节气门位置传感器
--------------------------------------------------------------------------------
功能
节气门位置（tp）传感器是一个旋转的电位计，它确定节气门
叶片的开度角。电子控制总成（eca）通过tp信号确定工作方式。
它们是：
＊关闭节气门；怠速或减速
＊部分打开节气门，定速或中等加速
＊节气门大开，zui大加速，关闭空调
＊变速器换档顺序
位置
安装在节气门体上
结构
节气门位置传感器包含有一个枢轴臂，该臂沿着可变电阻器运
动。
运行
tp传感器测量节气门轴的运动，产生一个连续地变化的输出信
号，该信号与机械位置成正比。
电位计的作用就好比一个电压分配器。参考电压作用在电阻材
料的一端，另一端接地。所以，在整个长度上，电压降不在电阻上。
联接在枢轴臂上的电刷，沿着电阻运动，在任一点感应与在该
点所得到的电压相当的电压信号。
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
§5.3 节气门位置传感器
节气门位置传感器是安装在节气门轴上，是电子燃油喷射系统中用于检测节气门开度的传感器。节气门位置传感器的作用很重要，电脑利用其传递过来的信号计算发动机负荷作为点火时间，排气再循环控制，怠速控制和变速器换档点等的重要参数。如果节气门位置传感器出现故障，将会引起加速滞后和怠速问题，以及驾驶性能问题和排放试验失效等问题。节气门位置传感器一般可分为模拭节气门位置传感器和开关式节气门位置传感器两种。下面先介绍模拭节气门位置传感器。
一．模式节气门位置传感器（tps）：
模拭节气门位置传感器（tps）是一个三线传感器。其中从电脑的传感器电源引来的5v电压对传感器的电阻材料供电，另一线连接电阻材料的另一端为传感器提供接地，第三根线连接至传感器的可动触点，提供信号输出至电脑。其实质上是一个可变电阻（电位计），它的滑动触点臂与节气门轴相连，在绕可动触点的轴放置的电阻材料上滑动，而电阻材料上的每点的电压就是由可动触点探测，并于节气门角度成正比。
图 11
如上图，节气门位置传感器产生的是一个清晰连续的电压波形且电压应随着节气门的开度而圆滑地上升。通常传感器的电压应从怠速的低于1v到油门*打开时低于5v。波形上下不应有任何断裂，对地尖锋和大跌落。特别应注意达到2.8v的波形，这是传感器的炭膜容易损坏或断裂的故障显示部分。节气门位置传感器出现故障将会导致：行驶性能不良，动力不足；加速不圆滑；发动机熄火；怠速转速不稳定。而特别是传感器中磨损或断裂的炭膜不能向电脑提供正确的油门位置信息，所以电脑不能为发动机计算混和气命令，引起驾驶性故障。
图 12
如上图为节气门位置传感器的故障波形图，节气门转动到小于半开处会突然窜动，向下的毛刺说明传感器的电压信号出现间断，电位器有短路或间隙性开路。
而影响节气门位置传感器波形的主要因素：汽车蓄电池的电压是否高于12v；空气滤清器有无阻塞；进气歧管有无漏气现象；发动机冷却风扇散热是否足够；传感器的基准电压是否正常；插接器和线束有无松动或污损；传感器本身内部电路有无断路或短路；传感器本身是否有污损；电脑本身输出电压是否正常，接地是否正常；电脑接地线是否小于0.1v以下。
二．开关式节气门位置传感器
开关式节气门位置传感器是由两个开关触点构成的一个旋转开关，一个常闭触点构成怠速开关，节气门处在怠速位置时，它位于闭合状态，将发动机控制电脑的怠速输入信号端接地搭铁，发动机控制电脑接到这个信号后，另一个常开触点，节气门开度达到全负荷状态时，将发动机控制电脑的全负荷输入信号端接地搭铁，发动机控制电脑街道这个信号后，即可使发动机进入全负荷加浓控制状态。
开关节气门位置传感器的旋转臂与节气门轴相联，并随节气门一齐转动，它是一个三线传感器，下面是开关式节气门位置传感的正常勃波形
图 13
而下面则是开关节气门位置传感器的故障波形：波形不平滑，有小的波动其故障原因是接触不良或节气门回拉弹簧松弛。
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
线性ntc温度传感器介绍
hn系列线性温度传感器是我公司专业化生产的一种新型半导体温度敏感器件，它是一种负温度系数（简称ntc）温度-电压转换元件。它以其良好的线性度面世，*克服了传统的温度传感器非线性这一长久困扰仪表设计人员的难题。本质上兼容热电偶、热敏电阻器的各自优点，具有测温范围宽（-200～+200℃），温度系数高（-2mv/℃）、线性度好（±0.5%）、互换精度高（i级±0.3℃；j级±0.5℃；k级±1.0℃）、高稳定性（±0.05℃/年）等优点，同时还有0℃基准电压规范（690～710mv）的特点.上述特点,在温度仪表电路设计中只要知道传感器在0℃时的基准电压值和温度系数值（出厂时已标定）即可，从根本上省去了传统的非线性温度传感器所必需的线性化补偿网络的繁杂设计和计算，给仪表设计者带来了极大方便，所以，本产品自问世以来，立刻为温度领域的设计者所青睐，并在冰箱、空调制冷、电热设备、火灾报警、各种工业管道、化纤纺织印染、矿山机械、化工设备、生化制药、医疗器械、烘干机械、石油仪器、温室大棚、孵化养殖、地温测量、粮食储保、气象海洋等领域获得成功应用。专家们断言：在-200～+200℃的温度领域内线性温度传感器将，雄居*。测温领域将是线性温度传感器的世界。本公司将致力于这一划时代的事业，与温度领域的科技工作者一道，携手并肩，共创未来。
该产品系列外型有：杆型、柱型、针型、片型、珠型等,详见《外形图》。本公司长期邮购hn11型φ5×12mm（8元/支）、hn12型φ7×30mm（10元/支）样品，供您进行电路设计实验。
另外本公司还全新上市与传感器配套的测温、控温仪表，温度变送器模块、控温模块，热忱洽购，批量配套，公司将在电路设计、产品应用方面，竭诚为您服务。
（详见《线性ntc温度传感器使用指南》）
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
几种常用温度传感器的原理及发展
theprincipleofsometemperaturetransducerincommonuseanddevelopment
本文来自2003年第8期“仪表及传感器”上 ,已经被阅读过149次
作 者 ：马净李晓光宁伟卢亮
关键词： 传感器,敏感元件,智能化
1 引言
科学技术离不开测量。测量的目的就是要获得被测对象的有关物理或化学性质的信息，以便根据这些信息对被测对象进行评价或控制，完成这一功能的器件就我们称之为传感器。传感器是信息技术的前沿产品，被广泛用于工农业生产、科学研究和生等领域，尤其是温度传感器，使用范围广，数量多，居各种传感器。温度传感器的发展大致经历了以下3个阶段;
（1） 传统的分立式温度传感器（含敏感元件）;主要是能够进行非电量和电量之间转换。
（2） 模拟集成温度传感器/控制器;
（3） 智能温度传感器。目前，上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。2 传感器的分类
传感器分类方法很多，常用的有2种:一种是按被测的参数分，另一种是按变换原理来分。通常按被测的参数来分类，可分为热工参数:温度、比热、压力、流量、液位等;机械量参数:位移、力、加速度、重量等;物性参数:比重、浓度、算监度等;状态量参数:颜色、裂纹、磨损等。温度传感器属于热工参数。
温度传感器按传感器于被测介质的接触方式可分为2大类:一类是接触式温度传感器，一类是非接触式温度传感器，接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触，通过热传导及对流原理达到热平衡，这时的示值即为被测对象的温度。这种测温方法精度比较高，并在一定程度上还可测量物体内部的温度分布，但对于运动的、热容量比较小的、或对感温元件有腐蚀作用的对象，这种方法将会产生很大的误差。
非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。目前zui常用的是辐射热交换原理。此种测温方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象，也可测温度场的温度分布，但受环境的影响比较大。3 传感器的原理及发展
3.1 传统的分立式温度传感器—热电偶传感器
热电偶传感器是工业测量中应用zui广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的度;测量范围广，可从-50℃-1600℃进行连续测量，特殊的热电偶如金铁-镍铬，zui低可测到-269℃，钨-铼zui高可达2800℃。
热电偶传感器主要按照热电效应来工作。将两种不同的导体a和b 连接起来，组成一个闭合回路，即构成感温元件，如图1所示。当导体a和b的两个接点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一定大小的电流，这种现象即称为热电效应，也叫温差电效应。热电偶就是利用这一效应进行工作的。热电偶的一端是将a、b两种导体焊接在一起，称为工作端，置于温度为t的被测介质中。另一端称为参比端或自由端，放于温度为t0的恒定温度下。当工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，将热电势送入计算机进行处理，即可得到温度值。
热电偶两端的热电势差可以用下式表示:
et=e（t）-e（t0）
式中:et—热电偶的热电势
e（t）—温度为t时的热电势
e（t0）—温度为t0时的热电势
当参比端的温度t0恒定时，热电势只于工作端的温度有关，即et=f（t）。
当组成热电偶的热电极的材料均匀时，其热电势的大小与热电极本身的长度和直径无关，只与热电极的成分及两端的温度有关。3.2 集成（ic）温度传感器
（1） 模拟集成温度传感器
集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的ic。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一（仅测量温度）、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控测，不需要进行非线性校准，外围电路简单。目前在国内外仍普遍应用的一种集成传感器，下面介绍一种具有高灵敏度和高精度的ic温度传感器—an6701。
an6701的原理图如图2所示，它由温度检测电路、温度补偿电路以及缓冲放大器3部分组成。
ic温度传感器的检测电路是利用晶体管对两个发射极的电流密度差产生基极-发射极之间的电压差（vbc）的原理而工作的。图3所示为温度检测及温度补偿电路图。图2中，t1-t5为检测电路，t8-t11及rc组成的电路产生正比其温度的电流，该电流通过t12和t13注入t7，即可获得对应于注入电流的补偿温度。rc为外接电阻，使传感器的校准比较方便。
（2） 智能温度传感器
传感器（亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ate）的结晶。目前，上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、a/d转换器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。有的产品还带多路选择器、*控制器（cpu）、随机存取存储器（ram）和只读存储器（rom）。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（mcu）;并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化和谐也取决于软件的开发水平。4 智能温度传感器发展的新趋势
21世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。
4.1 提高测温精度和分辨力
21世纪90年代中期zui早推出的智能温度传感器，采用的是8位a/d转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到1℃。目前，国外已相继推出多种高速度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是9～12位a/d转换器，分辨力一般可达0.5～0.0625℃。由美国dallas半导体公司新研制的ds1624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达0.03125℃，测温精度为±0.2℃。为了提高多通道智能温度传感器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式a/d转换器。以ad7817型5通道智能温度传感器为例，它对本地传感器、每一路远程传感器的转换时间分别仅为27μs、9μs。
4.2 增加测试功能
温度传感器的测试功能也在不断增强。例如，ds1629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟（rtc），使其功能更加完善。ds1624还增加了存储功能，利用芯片内部256字节的e2prom存储器，可存储用户的短信息。另外，智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。
传感器都具有多种工作模式可供选择，主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式，有的还增加了低温极限扩展模式，操作非常简便。对某些智能温度传感器而言，主机（外部微处理器或单片机）还可通过相应的寄存器来设定其a/d转换速率（典型产品为max6654），分辨力及zui大转换时间（典型产品为ds1624）。
4.3 总线技术的标准化与规范化
智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用总线主要有单线（1-wire）总线、i2c总线、smbus总线和spi总线。温度传感器作为从机可通过总线接口与主机进行通信。
4.4 可靠性及安全性设计
d转换器大多采用积分式或逐次比较式转换技术，其噪声容限低，抑制混叠噪声及量化噪声的能力比较差。新型智能温度传感器（例如tmp03/204、lm74、lm83）普遍采用了高性能的∑-δ式a/d转换器不仅能滤除量化噪声，而且对外围元件的精度要求低;由于采用数字反馈方式，因此比较器的失调电压及零点漂移都不会影响温度的转换精度。这种智能温度传感器兼有抑制串模*力强、分辨力高、线性度好、成本低等优点。
为了避免在温控系统受到噪声干扰时产生误动作，在ad7416/7417/7817、lm75/76、max6625/6626等智能温度传感器的内部，都设置了一个可编程的“故障排队（fault queue）”计数器，于设定允许被测温度值超过上、下限的次数。仅当被测温度连续超过上限或低于下限的次数达到或超过所设定的次数n（n=1～4）时，才能触发中断端。若故障次数不满足上述条件或故障不是连续发生的，故障计数器就复位而不会触发中断端。这意味着假定n=3时，那么偶然受到一次或两次噪声干扰，都不会影响温控系统的正常工作。
76型智能温度传感器增加了温度窗口比较器，非常适合设计一个符合acpi（advanced configurationpower interface，即“先进配置与电源接口”）规范的温控系统。这种系统具有完善的过热保护功能，可用来监控笔记本电脑和服务器中cpu及主电路的温度。微处理器zui高可承受的工作温度规定为th，台式计算机一般为75℃，笔记本电脑的cpu可达100℃。一旦cpu或主电路的温度超出所设定的上、下*，int端立即使主机产生中断，再通过电源控制器发出信号，迅速将主电源关断起到保护作用。此外，当温度超过cpu的极限温度时，严重超温报警输出端（t_crit_a）也能直接关断主电源，并且该端还可通过独立的硬件判断电路来切断主电源，以防主电源控制失灵。上述三重安全性保护措施已成为上设计温控系统的新观念。
为防止因人体静电放电（esd）而损坏芯片。一些智能温度传感器还增加了esd保护电路，一般可承受1000～4000v的静电放电电压。通常是将体等效于由100pf电容1.2kω电阻串联而成的电路模型，当人体放电时，tcn75型智能温度传感器的串行接口端、中断/比较器信号输出端和地址输入端均可承受1000v的静电放电电压。lm83型智能温度传感器则可随4000v的静电放电电压。开发的智能温度传感器（例如max6654、lm83）还增加了传感器故障检测功能，能自动检测外部晶体管温度传感器（亦称远程传感器）的开路或短路故障。max6654还具有选择“寄存阻抗抵消”（parasitic resistance cancellation，英文缩写为prc）模式，能抵消远程传感器引线阻抗所引起的测温误差，即使引线阻抗达到100ω，也不会影响测量精度。远程传感器引线可采用普通双绞线或者带屏蔽层的双绞线。
4.5 虚拟温度传感器和网络温度传感器
虚拟传感器是基于传感器硬件和计算机平台、并通过软件开发而成的。利用软件可完成传感器的标定及校准，以实现*性能指标。zui近，病因b&k公司已开发出一种基于软件设置的teds型虚拟传感器，其主要特点是每只传感器都有*的产品序列号并且附带一张软盘，软盘上存储着对该传感器进行标定的有关数据。使用时，传感器通过数据采集器接至计算机，首先从计算机输入该传感器的产品序列号，再从软盘上读出有关数据，然后自动完成对传感器的检查、传感器参数的读取、传感器设置和记录工作。5 结束语
随着工业生产效率的不断提高，自动化水平与范围的不断扩大，对温度传感器的要求也越来越高，归纳起来有以下几个方面:
l扩展测温范围:目前工业常用的测温范围为-200℃-3000℃，随着工业的发展，对超高温、超低温的测量要求越来越迫切，如在宇宙火箭技术中常常需要测量几千度的高温。
l提高测量精度:随着电子技术的发展，信号处理仪表的精度有了很大的提高，特别是微型计算机的使用使得对信号的处理精度更加提高。
l扩大测温对象:随着工业和人们日常生活要求的提高，现在已由点测量发展到线、面测量。在环境保护、家用电器上都需要各种各样的测温仪表。
l发展新产品，满足特殊需要:在温度测量中，除了进一步扩展与完善管缆热电偶、热电阻，以及晶体管测温元件、快速高灵敏度的普通热电偶外，而且根据被测对象的环境，提出了许多特殊的要求。如防硫、防爆、耐磨的热电偶，钢水连续测温，火焰温度测量等。
l显示数字化:温度仪表不但具有读数直观、*、分辨率高、测量误差小的特点，而且给温度仪表的智能化带来很大方便。
l检定自动化:由于温度校验装置将直接影响温度仪表质量的提高，值得在这方面花大力气进行研究。我国已研制出用微型机控制的热电偶校验装置。
本文摘自《plc&fa》