空调 流量传感器 空调自控系统中常用传感器
空调自控系统中常用传感器
传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。
国际电工委员会（IEC）的定义为：传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。
传感器主要应用在自动测试与自动控制领域中。
它将诸入压力、温度、流量、位移等参数转换为电量，然后，通过电的方法进行测量和控制。
⑴金属材料制成的热电阻温度传感器；
⑵金属氧化物半导体材料制成的热敏电阻式温度传感器；
⑶由半导体PN结制成的半导体热敏电阻温度传感器；
通常称：
①金属热电阻；通常称为热电阻；
②半导体热电阻；通常称为热敏电阻；
空调系统常用温度传感器的外形图片：
①热电阻传感器；
②金属氧化物半导体热敏电阻传感器；
③半导体PN结热敏电阻传感器；
㈠ 热电阻传感器
1、热电阻传感器的定义：
物资的电阻率随温度变化而变化的物理现象称为热电阻效应。利用电阻随温度变化而变化的特性（即热电阻效应）制成的传感器称为热电阻传感器。
2、热电阻传感器的作用：
热电阻传感器主要用于检测温度和与温度有关的参量；因此也称为热电阻温度传感器。
3、金属热电阻温度传感器
⑴空调系统常用金属热电阻温度传感器结构与外形；
①结构示意图
金属丝通常用：铂、铜、铁和镍；
②外形
⑵金属热电阻温度传感器的测温原理
热电阻是热电阻温度计的测温元件，它是利用金属导体电阻值随温度变化而变化的特性来实现温度测量的。
金属导体电阻值与温度的关系为：
式中：Rt-温度为t℃时电阻值；
R0-温度为t0（通常为0℃）时电阻值；
a-温度系数，即温度每升高1℃时的电阻相对变化量；
Δt-温度变化量；
ΔRt-温度改变Δt时的电阻变化量。
⑶对金属热电阻材料的要求：
①电阻温度系数a要大，最好是常数；
②电阻率ρ应尽可能大；
③在热电阻使用温度范围内，材料的物理和化学性能稳定；
④加工性能好，价格便宜；
比较符合以上要求的金属材料有：铂、铜、铁、镍；使用最广泛的是：铂和铜；
⑷金属热电阻温度传感器的特点：
①结构简单、工作可靠、电阻温度特性好、测温灵敏度高、精度高、测温范围较广（-200℃～＋650℃）。
②阻值－温度（R-t）特性：温度每升高1℃，热电阻的阻值升高约0.4％～0.6％。即电阻温度系数较小。
③正温度系数热敏电阻；
④阻值与温度不是线性变化，但在一定的范围内可进似为常数（线性变化）。
⑸热电阻传感器的主要技术数据
①分度号：
热电阻的分度号是以热电阻在0℃时的电阻值来标记的，以便与相应的调节器配套使用。我国常用的工业铂热电阻分度号主要有：
①BA1：取R0 =46.00 Ώ；
②BA2：取R0 =100.00 Ώ；
③BA3：取R0 =300.00 Ώ；
常用的为：Pt100（分度号）；
国际产品：Pt300、 Pt1000 、Pt3000等；
铜热电阻分度号有：R0 = Cu50；R0 = Cu100；
②百度电阻比：
铂的电阻值与其纯度密切相关，纯度越高，其电阻率越大。
铂的纯度通常用百度电阻比。
W（100）表示：
R100-温度为100℃时铂电阻的电阻值；
R0-温度为0℃时铂电阻的电阻值；
国际温标规定，要求标准铂热电阻：W（100）≥1.3925
W（100）越大，纯度越高；
③阻值-温度（Rt-t）特性：
热电阻的阻值随温度变化关系称为热电阻的阻值-温度（Rt-t）特性；
例：温度在0℃～ 850℃范围内时：
式中：
A-是实验确定的常数，A＝3.96847×10-3℃-1
B-是实验确定的常数，B＝-5.847×10-7℃-2
④几种常用国产热电阻技术参数表：
⑹金属热电阻的时间常数：
① 时间常数T；②延迟时间τ；③动态特性；
时间常数一般在：10S～4min之内；
大热惯性：在1.5min～4min之内；
一般热惯性：在10S～1.5min之内；
小热惯性：在10S之内；
㈡ 金属氧化物半导体热敏电阻
金属氧化物半导体热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的温度敏感元件。
金属氧化物半导体热敏电阻通常用铁、镍、钛、镁、铜等金属氧化物按一定的比例混合经高温烧结而成。通过改变其中氧化物的成分和比例，可以得到不同测温范围、阻值和温度系数的NTC热敏电阻。
1、金属氧化物半导体热敏电阻的基本类型
⑴半导体热敏电阻的类型：
①负温度系数热敏电阻（NTC）；
②正温度系数热敏电阻（PTC）；
③临界温度（突变温度）系数热敏电阻（CTR）；
⑵几种常用半导体热敏电阻的特性曲线：
⑶部分半导体热敏电阻外形封装图片
金属管封装；玻璃封装；塑料封装；环氧树脂封装；
2、负温度系数半导体热敏电阻的特性
⑴电阻值与温度的关系（Rt-t）如下：
式中：RT、RT0 -温度为T、T0（K）时的温度值；
B-温度系数，大约为1500～5000K；
⑵ B参数：通常是指温度在25℃（T1）和50℃（T2）的B值：
式中：B-常数；
R1-在温度为T1（K）时的电阻值；
R2-在温度为T2（K）时的电阻值；
T1、T2-温度；
㈢ 半导体PN结温度传感器
半导体PN结温度传感器是利用半导体PN结两端电压随温度变化而变化的原理工作的。
1、种类：
① 二极管温度传感器：
② 晶体管温度传感器；
③ 集成温度传感器；
2、二极管温度传感器
⑴ 二极管温度传感器工作原理
根据PN结理论，对于一个理想的二极管，只要正向电压Uf大于几个kT/q0，其正向电流IF与正向电压Uf和温度T之间的关系可表示为：
在温度二极管的正向电压UF与温度T之间的关系，在一定的电流下，其正向电压随温度的升高而降低，故呈现负温度系数。通常为：-2mV/℃。
⑵ 二极管正向电压与温度的关系曲线
硅二极管1N457、锗二极管1N270正向电压随温度变化曲线；
⑶ 二极管温度
传感器的特点：简单、价廉、线性度较好；但互换性较差；
工作温度范围一般在-50～150℃范围内；
⑷ 硅二极管温度传感器应用
3、晶体三极管温度传感器
二极管温度传感器存在的不足：
①自热温升对测量精度的影响较大；
②工作电流较小（300uA）；
③互换性差；
⑴NPN型三极管温度传感器的工作原理
NPN三极管在集电极电流IC恒定时，基极和发射极间的电压UBE随环境温度变化而变化。
若集电极电流IC恒定则电压U仅随温度T呈单调单值函数关系。
⑵硅三极管UBE电压与温度关系曲线
温度系数为-2.4mV∕℃；测温范围-50℃～200℃；
⑶三极管温度传感器的特点：
结构简单、灵敏度高、热响应时间短（小于1S）、精度高、寿命长、体积小。
阻值－温度（R-t）特性好。是负温度系数（NTC）热敏电阻；阻值与温度为线性变化关系，稳定性和互换性好。
4、集成温度传感器
⑴集成温度传感器的定义：
集成温度传感器是将温度传感器与放大电路，偏置电源及线性化集成电路等采用集成化技术制作在同一块芯片上制成。
⑵优点：
测温精度高（精±0.5℃ ）复现性好；线性好，体积小；
热容量小、稳定性好；输出电信号大；
⑶集成温度传感器按输出信号的形式分：电压型；电流型；
⑷使用温度范围：-50～150℃
⑸集成温度传感器LM35性能介绍
LM35的温度系数为：10mv∕℃；常温下测量精度为：±0.5℃；最大功耗电流为：70uA；自身发热对测量精度的影响在0.1℃以内；
采用4V以上单电源供电时，测温范围为：2～150℃；
采用双电源供电时，测温范围为：
-55 ～+150℃（金属封装）；-40 ～+110℃（T092封装）；
5、上述温度传感器的特性小结：
⑴热电阻温度传感器是根据金属导体的电阻值随温度变化而变化的原理测温的；
温度升高电阻值增大，称为正温度系数（PTC）热电阻。
在一定范围内温－阻特性基本呈线性变化；
⑵金属氧化物半导体材料制成的热敏电阻其温度
特性为：温度升高，电阻值减小，通常被称为负温度系数（NTC）热敏电阻。温－阻特性呈非线性变化；
⑶半导体PN结制成的半导体热敏电阻是根据PN结正向压降随温度变化的原理工作的。也是负温度系数（NTC）热敏电阻。温－阻特性基本呈良好的线性变化；
二、温度变送器
1、温度变送器的定义：
将温度传感器输出的信号变换为标准电压或电流的器件称为温度变送器；
2、变送器的作用及数学表达式
⑴变送器的作用：
①把传感器输入的非电量（电量）信号转换为标准的电量信号（电压：0～10V DC、电流：4～20mA DC等）；
②对输入信号进行线性化放大与处理；
③变送器通常由电子线路组成，因此电子线路本身的时间常数、滞后都比较小；与传感器相比较通常可以忽约。
⑵变送器的数学表达式：
式中：BZ-变送器输出的标准信号；
θz-传感器测量信号（传感器输出信号）；
KB-变送器的放大系数（静态特性）。
⑶变送器的传递函数：
3、温度变送器工作原理及方框图：
三、湿度（敏）传感器
㈠ 湿空气的状态参数：
在空气调节技术中，常用的状态参数是压力、温度、含湿量、相对湿度、比焓及密度；
⑴压力：
湿空气是由干空气和水蒸气组成的混合气体，其总压力P应等于干空气的分压力Pg与水蒸气的分压力Pq之和；即：P=Pg+Pq；
水蒸气分压力的大小，反映了湿空气中水蒸气含量的多少。湿空气的温度越高，空气中饱和水蒸气分压力也就越大，说明空气能容纳的水气数量越多。
水蒸气分压力是衡量湿空气干燥与潮湿的基本指标，是一个重要的参数。
⑵温度：是表示湿空气冷热程度的指标；
⑶含湿量（d）：是指1kg干空气所带有的水蒸气质量，其单位是g∕kg（干空气）。它是表示湿空气湿度大小的重要参数之一。
在空气调节中，常用含湿量来表示空气被加湿或减湿的程度。
⑷相对湿度（φ）：是指空气中水蒸气分压力Pq与同温度下饱和水蒸气分压力Pqb之比；
它表示空气接近饱和的程度：
绝对湿度给出的是空间内水分的具体含量；而相对湿度则指出了大气的潮湿程度；
㈡ 湿度传感器的分类：
主要有两大类：
1、水分子亲和力型湿敏传感器；碳膜湿敏传感器、电解质湿敏传感器、高分子材料湿敏传感器、金属氧化物膜湿敏传感器、金属氧化物陶瓷湿敏传感器等。
2、非水分子亲和力型湿敏传感器；
热敏电阻式湿敏传感器、红外湿敏传感器、超声波湿敏传感器等。
㈢ 对湿度传感器的技术要求：
1、使用寿命长，长期工作的稳定性好；
2、测量范围宽，湿度和温度系数小；
3、灵敏度高、感湿特性线性度好；
4、湿滞回差小；
5、响应速度快，时间短；
6、一致性和互换性好，制造工艺简单，易于批量生产，转换电路简单，成本低廉；
7、能在恶劣环境下工作；
㈣ 湿度传感器的主要参数：
1、感湿特性曲线：
感湿特性曲线是指湿度传感器的输出量与被测环境湿度间的关系曲线；
2、测湿量程：
测湿量程是指湿敏传感器能以规定的精度测量的最大范围；
3、灵敏度：
常用感湿特性曲线的斜率来定义灵敏度，即灵敏度是输出量增量与输入量增量之比；
4、湿度温度系数：
湿度传感器的特性往往随环境温度的变化而变化，即在不同的环境温度下有不同的感湿特性曲线。
5、响应时间：
当环境湿度改变时，湿度传感器完成吸湿或脱湿以及动态平衡过程所需要的时间，称为响应时间；
6、湿滞回线和湿滞回差：
7、电压特性：
由于直流电压回造成水分子的电解，会导致电导率随时间下降，因此测试电压应采用交流电压；
湿敏传感器的电压特性是指感湿特征量与外加交流电压之间的关系；
㈤ 空调系统中常用湿度传感器
1、种类：
⑴毛发湿度传感器（控制器）；
⑵氯化锂湿度传感器；
⑶半导体陶瓷湿度传感器；
⑷电容式湿度传感器；
2、常用湿度传感器外形结构图
⑴毛发式湿度控制器
⑵氯化锂湿度传感器
⑶半导体陶瓷湿度传感器
⑷电容式湿度传感器
3、毛发式湿度控制器
⑴ 组成与结构：
⑵工作原理与作用
根据毛发在在不同的空气湿度下伸缩率不同的特性，利用其长度发生变化产生的位移量作用湿度控制信号，通过不同形式的控制器、放大器、执行器来控制空气的相对湿度。
对加湿器或除湿机进行双位控制；
⑶特点：
测量范围：20％～96％；
控制范围在40％～80％时有较好的线性度；
控制精度较低（大于±5％）；
结构简单、工作可靠、价格便宜、不需要经常维护；
毛发或尼龙薄膜长时间使用后，易产生变形和老化；
属于触点式控制型器件；
4、氯化锂湿度传感器
⑴ 传感器的组成结构：
⑵工作原理：
氯化锂(LiCl)是一种在大气中不分解、不挥发，也不变质而具有稳定的离子型无机盐类。它具有吸湿、放湿的特性，其吸湿量与空气相对湿度成一定的函数关系。随着空气相对湿度的变化，氯化锂吸湿量也随着变化。只有当它的蒸气压等于周围空气的水蒸气分压力时，才处于平衡状态。因此，随着空气相对湿度的增加，氯化锂的吸湿量也随着增加，从而使氯化锂中导电离子数增加，最后导致它的电阻减少。当氯化锂的蒸气压高于空气中水蒸气分压力时，氯化锂放出水分，导致电阻增大。
⑶氯化锂湿度传感器的性能参数与特点
①性能参数：
测量范围较宽15％～95％RH；
测量精度±2％～5％RH；
线性度较好的测量范围：45％～70％ RH；
温度对测量精度影响较大；
最高使用温度≤55℃；
②性能特点：
传感器必须使用交变电压；
使用环境应保持清洁、无粉尘与纤维；
稳定性不太高，会出现测量漂移；
⑷氯化锂湿度传感器的应用原理方框图
特点：
①温度，相对湿度同时检测，为了保证检测精度，采用温度信号对相对湿度信号进行补偿方式；
②输出信号为标准电压或电流信号；
5、半导体陶瓷湿敏电阻（烧结型）
⑴组成结构示意图
⑵半导体陶瓷湿敏电阻的特点：
①使用寿命长，可在恶劣环境下工作；
②可检测到1%RH低湿状态；
③响应快、测量精度高；
④使用范围宽，以及湿滞回差小；
⑤使用过程中需经常进行电加热清洗；
⑶SM-1型半导体陶瓷湿敏元件的性能曲线
①湿敏元件的感湿特性曲线；
②湿敏元件的加热清洗特性；
6、电容湿度传感器与变送器
⑵电容湿度传感器工作原理
根据电容器电容量的关系：
式中：
C-电容量；
ε-极板间介质的介电时间常数（F∕m）；
A-两平行极板间的相互覆盖的有效面积（m2）；
δ-两平行极板间的距离（m）；
电容量C直接受到ε、 A、δ的影响；
电容湿度传感器是利用当湿度变化时，改变极间介质的介电常数，通过测量电容量来测量相对湿度的。
极间介质选择具有吸湿，放湿特性的极薄的聚合物薄膜，电极采用金箔制成，要求薄到能允许水蒸气通过。
由于聚合物薄膜的吸、放湿特性，使其含水量随着空气相对湿度变化而变化。
水的介电常数与空气的介电常数相差很大，所以，当水分子被聚合物吸收后，将使平板电容器电容量产生很大的变化，通过检测电容器的电容量变化值，即可知道空气的相对湿度；
⑶电容湿敏变送器特性曲线
①性能特性曲线：
通常湿敏电容传感器不单独使用，都是做成湿敏变速器后使用；
②主要技术参数：输出电压0～10V；
测量湿度范围：0％～95％RH；环境温度范围：0～55℃；测量精度：±3％～±5%；
⑷湿度电容变送器的性能特点
①温度稳定性好；
②需要的动作能量低；
③动态响应快；
④可获得较大的湿度相对变化量；
⑤结构简单，可在恶劣环境下工作；
⑥不需要加清洗电压；
几种温度传感器的特性：
①金属热电阻温度传感器：
金属热电阻传感器是利用金属导体电阻值随温度变化而变化的特性来实现温度测量的，并按正温度系数特性变化。
②金属氧化物半导体温度传感器：
金属氧化物半导体热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的温度敏感元件。通过改变其中氧化物的成分和比例，可以得到不同测温范围、阻值和温度系数的热敏电阻。
③金属氧化物半导体温度传感器的类型：
负温度系数热敏电阻（NTC）；
正温度系数热敏电阻（PTC）；
临界温度（突变温度）系数热敏电（CTR）；
④半导体二极管温度传感器：
半导体PN结温度传感器是利用半导体PN结两端电压随温度变化而变化的原理工作的。二极管温度传感器具有正的温度特性；
具有简单、价廉、线性度好的优点；互换性较差；
⑤晶体管温度传感器与集成温度传感器
晶体管温度传感器与集成温度传感器具有负的温度系数；
阻值与温度为线性变化关系，稳定性和互换性好。
结构简单、灵敏度高、热响应时间短（小于1S）、精度高、寿命长、体积小。
阻值-温度（R-t）特性好。
4、变送器的定义：
将传感器输出的信号变换为标准电压或
标准电流的器件称为变送器；
通常转换为：0～5VDC电压信号；0～10VDC电压信号；4～20mA、4～25mA的DC电流信号；
5、湿度传感器
①氯化锂湿度传感器:
氯化锂湿度传感器是利用在两金属极板之间的氯化锂涂层随空气中相对湿度的变化引起金属极板之间的电阻值变化的原理工作的。在使用时应注意，禁止在传感器两端加入直流电压；
②电容式湿度传感器:
电容湿度传感器是利用当湿度变化时，改变电容器极间介质的介电常数，通过电容器容量的测量来测量相对湿度的。
③半导体陶瓷湿度传感器
半导体陶瓷湿度传感器是采用多孔陶瓷基片表面上涂敷金属氧化物而制成的；空气中湿度高时，多孔陶瓷基片中吸收的水分多，则导电性能加强，电阻值减小。反之，则增大。半导体陶瓷湿度传感器中有一个加热线圈，在控制系统中需有相应的控制电路，定时给加热线圈通电对传感器进行清洗；
风机盘管控制系统设计方案确定：
空调、除湿两用机制冷系统原理图：
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你搞明白了空调的温度传感器吗？
1
温度传感器概述
空调器温度控制主要是通过温度传感器检测制冷、制热的房间温度变化，控制压缩机的通电和断电，从而控制空调器制冷或制热温度。
空调器的温度控制主要是指在CPU统一指挥下，由温度传感器检测环境温度，和人工设定的温度进行比较，当达到相应的温度时，CPU控制压缩机的通电或断电。
空调器的温度控制范围一般在16℃～30℃之间，在制冷时，最低设定温度不会低于16℃，在制热时，最高设定温度不会高于30℃。
空调器的温度控制精度为1℃。
例如，制冷时设定的温度若是26℃，则当温度降到25℃时，压缩机停机，当温度回升到27℃时，压缩机运转制冷；制热时设定温度若是18℃，则当温度升到19℃时，压缩机停机，当温度下降到17℃时，压缩机运转制热。
2
温度传感器形式
空调器温度传感器是负温度系数热敏电阻，简称NTC，又称感温探头。其阻值随温度升高而降低，随温度降低而增大，传感器的阻值各不一样，25℃时的阻值为标称值。
空调器常用的传感器外形如图所示，传感器的感温电阻体为塑封和金属封两种。
塑封多用来检测环境温度，金属封多用来检测管道温度。
电阻通过导线插头和电路板插座插接。塑封传感器一般为黑色，金属封装传感器一般为不锈钢银色和金属铜色。
传感器一般都是两根并排黑色引线，通过插头连接到控制板的插座上。空调器室内一般有两个传感器，有的空调器是单独的两个两线插头，有的空调器使用一个插头四根引线。为了便于分别两个传感器，大多数空调器的传感器，插头和插座都是做成可以识别的。
空调器常用的传感器有：
室内环境温度NTC、
室内管温NTC、
室外管温NTC等
较高档的空调器还应用室外环境温度NTC，压缩机吸气、排气NTC，还有空调器具有室内机吹出风温度NTC等。
3
常见温度传感器的作用
1.室内环境温度检测NTC（负温度系数热敏电阻）
CPU根据设定的工作状态，通过室内环境温度（简称内环温）NTC检测室内环境的温度，控制压缩机通电运转或断电停机。
变频空调器根据设定的工作温度和室内温度的差值进行变频调速，在开机后高频运转时，差值越大压缩机工作频率越高。
2.室内管温检测NTC
（1）制冷状态下
室内管温NTC检测室内盘管温度是否过冷、在一定时间内室内盘管温度是否下降到一定温度等。
若过冷，为防止室内机盘管结霜，影响室内热量的交换，CPU压缩机停机保护，称过冷保护，过冷保护的温度一般为2～3℃，正常温度为+5℃。
若一定时间内室内盘管温度没有下降到一定温度，CPU检测判断制冷系统问题或缺少制冷剂，压缩机停机保护。
（2）制热状态下
防冷风吹出检测、过热卸荷、过热保护、制热效果检测等。
空调器制热开始室内风机的运转受内管温控制，当内管温达到28～32℃时，风机才运转，防止制热开始吹出冷风，造成身体不舒适。
制热过程中，若室内管温达到56℃，说明管温太高，高压过高，此时，CPU控制室外风机停机，减少室外热量的吸收，压缩机不停，称为制热卸荷。
若室外风机停机后，内管温温度继续上升，达到60℃时，CPU控制压缩机停机保护，这是空调器的过热保护。
空调器制热状态下，在一定的时间内，若室内机管温没有上升到一定的温度，CPU检测判断制冷系统问题或缺少制冷剂，压缩机停机保护。
从这里可以看出，空调器在制热的时候，室内风机、室外风机都受到室内管温传感器的控制，所以在维修制热有关风机的运转故障时，要注意到室内管温传感器。
3.室外管温检测NTC
室外管温传感器主要作用是制热化霜温度检测，一般空调器制热50分钟后，室外机进入第一次化霜，以后的化霜就由室外管温传感器控制，管温降到-9℃时，开始化霜，管温回升到11～13℃时停止化霜。
4、压缩机排气检测NTC
避免压缩机过热，缺氟检测，使变频压缩机降频，控制制冷剂流量等。
压缩机的排气温度过高有两个方面的主要原因，一个是压缩机处于过电流工作状态下，多是散热不良、高压压力过高等，二是制冷系统缺少制冷剂或无制冷剂，使压缩机本身的电热和摩擦热不能很好的随制冷剂排出。
5、压缩机吸气检测NTC
有电磁节流阀的空调器制冷系统中，CPU通过检测压缩机回气的温度，控制制冷剂流量，有步进电机控制节流阀实现。
压缩机吸气温度传感器还起到制冷效果检测的作用，制冷剂偏多，吸气温度低，制冷剂偏少或制冷系统堵塞，吸气温度高，无制冷剂吸气温度接近环温，CPU检测压缩机吸气温度，判断空调器工作状态是否正常。
4
温度传感器常见故障
温度传感器是热敏电阻半导体器件，损坏情况是阻值变大、阻值变小、开路性、短路性、霉变、生锈、插接接触不良、断线、阻值随温度变化的特性变差、信号传输电路损坏等情况。
温度传感器出现明显开路、短路时，CPU控制处于空调器保护状态，其他情况导致空调器不能处于正常的运转状态。
实际维修中发现最易损坏的传感器是室内机管温传感器、压缩机排气温度传感器、室外管温传感器等。
由于管道温度传感器工作在温度、湿度变化频繁的位置， 所以室内、室外盘管传感器损坏率较高，这在维修时要注意。
在维修传感器故障时，可根据空调器的故障现象，采用新、旧传感器阻值对比，更换新品等方法解决。对于已经生锈、霉变的传感器要换新。
实际维修过程中，要判断清楚是传感器本身的问题，还是传感器检测的位置温度的问题，可以快速排除故障。
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