相应时间的关系。图10示出了图7温度传感器的剖视图。以采用耐热树脂包封的尺寸2mm×2mm×0.5mm片式热敏电阻为敏感元件。片式热敏电阻用引线连接到芯线上并由导线引出。接至温度控制器电路。这种包封型片式热敏电阻温度传感器，具有相应是间短、机械刚性好、占空间小以及便于安装等优点。（2）流量与流速控制汽车发动机中，进气流量、冷却水温度及发动机速率是控制汽车汽油喷射量、点火时间的重要参量。有多重多样的测量进气流速和流量的方法。老式的气体流量器响应慢、读数不准确，已为各种新型电子式流速流量计所代替。①测量进气流速或流量的传感器美国另一专利文献报道了一种测内燃机进气流量的传感器，系一种厚膜或薄膜热敏电子传感器。这种叠层结构传感器有两个传感器，即有效作用传感器和温度检测传感器。前者所用热敏电阻传感器和温度检测传感器。前者所用热敏电阻为低阻值加热电阻，发热量随气流速度变化而改变。后者所用热敏电阻为高阻值测温电阻与相匹配的附加电阻组成平衡电桥的两对桥臂。电桥与差动放大器连接成回路（图11）由加热电阻（22）发热而产生温升，差动放大器的设计，应保证升高后的温度相对于周围空气的差保持常量，气体流速越快，带走的热越多。因此流经加热器电阻的电流可作为气体流动速度的量度。如果管道的横截面积为一直面积单位，则单位时间内气体的流速即为其流量。为了提高测量的灵敏度，应使附加电阻的温度系数与传感器电阻温度系数相反。另一种适用于测量进气流量的传感器。在15mm×2mm×0.25mm陶瓷片两面，分别制备厚膜传感器电阻、导电连线、交叉连线及焊点，再在两端焊接引线，最后将整个传感器表面涂覆玻璃保护磨蹭。②直热式进气流量测量装置直热式气体流量传感器电阻，既是加热电阻，有事测温电阻。图12为一种直热式气体流量测量控制装置。测量装置中所用传感器电阻为薄膜热敏电阻（见图13中虚线圆内）。薄膜电阻可分为Pt薄膜电阻，积淀于特殊设计的陶瓷基片上。这种微型传感器，加热质量很小，而机械刚性与绝热性能却很好。是一种比较理想的动态范围宽、相应速度快的传感器。在直热式传感器测量装置中，这有用于测量未加热气体温度的热敏电阻。使薄膜电阻与热敏电阻之间温度差保持常量，就可以控制流经薄膜电阻的气体流量。因此，施加于薄膜电阻上的电压，可以作为气体流量的量度。图14示出了该气体流量测量装置的传感器电路图。由图14可见，当进气流量增加时，是薄膜电阻温度下降，作为热敏电阻的薄膜电阻，使其阻值减小，因而满族下式条件：V1＜VR式中，V1薄膜电阻6和附加电阻91之间的结点的电位；VR为热敏电阻8和附加电阻92之间结点的电位。电压比较器93的输出电压降低，三极管94的导电性增大，使薄膜电阻增加发热量，与此同时三极管集电极电位升高，故缓冲器95的输出电压升高。反之，进气流量减小时，薄膜电阻温度上升。阻值增大，因此满足下式：V1＞VR比较器的输出电压升高，三极管的导电性降低，薄膜电阻减小发热量，同时三极管集电极电位下降，故缓冲器寄存器输出电压降低。参考文献1、CascoProductsCorporation.TemperatureControlledelectricengineblock.InkH05B1/02USPat4634834.1987-06-062、RobertBoachGmbH.Temperaturesensingmodule.IntCl3.H01C3/04USPat4516106,1985-05-073、SmithIndustriesPublicLimitedCompany.Temperaturesensor.Int.Cl4.H01C7/02GBPat2204696,1988-11-164、VDOAdolfSchindlingAG.Apparatusformeasuringvelocityofflow.Int.Cl4.G01F1/68USPat47700361988-09-03