付仙兰 邓海英  中南林学院  412006

摘要：本文介绍了温度传感器的类型及其在汽车上的应用，详细阐述了主要车用传感器的特性和使用，以及主要的故障类型和检修方法。
关键词：温度传感器 ;  特性 ;  检修
Usage and Inspection of Auto Temperature Sensor
Abstract: This paper introduces the types and application of temperature  sensor , especially the characteristic and use of major auto temperature  sensor ,and analyzes the kinds and inspection of its faults.
Key words: temperature sensor ；characteristic；inspection

1 引言
随着汽车工业与电子工业的不断结合发展，电子控制技术在现代汽车的各个系统中得到了广泛的应用。车用传感器是汽车电子设备的重要组成部分，担负着信息收集的任务。在汽车电喷发动机系统、自动空调系统中，温度是需测量和控制的重要参数之一。发动机热状态的测量、气体及液体温度的测量，都需要温度传感器来完成。因而车用温度传感器是必不可少的。
1.1  温度传感器的类型、特点
就温度传感器而言，由于所用的材料和工艺不同，生产出的多种温度传感器性能各异，从而能满足不同的需要。根据温度传感器的工作原理的不同，可将其分为热电偶式、热敏电阻式和金属测温电阻式三种类型。
(1) 热敏电阻式温度传感器灵敏度高、温度系数大、响应快，易于实现远距离测量。因此在汽车得到广泛应用。
(2) 热电偶式温度传感器可以测定温度差、很小部位的温度以及微小的温度变化。其测温范围宽，最高可达1800℃[1]。但要求冷端温度恒定，所以在汽车上应用较少。
(3) 金属测温电阻式温度传感器。与热电偶相比，其常温范围的测量精度较高，适于测定较大范围的平均温度，且不需要标准触点。但在振动严重的情况下容易出现破损。这种传感器在汽车上应用较少。
1.2  车用温度传感器及其应用情况
用于汽车温度测量的传感器种类很多，温度测量范围也各有不同，常用的有热电偶式、热敏式、双金属片式及热敏铁氧体等。它的主要作用是：对被测部位进行温度检测、作为控制信号输入电控单元以及超限报警。目前在汽车上使用的温度传感器很多，主要的车用温度传感器类型及作用如表1所示。
此外，还有一些车用温度传感器，如：机油温度传感器、燃油温度传感器、EGR监测温度传感器、变速器油温传感器、蒸发器出口温度传感器、蓄电池电解液温度传感器、车厢底板温度传感器及驱动桥温度传感器等。但这些传感器在汽车上用得较少。
2  主要车用温度传感器的特性与检测电路
2.1  热敏电阻式温度传感器
对于热敏电阻，按其随温度变化的典型特性，可将其分为三种类型：即负电阻温度系数热敏电阻（NTC）、正电阻温度系数热敏电阻
表1  汽车温度传感器（略）
敏电阻。一般来说，工作温度范围为-40℃～130℃的热敏电阻用于水温和气温的检测；工作温度范围为600℃～1000℃的高温热敏电阻用于排气温度的检测[4]。
图1   热敏电阻的温度特性（略）
2.1.1  NTC温度传感器
NTC型温度传感器阻值随温度的变化而变化：温度升高，电阻值下降；温度下降，电阻值升高。通过测量它的电阻值变化就可反映出被测量的变化。此种传感器一般为两线，其中一根为搭铁线，一根为信号线；也有少数的传感器利用外壳搭铁，只用一根信号线引出。控制电脑给其提供5V的参考电源，传感器将阻值与温度的相应变化转换为电压变化输入控制电脑，控制电脑就利用该信号进行相关的控制。在汽车上，NTC型冷却水温传感器、进气温度传感器、排气温度传感器及车内外温度传感器等，它们的工作原理及方式大致相同，且都是两线式。其与电控单元ECU的连接电路如图2所示。
 
 图2  温度传感器与电控单元连接电路（略）
2.1.2  CTR温度传感器
     此传感器同样利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性制成，但其在临界温度时电阻值将急剧变化，如图1所示。由于它具有这种特性，所以通常将其用作开关控制。
2.1.3  PTC温度传感器
     汽车上用的PTC温度传感器较少，典型的有车厢底板温度传感器。常将底板温度传感器与热敏式排气温度传感器一起使用，组成过热报警装置。当排气温度超过900℃，底板温度超过125℃时，报警灯亮，同时蜂鸣器也响[2]。
2.2  热电偶式温度传感器
热电偶式温度传感器能把被测温度信号转变成热电势信号，利用电测仪表测出电势大小，就可求得被测温度值。热电偶式排气温度传感器以保证三元催化装置的工作寿命、防公害为目的，由它组成的报警系统控制原理图如图3所示(该电路需有零点补偿电路)。当排气温度上升，到报警温度900℃[2]时，报警灯亮，驾驶员应迅速降低车速或停车，从而使排气温度降低，直至报警灯灭。但在灯亮一次后，就应检查故障原因。
 
图3   热电偶式排气温度传感器报警系统控制原理图（略）
1-发动机 2-温度传感器 3-催化装置 4- 比较仪 5-报警灯  6-报警电路 7-蓄电池 8-零点补偿电路
2.3 双金属片式温度传感器
双金属片式温度传感器由热膨胀系数不同的两种金属板粘和而成。随着温度升高，双金属片便向膨胀系数小的一侧弯曲，从而感测被测体的温度，促使执行器动作。
汽车上应用较频繁的双金属片式温度传感器是冷起动温度时间开关。它的作用是控制冷起动喷油器的开启及持续时间。冷起动时间开关一般安装在发动机汽缸体水套及出水管处。其外形与水温传感器相似，是一个中空的螺钉，旋装在能表征发动机热状态的地方。温度时间开关和冷起动喷油器的控制回路如图4所示。在发动机冷起动时，由于水温低，温度时间开关闭合，使冷起动喷油器电磁线圈通电，针阀打开，向进气歧管内喷射雾状燃油，满足发动机冷起动的需要。随着水温的升高，双金属片受热发生弯曲变形。当温度升高到一定值时，触点打开，冷起动喷油器断电、停止喷油。
 
图4  冷起动喷油器控制回路（略）
1-冷起动喷油器   2-起动开关   3、5-加热线圈   4-双金属片   6-温度时间开关
2.4 热敏铁氧体温度传感器
这种温度传感器利用热敏铁氧体在一定温度时的导磁率急剧消失特点而制成。热敏铁氧体的规定温度在0℃～130℃之间[3]。它通常与舌簧开关复合使用制成常闭或常开型温度传感器，用于控制散热器的冷却风扇。散热器冷却系统如图5所示。在被测定的冷却液温度较低时，传感器的舌簧开关闭合，冷却风扇继电器断开，风扇停止工作。
 
图5   散热器冷却系统
1-散热器    2-电动机    3-继电器    4-点火开关    5-热敏开关
3 车用温度传感器的故障与检修
3.1 故障特点
   传感器可能发生的故障是各种各样的，为了传感器故障诊断研究的需要，对这些故障进
行分类是必要的。按故障程度的大小可将其分为：硬故障（泛指结构损坏导致的故障，一般幅值较大，变化突然）和软故障（泛指特性的变异，一般幅值较小，变化缓慢）。对汽车温度传感器来讲，硬故障一般指开路和短路现象，软故障则指阻值偏离正常值的现象。
3.2 检修方法
一般采用的温度传感器检修方法有：示波器波形分析法和万用表法。
示波器波形分析法用来检测传感器的硬故障。将示波器与来自温度传感器的信号相接，然后起动发动机，在一定转速下保持节气门不变。检测冷却水温度传感器、进气温度传感器和燃油温度传感器时应保持在2500rmp[6]。当波形从屏幕的左侧延伸到屏幕的右侧时，定住波形，停止检测。此时，传感器已通过整个运行范围，即：从全冷态至正常工作温度。由制造商的规范手册上可得到精确的电压范围，通常冷车时传感器的电压应在3V至5V之间，然后随着发动机的运转减少至运行正常温度时的1-2V左右[6]。在任何给定温度下，好的传感器必须产生稳定的反馈信号。若电压波形出现向上的尖峰（到参考电压值），说明传感器电路开路；电路的短路将使电压波形产生向下的尖峰（到接地值）。
采用高阻抗数字式万用表同样可检测出冷却水温度传感器的短路和断路。用万用表的电阻档测试传感器接柱与ECU插件接柱之间的电阻值，如不通或电阻值大于1Ω，说明传感器线束断路或插件接触不良，应视情况予以修理或更换。对于进气温度传感器，若热敏电阻开路或传感器到ECU信号端的电路开路，则电控单元测得的信号电压等于参考电压5V；若传感器内出现短路或传感器到ECU信号端的电路短路，则信号电压为零。
对于软故障一般采用示波器法和万用表法。示波器法可测出传感器动态过程中的波形，并与其标准波形比较，就可判断出其是否存在故障。万用表法则直接测量出传感器电阻值，并将其与标准值比较。如果不符合标准，则应更换传感器。车型不同，此标准值也不同。以丰田凌志LS400及A-MS系列车为例，其各传感器标准值如下所述：
凌志LS400：                                                                  (1) 冷却液温度与电阻的关系[3]:
温度（℃） -20 0 20 40 60 80 100
电阻（KΩ） 16.2 5.9 2.5 1.1 0.6 0.3 0.2
(2) 车内、外温度传感器：在25℃时其阻值应为1.6～1.8 KΩ，温度低时阻值应增大[2]。   
(3)蒸发器出口温度传感器：0℃时为4.5～5.2 KΩ，15℃时为2～2.7 KΩ[2]。    
A-MS系列：                                                                    
(1) 排气温度传感器：单件检测时，加热状态下的标准阻值应为0.4～20 KΩ。在排气温度超过900℃时，其阻值降到0.43KΩ以下[2]。                                                                                                          
(2) 正温度系数车厢底板温度传感器：单件检测时，底板温度为0℃～ 80℃的标准阻值为30～250Ω。当温度超过125℃时，其电阻应大于2 KΩ[2]。    

参考文献：
[1]  黄贤武、郑筱霞 . 传感器原理与应用 . 电子科技大学出版社 ,2001 .
[2]  贺桂芳、李瑞霞、刘杰 . 汽车与工程机械用传感器 . 人民交通出版社 ,2002 .
[3]  王银、陈丙辰 . 汽车传感器使用与检修 . 金盾出版社 ,2002 .
[4]  鲁植雄 . 汽车传感器检测图解 . 江苏科学技术出版社 ,2001 .
[5]  董辉 . 汽车电子技术与传感器 . 北京理工大学出版社 ,1996 .
[6]  电喷发动机示波器波形分析讲座（连载四） . 中国汽车保修设备, 2002 ,10 .