車用冷卻液溫度傳感器測試系統(tǒng)設計論文

1、摘 要溫度是個很普遍而又非常重要的參數(shù)，在日常生活、工農業(yè)生產(chǎn)以與汽車領域都有著廣泛的應用。因此，研制能夠準確地測試和記錄這個參數(shù)值并能夠進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)具有十分重要的意義。發(fā)動機溫度傳感器包括水溫和進氣溫度傳感器,是電控發(fā)動機中眾多傳感器中的一種,是現(xiàn)代發(fā)動機的感覺器官,其作用是感知冷卻水和進氣的溫度并將感知的溫度轉換成電信號向電控單元輸出。根據(jù)感知溫度的高低對噴油量作出進一步的修正,從而使發(fā)動機處于最佳的工作狀態(tài)運行。一旦溫度傳感器損壞或工作不正常,則電控發(fā)動機將會工作失常,出現(xiàn)故障。因此對發(fā)動機溫度傳感器測試系統(tǒng)的研究十分重要。本課題描述了基于汽車溫度傳感器的種類、原理，并研究了汽車發(fā)

2、動機溫度傳感器的工作過程與其檢測方式。根據(jù)現(xiàn)在車用溫度傳感器的發(fā)展趨勢，本課題詳細介紹了AD590集成溫度傳感器的機構和特性，并論述了其原理。最后設計一個具有溫度測量、測試結果顯示等基本功能的汽車冷卻液溫度傳感器測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)能準確檢測傳感器的性能，方法可行，能保證測試系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。關鍵詞：測試系統(tǒng)；AD590傳感器；性能檢測；發(fā)動機27 / 35AbstractTemperature is a very common and very important parameter, in daily life, agricultural production and automo

3、tive fields have a wide range of applications. Therefore, the development can accurately test and record the parameter values and be able to sense data transmission system is very important.Engine temperature sensor includes a temperature and intake air temperature sensor, electronically controlled

4、engine, a large number of sensors are the sensory organs of modern engine, its role is perceived cooling water and inlet air temperature and perceived temperature into electrical signals output to the electronic control unit. According tothe temperature level of perception to make further amendments

5、 to the fuel injection quantity, so that the engine is running at its best working condition. Once the temperature sensor is damaged or not working properly, the electronically controlled engine will malfunction, failure. So research on engine temperature sensor test system is very important.This pa

6、per describes a temperature sensor based on the type of car, principles, and studied the work processes and their detection methods automotive engine temperature sensor. According to the current development trend of the car with a temperature sensor, this paper details the mechanism and characterist

7、ics of the AD590 integrated temperature sensor, and discusses its principle. A final design has a temperature measurement, test results show that the basic functions for the automotive coolant temperature sensor measurement system，The system can accurately detect the performance of the sensor, the m

8、ethod is feasible, to ensure the accuracy and reliability of the test system data.Key words: testing system ;AD590 sensor ; performance test ; engine目 錄摘要IAbstractII目錄III第1章緒論11.1 本課題的研究背景11.2 汽車發(fā)動機溫度傳感器的研究意義與研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢11.2.1汽車發(fā)動機溫度傳感器的研究意義11.2.2汽車發(fā)動機溫度傳感器的研究現(xiàn)狀11.2.3 溫度傳感器的發(fā)展方向21.3汽車發(fā)動機溫度傳感器的重要性

9、與調節(jié)分析21.3.1、進氣溫度傳感器21.3.2、冷卻液溫度傳感器31.4本文主要研究任務5第2章車用溫度傳感器感器的種類和原理62.1車用溫度傳感器種類62.2車用溫度傳感器原理與介紹62.2.1熱電偶溫度傳感器原理與介紹62.2.2.熱電阻溫度傳感器原理與介紹72.2.3.AD590溫度傳感器原理與介紹102.2.4.LM135/235/335溫度傳感器原理與介紹10第3章發(fā)動機溫度傳感器工作過程與其檢測原理113.1發(fā)動機溫度傳感器概述113.2 溫度傳感器的控制電路與工作原理113.3溫度傳感器的性能檢測123.4 溫度傳感器輸出信號電壓檢測143.5 

10、溫度傳感器的示波器檢測14第4章溫度傳感器AD590的結構與工作原理154.1 AD590結構154.2 AD590工作原理164.3本章小結18第5章汽車冷卻液溫度傳感器性能與其檢測方法195.1冷卻液溫度傳感器性能檢測概述195.2 作用195.3分類195.3.1繞線電阻式溫度傳感器195.3.2熱敏式溫度傳感器205.4冷卻液溫度傳感器的工作過程205.5冷卻液溫度傳感器的測試215.5.1就車檢測215.5.2單件測試225.5.3傳感器電壓測試235.5.4桑塔納2000GLi型轎車冷卻液溫度傳感器的檢測245.6 本章小結25第6章總結與展望266.1工作總結266.2未來展望2

11、6參考文獻27致29第1章 緒論1.1 本課題的研究背景一些傳感器市場比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器。稱重傳感器已表現(xiàn)出成熟市場的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器。傳感器市場的主要增長來自于無線傳感器、MEMS傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無線傳感器在近幾年復合年增長率超過了25%，預計未來增長速度會更快。11.2 汽車發(fā)動機溫度傳感器的研究意義與研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1.2.1汽車發(fā)動機溫度傳感器的研究意義與傳統(tǒng)的溫度計相比，由于采用了改進型智能溫度傳感器AD590作為檢測元件，本數(shù)字溫度計減少了外部的硬件電路，具有低成本和易使用的特點。AD590溫度計還可以

12、在過限報警、遠距離多點測溫控制等方面進行應用開發(fā)，具有很好的發(fā)展前景。AD590是一種可組網(wǎng)的高精度數(shù)字式溫度傳感器，由于其具有單總線的獨特優(yōu)點，可以使用戶輕松地組建起傳感器網(wǎng)絡，并可使多點溫度測量電路變得簡單、可靠。在該論文中，我們通過對單片機和溫度傳感器的設計，從中學到了許多有用的東西，其中我們明白了如何去設計一個產(chǎn)品，首先要有性價比、良好的適應性，其次要知道設計的關鍵，最后也懂得了設計與實際的聯(lián)系。1.2.2汽車發(fā)動機溫度傳感器的研究現(xiàn)狀目前，全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。有關專家指出，傳感器領域的主要技術將在現(xiàn)有基礎上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感

13、器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型稱重傳感器的出現(xiàn)與市場份額的擴大。3我國改革開放在“發(fā)展高科技，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化”、“大力加強傳感器的開發(fā)和在國民經(jīng)濟中的普遍應用”等一些列政策導向和支持下，在蓬勃發(fā)展的我國電子信息產(chǎn)業(yè)市場的推動下，傳感器已形成了一定的產(chǎn)業(yè)基礎，并在技術創(chuàng)新、自主研發(fā)、成果轉化和競爭能力等方面有了長足進展，為促進國民經(jīng)濟的發(fā)展做出了重要貢獻。但由于國的半導體產(chǎn)業(yè)起步較晚，基礎比較薄弱，對溫度傳感芯片的設計和研究才處于起步階段，與國際先進技術相比還存在相當大的差距。為此，相關的企業(yè)和

14、部門正朝著更高的目標前進，做出了一系列積極的嘗試和探索，例如由中國電子器材總公司主辦的、由中國電子元件行業(yè)協(xié)會等公司共同攜手組織的“中國熱敏電阻與溫度傳感器展覽會”，該展覽會是中國最大的熱敏電阻與溫度傳感器展，以共同探討交流中國“熱敏電阻與溫度傳感器”之發(fā)展機會，促進行業(yè)發(fā)展。1.2.3 溫度傳感器的發(fā)展方向近年來全球傳感器產(chǎn)業(yè)取得了飛速發(fā)展，隨著中國加大對電子新興產(chǎn)業(yè)的投資力度，公眾對公共安全、健康監(jiān)測、環(huán)保等諸多領域的關注加強，可以預測傳感器的市場前景將遠遠超過計算機、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信等。面對激烈的市場競爭、科技的快速發(fā)展以與物聯(lián)網(wǎng)等新興市場的崛起，國傳感器企業(yè)應該把握機遇，著眼于全球市場

15、，以競爭者的姿態(tài)去迎接全球市場的挑戰(zhàn)，努力發(fā)展和規(guī)劃自有品牌，讓中國的傳感器企業(yè)在市場競爭中占有一席之地。5隨著新技術新工藝的發(fā)現(xiàn)，多學科的交叉融合，未來傳感器的發(fā)展與競爭也將趨于白熱化。綜合現(xiàn)階段的技術以與基礎知識，我們可以展望未來的溫度傳感器的主要發(fā)展方向為：（1）提高測溫精度和分辨力 （2）增加測試功能 （3）總線技術的標準化與規(guī)化（4）可靠性與安全性設計 （5）虛擬溫度傳感器和網(wǎng)絡溫度傳感器 （6）單片測溫系統(tǒng) 1.3汽車發(fā)動機溫度傳感器的重要性與調節(jié)分析1.3.1、進氣溫度傳感器除卡門渦旋式空氣流量傳感器以外，其余發(fā)動機均裝有進氣溫度

16、傳感器，如圖1-1所示。進氣溫度傳感器可以裝在空氣流量傳感器或進氣壓力傳感器，也可以裝在進氣道上某個部位。發(fā)動機進氣溫度高時控制單元會減少噴油脈寬，反之增加噴油脈寬。圖1-1 進氣溫度傳感器與ECU的連接電路圖進氣溫度傳感器搭鐵線接觸不良，數(shù)據(jù)流會顯示異常低溫，低溫空氣密度高，會加大噴油脈寬，造成混合汽過濃。傳感器短路，數(shù)據(jù)流會顯示異常高溫，高溫空氣密度低，會減少噴油脈寬，造成混合汽過稀。進氣溫度傳感器溫度越高混合汽越濃，傳感器斷路或搭鐵不良會造成混合汽過稀，導致啟動困難。1.3.2、冷卻液溫度傳感器冷卻液溫度傳感器端子為2針，一根為輸入信號線，另一根為輸出信號線；端子為4針，則4針分別為輸入

17、信號線、輸出信號線、控制單元搭鐵線和儀表板搭鐵線，如圖1-2所示。冷卻液溫度傳感器一般裝在發(fā)動機后側節(jié)溫器或散熱器出水孔處，負責噴油脈寬、暖機、點火提前角、自動變速器變矩器鎖止和超速擋的控制以與空調的控制。主要作用有：（1）責控制混合汽濃度，溫度越低，混合汽越濃；溫度越高，混合汽越稀。（2）負責控制暖機時發(fā)動機轉速，40以下轉速為1500r/min，4070轉速為1100r/min。（3）責控制散熱器風扇，85以上開始低速旋轉，105開始高速旋轉。（4）負責控制自動變速器，56以上變矩器進入鎖止工況，70變速器允許進入超速擋。（5）負責控制空調，120空調退出控制。圖1-2 冷卻液溫度傳感器發(fā)

18、動機冷卻液溫度傳感器短路，數(shù)據(jù)流會顯示100以上的高溫，造成混合氣體過稀，無法啟動；傳感器斷路或搭鐵線接觸不良，數(shù)據(jù)流會顯示-30以下的低溫，造成混合汽過濃，排氣管冒黑煙。圖1-3 冷卻液溫度傳感器與電控單元的連接（a）OBD-系統(tǒng)設定發(fā)動機控制單元將冷卻液溫度傳感器感應溫度界定-35120之間，若超出或低于這個圍，控制單元便可判斷傳感器發(fā)生故障，而在此圍不會出現(xiàn)故障碼。若冷卻液溫度傳感器短路，打開點火開關時數(shù)據(jù)流就顯示冷卻液溫度超過100，但由于沒達到120，所以不會留下故障碼。圖1-4 冷卻液溫度傳感器與電控單元的連接（b）OBD-系統(tǒng)對組合電器的監(jiān)控，主要是將提供相關信息或共同信息的傳感

19、器的信息進行比較，以便判斷具體哪個傳感器故障，是短路還是斷路等信息。如將冷卻液溫度傳感器的信息和進氣溫度傳感器的信息或啟動后的時間進行比較，就可以得出冷卻液溫度傳感器的信息是否準確，傳感器是否有短路還是斷路的故障。所以冷卻液溫度傳感器短路后OBD-系統(tǒng)會留下故障碼。1.4本文主要研究任務在本文設計中，先以學習汽車溫度傳感器種類和原理與其汽車發(fā)動機的溫度測試系統(tǒng)為目的，研究了車用溫度傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，并詳細了解了集成溫度傳感器AD590的結構、原理和特性。最后設計汽車發(fā)動機冷卻液溫度測試系統(tǒng)進行傳感器溫度測試，并檢查分析測試結果的可靠性和準確性，得出相應的結論。第2章 車用溫度傳感器感器的

20、種類和原理2.1車用溫度傳感器種類汽車上的溫度傳感器可分為傳統(tǒng)模擬的溫度傳感器和集成溫度傳感器。傳統(tǒng)的模擬溫度傳感器，有熱電偶、熱敏電阻等。集成溫度傳感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103電壓輸出型、AD590電流輸出型。這里分別介紹該類器件的幾個典型。2.2車用溫度傳感器原理與介紹2.2.1熱電偶溫度傳感器原理與介紹熱電偶是一種感溫元件,它把溫度信號轉換成熱電動勢信號,通過電氣儀表轉換成被測介質的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的均質導體組成閉合回路,當兩端存在溫度梯度時,回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在Seebeck電動勢熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應。

21、兩種不同成份的均質導體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據(jù)熱電動勢與溫度的函數(shù)關系,制成熱電偶分度表，分度表是自由端溫度在0時的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時,只要該材料兩個接點的溫度一樣,熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此,在熱電偶測溫時,可接入測量儀表,測得熱電動勢后,即可知道被測介質的溫度。7由熱電偶的基本作用原理知道，一熱電偶的測量溫度主要決定于熱端和冷端溫度差所產(chǎn)生的熱電勢，如此，雖然熱端所處的溫度保持恒定不變，但由于冷端產(chǎn)生不規(guī)則的溫度改變，

22、則所測得的溫度值也就成為一原理知道，一熱電偶的測量溫度主要決定于熱端和冷端溫度所產(chǎn)生的熱電勢，如此雖然熱端變數(shù)，或不能代表被測處的實際溫度。熱電偶溫度補償公式如下：E(t，0)=E(t,)+E(，0)。其中，E(，0)是實際測量的電動勢，t代表熱端溫度，代表冷端溫度，0代表O。在現(xiàn)場溫度測量中，由于熱電偶冷端溫度一般不為O，而是在一定圍變化著，因此測得的熱電勢為E(t，)。如果要測得真實的被測溫度所對應的熱電勢E(t，0)，就必須補償冷端不是0所需的補償電勢E(，0)，而且，該補償電勢隨冷端溫度變化的特性必須與熱電偶的熱電特性相一致，這樣才能獲得最佳補償效果。熱電偶的結構形式：熱電偶的基本結構

23、是熱電極，絕緣材料和保護管；并與顯示儀表、記錄儀表或計算機等配套使用。在現(xiàn)場使用中根據(jù)環(huán)境，被測介質等多種因素研制成適合各種環(huán)境的熱電偶。熱電偶簡單分為裝配式熱電偶，鎧裝式熱電偶和特殊形式熱電偶；按使用環(huán)境細分有耐 高溫熱電偶，耐磨熱電偶，耐腐熱電偶，耐高壓熱電偶，隔爆熱電偶，鋁液測溫用熱電偶，循環(huán)硫化床用熱電偶，水泥回轉窯爐用熱電偶，陽極焙燒爐用熱電偶，高溫熱風爐用熱電偶，汽化爐用熱電偶，滲碳爐用熱電偶，高溫鹽浴爐用熱電偶，銅、鐵與鋼水用熱電偶，抗氧化鎢錸熱電偶，真空爐用熱電偶，鉑銠熱電偶等。2.2.2.熱電阻溫度傳感器原理與介紹熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點

24、是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成標準的基準儀。與熱電偶的測溫原理不同的是，熱電阻是基于電阻的熱效應進行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測量出感溫熱電阻的阻值變化，就可以測量出溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩類。金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關系式表示，即=1+(t-)式中，為溫度t時的阻值;為溫度(通常=0)時對應電阻值;為溫度系數(shù)。相比較而言，熱敏電阻的溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高(通常在數(shù)千歐以上)，但互換性較差，非線性嚴重，測溫圍只有-50至300左右，大量用于家電和

25、汽車用溫度檢測和控制。金屬熱電阻一般適用于-200至500圍的溫度測量，其特點是測量準確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在程控制中的應用極其廣泛。熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。熱電阻種類：（1）精密型熱電阻：工業(yè)常用熱電阻感溫元件(電阻體)的結構與特點。從熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。為消除引線電阻的影響同般采用三線制或四線制。(2)鎧裝熱電阻：鎧裝熱電阻

26、是由感溫元件(電阻體)、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅實體，它的外徑一般為2至8mm，最小可達1mm。(3)端面熱電阻：端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，緊貼在溫度計端面。它與一般軸向熱電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實際溫度，適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。 (4)隔爆型熱電阻：隔爆型熱電阻通過特殊結構的接線盒，把其外殼部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒，生產(chǎn)現(xiàn)場不會引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于B1a至B3c級區(qū)具有爆炸危險場所的溫度測量。工業(yè)上常用金屬熱電阻從電阻隨溫度的變化來看，大部分金屬導體都有這個性質，但并不是都能用

27、作測溫熱電阻，作為熱電阻的金屬材料一般要求：盡可能大而且穩(wěn)定的溫度系數(shù)、電阻率要大(在同樣靈敏度下減小傳感器的尺寸)、在使用的溫度圍具有穩(wěn)定的化學物理性能、材料的復制性好、電阻值隨溫度變化要有間值函數(shù)關系(最好呈線性關系)。 目前應用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅：鉑電阻精度高，適用于中性和氧化性介質，穩(wěn)定性好，具有一定的非線性，溫度越高電阻變化率越小;銅電阻在測溫圍電阻值和溫度呈線性關系，溫度線數(shù)大，適用于無腐蝕介質，超過150易被氧化。中國最常用的有=10、=100和=1000等幾種，它們的分度號分別為Pt10、Pt100、Pt1000;銅電阻有=50和=100兩種，它們的分度號為C

28、u50和Cu100。其中Pt100和Cu50的應用最為廣泛。 熱電阻的信號連接方式熱電阻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引線傳遞到計算機控制裝置或者其它一次儀表上。工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對測量結果會有較大的影響。10目前熱電阻的引線主要有三種方式 ：1二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導線來引出電阻信號的方式叫二線制：這種引線方法很簡單，但由于連接導線必然存在引線電阻R，R的大小與導線的材質和長度的因素有關，因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合。2三線制：在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另

29、一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過程控制中的最常用的引線電阻。 3四線制：在熱電阻的根部兩端各連接兩根導線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I，把R轉換成電壓信號U，再通過另兩根引線把U引至二次儀表?？梢娺@種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測。熱電阻采用三線制接法。采用三線制是為了消除連接導線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橋臂電阻，其連接導線(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

30、量誤差。采用三線制，將導線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與與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導線線路電阻帶來的測量誤差。工業(yè)上一般都采用三線制接法。熱電偶產(chǎn)生的是毫伏信號，不存在這個問題。熱電阻測溫系統(tǒng)的組成：(1)熱電阻測溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導線和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點：熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致；為了消除連接導線電阻變化的影響，必須采用三線制接法。(2)鎧裝熱電阻是由感溫元件(電阻體)、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅實體，它的外徑一般為28mm，最小可達1mm。(3)端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材料繞制，緊貼在溫度計端面。它與一般軸向熱

31、電阻相比，能更正確和快速地反映被測端面的實際溫度，適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。(4)隔爆型熱電阻隔爆型熱電阻通過特殊結構的接線盒，把其外殼部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影電阻體的斷路修理必然要改變電阻絲的長短而影響電阻值，為此更換新的電阻體為好，若采用焊接修理，焊后要校驗合格后才能使用。2.2.3.AD590溫度傳感器原理與介紹AD590是美國模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓圍為330V，輸出電流223A（-50）423A（+150），靈敏度為1A/。當在電路中串接采樣電阻R時，R兩端的電壓可作為喻出電壓。注意R的阻值不能取得太大，以保證AD590兩端電壓不低于3V。A

32、D590輸出電流信號傳輸距離可達到1km以上。作為一種高阻電流源，最高可達20M，所以它不必考慮選擇開關或CMOS多路轉換器所引入的附加電阻造成的誤差。適用于多點溫度測量和遠距離溫度測量的控制。122.2.4.LM135/235/335溫度傳感器原理與介紹LM135/235/335系列是美國國家半導體公司（NS）生產(chǎn)的一種高精度易校正的集成溫度傳感器，工作特性類似于齊納穩(wěn)壓管。該系列器件靈敏度為10mV/K，具有小于1的動態(tài)阻抗，工作電流圍從400A到5mA，精度為1，LM135的溫度圍為-55+150，LM235的溫度圍為-40+125，LM335為-40+100。封裝形式有TO-46、TO

33、-92、SO-8。該系列器件廣泛應用于溫度測量、溫差測量以與溫度補償系統(tǒng)中。第3章 發(fā)動機溫度傳感器工作過程與其檢測原理3.1發(fā)動機溫度傳感器概述發(fā)動機溫度傳感器包括水溫和進氣溫度傳感器,是電控發(fā)動機中眾多傳感器中的一種,是現(xiàn)代發(fā)動機的感覺器官,其作用是感知冷卻水和進氣的溫度并將感知的溫度轉換成電信號向電控單元(ECU)輸出。ECU根據(jù)感知溫度的高低對噴油量作出進一步的修正,從而使發(fā)動機處于最佳的工作狀態(tài)運行。一旦溫度傳感器損壞或工作不正常,則電控發(fā)動機將會工作失常,出現(xiàn)故障。例如,當電噴車出現(xiàn)怠速過高,過低,混合氣稀或冒黑煙,冷車不好發(fā)動等故障時,應想到要檢測一下水溫傳感器是否正常。因此,掌

34、握發(fā)動機溫度傳感器的檢測方法在汽車檢測與故障診斷技術中顯得十分重要。153.2溫度傳感器的控制電路與工作原理水溫傳感器一般安裝在缸體水道或節(jié)溫器上;進氣溫度傳感器安裝在空氣流量計或進氣管道。水溫和進氣溫度傳感器的的控制電路見圖3-1和3-2所示。水溫和進氣傳感器多采用負溫度系數(shù)的熱敏電阻。ECU中的固定電阻R與傳感器的熱敏電阻串聯(lián)組成一分壓器。接通點火開關,ECU首先通過固定電阻R給傳感器輸出一個5V(或12V)的參考電壓,熱敏電阻的阻值變化時,固定電阻R所分得的電壓值(即傳感器的信號電壓)隨之變化,見圖3-1和3-2所示。當溫度變低時,熱敏電阻的電阻值增大,電路中的電流減小,ECU檢測到的信

35、號電壓增高,當溫度升高，熱敏電阻的阻值逐漸減小,電路中的電流增大,固定電阻上的電壓逐漸增大,因此ECU檢測到的信號電壓逐漸降低,根據(jù)信號ECU將逐漸修正噴油量。圖3-1 進氣溫度傳感器控制電路圖3-2 進氣溫度傳感器控制電路3.3溫度傳感器的性能檢測就車檢測：水溫傳感器的插頭上有兩根線,一根是信號打鐵回路線,另一根是信號線,首先拔下傳感器的插頭,打開點火開關,把數(shù)字萬用表的兩個表筆分別插入拔下的插頭兩端,萬用表上顯示電壓應該在417510V之間,顯示負值,可以互換表筆,如果沒有電壓或電壓很低,就要檢查線路和電腦板信號端是否正常。信號電壓正常后，插回插頭,這時電壓有所降低,然后啟動發(fā)動機運轉,觀

36、察電壓隨不同溫度變化,水溫越低時電壓越高,水溫越高時則電壓越低。如果是這樣,基本可以認為傳感器是好的。再用萬用表的電阻檔檢測傳感器兩端子間的電阻,其電阻值應與溫度成反比。圖3-3 溫度傳感器電阻與溫度關系表車下檢測：關閉點火開關,拔掉水溫傳感器插頭,從發(fā)動機上拆下傳感器,用數(shù)字萬用表的電阻檔測傳感器兩個端子與外殼之間電阻,阻值均應為兆歐以上。用萬用表測傳感器兩端子之間的電阻應該有20千歐以下的電阻值。再將溫度傳感器的探頭放入一個盛有熱水的容器中,按照圖3-4所示的連接方法連接好,并測出相應溫度的電阻值。這個阻值隨溫度變化應符合相應車型的標準值,否則應該更換溫度傳感器。圖3-3列出幾款常用車型的

37、冷卻液溫度傳感器電阻與溫度的對應關系僅供參考。圖3-4 溫度傳感器車下檢測簡圖3.4溫度傳感器輸出信號電壓檢測將點火開關關閉,插好溫度傳感器上的電插,再將點火開關打開,用數(shù)字萬用表的電壓檔測量傳感器或電控單元(ECU)上的“THN”、“THA”與“E2”端子之間的電壓信號,見圖3-1所示。不同溫度下的信號電壓值應符合規(guī)定。3.5溫度傳感器的示波器檢測用汽車專用示波器檢測,按照使用說明書上的要求對示波器進行初始設定并將傳感器的輸入信號線連接好。發(fā)動機起動以后,持續(xù)觀察溫度變化時電信號的變化情況,其電壓顯示線應平順地向下移動,見圖3-5所示。如果有波紋出現(xiàn)的干擾反應,表示傳感器的熱敏電阻反應不良,

38、應該更換傳感器,見圖3-6所示。圖3-5 正常溫度傳感器的信號波形圖3-6 不良的溫度傳感器信號波形第4章 溫度傳感器AD590的結構與工作原理4.1 AD590結構AD590是電流型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值，直接輸出與熱力學溫度成比例的電流信號,在輸出端串聯(lián)一個電阻則轉換為電壓信號。除此之外,AD590 還具有測溫不需要參考點、抗干擾能力強、互換性好等優(yōu)點。圖4-1 AD590部電路圖AD590的部電路圖如圖4-1所示,簡化電路如圖4-2所示。該傳感器由多個晶體管和電阻組成,其中晶體管制作在一個半導體單面基片上,因此它們的特性、損耗和發(fā)射極面積能夠相互匹配。整體分析圖

39、4-2,該電路可看作由兩個鏡象電流源構成。其中,晶體管和組成上鏡象電流源,和組成下鏡象電流源。如果設上鏡象電路的輸出是輸入,則的輸入是上鏡象電路的輸出。圖4-2 AD590簡化電路4.2 AD590工作原理設各晶體管為理想晶體管(即它們的電流放大系數(shù)趨于無窮大),則知 (1)由于鏡角電流源和的作用:,。因此 (2)PN結理想伏安特性表達式為:I=(-1)=(-1) (3)對晶體而言,上式中I 即為發(fā)射極電源;為集電極發(fā)射極反向飽和電流;V為基極與發(fā)射極之間的電壓;為溫度的電壓當量(即),q為電子電荷,K為玻爾茲曼常數(shù),T為熱力學溫度。當溫度在-55155之間時,近似在0104V0.0

40、5V之間。這一般的硅管,約為十分之幾伏,故>>1。因此,(3)式可改寫為,即1n(/) (4)所以,1n(/),1n(/)。由圖4.1(b)知=+R (5)所以=R=1n(/)/(/)=1n(/) (6)由于正比于各晶體管發(fā)射極的面積S,所以(6)式可改寫為=1n(/) (7)、分別為晶體管、發(fā)射極的面積。若=N，則=1n(N),即R=1n(N),=(/R)1n(N)。因此=2=(2/R)1n(N)=(2KT/)1n(N)(8)所以/T=(2K/)1n(N)(9)由上式知,當電阻R的阻值給定時,/T為一恒定值。適當選取R值,理論上可使為1.0000A/K(K為熱力學溫度單位)。由上

41、面的分析知,AD590的輸出電流與它所處的熱力學溫度T成線性關系,因此實現(xiàn)了溫度至電流強度的線性轉換。與圖4-2相比,圖4-1虛線框增加了一些電路。它們用以改善鏡象電流源和,使之工作時更接近理想電流源(高阻抗),從而減弱輸入電壓變化的影響。經(jīng)測試,當AD590兩端的電壓在+4V和+30V之間時,即使電壓有變化,輸出的電流信號也沒有影響或影響很小所以AD590 具有消除電源波動的特性。圖4-3 測量電路AD590電流溫度特性性測量電路如圖4-3所示,V為PZ114型四位半直流數(shù)字電壓表,R=1000,保持電源電壓穩(wěn)定,分別使AD590處于一系列不同的溫度點,通過測量V得出相應的輸出電流

42、。對所得的數(shù)據(jù)點用最小二乘法進行擬合,可得經(jīng)驗公式I=T+4.3本章小結AD590溫度傳感器不但實現(xiàn)了溫度轉換為線性化電量測量,而且精確度高、互換性好，在熱交換實驗中有熱損耗存在,且與容器的尺寸結構有關,在量熱器的容積一定時,容器的高度為一特定值時可使量熱器的熱損耗為最小。第5章 汽車冷卻液溫度傳感器性能與其檢測方法5.1冷卻液溫度傳感器性能檢測概述汽車發(fā)動機一般以水為冷卻介質，冷卻水的溫度由裝在發(fā)動機冷卻水套上的水溫傳感器測量。目前，各種車型普遍使用負溫度系數(shù)的熱敏電阻型水溫傳感器。要準確的控制發(fā)動機冷卻水的溫度，熱敏水溫傳感器的性能一定要可靠。這就提出了水溫傳感器性能測試的問題。為了確定發(fā)

43、動機的溫度狀態(tài)，正確的控制燃油噴射、點火正時、怠速轉速和尾氣排放，提高發(fā)動機的運行性能，發(fā)動機控制模塊需要能連續(xù)精確地監(jiān)測冷卻液的溫度、進氣溫度與排氣溫度的傳感器(部分車型裝備)。從結構上講，這些溫度傳感器有繞線電阻式、熱敏電阻式、擴散電阻式、半導體晶體管式、金屬芯式和熱電偶式等。應用較多的是繞線電阻式和熱敏電阻式溫度傳感器。而從檢測對象方面講，溫度傳感器包括發(fā)動機冷卻液溫度傳感器、進氣溫度傳感器和排氣溫度傳感器。5.2 作用發(fā)動機冷卻液溫度傳感器又稱水溫傳感器如圖5-1，它用來檢測發(fā)動機冷卻液的溫度，并將溫度信號轉變成電信號輸送給發(fā)動機控制模塊，作為汽油噴射、點火正時、怠速和尾氣排放控制的主

44、要修正信號。圖5-1 發(fā)動機冷卻液溫度傳感器5.3分類5.3.1繞線電阻式溫度傳感器在絕緣繞線架上繞上高純度的鎳線，再罩上適當?shù)耐馓锥瞥?，利用其電阻值隨溫度變化而變化的特性來測量冷卻液溫度和進氣溫度。其精度在1以，響應特性較差，響應時間約為15s。175.3.2熱敏式溫度傳感器熱敏式溫度傳感器利用的半導體是電阻隨溫度變化而變化的特性，其靈敏度較高。有NTC(負熱敏系數(shù))和PTC(正熱敏系數(shù))兩種。熱敏式傳感器的響應特性比繞線電阻式傳感器優(yōu)良，因而被廣泛地運用于檢測發(fā)動機冷卻液和進氣溫度，如圖5-2所示為熱敏式溫度傳感器結構。圖5-2 熱敏式溫度傳感器5.4冷卻液溫度傳感器的工作過程如圖5-3

45、所示為冷卻液溫度傳感器與發(fā)動機控制模塊之間的連接電路。其中一根線通過發(fā)動機控制模塊為傳感器提供搭鐵信號，有些車型的溫度傳感器用殼體直接搭鐵；而另外一根線是作為傳感器的信號輸出線，發(fā)動機控制模塊就是用這根線向傳感器提供一個5V的參考電壓，同時也是通過這根線上的反饋電壓來監(jiān)測溫度的高低。當溫度上升的時候，傳感器的電阻將減小，傳感器兩端的電壓降也將下降，發(fā)動機控制模塊就是根據(jù)該電壓降來反映溫度的高低。由此可知，對于負熱敏系數(shù)的溫度傳感器而言，溫度越高，傳感器的電阻值越小，傳感器的信號電壓越低。20世紀80年代與以后生產(chǎn)的車型上的大多數(shù)燃油溫度傳感器、發(fā)動機冷卻液溫度傳感器和進氣溫度傳感器都是按照一樣

46、的模式運行，即它們都屬于負溫度系數(shù)的熱敏電阻。通常情況下，燃油溫度傳感器、進氣溫度傳感器和冷卻液濕度傳感器電阻的變化圍是從-40時的100000到130時的50；傳感器的電壓變化圍從冷態(tài)時的略小于5V到正常工作時的1V2V。如果傳感器的電路中出現(xiàn)開路，那信號電壓將保持5V的參考電壓，如果傳感器的電路中出現(xiàn)與地短路，那信號電壓將保持OV。圖5-3 溫度傳感器與發(fā)動控制模塊之間的連接5.5冷卻液溫度傳感器的測試下面以發(fā)動機冷卻液溫度傳感器為例，講述其測試過程，進氣溫度傳感器和排氣溫度傳感器的測試方法與此一樣。發(fā)動機冷卻液溫度傳感器是一個比較重要的傳感器，如果其損壞，會造成發(fā)動機起動困難、運行性能過

47、差的故障。因而對發(fā)動機冷卻液溫度傳感器進行正確的測試很重要。測試所需的儀器設備：如果只是想測試傳感器的電阻和電壓信號，使用汽車專用萬用表就可以了，而要想觀察傳感器的整個信號變化過程，則需使用汽車專用示波器。5.5.1就車檢測關閉點火開關，拔下發(fā)動機冷卻液溫度傳感器的導線連接器，按圖5-4所示，用汽車專用萬用表測量其電阻值，溫度越高，傳感器的電阻應越小。否則更換冷卻液溫度傳感器。圖5-4 冷卻液溫度傳感器電阻測量5.5.2單件測試關閉點火開關，拔下發(fā)動機冷卻液溫度傳感器的導線連接器，從發(fā)動機上拆下冷卻液溫度傳感器。如圖5-5所示，在一個容器里加不同溫度的水，然后測量傳感器的電阻值。其電阻值應在如

48、圖5-6類似的兩條標準值公差曲線之間。如果其電阻在兩條曲線以外，則需更換發(fā)動機冷卻液溫度傳感器。 圖5-5 性能測試圖5-6 電阻測試圍曲線5.5.3傳感器電壓測試利用汽車專用萬用表進行測試：把發(fā)動機冷卻液溫度傳感器正確安裝在車上，起動發(fā)動機。用溫度表測量冷卻液實際溫度，同時用檢測儀讀取電腦確認的冷卻液溫度值。另用電壓表從傳感器接頭背面測量信號電壓值，記錄下在不同溫度下(如20、40、60、80、100)的電壓值，然后用一條平滑的曲線將各個電壓值連接起來。如果在兩條曲線以外，則須按圖5-7中的方法查找故障。圖5-7 故障檢測流程利用汽車專用示波器進行測試：利用示波器的記憶功能，可以顯示溫度上升

49、過程中，傳感器電壓的變化軌跡。方法是將發(fā)動機冷卻液溫度傳感器安裝到發(fā)動機上，插好連接器。把示波器的COM檢測探針連接到溫度傳感器的搭鐵線、蓄電池的負極接線柱或發(fā)動機的缸體上；把示波器的信號檢測探針連接到傳感器通往發(fā)動機控制模塊的信號輸出端(THW)上。然后起動發(fā)動機(注意：起動前最好是涼車)，隨著發(fā)動機運轉時間的延長，發(fā)動機冷卻液的溫度逐漸升高，此時傳感器的信號電壓也將越來越低，在冷卻液達到正常工作溫度后，電壓基本穩(wěn)定。對于一樣車型的溫度傳感器，如果系統(tǒng)運行正常，那這些車輛冷卻液溫度傳感器的電壓一時間的特性曲線應基本重合。5.5.4桑塔納2000GLi型轎車冷卻液溫度傳感器的檢測該系統(tǒng)的冷卻液

50、溫度傳感器安裝在出水管上，感溫元件也采用負溫度系數(shù)熱敏電阻，傳感器電路圖如圖5-8所示，其檢測方法如下。20圖5-8 傳感器電路圖關閉點火開關，接入檢測盒V.A.G1598，拔下冷卻液溫度傳感器插頭，將萬用表連接到冷卻液溫度傳感器l號和2號端子之間，打開點火開關，用電壓檔檢測供電電壓，應接近于5V。檢測冷卻液溫度傳感器的電阻隨溫度變化的對應值，方法與進氣溫度傳感器的方法一樣。裝回冷卻液溫度傳感器插頭，打開點火開關，檢測兩端子之間或檢測盒第30號、45號插孔之間的輸出電壓(與溫度有關)，應在05V2.5V之間。檢測冷卻液溫度傳感器插頭l號端子與ECU插頭的45號端子之間的電阻，冷卻液溫度傳感器插

51、頭2號端子與ECU插頭的30號端子之間的電阻，其阻值均不應發(fā)大于0.5。從中可以看出，此負溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器滿足：溫度升高時，電阻值下降；而溫度降低時，電阻值升高。但是由于存在熱溫升的影響，所以在電流不斷增大的條件下，隨著被測溫度的變化，其阻值將有下降的趨勢。5.6 本章小結根據(jù)以上數(shù)據(jù)與其曲線分析可知，本設計基本滿足測試此類傳感器性能的要求。其改進設計可以大大減少測試所需投入的人力和時間，提高工作效率，并且性能測試精，設備構建成本低廉。第6章 總結與展望6.1工作總結本文簡單介紹了汽車溫度傳感器的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢，研究了汽車溫度傳感器的現(xiàn)下的研究背景，簡述了車用溫度傳感器的分類，分析了汽車發(fā)動機溫度傳感器對汽車發(fā)動機的作用與其故障分析，根據(jù)車用溫傳感器的發(fā)展趨勢和特點研究了集成芯片溫度傳感器AD590的結構、原理、特性。最后設計了汽車冷卻液溫度傳感器測試系統(tǒng)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析得：方案可行，測試結果準確，滿足測