《位置傳感器》ppt課件

1、 1第五章第五章 位置傳感器與角度傳感器位置傳感器與角度傳感器 2 運(yùn)用在汽車上的位置傳感器：曲軸位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、液位傳感器和車輛高度傳感器等。 1曲軸位置傳感器凸輪軸位置傳感器： 發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)的主要部件，是控制發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火正時(shí)、曲軸位置的信號(hào)源。 用于檢測(cè)活塞上止點(diǎn)信號(hào)和曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)，它也是丈量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)。 2節(jié)氣門位置傳感器： 電子燃油放射系統(tǒng)中用于檢測(cè)節(jié)氣門開(kāi)度的傳感器。電腦利用其傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，作為點(diǎn)火時(shí)間，排氣再循環(huán)控制，怠速控制和變速器換檔點(diǎn)等的重要參數(shù)。 概概 述述 3 3 3液位傳感器：液位傳感器： 用于檢測(cè)燃油箱油量、冷卻液液位和光滑油用

2、于檢測(cè)燃油箱油量、冷卻液液位和光滑油液位等。液位等。 4 4車輛高度傳感器：車輛高度傳感器： 簡(jiǎn)稱車高傳感器，它用來(lái)把車身高度的變化簡(jiǎn)稱車高傳感器，它用來(lái)把車身高度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸入電子控制單元，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸入電子控制單元，ECUECU根據(jù)高度變根據(jù)高度變化信號(hào)控制執(zhí)行元件，調(diào)理車身高度。化信號(hào)控制執(zhí)行元件，調(diào)理車身高度。 45.1 5.1 曲軸位置傳感器曲軸位置傳感器一、定義： 曲軸位置傳感器也稱曲軸轉(zhuǎn)角傳感器CPS，Crankshaft Position Sensor 。凸輪軸(Camshaft位置傳感器又稱為氣缸識(shí)別傳感器CIS，Cylinder Identification Se

3、nsor。 二、類型：1電磁脈沖式2霍爾效應(yīng)式3光電效應(yīng)式三、安裝位置： 曲軸皮帶輪或鏈輪側(cè)面，或凸輪軸前端，或分電器。 55.1.15.1.1電磁脈沖式曲軸位置傳感器電磁脈沖式曲軸位置傳感器 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)W匝線圈在均恒磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)穿過(guò)線圈的磁通為，那么線圈的感應(yīng)電勢(shì)e為：dtdWe一、磁感應(yīng)原理一、磁感應(yīng)原理 6二、磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器的任務(wù)原理二、磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器的任務(wù)原理 圖5-1 磁感應(yīng)式傳感器任務(wù)原理b接近；c對(duì)正；d分開(kāi)1-信號(hào)轉(zhuǎn)子；2-傳感器線圈；3-永久磁鐵；4-支架磁感應(yīng)式傳感器組成：信號(hào)轉(zhuǎn)子、傳感線圈、永久磁鐵等。 圖5-2 傳感器線圈中的磁通和電動(dòng)勢(shì)E

4、波形a低速時(shí)輸出波形；b高速時(shí)輸出波形(b)(d)(c) 7 1不需求外加電源，永久磁鐵起著將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的作用，其磁能不會(huì)損失。 2發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，磁通變化率也就越大，傳感線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也就越高。三、磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器的特點(diǎn)三、磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器的特點(diǎn) 8 光電傳感器：光信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。 一、光電效應(yīng) 物體吸收了光能后轉(zhuǎn)換為該物體中某些電子的能量，從而產(chǎn)生的電效應(yīng)。光電傳感器的任務(wù)原理基于光電效應(yīng)。光電效應(yīng)分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)兩大類。 1、外光電效應(yīng) 在光線的作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體外表向外發(fā)射的景象稱為外光電效應(yīng)。向外發(fā)射的電子叫做光電子?；谕夤怆娦?yīng)

5、的光電器件有光電管、光電倍增管等。5.1.2 5.1.2 光電式曲軸位置傳感器光電式曲軸位置傳感器 9 2 2、內(nèi)光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng) 當(dāng)光照射在物體上，使物體的電阻當(dāng)光照射在物體上，使物體的電阻率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的景象叫率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的景象叫做內(nèi)光電效應(yīng)，它多發(fā)生于半導(dǎo)體內(nèi)。根做內(nèi)光電效應(yīng)，它多發(fā)生于半導(dǎo)體內(nèi)。根據(jù)任務(wù)原理的不同，內(nèi)光電效應(yīng)分為光電據(jù)任務(wù)原理的不同，內(nèi)光電效應(yīng)分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)兩類：導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)兩類： 1 1 光電導(dǎo)效應(yīng)光電導(dǎo)效應(yīng) 在光線作用下，電子吸收光子能量在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合形狀過(guò)渡到自在形狀，而引起資料從鍵合形

6、狀過(guò)渡到自在形狀，而引起資料電導(dǎo)率的變化，這種景象被稱為光電導(dǎo)效電導(dǎo)率的變化，這種景象被稱為光電導(dǎo)效應(yīng)?；谶@種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。應(yīng)?；谶@種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。 2 2 光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng) 在光線作用下可以使物體產(chǎn)生一定在光線作用下可以使物體產(chǎn)生一定方向的電動(dòng)勢(shì)的景象叫做光生伏特效應(yīng)。方向的電動(dòng)勢(shì)的景象叫做光生伏特效應(yīng)。 基于該效應(yīng)的光電器件有光電池和基于該效應(yīng)的光電器件有光電池和光敏二極管、三極管。光敏二極管、三極管。 10二、光電式曲軸位置傳感器二、光電式曲軸位置傳感器 1、構(gòu)造圖 5-3組成：信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)盤即信號(hào)轉(zhuǎn)子安裝在傳感器軸上、配電器、傳感器殼體和線束插頭

7、等。 11信號(hào)發(fā)生器構(gòu)造信號(hào)發(fā)生器構(gòu)造三 122、任務(wù)原理圖5-4 光電式傳感器任務(wù)原理1-發(fā)光二極管LED；2-信號(hào)盤；3-光敏三極管三 13圖5-5 光電式曲軸位置傳感器輸出波形Ne信號(hào)轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角信號(hào)與轉(zhuǎn)角信號(hào)G信號(hào)上止點(diǎn)信號(hào)信號(hào)上止點(diǎn)信號(hào) 145.1.3 5.1.3 霍爾式曲軸位置傳感器霍爾式曲軸位置傳感器 一、霍爾元件的構(gòu)造和任務(wù)原理一、霍爾元件的構(gòu)造和任務(wù)原理 半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 的磁場(chǎng)中，的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于薄片，當(dāng)有電流磁場(chǎng)方向垂直于薄片，當(dāng)有電流I 流過(guò)薄片時(shí)，流過(guò)薄片時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)在垂直于電流和磁場(chǎng)的

8、方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)UH，這種景象稱為霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)是美國(guó)約翰這種景象稱為霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)是美國(guó)約翰霍霍普金斯大學(xué)物理學(xué)家霍爾博士首先發(fā)現(xiàn)的。普金斯大學(xué)物理學(xué)家霍爾博士首先發(fā)現(xiàn)的。 UH= IBRHdRH -霍爾系數(shù)d -白金導(dǎo)體的厚度UH圖5-6 霍爾效應(yīng)原理圖 15 二、霍爾式曲軸與凸輪軸傳感器任務(wù)原理二、霍爾式曲軸與凸輪軸傳感器任務(wù)原理圖5-7 霍爾式傳感器構(gòu)造原理圖構(gòu)造：觸發(fā)葉輪、霍爾集成電路、導(dǎo)磁鋼片磁軛與永構(gòu)造：觸發(fā)葉輪、霍爾集成電路、導(dǎo)磁鋼片磁軛與永久磁鐵。霍爾式集成電路有霍爾元件、放大電路、穩(wěn)壓電路、久磁鐵?；魻柺郊呻娐酚谢魻栐?、放大電路、穩(wěn)壓電路、溫度補(bǔ)償電路、信號(hào)變

9、換電路和輸出電路等組成。溫度補(bǔ)償電路、信號(hào)變換電路和輸出電路等組成。 原理：當(dāng)葉片進(jìn)入氣隙時(shí)，霍爾集成電路中的磁場(chǎng)被葉片旁路，霍爾電壓 U H 為零，集成電路輸出級(jí)的三極管截止，傳感器輸出的信號(hào)電壓U0為高電平。反之那么反。 16各種類型曲軸位置傳感器的特點(diǎn)：各種類型曲軸位置傳感器的特點(diǎn)：電磁感應(yīng)式傳感器電磁感應(yīng)式傳感器優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :構(gòu)造簡(jiǎn)單，鞏固耐用、能順應(yīng)較高溫度環(huán)境、能利用齒輪輪齒產(chǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，鞏固耐用、能順應(yīng)較高溫度環(huán)境、能利用齒輪輪齒產(chǎn)生脈沖，運(yùn)用廣泛；生脈沖，運(yùn)用廣泛；缺陷：輸出電壓的峰值隨轉(zhuǎn)速的大小而變化，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的低速缺陷：輸出電壓的峰值隨轉(zhuǎn)速的大小而變化，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的

10、低速形狀下，感應(yīng)電壓很低，影響控制精度。形狀下，感應(yīng)電壓很低，影響控制精度。 光電式傳感器光電式傳感器優(yōu)點(diǎn)：屬于非接觸式丈量，輸出的是數(shù)字信號(hào)，有利于電腦處置；優(yōu)點(diǎn)：屬于非接觸式丈量，輸出的是數(shù)字信號(hào)，有利于電腦處置；缺陷：對(duì)油或贓物在光經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)盤傳送的干涉非常敏感。缺陷：對(duì)油或贓物在光經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)盤傳送的干涉非常敏感?；魻栃?yīng)式傳感器霍爾效應(yīng)式傳感器優(yōu)點(diǎn)：輸出的信號(hào)是矩形脈沖，適宜用于電腦數(shù)字系統(tǒng)，信號(hào)電壓的優(yōu)點(diǎn)：輸出的信號(hào)是矩形脈沖，適宜用于電腦數(shù)字系統(tǒng)，信號(hào)電壓的大小與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。大小與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。 175.2 節(jié)氣門位置傳感器 節(jié)氣門位置傳感器TPS Throttle Position

11、 Sensor)又稱節(jié)氣門開(kāi)度傳感器開(kāi)關(guān)。安裝在節(jié)氣門體上節(jié)氣門軸的一端。隨著駕駛員對(duì)加速踏板的控制，節(jié)氣門位置發(fā)生改動(dòng)。 18一、節(jié)氣門位置傳感器的作用一、節(jié)氣門位置傳感器的作用 將節(jié)氣門開(kāi)度即發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷大小轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸入發(fā)動(dòng)機(jī) ECU，以便確定空燃比的大小。在配備電子控制自動(dòng)變速器的汽車上，節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)還要輸入變速器電控單元ECT ECU)，作為確定變速器換擋時(shí)機(jī)和變矩器鎖止時(shí)機(jī)的主要信號(hào)。 一方面用來(lái)確定節(jié)氣門的開(kāi)度位置，另一方面反響節(jié)氣門的開(kāi)閉速度。 能夠引發(fā)的缺點(diǎn)： 1行駛性能不良，動(dòng)力缺乏； 2加速不圓滑； 3發(fā)動(dòng)機(jī)熄火； 4怠速轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定。 19二、節(jié)氣門位置傳感器的類

12、型二、節(jié)氣門位置傳感器的類型 按構(gòu)造不同，節(jié)氣門位置傳感器分為觸點(diǎn)式、可按構(gòu)造不同，節(jié)氣門位置傳感器分為觸點(diǎn)式、可變電阻式、觸點(diǎn)與可變電阻組合式變電阻式、觸點(diǎn)與可變電阻組合式 3 3 種類型。種類型。 按輸出信號(hào)的類型不同，節(jié)氣門位置傳感器可分按輸出信號(hào)的類型不同，節(jié)氣門位置傳感器可分為線性量輸出型和開(kāi)關(guān)量輸出型為線性量輸出型和開(kāi)關(guān)量輸出型 2 2 種。種。 201 1、編碼式節(jié)氣門位置傳感器開(kāi)關(guān)量輸出型、編碼式節(jié)氣門位置傳感器開(kāi)關(guān)量輸出型圖5-9 編碼器式節(jié)氣門位置傳感器構(gòu)造圖 構(gòu)造與作用：構(gòu)造與作用：IDLIDL觸點(diǎn)用以檢測(cè)怠速形狀；觸點(diǎn)用以檢測(cè)怠速形狀；PSWPSW觸點(diǎn)用觸點(diǎn)用于檢測(cè)高負(fù)

13、荷形狀，于檢測(cè)高負(fù)荷形狀，ACC1ACC1和和ACC2ACC2用于檢測(cè)加減速形狀。用于檢測(cè)加減速形狀。 安裝位置：安裝在節(jié)氣門室上，與節(jié)氣門連動(dòng)。安裝位置：安裝在節(jié)氣門室上，與節(jié)氣門連動(dòng)。 21任務(wù)原理：任務(wù)原理：1怠速時(shí)怠速時(shí) 222加速時(shí)加速時(shí) 233高負(fù)荷時(shí)高負(fù)荷時(shí) 244減速時(shí)減速時(shí) 25圖5-10 編碼式TPS輸出特性輸出特性：輸出特性： 262 2、線性可變電阻型節(jié)氣門位置傳感器線性、線性可變電阻型節(jié)氣門位置傳感器線性量輸出型量輸出型1 1構(gòu)造組成：可變電阻、滑動(dòng)觸點(diǎn)、節(jié)氣門軸、殼體。構(gòu)造組成：可變電阻、滑動(dòng)觸點(diǎn)、節(jié)氣門軸、殼體。 線性量TPS構(gòu)造與特性圖 27圖5-12 線性TP

14、S與ECU銜接圖任務(wù)原理：任務(wù)原理： 觸點(diǎn)在電阻體上滑動(dòng)，利用變化的電阻值，測(cè)得與節(jié)氣門開(kāi)度對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)在電阻體上滑動(dòng)，利用變化的電阻值，測(cè)得與節(jié)氣門開(kāi)度對(duì)應(yīng)的線性輸出電壓，根據(jù)輸出的電壓值，可知節(jié)氣門開(kāi)度。的線性輸出電壓，根據(jù)輸出的電壓值，可知節(jié)氣門開(kāi)度。 節(jié)氣門開(kāi)度輸出信號(hào)節(jié)氣門開(kāi)度輸出信號(hào)VTA那么使那么使ECU對(duì)噴油量進(jìn)展控制，以獲得相應(yīng)對(duì)噴油量進(jìn)展控制，以獲得相應(yīng)的功率。隨著節(jié)氣門開(kāi)度的增大，節(jié)氣門開(kāi)度輸出電壓線性增大。的功率。隨著節(jié)氣門開(kāi)度的增大，節(jié)氣門開(kāi)度輸出電壓線性增大。 283、綜合式節(jié)氣門位置傳感器 任務(wù)原理：任務(wù)原理： 一個(gè)觸點(diǎn)可在電阻體上滑動(dòng)，利用變化的電阻值，測(cè)得與節(jié)氣門

15、開(kāi)一個(gè)觸點(diǎn)可在電阻體上滑動(dòng)，利用變化的電阻值，測(cè)得與節(jié)氣門開(kāi)度對(duì)應(yīng)的線性輸出電壓，根據(jù)輸出的電壓值，可知節(jié)氣門開(kāi)度。度對(duì)應(yīng)的線性輸出電壓，根據(jù)輸出的電壓值，可知節(jié)氣門開(kāi)度。 另一個(gè)電刷觸點(diǎn)在節(jié)氣門全封鎖時(shí)與怠速觸點(diǎn)另一個(gè)電刷觸點(diǎn)在節(jié)氣門全封鎖時(shí)與怠速觸點(diǎn)IDL接觸。接觸。 IDL信號(hào)主要用于斷油控制和點(diǎn)火提早角的修正。節(jié)氣門開(kāi)度輸出信號(hào)信號(hào)主要用于斷油控制和點(diǎn)火提早角的修正。節(jié)氣門開(kāi)度輸出信號(hào)VTA那么使那么使ECU對(duì)噴油量進(jìn)展控制，以獲得相應(yīng)的功率。對(duì)噴油量進(jìn)展控制，以獲得相應(yīng)的功率。 29 305.3 5.3 其它位置傳感器其它位置傳感器 轉(zhuǎn)向傳感器方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向與轉(zhuǎn)動(dòng)角度傳感器轉(zhuǎn)向傳感器

16、方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向與轉(zhuǎn)動(dòng)角度傳感器SAS Steering angle Sensor)SAS Steering angle Sensor)又稱為方向盤又稱為方向盤位置傳感器。位置傳感器。 作用：用來(lái)檢測(cè)方向盤或轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向作用：用來(lái)檢測(cè)方向盤或轉(zhuǎn)向軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與轉(zhuǎn)動(dòng)角度。以實(shí)現(xiàn)人們對(duì)懸架系統(tǒng)的支配性和與轉(zhuǎn)動(dòng)角度。以實(shí)現(xiàn)人們對(duì)懸架系統(tǒng)的支配性和行車穩(wěn)定性的要求，控制車輛姿態(tài)的變化，提高行車穩(wěn)定性的要求，控制車輛姿態(tài)的變化，提高駕乘溫馨性。安裝在轉(zhuǎn)向軸上。駕乘溫馨性。安裝在轉(zhuǎn)向軸上。5.3.1 5.3.1 轉(zhuǎn)向傳感器轉(zhuǎn)向傳感器 31一、構(gòu)造一、構(gòu)造圖5-14 轉(zhuǎn)向傳感器構(gòu)造圖a安裝位置；b傳感器構(gòu)

17、造1-傳感器殼體；2-信號(hào)圓盤；3-光電耦合元件；4-遮光孔；5-轉(zhuǎn)向軸 32二、任務(wù)原理二、任務(wù)原理光電耦合元件電路輸出信號(hào)波形原理：光電效應(yīng)光電耦合組件之間的光斷續(xù)地通斷旋轉(zhuǎn)角度三極管導(dǎo)通截止的速度轉(zhuǎn)向器的速度先導(dǎo)通的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)向器的旋轉(zhuǎn)方向 335.3.2 光電式車高傳感器 車高傳感器即車身高度傳感器或車身位置傳感器。 作用：將車身位置高度變化的信號(hào)輸入到電子調(diào)理懸架系統(tǒng)電控單元EMS ECU，以便調(diào)理車身位置高度。電子控制懸架系統(tǒng)對(duì)小轎車車身位置高度的調(diào)理范圍普通為10mm30mm。安裝在輪胎的擋泥板上。 34一、構(gòu)造一、構(gòu)造圖5-15 車高傳感器構(gòu)造圖信號(hào)發(fā)生器構(gòu)造圖 35二、任務(wù)原

18、理二、任務(wù)原理車高傳感器的銜接關(guān)系 36 375.3.3 液位傳感器 汽車上運(yùn)用的液位傳感器分模擬量輸出型和開(kāi)關(guān)型兩類。 模擬輸出型液位傳感器主要用于檢測(cè)燃油箱油量，有浮子式可變電阻式、電熱式、電極式傳感器等； 開(kāi)關(guān)輸出型液位傳感器用于丈量制動(dòng)液液位、洗滌液液位、冷卻液液位，在液位減少到一定值時(shí)，產(chǎn)生開(kāi)關(guān)接通、閉合轉(zhuǎn)換，這種傳感器有熱敏電阻式、浮子式笛簧開(kāi)關(guān)式和電極式等。 38一、浮子笛簧開(kāi)關(guān)式液位傳感器一、浮子笛簧開(kāi)關(guān)式液位傳感器構(gòu)造圖構(gòu)造圖 39任務(wù)原理任務(wù)原理 40電路原理圖電路原理圖 41運(yùn)用實(shí)例運(yùn)用實(shí)例 42 43水檢測(cè)水箱冷卻液液位 44二、浮子可變電阻式液位傳感器二、浮子可變電阻式液位傳感器構(gòu)造圖構(gòu)造圖 45任務(wù)原理任務(wù)原理 46運(yùn)用實(shí)例運(yùn)用實(shí)例汽油油量表電路圖汽油油量表電路圖 47三、熱敏電阻式液位傳感器三、熱敏電阻式液位傳感器熱敏電阻的溫度特性 48任務(wù)原理 49燃油箱電路圖燃油箱電路圖 50五、電極式液位傳感器用于檢測(cè)蓄電池液位五、電極式液位傳感器用于檢測(cè)蓄電池液位電極式液位傳感器的構(gòu)造 蓄電池液位傳感器電路蓄電池液位傳感器電路 a規(guī)定液位時(shí)規(guī)定液位時(shí)b液位缺乏時(shí)液位缺乏時(shí)原