Выбор подходящего термометра для применения требует определения различных условий, которые должны быть соблюдены для правильной работы устройства.
Датчики температуры. Виды и принцип действия, Как выбрать
Датчики температуры необходимы для контроля температуры помещений, жидкостей, твердых тел или расплавленных металлов.
Термопары.
Термопары представляют собой два провода из разных металлов, сваренных вместе. Когда возникает разница температур между горячим и холодным концом, в цепи возникает ток. Значение этого тока зависит от термопары и составляет от 40 до 60 мкВ, в зависимости от материала термопары. Материал термопары может быть разным. Это может быть никель-хром, хром-алюминий, железо-никель, железо-железо и т.д.
Термопары являются очень точными датчиками температуры, но эта точность достаточно проблематична, чтобы отказаться от их использования. Термопары являются датчиками относительной температуры, и уровень напряжения на них зависит от разницы температур между контактами. Холодные соединения имеют комнатную или другую температуру.
Давайте рассмотрим подробнее, как работают термопары. Имеются две термопары и две температуры на горячем и холодном концах. Поэтому ADR зависит от разницы температур. Температура холодного соединения должна быть компенсирована. Метод компенсации материала заключается в использовании второй термопары, расположенной при заданной температуре.
Программный метод компенсации заключается в использовании другого датчика температуры. В этом случае используется датчик абсолютной температуры. Этот датчик помещается в изотермическую камеру вместе с холодным контактом и контролирует температуру с заданной точностью. Термопары трудно считывать.
Во-первых, он является нелинейным. ГОСТ предусмотрительно ввел полиномиальные коэффициенты для преобразования ЭМС в температуру и наоборот. Эти полиномы имеют высокий порядок, но ничто не мешает контроллеру легко их вычислить.
Во-вторых, еще одна проблема заключается в том, что термоэлектрическое напряжение термопар измеряется в единицах или сотнях микровольт. В результате использование широко доступных аналого-цифровых преобразователей привело бы к полному провалу. Использование термопар в конструкции требует малошумящего, многоразрядного, высокоточного аналого-цифрового преобразователя сигнала.
Тепловое сопротивление
Гораздо более простой способ измерения — использование термисторов. Они работают на зависимости между сопротивлением материала и внешней температурой. Металлические термометры сопротивления, особенно платиновые термометры сопротивления, имеют очень высокую точность и линейность. Термометры сопротивления определяются двумя основными свойствами.
Это базовое сопротивление термометра при определенной температуре. В ГОСТе эталонное сопротивление — это сопротивление при температуре 0 градусов Цельсия. ГОСТ рекомендует использовать различные номинальные значения для сопротивления и температурного коэффициента в омах. Это определяется как разница между температурным сопротивлением и 0 градусов Цельсия, деленная на температуру и 0 градусов Цельсия, умноженная на 1 и разделенная на базовое сопротивление. .
Датчик температуры НКР образует материальную ампулу, прикрепленную к индуктивной обмотке, соединенной с цепью осциллятора. Энергия генератора поглощается, когда частота генератора совпадает с частотой НКР. Допуск на измерение температуры составляет -263° C.+. 0,02 и 27 градусов Цельсия.+.0,002 градуса. Преимуществом термометра НКР является его неограниченная стабильность во времени, но недостатком — значительная нелинейность функции преобразования.
Преобразователи объема
Преобразователи объема влияют на расширение и сжатие материалов в результате изменения температуры. Диапазон работы преобразователя зависит от того, насколько стабильны свойства материала. Датчик измеряет температуру в диапазоне от -60 до 400 градусов Цельсия. Допуск измерения составляет 1-5%. Время работы жидкостных преобразователей может зависеть от температур кипения и замерзания. Погрешность измерения жидкостных преобразователей составляет 1-3% в зависимости от температуры среды.
Нижний предел измерения для газовых преобразователей определяется температурой перехода газа в жидкое состояние, а верхний — термическим сопротивлением баллона.
Датчик температуры состоит из двух проводов, изготовленных из разных металлов. Концы этих проволок образуют контактную точку, которая формируется путем скручивания, сварки или создания узкого сварного шва. Эта точка контакта называется горячим соединением.
Датчик температуры двигателя
Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя. Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя Датчик температуры всасываемого воздуха. Существует несколько типов систем управления двигателем, конструкция которых может значительно отличаться. Однако датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя необходим для любой системы управления двигателем. В большинстве систем используется датчик температуры всасываемого воздуха.
Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя (слева) и датчик температуры всасываемого воздуха (справа)
Модуль ЭБУ двигателя управляет температурой охлаждающей жидкости двигателя, оборотами холостого хода и моментом зажигания в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Влияние показаний датчика температуры охлаждающей жидкости на систему управления двигателем очень важно. Например, если вычисленная температура охлаждающей жидкости двигателя блоком управления двигателем не соответствует фактической температуре охлаждающей жидкости двигателя на значительный процент из-за неисправности, двигатель может не остановиться/запуститься. Большинство датчиков температуры всасываемого воздуха по конструкции и принципу действия аналогичны датчикам температуры охлаждающей жидкости. В зависимости от температуры всасываемого воздуха модуль управления двигателем слегка корректирует состав смеси. Влияние датчика температуры всасываемого воздуха на систему управления двигателем особенно заметно в системах, в которых не используется датчик расхода воздуха.
Принцип действия датчиков температуры двигателя
Как и датчики температуры охлаждающей жидкости, большинство датчиков температуры воздуха на впуске двигателя используют термистор с отрицательным температурным коэффициентом — при повышении температуры датчика температуры двигателя его сопротивление уменьшается. Датчик температуры охлаждающей жидкости установлен в потоке охлаждающей жидкости двигателя. При низких температурах охлаждающей жидкости сопротивление датчика температуры охлаждающей жидкости выше (3,52 kQ при +20°C). При более высоких температурах сопротивление ниже (240 Q при +90 °C). Напряжение 5 В подается на датчик температуры двигателя от ЭБУ двигателя через резистор в ЭБУ двигателя с постоянным электрическим сопротивлением. Второй кабель датчика подключен к земле.
Принципиальная схема датчика температуры двигателя с использованием термистора в качестве чувствительного элемента. ECU блок управления двигателем.
- Место подключения зажима «крокодил» для датчика осциллографа.
- Точка подключения датчика осциллографа для осциллограммы выходного напряжения датчика.
- Детектор температуры.
- Выключатель зажигания.
- Аккумулятор.
Датчик температуры двигателя определяет опорное напряжение, поэтому напряжение датчика ниже опорного напряжения. При повышении температуры охлаждающей жидкости (например, при прогреве двигателя) сопротивление датчика уменьшается, и напряжение на обоих концах датчика также уменьшается. ЭБУ двигателя рассчитывает текущую температуру охлаждающей жидкости двигателя на основе этого напряжения.
Характеристика датчика температуры охлаждающей жидкости.
| Температура, °C | Сопротивление, Q ± 2%. |
| -40 | 100700 |
| -30 | 52700 |
| -20 | 28,680 |
| -15 | 21450 |
| -10 | 16180 |
| -4 | 12300 |
| 9,420 | |
| +5 | 7 280 |
| +10 | 5,670 |
| +15 | 4450 |
| +20 | 3 520 |
| +25 | 2 800 |
| +30 | 2 240 |
| +40 | 1 460 |
| +45 | 1 190 |
| +50 | 970 |
| +60 | 670 |
| +70 | 470 |
| +80 | 330 |
| +90 | 240 |
| +100 | 180 |
| +130 | 70 |
Наиболее распространенной неисправностью термостатических датчиков температуры двигателя как чувствительных элементов является несоответствие между электрическим сопротивлением и температурой корпуса. В большинстве случаев неисправности проявляются внезапным увеличением электрического сопротивления датчика в очень узком диапазоне температур (или различных температурных диапазонах) корпуса датчика, но реже — разрывом чувствительного элемента. Как только температура корпуса датчика входит в этот диапазон, сопротивление датчика быстро увеличивается, и напряжение датчика возрастает. В результате значение температуры, рассчитанное блоком управления на основе увеличенного напряжения датчика, будет ниже фактического напряжения датчика. Если температура охлаждающей жидкости двигателя, рассчитанная блоком управления двигателем, значительно ниже фактической температуры, блок управления значительно увеличит количество топлива, и двигатель может остановиться из-за переобогащения воздушной смеси. Запуск двигателя невозможен. В некоторых случаях может потребоваться замена свечей зажигания. Неисправный датчик температуры двигателя может быть обнаружен при индикации с помощью измерителя сопротивления путем сравнения измеренного сопротивления датчика температуры двигателя со значением на панели для данной температуры.
Если необходимо проверить датчик температуры, выходное напряжение датчика следует контролировать с помощью осциллографа во всем диапазоне рабочих температур. При проверке датчика температуры записывайте и отображайте осциллограмму выходного напряжения датчика до полного охлаждения двигателя, до прогрева двигателя, до запуска вентилятора охлаждения двигателя (или до остановки двигателя из-за отказа двигателя). (Во время диагностики).
Форма напряжения неисправного датчика температуры охлаждающей жидкости. Прогрев холодного двигателя на холостом ходу. По мере прогрева двигателя напряжение на обоих концах датчика снижается плавно, без рывков и перебоев.
Заземление в корпусе уменьшает инерцию термопары, увеличивает скорость работы датчика и повышает точность измерений в реальном времени.
Промышленные термодатчики и сенсоры
Помимо стандартных бытовых термодатчиков, существуют также промышленные термодатчики, которые используются только в специальных приложениях. Их распространение ориентировано на определенные группы людей из-за их чрезмерной функциональности, которая требуется только в производственных средах. Некоторые из них могут работать в различных нетрадиционных средах и суровых условиях. Выбор подходящего типа осуществляется так же, как и для домашних датчиков.
Применение
Стоит понимать, что каждый тип датчика предназначен для использования в определенной среде. Почти во всех областях производства и жизни необходимо знать температуру. Поэтому для абсолютных измерений следует использовать термисторы, для сбора показаний в помещении — шумовые датчики, а для получения наиболее точных данных — цифровые датчики.
Мир температурных датчиков охватывает все сферы жизни, где необходимо измерять показатели. Это может быть комната, жидкость или предмет совершенно другого оттенка. Некоторые комнаты очень влажные, а другие недоступны. Подобные аналогии можно провести с жидкостями и предметами. При выборе подходящего термометра следует обратить внимание на тонкие различия в условиях измерения.
