车用冷却液温度传感器测试系统设计毕业论文(编辑修改稿)

车用冷却液温度传感器测试系统设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

示冷却液温度超过 100℃，但由于没达到 120℃，所以不会留下故障码。 第 1 章 绪论 5 图 14 冷却液温度传感器与电控单元的连接（ b） OBDⅡ系统对组合电器的监控，主要是将提供相关信息或共同信息的传感器的信息进行比较，以便判断具体哪个传感器故障，是短路还是断路等信息。 如将冷却液温度传感器的信息和进气温度传感器的信息或启动后的时间进行比较，就可以得出冷却液温度传感器的信息是否准确，传感器是否有短路还是断路的故障。 所以冷却液温度传感器短路后 OBDⅡ系统会留下故障码。 在 本文设计中，先以学习汽车温度传感器种类和原理及其汽车发动机的温度测试系统为目的，研究了车用温度传感器的发展现状和趋势，并详细了解了集成温度传感器 AD590 的结构、原理和特性。 最后设计汽车发动机冷却液温度测试系统进行传感器温度测试，并检查分析测试结果的可靠性和准确性，得出相应的结论。 6 第 2 章 车用温度传感器感器的种类和原理 汽车上的温度传感器可分为传统模拟的温度传感器和集成温度传感器。 传统的模拟温度传感器，有热电偶、热敏电阻等。 集成温度传感器有 LM391 LM33LM4 AD22103 电压输出型、 AD590电流输出型。 这里分别介绍该类器件的几个典型。 热电偶温度传感器原理及介绍 热电偶是一种感温元件 ,它把温度信号转换成热电动势信号 ,通过电气仪表转换成被测介质的温度。 热电偶测温的基本原理是两种不同成份的均质导体组成闭合回路 ,当两端存在温度梯度时 ,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在Seebeck 电动势 —— 热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。 两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处 于某个恒定的温度下。 根据热电动势与温度的函数关系 ,制成热电偶分度表，分度表是自由端温度在 0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。 在热电偶回路中接入第三种金属材料时 ,只要该材料两个接点的温度相同 ,热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。 因此 ,在热电偶测温时 ,可接入测量仪表 ,测得热电动势后 ,即可知道被测介质的温度。 [7] 由热电偶的基本作用原理知道，一热电偶的测量温度主要决定于热端和冷端温度差所产生的热电势，如此，虽然热端所处的温度保持恒定不变，但由于冷端产生不规则的温度改 变，则所测得的温度值也就成为一原理知道，一热电偶的测量温度主要决定于热端和冷端温度所产生的热电势，如此虽然热端变数，或不能代表被测处的实际温度。 热电偶温度补偿公式如下： E(t， 0)=E(t,0t )+E(0t ， 0)。 其中， E(0t ， 0)是实际测量的电动势， t 代表热端温度， 0t 代表冷端温度， 0 代表 O℃。 在现场温度测量中，由于热电偶冷端温度一般不为 O℃，而是在一定范围内变化着，因此测得的热电势为 E(t， 0t )。 如果要测得真实的被测温度所对应的热电势 E(t， 0)，就必须补偿冷端不是 0℃所需第 2 章 车用温度传感器的种类和原理 7 的补偿电势 E(0t ， 0)，而且，该补偿电势随冷端温度变化 的特性必须与热电偶的热电特性相一致，这样才能获得最佳补偿效果。 热电偶的结构形式：热电偶的基本结构是热电极，绝缘材料和保护管；并与显示仪表、记录仪表或计算机等配套使用。 在现场使用中根据环境，被测介质等多种因素研制成适合各种环境的热电偶。 热电偶简单分为装配式热电偶，铠装式热电偶和特殊形式热电偶；按使用环境细分有耐 高温热电偶，耐磨热电偶，耐腐热电偶，耐高压热电偶，隔爆热电偶，铝液测温用热电偶，循环硫化床用热电偶，水泥回转窑炉用热电偶，阳极焙烧炉用热电偶，高温热风炉用热电偶，汽化炉用热电偶，渗碳炉用热电偶，高温 盐浴炉用热电偶，铜、铁及钢水用热电偶，抗氧化钨铼热电偶，真空炉用热电偶，铂铑热电偶等。 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。 它的主要特点是测量精度高，性能稳定。 其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。 与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。 因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。 目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。 金属热电阻的电阻 值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即 tR =0tR[1+α(t0t )]式中， tR 为温度 t时的阻值。 0tR为温度 0t (通常 0t =0℃ )时对应电阻值。 α为温度系数。 相比较而言，热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高 (通常在数千欧以上 )，但互换性较差，非线性严重，测温范围只有 50至 300℃左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。 金属热电阻一般适用于 200至 500℃范围内的温度测量，其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠，在程控制中的应用极其广泛。 热电阻测 温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。 热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。 热电阻种类： 8 （ 1）精密型热电阻：工业常用热电阻感温元件 (电阻体 )的结构及特点。 从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。 为消除引线电阻的影响同般采用三线制或四线制。 (2)铠装热电阻：铠装热电阻是由感温元件 (电阻体 )、引线、绝缘材料、不锈钢套管 组合而成的坚实体，它的外径一般为φ 2 至φ 8mm，最小可达φ 1mm。 (3)端面热电阻：端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。 它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。 (4)隔爆型热电阻：隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。 隔爆型热电阻可用于 B1a至 B3c 级区内具有爆炸危险场所的温度测量。 工业上常用金属热电阻从电阻随温度的变化来 看，大部分金属导体都有这个性质，但并不是都能用作测温热电阻，作为热电阻的金属材料一般要求：尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大 (在同样灵敏度下减小传感器的尺寸 )、在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系 (最好呈线性关系 )。 目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小。 铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过 150易被氧化。 中国最常用的有 0R =10Ω、 0R =100Ω和 0R =1000Ω等几种，它们的分度号分别为 Pt Pt100、 Pt1000。 铜电阻有 0R =50Ω和 0R =100Ω两种，它们的分度号为 Cu50 和 Cu100。 其中 Pt100 和 Cu50 的应用最为广泛。 热电阻的信号连接方式热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。 工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。 [10] 目前热电阻的引线主要有三种方式 ： 第 2 章 车用温度传感器的种类和原理 9 ○ 1 二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻 R， R的大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合。 ○ 2 三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。 ○ 3 四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流 I，把 R 转换成电压信号 U，再通过另两根引线把U 引至二次仪表。 可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。 热电阻采用三线制接法。 采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。 这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。 热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，其连接导线 (从热电阻到中控室 )也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。 采用三线制，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。 工业上一般都采用三线制接法。 热电偶产生的是毫伏信号，不存在这个问题。 热电阻测温系统的组成： (1)热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。 必 须注意以下两点：①热电阻和显示仪表的分度号必须一致；②为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。 (2)铠装热电阻是由感温元件 (电阻体 )、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ 2~φ 8mm，最小可达φ 1mm。 (3)端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材料绕制，紧贴在温度计端面。 它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。 (4)隔爆型热电阻隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影 电阻体的断路修理必然要改变电阻丝的长短而影响电阻值，为此更换新的电阻体为好，若采用焊接修理，焊后要校验合格后才 10 能使用。 温度传感器原理及介绍 AD590 是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为3~30V，输出电流 223μ A（ 50℃） ~423μ A（ +150℃），灵敏度为 1μ A/℃。 当在电路中串接采样电阻 R时， R 两端的电压可作为喻出电压。 注意 R 的阻值不能取得太大，以保证 AD590两端电压不低于 3V。 AD590输出电流信号传输距离可达到1km 以上。 作为一种高阻电流源，最高可 达 20MΩ，所以它不必考虑选择开关或CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差。 适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。 [12] LM135/235/335系列是美国国家半导体公司（ NS）生产的一种高精度易校正的集成温度传感器，工作特性类似于齐纳稳压管。 该系列器件灵敏度为 10mV/K，具有小于 1Ω的动态阻抗，工作电流范围从 400μ A。