節氣門位置傳感器


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功能
節氣門位置（TP）傳感器是一個旋轉的電位計，它確定節氣門
葉片的開度角。電子控制總成（ECA）通過TP信號確定工作方式。
它們是：
＊關閉節氣門；怠速或減速
＊部分打開節氣門，定速或中等加速
＊節氣門大開，zui大加速，關閉空調
＊變速器換檔順序


位置
安裝在節氣門體上


結構
節氣門位置傳感器包含有一個樞軸臂，該臂沿著可變電阻器運
動。


運行
TP傳感器測量節氣門軸的運動，產生一個連續地變化的輸出信
號，該信號與機械位置成正比。
電位計的作用就好比一個電壓分配器。參考電壓作用在電阻材
料的一端，另一端接地。所以，在整個長度上，電壓降不在電阻上。

聯接在樞軸臂上的電刷，沿著電阻運動，在任一點感應與在該
點所得到的電壓相當的電壓信號。

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§5.3 節氣門位置傳感器

節氣門位置傳感器是安裝在節氣門軸上，是電子燃油噴射系統中用于檢測節氣門開度的傳感器。節氣門位置傳感器的作用很重要，電腦利用其傳遞過來的信號計算發動機負荷作為點火時間，排氣再循環控制，怠速控制和變速器換檔點等的重要參數。如果節氣門位置傳感器出現故障，將會引起加速滯后和怠速問題，以及駕駛性能問題和排放試驗失效等問題。節氣門位置傳感器一般可分為模拭節氣門位置傳感器和開關式節氣門位置傳感器兩種。下面先介紹模拭節氣門位置傳感器。

一．模式節氣門位置傳感器（TPS）：

模拭節氣門位置傳感器（TPS）是一個三線傳感器。其中從電腦的傳感器電源引來的5V電壓對傳感器的電阻材料供電，另一線連接電阻材料的另一端為傳感器提供接地，第三根線連接至傳感器的可動觸點，提供信號輸出至電腦。其實質上是一個可變電阻（電位計），它的滑動觸點臂與節氣門軸相連，在繞可動觸點的軸放置的電阻材料上滑動，而電阻材料上的每點的電壓就是由可動觸點探測，并于節氣門角度成正比。


圖 11

如上圖，節氣門位置傳感器產生的是一個清晰連續的電壓波形且電壓應隨著節氣門的開度而圓滑地上升。通常傳感器的電壓應從怠速的低于1V到油門*打開時低于5V。波形上下不應有任何斷裂，對地尖鋒和大跌落。特別應注意達到2.8V的波形，這是傳感器的炭膜容易損壞或斷裂的故障顯示部分。節氣門位置傳感器出現故障將會導致：行駛性能不良，動力不足；加速不圓滑；發動機熄火；怠速轉速不穩定。而特別是傳感器中磨損或斷裂的炭膜不能向電腦提供正確的油門位置信息，所以電腦不能為發動機計算混和氣命令，引起駕駛性故障。


圖 12

如上圖為節氣門位置傳感器的故障波形圖，節氣門轉動到小于半開處會突然竄動，向下的毛刺說明傳感器的電壓信號出現間斷，電位器有短路或間隙性開路。

而影響節氣門位置傳感器波形的主要因素：汽車蓄電池的電壓是否高于12V；空氣濾清器有無阻塞；進氣歧管有無漏氣現象；發動機冷卻風扇散熱是否足夠；傳感器的基準電壓是否正常；插接器和線束有無松動或污損；傳感器本身內部電路有無斷路或短路；傳感器本身是否有污損；電腦本身輸出電壓是否正常，接地是否正常；電腦接地線是否小于0.1V以下。

二．開關式節氣門位置傳感器

開關式節氣門位置傳感器是由兩個開關觸點構成的一個旋轉開關，一個常閉觸點構成怠速開關，節氣門處在怠速位置時，它位于閉合狀態，將發動機控制電腦的怠速輸入信號端接地搭鐵，發動機控制電腦接到這個信號后，另一個常開觸點，節氣門開度達到全負荷狀態時，將發動機控制電腦的全負荷輸入信號端接地搭鐵，發動機控制電腦街道這個信號后，即可使發動機進入全負荷加濃控制狀態。

開關節氣門位置傳感器的旋轉臂與節氣門軸相聯，并隨節氣門一齊轉動，它是一個三線傳感器，下面是開關式節氣門位置傳感的正常勃波形


圖 13

而下面則是開關節氣門位置傳感器的故障波形：波形不平滑，有小的波動其故障原因是接觸不良或節氣門回拉彈簧松弛。


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線性NTC溫度傳感器介紹
HN系列線性溫度傳感器是我公司專業化生產的一種新型半導體溫度敏感器件，它是一種負溫度系數（簡稱NTC）溫度-電壓轉換元件。它以其良好的線性度面世，*克服了傳統的溫度傳感器非線性這一長久困擾儀表設計人員的難題。本質上兼容熱電偶、熱敏電阻器的各自優點，具有測溫范圍寬（-200～+200℃），溫度系數高（-2mv/℃）、線性度好（±0.5%）、互換精度高（I級±0.3℃；J級±0.5℃；K級±1.0℃）、高穩定性（±0.05℃/年）等優點，同時還有0℃基準電壓規范（690～710mV）的特點.上述特點,在溫度儀表電路設計中只要知道傳感器在0℃時的基準電壓值和溫度系數值（出廠時已標定）即可，從根本上省去了傳統的非線性溫度傳感器所必需的線性化補償網絡的繁雜設計和計算，給儀表設計者帶來了極大方便，所以，本產品自問世以來，立刻為溫度領域的設計者所青睞，并在冰箱、空調制冷、電熱設備、火災報警、各種工業管道、化纖紡織印染、礦山機械、化工設備、生化制藥、醫療器械、烘干機械、石油儀器、溫室大棚、孵化養殖、地溫測量、糧食儲保、氣象海洋等領域獲得成功應用。專家們斷言：在-200～+200℃的溫度領域內線性溫度傳感器將，雄居*。測溫領域將是線性溫度傳感器的世界。本公司將致力于這一劃時代的事業，與溫度領域的科技工作者一道，攜手并肩，共創未來。


該產品系列外型有：桿型、柱型、針型、片型、珠型等,詳見《外形圖》。本公司長期郵購HN11型φ5×12mm（8元/支）、HN12型φ7×30mm（10元/支）樣品，供您進行電路設計實驗。

另外本公司還全新上市與傳感器配套的測溫、控溫儀表，溫度變送器模塊、控溫模塊，熱忱洽購，批量配套，公司將在電路設計、產品應用方面，竭誠為您服務。

（詳見《線性NTC溫度傳感器使用指南》）

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幾種常用溫度傳感器的原理及發展
ThePrincipleofSomeTemperatureTransducerinCommonUseandDevelopment
本文來自2003年第8期“儀表及傳感器”上 ,已經被閱讀過149次
作 者 ：馬凈李曉光寧偉盧亮

關鍵詞： 傳感器,敏感元件,智能化
1 引言
科學技術離不開測量。測量的目的就是要獲得被測對象的有關物理或化學性質的信息，以便根據這些信息對被測對象進行評價或控制，完成這一功能的器件就我們稱之為傳感器。傳感器是信息技術的前沿產品，被廣泛用于工農業生產、科學研究和生等領域，尤其是溫度傳感器，使用范圍廣，數量多，居各種傳感器。溫度傳感器的發展大致經歷了以下3個階段;
（1） 傳統的分立式溫度傳感器（含敏感元件）;主要是能夠進行非電量和電量之間轉換。
（2） 模擬集成溫度傳感器/控制器;
（3） 智能溫度傳感器。目前，上新型溫度傳感器正從模擬式向數字式、由集成化向智能化、網絡化的方向發展。2 傳感器的分類
傳感器分類方法很多，常用的有2種:一種是按被測的參數分，另一種是按變換原理來分。通常按被測的參數來分類，可分為熱工參數:溫度、比熱、壓力、流量、液位等;機械量參數:位移、力、加速度、重量等;物性參數:比重、濃度、算監度等;狀態量參數:顏色、裂紋、磨損等。溫度傳感器屬于熱工參數。
溫度傳感器按傳感器于被測介質的接觸方式可分為2大類:一類是接觸式溫度傳感器，一類是非接觸式溫度傳感器，接觸式溫度傳感器的測溫元件與被測對象要有良好的熱接觸，通過熱傳導及對流原理達到熱平衡，這時的示值即為被測對象的溫度。這種測溫方法精度比較高，并在一定程度上還可測量物體內部的溫度分布，但對于運動的、熱容量比較小的、或對感溫元件有腐蝕作用的對象，這種方法將會產生很大的誤差。
非接觸測溫的測溫元件與被測對象互不接觸。目前zui常用的是輻射熱交換原理。此種測溫方法的主要特點是可測量運動狀態的小目標及熱容量小或變化迅速的對象，也可測溫度場的溫度分布，但受環境的影響比較大。3 傳感器的原理及發展
3.1 傳統的分立式溫度傳感器—熱電偶傳感器
熱電偶傳感器是工業測量中應用zui廣泛的一種溫度傳感器，它與被測對象直接接觸，不受中間介質的影響，具有較高的度;測量范圍廣，可從-50℃-1600℃進行連續測量，特殊的熱電偶如金鐵-鎳鉻，zui低可測到-269℃，鎢-錸zui高可達2800℃。
熱電偶傳感器主要按照熱電效應來工作。將兩種不同的導體A和B 連接起來，組成一個閉合回路，即構成感溫元件，如圖1所示。當導體A和B的兩個接點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢，因而在回路中形成一定大小的電流，這種現象即稱為熱電效應，也叫溫差電效應。熱電偶就是利用這一效應進行工作的。熱電偶的一端是將A、B兩種導體焊接在一起，稱為工作端，置于溫度為t的被測介質中。另一端稱為參比端或自由端，放于溫度為t0的恒定溫度下。當工作端的被測介質溫度發生變化時，熱電勢隨之發生變化，將熱電勢送入計算機進行處理，即可得到溫度值。
熱電偶兩端的熱電勢差可以用下式表示:
Et=E（t）-E（t0）
式中:Et—熱電偶的熱電勢
E（t）—溫度為t時的熱電勢
E（t0）—溫度為t0時的熱電勢
當參比端的溫度t0恒定時，熱電勢只于工作端的溫度有關，即Et=f（t）。
當組成熱電偶的熱電極的材料均勻時，其熱電勢的大小與熱電極本身的長度和直徑無關，只與熱電極的成分及兩端的溫度有關。3.2 集成（IC）溫度傳感器
（1） 模擬集成溫度傳感器
集成傳感器是采用硅半導體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個芯片上、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫、控測，不需要進行非線性校準，外圍電路簡單。目前在國內外仍普遍應用的一種集成傳感器，下面介紹一種具有高靈敏度和高精度的IC溫度傳感器—AN6701。
AN6701的原理圖如圖2所示，它由溫度檢測電路、溫度補償電路以及緩沖放大器3部分組成。
IC溫度傳感器的檢測電路是利用晶體管對兩個發射極的電流密度差產生基極-發射極之間的電壓差（VbC）的原理而工作的。圖3所示為溫度檢測及溫度補償電路圖。圖2中，T1-T5為檢測電路，T8-T11及RC組成的電路產生正比其溫度的電流，該電流通過T12和T13注入T7，即可獲得對應于注入電流的補償溫度。RC為外接電阻，使傳感器的校準比較方便。
（2） 智能溫度傳感器
傳感器（亦稱數字溫度傳感器）是在20世紀90年代中期問世的。它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術（ATE）的結晶。目前，上已開發出多種智能溫度傳感器系列產品。智能溫度傳感器內部都包含溫度傳感器、A/D轉換器、信號處理器、存儲器（或寄存器）和接口電路。有的產品還帶多路選擇器、*控制器（CPU）、隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數據及相關的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU）;并且它是在硬件的基礎上通過軟件來實現測試功能的，其智能化和諧也取決于軟件的開發水平。4 智能溫度傳感器發展的新趨勢
21世紀后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發虛擬傳感器和網絡傳感器、研制單片測溫系統等高科技的方向迅速發展。
4.1 提高測溫精度和分辨力
21世紀90年代中期zui早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位A/D轉換器，其測溫精度較低，分辨力只能達到1℃。目前，國外已相繼推出多種高速度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是9～12位A/D轉換器，分辨力一般可達0.5～0.0625℃。由美國DALLAS半導體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進制數據，其分辨力高達0.03125℃，測溫精度為±0.2℃。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉換器。以AD7817型5通道智能溫度傳感器為例，它對本地傳感器、每一路遠程傳感器的轉換時間分別僅為27μs、9μs。
4.2 增加測試功能
溫度傳感器的測試功能也在不斷增強。例如，DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實時日歷時鐘（RTC），使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲功能，利用芯片內部256字節的E2PROM存儲器，可存儲用戶的短信息。另外，智能溫度傳感器正從單通道向多通道的方向發展，這就為研制和開發多路溫度測控系統創造了良好條件。
傳感器都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉換模式、連續轉換模式、待機模式，有的還增加了低溫極限擴展模式，操作非常簡便。對某些智能溫度傳感器而言，主機（外部微處理器或單片機）還可通過相應的寄存器來設定其A/D轉換速率（典型產品為MAX6654），分辨力及zui大轉換時間（典型產品為DS1624）。
4.3 總線技術的標準化與規范化
智能溫度傳感器的總線技術也實現了標準化、規范化，所采用總線主要有單線（1-Wire）總線、I2C總線、SMBus總線和SPI總線。溫度傳感器作為從機可通過總線接口與主機進行通信。
4.4 可靠性及安全性設計
D轉換器大多采用積分式或逐次比較式轉換技術，其噪聲容限低，抑制混疊噪聲及量化噪聲的能力比較差。新型智能溫度傳感器（例如TMP03/204、LM74、LM83）普遍采用了高性能的∑-Δ式A/D轉換器不僅能濾除量化噪聲，而且對外圍元件的精度要求低;由于采用數字反饋方式，因此比較器的失調電壓及零點漂移都不會影響溫度的轉換精度。這種智能溫度傳感器兼有抑制串模*力強、分辨力高、線性度好、成本低等優點。
為了避免在溫控系統受到噪聲干擾時產生誤動作，在AD7416/7417/7817、LM75/76、MAX6625/6626等智能溫度傳感器的內部，都設置了一個可編程的“故障排隊（fault queue）”計數器，于設定允許被測溫度值超過上、下限的次數。僅當被測溫度連續超過上限或低于下限的次數達到或超過所設定的次數n（n=1～4）時，才能觸發中斷端。若故障次數不滿足上述條件或故障不是連續發生的，故障計數器就復位而不會觸發中斷端。這意味著假定n=3時，那么偶然受到一次或兩次噪聲干擾，都不會影響溫控系統的正常工作。
76型智能溫度傳感器增加了溫度窗口比較器，非常適合設計一個符合ACPI（Advanced Configuration and Power Interface，即“*配置與電源接口”）規范的溫控系統。這種系統具有完善的過熱保護功能，可用來監控筆記本電腦和服務器中CPU及主電路的溫度。微處理器zui高可承受的工作溫度規定為tH，臺式計算機一般為75℃，筆記本電腦的CPU可達100℃。一旦CPU或主電路的溫度超出所設定的上、下*，INT端立即使主機產生中斷，再通過電源控制器發出信號，迅速將主電源關斷起到保護作用。此外，當溫度超過CPU的極限溫度時，嚴重超溫報警輸出端（T_CRIT_A）也能直接關斷主電源，并且該端還可通過獨立的硬件判斷電路來切斷主電源，以防主電源控制失靈。上述三重安全性保護措施已成為上設計溫控系統的新觀念。
為防止因人體靜電放電（ESD）而損壞芯片。一些智能溫度傳感器還增加了ESD保護電路，一般可承受1000～4000V的靜電放電電壓。通常是將體等效于由100pF電容1.2kΩ電阻串聯而成的電路模型，當人體放電時，TCN75型智能溫度傳感器的串行接口端、中斷/比較器信號輸出端和地址輸入端均可承受1000V的靜電放電電壓。LM83型智能溫度傳感器則可隨4000V的靜電放電電壓。開發的智能溫度傳感器（例如MAX6654、LM83）還增加了傳感器故障檢測功能，能自動檢測外部晶體管溫度傳感器（亦稱遠程傳感器）的開路或短路故障。MAX6654還具有選擇“寄存阻抗抵消”（Parasitic Resistance Cancellation，英文縮寫為PRC）模式，能抵消遠程傳感器引線阻抗所引起的測溫誤差，即使引線阻抗達到100Ω，也不會影響測量精度。遠程傳感器引線可采用普通雙絞線或者帶屏蔽層的雙絞線。
4.5 虛擬溫度傳感器和網絡溫度傳感器
虛擬傳感器是基于傳感器硬件和計算機平臺、并通過軟件開發而成的。利用軟件可完成傳感器的標定及校準，以實現*性能指標。zui近，病因B&K公司已開發出一種基于軟件設置的TEDS型虛擬傳感器，其主要特點是每只傳感器都有*的產品序列號并且附帶一張軟盤，軟盤上存儲著對該傳感器進行標定的有關數據。使用時，傳感器通過數據采集器接至計算機，首先從計算機輸入該傳感器的產品序列號，再從軟盤上讀出有關數據，然后自動完成對傳感器的檢查、傳感器參數的讀取、傳感器設置和記錄工作。5 結束語
隨著工業生產效率的不斷提高，自動化水平與范圍的不斷擴大，對溫度傳感器的要求也越來越高，歸納起來有以下幾個方面:
l擴展測溫范圍:目前工業常用的測溫范圍為-200℃-3000℃，隨著工業的發展，對超高溫、超低溫的測量要求越來越迫切，如在宇宙火箭技術中常常需要測量幾千度的高溫。
l提高測量精度:隨著電子技術的發展，信號處理儀表的精度有了很大的提高，特別是微型計算機的使用使得對信號的處理精度更加提高。
l擴大測溫對象:隨著工業和人們日常生活要求的提高，現在已由點測量發展到線、面測量。在環境保護、家用電器上都需要各種各樣的測溫儀表。
l發展新產品，滿足特殊需要:在溫度測量中，除了進一步擴展與完善管纜熱電偶、熱電阻，以及晶體管測溫元件、快速高靈敏度的普通熱電偶外，而且根據被測對象的環境，提出了許多特殊的要求。如防硫、防爆、耐磨的熱電偶，鋼水連續測溫，火焰溫度測量等。
l顯示數字化:溫度儀表不但具有讀數直觀、*、分辨率高、測量誤差小的特點，而且給溫度儀表的智能化帶來很大方便。
l檢定自動化:由于溫度校驗裝置將直接影響溫度儀表質量的提高，值得在這方面花大力氣進行研究。我國已研制出用微型機控制的熱電偶校驗裝置。


本文摘自《PLC&FA》