汽车温度传感器的应用及类型-华巨电子

温度传感器主要在汽车上用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度等。已实用化的产品有热敏电阻式温度传感器（通用型-50~130℃，精度1.5%，响应时间10ms；高温型600~1000℃，精度5%，响应时间10ms）、铁氧体式温度传感器（ON/OFF型，-40~120℃，精度2.0%）、金属或半导体膜空气温度传感器（-40~150℃，精度2.0%、5%，响应时间20ms）等。  

　　一、温度传感器在汽车上的应用  

　　温度传感器的作用是测量发动机的进气,冷却水,燃油等的温度,并把测量结果转换为电信号输送给ECU．对于所有的汽油机电控系统，进气温度和冷却水温度是ECU进行控制所必须的两个温度参数，而其他的温度参数则随电控系统的类型及控制需要而不尽相同。  

　　进气温度传感器通常安装在空气流量计或从空气滤清器到节气门体之间的进气道或空气流量计中，水温传感器则布置在发动机冷却水路，汽缸盖或机体上上的适当位置．可以用来测量温度的传感器有绕线电阻式，扩散电阻式，半导体晶体管式，金属芯式，热电偶式和半导体热敏电阻式等多种类型，目前用在进气温度和冷却水温度测量中应用最广泛的是热敏电阻式温度传感器．  

　　二、温度传感器的类型  

　　温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。  

   汽车常用温度传感器工作原理及种类
温度是反映发动机热负荷状态的重要参数。为了保证控制系统能够精确控制发动机的工作参数，必须随时监测发动机冷却液温度、进气温度和排气温度，以便修正控制参数，计算吸入气缸空气的质量流量以及进行排气净化处理等。

冷却液温度传感器(Coolant Temperature Sensor，CTS)通常称为水温传感器，安装在发动机冷却液出水管上，其功用是检测发动机冷却液的温度，并将温度信号变换为电信号传送给ECu。ECU根据发动机的温度信号修正喷油时间和点火时间，从而使发动机工况处于最佳状态运行。

进气温度传感器(Intake Air Temperature Sensor，IATS)安装在进气管路中，其功用是检测进气温度，并将温度信号变换为电信号传送给ECU。进气温度信号是各种控制功能的修正信号。如果进气温度传感器信号中断，就会导致热起动困难、废气排放量增大。

众所周知，空气重量与进气温度和大气(进气)压力有关。当进气温度低时，空气密度高，相同体积气体的重量增加；反之，当进气温度升高时，相同体积气体的重量将减小。在采用歧管压力式、翼片式、卡尔曼涡流式、量芯式空气流量传感器的燃油喷射系统中，由于空气流量传感器测定的空气流量为体积流量，因此需要配装进气温度传感器和大气压力传感器。ECU根据发动机的进气温度和压力信号修正喷油量，使发动机自动适应外部环境温度(寒冷、高温)和压力(高原、平原)的变化。当进气温度低时(空气密度高)，热敏电阻的阻值大，传感器输入ECU的信号电压高，ECU控制喷油器增加喷油量；反之，当进气温度高时(空气密度低)，热敏电阻阻值小，传感器输入ECU的信号电压低，ECU将控制喷油器减少喷油量。

温度传感器的种类很多，常用的有热敏电阻式、金属热电阻式、线绕电阻式、晶体管式等。热敏电阻可分为正温度系数(Positive Temperature Coefficient，PTC)型热敏电阻、负温度系数(Negative Temperature Coefficient，NTC)型热敏电阻、临界温度型热敏电阻(critical Temperature Resistor，CTR)和线性热敏电阻。常用的热敏电阻有负温度系数型和正温度系数型两种。汽车普遍采用NTC型热敏电阻式温度传感器，如冷却液温度传感器(CTS)、进气温度传感器(IATS)、排气温度传感器(Ex-haust Air Temperature Sensor，EATS)、燃油温度传感器(FuelTemperature Sensor，FTs)等。

NTC温度传感器在汽车电子领域的应用

在功率电子中，热监控和热管理非常重要。温度传感器主要应用于电池管理系统、电机控制以及电机。电池管理系统可以通过监控电池的电压、电流和温度，对电池的状况进行详细了解，同时控制单个电池单元进行充放电均衡、充放电控制，以保证电池安全的使用，同时还能够减缓电池的寿命衰减。

NTC温度传感器在汽车电子领域的应用

    电压、电流的测量相对比较简单，但是对于温度的测量相对来说比较复杂。不同客户所使用的电池设计都会有差异，这样不同的电池有不同的热点分布以及不同的机械结构。温度传感器必须和被测物体的热点有紧密的结合才有可能准确的测试出热点的温度，所以对于电池管理系统的温度传感器设计需要考虑快速、准确地温度测量，需要考虑结构以及安装方式来保证汽车使用环境中和热点的良好热传导，同时要满足汽车使用环境中的可靠性以及寿命要求。

    电机是新能源汽车中电能转化成为动能的核心部件。混合动力汽车、电动汽车/大巴车的功率等级从10KW到200KW，通过对电机的温度监控，电机控制器可以在不同状态下采用不同的控制策略来保护整个功率单元。电机的内部结构非常紧凑，所以小型化、高温要求、抗恶劣电磁干扰性以及高信赖性是对于电机传感器的要求。华巨电子有各种电机温度传感器能够满足包括混合动力系统超薄型、高温、高可靠性以及高准确度的产品要求。

6.主要技术参数

热电偶应用很广泛，因为它们非常坚固而且不太贵。热电偶有多种类型，它们覆盖非常宽的温度范围，从200℃到2000℃。它们的特点是：低灵敏度、低稳定性、中等精度、响应速度慢、高温下容易老化和有漂移，以及非线性。另外，热电偶需要外部参考端。  

　　RTD精度极高且具有中等线性度。它们特别稳定，并有许多种配置。但它们的最高工作温度只能达到400℃左右。它们也有很大的TC，且价格昂贵(是热电偶的4～10倍)，并且需要一个外部参考源。拟输出IC温度传感器具有很高的线性度 (如果配合一个模数转换器或ADC可产生数字输出)、低成本、高精度(大约1%)、小尺寸和高分辨率。它们的不足之处在于温度范围有限(C55℃～＋150℃)，并且需要一个外部参考源。   

　　数字输出IC温度传感器带有一个内置参考源，它们的响应速度也相当慢(100 ms数量级)。虽然它们固有地会自身发热，但可以采用自动关闭和单次转换模式使其在需要测量之前将IC设置为低功耗状态，从而将自身发热降到最低。   

　　热敏电阻、RTD和热电偶传感器相比，IC温度传感器具有很高的线性，低系统成本，集成复杂的功能，能够提供一个数字输出，并能够在一个相当有用的范围内进行温度测量。  

　　三、输出IC传感器和数字输出IC传感器之间有什么差别？   

　　IC传感器温度成正比的电压或电流，而数字输出IC传感器通过其内置的ADC将将传感器的模拟输出转换为数字信号。   

　　IC温度传感器的实际检测是采用一个简单的晶体管p-n结，通过测量其基极-发射极结电压(VBE)检测温度变化。p-n结两端的电压具有大约2 mV/℃的固有温度依赖关系。这也被称为二极管温度传感器。通过内置ADC对传感器的模拟输出进行数字化，可以得到其数字输出。  

　　四、总结：由于汽车传感器在汽车电子控制系统中的重要作用和快速增长的市场需求，世界各国对其理论研究、新材料应用和新产品开发都非常重视。未来的汽车用传感器技术，总的发展趋势式微型化、多功能化、集成化和智能化。总之传感器由于其优点在汽车上得到了广泛的应用。

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