第三章 溫度傳感器

第一節 溫度傳感器概述

溫度傳感器廣泛應用于現代汽車發動機的燃油噴射、自動變速器的換檔、離合器的鎖定和空調等系統，以測量發動機的冷卻液溫度、進氣溫度、自動變速器油溫度、空調系統環境溫度和室內溫度等，為發動機的油壓控制以及自動控制提供重要依據：此外，溫度傳感器在工業自動化領域也得到了廣泛的應用。常用的溫度傳感器有熱電阻式、熱電偶式、熱敏鐵氧體式等。

熱電阻式溫度傳感器是根據熱電阻效應制成的傳感器，其中熱電阻效應是指物質的電阻率隨其本身溫度的變化而變化。熱電阻按材料的不同分為金屬熱電阻和熱敏電阻。

若以金屬元件作為檢測元件來制作傳感器，則要求材料的電阻溫度系數、理化性能穩定且其自身的電阻率較大，這樣就使鉑電阻和銅電阻成為較理想的且常用的熱電阻材料。其中鉑電阻在很寬的溫度范圍內都能保持良好的特性，因此得到了廣泛的應用；而銅電阻雖然僅適用于-50～150℃，但其測溫精度高，穩定性好，易加工，且價格便宜。

熱敏電阻則是用陶瓷半導體材料與其他的金屬氧化物按適當的比例混合后高溫燒結而成的且溫度系數很大的電阻體。在工作范圍內，熱敏電阻按陶瓷半導體與溫度之間的特性關系的不同可分為3種類型：第1種是負溫度系數熱敏電阻(NTC)，其電阻值隨溫度的升高而減小；第2種是正溫度系數熱敏電阻(PTC)，其電阻值隨溫度的升高而按指數函數增加；第3種是臨界溫度系數熱敏電阻(CRT)，其電阻值隨溫度的升高而按指數函數減小。

圖3-1 熱電偶式溫度傳感器

熱電偶式溫度傳感器也是根據熱電效應制成的，即將兩種不同材料的金屬導體粘合在一起，如圖3-1所示。圖中當A和B之間產生溫度差ΔTAB時，這兩點間會出現一個電位差ΔUAB，即A與B兩點間的電位差僅取決于其溫度差的大小，測量時，將其中的一端置于恒溫箱中，另一端置于被測物中，當被測物溫度變化時，ΔUAB也將發生變化，這樣ΔUAB的變化實際上就是被測物溫度變化的反映。

熱敏鐵氧體式溫度傳感器實際上是一種開關式傳感器，即制成熱敏鐵氧體式溫度傳感器的材料具有強磁性，當此材料的環境溫度超過某一溫度時，其磁性急劇變化，從而形成不同的磁場，使傳感器的舌簧開關導通或斷開，進而形成電路的通、斷。

目前在汽車上應用的主要有熱電阻式溫度傳感器中的熱敏電阻式溫度傳感器、熱電偶式溫度傳感器、熱敏鐵氧體式溫度傳感器，其中又以熱敏電阻式溫度傳感器應用最為廣泛，如安裝在冷卻液管道上的冷卻液溫度傳感器，儀表板上的冷卻液溫度表傳感器，安裝在風窗玻璃底部及前保險杠內的車內、外空氣溫度傳感器，安裝在空氣流量傳感器內、濾清器內、進氣歧管內、進氣導管內的進氣溫度傳感器，安裝在空調蒸發器片上的蒸發器出口溫度傳感器，安裝在三元催化轉化器上的排氣溫度傳感器，安裝在EGR進氣道上的EGR檢測溫度傳感器，以及安裝在變速器液壓閥體上的變速器油液溫度傳感器等。熱電偶式溫度傳感器由于熱電位差不高，在汽車上應用較少，主要用于排氣系統中排氣溫度的確定。熱敏鐵氧體式溫度傳感器在汽車上主要用于控制散熱器的冷卻風扇。

此外還要提到的就是兩種應用在老式化油器式發動機上的石蠟式氣體溫度傳感器和雙金屬片式氣體溫度傳感器。其中，石蠟式氣體溫度傳感器是根據利用石蠟的低溫固態、高溫液態和體積膨脹推動活塞運動從而關閉閥門的原理制成的；而雙金屬片式溫度傳感器則是利用膨脹系數不同的兩種金屬導體粘合后，高溫時，兩種金屬導體的膨脹系數不同，使雙金屬片向膨脹量小的一方彎曲的特性制成的可關閉閥門。