Датчики температуры

Датчики температуры

 

Датчики температуры, это элементы электрических цепей автомобиля, изменяющие свое сопротивление в зависимости от температуры окружающей среды. Вот о том, какими бывают датчики температуры в автомобиле, мы и поговорим в этой статье.

 

 

Что измеряют датчики температуры

 

Температура определяется как ненаправлен­ный параметр, характеризующий энергетиче­ское состояние данной среды, которое может зависеть от времени и местоположения.

Т = T(x,y,z,t)

где:

х,у,z пространственные координаты;

t- время;

Т-температура, измеряется по шкале Цельсия или Кельвина.

В случае газообразной и жидкой сред обычно можно измерять температуру во всех точках без каких-либо проблем; в случае с твердыми веществами измерение обычно ограничивается поверхностью. Диапазоны температур в автомобиляхЧаще всего используемые датчики температуры должны иметь непосредственный, тесный контакт с измеряемой средой (контактный термометр), чтобы они могли как можно точнее принимать температуру среды; однако для особых случаев используются бесконтактные датчики температуры, определяющие температуру тела или среды на основании испускаемого ими теплового (инфракрасного) излучения (радиационный пирометр, тепловая камера).

Измерение температуры в различных узлах автомобиля проводится почти ис­ключительно терморезисторами в качестве контактных термометров с положительными (РТС) и отрицательными (NTC) температур­ными коэффициентами. Преобразование изменений сопротивления в аналоговое на­пряжение выполняется, главным образом, с помощью дополнительных температурно-­нейтральных или обратно чувствительных резисторов в качестве делителей напряжения (также улучшающих линейность). Бескон­тактное определение температуры в послед­нее время внедряется в некоторых областях применения в автомобиле, например, для создания оптимального климата (измерение температуры лица водителя) и предотвра­щения запотевания стекол. Внедрение таких измерений стало экономически себя оправ­дывать в результате применения технологий микросистем.

Измерение температуры выполняется в автомобиле для областей применения, сильно различающихся в плане точности и допустимого времени измерения (табл. «Диапазоны температур в автомобилях» ).

Во многих системах и узлах температура кон­тролируется как второстепенный параметр, особенно в тех случаях, когда перепады температуры вызывают неисправность или оказывают нежелательное влияние на работу всей системы.

 

 

Конструктивные особенности датчиков температуры

 

Спеченные керамические резисторы (NTC)

 

Спеченные керамические резисторы (рези­сторы МТС) изготавливаются из оксидов тя­желых металлов и оксидированных смешан­ных кристаллов (спекаются в гранулу или пластинку) и относятся к полупроводниковым материалам с обратно-экспоненциальной температурной характеристикой. Высокая термочувствительность означает, что об­ласти применения ограничены диапазоном около 200 К; однако этот диапазон можно определить в пределах от — 40 °С до при­мерно 850 °С. Более близкие допуски воз­можны только путем считывания, что сказы­вается на стоимости.

Тонкопленочные металлические резисторы (РТС)

 

Тонкопленочные металлические резисторы, объединенные на одной пластине-подложке с двумя дополнительными температурно-­нейтральными подстроечными резисторами, обладают большим сроком службы и высокой точностью, поскольку после изготовления могут «настраиваться» лазерами на нужную характеристику с минимальными допусками. Послойная технология позволяет применять керамику, стекло, пластиковую пленку в каче­стве основного материала и пластик, краску, уплотнительную фольгу, стекло, керамику — в качестве покрытия (рис. Металлопленочный терморезистор» ). Металлические пленки менее чувствительны к изменениям температуры, чем керамико-оксидные полупро­водниковые датчики, однако имеют другие преимущества — линейность характеристики, стабильность результатов, где:

 

Металлопленочный терморезистор

 

 

TC=(R(100°С)-(R(0°С))/(R(0°С)·100K) = a100

Определение среднего температурного коэффициента ТС=а100Металло-пленочные резисторы обычно из­готавливаются и продаются с базовым значе­нием (значением сопротивления при О°С) 100 Ом или 1000 Ом, например, под обозначе­нием Pt 100 или Pt 1000 (рис. «Определение среднего температурного коэффициента ТС=а100» ).

В дополнение к компенсирующим элементам на несущей пластинке можно разместить и другие элементы активных и пассивных це­пей для тонкопленочного датчика. Это упро­щает первоначальную обработку и преобра­зование сигнала в точке измерения.

 

 

 

 

 

Толстопленочные резисторы (РТС и NTC)

 

Температурный коэффициент некоторых материалов датчиковТолстопленочные покрытия с высоким удель­ным сопротивлением (малой площадью по­верхности) и положительными и отрицатель­ными температурными коэффициентами в температурных датчиках используются, главным образом, с целью компенсации. Они имеют нелинейные характеристики (однако, без экстремальной кривизны массивных резисторов NTC) и допускают лазерную под­стройку. Эффективность измерения можно повысить, формируя в материалах NTC и РТС цепи делителей напряжения (табл. «Температурный коэффициент некоторых материалов датчиков» ).

 

 

Монокристаллические кремниевые полупроводниковые резисторы (РТС)

 

При производстве применяются монокри­сталлические полупроводниковые мате­риалы, например, кремний, что позволяет объединить дополнительные активные и пассивные цепи в кристалле датчика. Из-за более плотных допусков, они изготавлива­ются по принципу объемного (распределен­ного) сопротивления. Прежде чем попасть в кремниевый материал, электрический ток протекает через измерительный резистор и поверхностно-точечный контакт. Затем ток, широко распространяясь, поступает на противоэлектрод, закрывающий основание пластинки датчика. Как и хорошо воспроиз­водимые материальные константы, высокая плотность тока после контактной точки (вы­сокая точность достигается путем фотолито­графического изготовления) почти исключи­тельно определяет сопротивление датчика (рис. «Кремниевый полупроводниковый резистор» ).

 

Кремниевый полупроводниковый резистор

 

Чувствительность измерения у такого дат­чика практически в два раза больше, чем у платинового резистора (ТК = 7,73·10-3/К). Однако характеристика менее линейна, чем у металлического датчика. Диапазон изме­рения ограничен внутренней проводимостью материала примерно до +150 °С.

В следующей статье я расскажу о датчиках силы и момента.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *