Устройство датчика температуры: Устройство, принцип действия, диагностика датчиков температуры – типы, принцип работы, диапазон температур

Содержание

ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ

   В этой статье мы обсудим различные типы датчиков температуры и возможность их использования в каждом конкретном случае. Температура — это физический параметр, который измеряется в градусах. Она является важнейшей частью любого измерительного процесса. К областям требующим точных измерений температуры относится медицина, биологические исследования, электроника, исследования различных материалов, и тепловых характеристик электротехнической продукции. Устройство, используемое для измерения количества тепловой энергии, позволяющее  нам обнаружить физические изменения температуры известно как датчик температуры. Они бывают цифровые и аналоговые.

Основные типы датчиков

   В целом, существует два методы получения данных:

   1. Контактный. Контактные датчики температуры находятся в физическом контакте с объектом или веществом. Они могут быть использованы для измерения температуры твердых тел, жидкостей или газов.

   2. Бесконтактный

. Бесконтактные датчики температуры производят обнаружение температуры, перехватывая часть инфракрасной энергии, излучаемой объектом или веществом и чувствуя его интенсивность. Они могут быть использованы для измерения температуры только в твердых телах и жидкостях. Измерять температуру газов они не в состоянии из-за их бесцветности (прозрачности).

Типы датчиков температуры

   Есть много различных типов датчиков температуры. От простых контролирующих процесс вкл/выкл термостатического устройства, до сложных контролирующих системы  водоснабжения, с функцией её нагрева применяемых в процессах выращивания растений. Два основных типа датчиков, контактные  и бесконтактные далее подразделяются на резистивные, датчики напряжения и электромеханические датчики. Три наиболее часто используемых датчика температуры это:

  • Термисторы
  • Термопреобразователи сопротивления
  • Термопары

   Эти датчики температуры отличаются друг от друга с точки зрения эксплуатационных параметров.

Термистор

   Термистор — это чувствительный резистор, изменяющий свое физическое сопротивление с изменением температуры. Как правило, термисторы изготавливаются из керамического полупроводникового материала, такого как кобальт, марганец или оксид никеля и покрываются  стеклом. Они представляют собой небольшие плоские герметичные диски, которые сравнительно быстрое реагируют на любые изменения температуры.

   За счет полупроводниковых свойств материала, термисторы имеют отрицательный температурный коэффициент (NTC), т.е. сопротивление уменьшается с увеличением температуры. Однако, есть также термисторы, с положительным температурным коэффициентом (ПТК), их сопротивление возрастает с увеличением температуры.

График работы термистора

Преимущества термисторов

  • Большая скорость реагирования на изменения температуры, точность.
  • Низкая стоимость.
  • Более высокое сопротивление в диапазоне от 2,000 до 10,000 ом.
  • Гораздо более высокая чувствительность (~200 ом/°C) в пределах ограниченного диапазона температур до 300°C.

Зависимости сопротивления от температуры

   Зависимость сопротивления от температуры выражается следующим уравнением:

   где A, B, C — это константы (предоставляются условиями расчёта), — сопротивление в Омах, — температура в Кельвинах. Вы можете легко рассчитать  изменение температуры от изменения сопротивления или наоборот.

Как использовать термистор?

   Термисторы оцениваются по их резистивному  значению при комнатной температуре (25°C). Термистор-это пассивное резистивное  устройство, поэтому оно требует производства контроля текущего выходного напряжения. Как правило, они соединены последовательно с подходящими стабилизаторами, образующими делитель напряжения сети.

   Пример: рассмотрим термистор с сопротивлением значение 2.2K при 25°C и 50 Ом при 80°C. Термистор подключен последовательно с 1 ком резистором через 5 В питание.

   Следовательно, его выходное напряжение может быть рассчитано следующим образом:

   При 25°C, RNTC = 2200 Ом;

   При 80°C, RNTC = 50 Ом;

   Однако, важно отметить, что при комнатной температуре стандартные значения сопротивлений различны для различных термисторов, так как они являются нелинейными. Термистор имеет экспоненциальное изменение температуры, а следовательно-бета постоянную, которую используют, чтобы вычислить его сопротивление для заданной температуры. Выходное напряжение на резисторе и температура  линейно связаны.

Резистивные датчики температуры

   Температурно-резистивные датчики (термопреобразователи сопротивления) изготовлены из редких металлов, например платины, чье электрическое сопротивление изменяется от соответственно изменению температуры.

   Резистивный детектор температуры имеет положительный температурный коэффициент  и в отличие от термисторов, обеспечивает высокую точность измерения температуры.  Однако, у них слабая чувствительность. Pt100 являются наиболее широко доступным датчиком со стандартным значение сопротивления 100 Ом при 0°C. Основным недостатком является высокая стоимость.

Преимущества таких датчиков

  • Широкий  диапазон  температур от -200 до 650°C
  • Обеспечивают высокий выход по току падения
  • Более линейны по сравнению с термопарами  и термосопротивлениями

Термопары

   Наиболее часто используются датчики температуры-термопары, потому что они точны, работают в широком диапазоне температур от -200°C до 2000°C, и стоят сравнительно недорого. Термопара с проводом и штепсельной вилкой на фото далее:

Работа термопар

   Термопара изготовляется из двух разнородных металлов, сваренных вместе, что даёт эффект разности потенциалов от температуры. От разницы температур между двумя спаями, образуется напряжение, которое используется для измерения температуры. Разность напряжений между двумя спаями называется “эффект Зеебека”.

   Если оба соединения имеют одинаковую температуру, потенциал различия  в разных соединениях равен нулю, т.е. V1 = V2. Однако, если спаи имеют разную температуру,  выходное напряжение относительно разности температур между двумя спаями будет равно их разности V1 — V2.

Типы термопар

   В зависимости от конструкции и назначения различают термопары погружаемые и поверхностные; с обыкновенной, взрывобезопасной, влагонепроницаемой или иной оболочкой (герметичной или негерметичной), а также без оболочки; обыкновенные, виброустойчивые и ударопрочные; стационарные и переносные и другие.

🥇 Работа датчика охлаждения | Территория авто

Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя (ДТОЖ) представляет собой датчик температуры в двигателе автомобиля, который по определяет и измеряет температуру двигателя. Информация, полученная от датчика температуры охлаждающей жидкости, затем используется для регулирования температуры двигателя автомобиля.

Содержание статьи

Принцип работы датчика таков. Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ), часто располагается рядом с термостатом двигателя транспортного средства таким образом, что он может работать на оптимальном уровне. Наконечник датчика температуры охлаждающей жидкости обычно расположен вблизи охлаждающей жидкости двигателя.

Этот датчик температуры работает путем измерения температуры, которую испускает термостат или охлаждающая жидкость. Температура, которую считывает датчик, затем отправляется на бортовой компьютер или систему управления двигателем в качестве сигнала. Затем система управления двигателем использует информацию, полученную от датчика температуры охлаждающей жидкости, для работы или регулировки некоторых функций двигателя, чтобы он работал на своем оптимальном уровне.

Помимо регулирования температуры двигателя путем включения и выключения охлаждающего вентилятора, информация, полученная от датчика температуры, также используется для определения того, нуждается ли двигатель в более богатой топливной смеси, чтобы игнорировать сигнал обратной связи по обогащению / обеднению датчика кислорода, чтобы открыть рециркуляцию отработавших газов или ограничить продвижение искры во время выброса.

датчик температуры охлаждающей жидкости

Проверка датчика температуры охлаждающей жидкости

Обычный тест проводится для того, чтобы проверить, работает ли температура охлаждающей жидкости точно. Для диагностики зажигание выключается, а разъем датчика температуры охлаждающей жидкости отсоединяется. Омметр (электрический прибор для измерения электрического сопротивления) подключен к клемме датчика.

Датчик также может быть полностью снят с двигателя и погружен вместе с термометром в наполненный водой контейнер. При нагреве воды в контейнере датчик будет демонстрировать особое сопротивление изменению температуры. Рекомендуется заменить датчик, если он не демонстрирует определенного сопротивления изменяющимся температурам.

Другой подход к измерению датчика температуры охлаждающей жидкости состоит в том, чтобы снять крышку радиатора (часть системы охлаждения автомобиля) и вставить термометр в радиатор с последующим запуском двигателя. При работе двигателя охлаждающая жидкость начинает нагреваться, и, как только температура достигает 97 ° C, вентилятор начинает работать. Если вентилятор по-прежнему не включается, датчик требует полной проверки. Для того чтобы проверить датчик:

  • охлаждающая жидкость сливается из двигателя,
  • снимается катушка зажигания,
  • электрический разъем отсоединяется от датчика, а затем датчик погружается вместе с термометром в емкость (подключенную к омметру) для измерения электрического сопротивления этого датчика при различных уровнях температуры (как обсуждалось ранее).

Измерение изменения сопротивления является одним из методов определения специфичности датчика температуры охлаждающей жидкости. Также возможно измерить падение напряжения на клеммах датчика во время работы двигателя.

Что делать, когда датчик температуры не работает

Как и с любым другим компонентом вашего автомобиля, датчик со временем может выйти из строя. Это может вызвать ряд проблем, в том числе перегрев двигателя.

Если вы знаете, где находится датчик двигателя и как он выглядит, вы можете провести визуальный осмотр, чтобы определить, нет ли на нем трещин. Хотя эта визуальная проверка может быть полезной, она не поможет вам диагностировать каждую возможную проблему, поскольку некоторые неисправности датчика могут быть без визуального подтверждения.

Вообще говоря, если ваш датчик не работает, он отправит сигнал на компьютер и загорится индикатор «Check Engine». Если вы видите, что загорелся знак «Проверка двигателя», лучше немедленно связаться с службой технического обслуживания автомобиля.

Замена датчика температуры охлаждающей жидкости

Датчик температуры охлаждающей жидкости может со временем стареть и портиться, поэтому важно знать, как заменить неисправный датчик температуры. Замена CTS часто рекомендуется при восстановлении двигателя и при его повреждении.

Двигатель должен остыть, прежде чем заменить датчик. Охлаждающая жидкость в системе охлаждения должна быть слита перед заменой датчика температуры охлаждающей жидкости. Однако не сливайте радиатор. Достаточно слить только немного охлаждающей жидкости. Откройте клапан, чтобы слить антифриз.

После слива охлаждающей жидкости замените старый датчик новым датчиком температуры охлаждающей жидкости. Важно помнить, чтобы заполнить радиатор охлаждающей жидкостью.

Более детально можете посмотреть в видео:

Где находится датчик температуры

Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя расположен в основном в проходе охлаждающей жидкости двигателя с жидкостным охлаждением; обычно рядом с клапаном термостата. Датчик температуры двигателя подключается либо к датчику температуры, либо к индикатору температуры на приборной панели. В современных автомобилях вы заметите, что нет отдельного датчика температуры двигателя. Вместо этого есть крошечный «свет», символизирующий температуру двигателя; который интегрирован с rpm-метром.

После включения зажигания буква «С» также загорается вместе с символом температуры; показывая, что двигатель холодный. Это должно автоматически исчезнуть; после того, как двигатель прогреется до оптимальной температуры (обычно в пределах 2-3 километра от старта движения).

схема подключения датчика температуры

Схема подключения датчика температуры

Признаки неработающего датчика температуры охлаждающей жидкости

Неисправный датчик температуры охлаждающей жидкости может вызвать массу проблем для двигателя, поэтому важно, чтобы датчик всегда был в хорошем состоянии. Как правило, поиск самого датчика поможет определить, является ли деталь неисправной. Однако это будет определять только визуальные повреждения, которые можно увидеть, например, трещину, утечку или коррозию в датчике.

Цифровой вольтметр (DVOM) также может быть использован для внутреннего сопротивления датчика. Показание можно сравнить с обычными характеристиками. Если показания находятся в пределах спецификации, но проблема все еще очевидна, то проблема в проводке.

Один из лучших способов определить, является ли датчик температуры охлаждающей жидкости неисправным или неисправным, состоит в том, чтобы проверить, горит ли контрольная лампа двигателя. Если датчик температуры не работает должным образом, компьютер в двигателе транспортного средства отправит сигнал. Затем эти данные используются для предоставления кода неисправности, который включает лампу проверки двигателя.

датчик температуры охлаждающей жидкости вытягивается

Замена датчика температуры автомобиля

Датчик в конечном итоге нужно будет заменить полностью через некоторое время. Если двигатель получает какие-либо повреждения, всегда рекомендуется замена датчика, потому что лучше не рисковать эксплуатацией автомобиля с неисправным датчиком, так как это может повлечь еще более дорогой ремонт двигателя. Даже небольшой износ может привести к эрозии датчика с течением времени.

датчик

Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя может работать долго, если его правильно обслуживать. Вот несколько советов, которые помогут вашему двигателю оставаться в хорошем состоянии и избежать проблем, связанных с ДЭХ.

Не используйте водопроводную воду для заправки радиатора

Многие люди совершают эту ошибку, наполняя радиатор обычной водопроводной водой. В водопроводной воде есть элементы ржавчины и других минералов, которые в долгосрочной перспективе могут быть вредны для двигателя, особенно если вода начинает кипеть и испаряться внутри радиатора. Всегда используйте охлаждающую жидкость, так как она обеспечивает надлежащее смазывание и предотвращает образование ржавчины.

Немедленно устранить утечки масла и прокладку

Если в отсеке двигателя есть утечка и масло попадает в блок двигателя, охлаждающая жидкость загрязняется, что приводит к неисправности датчика.

Проверьте на утечки охлаждающей жидкости

Система охлаждения автомобиля не нуждается в постоянной заправке. Однако, если уровень охлаждающей жидкости часто падает, это может привести к утечке, и ее следует устранить немедленно. При недостаточном количестве охлаждающей жидкости в бачке датчик может давать ложные показания компьютеру.

Детально об устройстве датчика в видео:

Больше интересных статтей

Поделиться с друзьями:

Датчики температуры: схемы, виды, устройство

Подобные устройства на сегодняшний день присутствуют в подавляющем большинстве техники. Различные виды датчиков температуры предназначены для измерения данного показателя у какого-либо объекта или вещества. Для вычисления значения применяются различные характеристики целевых тел или среды, в которой они находятся.

Классификация по принципу работы

Все термодатчики подразделяются на шесть основных типов по принципу их действия:

  • пирометрические;
  • пьезоэлектрические;
  • терморезистивные;
  • акустические;
  • термоэлектрические;
  • полупроводниковые.

Общий принцип работы и схема датчиков температуры в каждом случае будет несколько отличаться. Однако у всех вариантов исполнения можно выделить некоторые одинаковые черты. Кроме того, в той или иной ситуации уместно применять именно определенные разновидности термодатчиков.

Датчик температуры воды

Пирометры или тепловизоры

Иначе их можно назвать бесконтактными. Рабочая схема датчика температуры такого типа состоит в том, что они считывают тепло от нагретых тел, на которые наводятся. Положительным моментом для этой разновидности является отсутствие необходимости в непосредственном контакте и приближении к среде измерения. Таким образом специалисты с легкостью устанавливают температурные показатели сильно горячих объектов вне радиуса опасной близости с ними.

Пирометры, в свою очередь, подразделяются на несколько разновидностей, среди которых можно отметить интерферометрические и флуоресцентные, а также датчики, работающие по принципу смены цвета раствора в зависимости от того, какая температура была замерена.

Пьезоэлектрические датчики

В данном случае заложенная в основу схема работы всего лишь одна. Такие устройства функционируют за счет кварцевого пьезорезонатора. Принцип же действия и схема датчика температуры заключаются в следующем. Пьезоэффект, включающий в себя изменение размеров используемого пьезоэлемента, подвергается определенному воздействию электрического тока.

Суть работы достаточна проста. Благодаря попеременной подаче электрического тока с разными фазами, но одинаковой частотой, происходят колебания пьезогенератора, частота которых зависит при этом от конкретной измеренной температуры тела или среды. В результате полученная информация интерпретируется в конкретные значения в градусах Цельсия или Фаренгейта. Подобный тип отличается одной из самых высоких точностей измерения. Кроме того, применяется пьезоэлектрический вариант в тех ситуациях, где требуется долговечность устройства, к примеру, в датчиках температуры воды.

Схема датчика температуры на пьезоэлементах

Термоэлектрические или термопары

Достаточно распространенный способ измерения. Основной принцип работы заключается в возникновении в замкнутых контурах проводников или полупроводников электрического тока. При этом места спайки должны обязательно различаться по температурным показателям. Один конец помещается в ту среду, где нужно произвести замер, а второй служит для снятия показаний. Именно поэтому данный вариант считается выносным датчиком температуры.

Конечно же, не обошлось и без определенных недостатков. Самым значительным из них можно назвать весьма большую погрешность при измерениях. По этой причине такой способ редко применяется на многих технологических производствах, где такой разброс значений попросту недопустим. В качестве примера можно привести датчик для измерения температуры твердых тел «ТСП Метран-246». Его активно используют металлургические компании на производстве для контроля за данным параметром у подшипников. Устройство оборудовано аналоговым выходным сигналом для считывания, а диапазон допустимых измерений находится в пределах от -50 до +120 градусов по Цельсию.

Датчик температуры воды

Терморезистивные датчики

О принципе действия можно судить уже по названию данного типа. Функционирование такого датчика температуры по схеме поддается следующему описанию: измерению подвергается сопротивление проводника. Надежность конструкции сочетается с очень высокой точностью получаемых сведений. Также данные устройства отличаются довольно высокой чувствительностью, что позволяет уменьшить шаг измерений значений, а простота считывающих элементов делает их легкими в эксплуатации.

Для примера можно упомянуть датчик 700-101BAA-B00, имеющий начальное сопротивление в 100 Ом. Его измерительный диапазон находится в пределах от -70 до 500 градусов по Цельсию. Конструкция собрана из никелевых контактов и платиновых пластин. Наиболее широкое применение такой тип получил в промышленных устройствах и самой разнообразной электронике.

Схема датчика температуры на терморезистивности

Акустические датчики

Крайне простые приборы, занимающиеся измерением скорости звука в различных средах. Известно, что этот параметр во многом зависит от температуры. При этом следует учитывать и другие параметры измеряемой среды. В качестве одного из сценариев использования можно назвать измерение температуры воды. Датчик выдает данные, на основе которых можно сделать расчет, для которого также понадобится знать изначальные сведения об измеряемой среде.

Преимуществами такого метода считается возможность использования его в закрытых емкостях. Обычно используется там, где нет прямого доступа к измеряемой среде. Основные сферы-потребители данного способа по вполне закономерным причинам — это медицина и промышленность.

Акустический датчик температуры воды

Полупроводниковые датчики

Принцип функционирования таких устройств заключается в изменении p-n характеристик и их перехода под воздействием температуры. Точность измерения весьма высока. Это обеспечивается постоянством зависимости напряжения на транзисторе от текущей температуры. Кроме того, прибор достаточно дешевый и простой в производстве.

Для примера подобного датчика температуры устройство LM75A может послужить как нельзя лучше. Диапазон измерений составляет от -55 до +150 градусов по Цельсию, а погрешность — не более двух градусов. Обладает также достаточно небольшим шагом порядка 0,125 градуса по Цельсию. Напряжение питания варьируется в пределах от 2,5 до 5,5 В, при этом время преобразования сигнала не превышает одной десятой доли секунды.

принцип действия и сфера применения

В электрических цепях контроля, защиты или управления широко используется температурный датчик. Он необходим для регулировки тепловых режимов при работе самого различного оборудования на производстве. Такие устройства широко используются и в бытовых приборах: стиральных машинах, телевизорах, компьютерах и т.д. Использование температурного датчика позволяет избежать многих аварий и спасти дорогостоящую технику на производстве и в быту.

температурный датчикЭти приборы преобразуют измеряемую температуру объекта в аналоговый или релейный сигнал, понятный для приемной аппаратуры. Они отличаются по способу преобразования теплового сигнала и бывают нескольких видов:
  • Уже давно известно, что при изменении температуры изменяется внутреннее сопротивление материалов. На основе этого и были созданы терморезистивные термодатчики. Температурный датчик такого типа обладает небольшими габаритами и хорошими эксплуатационными характеристиками. Он хорошо согласуется с работой в слаботочных цепях с электронными схемами, которые выделяют любое изменение сопротивления и используют полученный сигнал для дальнейшего преобразования. К недостаткам можно отнести нелинейность характеристики, что приводит к усложнению схем  изменения полученного сигнала.
  • Полупроводниковые термодатчики работают по тому же принципу, но они гораздо чувствительнее терморезистивных. Они обладают линейной характеристикой, их несложно изготовить в домашних условиях. К недостаткам можно отнести небольшой диапазон измеряемой температуры (-55 — +155).
  • температурные датчикиТермоэлектрические преобразователи широко применяются на производстве, например, в электродуговых печах для контроля над технологическим процессом. Термопары платиновой или вольфрамовой групп обладают широким температурным диапазоном измерения. Они могут нормально работать в условиях, превышающих температуру плавления многих металлов. Температурный датчик такого типа можно встретить в быту, он может быть использован для контроля над температурой в сауне.
  • Для дистанционного измерения температуры используют специальные устройства, которые регистрируют тепловые волны, исходящие от нагретых тел. Температурный датчик такого типа называется пирометром. К недостаткам таких приборов можно отнести частое искажение температурного поля и снижение стабильности работы самого прибора.
  • датчики температурныеАкустические датчики используются для измерений в газовых и иных средах. Они могут быть полезны там, где контактные методы измерения невозможны. Принцип их работы основан на изменении скорости прохождения акустических волн в различно нагретых средах. Температурные датчики такого типа обладают большой погрешностью. Часто требуется проведение повторных замеров для уточнения результатов измерений.

Все вышеперечисленные датчики температурные широко применяются при проектировании и создании электронных устройств различной степени сложности. Без них становится невозможным функционирование большей части схем, и от их стабильной работы зависит многое. При проектировании наиболее ответственных узлов на базе этих элементов часто применяется дублирование показаний различных датчиков.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.