Датчик для измерения температуры двигателя

Цифровой датчик температуры двигателя

Как известно, температура охлаждающей жидкости, а также давление и температура моторного масла являются важными показателями, которые позволяют водителю контролировать работу и следить за состоянием ДВС.

Если говорить о моторном масле, такие решения больше нужны для форсированных моторов, которые работают в режимах больших нагрузок (постоянная езда на высоких оборотах, турбонаддув на изначально атмосферном двигателе и т.д.).

Также некоторые модели прямо с завода и вовсе лишены указателя температуры двигателя на приборной панели. В подобных случаях (когда указателя нет или он показывает только усредненные значения) водители обычно устанавливают сторонний датчик температуры двигателя (цифровой аналог дает более точные данные сравнительно со штатным решением). Давайте рассмотрим это устройство более подробно.

Индикатор температуры двигателя: особенности

Начнем с распространенной ситуации. Допустим, в автомобиле имеется штатный стрелочный указатель температуры, однако на таких приборах шкала зачастую может не иметь калибровок, а стрелка рабочей температуры двигателя в среднем положении отображает реальную картину только условно.

При этом в процессе эксплуатации водитель замечает, что если середина на шкале является нормой, то в различных ситуациях стрелка может заметно подниматься и выше (например, в пробках). Казалось бы, происходит перегрев мотора.

Естественно, движение на автомобиле сразу прекращается, владелец спешит заглушить двигатель и открыть капот. Однако при осмотре агрегата следов утечки ОЖ нет. Далее производится повторный запуск и выясняется, что вентилятор радиатора даже не включается, хотя устройство работоспособно.

При ощупывании верхний патрубок радиатора имеет приемлемую температуру, нигде не «давит» антифриз, нижний патрубок может быть и вовсе холодным и т.д. Дальнейшая проверка уровня ОЖ и состояния самого тосола/антифриза также показывает, что жидкость системы охлаждения в норме, нормально работает внутрисалонный отопитель (печка), в системе нет воздушных пробок, помпа также исправна.

Если учесть, что с вентилятором и системой охлаждения все в порядке, тогда описанные выше признаки указывают на большую погрешность или проблемы именно с указателем температуры двигателя. Вполне очевидно, что в подобной ситуации становится сложно понять, когда мотор выходит на рабочие температуры, перегревается ли ДВС, сколько необходимо прогревать двигатель перед поездкой и т.д.

На начальном этапе многие водители начинают искать причину. Некоторые сразу:

• промывают систему охлаждения
• меняют ОЖ и термостат
• проверяются штатные температурные датчики на двигателе и в приборной панели;
• прозванивается проводка и т.д.

В одних случаях проблему удается решить, тогда как в других добиться корректной работы штатного указателя температуры все равно не удается. Дело в том, что нередко виновником являются управляющие электронные модули, дающие определенный сбой.

Отметим, что на разных типах ДВС особенности монтажа могут несколько отличаться.

1. Запитывается устройство обычно от замка зажигания.
2. Цифровая панель устанавливается в удобном месте в салоне автомобиля.
3. Что касается самого датчика, для точных показаний его необходимо погружать в охлаждающую жидкость.

Другими словами, устройство нужно вкрутить в блок или врезать в патрубок. Чтобы это сделать, одни водители заменяют штатный датчик температуры, попросту вкручивая вместо него новый. Однако на автомобилях с ЭБУ по ряду причин так делать нельзя.

Дело в том, что контроллер получает показания о температуре ОЖ. В этом случае нужно отдельно реализовывать монтаж датчика цифрового индикатора, так как убирать стандартный температурный датчик из системы настоятельно не рекомендуется.

Подведем итоги

Теперь несколько слов о практической эксплуатации. Если датчик установлен правильно, тогда погрешность его показаний будет минимальной (не более 1 градуса по Цельсию). Наличие данного устройства в автомобиле позволяет постоянно следить за температурой двигателя и ОЖ.

При этом стоит отметить, что по индикатору можно также проверять работу термостата и заявленную температуру термостатирования. Если просто, например, термостат должен открываться при температуре 85 градусов.

Напоследок отметим, что наиболее ответственным моментом при установке можно считать монтаж самого датчика на двигателе. Устройство обязательно должно быть герметичным. Также повышенные требования выдвигаются и к надежности его крепления. Важно избежать даже малейших утечек антифриза из системы охлаждения, которые могут происходить именно в месте установки цифрового датчика температуры мотора.

Устройство, принцип работы и расположение датчика температуры двигателя. Отличительные особенности различных по типу температурных датчиков ДВС.

Основные признаки, по которым можно самому определить проблемы с датчиком положения коленчатого вала ДПКВ. Причины сбоев, поломок, самостоятельная проверка.

Устройство датчика положения (датчик на основе эффекта Холла). Конструктивные особенности, назначение и принцип работы. Как самому проверить датчик на авто.

Назначение и особенности работы ДПРВ (датчик положения распредвала) на бензиновом и дизельном двигателе. Проверка и замена датчика своими руками.

Датчики расхода воздуха: объемный и массовый воздухорасходомер. Устройство и принцип работы ДМРВ, замер количества поступающего в ДВС воздуха по его массе.

Устройство, назначение и принцип работы датчика положения дроссельной заслонки. Виды ДПДЗ, распрстраненные неисправности и спсобы проверки датчика.

Датчики температуры. Виды и принцип действия, Как выбрать

Датчики температуры нужны для того, чтобы проконтролировать температуру в помещении, жидкости, твердого объекта или расплавленного металла.

Виды и принцип действия

Основой действия температурных датчиков в автоматизированном управлении является изменение температуры в электрический сигнал. Это обуславливает преимущества электрических измерений: результаты легко передавать по сети, скорость передачи может быть достаточно высокой. Величины могут преобразовываться друг в друга и обратно. Цифровой код создает повышенную точность замера, скорость и чувствительность.

Термопары

Термопара представляет собой две проволоки из разных металлов, спаянных между собой. При разности температур между горячим и холодным концом в цепи возникает электрический ток. Величина этого электрического тока зависит от термоэлектрической силы термопары, составляет от 40 до 60 мкВ, в зависимости от материала термопары. Материал термопары может быть разным. Это могут быть никель-хромовые, хромо-алюминиевые, железо-никелевые, железо-константановые и т.д.

Термопара является высокоточным датчиком температуры, однако эту точность достаточно проблематично снять. Термопара является относительным датчиком температуры, уровень ее напряжения имеет зависимость от температурной разности между спаями. При этом холодный спай находится при комнатной температуре или при какой-либо другой.

Рассмотрим работу термопары ближе. Есть две термопары и две температуры горячего и холодного конца. Соответственно ЭДС зависит от разности температур. Температуру холодного спая необходимо компенсировать. Аппаратным способом компенсации является использование второй термопары, которая помещена в заранее известную температуру.

Программным способом компенсации является использование другого датчика температуры, на этот раз абсолютного, который помещается в изотермическую камеру вместе с холодными спаями и контролирует их температуру с заданной точностью. Имеются трудности снятия данных с термопары.

Во-первых , она нелинейная. В ГОСТе заботливо введены коэффициенты полинома для перевода ЭДС в температуру и обратно. Эти полиномы большого порядка, но ничто не запрещает спокойно их посчитать силами контроллера.

Во-вторых , другая проблема заключается в том, что термо-ЭДС термопары измеряется в единицах и сотнях микровольт. Соответственно, использование широко доступных аналогоцифровых преобразователей приведет к полному провалу. Нужны прецизионные многоразрядные малошумящие аналогоцифровые преобразователи для того, чтобы использовать термопару в своих конструкциях.

Терморезисторы

Гораздо более простым способом измерения стало применение терморезисторов. Они работают на зависимости сопротивления материалов от внешней температуры. Металлические термометры сопротивления, в частности платиновые обладают очень высокой точностью и линейностью. Термометры сопротивления определяются двумя основными характеристиками.

Это базовое сопротивление термометра при определенной температуре. В ГОСТе базовым сопротивлением считается сопротивление при 0 градусах по Цельсию. ГОСТ рекомендует использование нескольких номиналов сопротивлений в Омах и температурный коэффициент, который определяется как разность сопротивлений нашей температуры и при 0 градусов, деленной на нашу температуру и t нуля градусов, умноженную на единицу, деленную на базовое сопротивление.

Т_кс = (R_e – R_0c) / (T_e – T_0c) *1/R_0c

В ГОСТе на терморезисторы вы найдете температурный коэффициент для различных термометров из платины, меди и никеля. Кроме того, там присутствуют коэффициенты полинома для расчета температуры из текущего сопротивления резистора. Одной из проблем термометров сопротивления является очень низкий температурный коэффициент сопротивления. Однако, измерять сопротивление с высокой точностью гораздо проще, чем очень малые значения напряжения в отличие от термопар.

Одним из способов измерения сопротивления является включение нашего термосопротивления в цепь источника тока и измерение дифференциального напряжения. Использование полупроводников даст нам температурный коэффициент доли единицы процента, их гораздо проще измерять с помощью аналогоцифровых преобразователей. Есть интегральные микросхемы датчиков температуры, аналоговый выход которых уже соответствует питаемому напряжению. Такие датчики температуры можно напрямую подключать к аналогоцифровому преобразователю и спокойно оцифровывать его с помощью восьми- или десятибитного АЦП.

Комбинированный датчик

Помимо интегральных схем с выходом, существуют датчики с цифровым интерфейсом. Одним из популярных датчиков является комбинированный датчик температуры и влажности серии SHT1. Этот датчик позволяет измерять температуру с точностью + 2 градуса и влажность с точностью + 5 градусов. Главной проблемой данного датчика температуры является то, что там решили оптимизировать интерфейс. Он позволяет подключать параллельные устройства.

Цифровой датчик

Цифровой датчик температуры DS18B20, который представляет собой трехвыводную микросхему, позволяет с высокой точностью до 0,5 градуса получать температуру с множеством параллельно работающих датчиков. В этом датчике широкий интервал температур от -55 до +125 градусов. Основной его недостаток – медлительность. Вычисления с максимальной точностью он делает за 750 мс. Ввиду инерционности корпуса датчика температуры опрашивать его нет никакого смысла.

Бесконтактные датчики (пирометры)

В этом датчике имеется специальная тонкая пленка, поглощающая инфракрасные излучения, тем самым нагревающаяся. Такие бесконтактные термосенсоры используются в тепловизорах. Там имеется не один тепловой датчик, а матрица. Они позволяют на расстоянии до 3 метров детектировать тепловой объект.

Кварцевые преобразователи температуры

Для того, чтобы измерить температуру в интервале -80 +250 градусов применяют кварцевые преобразователи. Они работают на частотной зависимости кварца от температуры. Действие датчиков происходит на частотной зависимости. Функция преобразователя меняется от расположения среза по осям кристалла.

Кварцевые датчики работают с высокой чувствительностью, разрешением, стабильностью. Эти свойства делают их перспективными в использовании. Они получили большое распространение в цифровых термометрах.

Шумовые датчики температуры

Работа шумовых датчиков заключается на зависимости шумовой разности потенциалов на резисторе от температуры. Практически реализовать способ измерения температуры шумовыми датчиками можно, сделав сравнение шумов 2-х одинаковых резисторов, один находится при определенной температуре, 2-й при измеряемой температуре. Шумовые датчики температуры применяются для температурного интервала -270 -1100 градусов.

Преимуществом шумовых датчиков стала возможность измерения температуры в термодинамике на вышеописанной закономерности. Но это осложнено трудным измерением напряжения шума, так как оно мало и сравнимо с шумом усилителя.

Датчики температуры ЯКР (ядерного квадрупольного резонанса)

Термометры ЯКР работают за счет действия градиента поля тока решетки кристалла и момента ядра, которое вызвано отклонением заряда от симметрии сферы. Это создает процессию ядер. Частота имеет зависимость от градиента поля решетки. Для разных веществ имеет величину до тысяч МГц. Градиент зависит от температуры, с ее возрастанием частота ЯКР уменьшается.

Датчики температуры ЯКР образуют ампулу с веществом, помещенную в обмотку индуктивности, которая соединена с контуром генератора. Когда частота генератора совпадает с частотой ЯКР, то энергия генератора поглощается. Допуск замера температуры -263 градуса равен + 0,02 градуса, а температуры 27 градусов +0,002 градуса. Преимуществом термометров ЯКР становится стабильность, неограниченная по времени, недостатком является значительная нелинейность преобразующей функции.

Объемные преобразователи

Объемные датчики действуют на расширении и сжатии веществ при изменении температуры. Диапазон действия преобразователей определяется, насколько стабильны свойства материалов. Датчиками делают измерения температуры в интервале -60 -400 градусов. Допуск измерения составляет от 1 до 5%. Интервал работы датчика с жидкостью может зависеть от температуры закипания и замерзания. Погрешности измерения датчиков на жидкости от 1 до 3%, определяются температурой среды.

Нижняя граница измерения преобразователей на газе определяется температурой перехода газа в жидкое состояние, верхняя граница – стойкостью баллона к воздействию температуры.

Датчики температуры

Температурные датчики одни из самых важных атрибутов измерительной системы управления. Датчики температуры необходимы для контроля множества жизненно важных и критичных процессов.

Области применения датчиков температуры

контролируемая среда: сточные воды

Применяются датчики температуры практически везде. Любая сфера или производство, где температура объекта влияет на качество работы и итоговой продукции, требует пристального температурного контроля. Например:

• Нефтегазовая, топливная индустрия, энергетика
• Химия, строительство, образование
• Металлургическая промышленность (литейное, прокатное производство, производство металлических изделий, металлообработка)
• Транспортная индустрия, автомобили, спецтехника
• Пищевая промышленность, фармацевтика
• Машиностроение
• Сельское хозяйство (зерно, комбикорма)

Назначение датчиков температуры

Датчиков температуры существует множество типов, каждый из которых характеризуется своими особенностями и предназначением. Но главной задачей остается:

• Измерение температур требуемых объектов с необходимыми точностью, быстродействием и передача информационного либо управляющего сигнала далее в систему
• Реализация обратных связей в АСУТП, предупреждение выхода из строя оборудования
• Отдельные приборы могут служить источниками энергии (основанные на термопарах)

Виды датчиков температуры

Температурные датчики представлены широким разнообразием приборов, каждый из которых адаптирован к той или иной сфере деятельности. Ниже дано краткое описание, а более полно с ними можно ознакомиться на соответствующих страницах.

Важный момент: датчики делятся на первичные преобразователи и реализованные на их основе сложные электронные устройства с адаптацией к тому или иному эксплуатационному профилю. Вторые имеют стандартизированные выходные сигналы и легко встраиваются в промышленные АСУ.

Термосопротивления. Первичный преобразователь. Основаны на изменении электрического сопротивления материалов под воздействием температуры.

Термопары. Первичный преобразователь. Использует эффект возникновения термо-ЭДС в зависимости от разности температур «холодного» и «горячего» спаев.

Преобразователи температуры и влажности (датчики температуры воздуха). Электронные приборы с аналоговыми/цифровыми выходами (+ дисплей), сочетающие в себе функции датчика влажности и температуры. Лучшее применение находят в системах вентиляции и кондиционирования, в помещениях разных типов.

Многоточечные преобразователи температуры. Предназначены для температурного контроля по всему объему в больших резервуарах. Лучшее применение находят в пищевой промышленности и с/х, где используются в силосах с зерном и подобным продуктом.

Бесконтактные датчики температуры. Используются с удаленными/труднодоступными объектами в широком диапазоне t °C, в опасных для человека условиях. К ним также относятся:

• Датчики горячего металла. Разновидность бесконтактных датчиков для соответствующих отраслей производства.
• Дистанционные датчики температуры.
• Инфракрасные датчики температуры.

Датчики температуры с аналоговым выходом. Обширный класс приборов, объединяемых способом передачи информации. Включает в себя, например, гигиеничные датчики TER8 и общепромышленные датчики серий Кл и DIN.

Датчик температуры: контроль температурного режима двигателя

В каждом автомобиле есть простой, но важный датчик, помогающий контролировать работу двигателя — датчик температуры охлаждающей жидкости. О том, что такое датчик температуры, какую он имеет конструкцию, на каких принципах основана его работа, и какое место он занимает в автомобиле — читайте в статье.

Что такое датчик температуры

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ) — электронный датчик, предназначенный для измерения температуры охлаждающей жидкости (ОЖ) системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Данные, полученные с помощью датчика, используются для решения нескольких задач:

• Визуальный контроль температуры силового агрегата — данные с датчика выводятся на соответствующий прибор (термометр) на приборной панели в салоне автомобиля;
• Корректировка работы различных систем двигателя (питания, зажигания, охлаждения, рециркуляции отработанных газов и других) в соответствии с его текущим температурным режимом — информация с ДТОЖ подаются на электронный блок управления (ЭБУ), который вносит соответствующие корректировки.

Датчики температуры ОЖ используются во всех современных автомобилях, они имеют принципиально одинаковую конструкцию и принцип работы.

Типы и конструкция датчиков температуры

В современных транспортных средствах (а также и в различных электронных устройствах) используются датчики температуры, чувствительным элементом в которых выступает терморезистор (или термистор). Терморезистор (термистор) — полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого зависит от его температуры. Существуют термисторы с отрицательным и положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), у приборов с отрицательным ТКС сопротивление падает с ростом температуры, у приборов с положительным ТКС — напротив, повышается. Сегодня чаще всего применяются термисторы с отрицательным ТКС, как более удобные и дешевые.

Конструктивно все автомобильные ДТОЖ принципиально одинаковы. Основу конструкции составляет металлический корпус (баллон) из латуни, бронзы или иного коррозионностойкого металла. Корпус выполнен таким образом, что его часть контактирует с потоком охлаждающей жидкости — здесь располагается термистор, который дополнительно может прижиматься пружиной (для более надежного контакта с корпусом). В верхней части корпуса располагается контакт (или контакты) для включения датчика в соответствующую цепь электросистемы транспортного средства. На корпусе также нарезана резьба и выполнен шестигранник под ключ для монтажа датчика в систему охлаждения двигателя.

Датчики температуры отличаются способом подключения к ЭБУ:

• Со стандартным электрическим разъемом — на датчике выполнен пластиковый разъем (или колодка) с контактами;
• С винтовым контактом — на датчике выполнен один контакт с зажимным винтом;
• Со штыревым контактом — на датчике предусмотрен один контакт в виде штыря или лопатки.

Датчики второго и третьего вида имею только один контакт, в роли второго контакта выступает корпус датчика, соединенный с «массой» электросистемы автомобиля через двигатель. Такие датчики чаще всего используются на коммерческих и грузовых автомобилях, на специальной, сельскохозяйственной и иной технике.

Датчик температуры ОЖ монтируется в самой горячей точке системы охлаждения мотора — в выпускном патрубке головки блока цилиндров. На современных автомобилях часто устанавливается сразу два или даже три ДТОЖ, каждый из которых выполняет свою функцию:

• Датчик термометра (указателя температуры ОЖ) — наиболее простой, имеет невысокую точность, так как он помогает лишь визуально оценить температуру силового агрегата;
• Датчик ЭБУ на выходе из головки блока — наиболее ответственный и точный датчик (с погрешностью 1-2,5°C), позволяющий отслеживать изменения температуры в несколько градусов;
• Датчик на выходе из радиатора — вспомогательный датчик невысокой точности, обеспечивающий своевременное включение и отключение электрического вентилятора охлаждения радиатора.

Несколько датчиков дают больше информации о текущем температурном режиме силового агрегата и позволяют надежнее контролировать его работу.

Принцип работы и место датчика температуры в транспортном средстве

В общем случае принцип работы датчика температуры прост. На датчик подается постоянное напряжение (обычно 5 или 9 В), на термисторе в соответствии с законом Ома (за счет его сопротивления) напряжение падает. Изменение температуры влечет за собой изменение сопротивления термистора (при росте температуры — сопротивление снижается, при понижении температуры — повышается), а значит, и падение напряжения в цепи датчика. Измеряемая величина падения напряжения (а точнее — фактическое напряжение в цепи датчика) как раз и используется термометром или ЭБУ для определения текущей температуры двигателя.

Для визуального контроля температуры силового агрегата в цепь датчика подключается специальный электрический прибор — логометрический термометр. В приборе используется две или три электрических обмотки, между которыми расположен подвижный якорь со стрелкой. Одна или две обмотки создают постоянное магнитное поле, а одна обмотка включена в цепь датчика температуры, поэтому ее магнитное поле изменяется в зависимости от температуры ОЖ. В результате взаимодействия постоянных и переменных магнитных полей в обмотках заставляет якорь проворачиваться вокруг оси, что влечет за собой изменение положение стрелки термометра на его циферблате.

Для контроля функционирования мотора на различных режимах и управления его системами показания датчика подаются на электронный блок управления через соответствующий контроллер. Измерение температуры производится по величине падения напряжения в цепи датчика, для этого в памяти ЭБУ присутствуют таблицы соответствия величины напряжения в цепи датчика и температуры двигателя. На основе этих данных в ЭБУ запускаются различные алгоритмы работы основных систем двигателя.

На основе показаний ДТОЖ осуществляется корректировка работы системы зажигания (изменение угла опережения зажигания), питания (изменение состава топливно-воздушной смеси, ее обеднение или обогащение, управление дроссельным узлом), рециркуляции отработавших газов и других. Также ЭБУ в соответствие с температурой двигателя устанавливает частоту вращения коленвала и другие характеристики.

Датчик температуры на радиаторе охлаждения работает аналогичным образом, с его помощью осуществляется управление электровентилятором. На некоторых автомобилях этот датчик может работать в паре с основным для более точного управления различными системами двигателя.

Датчик температуры играет важную роль в любом транспортном средстве с ДВС, в случае поломки его необходимо как можно скорее заменить — только в этом случае будет обеспечена нормальная работа силового агрегата на любых режимах.