0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Аналоговые датчики температуры двигателя

Датчики температуры с цифровым выходом

Датчики температуры с цифровым выходом имеют встроенный на кристалл АЦП. Примером такого датчика может служить датчик ТМР03/ТМР04, который содержит опорный источник напряжения, сигма-дельта АЦП и тактовый генератор (рис. 2.34). Встроенный АЦП обеспечивает 12-разрядную точность при весьма малых размерах схемы. Выходной сигнал сигма-дельта модулятора кодируется, используя соответствующую схему, которая дает на выходе последовательный цифровой код в виде частотно-модулированного сигнала (рис. 2.35). Данный сигнал весьма просто декодируется с помощью любого микропроцессора, в значениях температуры в градусах Цельсия или Фаренгейта, и всегда передается по одному проводу. Номинальная выходная частота составляет 35 Гц при +25 °С. Устройство работает с фиксированной длительностью импульса Т1,составляющей 10 мс [14].

Основные характеристики ТМРОЗ/ТМР04:

Номинальная длительность импульса Т1 10 мс Ошибка в диапазоне температур ±1.5 °С

Типовая нелинейность ±0.5 °С

Рабочий диапазон от –40 °С до +100 °С

Номинал отношения Т1/Т2 при 0 °С 60 %

Номинальная частота при +25 °С 35 Гц

Потребляемая мощность по 5 В 6.5 МВт Тип корпуса: ТО-92 SO-8 или TSSOP

Рис. 2.34. Датчики с цифровым выходом ТМРОЗ/04

Т
Т

Рис. 2.35. Формы выходного сигнала для ТМРО3/04

Выходной сигнал ТМРОЗ/ТМР04 представляет собой поток импульсов, температура определяется выражениями:

Температура (°С) = 235 Температура (°С) = 455400×Т1  − 2 ;  Т720×Т1  − 2 .  Т

Рассмотрим подключение вышеописанного датчика к микропроцессорной системе управления. В качестве такой системы может использоваться любой микроконтроллер, имеющий в своем составе таймеры, с помощью которых можно очень просто декодировать частотно-модулированный сигнал с ТМРОЗ/ТМР04. Типовой интерфейс к микроконтроллеру Intel 80С51 показан на рис. 2.36.

ТМР04
Выход
Земля
V+
Центральный
процессор
Управление
таймером
Генератор
+
Кварц
+5
В
0.1
мкФ
Р1.0
С51 микроконтроллер
Таймер0
Таймер1

Рис. 2.36. Интерфейс ТМР04 к микроконтроллеру

Два таймера, обозначенные как таймер 0 и таймер 1, имеют 16 разрядов. Системная частота микроконтроллера, деленная на 12, является входом для таймеров. Микроконтроллер настраивает порт Р1.0 и запускает таймер 0 по положительному перепаду выходного сигнала датчика. Микроконтроллер останавливает таймер 0 и запускает таймер 1 по отрицательному перепаду выходного сигнала датчика.

Когда выходной сигнал снова придет в высокое состояние, содержимое таймеров ТТ2переписывается в регистры таймер 0 и таймер 1 соответственно. Далее для расчета температуры подпрограммы используют равенства, приведенные выше [15].

Список датчиков температуры — List of temperature sensors

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Механические датчики температуры
  • 2 электрических датчика температуры
  • 3 датчика на интегральной схеме
    • 3.1 Список
  • 4 См. Также
  • 5 ссылки

Механические датчики температуры

  • Термометр
  • Therm

Электрические датчики температуры

  • Термистор. Термисторы представляют собой термочувствительные резисторы, основная функция которых состоит в том, чтобы показывать большое, предсказуемое и точное изменение электрического сопротивления при соответствующем изменении температуры тела. Термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) демонстрируют снижение электрического сопротивления при повышении температуры тела, а термисторы с положительным температурным коэффициентом (PTC) демонстрируют увеличение электрического сопротивления при повышении температуры тела.
  • Термопара
  • Термометр сопротивления
  • Кремниевый датчик температуры запрещенной зоны

Датчики на интегральных схемах

В интегрированные датчики цепи могут прийти в различных интерфейсов — аналоговый или цифровой; для цифровых устройств это может быть последовательный периферийный интерфейс , SMBus / I²C или 1-Wire .

В OpenBSD поддерживаются многие датчики температуры I²C из приведенного ниже списка, и они доступны через обобщенную структуру аппаратных датчиков начиная с OpenBSD 3.9 (2006 г.), которая также включает специальный метод автоматического сканирования шины I²C по умолчанию во время система также загружается с 2006 года.

В NetBSD многие из этих датчиков I²C также поддерживаются и доступны через среду envsys , хотя ни один из них не включен по умолчанию за пределами архитектур Open Firmware, например macppc , и требуется ручная настройка перед первым использованием на i386 или amd64 .

Список

Неисчерпывающий перечень товаров, классифицируемых производителем.

Легенда

  • Производитель : Производитель ИС
  • Номер детали : Номер детали IC
  • Тип выхода : мы можем найти 3 различных типа выхода: аналоговый, цифровой и переключатель.
  • Обозначение : Обозначение IC
  • Температурный диапазон : диапазон температур кристалла, в котором может работать ИС.
  • Точность (типовая) : типичная точность IC
  • Точность (макс.) : Максимальная точность IC
  • Linear Temperature Slope : Линейный наклон температуры (доступен для ИС с аналоговым выходом). Обычно выражается в единицах мкА / ° C или мВ / ° C
  • Диапазон входного напряжения: диапазон входного напряжения, в котором может работать ИС.
  • Ток питания : ток питания IC
  • Диапазон выходного напряжения: диапазон выходного напряжения (доступен для некоторых аналоговых выходных ИС). Обычно это зависит от диапазона температур и значений линейной крутизны температуры.
  • Пакет : Наличие пакетов IC
  • Технический паспорт : ссылка на техническое описание производителя
Читать еще:  Чистка двигателя паром высокого давления

Стол

Содержание взято из таблицы производителя. У каждого производителя может быть свой метод с разными процессами обеспечения точности, поэтому может быть сложно напрямую сравнить эти самооценки.

Микросхемы датчиков температуры

Большинству инженеров-электронщиков известно, что температурный коэффициент напряжения база эмиттер транзистора (VBE) равен приблизительно –2 мВ/°C. Однако «приблизительно» – это не совсем то, что требуется для точных датчиков температуры. В то же время целый ряд оригинальных конструкций, основанных на этом базовом соотношении, гарантирует высокую точность в типичном диапазоне от –50 °C до +150 °C.

Компании Analog Devices (ADI) и Texas Instruments (TI) разработали аналоговые датчики, основанные на разности напряжений VBE (ΔVBE) двух транзисторов, работающих при разных плотностях тока. При использовании ΔVBE вместо VBE ток IS – обратный ток насыщения в диодном уравнении Шокли, – как показано в Формуле 1, из выражения исключается [1].

(1)

Согласно документации ADI, бóльшая площадь обеспечивается параллельным включением N транзисторов, в то время как в описании TI говорится о двух транзисторах разных размеров [2].

Кроме того, в руководстве TI есть интересное уточнение. «Для того чтобы точность схемы сохранялась в диапазоне температур, токи утечки каждого транзистора, которые при высоких температурах могут достигать весьма больших значений, должны быть равны, чтобы за счет взаимной компенсации исключить их влияние на результат измерений… Для решения этой проблемы каждый из транзисторов Q1 и Q2, на которых построена схема, заменен группой транзисторов, образующих Q1 [с площадью эмиттера, в десять раз большей, чем у Q2] и Q2. Эти группы имеют одинаковую геометрию, благодаря чему их токи утечки компенсируются, однако в схеме измерения температуры используется лишь по одному транзистору из каждой группы – один из группы, представляющей Q1, и один из другой группы [2].

Рисунок 1.Схема ИОН на основе запрещенной зоны и датчика температуры, в которой
используется напряжение DVBE. (С разрешения Analog Devices).

Значение ΔVBE обрабатывается также по разному. На Рисунке 1 показана упрощенная схема, используемая ADI в конструкции источника опорного напряжения на основе запрещенной зоны шириной 1.205 В. Коллекторные токи принудительно выравниваются операционным усилителем, выход которого управляет базами транзисторов и поддерживает на них одинаковые напряжения. Это означает, что ток, идущий через R2, равен ΔVBE/R2. Следовательно, падение напряжения на сопротивлении R вдвое больше, чем на R1, или

(2)

где VPTAT – выходное напряжение, пропорциональное абсолютной температуре.

Напротив, в схеме на Рисунке 2 операционный усилитель используется как для выравнивания токов транзисторов, так и для масштабирования выхода до значения 10 мВ/°K. 100-омный резистор используется для добавления корректирующего тока второго порядка.

Рисунок 2.Датчик температуры, основанный на ΔVBE.
(С разрешения Texas Instruments).

Заметим, что в схеме на Рисунке 1 бóльшую площадь эмиттера имеет транзистор Q2, в то время как на Рисунке 2 эмиттер больше у транзистора Ql. Тем не менее, работа обеих схем основана на разности напряжений база-эмиттер. На Рисунке 1 разность напряжений ΔVBE берется непосредственно между двумя эмиттерами с резистора R2, а в схеме на Рисунке 2 ΔVBE измеряется на резисторе R, включенном между двумя базами.

В дополнение к току, прямо пропорциональному температуре, некоторые из этих устройств имеют выход опорного напряжения запрещенной зоны с номинально нулевым температурным коэффициентом, которого достигают путем добавления к ΔVBE с положительным температурным коэффициентом порядка +2 мВ/°C напряжения VBE с отрицательным температурным коэффициентом около –2 мВ/°C. Схемы на основе запрещенной зоны имеют выходное напряжение около 1.22 В и используются в конструкциях, для которых не подходят более высоковольтные термокомпенсированные стабилитроны.

Читать еще:  Гбц 21011 на какой двигатель

AD590 – двухвыводной датчик, ток которого пропорционален температуре в градусах Кельвина. Подгонкой на фабрике коэффициент пропорциональности устанавливается равным 1 мА/°K, поэтому при 0 °C выходной ток в идеале должен равняться 273.7 мкА.

В выпускаемом компанией Linear Technology Corp. (LTC) мониторе температуры LTC2996 в качестве основы термочувствительной схемы также используется измерение ΔVBE. Однако, вместо сравнения напряжений база-эмиттер двух разных транзисторов, LTC2996 переключает количество тока, пропускаемого через один внутренний или внешний диод. Измерение напряжения на диоде при двух токах эквивалентно подходу ADI или TI – ток насыщения из уравнения исключается. Для определения внутреннего последовательного сопротивления диода может подключаться третий ток, а для компенсации этого сопротивления добавлена соответствующая схема. Так же как в схемах на Рисунках 1 и 2, LTC2996 имеет выход, откалиброванный в градусах Кельвина, в данном случае – 4 мВ/°K. Гарантированная ошибка измерения температуры LTC2996 не превышает ±1 °C в диапазоне температур от 0 °C до +100 °C, и ±1.5 °C в диапазоне температур от –40 °C до +125 °C.

При использовании с внешним диодом, например, для измерения температуры удаленного оборудования, LTC2996 обеспечивает выходной ток, достаточный для управления длинными линиями. Как написано в статье LTC, «Ошибка, обусловленная последовательным сопротивлением до 1 кОм, обычно бывает меньше 1%. максимальная длина линии связи ограничена не столько ее сопротивлением, сколько емкостью. Емкость свыше 1 нФ начинает влиять на установление напряжения датчика при различных токах и, следовательно, вносит дополнительную ошибку отсчета температуры. Например, 10-метровый отрезок кабеля CAT 6 имеет емкость порядка 500 пФ» [3].

Используя такой же подход, ON Semiconductor (ON) разработала как двух-, так и трехтоковые устройства. Как и следовало ожидать, двухтоковые датчики чувствительны к последовательному сопротивлению, поэтому их лучше использовать для локальных измерений температуры. Подобно микросхемам LTC, трехтоковые устройства могут компенсировать последовательное сопротивление, что важно для рынка автомобильного оборудования. Около половины предназначенных для термоуправления изделий компании называется цифровыми датчиками температуры. Однако, даже те микросхемы, в названиях которых нет слова «цифровой», все равно содержат большое количество цифровых цепей.

Имеющееся в портфеле компании устройство NCT475 дает наглядное представление о сложности внутреннего устройства цифровых датчиков температуры. В этой микросхеме используется 12-битный дельта-сигма АЦП, обновляющий показания температуры каждые 80 мс. Результаты измерений хранятся упакованными в байты, поэтому, если вашему приложению достаточно 8-битного разрешения, потребуется считать всего один байт. Кроме того, поскольку устройство потребляет от источника питания 3.3 В довольно большой ток порядка 500 мкА, предусмотрен режим однократного преобразования температуры, после которого устройство немедленно переходит в режим останова с током потребления 3 мкА. По структуре внутренних регистров NCT475 полностью совместима с микросхемами NCT75 (ON), LM75 (TI, Maxim) и TMP75 (TI).

В списке датчиков температуры компании Maxim Integrated имеется около 70 приборов, большинство из которых содержит какие-либо цифровые цепи. Период выходных прямоугольных импульсов микросхемы MAX6576 прямо связан с абсолютной температурой. В микросхеме MAX6577 температура индицируется частотой сигнала. А в микросхеме MAX6667 информация об измеренной температуре содержится во времени задержки между входным стробом и выходным импульсом. Для всех этих устройств предусмотрено переключение масштабов преобразования. Например, период выходных импульсов микросхемы MAX6576 вы можете установить равным 10×T, 40×T, 160×T или 640×T, где T – температура в градусах Кельвина. Пять из этих устройств с однопроводными выходами в Таблице 1 отнесены к числу 14 аналоговых датчиков, поскольку зависимость состояния их выходов от температуры имеет плавный характер.

Смена шкалы

В документе TI обсуждаются способы достижения высокой точности линеаризации и преобразования выходной шкалы температур из Кельвина в градусы Цельсия или Фаренгейта. Вместо упрощенного соотношения, используемого в Уравнении 1, более полная модель напряжения дается Уравнением 3, приписываемым Роберту Видлару (Robert Widlar) из National Semiconductor.

Читать еще:  Цилиндр двигателя что дает
(3)

Два первых члена этой формулы являются линейными функциями температуры, а два последних – нелинейными. Использование только линейных членов дает

(4)

VG0 – ширина запрещенной зоны кремния (типичное значение 1.22 В);
VE – напряжение на эмиттерах в схеме на Рисунке 2;
273.7 – 0 °C, выраженные в градусах Кельвина.

При выводе этого результата уравнение решалось при T = 0 °C, чем объясняется появление числа 273.7. При этом, как утверждается в рекомендациях TI, «…характер зависимости VE от температуры будет неизменным, независимо от значений напряжения базы транзистора, его коэффициента передачи тока и напряжения база-эмиттер».

Последним элементом конструкции датчика будет отдельная компенсирующая схема, аппроксимирующая два оставшихся небольших нелинейных члена выражения током, пропорциональным корню из IPTAT – току, пропорциональному абсолютной температуре. Многие из этих идей воплощены в датчике LM35, не требующем внешней подстройки и имеющем чувствительность 10 мВ/°C и точность ±0.75 °C в диапазоне температур –55 °C … +150 °C.

Тенденции рынка

Аналоговые схемы, необходимые для точных измерений температуры в широком диапазоне, совершенствовались в течение нескольких лет и поддерживают датчики как с аналоговыми, так и с цифровыми выходами. В Таблице 1 представлено количество датчиков обоих типов, предлагаемых сегодня на рынке каждой из компаний, упомянутых в статье. Хотя количество цифровых датчиков намного больше, чем аналоговых, в большинстве своем они ничем не отличаются от аналоговых, за исключением форматов представления результатов.

Ссылки

  1. Linear Circuit Design Handbook, Analog Devices, Chapter 3, 2008.
  2. AN-460 LM34/LM35 Precision Monolithic Temperature Sensors, Texas Instruments, Application Report SN0A748C, May 2013.
  3. Schwoerer, C., and Trampitsch, G., «High Accuracy (±1°C) Temperature Sensors Improve System Performance and Reliability,» Linear Technology Journal of Analog Innovation, Vol. 22, No. 4, January 2013.

Материалы по теме

  1. Datasheet Analog Devices AD590
  2. Datasheet Texas Instruments LM75
  3. Datasheet Linear Technology LTC2996
  4. Datasheet Maxim Integrated MAX6576
  5. Datasheet Maxim Integrated MAX6577
  6. Datasheet Maxim Integrated MAX6667
  7. Datasheet ON Semiconductor NCT475
  8. Datasheet ON Semiconductor NCT75
  9. Datasheet Texas Instruments TMP75

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Датчики температуры ОЖ

  • Применимость: AUDI, SEAT, VOLKSWAGEN

  • Применимость: DAEWOO, OPEL, SAAB

  • Применимость: MITSUBISHI, SMART, VOLVO

  • Применимость: DAIHATSU, LEXUS, MITSUBISHI, SUBARU, SUZUKI, TOYOTA

  • Применимость: DAEWOO, OPEL, SAAB

  • Применимость: ALFA ROMEO, CHEVROLET, DAEWOO, FIAT, LADA, LANCIA, OPEL, RENAULT, SAAB

  • Применимость: ALFA ROMEO, FIAT, IVECO
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

Нет подходящих товаров

Попробуйте изменить условия поиска

Нет подходящих товаров

Отправьте запрос по VIN и наш специалист подберет вам нужные детали

Датчик температуры ОЖ обеспечивает оптимальную работу двигателя, контролируя температуру охлаждающей жидкости в системе охлаждения. Показания датчика наглядно отображаются на приборной панели, что позволяет водителю следить за температурным режимом двигателя.

Все данные датчика температуры ОЖ передаются на электронный блок управления, который в свою очередь корректирует подачу топлива в зависимости от температуры и регулирует угол опережения зажигания.

Из-за своей простой конструкции датчики температуры охлаждающей жидкости достаточно надежные, но случаи поломок не исключены. В современных авто сигнал о некорректной работе датчика отображается на дисплее бортового компьютера, однако не всегда сообщение о неисправности говорит о поломке датчика. Часто проблемы в его работе объясняются обрывом проводки или окислением контактов.

Неисправный датчик может являться причиной многих неполадок в работе автомобиля. Повышенный расход топлива, высокие обороты на холостом ходу, детонация, перегрев силовой установки – со всем этим можно столкнуться, если эксплуатировать авто со сломанным датчиком.

Датчик не является ремонтируемой деталью, поэтому при обнаружении дефектов его необходимо полностью заменить. Сделать это можно самостоятельно при помощи ручных инструментов, либо обратиться в сервис.

В AUTO3N вы можете купить датчик температуры охлаждающей жидкости (ОЖ) по доступным ценам от самых надежных производителей.

Необходима помощь в подборе? Звоните: 8 (800) 200-30-38. Наши специалисты всегда рады вам помочь!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector