Система цифровой индикации датчика температуры охлаждающей жидкости

... ...

СОДЕРЖАНИЕ:
Введение 3
1.Патентно информационный обзор датчика температуры охлаждающей жидкости 2
2.Определение состава и разработка структурных схем 7
3.Функциональная схема датчика температуры охлаждающей жидкости 15
4.Выбор элементной базы и разработка принципиальной схемы датчика температуры охлаждающей жидкости 24
Заключение 27
Список литературы 29

Введение

Датчик температуры охлаждающей жидкости — самый надежный из всех датчиков системы российского производства. По этому датчику система определяет тепловое состояние двигателя и принимает решение о коррекции параметров (обороты XX, обогащение подачи топливной смеси, угол опережения зажигания, включение - выключение вентилятора и т.д.).
Показатель температуры двигателя на панели приборов автомобиля не имеет отношения к этому датчику, и его показания могут не совпадать с показаниями тестера, поскольку температура в этом случае определяется другим датчиком, установленным в рубашке двигателя, а также зависит от состояния самой панели управления.
Выход из строя датчика температуры приводит к целому набору неисправностей в автомобиле, от явной невозможности запустить двигатель до непоня тного повышения расхода топлива.
Объектом исследования является система охлаждения автомобиля.
Предмет исследования составляет изучение требований, предъявляемых к датчику температуры охлаждающей жидкости.
Целью работы является изучение элементов, свойств и требований, предъявляемых к датчикам температуры охлаждающей жидкости. Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1) изучить патентно-информационные основы датчиков температуры охлаждающей жидкости;
2) рассмотреть функциональные и принципиальную схемы датчиком температуры охлаждающей жидкости.
Общетеоретической базой явились труды специалистов по безопасности дорожного движения на автомобильном транспорте, а также литература в области обеспечения безопасности автотранспортных средств и состояния безопасности дорожного движения в Российской Федерации. Среди них можно выделить таких авторов, как: Венгеров И.А, Кузнецов А.П., Изосимов С.В., Маршакова Н.Н., Никульников Э.Н., Рябчинский А.И.

Датчик температуры охлаждающей жидкости (термисторный) устанавливается на впускном патрубке системы охлаждения в потоке охлаждающей жидкости двигателя. Термистор, находящийся внутри датчика, является термистором с «отрицательным температурным коэффициентом» - при нагреве его сопротивление уменьшается. Высокая температура охлаждающей жидкости вызывает низкое сопротивление (70 Ом + 2% при 130 °С), а низкая температура дает высокое сопротивление (100700 Ом ± 2% при - 40 °С).Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист10ВлГУ.140400.02 ПЗКонтроллер подает на датчик температуры охлаждающей жидкости напряжение 5 В через резистор с постоянным сопротивлением, находящимся внутри контроллера. Температуру охлаждающей жидкости контроллер рассчитывает по падению напряжения на датчике, имеющем переменное Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист11ВлГУ.140400.02 ПЗсопротивление. Падение напряжения большое на холодном двигателе, и низкое - на прогретом.Зависимость сопротивления датчика от температуры охлаждающей жидкости приведена ниже: Таблица 1.Температура °ССопротивление. ОМ ± 2%10018090240803307047060670509704511904014603022402528002035201544501056705728009420-412300-1016180-1521450-2028680-3052700-4010070ДТОЖ находится на впускном патрубке системы охлаждения в потоке охлаждающей жидкости (ОЖ) двигателя. Внутри датчика находящийся Термистор с «отрицательным температурным коэффициентом» - при нагреве его сопротивление уменьшается, а низкая температура дает высокое сопротивление.Параметры датчика температуры ОЖ. Артикул 423.3828, является аналогом датчиков 23.3828 и 405213. Каталожный номер 2112-3851010- Номинальное напряжение, V 3,4(±0,3)- Сопротивление при 15°С, Ом 4033...4838- Сопротивление при 128°С, Ом 76,7...85,1- Выход напряжения при 15°С, % 92,1...93,3- Выход напряжения при 128°С, % 18,1...19,7- Размер под ключ S19- Резьба М3/8»- Масса, кг 0,044Контроллер (ЭБУ) подает на датчик температуры охлаждающей жидкости напряжение 5В через резистор с постоянным сопротивлением, находящимся внутри контроллера. Температуру ОЖ контроллер рассчитывает по падению напряжения на датчике, имеющем переменное сопротивление.Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист12ВлГУ.140400.02 ПЗОсновные требования предъявляемые к индикатору измерителя охлаждающей жидкости это точность измерений и высокая надежность.Принцип работы штатного измерителя температуры основан на использовании в качестве датчика - терморезистора, сопротивление которого напрямую зависит от собственной температуры. Зависимость сопротивления датчика от температуры (см. табл.1). Схема включения датчика (см. рис.2).Таблица 2. Зависимость сопротивления датчика от температуры.Рис. 3. СхемаИзм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист13ВлГУ.140400.02 ПЗ включения датчика.Устройство датчика.Датчики ТМ100 и ТМ101-А состоят из закрытого корпуса внутри которого установлена таблетка терморезистора ММТ-15. Таблетка терморезистора прижимается к дну корпуса токоведущей пружиной. Пружина изолирована от стенок корпуса бумажным патроном. Терморезистор является полупроводником, сопротивление которого значительно уменьшается с повышением температуры и увеличивается при его охлаждении. Датчик устанавливают в стенке головки блока или насоса системы охлаждения двигателя. Указанные датчики могут применяться на автомобилях с 12В и 24В системами электроснабжения.Устройство указателя.В указателе на основании, состоящем из двух пластмассовых колодок, намотаны три неподвижные катушки. Катушки выполнены из тонкого провода с большим числом витков в каждой. При изготовлении в одну из колодок закладывается постоянный магнит. Для поддержания постоянства сопротивления цепи при изменении температуры в цепи катушек указателя включен резистор температурной компенсации. В кольцевом пространстве между колодками устанавливают дискообразный магнит с ограничителем угла поворота стрелки. Отогнутый конец ограничителя входит в прорезь одной из колодок.При отключенной от источника тока цепи прибора стрелка указателя отклонена влево от деления 0 по шкале. Это положение стрелки обуславливается взаимодействием постоянных магнитов. При работе прибора сила тока в катушках, а следовательно, и магнитные потоки, создаваемые этими катушками, зависят от сопротивления в датчике.Сигнализаторы температуры охлаждающей жидкости.Сигнализаторы предназначены для предупреждения водителя о недопустимом повышении температуры в системе охлаждения. Датчик Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист14ВлГУ.140400.02 ПЗсигнализатора ввёртывают в верхний бачок радиатора, а сигнальную лампу располагают на щитке приборов. Датчики ТМ102, ТМ103, ТМ104, и ТМ104-Т имеют аналогичную конструкцию и отличаются температурой момента замыкания контактов. Температура замыкания контактов зависит от положения неподвижного контакта относительно подвижного контакта. Положение контакта регулируют винтом только при сборке датчика. При эксплуатации датчики не регулируют. Внутри латунного баллона помещена контактная пластина с контактом. Пластина соединена с корпусом. Термо - биметаллическая пластина с контактом изолирована от корпуса и упругой пластиной соединена с зажимом. Исходное положение термо - биметаллической пластины устанавливается пластмассовый ограничителем. При низкой температуре контакты датчика разомкнуты и сигнальная лампа выключена. При повышении температуры охлаждающей жидкости увеличивается нагрев баллона, а от него и нагрев термо - биметаллической пластины, которая деформируется и при температуре 377 - 380 К в датчике ТМ104-Т замыкает контакты, включая сигнальную лампу. Винтом можно регулировать температуру замыкания контактов.Данный электронный измеритель температуры, позволяет измерять температуру дистанционно - на расстояниях в сотни метров. Соединительная линия между датчиком и устройством индикации может быть выполнена либо экранированным проводом либо двухпроводным электрическим шнуром.В большинстве случаев термочувствительным элементом в термометрах является терморезистор, обладающий нелинейной зависимостью сопротивления от температуры окружающей среды. Это менее удобно, поскольку стрелочный индикатор нужно снабжать специальной нелинейной шкалой, получаемой во время, градуировки прибора с помощью образцового термометра.В предлагаемом ниже электронном термометре в качестве термочувствительного элемента применен кремниевый диод, зависимость Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист15ВлГУ.140400.02 ПЗпрямого напряжения которого линейна в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды. В этом варианте отпадает необходимость в специальной градуировке шкалы стрелочного индикатора.В цепь базы транзистора VT1 включен делитель напряжения с термочувствительным датчиком - диодом VD1, цепь базы транзистора VT2 - делитель фиксированного напряжения. При нагреве или охлаждении термодатчика напряжение на базе транзистора VT1 будет изменяться.Приведена принципиальная схема электронного термометраРис. 4.Данный прибор способен измерять температуру от 0 До 100°С, от 0 до 50°С или от - 50 до +50°С - в зависимости от стрелочного индикатора РА1, используемого в приборе. С показанным на схеме микроамперметром на 100 мкА термометр рассчитан на работу в первом из указанных диапазонов. Установив индикатор на 50 мкА, можно работать во втором диапазоне. С индикатором на 50 мкА, с нулем посередине шкалы, - в третьем. При этом независимо от диапазона остальные, детали термометра остаются неизменными.Основу термометра составляют каскады на транзисторах VT1 и VT3. Смещение на базе транзистора VT1 задается цепочкой из резисторов R1-R3, Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист16ВлГУ.140400.02 ПЗпеременным резистором R2 можно более точно подбирать напряжение смещения, т. е балансировать измерительный мост и устанавливать стрелку Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист17ВлГУ.140400.02 ПЗиндикатора РА1 на условный нуль отсчета (на нулевое деление шкалы). Напряжение смещения на базе транзистора VT2 определяется цепочкой резисторов R10, R3 и диода VD1, подключенного к зажимам ХТ1, ХТ2 и выполняющего роль термочувствительного датчика. При изменений окружающей температуры изменяется напряжение смещения на базе транзистора VT2 и стрелка индикатора отклоняется. По углу отклонения стрелки судят о контролируемой температуре.Датчиком в термометре может работать, кроме указанного на схеме, любой кремниевый диод, например, серий КД102, Д226.Транзисторы - любые маломощные кремниевые, серий КТ306, КТ312, КТ315 с коэффициентом передачи 40.50. Постоянные резисторы - МЛТ-0,25 или МЛТ-0,125, переменные резисторы R2 - СП-1, подстроечные резисторы R9 - СП3-1a или СП3-16. Индикатор РА1 - типов М24, М592 или другой с указанным выше током полного отклонения стрелки.Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист18ВлГУ.140400.02 ПЗ3.Функциональная схема датчика температуры охлаждающей жидкостиДатчик температуры охлаждающей жидкости предназначен для измерения температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения двигателя. Датчик включен в систему управления двигателем. Информация от датчика используется системой управления для корректировки основных параметров работы двигателя в зависимости от теплового состояния: частоты вращения коленчатого вала; качественного состава топливно-воздушной смеси; угла опережения зажигания. 1439694283170Рис. 5.Таким образом, работа датчика температуры охлаждающей жидкости обеспечивает быстрый прогрев двигателя при запуске и поддержание оптимальной его температуры на всех режимах. В недалеком прошлом датчик температуры охлаждающей жидкости на двигателе внутреннего сгорания был представлен термореле, например, в системе впрыска K-Jetronic. Применение данного устройства обеспечивало только два режима работы: прогрев двигателя при запуске за счет обогащения топливно-воздушной смеси (при открытом контакте термореле); поддержание номинальной температуры (при закрытом контакте термореле). Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист19ВлГУ.140400.02 ПЗВ настоящее время датчик температуры охлаждающей жидкости является элементом электронного управления системы охлаждения, с помощью которого осуществляется непрерывный контроль и регулирование температурного режима двигателя. В качестве датчика применяется термистор – резистор, изменяющий сопротивление в зависимости от температуры.Термистор изготавливается из полупроводниковых материалов (оксид никеля, оксид кобальта), которые характеризуются ростом свободных электронов при увеличении температуры и соответственно уменьшением сопротивления. Термистор помещается в защитный теплопроводный корпус, на котором выполнена крепежная резьба и электрический разъем для соединения. Термистор имеет отрицательный температурный коэффициент, т.е. его сопротивление уменьшается с ростом температуры. Когда двигатель холодный сопротивление датчика максимально. На датчик подается напряжение порядка 5В, которое уменьшается с изменением сопротивления датчика. По падению напряжения на датчике блок управления двигателем рассчитывает температуру охлаждающей жидкости. Датчик температуры охлаждающей жидкости ввернут в выпускной патрубок головки блока цилиндров. Новые возможности температурного регулирования открываются с применением двух датчиков температуры охлаждающей жидкости. Один из датчиков устанавливается на выходе из двигателя, другой – на выходе из радиатора. Необходимая температура охлаждающей жидкости определяется в зависимости от нагрузки двигателя (массе засасываемого воздуха) и частоте вращения коленчатого вала двигателя. По показаниям датчиков определяется характер работы вентилятора, степень открытия термостата, включение реле дополнительного насоса охлаждения в системе рециркуляции отработавших газов, реле охлаждения двигателя после остановки.Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист20ВлГУ.140400.02 ПЗДатчик охлаждения температуры охлаждающей жидкости (сокращенно ДТОЖ) применяется в большинстве двигателей с совершенно различными системами управления.В большинстве систем также применяется датчик температуры воздуха во впускном тракте двигателя.Внешний вид датчика температуры охлаждающей жидкости и датчика температуры воздуха во впускном тракте.В зависимости от температуры охлаждающей жидкости, блок управления двигателем корректирует состав топливовоздушной смеси, частоту вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу, угол опережения зажигания… Влияние показаний датчика температуры охлаждающей жидкости на работу системы управления двигателем очень велико. Например, если вследствие неисправности рассчитанное блоком управления двигателем значение температуры охлаждающей жидкости двигателя не совпадает с фактической температурой охлаждающей жидкости двигателя на значительную величину, двигатель может заглохнуть / не запускаться.Большинство датчиков температуры воздуха во впускном тракте аналогичны по устройству и принципу действия датчику температуры охлаждающей жидкости. В зависимости от температуры воздуха во впускном тракте, блок управления двигателем несколько корректирует состав топливовоздушной смеси. Влияние показаний датчика температуры воздуха во впускном тракте на работу системы управления двигателем особенно заметно в таких системах, где не применяется датчик расхода воздуха.Принцип действия температурного датчикаВ качестве датчиков температуры охлаждающей жидкости и большинства датчиков температуры воздуха во впускном тракте двигателя применяются терморезисторы с отрицательным температурным Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист21ВлГУ.140400.02 ПЗкоэффициентом – с увеличением температуры датчика его сопротивление уменьшается.Датчик температуры охлаждающей жидкости устанавливается в потоке охлаждающей жидкости двигателя. При низкой температуре охлаждающей жидкости, сопротивление датчика высокое (3,52 kOm; при +20 °С); при высокой температуре – сопротивление датчика низкое (240 Ом; при +90 °С). От блока управления двигателем, через расположенный внутри блока управления двигателем резистор с постоянным электрическим сопротивлением, на датчик температуры поступает опорное напряжение величиной 5 V. Второй вывод датчика соединён с «массой».Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист22ВлГУ.140400.02 ПЗСхема включения микроконтроллераМикроконтроллер ATtini2313 содержит 2 портов ввода/вывода.Порт PD6 используется для связи с цифровым датчиком по 1-wire интерфейсу.Порты PB0 - PB7, PD0, PD1, PD4, PD5 используется для управления цифровым индикатором.На рисунке 6 приведена структурная схема включения микроконтроллера.Рисунок 6.Рис. 7.