Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Датчик температуры двигателя разновидности

Термопара

Датчик включает в себя две проволоки из разных металлов, спаянных между собой. Для отношения концов друг с другом в зоне постоянной температуры, в конструкцию добавляют удлиняющие провода из двух металлов. Когда на концы проводов действуют разные температуры (например, при помещении датчика в горячую воду), то в цепи появляется электрический ток. Сила возникшего тока (от 40 до 60 мкВ) зависит от используемого материала термопары, который влияет на термоэлектрическую силу прибора.

В практике можно встретить железоникелевые, хромоалюминиевые, медно-константановые и так далее. В дешевых моделях используются неблагородные металлы (аналогичных термоэлектродам) для удлиняющих проводов, а в дорогих – благородные металлы, которые способы развивать аналогичную термо-ЭДС, что и электроды (необходимо для уменьшения стоимости высококлассным приборов).

Термопара относится к датчикам с высокой точностью. Проблемой устройства является сложность получения замеренного значения. Термопара действует по принципу относительности отличия температур между разъемами. Горячий спай помещается в замеряемое вещество, а холодный остается находиться в окружающей среде.

При необходимости использования термопары работа проводится следующим образом. Температуру холодного спая необходимо компенсировать, для чего вторую термопару помещают в среду с известным показателем.

Если используется программный способ компенсации, второй датчик помещается в изометрическую камеру, где находятся холодные спаи, что позволяет контролировать температуру с высокой точностью. Самое сложное в работе с одноконтактной термопарой – снять показатели.

В ГОСТе прописаны коэффициенты, необходимые для перевода ЭДС в показатель температуры и наоборот. Подсчет также может вестись при помощи контроллера.

Но получаемый от термопары показатель ЭДС измеряется в единицах и сотнях микровольт. Поэтому использование аналоговых преобразователей не будет успешным. Для сборки специальной конструкции, цель которой – получение точных результатов, потребуются малошумящие аналоговые преобразователи.

На практике для устранения имеющихся погрешностей используют автоматическое введение поправки на температуру свободных концов. Под этим подразумевают введение моста с плечами в виде медного и манганинового терморезисторов.

Терморезисторы

Терморезисторы делятся по типу зависимости сопротивления от температуры. Они могут быть отрицательными (NTC) или положительными (PTC).

Измерения легче проводить при помощи терморезисторов. Принцип работы построен на сопротивлении материалов внешней температуре. Высокая точность присуща для приборов, изготовленных из платины. На работу терморезисторов влияют две характеристики.

Первая – базовое сопротивление, второе – температура, при которой оно определяется. ГОСТ устанавливает, что определение должно проходить при 0 градусов по Цельсию. В нормативном документе указывается, что рекомендуется использовать несколько номиналов сопротивлений, определяемых в Омах, а также температуры, что позволит сопоставить результаты при 0°С и другом показателе. Для этого используется следующая формула:

Температурный коэффициент будет изменяться в зависимости от используемого материала для термометров, что отражено в ГОСТе. В нормативном документе также указываются коэффициенты полинома, необходимые для расчета в зависимости от текущего сопротивления.

Термометры сопротивления обладают одним минусом – низкий температурный коэффициент сопротивления. Несмотря на этот нюанс, использование терморезисторов проще по сравнению с принципом работы термопары.

Способы измерения будут зависеть от комплектации модели. Базовые терморезисторы необходимо включать в цепь с источником тока и контролируемого дифференциального напряжения. Чтобы корректно определить доли единицы процента получаемых от температурного коэффициента проводников, лучше использовать аналого-цифровые преобразователи.

Если в датчик уже встроен аналоговый выход, соответствующий питаемому напряжению, то для оцифровывания можно напрямую подключать терморезистор к преобразователю

Комбинированные

Комбинированные датчики включают в себя несколько полупроводников, объединенных в единое устройство. Датчики могут иметь встроенный цифровой интерфейс, а не только интегральные схемы с выходом. Часто используется комбинированный датчик благодаря возможности подключения параллельных устройств. Погрешность при расчете температуры равна 2 °С, а при определении влажности – 5%. Проблема в таком датчике одна – оптимизация интерфейса.

Цифровые

В цифровых датчиках устанавливается трехвыводная микросхема. Показатели считываются с нескольких параллельно работающих датчиков, что позволяет получить показания с точностью 0,5 °С. Работа электронного термометра возможна от -55 до +125 °С. Единственным минусом устройства является скорость получения результатов – 750 секунд для получения максимально точного показателя. Определение точности прибора осуществляется при помощи соответствующих регулировок, которые необходимы для уменьшения количества затрачиваемого времени на получение результата. Опрос датчика не имеет смысла, так как корпус является инерционным.

Бесконтактные

Работа датчика основана на нагревании тонкой пленки, что осуществляется благодаря воздействию инфракрасных лучей. Встретить подобную технологию можно в пирометрических устройствах. В отличии от контактного, получить данные можно на расстоянии.

Кварцевые преобразователи температуры

Если диапазон изменяемых температур превышает стандартные значения и достигает отметки от -80 до +250°С, то используются кварцевые преобразователи. Такие устройства работают на принципе взаимодействия кварца и температуры, отражаемого частотной зависимостью. Преобразователь имеет несколько функций, которые меняются в зависимости от расположения среза по осям кристалла.

Кварцевые датчики отличаются высокой точностью, стабильностью и разрешением. Являются более перспективными способами измерения температуры. Часто можно встретить в цифровых термометрах.

Шумовые

Шумовой датчик служит для получения показателей по принципу разности потенциалов на резисторе, которые меняются в зависимости от температуры. На практике подобный способ измерения имеет условие – одна из температур должна быть известна, а вторая — измеряемая. Два полученных шума от различных температур сравнивают и находят искомое значение.

Работа датчика возможна от -270 до +1100 °С. Из преимуществ отмечается возможность измерения температур в термодинамике. Но минусом является сложность реализации такого способа измерения напряжения шумом из-за наличия различий с шумом усилителя.

Ядерного квадрупольного резонанса

Принцип работы биметаллического термометра основывается на действии градиента поля тока решетки кристалла и момента ядра, вызванного отклонением заряда от симметрии сферы. При помощи такого процесса создается процессия ядер. Частота напрямую зависит от градиента поля решетки. В зависимости от вещества, величина показателя может подниматься до нескольких тысяч МГц. Чем выше температура, тем меньше частота ЯКР.

Читать еще:  Электрическая схема пуска синхронного двигателя

ЯКР образует ампулу с веществом, которая помещается в обмотку индуктивности для дальнейшего соединения с контуром генератора. Если частота генератора и частота ЯКР совпадают, то исходящая от генератора энергия поглощается. При измерении вещества с температурой -263°С погрешность составляет 0,02 градуса, а при температуре 27°С, погрешность равна 0,002 градуса. Из преимуществ датчика выделяют неизменную стабильность. Минусом является значительная нелинейность преобразующей функции.

Объемные преобразователи

Принцип работы иного рода биметаллического термометра построен на свойстве веществ расширяться и сжиматься в зависимости от действующей температуры. Диапазон действия преобразователя определяется в зависимости от стабильности материала. Датчик может использоваться при температурах от -60 до +400°С. Погрешность составит от 1 до 5%.

При определении температуры датчиками на жидкости погрешность падает до 1-3% в зависимости от температурной среды. Температура закипания и замерзания жидкости также будет влиять на интервал работы датчика.

Если датчик измеряет преобразователи на газе, то граница измерения зависит от точки перехода газа в жидкое состояние и стойкостью баллона в воздействующей температуре.

Канальный

Все цифровые термометры относятся к канальным, так как для передачи сигналов они используют каналы. В зависимости от количества таких “магистралей” определяется канальность устройства. Так термометр Testo 925 относится к 1-канальным, в основе работы лежит термопара, как и у термометра Testo 735-2 – 3-канального. А Testo 810 – 2-канальный прибор с инфракрасным термометром.

В чем суть такого элемента

Обсуждая принцип работы датчика температуры охлаждающей жидкости, следует сказать, что прародителем данного устройства выступало термореле, которое можно увидеть на некоторых старых силовых агрегатах (к примеру, на моделях K-Jetronic).

Устройство и принцип работы датчиков температуры охлаждающей жидкости современного типа предполагает наличие термистора (резистора, что может измерять сопротивление, исходя из изменений температуры). Контроль над состоянием жидкости происходит непрерывно.

В качестве материала для их изготовления используется оксид никеля (реже берут кобальт).

В случае увеличения температуры, на подобных соединениях растет число свободных электронов, что приводит к уменьшению сопротивления.

Как правило, максимальный показатель сопротивления можно обнаружить в случае выключенного мотора (или же холодного силового агрегата). Стоит отметить, что работа датчика температуры охлаждающей жидкости невозможна без сопряжения с источником электрического питания. На прибор подают напряжение, что будет уменьшаться при изменении сопротивления. ЭБУ контролирует данные изменениями, благодаря чему и может определять температуру охлаждающего вещества.

Сайт о внедорожниках УАЗ, ГАЗ, SUV, CUV, кроссоверах, вездеходах

Датчики ТМ100А и ТМ106 указателя температуры охлаждающей жидкости автомобиля работают на принципе который основан на использовании свойства металлов и полупроводников менять свое сопротивление при изменении температуры окружающей среды.

Датчики ТМ100А и ТМ106 указателя температуры охлаждающей жидкости, характеристики.

Датчики ТМ100А и ТМ106 температуры охлаждающей жидкости контрольных приборов представляют собой полупроводниковые резисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Их сопротивление уменьшается с увеличением температуры окружающей среды.

По сравнению с металлическими терморезисторами полупроводниковые обладают примерно в десять раз большим значением температурного коэффициента сопротивления, то есть изменение температуры вызывает резкое изменение их сопротивления.

Датчики включаются в электрическую цепь контрольного прибора. При изменении температуры ток, проходящий через датчик, изменяется, что вызывает отклонение стрелки указателя контрольного прибора. Сопротивление терморезистора датчика нелинейно зависит от температуры.

Характеристики датчиков ТМ100А / ТМ106 указателя температуры охлаждающей жидкости.

— Диапазон измерения температуры, градусов : 40-120 / 40-130
— Номинальное напряжение, В : 12 или 24 / 12
— Ток нагрузки, А : 0,1 / 0,25
— Чувствительный элемент : терморезистор
— Размер шестигранника : под ключ S19 / под ключ S21
— Резьба, мм : К 3/8 / К 16х1,5
— Присоединение : штырь / колодка штыревая
— Масса, г : 50 / 45

Схема включения датчиков температуры ТМ100А и ТМ106 в цепь контрольного прибора.

Устройство и работа датчиков ТМ100А и ТМ106.

В большинстве случаев, в автомобилях применяются указатели температуры охлаждающей жидкости (термометры) логометрического типа, принцип действия которых основан на взаимодействии поля постоянного магнита, соединенного со стрелкой, с результирующим магнитным полем трех измерительных обмоток, по которым протекает ток. Причем величина тока в обмотке зависит от сопротивления датчика.

Датчики ТМ100А и ТМ106 указателя температуры охлаждающей жидкости представляют собой латунный или бронзовый баллон (корпус), на расширенной верхней части которого выполнены шестигранник под ключ и коническая резьба для крепления датчика. К плоскому донышку баллона прижат терморезистор выполненный в виде таблетки. Между зажимом датчика и таблеткой установлена токоведущая пружина, которая изолирована от стенки баллона.

При низкой температуре охлаждающей жидкости сопротивление датчика велико, поэтому ток в обмотке и ее магнитный поток будут малы. В следствии действия результирующего магнитного потока всех трех обмоток постоянный магнит и вместе с ним стрелка повернуты в левую часть шкалы указателя.

С увеличением температуры охлаждающей жидкости сопротивление терморезистора уменьшается, увеличивается ток в обмотке и создаваемый ею магнитный поток. Результирующий магнитный поток обмоток также изменяется, и стрелка поворачивается в правую часть шкалы указателя.

Диагностика, проверка и устранение неисправностей датчиков ТМ100А и ТМ106.

Датчики проверяются непосредственно на автомобиле по схеме и алгоритму указанному ниже. При этом датчики проверяются в комплекте с указателем температуры охлаждающей жидкости. Неисправные указатели и датчики, как правило, не ремонтируются, а заменяются новыми.

Читать еще:  Daihatsu charade от чего двигатель
Схема и алгоритм поиска неисправностей датчиков температуры ТМ100А и ТМ106.

Проверить точность работы снятых с автомобиля датчиков ТМ100А и ТМ106 можно с помощью нагреваемой емкости с водой и ртутного термометра. Датчик с подсоединенным к нему тестером помещается в емкость. Величины электрического сопротивления датчиков должны соответствовать данным указанным в таблицах ниже.

Зависимость сопротивления датчиков ТМ100А и ТМ106 от температуры.

Отказы контрольных приборов в работе нередко бывают связаны с обрывом или коротким замыканием в электрических цепях. Поэтому при отказе прибора прежде всего следует убедиться в исправности проводки, особенно в местах ее подсоединения к указателю, датчику или блоку предохранителей, исправности предохранителя. Обрыв или короткое замыкание в электрических цепях могут быть обнаружены в процессе измерения величины сопротивления тестером.

Виды датчиков, контролирующих температуру охлаждающей жидкости

Все датчики, устанавливаемые на современных автомобилях, делятся на магнитные и биметаллические. Самостоятельно определить конкретный тип, установленный на личном авто можно по скорости его реакции после запуска двигателя. Магнитный отличается мгновенной реакцией, и после запуска мотора сразу же показывает текущую температуру. Биметаллический вариант подобной «оперативностью» не отличаются, показывая верную температуру после небольшой паузы.

Принцип работы биметаллического (ленточного) датчика достаточно прост. Имеющийся блок управления изменяет силу тока в зависимости от текущей температуры циркулирующей жидкости, что приводит к нагреву катушки на металлической полоске. Она способна изменять свою длину соответственно температуре, и поворачивать закрепленную на ней стрелку, показывая текущую температуру жидкости.

Устройство магнитного датчика также не отличается сложностью. Он состоит из якоря с закрепленной на ней стрелкой, по бокам которого расположены две катушки, запитанные от бортовой электросети. Сопротивление катушек меняется в зависимости от проходящей силы тока, а она определяется текущей температурой двигателя. Существует еще один тип датчиков – капиллярные. В настоящее время он практически не используется в связи с неудобством конструкции.

Что измеряют датчики температуры

Температура определяется как ненаправлен­ный параметр, характеризующий энергетиче­ское состояние данной среды, которое может зависеть от времени и местоположения.

Т-температура, измеряется по шкале Цельсия или Кельвина.

В случае газообразной и жидкой сред обычно можно измерять температуру во всех точках без каких-либо проблем; в случае с твердыми веществами измерение обычно ограничивается поверхностью. Чаще всего используемые датчики температуры должны иметь непосредственный, тесный контакт с измеряемой средой (контактный термометр), чтобы они могли как можно точнее принимать температуру среды; однако для особых случаев используются бесконтактные датчики температуры, определяющие температуру тела или среды на основании испускаемого ими теплового (инфракрасного) излучения (радиационный пирометр, тепловая камера).

Измерение температуры в различных узлах автомобиля проводится почти ис­ключительно терморезисторами в качестве контактных термометров с положительными (РТС) и отрицательными (NTC) температур­ными коэффициентами. Преобразование изменений сопротивления в аналоговое на­пряжение выполняется, главным образом, с помощью дополнительных температурно-­нейтральных или обратно чувствительных резисторов в качестве делителей напряжения (также улучшающих линейность). Бескон­тактное определение температуры в послед­нее время внедряется в некоторых областях применения в автомобиле, например, для создания оптимального климата (измерение температуры лица водителя) и предотвра­щения запотевания стекол. Внедрение таких измерений стало экономически себя оправ­дывать в результате применения технологий микросистем.

Измерение температуры выполняется в автомобиле для областей применения, сильно различающихся в плане точности и допустимого времени измерения (табл. «Диапазоны температур в автомобилях» ).

Во многих системах и узлах температура кон­тролируется как второстепенный параметр, особенно в тех случаях, когда перепады температуры вызывают неисправность или оказывают нежелательное влияние на работу всей системы.

Пирометры (тепловизоры)

Бесконтактный тип термодатчиков, считывающих излучение, которое исходит от нагретых тел. Этот тип устройств позволяет измерять температуру дистанционно, без приближения к среде, в которой производятся замеры. Это позволяет работать с большими температурами и сильно разогретыми объектами без опасного сближения.

Все пирометры по принципу работы подразделяют на интерферометрические, флуоресцентные и датчики на основе растворов, меняющих цвет в зависимости от температуры.

Основой действия температурных датчиков в автоматизированном управлении является изменение температуры в электрический сигнал. Это обуславливает преимущества электрических измерений: результаты легко передавать по сети, скорость передачи может быть достаточно высокой. Величины могут преобразовываться друг в друга и обратно. Цифровой код создает повышенную точность замера, скорость и чувствительность.

Термопары

Термопара представляет собой две проволоки из разных металлов, спаянных между собой. При разности температур между горячим и холодным концом в цепи возникает электрический ток. Величина этого электрического тока зависит от термоэлектрической силы термопары, составляет от 40 до 60 мкВ, в зависимости от материала термопары. Материал термопары может быть разным. Это могут быть никель-хромовые, хромо-алюминиевые, железо-никелевые, железо-константановые и т.д.

Термопара является высокоточным датчиком температуры, однако эту точность достаточно проблематично снять. Термопара является относительным датчиком температуры, уровень ее напряжения имеет зависимость от температурной разности между спаями. При этом холодный спай находится при комнатной температуре или при какой-либо другой.

Рассмотрим работу термопары ближе. Есть две термопары и две температуры горячего и холодного конца. Соответственно ЭДС зависит от разности температур. Температуру холодного спая необходимо компенсировать. Аппаратным способом компенсации является использование второй термопары, которая помещена в заранее известную температуру.

Программным способом компенсации является использование другого датчика температуры, на этот раз абсолютного, который помещается в изотермическую камеру вместе с холодными спаями и контролирует их температуру с заданной точностью. Имеются трудности снятия данных с термопары.

Читать еще:  Что означает двигатель сток

Во-первых , она нелинейная. В ГОСТе заботливо введены коэффициенты полинома для перевода ЭДС в температуру и обратно. Эти полиномы большого порядка, но ничто не запрещает спокойно их посчитать силами контроллера.

Во-вторых , другая проблема заключается в том, что термо-ЭДС термопары измеряется в единицах и сотнях микровольт. Соответственно, использование широко доступных аналогоцифровых преобразователей приведет к полному провалу. Нужны прецизионные многоразрядные малошумящие аналогоцифровые преобразователи для того, чтобы использовать термопару в своих конструкциях.

Терморезисторы

Гораздо более простым способом измерения стало применение терморезисторов. Они работают на зависимости сопротивления материалов от внешней температуры. Металлические термометры сопротивления, в частности платиновые обладают очень высокой точностью и линейностью. Термометры сопротивления определяются двумя основными характеристиками.

Это базовое сопротивление термометра при определенной температуре. В ГОСТе базовым сопротивлением считается сопротивление при 0 градусах по Цельсию. ГОСТ рекомендует использование нескольких номиналов сопротивлений в Омах и температурный коэффициент, который определяется как разность сопротивлений нашей температуры и при 0 градусов, деленной на нашу температуру и t нуля градусов, умноженную на единицу, деленную на базовое сопротивление.

Ткс = (Re – R0c) / (Te – T0c) *1/R0c

В ГОСТе на терморезисторы вы найдете температурный коэффициент для различных термометров из платины, меди и никеля. Кроме того, там присутствуют коэффициенты полинома для расчета температуры из текущего сопротивления резистора. Одной из проблем термометров сопротивления является очень низкий температурный коэффициент сопротивления. Однако, измерять сопротивление с высокой точностью гораздо проще, чем очень малые значения напряжения в отличие от термопар.

Одним из способов измерения сопротивления является включение нашего термосопротивления в цепь источника тока и измерение дифференциального напряжения. Использование полупроводников даст нам температурный коэффициент доли единицы процента, их гораздо проще измерять с помощью аналогоцифровых преобразователей. Есть интегральные микросхемы датчиков температуры, аналоговый выход которых уже соответствует питаемому напряжению. Такие датчики температуры можно напрямую подключать к аналогоцифровому преобразователю и спокойно оцифровывать его с помощью восьми- или десятибитного АЦП.

Комбинированный датчик

Помимо интегральных схем с выходом, существуют датчики с цифровым интерфейсом. Одним из популярных датчиков является комбинированный датчик температуры и влажности серии SHT1. Этот датчик позволяет измерять температуру с точностью + 2 градуса и влажность с точностью + 5 градусов. Главной проблемой данного датчика температуры является то, что там решили оптимизировать интерфейс. Он позволяет подключать параллельные устройства.

Цифровой датчик

Цифровой датчик температуры DS18B20, который представляет собой трехвыводную микросхему, позволяет с высокой точностью до 0,5 градуса получать температуру с множеством параллельно работающих датчиков. В этом датчике широкий интервал температур от -55 до +125 градусов. Основной его недостаток – медлительность. Вычисления с максимальной точностью он делает за 750 мс. Ввиду инерционности корпуса датчика температуры опрашивать его нет никакого смысла.

Бесконтактные датчики (пирометры)

В этом датчике имеется специальная тонкая пленка, поглощающая инфракрасные излучения, тем самым нагревающаяся. Такие бесконтактные термосенсоры используются в тепловизорах. Там имеется не один тепловой датчик, а матрица. Они позволяют на расстоянии до 3 метров детектировать тепловой объект.

Кварцевые преобразователи температуры

Для того, чтобы измерить температуру в интервале -80 +250 градусов применяют кварцевые преобразователи. Они работают на частотной зависимости кварца от температуры. Действие датчиков происходит на частотной зависимости. Функция преобразователя меняется от расположения среза по осям кристалла.

Кварцевые датчики работают с высокой чувствительностью, разрешением, стабильностью. Эти свойства делают их перспективными в использовании. Они получили большое распространение в цифровых термометрах.

Шумовые датчики температуры

Работа шумовых датчиков заключается на зависимости шумовой разности потенциалов на резисторе от температуры. Практически реализовать способ измерения температуры шумовыми датчиками можно, сделав сравнение шумов 2-х одинаковых резисторов, один находится при определенной температуре, 2-й при измеряемой температуре. Шумовые датчики температуры применяются для температурного интервала -270 -1100 градусов.

Преимуществом шумовых датчиков стала возможность измерения температуры в термодинамике на вышеописанной закономерности. Но это осложнено трудным измерением напряжения шума, так как оно мало и сравнимо с шумом усилителя.

Датчики температуры ЯКР (ядерного квадрупольного резонанса)

Термометры ЯКР работают за счет действия градиента поля тока решетки кристалла и момента ядра, которое вызвано отклонением заряда от симметрии сферы. Это создает процессию ядер. Частота имеет зависимость от градиента поля решетки. Для разных веществ имеет величину до тысяч МГц. Градиент зависит от температуры, с ее возрастанием частота ЯКР уменьшается.

Датчики температуры ЯКР образуют ампулу с веществом, помещенную в обмотку индуктивности, которая соединена с контуром генератора. Когда частота генератора совпадает с частотой ЯКР, то энергия генератора поглощается. Допуск замера температуры -263 градуса равен + 0,02 градуса, а температуры 27 градусов +0,002 градуса. Преимуществом термометров ЯКР становится стабильность, неограниченная по времени, недостатком является значительная нелинейность преобразующей функции.

Объемные преобразователи

Объемные датчики действуют на расширении и сжатии веществ при изменении температуры. Диапазон действия преобразователей определяется, насколько стабильны свойства материалов. Датчиками делают измерения температуры в интервале -60 -400 градусов. Допуск измерения составляет от 1 до 5%. Интервал работы датчика с жидкостью может зависеть от температуры закипания и замерзания. Погрешности измерения датчиков на жидкости от 1 до 3%, определяются температурой среды.

Нижняя граница измерения преобразователей на газе определяется температурой перехода газа в жидкое состояние, верхняя граница – стойкостью баллона к воздействию температуры.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector