Zadaniem czujników temperatury spalin jest dostarczanie informacji definiujących chwilową wartość temperatury na danym odcinku układu wylotowego do sterownika silnika, niezbędnych do sterowania układem recyrkulacji spalin i regeneracji filtra cząstek stałych. Ze względu na położenie czujników temperatury spalin są one narażone na wysokie i zmienne temperatury oraz drgania. Zakłada się, że po 250 tys. km przebiegu pojazdu czujnik należy wymienić.

Budowa i zasada działania czujników temperatury spalin

Do pomiaru temperatury spalin w układach wylotowych tłokowych silników spalinowych wykorzystuje się czujniki rezystancyjne cienko- lub grubowarstwowe z dodatnim (ang. PTC Positive Temperature Coefficient) lub ujemnym (ang. NTC Negative Temperature Coefficient) współczynnikiem temperaturowym. Do najważniejszych wykonawczych parametrów czujników rezystancyjnych należą: zakres pomiaru wartości, czułość, zakres temperatury pracy, dokładność, powtarzalność, własności dynamiczne, złożoność układu pomiarowego współpracującego w obwodzie czujnika oraz niezawodność.

Do pomiarów temperatury w czujnikach rezystancyjnych wykorzystuje się zmienną wartość rezystancji względem temperatury. Wartość rezystancji przekształcana jest na analogowe napięcie w wyniku uzupełnienia dzielnika napięcia rezystancją neutralną temperaturowo lub o przeciwnej zależności. Najczęściej stosowane czujniki rezystancyjne platynowe i niklowe mają rezystancję 100 Ω w temperaturze 0°C.

Za temperaturę odniesienia przyjmuje się T0 = 20°C. Czułość czujnika definiowana jest przez stosunek wartości jego rezystancji w temperaturze 100°C do rezystancji w temperaturze 0°C.

Materiał bazowy rezystora czujnika temperatury spalin stanowią proste tlenki metali tj. spieki polikrystaliczne o strukturze perowskitowej utworzonej przez stopy trojtlenku tytanu (TiO₃) lub platynę (Pt) wraz z stabilizującymi domieszkami. Materiał rezystora na bazie platyny (Pt) jest wykonany w technice grubowarstwowej, posiada dużą dokładność i stabilność temperaturową, a jego charakterystyka jest degresywna, w przeciwieństwie do rezystorów na bazie niklu (Ni). Najważniejszą rolę dla ceramicznych materiałów piezoelektrycznych o strukturze typu perowskitu odgrywają cyrkoniano-tytaniany ołowiu (PbTiO₃) oraz dwutlenek cyny SnO₂. Sygnał pomiarowy odbierany jest przez elektrody umieszczone po obu stronach materiału bazowego i przekazywany do części pomiarowej, w której następuje wzmocnienie sygnału i jego linearyzacja za pomocą układów kondycjonujących. Obecnie jako materiał bazowy czujników temperatury spalin wykorzystuje się również materiały kompozytowe, np. Fe₂O₃/ZnO, Fe₂O₃/SnO₂, SnO₂/ZnO oraz TiO₂/SnO₂ (materiał katalityczny). Materiał bazowy elementu pomiarowego jest przytwierdzony spoiwem do metalowej obudowy na końcu sondy (rys. 1). Rezystor pomiarowy jest integralną częścią dzielnika napięcia zasilanego napięciem 5 V. Napięcie sygnału jest zależne od temperatury. W sterowniku silnika zapisana jest charakterystyka przypisująca poszczególnym wartością napięcia sygnału wartość temperatury. Zakres pomiaru czujników temperatury spalin wynosi: – 40°C do 900°C.

Piotr Wróblewski

Więcej na ten temat przeczytają Państwo w nr 1/2015