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第四章温度传感器,汽车电子控制基础,情景模拟,温度传感器,热电偶,热电阻,热敏电阻,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,为了解发动机的热状态，计算进气的质量流量及进行排气净化处理，需要有能够连续、精确地测量冷却液温度、进气温度与排气温度的传感器。温度传感器根据工作原理不同，可分为热电偶型、热敏电阻型、金属测温电阻型、晶体管型、集成型等汽车上温度传感器常用的有:金属热电阻式热电偶式热敏电阻式,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,几种温标的对比,正常体温为37 C，相当于华氏温度多少度？,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,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。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车上主要温度传感器,1）冷却液温度传感器；2）进气温度传感器；3）变速器油温传感器；4）排气温度传感器（催化剂温度传感器）；5）EGR废气循环监测温度传感器；6）车外温度传感器；7）车内温度传感器；8）日照温度传感器；9）空调蒸发器出口温度传感器；10）热敏铁氧体温度传感器；11）排气温度传感器；12）冷却液温度表传感器13）蓄电池温度传感器；14）热敏开关。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,第一节 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,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,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。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,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（49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。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,热敏电阻分类：,正温度系数(PTC)负温度系数(NTC)临界温度系数(CTR),热敏电阻典型特性,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,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,热敏电阻分类,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,NTC热敏电阻,1.热敏电阻的主要特性2.热敏电阻的结构3.热敏电阻的主要参数4.热敏电阻的线性化,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,1.热敏电阻的主要特性,NTC型热敏电阻，在较小的温度范围内，电阻-温度特性,式中 RT,R0热敏电阻在绝对温度T，T0时的阻值()；T0,T 介质的起始温度和变化温度（K）；t0,t 介质的起始温度和变化温度（）；B 热敏电阻材料常数，一般为20006000K，其大小取决于热敏电阻的材料。,温度特性,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,B和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,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,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,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,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。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,2.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,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,热敏电阻的结构形式,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,3.热敏电阻的主要参数,标称电阻值RH 在环境温度为250.2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。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/；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；,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,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。时间常数 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T=0.63(TT0)时所需的时间。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,3.热敏电阻的主要参数,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,二、金属热电阻,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,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。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,铂电阻的电阻值与温度之间的关系：,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。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,铜电阻,铜在-50150范围内铜电阻化学、物理性能稳定，输出输入特性接近线性，价格低廉。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,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,其他热电阻,镍使用温度范围是-50100和-50150。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）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。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。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。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,热电阻的结构比较简单，一般将电阻丝统在云母、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,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,感温元件结构,普通（装配式）铂电阻,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,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,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,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,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,铂热电阻分度表,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,热电阻的应用,1、热电阻温度计,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。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,第二节 热电偶式温度传感器,热电偶,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,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,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,k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。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,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。,2)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。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,3)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：,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,3)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：,中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,3、热电偶的结构,1）普通工业装配式热电偶的结构,热电偶通常由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等几个主要部分组成。,2）铠装热电偶的结构,铠装热电偶具有能弯曲、耐高压、热响应时间快和坚固耐用等许多优点，它和工业用装配式热电偶一样，作为测量温度的变送器，通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用，同时亦可作为装配式热电偶的感温元件。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,图4-9 普通热电偶式温度传感器的结构示意图,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,4、热电偶的材料,根据金属的热电效应原理，任意两种不同材料的导体都可以作为热电极组成热电偶,在实际应用中，用作热电极的材料应具备如下几方面的条件：,(1)温度测量范围广,(2)性能稳定,(3)物理化学性能好,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,5、热电偶的种类,1）标准型热电偶,2）非标准型热电偶 非标准型热电偶包括铂铑系、铱铑系及钨铼系热电偶等。,主要有：铂铑30-铂铑6热电偶，分度号“B”；铂铑10-铂热电偶，分度号“S”；镍铬-镍硅热电偶，分度号“K”；镍铬-康铜热电偶，分度号“E”；铁-康铜热电偶，分度号“J”；铜-康铜热电偶，分度号“T”。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,6.型号表示,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,第三节 温度传感器的应用,发动机冷却水温传感器 水（油）温表用热电阻传感器 车内、外空气温度传感器 发动机进气温度传感器 空调蒸发器出风口传感器 发动机排气温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,图4-12 水温表传感器的结构与特性（a）结构（b）特性1加热用线圈与双金属片 2接收部件 3发送部件 4热敏电阻,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,一、水温传感器,作用检测发动机冷却水温度，向ECU输入温度信号作为燃油喷射和点火正时的修正信号其它控制系统的控制信号,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,安装位置,发动机缸体的水套缸盖的水套水管接头上,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,构造,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,检测,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,参考值,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,桑塔纳2000GSi轿车的冷却液温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,二、进气温度传感器检测,1作用检测进气温度，向ECU输入进气温度信号，作为燃油喷射和点火正时的修正信号。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,2安装位置,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,3构造与工作原理,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,4电路图,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,5检测,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,桑塔纳2000GSi轿车的进气温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,三、变速器油温传感器检测,1安装位置,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,2构造与工作原理 液压油温度传感器内部是一个半导体热敏电阻，它具有负的温度电阻系数。温度愈高，电阻愈低。电脑根据其电阻的变化测出自动变速器液压油的温度。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,3电路图,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,4检测 拆下液压油温度传感器，将传感器置于盛有水的烧杯中，加热杯中的水，测量在不同温度下传感器两接线端之间的电阻。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,四、排气温度传感器检测,排气温度传感器又称催化剂温度传感器，其作用是：在催化剂变换器异常发热时，能够快速地发出报警信号，以便保护催化剂变换器并防止高温引发故障。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,五、EGR监测温度传感器检测,EGR监测温度传感器用于监测EGR阀的工作是否正常，以提醒司乘人员。一般安装于EGR阀的下游。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,EGR监测温度传感器是采用热敏电阻原理工作的。一般工况下，EGR阀附近的废气温度为100200；高速、重负荷为300400；不工作时为50左右。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,六、车外温度传感器,用于检测车辆外部的空气温度，向自动空调ECU输入车外温度信号。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,七、车内温度传感,用于测量车内温度，把信号传送给自动空调的电子控制单元。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,八、空调蒸发器出口温度传感器,用于检测蒸发器表面的温度变化情况，以控制压缩机的工作状况。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,九、热敏铁氧体温度传感器,依据冷却液温度信号来控制散热器的冷却风扇工作。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,热敏铁氧体温度传感器由永久磁铁、热敏铁氧体和舌簧开关等组成。当冷却液温度较低时，热敏铁氧体被磁化，变为强磁体，产生吸引力，舌簧开关闭合，冷却风扇继电器电路接通，开关被吸下，冷却风扇停止工作。当冷却液温度高于规定值时，热敏铁氧体不被磁化，热敏开关断开，风扇继电器触点闭合，风扇开始运转。热敏铁氧体的规定温度在0130之间。,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,油温传感器与油温表,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,水温表传感器与水温表,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,汽车电子控制基础第四章 温度传感器,
