4汽车温度传感器

温度传感器的结构、原理与检测汽车传感器第一节概述第二节热敏电阻式温度传感器第三节热电偶式温度传感器第四节温度传感器在汽车上的应用第一节概述应用在汽车上的温度传感器有冷却液温度传感器、进气温度传感器、排气温度传感器、油温度传感器、蒸发器出口温度传感器和车内(外)温度传感器等。其作用是检测气体、液体的温度，并把检测结果转换成电信号输入给ECU。一、温度传感器的类型1.按结构原理分类有热电偶式、线绕电阻式、热敏电阻式等，其特点是：线绕电阻式温度传感器精度高，但响应特性差；热敏电阻式温度传感器灵敏度高，响应特性较好，但线性差，适应温度较低；热电偶温度传感器精度高，测量温度范围宽，但需要配合放大器和冷端处理起使用。石蜡式、双金属片式、热敏铁氧体温度传感器均为非电量传感器。测量用部件优点缺点热电偶1.可测定很小部位的温度；2.可缩短滞后时间；3.耐振动与冲击；4.适于测定温度差；5.测定范围宽。1.需要标准触点；2.标准触点与补偿导线有误差；3.在常温下，不注意修正，难以得到较高的精度。热电阻1.适于测定较大范围的平均温度；2.不需要标准触点等；3.与热电偶相比，常温左右的精度较高。1.难以缩短滞后时间；2.在振动严重的场所下可能出现破损3.受导线电阻的影响，需要修正。热敏电阻1.可测量很小部位的温度；2.可缩短滞后时间；3.灵敏度高；4.不能忽略导线电阻造成的误差5.最适于测量微小的温度差；6.测量机构简单且价格低廉；7.因信噪比较高，所以对系统性计量工程来说经济性好。1.因电阻与温度间的非线性程度较严重，有时需要做线性处理；2.有时需要互换用电阻；3.振动严重的场合可能会造成破损。温度传感器安装位置用途冷却液温度传感器发动机缸体、缸盖的水套或节温器内并伸入水套中。检测发动机冷却液温度输入ECU用于修正喷油量。进气温度传感器D型EFI装在空气滤清器之后或进气压力传感器内；L型EFI装在空气流量计上。检测进气温度输入ECU用于提供燃油喷射量和点火正时依据。排气温度传感器安装在汽车排气装置三元催化转化器上。检测转化器内排放气体的温度。液压油温度传感器安装在自动变速器油底壳内的液压阀体上。检测液压油温度输入ECU用于换挡控制。蒸发器出口温度传感器安装在空调蒸发器片上。检测蒸发器表面温度用于控制空调压缩机。车内、外温度传感器车外安装在汽车前部；车内安装在仪表板下和后挡风玻璃下。检测车内、外气温为汽车空调控制系统提供信息。EGR监测温度传感器安装在EGR阀的出口处。检测废气温保证发动机和排放系统工作正常。2.按用途分类其他温度传感器8）车外温度传感器；9）车内温度传感器；10）日照温度传感器；11）热敏铁氧体温度传感器；12）冷却液温度表传感器13）蓄电池温度传感器；14）热敏开关。接触式测温温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。(1)膨胀式温度计(2)热电阻温度计(3)热电偶温度计(4)其他原理的温度计直观、可靠，测量仪表也比较简单特点非接触测温温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射能的大小来推算被测物体的温度。(1)辐射式温度计(2)光纤式温度计：特点不与被测物体接触，不破坏原有的温度场。精度一般不高。3.按与被测对象是否接触分类第二节热电阻式温度传感器•热电阻效应:物质的电阻率随其本身温度变化而变化的现象•热电阻式传感器:根据热电阻效应制成的传感器图4-1热电阻的结构•热电阻的类型:1.半导体热敏电阻2.金属热电阻取一只100W/220V灯泡，用万用表测量其电阻值，可以发现其冷态阻值只有几十欧姆，而计算得到的额定热态电阻值应为484。一、半导体热敏电阻利用半导体的电阻值随温度显著变化的特性制成由金属氧化物和化合物按不同的配方比例烧结优点：(1)热敏电阻的温度系数比金属大（4～9倍）(2)电阻率大，体积小，热惯性小，适于测量点温、表面温度及快速变化的温度。(3)结构简单、机械性能好。缺点：线性度较差，复现性和互换性较差。热敏电阻式温度传感器利用陶瓷半导体材料的电阻值随温度变化而变化的特性测量温度。2.热敏电阻可分为：负温度系数(NTC)型热敏电阻。NTC(NegativeTemperatureCoefficient)正温度系数(PTC)型热敏电阻；PTC(PositiveTemperatureCoefficient)1.传感器原理汽车上的冷却液、进气管、蒸发器出口、车内外等处的温度检测普遍采用NTC热敏电阻，本节所介绍的热敏电阻温度传感器多为NTC热敏电阻。PTC热敏电阻－正温度系数钛酸钡掺合稀土元素烧结而成用途：彩电消磁，各种电器设备的过热保护，发热源的定温控制，限流元件。CTR热敏电阻－负温度系数以三氧化二钒与钡、硅等氧化物，在磷、硅氧化物的弱还原气氛中混合烧结而成用途：温度开关。NTC热敏电阻－很高的负电阻温度系数主要由Mn、Co、Ni、Fe、Cu等过渡金属氧化物混合烧结而成应用：点温、表面温度、温差、温场等测量自动控制及电子线路的热补偿线路几种热敏电阻特征3.NTC热敏电阻NTC热敏电阻的阻值与温度的关系可用下述公式表示：式中T—温度(K)；RT—热敏电阻在温度为T(K)时的热敏电阻阻值；R0—热敏电阻在温度为T0(T0＝273.15K)时的阻值；B—热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数。该关系式是经验公式，只在额定温度或额定电阻阻值在一定范围内才具有一定的精确度，因为材料常数B本身也是温度的函数。00273127310110ttBTTBTeReRR0011lnTTRRBT21TBdTdRRTTB和α值是表征热敏电阻材料性能的两个重要参数，热敏电阻的电阻温度系数比金属丝的高很多，所以它的灵敏度很高。热敏电阻的电阻温度系数热敏电阻在其本身温度变化1℃时，电阻值的相对变化量4.NTC热敏电阻R-T特性B相同，R0不同时的R-T特性曲线示意图R2R3R1B1B2B3B1=B2=B3R1R2R3200C25C100C-50CTRB1B2R1=R2200C25C100C-50CTB1B2B2B1R25RR0相同，B不同时的R-T特性曲线示意图注：根据国标规定，额定零功率电阻值是NTC热敏电阻在基准温度25℃时测得的电阻值R25。⑵伏安特性•在稳态情况下，通过热敏电阻的电流I与其两端的电压U之间的关系当流过热敏电阻的电流很小时:不足以使之加热。电阻值只决定于环境温度，伏安特性是直线，遵循欧姆定律。主要用来测温。当电流增大到一定值时：流过热敏电阻的电流使之加热，本身温度升高，出现负阻特性。因电阻减小，即使电流增大，端电压反而下降。其所能升高的温度与环境条件(周围介质温度及散热条件)有关。当电流和周围介质温度一定时，热敏电阻的电阻值取决于介质的流速、流量、密度等散热条件。可用它来测量流体速度和介质密度。5.NTC热敏电阻结构紧固螺帽连接导线热敏电阻的结构构成：热敏探头、引线、壳体二端和三端器件：为直热式，即热敏电阻直接由连接的电路获得功率；四端器件：旁热式热敏电阻的结构形式6.热敏电阻的主要参数⑴标称电阻值RH在环境温度为25±0.2℃时测得的电阻值，又称冷电阻。其大小取决于热敏电阻的材料和几何尺寸。⑵耗散系数H指热敏电阻的温度与周围介质的温度相差1℃时热敏电阻所耗散的功率，单位为mW/℃；⑶热容量C热敏电阻的温度变化1℃所需吸收或释放的热量，单位为J／℃；⑷能量灵敏度G（W）使热敏电阻的阻值变化1％所需耗散的功率。⑸时间常数τ温度为T0的热敏电阻突然置于温度为T的介质中，热敏电阻的温度增量ΔT=0.63(T－T0)时所需的时间。⑹额定功率PE在标准压力（750mmHg）和规定的最高环境温度下，热敏电阻长期连续使用所允许的耗散功率，单位为W。在实际使用时，热敏电阻所消耗的功率不得超过额定功率100)/(HGHC/7.热敏电阻的主要参数二、金属热电阻及其特性•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。1.铂电阻铂易于提纯，在高温和氧化性介质中物理化学性质稳定，电阻率较大，能耐较高的温度；制成的铂电阻输出－输入特性接近线性。铂电阻的电阻值与温度之间的关系：]100)t-C(tBtAt[1RRC0~200-)BtAt(1RRC650~0320t20tA、B、C——常数铂电阻制成的温度计，除作温度标准外，还广泛应用于高精度的工业测量。由于铂为贵金属，一般在测量精度要求不高和测温范围较小时，均采用铜电阻。铜电阻铜在-50～150℃范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输铜电阻阻值与温度变化之间的关系：式中A、B、C—常量当温度高于100℃时易被氧化，因此适用于温度较低和没有浸蚀性的介质中工作其他热电阻①镍使用温度范围是-50～100℃和-50～150℃。但目前应用较少：镍非线性严重，材料提取也困难。但灵敏度都较高，稳定性好，在自动恒温和温度补偿方面的应用较多。（我国定为标准化热电阻）②铟电阻适宜在-269～-258℃温度范围内使用，测温精度高，灵敏度是铂电阻的10倍，但是复现性差。③锰电阻适宜在-271～-210℃温度范围内使用，灵敏度高，但是质脆易损坏。④碳电阻适宜在-273～-268.5℃温度范围内使用，热容量小，灵敏度高，价格低廉，操作简便，但是热稳定性较差。•热电阻的结构比较简单，一般将电阻丝绕在云母、石英、陶瓷、塑料等绝缘骨架上，经过固定，外面再加上保护套管。但骨架性能的好坏，影响其测量精度、体积大小和使用寿命。热电阻的结构、类型你好感温元件结构普通（装配式）铂电阻•铠装式铂电阻比装配式铂电阻直径小，易弯曲，抗震性好，适宜安装在装配式铂电阻无法安装的场合。•铠装式铂电阻外保护套管采用不锈钢，内充满高密度氧化物绝缘体，因此具有很强的抗污染性能和优良的机械强度，适合安装在环境恶劣的场合。•可直接用铜导线和二次仪表相连接使用。由于它具有良好的电输出特性，可为显示仪、记录仪、调节器、扫描器、数据记录仪以及计算机提供准确的温度变化信号。铠装式铂电阻•薄膜铂热电阻元件，把金属铂研制成粉浆，采用先进的激光喷溅薄膜技术，及光刻法和干燥蚀刻法把铂附着在陶瓷基片上形成膜，引线经过激光调阻制成。铂金属的长期稳定性、可重复操作性、快速响应及较宽的工作温度范围等特性使其能够适合多种应用。薄膜铂热电阻铂热电阻分度表热电阻的应用1、热电阻温度计R1R2R3R4RtR1ˊˊR2通常工业上用于测温是采用铂电阻和铜电阻作为敏感元件，测量电路用得较多的是电桥电路。为了克服环境温度的影响常采用图所示的三导线四分之一电桥电路。由于采用这种电路，热电阻的两根引线的电阻值被分配在两个相邻的桥臂中，如果，则由于环境温度变化引起的引线电阻值变化造成的误差被相互抵消。第三节热电偶式温度传感器热电偶将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。1、热电效应BAABNNekTTEln)(ABTT0k——玻耳兹曼常数，e——电子电荷量，T——接触处的温度，NA，NB——分别为导体A和B的自由电子密度。BAABNNekTTEln)(002、热电偶测温基本定律1)均质导体定律由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、长度以及温度分布如何均不产生热电动势。TT02)中间导体定律在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。TT0V3)参考电极定律两种导体A,B分别与参考电极C组成热电偶，如果他们所产生的热电动势为已知，A和B两极配对后的热电动势可用下式求得：),(),(),(000TTETTETTECBACABABTT0=ACTT0—CBTT03)中间温度定律热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、tn和tn、t0时的相应热电动势的代数和。中间温度定律可以用下式表示：),(),(),(00TTETTET