文档介绍：第2章温度传感器
关于温度的单位
温度传感器的分类
金属热电阻
热敏电阻
热电式温度传感器(热电偶)
温度熔断器
测量温度时的注意事项
温度传感器的实际应用
温度传感器在发动机排气上的应用
关于温度的单位
我国法定计量单位是以国际单位制为基础,根据我国的情况,加选了17个非国际单位制的单位构成。其中包括国际单位制的基本单位7个,这7个基本单位中,有一个量为热力学温度,单位名称为开[尔文],单位符号为K。热力学温度是根据热力学原理定义的。对热力学温度,过去有过一些其他名称,例如,绝对温度、开氏温度等现已不再继续使用。规定水的三相点(水、水蒸气和冰共存的状态,不包含空气)热力学温度的1/273. 16,为热力学温度单位开[尔文]。
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关于温度的单位
国家标准GB 《热学的量和单位》中还规定了另一个量为摄氏温度,摄氏温度是SI中的一个导出量,其单位名称是摄氏度。摄氏温度t按下述公式定义
式中:t为摄氏温度;T为热力学温度;T0为273. 15K.
摄氏温度的符号为t或θ。“摄氏度”是表示摄氏温度时用来代替[开尔文」的一个专用名称。根据上面的定义可知,℃.
有人将20℃读为“摄氏20度”,这种读法把一个单位名称分开,其中插入数值的读法很不恰当,“摄氏度”应作为一个整体使用;在书写符号℃时,也不应把小圈放到数字的右上角,必须使小圈在“C”的左上角,这也是因为℃是一个整体.
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温度传感器的分类
温度传感器的种类和工作温度范围见表2一1,就发动机控制用传感器来说,测试范围非常宽,为-40℃~1000℃,而且只用简单的回路就能得到电信号输出,所以基本上来说,不采用弹性、颜色及光线式温度传感器。从表2一1可以看出,用一种传感器难以覆盖很宽的温度范围,所以就需要按使用目的选定传感器。
三种典型的温度传感器分别为:热电偶、金属测温电阻、热敏电阻。
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金属热电阻
大多数金属导体的电阻都是随温度而变化的,而且具有正温度系数a,即温度越高,电阻越大,由此而称为“热电阻”。
纯金属的电阻除受温度影响之外,还受杂质含量的影响,这两个因素之间的相互作用比较小,电阻的温度系数很小而且也比较稳定,一般精度为(3000~7000 ) x 10-6/℃。但是因其自身的电阻值很低,要想达到能够实用的电阻值,就需要制成非常细的金属丝或薄膜,若化学性质不稳定的话,还难以利用;此外还希望在晶格结构不变的范围内使用,所以目前,利用金属热电阻作传感器的,主要是Ni与Pt.
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金属热电阻
在金属当中,Pt的熔点较高,化学性质稳定,容易制得高纯度的材料,在很广的温度范围内,电阻大都是按线性变化,所以很久以来,就用铂(Pt)作标准的温度传感器。
利用热电阻测量温度的依据是,将被测温度下的电阻值与参考温度0℃时的电阻值相比,看其变化量有多少,所以0℃的阻值R0十分重要,原材料的纯度和制造工艺对R0都有影响;对测量温度有直接影响的另一个温度系数是电阻温度系数,为便于比较,一般常选用100℃的电阻值与0℃时电阻值的比值来表示。
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金属热电阻
Ф50μm铂丝的电阻值为50一100欧姆,在装车使用时,此部件之外的线束阻值的变动也会影响到温度的测量,即形成温度误差,所以在线束较长的情况下,就利用3线桥式接法以补偿引线形成的电阻。在现代的电控发动机上,采用了热丝式空气流量传感器间接测定空气温度。更新型的,还有将这种细丝制成约200nm的薄膜,即逐渐演变成热膜形传感器。
镍丝电阻的温度系数约为6700 x 10-6/℃,此值还是比较高的,所以镍是制作低温用温度传感器的好材料,以前就报导过:将镍丝绕在骨架上,或将含镍浆料烧成在基片上,制作进气温度传感器及水温传感器;也有制作镍膜传感器的。
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热敏电阻
热敏电阻用陶瓷半导体材料制成,一般说来,这是一种温度系数很高的电阻材料。金属电阻与热力学温度成比例,而陶瓷半导体的电阻与其呈指数关系。热敏电阻可分为正温度系数(PTC)热敏电阻器、负温度系魏NTC)热敏电阻器和临界温度热敏电阻器(CTR)、线性热敏电阻器.
大多数的热敏电阻具有负温度系数,简称为NTC型热敏电阻,其阻值与温度的关系,可用下列公式表述:
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热敏电阻
用曲线表示上述关系,如图2一1所示,温度越高,阻值越低,而且呈明显的非线性关系。
热敏电阻在其本身温度变化1℃时,电阻值的相对变化量,为热敏电阻的温度系数,温度系数用αT表示.
与金属热电阻相比,