傳感器在汽車上的應(yīng)用

1、華東交通大學(xué)理工學(xué)院華東交通大學(xué)理工學(xué)院期末結(jié)課報(bào)告所屬課程名稱 傳感器原理及其應(yīng)用 題 目 流量傳感器在汽車上的應(yīng)用分 院 電 信 分 院 專業(yè)班級(jí) 通信2012-2 學(xué)號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 譚尾琴 目錄第一章 傳感器的特性第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)常用傳感器工作機(jī)理2.1 磁電效應(yīng)2.2 霍耳式傳感器2.3 壓電式傳感器2.4 光電式傳感器2.5 熱電式傳感器第三章 流量傳感器在汽車中的應(yīng)用【摘要】車用傳感器是汽車計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入裝置，它把汽車運(yùn)行中各種工況信息，如車速、各種介質(zhì)的溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況等，轉(zhuǎn)化成電訊號(hào)輸給計(jì)算機(jī)，以便發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳工作狀態(tài)。車用傳感器很多，判斷傳感器出現(xiàn)的故障時(shí)，不應(yīng)

2、只考慮傳感器本身，而應(yīng)考慮出現(xiàn)故障的整個(gè)電路。因此，在查找故障時(shí)，除了檢查傳感器之外，還要檢查線束、插接件以及傳感器與電控單元之間的有關(guān)電路?！娟P(guān)鍵詞】：車用傳感器；汽車運(yùn)用；現(xiàn)代汽車發(fā)展第一章 傳感器的特性傳感器是指能感受規(guī)定的物理量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸入信號(hào)的器件或裝置。簡單地說，傳感器是把非電量轉(zhuǎn)換成電量的裝置。 傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測(cè)量電路三部分組成。 2.1 敏感元件是指能直接感受（或響應(yīng)）被測(cè)量的部分，即將被測(cè)量通過傳感器的敏感元件轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系的非電量或其它量。 2.2 轉(zhuǎn)換元件則將上述非電量轉(zhuǎn)換成電參量。 第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)常用傳感器工作原理2.1 磁電

3、效應(yīng)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，N匝線圈在磁場中運(yùn)動(dòng)，切割磁力線（或線圈所在磁場的磁通變化）時(shí)，線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小取決于穿過線圈的磁通的變化率， 直線移動(dòng)式磁電傳感器 直線移動(dòng)式磁電傳感器由永久磁鐵、線圈和傳感器殼體等組成 當(dāng)殼體隨被測(cè)振動(dòng)體一起振動(dòng)且在振動(dòng)頻率遠(yuǎn)大于傳感器的固有頻率時(shí)，由于彈簧較軟，運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量相對(duì)較大，運(yùn)動(dòng)件來不及隨振動(dòng)體一起振動(dòng)（靜止不動(dòng)）。此時(shí)，磁鐵與線圈之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度接近振動(dòng)體的振動(dòng)速度。2.2 霍爾式傳感器1霍耳效應(yīng) 半導(dǎo)體或金屬薄片置于磁場中，當(dāng)有電流（與磁場垂直的薄片平面方向）流過時(shí)，在垂直于磁場和電流的方向上產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)。 2霍耳

4、元件 目前常用的霍耳材料鍺（Ge）、硅（Si）、銻化銦（InSb）、砷化銦（InAs）等 。N型鍺容易加工制造，霍耳系數(shù)、溫度性能、線性度較好；P型硅的線性度最好，霍耳系數(shù)、溫度性能同N型鍺，但電子遷移率較低，帶負(fù)載能力較差，通常不作單個(gè)霍耳元件。 2.3 壓電式傳感器1壓電效應(yīng) 對(duì)某些電介質(zhì)沿著一定方向加力而使其變形時(shí)，在一定表面上產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力撤除后，又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。在電介質(zhì)的極化方向施加電場，電介質(zhì)會(huì)在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力，當(dāng)外電場去除后，變形或應(yīng)力隨之消失，此現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。 2壓電元件 壓電式傳感器是物性型的、發(fā)電式傳感器。常用的壓電材料

5、有石英晶體（SiO2）和人工合成的壓電陶瓷。 壓電陶瓷的壓電常數(shù)是石英晶體的幾倍，靈敏度較高。 2.4 光電式傳感器1光電效應(yīng) 當(dāng)光線照射物體時(shí)，可看作一串具有能量E的光子轟擊物體，如果光子的能量足夠大，物質(zhì)內(nèi)部電子吸收光子能量后，擺脫內(nèi)部力的約束，發(fā)生相應(yīng)電效應(yīng)的物理現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)。 1）在光線作用下，電子逸出物體表面的現(xiàn)象，稱為外光電效應(yīng)，如光電管、光電倍增管等。 2）在光線作用下，物體的電阻率改變的現(xiàn)象，稱為內(nèi)光電效應(yīng)，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等。 3）在光線作用下，物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，稱為光生伏特現(xiàn)象，如光電池（屬于對(duì)感光面入射光點(diǎn)位置敏感的器件）等

6、。 2光敏電阻 光敏電阻受到光線照射時(shí)，電子遷移，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，使電阻率變小。光照越強(qiáng)，阻值越低。入射光線消失，電子空穴對(duì)恢復(fù)，電阻值逐漸恢復(fù)原值。 3光敏管 光敏管（光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等）屬于半導(dǎo)體器件。 4電致發(fā)光 固體發(fā)光材料在電場激發(fā)下產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象稱為電致發(fā)光。電致發(fā)光是將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的過程。發(fā)光二極管(LED)是以特殊材料摻雜制成的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件。當(dāng)其PN結(jié)正向偏置時(shí)，由于電子空穴復(fù)合時(shí)產(chǎn)生過剩能量，該能量以光子形式放出而發(fā)光。 2.5 熱電式傳感器1熱電效應(yīng) 將兩種不同性質(zhì)的金屬導(dǎo)體A、B接成一個(gè)閉合回路，如果兩接合點(diǎn)溫度不相等（T0T），則在兩導(dǎo)體間

7、產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，并且回路中有一定大小的電流存在，此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。 2熱電阻傳感器 熱電阻材料通常為純金屬，廣泛使用的是鉑、銅、鎳、鐵等 3熱敏電阻傳感器 熱敏電阻用半導(dǎo)體制成，與金屬熱電阻相比有以下特點(diǎn)： 1）電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高； 2）結(jié)構(gòu)簡單，體積小，易于點(diǎn)測(cè)量； 3）電阻率高，且適合動(dòng)態(tài)測(cè)量； 4）阻值與溫度變化的關(guān)系是非線性的； 5）穩(wěn)定性較差。 第三章 流量傳感器在汽車中的應(yīng)用發(fā)動(dòng)機(jī)用傳感器有很多種，其中包括溫度傳感器、壓力傳感器、旋轉(zhuǎn)傳感器、流量傳感器、位置流量傳感器傳感器、濃度傳感器、爆震傳感器等。這類傳感器是整個(gè)車用傳感器的核心，利用它們可提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、降低油耗、減少廢

8、氣、反映故障等，由于其工作在發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)、汽油蒸汽、污泥、水花等惡劣環(huán)境中，因此它們的耐惡劣環(huán)境技術(shù)指標(biāo)要高于一般的傳感器。它們的性能指標(biāo)要求有很多種，其中最關(guān)鍵的是測(cè)量精度與可靠性，否則由傳感器檢測(cè)帶來的誤差最終將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)失靈或產(chǎn)生故障。3.1、流量傳感器溫度傳感器：主要檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度、催化溫度等，將它們轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，從而控制噴油嘴針閥開啟時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間，以保證供給發(fā)動(dòng)機(jī)最佳混合氣并達(dá)到排氣凈化效果等。實(shí)際應(yīng)用的溫度傳感器主要有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱電偶式。線繞電阻式溫度傳感器的精度較高，但響應(yīng)特性差;熱敏式傳感器靈敏度高，響應(yīng)特性較好，但線性

9、差，適用溫度較低;熱電偶式傳感器的精度高，測(cè)溫范圍寬，但需考慮放大器和冷端處理問題。3.2 壓力流量傳感器傳感器：主要檢測(cè)氣缸負(fù)壓，從而控制點(diǎn)火和燃料噴射;檢測(cè)大氣壓，從而控制爬坡時(shí)空燃比;檢測(cè)氣缸內(nèi)壓，從而控制點(diǎn)火提前角;檢測(cè)廢氣再循環(huán)流量、發(fā)動(dòng)機(jī)油壓、制動(dòng)器油壓、輪胎空氣壓力等等，并對(duì)相關(guān)量作出反應(yīng)。車用壓力傳感器目前已有若干種，應(yīng)用較多的有電容器式、壓阻式、差動(dòng)變壓器式(LVDT)、表面彈性波式(SAW)。電容器式傳感器具有輸入能量高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn);壓阻式受溫度影響大，需另設(shè)溫度補(bǔ)償電路，但適用于大量生產(chǎn);LVDT式有較大輸出，易于數(shù)字輸出，但抗振性較差;SAW式具有體

10、積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性強(qiáng)、靈敏度高、分辨率高、數(shù)字量輸出等特點(diǎn)，是一種較為理想的傳感器。3.3、旋轉(zhuǎn)流量傳感器傳感器f l o w-m e t e r s.c n：主要用于檢測(cè)曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、風(fēng)門開度、車速等，從而控制點(diǎn)火提前角、燃油配量和噴射時(shí)間等，產(chǎn)品主要有發(fā)電機(jī)式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、光學(xué)式、振動(dòng)式等。3.4、氧傳感器：檢測(cè)排氣中空燃比，向供油系統(tǒng)發(fā)出負(fù)反饋信號(hào)，以修正噴油脈沖，使空燃比調(diào)整到理論值，以達(dá)到理想的排氣凈化效果，常用的是氧化鋯和氧化鈦傳感器。3.5、流量傳感器：測(cè)定進(jìn)氣量和燃油流量以控制空燃比。主要有空氣流量傳感器和燃料流量傳感器。空氣流量傳感器檢測(cè)進(jìn)入的空氣量從而控制電子噴油器噴油量，以得到較準(zhǔn)確的空燃比，實(shí)