|
性能特點(diǎn)和作用說(shuō)明 |
康明斯水溫傳感器的工作原理和電阻電壓檢測方法 |
摘要：冷卻液溫度傳感器，又名水溫傳感器。溫度傳感器是一種敏感元件，它直接感受被測量的物理量的變化而發(fā)生電量的變化；其作用是將這些物理量的變化轉換成與之對應的可測量的電學(xué)量輸出。其中應用于柴油發(fā)電機的水溫傳感器，它的敏感元件是負溫度系數的熱敏電阻。即水溫越高，自電阻越小，電壓信號越大?？得魉构驹谙挛闹兄饕圆裼蜋C的水溫傳感器為例，介紹了水溫傳感器的分類(lèi)、原理、應用、接線(xiàn)方式和電阻電壓測量方法。
一、溫度傳感器的分類(lèi)
溫度傳感器按工作原理分為線(xiàn)繞電阻式、熱電偶式、熱敏電阻式、半導體式等，以熱電偶、熱電阻所用最多。
1、線(xiàn)繞電阻式
繞線(xiàn)電阻式溫度傳感器是在絕緣繞線(xiàn)架上繞有高純度的鎳線(xiàn)，再罩上適當的外套而制成的，用于測量冷卻液溫度和進(jìn)氣溫度；利用其電阻值隨溫度變化而變化的特性，其 精度在±1%以?xún)?，響應特性差，時(shí)間常數約為15s，一般已經(jīng)廢除使用。
2、熱電偶
熱電偶將兩種不同性質(zhì)的金屬貼合在一起，當環(huán)境溫度變化時(shí)，在其結合面上將產(chǎn)生電位差，這一原理可以用來(lái)測量溫度。
3、熱敏電阻
熱敏電阻利用導體的電阻隨溫度變化而變化的特性來(lái)測量溫度。熱敏電阻是屬于在溫度變化時(shí)電阻值變化較大(溫度系數大)的一種硅半導體，由鎳、銅、鋅、鎂、錳等金屬與一些金屬氧化物以適當比例混合并在高溫下燒結而成。所摻金屬氧化物的比例和燒結溫度的不同，可制成用于不同溫度范圍的熱敏電阻。在一般情況下，將工作溫度范圍在-20～130℃的半導體用作水溫傳感器；將工作溫度范圍在600～1000℃的半導體用作檢測觸媒溫度的傳感器(如排氣溫度傳感器)。按電阻值隨溫度變化的特性，可將熱敏電阻分為NTC型、PTC型和CRT型三類(lèi)。
① NTC(負溫度系數)型隨著(zhù)溫度上升電阻值減小的熱敏電阻。
② PTC(正溫度系數)型隨著(zhù)溫度上升電阻值增大的熱敏電阻。
③ CRT(臨界溫度系數)型隨著(zhù)溫度上升電阻值按指數函數減小的熱敏電阻。
在上述三種熱敏電阻中，NTC型熱敏電阻較多地應用于柴油發(fā)電機傳感器。在工程上，熱敏電阻可根據需要制成各種不同形狀，其可測阻值范圍在幾歐姆至幾兆歐姆。NTC熱敏電阻溫度傳感器線(xiàn)性較差，利用鉑絲電阻隨溫度線(xiàn)性變化的特性可制成鉑熱敏電阻傳感器。
4、半導體式
半導體式傳感器是由N型硅或其他類(lèi)型的PN結制成的晶體管、二極管等構成的器件，其特點(diǎn)是體積小能承受較大的工作電流和較高的輸入/輸出阻抗以及抗污染能力強等優(yōu)點(diǎn)。
二、溫度傳感器的原理和應用
水溫傳感器一般安裝在缸體水套、缸體出水口上，與冷卻水接觸，以盡量準確地檢測到缸體水溫的狀況，機油溫度傳感器則可安裝于機油冷卻器等處。溫度傳感器總成一般是由墊圈、水溫傳感器、導線(xiàn)接頭三部分組成。
1、NTC型傳感器
NTC熱敏電阻式溫度傳感器內部是一個(gè)半導體熱敏電阻，具有負的溫度電阻系數，可用于測量水溫和油溫。水溫、油溫愈低，電阻愈高；反之，溫度愈高，電阻愈低，溫度傳感器可以與水溫表、油溫表連接，也可與柴油發(fā)電機ECU連接。以水溫傳感器為例：
（1）當與水溫表連接時(shí)，若外殼搭鐵，則可只用一根連線(xiàn)。水溫傳感器與水溫表的組合可分為熱敏電阻式傳感器與雙金屬片式水溫表、熱敏電阻式傳感器與電磁式水溫表、熱敏電阻式傳感器與動(dòng)磁式水溫表等數種。其中熱敏電阻式傳感器與雙金屬片式水溫表的線(xiàn)路連接。
（2）當水溫低時(shí)，熱敏電阻值高，回路中電流較小，電阻絲的發(fā)熱量小，雙金屬片稍有彎曲，指示針在低溫區(C區)。當水溫高時(shí)，熱敏電阻值小，通過(guò)回路的電流較大，電阻絲的發(fā)熱量較大，雙金屬片彎曲變形較大，指示針指向高溫區(H區)。
（3）水溫傳感器和柴油發(fā)電機ECU的連接。傳感器的熱敏電阻與ECU內部上拉電阻分壓后，產(chǎn)生一個(gè)隨熱敏電阻阻值的變化而變化的電壓、柴油發(fā)電機ECU根據這一電壓的變化測得柴油發(fā)電機冷卻水溫度。
（4）有些水溫傳感器包括2個(gè)熱敏電阻，有4個(gè)接線(xiàn)柱(四線(xiàn)型)，2個(gè)接柱與柴油發(fā)電機ECU連接，另外2個(gè)接柱與水溫表連接。1、3接線(xiàn)柱與柴油發(fā)電機ECU連接，向ECU提供水溫信號。2、4接線(xiàn)柱與水溫表連接，顯示水溫讀數。
2、開(kāi)關(guān)型水溫傳感器
雙金屬片式水溫傳感器可構成開(kāi)關(guān)型傳感器，可與水溫過(guò)高報警燈連接。當冷卻水溫正常時(shí)雙金屬片變形小，觸點(diǎn)分開(kāi)，報警燈不亮。如果冷卻水溫升高到95～105℃以上，雙金屬片由于溫度升高而彎曲變形較大，使觸點(diǎn)閉合，報警燈電路接通發(fā)亮。工作原理如圖2所示。
|
圖1 熱敏電阻式水溫傳感器結構原理圖 |
圖2 雙金屬片式水溫傳感器原理圖 |
三、熱敏電阻的接線(xiàn)方式
熱敏電阻式溫度傳感器是把溫度變化轉換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻信號通過(guò)引線(xiàn)傳遞到計算機控制裝置或者其它一次儀表上，其電路連接如圖3、圖4所示。工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現場(chǎng)，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線(xiàn)對測量結果會(huì )有較大的影響。國標熱電阻的引線(xiàn)主要有三種方式：
1、二線(xiàn)制
在熱電阻的兩端各連接一根導線(xiàn)來(lái)引出電阻信號的方式叫二線(xiàn)制：這種引線(xiàn)方法很簡(jiǎn)單，但由于連接導線(xiàn)必然存在引線(xiàn)電阻r，r大小與導線(xiàn)的材質(zhì)和長(cháng)度的因素有關(guān)，因此這種引線(xiàn)方式只適用于測量精度較低的場(chǎng)合
2、三線(xiàn)制
在熱電阻的根部的一端連接一根引線(xiàn)，另一端連接兩根引線(xiàn)的方式稱(chēng)為三線(xiàn)制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線(xiàn)電阻的影響，是工業(yè)過(guò)程控制中的最常用的。
3、四線(xiàn)制
在熱電阻的根部?jì)啥烁鬟B接兩根導線(xiàn)的方式稱(chēng)為四線(xiàn)制，其中兩根引線(xiàn)為熱電阻提供恒定電流I，把R轉換成電壓信號U，再通過(guò)另兩根引線(xiàn)把U引至二次儀表?？梢?jiàn)這種引線(xiàn)方式可完全消除引線(xiàn)的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測。
一般熱電阻采用三線(xiàn)制接法。采用三線(xiàn)制是為了消除連接導線(xiàn)電阻引起的測量誤差。這是因為測量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，其連接導線(xiàn)（從熱電阻到中控室）也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測量誤差。采用三線(xiàn)制，將導線(xiàn)一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導線(xiàn)線(xiàn)路電阻帶來(lái)的測量誤差。
|
圖3 水溫傳感器電路圖 |
圖4 水溫傳感器與ECU電路接線(xiàn)圖 |
四、水溫傳感器的電壓測量方法
1、檢查電源電壓
用萬(wàn)用表的兩個(gè)探頭檢查兩線(xiàn)之間的電壓是高于還是低于5V的參考電壓（有些型號直接給水溫傳感器提供12V電壓，比如水溫表）。請注意測量電壓時(shí)，分別拔下傳感器插頭看插頭信號線(xiàn)與搭鐵線(xiàn)之間的電壓，與插回插頭，看不同水溫下傳感器信號線(xiàn)與搭鐵線(xiàn)之間的電壓。觀(guān)看電壓值是否會(huì )變化，來(lái)判斷水溫傳感器是否存在故障。
2、讀取數據流
正常水溫信號大部分在95℃左右（高溫發(fā)動(dòng)機在115℃左右）。如果發(fā)現水溫傳感器信號異常，應進(jìn)行檢修。比如水溫信號顯示-40℃，則表示負極開(kāi)路或短路，130℃時(shí)無(wú)變化，則表示正極短路。通過(guò)數據流進(jìn)行檢查時(shí)，一般看數據流顯示的，也就是水溫傳感器給到電腦的水溫數值是否符合實(shí)際情況，水溫是否會(huì )隨著(zhù)車(chē)時(shí)間發(fā)生變化，也可與水溫表進(jìn)行對比，看數據是否一致等。
3、檢查電阻
加熱水溫傳感器并測量其電阻，水溫傳感器的電阻通常在275Ω~6500Ω之間，我們在測量的時(shí)候，一般會(huì )測量幾個(gè)不同溫度下的電阻值，看其是否符合負溫度系數熱敏電阻的特性，以及是否是斷路狀態(tài)。來(lái)判斷其是否存在故障。
總結：
眾所周知，安裝在冷卻水道上面，主要在缸蓋、缸體、節溫器附近。負責監測柴油機水溫用的傳感器會(huì )采用負溫度系數冷卻液溫度傳感器來(lái)測量，主要利用的就是冷卻液溫度傳感器會(huì )隨著(zhù)溫度的上升其電阻值下降的這一特點(diǎn)，在柴油機發(fā)動(dòng)機運作過(guò)程中，不僅要保證溫度測量響應速度快、溫度判斷精準，還要準確地將實(shí)時(shí)溫度提供給電子控制單元。為此，康明斯公司生產(chǎn)的柴油機用NTC冷卻液溫度傳感器，具有高精度、高穩定性、快速反應、防潮防水性好等特點(diǎn)，在柴油機水溫傳感器中起到溫度監測和溫度控制的重要作用。相信通過(guò)閱讀上面的內容，大家對冷卻液溫度傳感器有了初步的了解，同時(shí)也希望大家在學(xué)習過(guò)程中，做好總結，這樣才能不斷提升自己的專(zhuān)業(yè)水平。
----------------
以上信息來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)新聞，特此聲明！
若有違反相關(guān)法律或者侵犯版權，請通知我們！
溫馨提示：未經(jīng)我方許可，請勿隨意轉載信息！
如果希望了解更多有關(guān)柴油發(fā)電機組技術(shù)數據與產(chǎn)品資料，請電話(huà)聯(lián)系銷(xiāo)售宣傳部門(mén)或訪(fǎng)問(wèn)我們官網(wǎng)：http://www.aticodonostia.com
