第2章_温度传感器

1、第2章温度传感器、2.1温度相关单位2.2温度传感器的分类2.3金属热阻抗2.4热敏星空卫视2.5热电式温度传感器(热电偶) 2.6温度熔断器2.7温度传感器的实用化2.8温度传感器在发动机排气中的应用、关于2.1温度单位我国法定修订量单位基于国际单位制， 根据我国情况，其中包括国际单位制的7个基本单位，这些个的7个基本单位中，一个是热力学温度，单位名称是开尔文，单位符号是k。 热力学温度由热力学原理定义。 关于热力学温度，过去有几个其他的名称。 例如，绝对温度、开氏温度等现在还没有继续使用。 规定水的三相点(水、水蒸气和冰共存的状态，不含空气)的热力学温度的1/273. 16是热力学温度单位

2、开尔文。翻到下一页，关于2.1温度单位，国家标准GB 3102.4热学量和单位另一个量是摄氏温度，摄氏温度是SI的一个导出量，其单位名称是摄氏。 摄氏温度t在下式的定义式中，t是摄氏温度，t是热力学温度，T0是273. 15K .摄氏温度的符号是t或。 摄氏是摄氏温度时用来代替开尔文的专用名称。 根据以上的定义，热力学温度的273.15K是摄氏温度的0。 有人把20读成“摄氏20度”。 此阅读方法划分一个单位名称，在其中插入数值的阅读方法不适当。 “摄氏”应该作为一个整体来使用。 在书写符号时，不要将小圆圈放在数字的右上犄角旮旯，而必须将小圆圈放在 c 的左上犄角旮旯，这是因为整体。前页、2.

3、2温度传感器的分类、温度传感器的种类和工作温度范围如表21所示，对于发动机控制用传感器来说，测试范围是三种典型的温度传感器是热电偶、金属测温电阻体、热敏电阻。 于是，2.3金属热阻抗，大部分金属导体的电阻随温度变化，并且具有正的温度系数a，也就是温度越高，电阻越大，所以被称为“热阻抗”。 纯金属的电阻除了受到温度的影响外，还受到杂质含量的影响。 两个这些个元件之间的相互作用较小，电阻的温度系数也较小，且比较稳定，一般精度为(30007000 ) x 10-6/。 但是，由于其自身的电阻值低，为了达到实用的电阻值，需要制作非常细的金属线和薄膜，如果化学性质不稳定则难以利用，另外，由于希望在晶格结

4、构不变的范围内使用，因此现在将金属热阻抗作为传感器使用的主要是Ni和翻到下一页，2.3金属热阻抗在金属中Pt的熔点高、化学性质稳定、容易制作高纯度的材料，在宽的温度范围内利用测温电阻体测定温度的依据是，将被测定温度下的电阻值与基准温度0时的电阻值相比，看其变化量有多少，0的电阻值R0是重要的直接影响测量温度的另一温度系数是电阻温度系数，为了便于比较，通常用100的电阻值与0时的电阻值之比来表示。前页，过户，前页，2.3金属热阻抗，50m白金丝的电阻值为50-100欧姆，装车使用时，该零配件以外的线束组装的电阻值的变动也影响温度的测量，即温度误差，因此线束组装长的情况下，通过三合十礼雅桥接线法补

5、偿合十礼雅形成的电阻。 现代电子控制引擎使用热丝状体式空气产水量传感器间接地测量空气温度。更新的是，使该丝状体变成约200nm的薄膜，即所谓的热膜形传感器。 据报道，由于镍合十礼层电阻的温度系数约为6700 x 10-6/，该值较高，因此镍是制作低温用温度传感器的良好材料，来自在先的：将镍合十礼层缠绕在骨架上，或者将含镍膏烧在基板上，制作进气温度传感器和水温传感器前页，2.4热敏电阻，热敏电阻由陶瓷半导体材料制作，一般是温度系数高的电阻材料。 金属电阻与热力学温度成正比，但陶瓷半导体的电阻是指数关系。 热敏电阻可分为正温度系数(PTC )热敏电阻、负温度系NTC热敏电阻、临界温度热敏电阻(CT

6、R )、线性热敏电阻，当热敏电阻自身的温度变化1时，电阻值的相对变化量是热敏电阻的温度系数，温度系数用t表示，热敏电阻用t表示因此，一般将b (单位是k )看作常数来求出电阻温度系数。 这也表示b值越大，热敏电阻的温度变化程度越大。 从下一页、上一页、2.4热敏电阻、上式和说明可知，的热敏电阻电阻值随温度的变化而大幅变化，在实用上容易得到大的信号变化。 另外，与金属热阻抗相比，容易制作数k到数百k的热敏电阻，因此具有即使加长引线也可以忽略引线电阻的优点。 另一方面，温度范围宽时，电阻值的变化过大，因此存在用简单的电路难以测定的缺点。 热敏电阻的特点是，可以用简单的电路检测特定点的温度，测试精度

7、高。但是，想要测量大范围的温度时，可以使用金属热阻抗或热电偶。翻到前页、2.5热电型温度传感器(热电偶)，连接两种材质不同的金属合十礼层，如图2的1、2所示，在a、b两点之间形成温度差TAB后，两点之间出现电位差VAB，称为塞贝克效应。 温差电动势温度传感器通过测定VAB求出温度。 该测定方法的特征是，像a、b那样材质均匀，其电位的大小与沿热电极长度的温度分布无关，仅依赖于a、b两端的温度差。 因此，用细铁丝减小到测量端的接点，可以测量相当狭窄的区域的温度。 VAB/TAB的比称为热电偶的热电势率或塞贝克系数，对于2种不同金属的组合为一定的数值，实际上经常使用的是CA型，在高温环境中也使用了一

8、部分PR型，在后面说明时也主要提到了2种这些个。 一般采用图2、图3所示的接线方法，在a、b之间的低温部的b、c之间采用耐热能力低且廉价的低电阻导线，大多采用与热电偶的温度差电位特性类似的补偿导线。下一页、扉页、前页、2.5热电型温度传感器(热电偶)，根据各热电偶准备专用补偿导线，正确使用补偿导线。 利用温差电动势进行测量的是两点间的温差，因此必须一直测量一个测量点的温度为一定值，或者该部位的温度，并立即进行修正。 前者多利用水和冰的混合液保持0 (即冰点下式基准接点)，后者利用晶体管和二极管的温差电动势。然而，当使用温度差电动势法测量温度时，需要复杂的控制电路，其中包括具有传感器补偿导线的基

9、准触点补偿放大器线性放大器，这种方法成本较高并且在测量引擎中是常用的，但在控制中使用较少。 (1)铬镍-铝镍热电偶。 (2)铂-锗(PR )热电偶。 前页、2.6温度保险丝、纯金属的熔点为稳定值，作为基准温度值，根据国际实用温度(IPTS )、Sn、Zn、Ag、Au的冻结点分别能够使用231.9681、419.58、961.93。 不能自由选择这些个物质的熔点，氧化还原时熔断体稳定，达到某种程度以上后就没有流变性，因此从这两点来看也不能作为保险丝使用。 下一页，门，2.6温度保险丝，Pb-sn系列的低温焊锡只能用于家电产品及其电路的保护。 为了得到适当的熔点，需要利用含有2种以上金属成分的合金

10、，但一般情况下，不是制作特定的化合物，而是将2种金属混合时的典型特性如图2图4所示。 图4(a )是2成分连续变化的固溶体，熔点根据含湿量连续变化。 图214(b )是将a、b两种混合的熔点降低的形式，将c点称为共熔点。 这两种状态图的共同点在于，在混合两种材料后，只要不制作特定的化合物，除共熔点以外就没有明确的熔点，存在液体和固体存在于云同步中的区域，在该区域中，未熔融的成分漂浮在熔融的液体中而成为半熔融状态，是对保险丝的熔断状态有影响的纯金属、金属化合物以及具有共熔点的合金上一页，测量2.7温度时的注意事项，测量2. 7. 1表面温度时，大部分的误差是在测量时破坏热传导的平衡形成的，测量的

11、表面(规定点)和被测量点的温度不同的话，不能正确的测量。 实际上，如果钻孔剂的热传导率比被检体低，就会产生温度差，所以尽量使实测点接近规定点。 由于热量从规定点传递到实际的测量点，传递到热电偶的芯线，因此规定点的温度比实际的温度低。 该影响与被测量物的热容量相比，热电偶、钻孔剂的热容量大，达到不可忽视的程度时变大。 为了正确测量表面温度，最好采用50m的极细热电偶，尽量接近规定点。 下一页，门，2.7温度测定时的注意事项，2. 7. 2固体表面的影响截面积为a，周长p的温度传感器从固体表面到流体的误差t可以用下式表示，式中的：h是从流体到传感器的传热系数，k是从传感器到固体表面的热传导率，下一

12、页上一页，2. 7. 3温度测量时的注意事项，2. 7. 3响应性温度传感器的响应性近似于一阶延迟方式，式中的：可以用下式表示时间常数，t为温度； t是时间h是传热系数，a是传感器的表面积w是传感器的质量c是传感器的比热。下一页、扉页、前一页、2.7温度测量时注意事项、2. 7. 4温度传感器的寿命预测如果温度传感器元件未直接进入流体，则关于温度传感器的寿命，只考虑热降解即可。 此时，劣化速度与化学反应速率的原理一样，可由下式表示：式中的： R/R是电阻或输出的变化率： t是时间l是寿命，a、b、c是常数，Ea是激活能，k是玻尔兹曼常数。前一页，2.8温度传感器的实用化，2. 8. 1水(液)

13、温度传感器之一将热敏星空卫视作为检测元件使用的水温传感器的构造如图2图5所示，是典型的水温传感器，主要通过电子控制式燃料喷射装置检测蒸发制冷水温，将温度的变化作为电阻值变化进行检测翻到下一页，2.8温度传感器的实用化，2. 8. 2水(液)温度传感器的2种传感器所使用的检测元件也是热敏星空卫视，其构造如图217所示，在汽车中一般用于检测蒸发制冷水温、润滑油温度等，用于水温补正热敏电阻用于发送信号的零配件，与接收零配件的加热线圈串联连接，水温低时，由于热敏电阻的电阻值高，电路中的电流比较小，加热线圈的发热值小，双金属带稍微弯曲，指针指示在低温侧。 水温变高时，热敏电阻的电阻值变小，电路中的电流变

14、大，加热线圈的加热温度变高，双金属带片的弯曲变大，指针指向高温侧。 水温校正用水温传感器特性如图219所示，下一页，门，前一页，2.8温度传感器的实用化，2. 8. 3车外气温传感器这样的传感器被用于检测车辆外部的空气温度。 采用防水结构，即使在浇水的环境下也能使用。 关于这样的传感器，为了在等待交通信号时也没有检测出前方车辆的排气瓦斯气体的热量，而可以考虑热响应性。 这种传感器的结构如图210所示，检测元件采用热敏电阻。 车外气温变化时传感器的电阻值变化，温度上升时电阻值下降，温度下降时电阻值上升。下一页、上一页、上一页、2.8温度传感器实用化、汽车微机控制空调系统，利用该传感器测量车外空气

15、温度。 微机控制空调系统的温度操纵系统如图211所示，串联连接车内气温传感器、电位计以及车外气温传感器，根据车外气温使车外气温传感器的电阻值变化，由此，即使车外气温变化，也能够将车室内的温度保持恒定。 车外气温传感器的特性如图212所示，下一页、门、前一页、2.8温度传感器的实用化、2. 8. 4进气温度传感器的进气温度传感器的结构如图213所示，与上述传感器类似，检测元件采用热敏电阻。 进气温度传感器的作用是检测发动机吸入空气的温度。 在l型电子控制燃料喷射装置中，该传感器安装在空气产水量传感器内。 d型电子控制燃料喷射装置安装在空气滤清器的壳体或稳压罐内。 传感器内的热敏电阻的特性与水温传感器的一个热敏电阻的特性相同。 为了正确地检测吸气温度，用塑料制的壳体保护进气温度传感器，防止安装部位的温度影响传感器，下一页，门，前页，2.8温度传感器的实用化，在电子控制汽油喷射装置中，将进气温度传感器的吸气温度信号输入电子控制器(ECU )，根据温度进气温度传感器的特性如图2-15所示。下一页、上一页、2.8温度传感器实用化、2. 8. 5热传感器也用于电子控制燃油喷射系统，用于检测进气温度。 其上的检测元件与之前介绍的其他温度传感器相同，采用热敏电阻。 其最大的优点是，只需一个瓦斯气体槽即可轻松安装在空气滤清器的外壳上。 多数轿