Бесконтактное измерение температуры в двигателе

Устройство автомобилей

Приборы измерения температуры

Общие сведения о приборах для измерения температуры

Для контроля эффективной работы систем и агрегатов автомобиля необходимо знать их температурный режим. При эксплуатации, например, непрогретого двигателя резко снижаются его мощностные и экономические показатели, а его перегрев ведет к снижению ресурса или возникновению неисправностей, вплоть до полного отказа из-за заклинивания деталей цилиндропоршневой группы.

Для контроля температурного режима работа узлов и агрегатов на автомобиле применяются дистанционные термометры и сигнализаторы температуры, датчики которых устанавливают в контролируемой среде, а указатели — на приборной панели автомобиля в кабине водителя.

По принципу действия приборы для измерения температуры делятся на механические, электромеханические и электрические. К механическим приборам относятся жидкостные (обычно ртутные) и манометрические термометры. Механические термометры обычно используются для измерения относительно низких температур и в конструкции автомобилей не применяются.

В автомобильной технике для измерения температуры рабочих сред и элементов конструкции чаще применяются термобиметаллические импульсные и логометрические температурные приборы, которые можно объединить общим названием – термоэлектрические приборы.

В импульсных термобиметаллических термометрах используется эффект деформации, возникающий при нагреве пластины, спаянной из двух разнородных металлов или сплавов (биметаллическая пластина).

Работа термоэлектрических термометров логометрического типа основана на термоэлектрическом эффекте, возникающем при нагревании места спая двух проводников из неоднородных металлов или сплавов (терморезистора). Если два других конца проводников замкнуть, то под действием термоЭДС нагреваемого спая в образовавшейся цепи возникает электрический ток, величина которого зависит от степени нагрева места спая.

Спаянную или сваренную пару из двух разнородных металлов или сплавов называют термопарой или терморезистором. Обычно для измерения относительно низких температур (до 600 ˚С) в машиностроении применяют хромель-копелевые (ХК) термопары, а для измерения высоких температур (до 1000 ˚С) – хромель-алюмелевые (ХА) термопары. Существуют также и другие типы термопар.

Устройство термобиметаллического импульсного термометра

Термобиметаллический импульсный термометр состоит из датчика и стрелочного указателя. Общее устройство указателя и схема работы импульсной системы показаны на рис. 1.

Рис. 1. Импульсная система: а — устройство указателя; б — схема импульсного измерителя температуры:
1 — стрелка; 2 — спираль указателя; 3П-образная термобиметаллическая пластина; 4 — регулировочный сектор; 5 — упругая пластина; 6 — спираль датчика; 7 — биметалл датчика; 8 — контакты

Датчик термобиметаллического импульсного термометра (рис. 2) представляет собой латунный тонкостенный баллон 9, закрепленный в корпусе 6. Термобиметаллическая пластина 3 баллона закреплена на изоляторе 8 основания. На термобиметаллическую пластину намотана нагревательная обмотка 4, один конец которой соединен с контактом 2, а второй через контактор 5 подходит к выводному зажиму 7. Неподвижный контакт 1 соединен с корпусом 6 датчика.

Рис. 2. Датчик термобиметаллического импульсного термометра: 1 и 2 — контакты; 3 — термобиметаллическая пластина; 4 — обмотка; 5 — контактор; 6 — корпус; 7 — зажим; 8 — изолятор; 9 — баллон Рис. 3. Терморезисторный датчик температуры: 1 — баллон; 2 — зажим; 3 — пружина; 4 — терморезистор

Указатель термобиметаллического термометра по своей конструкции и принципу действия аналогичен термобиметаллическому указателю давления (рис. 1).

Устройство логометрического термометра

Логометрические термометры, также как и манометры состоят из датчика и указателя. Конструкция и принцип действия указателя логометрического термометра аналогичны конструкции указателя давления

Терморезисторный датчик к температуры (рис. 3) представляет собой латунный баллон 1, к плоскому донышку которого с помощью токоведущей пружины 3 прижат терморезистор 4, выполненный в виде таблетки.
Пружина 3 верхним концом соединена с зажимом 2 датчика и изолирована от стенки баллона специальной втулкой.
Сопротивление терморезистора значительно уменьшается при повышении температуры, что приводит к увеличению силы тока, проходящего через измерительные индукционные катушки логометрического указателя.

Сигнализаторы аварийной температуры

Применение на автомобиле дистанционного стрелочного термометра не гарантирует, что внезапное нарушение теплового режима двигателя будет сразу замечено водителем. Поэтому в дополнении к стрелочному термометру устанавливают сигнализатор аварийной температуры.
При этом если система охлаждения двигателя жидкостная, датчик сигнализатора температуры устанавливают в верхний бачок радиатора, а если на автомобиле двигатель с воздушным охлаждением (например, автомобили «ЗАЗ», «ЛуАЗ»), то датчик сигнализатора аварийной температуры устанавливают в смазочную систему и по температуре масла судят о температурном режиме двигателя.

Сигнализаторы применяют также для контроля температуры масла в автоматической коробке передач. Все используемые на автомобилях датчики сигнализаторов аварийной температуры биметаллические.

Конструкция датчика сигнализатора аварийной температуры охлаждающей жидкости, применяемого на автомобилях марки «КамАЗ», приведена на рис. 4 .
Датчик имеет массивный латунный корпус 7, на дне которого под прижимной шайбой 6 находится петлеобразная термобиметаллическая пластина 1 с контактом 5. В выводном зажиме 3, изолированном от корпуса 7, по резьбе можно перемещать тарельчатый контакт 4, тем самым устанавливая температуру замыкания контактов.

Рис. 4. Датчик сигнализатора аварийной температуры: 1 — термобиметаллическая пластина; 2 — изолятор; 3 — зажим; 4 — тарельчатый контакт; 5 — контакт; 6 — прижимная шайба; 7 — корпус

При достижении температуры охлаждающей жидкости 92…98 ˚С термобиметаллическая пластина разгибается и замыкает контакты 5 и 4, что приводит к включению контрольной лампочки на приборной панели.

Аналогичную конструкцию имеют датчики аварийного включения вентилятора системы охлаждения в современных автомобилях с электрическим приводом вентилятора. Основное отличие этих датчиков от рассмотренных выше заключается в наличии двух контактных выводов вместо одного.

Источник

Бесконтактное измерение температуры в двигателе

Измерение температуры в двигателе

При испытании двигателей применяют сле­дующие приборы для измерения температуры:

1. Термометры расширения, главным образом ртутные.

2. Термометры манометрические, основанные на зависимости между температурой и давлением паров жидкости или газа.

3. Термометры сопротивления, основанные на зависимости изменения электрического сопротивления проводников от температуры.

4. Термоэлектрические пирометры, основанные на использовании термоэффекта.

5. Пирометры излучения.

Ртутные стеклянные термометры применяются для измерения темпера­туры охлаждающей воды, смазочного масла и иногда выпускных газов. Для измерения температуры выпускных газов двигателя применяют тер­мометры со шкалой до 500° С. Поправка на «выступающий столбик» произ­водится по следующей формуле:

где t и — исправленное значение температуры;

t т — показание термометра;

n — число делений шкалы термометра, выступающего наружу;

t ст — температура выступающего столбика ртути, которая замеряется с помощью вспомогательного термометра, или ее принимают рав­ной окружающей среде.

Манометрические термометры в зависимости от рабочей жидкости при меняются для измерения температур в интервале: от 46 до 150° С (рабочая жидкость — метиловый спирт), от —40 до 400° С (рабочая жидкость — ксилол) и от —30 до 550° С, (рабочая жидкость — ртуть).

Такой термометр состоит (рис. 201) из термобаллона 1, погружаемого в измерительную среду, капиллярной трубки 2 и манометра 3. Термобал­лон, капиллярная соединительная и манометрическая трубки заполняются рабочим веществом: жидкостью, паром или газом. Давление рабочего веще­ства в этой системе будет изменяться в зависимости от температуры термо­баллона, т. е. измеряемой среды. Манометр, показывающий давление в си­стеме, градуируют в градусах температурной шкалы.

Манометрические термометры изготовляются с капиллярными трубками длиной до 75 м. Погрешность измерения не превышает 2%.

Термоэлектрические пирометры основаны на использовании явления возникновения электродвижущей силы в цепи разнородных проводников при наличии разности температур между одним спаем и другим. Состоят пирометры из термопары и электроизмерительного прибора.

На рис. 202 приведена схема термоэлектрического пирометра, состоя­щая из термопары с горячим спаем 1 и двух холодных спаев 2 и 3; к термо­паре присоединен гальванометр Г. Температура холодных спаев должна быть ровной и неизменяющейся, для чего их отводят в зону нормальной по­стоянной температуры. Наиболее распространенными стандартными термо­парами являются:

При измерении температуры выпускных газов двигателя термопара должна располагаться против потока газов, как это показано на рис. 203.

Современные судовые дизели оборудуются пирометрическим прибором, состоящим из нескольких термопар, позволяющих измерять температуру выпускных газов каждого ци­линдра двигателя. Термопары вместе с гальванометром дол­жны периодически тариро­ваться.

Поправка, учитывающая отклонение температуры холодного спая от температуры его при тарировке, может быть определена по следующей фор­муле:

где t — температура холодного спая при тарировке в 0 С;

t ? — температура холодного спая при использовании пирометра для измерения температуры выпускных газов двигателя в 0 С;

k — поправочный коэффициент термопары по заводским данным.

Источник

Бесконтактное измерение температуры в двигателе

  • Регистрация
  • Вход
  • В начало форума
  • Правила форума
  • Старый дизайн
  • FAQ
  • Поиск
  • Пользователи

«между белой и зеленой зоной»

Для начала было бы неплохо нормально откалибровать датчик температуры, а то все равно будет

«между белой и зеленой зоной»

На тройнике есть спициальный отлив под ДОЖ (датчик охл.жидкости).Всверливаем его туда, либо более простой и дорогой вариант сразу купить тройник на инжевую ВАЗ.

Где этот тройник, и зачем туда что-то всверливать, у меня уже есть датчик охл. жидкости — ведь стрелка есть на приборке!

Т.е., мне надо взять тестер, и при разных температурах движка померить сопротивление на датчике,

Т.е. надо взять термопару, сунуть ее в систему охлаждения, по таблице посмотреть температуру и нанести значение на шкалу показометра. Холодный спай при этом термостатировать.

Т.е., мне надо взять тестер, и при разных температурах движка померить сопротивление на датчике, по таблице вычислить градусы и проградуировать свою «бело-зелено-красную» шкалу?! Так получается?

Холодный спай при этом термостатировать.

alex.moc-5
Значить дело было так: чел спросил — Как ТОЧНО измерить температуру охлаждающей жидкости. Раз нужно точно, то вот ему
А пальцем чего показывать — народ спокойно ездит и ты забей — проблем с машиной других нет чтоль

Где этот тройник, и зачем туда что-то всверливать, у меня уже есть датчик охл. жидкости — ведь стрелка есть на приборке!

Если не боишься геморроя — выверни датчик, опусти в кипяток, замерь сопротивление — сравнишь с табличным — получишь поправку для данного датчика. Дальше уже сам написал:

Т.е., мне надо взять тестер, и при разных температурах движка померить сопротивление на датчике, по таблице вычислить градусы и проградуировать свою «бело-зелено-красную» шкалу?!

Прикольно всё это читать. Во-первых, величина показаний зависит от напряжения бортовой сети и температуры в салоне /устроен показометр так/. Во-вторых температура в середине блока не самая интересная. Гораздо интересней температура ГБЦ. Бывает, что тосола там нет. В-третьих, извините, что вмешиваюсь в спор знатоков.

Я такой девайс могу сделать на простом микроконтроллере и датчике DS18B20 + недорогой ЖКИ MT-10S1.

Обойдётся по себестоимости в 200-300 руб. Если кто придумает, как этот датчик удобно разместить на двигателе или радиаторе, то я напишу программу для МК и выложу бесплатно прошивку, схему, плату и чертёж корпуса.

Сам хочу подобную вещь сделать, хотя у меня и инжектор, но всё не могу придумать как датчик удобнее разместить!

Источник

Раскрываем тайны бесконтактных датчиков температуры

Датчики температуры на основе термоэлементов позволяют измерять температуру бесконтактным способом, что выгодно отличает их от традиционных термодатчиков контактного типа. Бесконтактные датчики используют инфракрасное (ИК) излучение и обычно их применяют в таких портативных устройствах как инфракрасные термометры. Еще одной привлекательной областью применения датчиков на термоэлементах является мониторинг температуры подвижных объектов. В этом случае применение стандартных контактных датчиков температуры имеет серьезные недостатки. Данная статья является обзором бесконтактных инфракрасных датчиков температуры и должна помочь разработчикам в использовании всех преимуществ этой технологии.

Рис. 1. Структура термоэлемента

Датчик изнутри

Инфракрасный датчик на термоэлементах состоит из ряда последовательно cоединенных термопар, «горячие» спаи которых прикреплены к тонкой, специальным образом обработанной пластине кремния, которая выполняет роль абсорбера – поглотителя инфракрасного излучения (рис. 1). В процессе обмена инфракрасным излучением температура абсорбера растет или падает в зависимости от разницы температур между ним и объектом (рис. 2).

Рис. 2. Устройство кремниевой линзы/фильтра

Чтобы температура объекта была измерена точно, он должен полностью перекрывать сектор обзора датчика. Это гарантирует, что воздействующее на термоэлемент (рис. 3) инфракрасное излучение приходит только от объекта измерения, а не от окружающего фона. Кроме того, использование фильтра и линзы значительно повышает качество работы инфракрасных датчиков.

Рис. 3. Датчики и модули на основе термоэлементов

Обычный кремний является абсолютно непрозрачным материалом для видимого света, но он прозрачен для излучения с длиной волны более 2 мкм, где располагается большинство спектральных выбросов при температурах ниже 500 К (200°C или 450°F). Поэтому кремний может быть использован для фильтрации видимого и ультрафиолетового (УФ) спектра для предотвращения их влияния на датчик. Для того чтобы увеличить чувствительность датчика (или расстояние, на котором датчик может измерять температуру объекта фиксированного размера), широко используются специальным образом обработанные кремниевые линзы, позволяющие сконцентрировать больше инфракрасного излучения на датчике или ограничить его сектор обзора.

Назначение и возможности датчиков

В настоящее время ИК-датчики на основе термоэлементов могут поставляться с различными линзами/ фильтрами, что позволяет использовать их в приборах разного класса и назначения, начиная от промышленных пирометров и до бытовых устройств. В зависимости от датчика, выходной сигнал может быть представлен стандартным выходным сопротивлением или аналоговым/ цифровым выходным сигналом.

Разнообразные датчики (полезные как для любителей, так и для профессиональных разработчиков), включая изделия в герметичных корпусах из нержавеющей стали и модули с выведенными проводами, сегодня продаются по доступным ценам. Все эти термоэлементы предназначены для дистанционного измерения температуры путем детектирования инфракрасной энергии объекта. Чувствительный термоэлемент, составленный из небольших термопар на кремниевом чипе, поглощает энергию и генерирует выходной сигнал. В комплект приборов входит также источник опорного напряжения в качестве эталона для коррекции.

Датчик TPS334

Изготавливаемый компанией Excelitas детектор TPS334 – это стандартный датчик, который использует пластину размером 0,7 x 0,7 мм 2 в качестве абсорбера и термистор на 30 кОм в качестве опорного источника температуры (рис. 4). Круглое окно оснащено инфракрасным фильтром на 5,5 мкм с пропусканием длинноволновой части спектра. TPS334 выпускается в корпусе типа TO-5.

Рис. 4. TPS334 (слева) и расположение выводов (справа)

Датчик A2TPMI

A2TPMI — еще один термоэлемент производства Excelitas. Это универсальный инфракрасный датчик с интегрированной специализированной микросхемой для обработки сигналов и компенсации температуры окружающей среды. Этот интегрированный инфракрасный модуль воспринимает тепловое излучение объектов и преобразует его в аналоговое напряжение. Благодаря внутренней обработке цифрового сигнала и 8-разрядному разрешению внутренних регистров управления A2TPMI имеет повышенную точность регулировки и улучшенные характеристики. Примененная технология E2PROM обеспечивает неограниченное количество изменений в конфигурации. A2TPMI является удачным выбором и для любительских конструкций благодаря интеграции датчика и электроники в компактном корпусе ТО-39. Функциональная схема A2TPMI показана на рис. 5.

Рис. 5. Функциональная схема A2TPMI

Датчик MLX90614

Очень популярным инфракрасным термометром для бесконтактного измерения температуры является MLX90614 производства компании Melexis (рис. 6). Он представляет собой сочетание в одном 4-контактном корпусе ТО-39 инфракрасного высокочувствительного детектора на термоэлементах и специализированного стандартного формирователя сигналов. Этот термометр включает в себя малошумящий усилитель, 17-разрядный аналого-цифровой преобразователь и мощный процессор цифровых сигналов. Он откалиброван на заводе-изготовителе с возможностью использования на цифровом выходе широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и системной шины управления (SMBus).

Рис. 6. Конфигурация выводов MLX90614*

  • Bottom view – Видснизу
  • Pin name – Вывод
  • Function – Функция
  • Serial clock … – Вход синхросигнала для 2-проводного коммуникационного протокола. На этом выводе MLX-90614 Axxx установлен стабилитрон на 5,7 В для подключения биполярного транзистора из состава внешнего источника питания напряжением 8…16 В
  • Digital input/ … – Цифровой вход/выход. В стандартном режиме измерения температуры объекта на этом выводе представлен сигнал с ШИМ. В режиме, совместимом с шиной SM, этот вывод автоматически конфигурируется как открытый сток NMOS
  • Exetnal … Внешний источник питания
  • Ground … – Общая шина. Металлические части могут соединяться с этим контактом.

Замечания по проектированию

Подключить к микроконтроллерам термоэлементы с последовательным интерфейсом, такие как A2TPMI, не очень сложно. Тем не менее, для датчиков без встроенного процессора (например, TPS334), может возникнуть необходимость в добавлении внешней схемы обработки сигнала на основе высококачественного операционного усилителя с малым уровнем шума, каким является LTC1050/1051. Еще одним экономичным и хорошим вариантом для любительского конструирования является модуль инфракрасного датчика температуры TMP006 производства Texas Instruments (рис. 7). Оригинальная принципиальная схема модуля показана на рис. 8.

Рис. 7. Плата с датчиком TMP006

Рис. 8. Схема TMP006

Эксплуатация и текущее обслуживание

Поскольку датчики на термоэлементах чувствительны к зарядам статического электричества, запасные неиспользуемые датчики должны храниться в токопроводящей упаковке для защиты от статических разрядов и статических полей. Превышение абсолютных максимальных уровней напряжения и подключенный в обратной полярности источник питания повреждают датчик. Кроме того, датчики на основе термоэлементов не должны подвергаться воздействию прямых солнечных лучей или влаги. Будьте осторожны при обращении с этими датчиками и не прикасайтесь к оптическому окну. Жировые выделения кожи, пыль или грязь могут негативно повлиять на работу датчика. В таких случаях оптическое окно (фильтр и линза) следует очищать с помощью спирта и ватного тампона.

Вместо заключения

Возможность считывать температуру объекта, даже не прикасаясь к нему, открывает удивительные перспективы. Инфракрасные датчики на основе термоэлементов обладают наилучшим сочетанием характеристик, включая малый размер, пониженное энергопотребление и малую стоимость конечного прибора для бесконтактного измерения температуры. Правда, их не так легко реализовать, как традиционные контактные измерители температуры.

Источник

Читайте также:  Схема расположения предохранителей газель 406 двигатель
Adblock
detector