第三章 溫度傳感器

第一節(jié) 溫度傳感器概述

溫度傳感器廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射、自動(dòng)變速器的換檔、離合器的鎖定和空調(diào)等系統(tǒng)，以測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度、自動(dòng)變速器油溫度、空調(diào)系統(tǒng)環(huán)境溫度和室內(nèi)溫度等，為發(fā)動(dòng)機(jī)的油壓控制以及自動(dòng)控制提供重要依據(jù)：此外，溫度傳感器在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)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(jù)熱電阻效應(yīng)制成的傳感器，其中熱電阻效應(yīng)是指物質(zhì)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(cè)元件來(lái)制作傳感器，則要求材料的電阻溫度系數(shù)、理化性能穩(wěn)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(nèi)都能保持良好的特性，因此得到了廣泛的應(yīng)用；而銅電阻雖然僅適用于-50～150℃，但其測(cè)溫精度高，穩(wěn)定性好，易加工，且價(jià)格便宜。

熱敏電阻則是用陶瓷半導(dǎo)體材料與其他的金屬氧化物按適當(dāng)?shù)谋壤旌虾蟾邷責(zé)Y(jié)而成的且溫度系數(shù)很大的電阻體。在工作范圍內(nèi)，熱敏電阻按陶瓷半導(dǎo)體與溫度之間的特性關(guān)系的不同可分為3種類型：第1種是負(fù)溫度系數(shù)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(shù)熱敏電阻(PTC)，其電阻值隨溫度的升高而按指數(shù)函數(shù)增加；第3種是臨界溫度系數(shù)熱敏電阻(CRT)，其電阻值隨溫度的升高而按指數(shù)函數(shù)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(jù)熱電效應(yīng)制成的，即將兩種不同材料的金屬導(dǎo)體粘合在一起，如圖3-1所示。圖中當(dāng)A和B之間產(chǎn)生溫度差ΔTAB時(shí)，這兩點(diǎn)間會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電位差ΔUAB，即A與B兩點(diǎn)間的電位差僅取決于其溫度差的大小，測(cè)量時(shí)，將其中的一端置于恒溫箱中，另一端置于被測(cè)物中，當(dāng)被測(cè)物溫度變化時(shí)，ΔUAB也將發(fā)生變化，這樣ΔUAB的變化實(shí)際上就是被測(cè)物溫度變化的反映。

熱敏鐵氧體式溫度傳感器實(shí)際上是一種開關(guān)式傳感器，即制成熱敏鐵氧體式溫度傳感器的材料具有強(qiáng)磁性，當(dāng)此材料的環(huán)境溫度超過某一溫度時(shí)，其磁性急劇變化，從而形成不同的磁場(chǎng)，使傳感器的舌簧開關(guān)導(dǎo)通或斷開，進(jìn)而形成電路的通、斷。

目前在汽車上應(yīng)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(yīng)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(fēng)窗玻璃底部及前保險(xiǎn)杠內(nèi)的車內(nèi)、外空氣溫度傳感器，安裝在空氣流量傳感器內(nèi)、濾清器內(nèi)、進(jìn)氣歧管內(nèi)、進(jìn)氣導(dǎo)管內(nèi)的進(jìn)氣溫度傳感器，安裝在空調(diào)蒸發(fā)器片上的蒸發(fā)器出口溫度傳感器，安裝在三元催化轉(zhuǎn)化器上的排氣溫度傳感器，安裝在EGR進(jìn)氣道上的EGR檢測(cè)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(yīng)用較少，主要用于排氣系統(tǒng)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(fēng)扇。

此外還要提到的就是兩種應(yīng)用在老式化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)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(jù)利用石蠟的低溫固態(tài)、高溫液態(tài)和體積膨脹推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)從而關(guān)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(shù)不同的兩種金屬導(dǎo)體粘合后，高溫時(shí)，兩種金屬導(dǎo)體的膨脹系數(shù)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(guān)閉閥門。