第三章 温度传感器

第一节 温度传感器概述

温度传感器广泛应用于现代汽车发动机的燃油喷射、自动变速器的换档、离合器的锁定和空调等系统，以测量发动机的冷却液温度、进气温度、自动变速器油温度、空调系统环境温度和室内温度等，为发动机的油压控制以及自动控制提供重要依据：此外，温度传感器在工业自动化领域也得到了广泛的应用。常用的温度传感器有热电阻式、热电偶式、热敏铁氧体式等。

热电阻式温度传感器是根据热电阻效应制成的传感器，其中热电阻效应是指物质的电阻率随其本身温度的变化而变化。热电阻按材料的不同分为金属热电阻和热敏电阻。

若以金属元件作为检测元件来制作传感器，则要求材料的电阻温度系数、理化性能稳定且其自身的电阻率较大，这样就使铂电阻和铜电阻成为较理想的且常用的热电阻材料。其中铂电阻在很宽的温度范围内都能保持良好的特性，因此得到了广泛的应用；而铜电阻虽然仅适用于-50～150℃，但其测温精度高，稳定性好，易加工，且价格便宜。

热敏电阻则是用陶瓷半导体材料与其他的金属氧化物按适当的比例混合后高温烧结而成的且温度系数很大的电阻体。在工作范围内，热敏电阻按陶瓷半导体与温度之间的特性关系的不同可分为3种类型：第1种是负温度系数热敏电阻(NTC)，其电阻值随温度的升高而减小；第2种是正温度系数热敏电阻(PTC)，其电阻值随温度的升高而按指数函数增加；第3种是临界温度系数热敏电阻(CRT)，其电阻值随温度的升高而按指数函数减小。

图3-1 热电偶式温度传感器

热电偶式温度传感器也是根据热电效应制成的，即将两种不同材料的金属导体粘合在一起，如图3-1所示。图中当A和B之间产生温度差ΔTAB时，这两点间会出现一个电位差ΔUAB，即A与B两点间的电位差仅取决于其温度差的大小，测量时，将其中的一端置于恒温箱中，另一端置于被测物中，当被测物温度变化时，ΔUAB也将发生变化，这样ΔUAB的变化实际上就是被测物温度变化的反映。

热敏铁氧体式温度传感器实际上是一种开关式传感器，即制成热敏铁氧体式温度传感器的材料具有强磁性，当此材料的环境温度超过某一温度时，其磁性急剧变化，从而形成不同的磁场，使传感器的舌簧开关导通或断开，进而形成电路的通、断。

目前在汽车上应用的主要有热电阻式温度传感器中的热敏电阻式温度传感器、热电偶式温度传感器、热敏铁氧体式温度传感器，其中又以热敏电阻式温度传感器应用最为广泛，如安装在冷却液管道上的冷却液温度传感器，仪表板上的冷却液温度表传感器，安装在风窗玻璃底部及前保险杠内的车内、外空气温度传感器，安装在空气流量传感器内、滤清器内、进气歧管内、进气导管内的进气温度传感器，安装在空调蒸发器片上的蒸发器出口温度传感器，安装在三元催化转化器上的排气温度传感器，安装在EGR进气道上的EGR检测温度传感器，以及安装在变速器液压阀体上的变速器油液温度传感器等。热电偶式温度传感器由于热电位差不高，在汽车上应用较少，主要用于排气系统中排气温度的确定。热敏铁氧体式温度传感器在汽车上主要用于控制散热器的冷却风扇。

此外还要提到的就是两种应用在老式化油器式发动机上的石蜡式气体温度传感器和双金属片式气体温度传感器。其中，石蜡式气体温度传感器是根据利用石蜡的低温固态、高温液态和体积膨胀推动活塞运动从而关闭阀门的原理制成的；而双金属片式温度传感器则是利用膨胀系数不同的两种金属导体粘合后，高温时，两种金属导体的膨胀系数不同，使双金属片向膨胀量小的一方弯曲的特性制成的可关闭阀门。