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新闻主题	水温、油压、转速传感器的原理及位置实图

 

摘要：水温、油压、转速传感器（俗称：感应探头）是柴油发电机组的“感官系统”，分别监控着设备的温度健康、润滑健康和运行稳定。任何一个失效，轻则导致性能下降、油耗增加，重则触发保护停机甚至造成“飞车”报废。如果没有这些传感器，柴油发电机组或许还能“转”，但绝对无法做到安全、高效、稳定地发电，每一次运行都如同蒙眼走钢丝。

 

 一、对整机的影响机制

 

      柴油发电机组主控制器对发动机运行状态的感知，是通过各种传感器来实现的。我国国家标准GB/T 7665-2005《传感器通用术语》中定义传感器（transducer/sensor）：“能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。”敏感元件（sensing element），指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。转换元件（transducing element），指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。当输出为规定的标准信号时，则称其为变送器（transmitter）。

1、水温传感器：发动机的“体温计”

      它安装在发动机水套内，监控冷却液温度，为ECU提供喷油和点火修正的依据。失效影响如下：

（1）启动困难：水温传感器故障（如开路）时，ECU会误判发动机始终处于极低温状态，导致混合气过浓，出现冷启动失败或怠速不稳。

（2）性能与油耗：ECU无法精确控制喷油量，会导致油耗显著增加、排放超标。

（3）高温保护：若无法传递真实高温信号，控制系统无法及时报警或降低负荷，严重时会造成“开锅”、拉缸。

2、油压传感器：润滑系统的“血压计”

      油压决定了关键部件（如曲轴、涡轮增压器）能否得到充分润滑。失效影响如下：

（1）灾难性磨损：若传感器失效导致无法监测真实油压，一旦发生机油泄漏或油泵故障，发动机可能在毫无预警的情况下因“干摩擦”导致曲轴抱死、轴瓦烧熔。

（2）误报与误动：传感器触点接触不良可能导致指示灯误亮，或在正常压力下错误触发保护停机，影响供电连续性。

3、转速传感器：机组的“节拍器”

      这是核心保护传感器之一，它监测曲轴转速，发电机的输出频率（Hz）严格取决于转速（RPM）。失效影响如下：

（1）电压频率不稳：ECU依赖转速信号调节喷油量。如果失去信号，调速器无法闭环控制，加负载时转速会急剧下降（频率跌落），卸载时会异常飙升（频率过压）。

（2）“飞车”风险：这是最危险的后果。当传感器失效或调速器故障时，发动机转速可能无限上升直至机械损坏（如气门掉入气缸），引发严重安全事故。

（3）无法启动：在电控发动机中，ECU依靠转速信号判断启动状态。没有该信号，系统可能不喷油。

 

二、柴发常见传感器的原理

 

      传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。由于被测物理量的范围广泛，种类多样，而用于构成传感器的物理现象和物理定律又很多，因此传感器的种类、规格十分繁杂，传感器的分类方法很多。传感器分类常用的方法有按被测物理量进行的分类，如能感受外力并转换成可用输出信号的传感器称为力传感器，能感受速度并转换成可用输出信号的传感器称为速度传感器，能感受温度并转换成可用输出号的传感器则称为温度传感器等等。

1、水温传感器原理

      水温传感器的作用是将发动机冷却水温度的变化，转换成热敏电阻阻值的变化。热敏电阻为一种半导体温度传感器，与大多数半导体传感器（具有较小的正温度系数）相比，热敏电阻具有较大的负温度系数，且其特性曲线是非线性的。其电阻-温度关系由下式确定：

 ......................................... (6-1)

 

 

式中 R_T——温度T时的电阻，Ω；

R₀——温度T。时的电阻，Ω；

β——材料的特征常数，K；

T，T₀——绝对温度，K。

      发动机水温传感器内部有两个检测部件，一是热敏电阻，二是温度开关。热敏电阻将温度的变化转换成电阻值的变化，而温度开关是当温度高于转换温度（一般为95℃）时，开关闭合，当温度低于转换温度时，开关断开。在自动化发电机组主控制器中，检测水温的报警量有两个，“高温度警告”量和“高温度报警停机”量，其中“高温度警告”量的信号来源是检测水温传感器的热敏电阻的变化，“高温度停机报警”量的信号来源是检测水温传感器的温度开关的状态。水温传感器外壳采用导热性能优良的铜加工而成，内部有热敏电阻R，和温度开关K两个部件，两个部件的一端均与外壳连接，另外一端从接线端1和2分别引出。水温传感器内部一般采用电阻值变化范围较大的热敏电阻，表1是一种水温传感器热敏电阻的温度-电阻分度表。

表1  水温传感器性能参数表

 

2、油压传感器原理

      机油压力传感器的作用是将发动机润滑油道内的压力变化，转换成对应的可变电阻阻值的变化。可变电阻一般采用特殊电阻材料绕制而成的，随着压力的增加，电阻值逐渐增大。发动机油压传感器内部有两个检测部件，一是滑动触点式变阻器，二是压力开关。

（1）滑动触点式变阻器：当润滑系统压力变化时，使得传感器内部的柱塞高度发生变化，从而改变滑动触点式变阻器的电刷位置，将压力的变化转换成电阻值的变化。

（2）压力开关：当压力高于转换压力（一般为0.14MPa）时，开关断开，当压力低于转换压力时，开关闭合。

      在自动化发电机组主控制器中，检测油压的报警量有两个，“低油压警告”量和“低油压报警停机”量，其中“低油压警告”量的信号来源是检测油压传感器的可变电阻的变化，“低油压报警停机”量的信号来源是检测油压传感器的油压开关的状态。

      油压传感器外壳采圆柱形封装，内部有可变电阻Rp和油压开关K两个部件，两个部件的一端均与外壳连接，另外一端从接线端1和2分别引出。油压传感器内部一般采用电阻值变化范围较小的可变电阻，表2是一种油压传感器可变电阻的压力-电阻分度表。

表2  油压传感器性能参数表

 

3、转速传感器

      转速传感器采用无源磁电式转速传感器，是一种将被测物理量转换为感应电动势的装置，也称电磁感应式或电动力式传感器。由电磁感应定律可知，当穿过一个线圈的磁通Φ发生变化时，线圈中感应产生的电动势为：

e = -W （dØ / dt）............................................(6-2)

式中 W——线圈匝数；

dØ / dt——穿过线圈的磁通变化率。

      由上式可知，线圈感应电动势e的大小取决于线圈的匝数和穿过线圈的磁通变化率。而磁通变化率与所施加的磁场强度、磁路磁阻以及线圈相对于磁场的运动速度有关，改变上述任意一个因素，均会导致线圈中产生的感应电动势的变化，从而可得到相应的不同结构形式的磁电式传感器。图1是转速传感器的结构图。

 

图3 柴油发电机转速传感器结构图

图4 柴油发电机转速传感器电路图

 

      如图2所示，在发动机中，转速传感器的磁头与飞轮齿非常近，当飞轮旋转时，转速传感器磁头与飞轮之间的磁隙发生变化，引起磁头线圈中磁能量也发生变化，在磁头中产生交变的感应电动势，而且飞轮每旋转一个齿，交变感应电动势就产生一个完整的正弦波。当飞轮齿数为x齿时，飞轮转一圈，转速传感器就输出z个正弦波。通过测量转速传感器的输出频率，就可计算得到发动机的转速，计算公式如下

n = 60ƒ / z..................................................(6-3)

式中 n——计算得到发动机的转速，r/min；

f——转速传感器的输出频率，Hz；

z——轮齿数。

      为了保证飞轮在高速旋转时，飞轮齿与转速传感器磁头之间的磁隙变化明显，在安装传感器时，应将传感器磁头接触到飞轮的齿顶后退出1/2～3/4圈，使磁头与飞轮齿顶的间隙约为0.45mm。

 

三、传感器结构和安装位置

 

1、水温传感器(Coolant Temperature Sensor)

（1）内部结构：探头内部通常封装了一个热敏电阻和一个温度开关（用于高温报警停机）。外壳为铜质，导热性好。

（2）安装位置实图描述：

① 核心位置：安装在发动机缸体或缸盖的水套上，如图3所示。

② 具体部位：通常在节温器附近或出水口端盖处。

③ 特征：它是一个直接拧入冷却液通道中的金属部件，尾部带有线束插头，探头部分直接浸泡在冷却液中。

 

2、油压传感器(Oil Pressure Sensor)

（1）内部结构：内部包含一个压力感应膜片、可变电阻（或开关触点）以及信号处理电路。

（2）安装位置实图描述：

① 核心位置：安装在发动机的主油道上，如图4所示。

② 具体部位：通常位于机油滤清器底座附近，或者发动机缸体侧面靠近油底壳结合处的主油道堵头位置。

③ 特征：相比水温传感器，它的底座通常有一个感压孔，外形可能带有六角金属外壳用于承受压力，且多为三线制（电源、信号、接地）。

 

图4 柴油发电机机油压力传感器位置图

3、转速传感器(Speed Sensor)

（1）内部结构：传感器内部有磁铁和线圈。当发动机飞轮或曲轴上的信号齿（齿轮）旋转经过探头时，磁路气隙变化产生正弦波交流电压。电压的频率与发动机转速成正比。

（2）安装位置实图描述：

① 核心位置：安装在飞轮壳上，正对飞轮齿圈；或安装在曲轴皮带轮、凸轮轴附近。

② 具体部位：在飞轮壳的侧面，通常由一颗螺栓固定。

③ 特征：它是一个磁性探头，安装时与飞轮齿顶之间留有极小的间隙（约1-1.5mm）。外观上看是一个圆柱形金属体，尾部带线束。

表3  传感器物理特征区分

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