Работа датчика температуры

Принцип действия датчика температуры охлаждающей жидкости

Пн 24 Дек 2012 Просмотров: 11 487 Рубрика: Автоэлектрика

В датчиках температуры охлаждающей жидкости используются свойства металлов и полупроводников менять свое сопротивление при изменении температуры окружающей среды. Современные автомобили оснащены датчиками температуры. представляющими собой полупроводниковые резисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), — их сопротивление уменьшается с увеличением температуры окружающей среды. По сравнению с металлическими терморезисторами полупроводниковые обладают примерно в 10 раз большим значением ТКС, т.е. изменение температуры вызывает резкое изменение их сопротивления.

Датчик включается 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.

рис 1.2—схема включения датчика температуры в цепь контрольного прибора Д-датчик, У-указатель, Uбс-

напряжение бортовой сети, Iд- ток протекающий через датчик.

Устройство, работа. Во всех отечественных автомобилях применяются указатели температуры

охлаждающей жидкости (термометры) логометрического типа (рис. 1.3.), принцип действия которых

основан на взаимодействии поля постоянного магнита 6 соединенного со стрелкой

2,с результирующим магнитным полем трех измерительных обмоток (1,3,4),по которым протекает

ток, причем величина тока в обмотке 1 зависит от сопротивления датчика.

рис 1.4 —Датчики температуры охлаждающей жидкости.

I-датчик-ТМ 100А, II-датчик ТМ 106, а- устройство, б-зависимость сопротивления от температуры, 1-

полупроводниковый терморизистор, 2-токоведущая пружина, 3- корпус, 4-вывод

Датчик термометра (рис. 1.4) представляет собой латунный или бронзовый баллон (корпус) 3, на

расширенной верхней части которого выполнены шестигранник под ключ и коническая резьба для

Датчик охлаждения температуры охлаждающей жидкости (сокращенно ДТОЖ)

применяется в большинстве двигателей с совершенно различными системами управления.

В большинстве систем также применяется датчик температуры воздуха во впускном тракте двигателя.

Внешний вид датчика температуры охлаждающей жидкости и датчика температуры воздуха во впускном тракте .

>> ПОСМОТРЕТЬ ЦЕНЫ НА АВТОЗАПЧАСТИ>>

В зависимости от температуры охлаждающей жидкости, блок управления двигателем корректирует состав топливовоздушной смеси, частоту вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу, угол опережения зажигания… Влияние показаний датчика температуры охлаждающей жидкости на работу системы управления двигателем очень велико. Например, если вследствие неисправности рассчитанное блоком управления двигателем значение температуры охлаждающей жидкости двигателя не совпадает с фактической температурой охлаждающей жидкости двигателя на значительную величину, двигатель может заглохнуть / не запускаться.

Большинство датчиков температуры воздуха во впускном тракте аналогичны по устройству и принципу действия датчику температуры охлаждающей жидкости. В зависимости от температуры воздуха во впускном тракте, блок управления двигателем несколько корректирует состав топливовоздушной смеси. Влияние показаний датчика температуры воздуха во впускном тракте на работу системы управления двигателем особенно заметно в таких системах, где не применяется датчик расхода воздуха.

Принцип действия температурного датчика

В качестве датчиков температуры охлаждающей жидкости и большинства датчиков температуры воздуха во впускном тракте двигателя применяются терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом – с увеличением температуры датчика его сопротивление уменьшается.

Датчик температуры охлаждающей жидкости устанавливается в потоке охлаждающей жидкости двигателя. При низкой температуре охлаждающей жидкости, сопротивление датчика высокое (3,52 kOm; при +20 °С); при высокой температуре – сопротивление датчика низкое (240 Ом; при +90 °С). От блока управления двигателем, через расположенный внутри блока управления двигателем резистор с постоянным электрическим сопротивлением, на датчик температуры поступает опорное напряжение величиной 5 V. Второй вывод датчика соединён с "массой".

Датчик температуры шунтирует опорное напряжение, вследствие чего, значение напряжения на датчике оказывается меньшим опорного. С увеличением температуры охлаждающей жидкости (например, при прогреве двигателя), сопротивление датчика уменьшается и, соответственно, уменьшается напряжение на датчике. По величине этого напряжения блок управления двигателем рассчитывает текущее значение температуры охлаждающей жидкости двигателя.

Наиболее распространённой неисправностью датчиков температуры, в качестве чувствительного элемента которых применён терморезистор, является несоответствие его электрического сопротивления температуре его корпуса. Чаще всего, такая неисправность проявляется как резкое увеличение электрического сопротивления датчика в очень узком диапазоне температур корпуса датчика (или в нескольких диапазонах температур), реже встречается обрыв чувствительного элемента датчика. В момент, когда температура корпуса датчика попадает в этот диапазон, сопротивление датчика резко увеличивается, вследствие чего увеличивается и напряжение на датчике. Вследствие этого, рассчитанное блоком управления значение температуры по увеличенному напряжению на датчике оказывается меньшим действительного. Если рассчитанное блоком управления двигателем значение температуры охлаждающей жидкости двигателя окажется меньшим действительного на значительную величину, блок управления может увеличить количество подаваемого топлива настолько, что двигатель заглохнет из-за переобогащения топливовоздушной смеси. Пуск двигателя при этом становится невозможным. В некоторых случаях может понадобиться замена свечей зажигания.

Неисправность датчика температуры в момент её проявления можно выявить при помощи омметра путём сравнения измеренного сопротивления датчика с табличным значением для данной температуры.

При необходимости проведения проверки датчика температуры, необходимо просмотреть осциллограмму выходного напряжения датчика во всём диапазоне его рабочих температур. При проведении проверки датчика температуры необходимо дать двигателю полностью остыть, после чего записать и просмотреть осциллограмму выходного напряжения датчика во время прогрева двигателя, вплоть до момента включения вентилятора системы охлаждения двигателя (или до момента, когда вследствие неисправности диагностируемого датчика двигатель заглохнет).

На фото изображен разобранный четырехконтактный ДТОЖ. Внутри датчика грязно, очевидно там побывала вода и налицо проблема в герметичности датчика - причина его неисправности.

Теперь, на примере авто Гольф 4 1.4 рассмотрим как заменить ДТОЖ.

На этом моторе, из-за затрудненного подхода к датчику температуры, нужно слить антифриз. Для этого внизу радиатора имеется сливной патрубок 22 мм. Наденем на него шланг длиной до 1 метра, повернем сливной кран на 90 градусов, откроем крышку расширительного бачка, предварительно подставив емкость для антифриза. Сольется около 3 литров. Сам датчик находится в пластиковом фланце, который крепится к блоку спереди слева. Оригинальный номер 078919501В синий. Дальше отсоединяем верхний патрубок радиатора от ближайшего выхода фланца, аккуратно наклонив тройник, слить остатки антифриза (можно в пластиковую бутылку). Теперь вынимаем датчик температуры, предварительно сняв стопорное кольцо.

Стоимость датчиков температуры колеблется от 100 рублей за датчик китайского производства до 800 рублей оригинал. ( 4-х контактный 6U0919501B для Пассатов B4,B5)

>> ЕЩЕ СТАТЬИ>>

Датчики температуры. Часть вторая. Терморезисторы

В первой части статьи было коротко рассказано об истории возникновения различных температурных шкал и их изобретателях Фаренгейте, Реомюре, Цельсии и Кельвине. Теперь стоит познакомиться с температурными датчиками, принципами их работы, приборами для получения данных от этих датчиков.

Доля измерения температуры в технологических измерениях

В современном промышленном производстве производится измерение множества различных физических величин. Из них массовый и объемный расход составляет 15%, уровень жидкостей 5%, время не более 4%, давление около 10% и так далее. А вот измерение температуры составляет почти 50% от общего количества технических измерений.

Такой высокий процент достигается числом точек измерения. Так на среднего размера атомной электростанции температура может измеряться примерно в 1500 точках, а на крупном химзаводе это количество достигает двадцати и более тысяч.

Такое количество говорит не только о широком разнообразии средств измерений и как следствие множестве первичных преобразователей и датчиков температуры, а также о постоянно возрастающих требованиях к точности, быстродействию, помехоустойчивости и надежности приборов измерения температуры.

Основные виды температурных датчиков, принцип работы

Практически все температурные датчики, применяемые в современном производстве, используют принцип преобразования измеряемой температуры в электрические сигналы. Такое преобразование основано на том, что электрический сигнал возможно передавать с высокой скоростью на большие расстояния, в электрические же сигналы могут быть преобразованы любые физические величины. Преобразованные в цифровой код эти сигналы могут быть переданы с высокой точностью, а кроме того введены для обработки в компьютер.

Термопреобразователи сопротивления

Их также еще называют терморезисторами. Принцип действия их основан на том, что все проводники и полупроводники имеют Температурный Коэффициент Сопротивления сокращенно ТКС. Это примерно то - же, что и известный всем коэффициент температурного расширения: при нагревании тела расширяются.

Следует заметить, что все металлы обладают положительным ТКС. Другими словами электрическое сопротивление проводника увеличивается при возрастании температуры. Здесь можно вспомнить тот факт, что лампы накаливания перегорают чаще всего в момент включения, пока спираль холодная и сопротивление ее невелико. Отсюда и повышенный ток при включении. Полупроводники имеют отрицательный ТКС, при увеличении температуры их сопротивление уменьшается, но об этом будет сказано чуть выше.

Металлические терморезисторы

Казалось бы, что в качестве материала для терморезисторов возможно использовать любой проводник, однако, ряд требований предъявляемых к терморезисторам, говорит что это не так.

Прежде всего, материал для изготовления температурных датчиков, должен обладать достаточно большим ТКС, а зависимость сопротивления от температуры должна быть достаточно линейной в широком диапазоне температур. Кроме того металлический проводник должен быть инертен к воздействию окружающей среды и обеспечивать хорошую воспроизводимость свойств, что позволит производить замену датчиков не прибегая к различным тонким настройкам измерительного прибора в целом.

По всем указанным свойствам почти идеально подходит платина (если не считать высокой цены), а также медь. Такие терморезисторы в описаниях называются медные (ТСМ-Cu) и платиновые (ТСП-Pt).

Терморезисторы ТСП могут использоваться в диапазоне температур -260 - 1100°C. Если измеряемая температура находится в пределах 0 - 650°C, то датчики ТСП могут использоваться в качестве эталонных и образцовых, поскольку нестабильность градуировочной характеристики в этом диапазоне не превышает 0,001°C. К недостаткам терморезисторов ТСП можно отнести высокую стоимость и нелинейность функции преобразования в широком диапазоне температур. Поэтому точное измерение температур возможно лишь в указанном в технических данных диапазоне.

Большее распространение на практике получили более дешевые медные терморезисторы марки ТСМ, зависимость сопротивления от температуры у которых достаточно линейна. Как недостаток медных резисторов можно считать низкое удельное сопротивление, и недостаточная устойчивость к воздействию высоких температур (легкая окисляемость). Поэтому медные терморезисторы имеют предел измерения не свыше 180°C.

Для подключения датчиков типа ТСМ и ТСП используется двухпроводная линия, если удаление датчика от прибора не превышает 200м. Если это расстояние больше, то используется трехпроводная линия связи, в которой третий провод используется для компенсации сопротивления подводящих проводов. Подобные способы подключения подробно показаны в технических описаниях приборов, которые комплектуются датчиками ТСМ или ТСП.

К недостаткам рассмотренных датчиков следует отнести их низкое быстродействие: тепловая инерционность (постоянная времени) таких датчиков находится в пределах от десятков секунд до нескольких минут. Правда, изготавливаются и малоинерционные терморезисторы, постоянная времени которых не более десятых долей секунды, что достигается за счет их малых габаритов. Такие терморезисторы изготавливают из литого микропровода в стеклянной оболочке. Они высокостабильны, герметизированы, и малоинерционны. Кроме того при малых габаритах имеют сопротивление до нескольких десятков килоОм.

Полупроводниковые терморезисторы

Их также часто называют термисторами. По сравнению с медными и платиновыми они имеют более высокую чувствительность и отрицательный ТКС. Это говорит о том, что при увеличении температуры их сопротивление уменьшается. ТКС термисторов на порядок выше, чем у их медных и платиновых собратьев. При весьма малых габаритах сопротивление термисторов может достигать до 1 МОм, что исключает влияние на результат измерения сопротивления соединительных проводов.

Для измерения температуры наибольшее распространение получили полупроводниковые терморезисторы марки КМТ (на основе окислов марганца и кобальта), а также ММТ (окислы марганца и меди). Функция преобразования термисторов достаточно линейна в диапазоне температур -100 - 200°C, надежность полупроводниковых терморезисторов очень высока, характеристики стабильны в течение долгого времени.

Единственным недостатком является то, что в серийном производстве не удается с достаточной точностью воспроизвести необходимые характеристики. Один экземпляр значительно отличается от другого, примерно так же, как транзисторы: вроде бы из одной упаковки, а коэффициент усиления у всех разный, двух одинаковых из сотни не найдешь. Такой разброс параметров приводит к тому, что при замене термистора приходится заново производить регулировку аппаратуры.

Для питания термопреобразователей сопротивления чаще всего используется мостовая схема, в которой уравновешивание моста производится при помощи потенциометра. При изменении сопротивления терморезистора от воздействия температуры уравновесить мост можно только поворотом потенциометра.

Подобная схема с ручной регулировкой применяется в качестве демонстрационной в учебных лабораториях. Движок потенциометра имеет шкалу, проградуированную непосредственно в единицах температуры. В реальных измерительных схемах все, конечно, производится автоматически.

В следующей части статьи будет рассказано о применении термопар и механических термометров расширения.