第2章車(chē)用傳感器

1、重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇車(chē)用傳感器速度傳感器空間格柵式壓差式、熱線風(fēng)速儀加速度傳感器壓電、應(yīng)變、電容式?jīng)_撞傳感器電容式、壓阻式、壓電晶體n基本內(nèi)容控制系統(tǒng)所需傳感器溫度傳感器熱電阻、熱電偶?jí)毫鞲衅鲏鹤枋?、靜電容式空氣流量傳感器氣體傳感器氧傳感器,空燃比傳感器一、汽車(chē)傳感器種類(lèi)一、汽車(chē)傳感器種類(lèi)n汽車(chē)傳感器大致有兩類(lèi)：n一類(lèi)是使司機(jī)了解汽車(chē)各部分狀態(tài)的傳感器；n另一類(lèi)傳感器是用于控制汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)的控制傳感器，其主要種類(lèi)如表1所示。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽

2、車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇二、汽車(chē)用傳感器的特點(diǎn)與要求二、汽車(chē)用傳感器的特點(diǎn)與要求(1)有較好的環(huán)境適應(yīng)性。因?yàn)槠?chē)是在環(huán)境溫度變化大(-4080)道路表面差別大，烈日、暴雨造成溫度懸殊下工作的，因此要求耐震、耐水、耐溫、耐沖擊、抗電磁干擾等。(2)批量生產(chǎn)性。(3)可靠性。同一般傳感器一樣，汽車(chē)傳感器的可靠性應(yīng)是最重要的，并且穩(wěn)定性要好。(4)盡可能小型、重量輕，便于安裝。(5)符合有關(guān)法規(guī)的要求。三、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)控制用傳感器三、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)控制用傳感器n汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)控制用傳感器是在發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱、震動(dòng)、汽油蒸氣、以及輪胎產(chǎn)生的污泥和飛濺的水花等惡劣環(huán)境下工作的。n表2列出了傳感器工作的環(huán)

3、境條件。因此，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)用傳感器與一般傳感器相比，其耐惡劣環(huán)境的指標(biāo)要高得多。n典型汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)控制用傳感器的技術(shù)指標(biāo)如表3所示。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇1.溫度傳感器溫度傳感器n為了弄清發(fā)動(dòng)機(jī)的熱狀態(tài)、計(jì)算進(jìn)氣的質(zhì)量、流量以及排氣凈化處理，需要有能夠連續(xù)、精確地測(cè)量冷卻水溫度、進(jìn)氣溫度與排氣溫度的傳感器。溫度傳感器的種類(lèi)見(jiàn)表4。實(shí)際應(yīng)用的溫度傳感器有繞線電阻式、熱敏電阻式和熱電偶式等。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇2.壓力傳感

4、器壓力傳感器n用來(lái)檢測(cè)汽缸負(fù)壓、大氣壓、蝸輪發(fā)動(dòng)機(jī)的升壓比、汽缸內(nèi)壓、EGR(廢氣再循環(huán))流量、發(fā)動(dòng)機(jī)油壓。壓力傳感器的種類(lèi)見(jiàn)表5。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇3.流量傳感器流量傳感器n通常采用調(diào)整供油量與供氣量相匹配的方式調(diào)節(jié)空燃比。因此測(cè)定進(jìn)氣流量是控制空燃比的基礎(chǔ)，燃料流量測(cè)定亦然。n表6列出了汽車(chē)上所用流量傳感器的種類(lèi)。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇4.曲軸位置、轉(zhuǎn)速傳感器曲軸位置、轉(zhuǎn)速傳感器n曲軸位置是進(jìn)行空燃比、點(diǎn)火時(shí)刻、怠速轉(zhuǎn)速和排氣再循環(huán)等項(xiàng)控制所必須的信息。曲軸位置、轉(zhuǎn)速傳感器的種類(lèi)如表7所列。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張

5、偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇5.爆燃傳感器n在即將爆燃而沒(méi)有發(fā)生明顯爆燃時(shí)，燃燒速度最快，動(dòng)力性能最好，因此控制爆燃是必要的。n爆燃的檢測(cè)法有，汽缸壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體振動(dòng)和燃燒噪音等等。根據(jù)汽缸壓力的檢測(cè)法，其精度最佳，但存在著傳感器的耐久性差和難以安裝的問(wèn)題。n根據(jù)燃燒噪聲的檢測(cè)法，由于是非接觸式，其耐久性很好，但精度和靈敏度偏低。n現(xiàn)在最實(shí)用的檢測(cè)法是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體振動(dòng)的方法，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體振動(dòng)的傳感器有磁致伸縮式爆燃傳感器和裝在火花塞下部的壓電式爆燃傳感器。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇6.氧傳感器氧傳感器在使用三元催化劑時(shí)，氧傳感器是不可缺少的部件。在排氣管中插

6、入氧傳感器，根據(jù)排氣中的氧濃度，向供油裝置發(fā)出負(fù)反饋信號(hào)，以控制空燃比使其接近十理論值。氧傳感器中，有已經(jīng)得到廣泛使用的氧化錯(cuò)固體電解質(zhì)傳感器，還有正在研究中的二氧化鈦傳感器。7.其它控制用傳感器其它控制用傳感器為了提高汽車(chē)安全、可靠、方便和舒適度，還需要一些傳感器，其耐惡劣環(huán)境的技術(shù)要求不如發(fā)動(dòng)機(jī)用傳感器苛刻，因此只要將工業(yè)控制領(lǐng)域用傳感器稍加改進(jìn)，即可使用，其它控制用傳感器如表8所示。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇四、汽車(chē)用傳感器研究動(dòng)向n汽車(chē)傳感器總的發(fā)展趨勢(shì)是:多功能化、集成化、智能化、微型化。n多功能是

7、指一個(gè)傳感器能檢測(cè)兩個(gè)或兩個(gè)以上物理參數(shù)或化學(xué)參數(shù)。n集成化是指利用IC制造技術(shù)和半導(dǎo)體特性制作單片IC式傳感器。n智能化傳感器是指?jìng)鞲衅髋cLSI相結(jié)合，帶有MPU，具有智能功能的高檔傳感器，它具有檢測(cè)、信息處理功能、自動(dòng)進(jìn)行各種誤差補(bǔ)償、精度高、量程覆蓋范圍大、穩(wěn)定性好、輸出信號(hào)大、信噪比高、傳輸中抗干擾性能好，可遠(yuǎn)距離輸送信號(hào)，有的還帶有自檢功能。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇n微型化是指微機(jī)械加工技術(shù)，除全而繼承氧化、光刻、擴(kuò)散、沉積等微電子技術(shù)外，還發(fā)展了平面電子工藝技術(shù)、各向異性腐蝕、固相鍵合工藝和機(jī)械分?jǐn)嗉夹g(shù)，例如有的NOx傳感器就是利用薄膜制作的快速響應(yīng)

8、的傳感器。又如智能化、微型化、多功能化的美國(guó)霍尼韋爾公司的ST3000型傳感器，它是一種帶有微處理器的兼有檢測(cè)和信息處理功能的傳感器，其芯片尺寸為340.2mm，用離子注入等半導(dǎo)體工藝在同一芯片上制作差壓、靜壓和溫度等三種敏感元件，每個(gè)芯片上都用一個(gè)專(zhuān)用EPROM，用于存貯其特性參數(shù)，作三維補(bǔ)償用。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇n車(chē)用傳感器和其他傳感器一樣在發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用新現(xiàn)象和開(kāi)發(fā)新材料上作文章:利用物理現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)和生物效應(yīng)等設(shè)計(jì)制作各種用途的傳感器，這是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)工作。因此發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用新的現(xiàn)象、反應(yīng)和效應(yīng)，其意義極為深遠(yuǎn)。例如超導(dǎo)技術(shù)研究成功的高溫超導(dǎo)磁傳

9、感器，其靈敏度比霍爾器件高。傳感器材料也是該項(xiàng)技術(shù)的重要基礎(chǔ)，隨著材料科學(xué)的發(fā)展，人們已有可能自山地控制能制造出來(lái)的材料成分，從而設(shè)計(jì)制造用于各種傳感器的材料。例如人們?cè)O(shè)計(jì)制造的汽車(chē)用陶瓷傳感器材料，可用十高溫，從而彌補(bǔ)了半導(dǎo)體傳感器材料上限工作溫度低的缺點(diǎn)。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇五、汽車(chē)用傳感器設(shè)計(jì)與選用原則n除要注意2個(gè)大問(wèn)題以外還要滿足下列問(wèn)題:(1)量程的選擇：量程是指測(cè)量上限和下限的代數(shù)差，例如檢測(cè)車(chē)高的位移傳感器，要求測(cè)量上限為40mm，測(cè)量下限為-40mm，則選位移傳感器的量程應(yīng)為40-(-40)=80mm。(2)靈敏度的選擇：傳感器輸出的變化值

10、與被測(cè)量的變化值之比為其靈敏度。例如測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度傳感器，它的測(cè)量變化值為170(-50120)而它的要求輸出值為05V。所以應(yīng)選擇其靈敏度為5V/170。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇(3)分辨力的選擇：分辨力表示傳感器可能檢測(cè)出的被測(cè)出的被測(cè)信號(hào)的最小增量。例如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置傳感器要求分辨度為0.1，也就是說(shuō)設(shè)計(jì)或選擇數(shù)字傳感器時(shí)，它的脈沖當(dāng)量選擇為0.1。(4)誤差的選擇：誤差是指測(cè)量指示值與真值之間的差，有的用絕對(duì)值表不。例如溫度的絕對(duì)溫度誤差2，有的用相對(duì)于滿量程之比表示，例如空氣流量傳感器的相對(duì)誤差為1%。傳感器誤差是系統(tǒng)總體誤差所要求的，應(yīng)給子滿足。(

11、5)重復(fù)性的選擇：重復(fù)性是傳感器在工作條件下，被測(cè)量的同一數(shù)值，在一個(gè)方向上進(jìn)行重復(fù)測(cè)量時(shí)，測(cè)量結(jié)果的一致性，例如檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在轉(zhuǎn)速上升時(shí)期對(duì)某一個(gè)速度重復(fù)測(cè)量時(shí)數(shù)值的一致性或誤差值多人，應(yīng)滿足規(guī)定要求。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇(6)線性度的選擇：汽車(chē)傳感器的線性度是指它的輸入輸出關(guān)系曲線與其理論擬合直線之間的偏差。這種偏差要選擇大小一定重復(fù)性要好，而且有一定的規(guī)律，這樣在計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)時(shí)可以用硬件或軟件進(jìn)行補(bǔ)償。(7)過(guò)載的選擇：過(guò)載表示傳感器允許承受的最大輸入量(被測(cè)量)。在這個(gè)輸入量作用下傳感器的各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)保證不超過(guò)其規(guī)定的公差范圍。一般用允許超過(guò)測(cè)量上

12、限(或下限)的被測(cè)量值與量程的白分比表示。選擇時(shí)只要實(shí)際工況超載量不大于傳感器說(shuō)明書(shū)上所規(guī)定的值即可。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇(8)可靠度的選擇：可靠度的含義是在規(guī)定條件下，傳感器正常工作的可能性(概率)。規(guī)定的時(shí)期，產(chǎn)品所處的環(huán)境條件、維護(hù)條件和使用條件等。例如壓力傳感器的可靠度為0.997( 2000h)，它是指壓力傳感器符合上述條件的情況下，工作2000h，它的正常工作的可能性(概率)為0.997(99.7%)。在選擇時(shí)兩指標(biāo)(即工作時(shí)間長(zhǎng)短及其概率)都要符合要求，才能保證汽車(chē)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。(9)響應(yīng)速度的選擇：傳感器的響應(yīng)速度(或叫建立時(shí)間)是在

13、階躍信號(hào)激勵(lì)后，傳感器輸出達(dá)到其穩(wěn)定值的最小的規(guī)定百分?jǐn)?shù)(如5%)時(shí)所需要的時(shí)間。例如壓力傳感器響應(yīng)時(shí)間要求是10ms，也就是說(shuō)該傳感器在要求的工作條件下，從輸入信號(hào)加上后，要經(jīng)過(guò)10ms時(shí)間后，它的輸出值才能達(dá)到要求的數(shù)值。這個(gè)參數(shù)的大小直接影響汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)間的大小。所以選擇時(shí)只能小于10ms，才能滿足汽車(chē)的啟動(dòng)時(shí)間或其它工況變換的時(shí)間。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇常 用 溫 度 傳 感 器 的 特 征原 理種 類(lèi)使 用 范 圍 測(cè) 量 范 圍 精 度 線 性 響 應(yīng) 價(jià) 格鉑Pt-260+630-260+6300.015 好一 般高熱 電 阻半 導(dǎo) 體-50 +3

14、50-50+3500.35不 好快較 低R(PR)0+16000+15440.55一 般快高K(CA)-200+1200-180+1000210好快一 般E(CRC)-200+800-180+70035好快一 般J(IC)-200+800-180+600310好快一 般熱電偶T(CC)-200+350-180+30025好快一 般重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇2.2.1 熱電阻n對(duì)傳感器材料的要求：溫度系數(shù)大，線性好；性能穩(wěn)定；使用溫度范圍寬；系數(shù)設(shè)置方便；線材加工方便。最合適的材料：鉑(Pt)、銅(Cu)鉑電阻：Rt=R0(1+At+Bt)(0630)R100/R0

15、=1.3916 鉑電阻主要規(guī)格如下：公稱電阻公稱電阻：(50 ),100 精度等級(jí)精度等級(jí)：0.15級(jí),0.2級(jí),0.5級(jí)額定電流額定電流：2mA,5mA,(10mA)(0.15級(jí)及0.2級(jí)用2mA )封裝形式封裝形式：護(hù)管式、玻璃封裝式(400)、陶瓷封裝(600)/1 1058973. 0,/1 103974973. 0262CBCA重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇半導(dǎo)體熱敏電阻與金屬熱電阻比，溫度系數(shù)大、反應(yīng)速度快、價(jià)格便宜，但線性差。常用的有：NTC、PTC、CTR 等NTC(Negative Tempreature Coefficient thermister

16、)主要由Mn,Co,Ni,Fe等金屬氧化組成，可通過(guò)改變成分調(diào)整電阻值及溫度特性。R=RoexpB(1/T-1/T0其中，B：熱敏系數(shù)，一般20006000K12電阻Rlg0100200溫度tCTRNTC1PTCNTC23456常見(jiàn)熱敏電阻的溫度特性重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇2.2.2 熱電偶n熱電偶由兩種不同的金屬線相接觸而構(gòu)成，當(dāng)基準(zhǔn)點(diǎn)和測(cè)量點(diǎn)間有溫差時(shí)，就會(huì)得到輸出電位。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)量范圍廣，可測(cè)量微小區(qū)域的溫度(用的絲線細(xì))，響應(yīng)速度快，但輸出信號(hào)小(幾十v/ )，需注意測(cè)量電路的漂移和噪聲。n熱電偶測(cè)量的是溫差，需對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的溫度進(jìn)行補(bǔ)償：將基準(zhǔn)點(diǎn)

17、放置在冰點(diǎn)槽中；用熱電阻測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)的溫度，并用橋式電路進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。n封裝形式：保護(hù)管(不銹鋼,330mm):強(qiáng)度高、耐熱、耐腐蝕；鎧裝(金屬管,0.2,0.58mm):金屬細(xì)管和熱電偶芯間填充有MgO，絕緣、密封，抗腐蝕和老化，反應(yīng)快，耐熱，耐振，可適當(dāng)彎曲。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇2.3 壓力傳感器n基本構(gòu)成：變形部分(壓力應(yīng)變);變換部分(應(yīng)變電信號(hào));信號(hào)處理部分(信號(hào)放大和調(diào)整).n檢測(cè)原理:物性型(壓阻效應(yīng));結(jié)構(gòu)型(電極面積或距離).2.3.1 壓阻式壓力傳感器壓阻效應(yīng):結(jié)晶硅受到應(yīng)力作用,單位電阻值會(huì)發(fā)生變化.擴(kuò)散半導(dǎo)體式:在硅基片的中央制有膜片

18、,在膜片上擴(kuò)散形成壓阻應(yīng)變片,當(dāng)在壓力作用下,產(chǎn)生應(yīng)變,使應(yīng)變片阻值發(fā)生變化,測(cè)出阻值的變化量即可得到壓力值.重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇n特點(diǎn)特點(diǎn):選擇擴(kuò)散位置可制出電橋其他臂;靈敏度高(為金屬應(yīng)變片的幾十幾百倍);一致性好,無(wú)需粘接,無(wú)畸變、滯后;溫度變化對(duì)壓阻系數(shù)影響大,需補(bǔ)償；先將膜片固定在硅機(jī)體上,再一起固定在金屬機(jī)體上.n構(gòu)造和測(cè)量構(gòu)造和測(cè)量原理原理:在膜片表面擴(kuò)散成四個(gè)應(yīng)變片，其中兩個(gè)沿半徑方向布置:Rr1和Rr2;其中兩個(gè)沿切線方向布置:Rt1和Rt2,膜片受到壓力作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形, 在膜片表面上生成的應(yīng)力是徑向r切向t的合成,重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽

19、車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇在微小范圍內(nèi)變形與應(yīng)力可視為線性在微小范圍內(nèi)變形與應(yīng)力可視為線性:r，tkP (其中, k:膜片的壓力應(yīng)變系數(shù);P:壓差)如按圖(a)那樣布置,應(yīng)變電阻會(huì)受到二個(gè)方向應(yīng)力r和t的作用,由于壓阻效應(yīng)使徑向應(yīng)變電阻和切向應(yīng)變電阻的阻值發(fā)生變化,可近似用下面的式子表示：Rr / Rrl r+ tt Rt/ Rtl t+ tr其中, Rr, Rt:應(yīng)力為零時(shí)徑向和切向應(yīng)變電阻的阻值 Rr, Rt:應(yīng)力作用后徑向和切向應(yīng)變電阻的阻值變化量l, t:縱向和橫向壓阻系數(shù)(l:longitudinal,t:transverse)l0, t0接成橋式電路時(shí)的輸出電壓接成橋式電路

20、時(shí)的輸出電壓:e=(Rr- Rt)E/(Rr+ Rt)k l p制造過(guò)程制造過(guò)程:將將n型硅片的兩面加工成鏡面；型硅片的兩面加工成鏡面；擴(kuò)散形成應(yīng)變電阻和電子元件；擴(kuò)散形成應(yīng)變電阻和電子元件；蒸著形成電極；蒸著形成電極；內(nèi)面加工出凹形截面形成膜片；內(nèi)面加工出凹形截面形成膜片；固定到與硅的熱膨脹系數(shù)接近的玻璃等基固定到與硅的熱膨脹系數(shù)接近的玻璃等基體上體上裝入外殼中、連出引線、充填硅膠裝入外殼中、連出引線、充填硅膠重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇2.3.2靜電容式壓力傳感器靜電容式壓力傳感器概要：概要：由可動(dòng)電極 (膜片)和絕緣基板上兩個(gè)面對(duì)面的電極組成，被測(cè)壓力使膜片變

21、形，和固定電極間的間隙發(fā)生變化，引起靜電容變化，可得與壓力一一對(duì)應(yīng)的容量差，其特性取決于膜片部分的結(jié)構(gòu)(特別是電極間的間隙)，為了獲得穩(wěn)定性好的傳感器，精密加工和裝配就尤其重要。n構(gòu)造構(gòu)造和測(cè)量原理：和測(cè)量原理：以壓差傳感器為例，作為可動(dòng)電極的的硅膜片置于兩個(gè)玻璃基板上形成的固定電極之間，間隙在幾到幾十之間，形成差動(dòng)電容。n電容量變化和電極間隙：如果膜片有微小變形w,有：w=kp其中，k:膜片的壓力變形系數(shù)， p:壓差重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇差動(dòng)容量變化量C和變形W之間可用下式表示:C/C=w/d (C與電極間隙d成反比,若間隙越小容量變化就越大,就能作成高靈敏

22、度傳感器)p=d C/(2k C) (d:電極間隙;C:初試電容量)2.3.3汽車(chē)用壓力傳感器的性能參數(shù)汽車(chē)用壓力傳感器的性能參數(shù)由于工作環(huán)境惡劣, 要求測(cè)量精度和 可靠性高重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇n基本特性：基本特性：精度、分辨率、測(cè)量范圍。n決定測(cè)量下限的因素：決定測(cè)量下限的因素：壓力/應(yīng)變轉(zhuǎn)換靈敏度和滯后、應(yīng)變/電信號(hào)轉(zhuǎn)換的噪聲等。n決確定測(cè)量上限的因素：決確定測(cè)量上限的因素：壓力/應(yīng)變轉(zhuǎn)換部分的機(jī)械強(qiáng)度。n非線性：非線性：直接影響精度，取決于壓力/應(yīng)變轉(zhuǎn)換部分。n溫度特性：溫度特性：電橋用恒流供電可使溫度系數(shù)減小。n壽命：壽命：由于工作環(huán)境惡劣，采用保護(hù)

23、結(jié)構(gòu)。高壓傳感器用金屬膜片保護(hù)應(yīng)變面。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇2.3.4 汽車(chē)用壓力傳感器應(yīng)用實(shí)例汽車(chē)用壓力傳感器應(yīng)用實(shí)例n2.3.5汽車(chē)用壓力傳感器的技術(shù)動(dòng)向汽車(chē)用壓力傳感器的技術(shù)動(dòng)向低成本化：半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程 批量生產(chǎn)精細(xì)加工小型化高性能化：數(shù)字信號(hào)處理；軟件補(bǔ)償可靠性：表面保護(hù)技術(shù)；封裝技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇2.4 流量傳感器2.4.1 汽車(chē)用流量傳感器汽車(chē)用流量傳感器空氣流量計(jì)燃料(汽油、柴油、天然氣等)流量計(jì)是電噴的主要傳感器，用于計(jì)量吸入汽缸的空氣量。不僅是發(fā)動(dòng)機(jī)控制用，也可作耗油量表示用。流量:單位時(shí)間內(nèi)流體流經(jīng)

24、流通斷面的量，測(cè)量方法有：直接檢測(cè)量;檢測(cè)平均流速;檢測(cè)局部流速.2.4.2 空氣流量計(jì)空氣流量計(jì)對(duì)空氣流量計(jì)的要求：對(duì)空氣流量計(jì)的要求：測(cè)量范圍寬、精度高、響應(yīng)快及耐塵土和油滴、能適應(yīng)大范圍的溫度變化、輸出信號(hào)是流量的對(duì)數(shù)函數(shù)、可靠、體積小、重量輕、成本低?？諝饬髁坑?jì)的類(lèi)型：空氣流量計(jì)的類(lèi)型：轉(zhuǎn)葉式、卡門(mén)螺旋式、熱線式重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇汽車(chē)用空氣流量計(jì)規(guī)格汽車(chē)用空氣流量計(jì)規(guī)格1風(fēng)門(mén)式空氣流量計(jì)主要由風(fēng)門(mén)部分和電位計(jì)部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖3-10所示。測(cè)量葉片隨空氣流量的變化在空氣主通道內(nèi)偏轉(zhuǎn)。電位計(jì)與測(cè)量葉片同軸旋轉(zhuǎn)，葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)電位計(jì)滑臂轉(zhuǎn)動(dòng)。吸人空氣

25、氣流產(chǎn)生的推力與轉(zhuǎn)軸另一端的回位彈簧平衡，使葉片處于某一穩(wěn)定位置，電位計(jì)滑臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，分壓Us會(huì)相應(yīng)變化，即代表空氣流量。 2卡門(mén)旋渦式空氣流量計(jì)卡門(mén)旋渦式空氣流量計(jì)所謂卡門(mén)旋渦，是指在流體中放置一個(gè)柱狀物體時(shí)所謂卡門(mén)旋渦，是指在流體中放置一個(gè)柱狀物體時(shí)，在這一柱狀物體的下游就會(huì)產(chǎn)生兩列旋轉(zhuǎn)方向，在這一柱狀物體的下游就會(huì)產(chǎn)生兩列旋轉(zhuǎn)方向相反，并交替出現(xiàn)的旋渦。相反，并交替出現(xiàn)的旋渦。 對(duì)于一臺(tái)具體的對(duì)于一臺(tái)具體的卡門(mén)旋渦式空氣流量計(jì)卡門(mén)旋渦式空氣流量計(jì)，體積流，體積流量與傳感器的輸出頻率成正比。只要檢測(cè)卡門(mén)旋量與傳感器的輸出頻率成正比。只要檢測(cè)卡門(mén)旋渦的頻率，就可以求出空氣流量。渦的頻率，就可以

26、求出空氣流量。 光學(xué)式卡門(mén)旋渦空氣流量計(jì)的工作原理如光學(xué)式卡門(mén)旋渦空氣流量計(jì)的工作原理如圖圖3-12所示。主要由管路、旋渦發(fā)生器、整流柵、導(dǎo)孔所示。主要由管路、旋渦發(fā)生器、整流柵、導(dǎo)孔、金屬箔板彈簧、發(fā)光二極管、金屬箔板彈簧、發(fā)光二極管(LED)、光敏晶體光敏晶體管等部分組成。它是利用光電原理進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)管等部分組成。它是利用光電原理進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換的。與轉(zhuǎn)換的。也可以利用也可以利用超聲波超聲波來(lái)檢測(cè)計(jì)量。來(lái)檢測(cè)計(jì)量。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇2.4.3 熱線式空氣流量計(jì)熱線式空氣流量計(jì)Hot-Wire Anemometer熱線式空氣流量計(jì)熱線式空氣流量計(jì)的原理

27、：向鉑金絲的原理：向鉑金絲(箔膜箔膜)供電使供電使之發(fā)熱，利用空氣的熱傳導(dǎo)量與空氣流相依存的之發(fā)熱，利用空氣的熱傳導(dǎo)量與空氣流相依存的關(guān)系來(lái)測(cè)量流量。在電橋臂上設(shè)有加熱絲和測(cè)溫關(guān)系來(lái)測(cè)量流量。在電橋臂上設(shè)有加熱絲和測(cè)溫?zé)崦綦娮瑁{(diào)整熱絲電流使熱絲和熱敏電阻間溫?zé)崦綦娮?，調(diào)整熱絲電流使熱絲和熱敏電阻間溫差不隨空氣流量而變化，把供給熱絲的電流作為差不隨空氣流量而變化，把供給熱絲的電流作為空氣流量信號(hào)。空氣流量信號(hào)。空氣流量和輸出信號(hào)間的關(guān)系空氣流量和輸出信號(hào)間的關(guān)系可可由熱絲發(fā)熱量和傳熱量的關(guān)系推出：由熱絲發(fā)熱量和傳熱量的關(guān)系推出：其中，I:供電電流；Ga:空氣流量；A，B：常數(shù)只要測(cè)出電流I，即

28、可由上式求得空氣流量，代表空氣流量的電流信號(hào)，在低流速時(shí)，信號(hào)變化大。aGBARI2重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇n按先后順序介紹幾種實(shí)用結(jié)構(gòu)按先后順序介紹幾種實(shí)用結(jié)構(gòu)整流筒式整流筒式：在整流筒內(nèi)架設(shè)有70m的鉑金絲，用鉑金在陶瓷上形成的箔膜電阻作測(cè)溫電阻，工作時(shí)熱絲被加熱到1000 (自潔)，排除塵埃附著的影響。分流式：分流式：將熱絲和測(cè)溫電阻設(shè)置在分流通道中，以減少流體波動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響；同時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)回火時(shí)能保護(hù)熱絲。薄膜電阻式薄膜電阻式：與整流筒式類(lèi)似，只是不用熱絲而用薄膜電阻(制在薄型陶瓷上)，與空氣流成30夾角。插入式插入式：可裝在進(jìn)氣管任意部位，它將熱

29、絲、旁通通道、測(cè)量電路作成整體結(jié)構(gòu)，從進(jìn)氣管的側(cè)壁插入即可。其目的是減小整體體積。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉熱絲式空氣流量計(jì)的構(gòu)造熱絲式空氣流量計(jì)的構(gòu)造傳感部分熱絲型(Hot-wire)：將鉑金絲架設(shè)在空氣流中，;線圈型：將鉑金絲卷在陶瓷支架上，；薄膜型(Hot-Film)：將 薄膜電阻設(shè)在陶瓷板上。 鉑金絲細(xì)，熱容量小，響應(yīng)快，但易堆積塵埃，影響測(cè)量精度；熱容量大，響應(yīng)較慢，但不易堆積塵埃，且對(duì)測(cè)量精度影響不大。測(cè)量電路：使熱絲和熱敏電阻間溫差保持恒定，現(xiàn)在采用一比較放大器，可測(cè)量劇烈變化的空氣溫度。分流通道：從進(jìn)氣通道分隔出來(lái)的支路，以降低氣流波動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響。汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳

30、感器篇重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇熱絲式空氣流量計(jì)測(cè)波動(dòng)氣流時(shí)應(yīng)注意：n波動(dòng)流平均流量的平均化：波動(dòng)流平均流量的平均化：指示值比實(shí)際值小。分流式利用分流通道內(nèi)氣流慣性讓平均流速增加，使誤差相互抵消。P:分流通道出入口壓力差 u,l:分流通道的流速及長(zhǎng)度n逆流修正：逆流修正：不能測(cè)量出流動(dòng)方向，有逆流時(shí)，測(cè)量值比實(shí)際值大。可采用分流式“流體二極管”原理：逆流發(fā)生時(shí)分流通道內(nèi)的氣流不流動(dòng)，將測(cè)量誤差降為原來(lái)的一半。n2.4.4 空氣流量計(jì)的課題流量和流向；輸出特性自動(dòng)修正、軟件修正。dtduuP22重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇2.5 速度及加

31、速度傳感器速度及加速度傳感器n2.5.1 速度傳感器速度傳感器具有代表性的是車(chē)速傳感器，常用方法：近似測(cè)量計(jì)測(cè)車(chē)輪單位時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)；多卜勒雷達(dá)測(cè)速，fD=f1-f2=2Vcos/空間光柵式：光波等在通過(guò)已知空間頻率的光柵時(shí)，其功率譜中心頻率會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)中心頻率的變化即可得到移動(dòng)速度。利用周節(jié)為P的空間光柵和凸透鏡來(lái)觀察以速度V移動(dòng)的路面時(shí)，觀察到的光線具有的中心頻率f可表示為：f=MV/P,M: 透鏡放大倍數(shù)。實(shí)際系統(tǒng)使用cds光電元件做傳感器。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇2.5.2 車(chē)輛控制用加速度傳感器車(chē)輛控制用加速度傳感器加速度傳感器測(cè)量方式比較重慶大學(xué)機(jī)

32、械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇n車(chē)輛控制系統(tǒng)用(低頻);防撞氣囊用(高頻)壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器壓電效應(yīng)壓電效應(yīng):壓電晶體在受到力的作用時(shí)會(huì)發(fā)生變形同時(shí)產(chǎn)生電荷.在受到加速度作用時(shí),膜片變形,輸出電極和壓電晶體間產(chǎn)生與加速度成比例的的電壓,下面的壓電晶體是為了消除電荷堆積效應(yīng)而設(shè)置的.環(huán)狀驅(qū)動(dòng)電極用于自診斷.重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇應(yīng)變式加速度傳感器應(yīng)變式加速度傳感器n本方式是利用硅基片上的精細(xì)加工技術(shù)制造而成.將兩枚硅片用1000以上的高溫直接粘再一起,并在上片作出梁;在下片作出慣性質(zhì)量,然后再貼在玻璃集體上,當(dāng)受到加速度作用時(shí),

33、重物上下移動(dòng),支持重物的梁發(fā)生彎曲變形,梁上的應(yīng)變片阻值發(fā)生變化,通過(guò)測(cè)量其阻值就可測(cè)出加速度的大小.在重物和基體間形成有阻尼控制作用的間隙,利用間隙中流動(dòng)氣體的“氣枕作用”,對(duì)高頻成分(振動(dòng)系共振頻率)加以抑制.重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇電容式加速度傳感器電容式加速度傳感器n本方式也是利用硅基片上的精細(xì)加工技術(shù)制造而成.可動(dòng)電極由懸臂梁支承;可動(dòng)電極產(chǎn)生位移時(shí)，和兩個(gè)固定電極間的電容量會(huì)發(fā)生變化?？砂央娙萘堪l(fā)生轉(zhuǎn)換成輸出電壓的；也可采用靜電伺服方式，雖然信號(hào)處理電路較為復(fù)雜，但精度較高。PWM(Pulse Width Modulation)脈寬調(diào)制靜電伺服型加速

34、度傳感器重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇2.5.3 防撞氣囊用沖撞傳感器防撞氣囊用沖撞傳感器n防撞氣囊的構(gòu)成防撞氣囊的構(gòu)成:傳感器傳感器(檢測(cè)沖撞檢測(cè)沖撞);控制器控制器(判判斷沖撞斷沖撞);沖氣氣囊沖氣氣囊(保護(hù)乘員保護(hù)乘員)；氣體發(fā)生器；氣體發(fā)生器(產(chǎn)產(chǎn)生氣體生氣體)，見(jiàn)下圖。，見(jiàn)下圖。電源電路沖撞傳感器模擬量沖撞判斷電路驅(qū)動(dòng)電路安全傳感器診斷電路氣體發(fā)生器充氣氣囊控制模塊重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇沖撞傳感器沖撞傳感器(Crash Sensor)常見(jiàn)形式常見(jiàn)形式:電容式整體式表面型n模擬式壓阻式半導(dǎo)體應(yīng)變式金屬應(yīng)變式壓電式彎曲式懸臂梁式

35、剪切式圓板式硅半導(dǎo)體型的特點(diǎn)硅半導(dǎo)體型的特點(diǎn):利用半導(dǎo)體工藝進(jìn)行大量生產(chǎn)利用半導(dǎo)體工藝進(jìn)行大量生產(chǎn),以降低成本；以降低成本；通過(guò)硅微加工技術(shù)通過(guò)硅微加工技術(shù),能實(shí)現(xiàn)小型化；能實(shí)現(xiàn)小型化；傳感部與放大電路能集成化；傳感部與放大電路能集成化；性能優(yōu)秀、穩(wěn)定，重復(fù)性好，可靠性高。性能優(yōu)秀、穩(wěn)定，重復(fù)性好，可靠性高。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇電容式?jīng)_撞傳感器電容式?jīng)_撞傳感器n電極間的電容量取決于相互重疊的面積和間隙,若在兩個(gè)電極間置入可動(dòng)電極,就構(gòu)成了差動(dòng)式(一個(gè)容量增加;一個(gè)減小),能提高溫度和機(jī)體變形的穩(wěn)定性。n測(cè)量方法測(cè)量方法:將兩個(gè)電容容量差直接轉(zhuǎn)換成電壓輸出；用

36、容量差產(chǎn)生電壓,將電壓施加給梁,使梁處于電容平衡點(diǎn),即伺服式。構(gòu)造及工作原理構(gòu)造及工作原理兼作可動(dòng)電極的慣性質(zhì)量由兩根梁支承,在外框上加工出單晶硅片(固定電極)。重物受到加速度作用時(shí),梁會(huì)產(chǎn)生彎曲變形使容量發(fā)生變化,使用專(zhuān)用IC,測(cè)出容量變化,輸出與加速度成比例的電壓信號(hào)。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇在質(zhì)量為m的可動(dòng)電極上施加加速度a時(shí)，位移x，如支承剛度為k，則有：x=ma/k如X與d相比很小，則有：:電介常數(shù)，S:可動(dòng)電極面積由以上兩式可知：容量變化量C和加速度a成正比。頻率響應(yīng)速度由表示慣性質(zhì)量運(yùn)動(dòng)的方程式?jīng)Q定：其中,：空氣隙的阻尼系數(shù)F：外部作用力阻尼系數(shù)=

37、B/d3 B:電極常數(shù)，由Navier-stokes和連續(xù)方程式求得，:流體粘性系數(shù)。dxSC2Fkxdtdxdtxdm22重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇慣性質(zhì)量的設(shè)計(jì)慣性質(zhì)量的設(shè)計(jì)n沖撞傳感器的關(guān)鍵參數(shù)是靈敏度，欲增大C，就要加大面積S，減小氣隙d，但氣隙太小，阻尼系數(shù)增大，頻率特性降低?？赏ㄟ^(guò)減小來(lái)減低。減小表面積可使常數(shù)B減小，但要犧牲靈敏度，為此，在可動(dòng)電極表面開(kāi)出空氣槽。溫度特性分析溫度特性分析n溫度變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生變形，氣隙也會(huì)變化，改變電容量大小，但差動(dòng)式的對(duì)稱結(jié)構(gòu)使C的變化卻很小，即不容易受溫度等的影響。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳

38、感器篇應(yīng)變式?jīng)_撞傳感器應(yīng)變式?jīng)_撞傳感器n硅壓阻式應(yīng)變片具有靈敏度高的特點(diǎn)。且：可應(yīng)用原半導(dǎo)體壓力傳感器的知識(shí)和技術(shù)；信號(hào)處理簡(jiǎn)單，直接輸出電信號(hào)，抗干擾制造和IC相似，便于與處理電路集成。構(gòu)造：構(gòu)造：為了將加速度產(chǎn)生的慣性力轉(zhuǎn)換成應(yīng)變，在硅片上整體形成懸臂支承的慣性質(zhì)量，并在懸臂上擴(kuò)散四只應(yīng)變片。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇工作原理：工作原理：施加加速度a時(shí)，應(yīng)變片部分的應(yīng)力x表示為：則輸出電壓：傳感器靈敏度由各種參數(shù)決定,特別是應(yīng)變部位厚度h2.如有阻尼油時(shí)有：頻率特性頻率特性:由振動(dòng)系統(tǒng)的共振頻率fn和阻尼系數(shù)決定: = /2(mk)1/2， fn= (mk)1

39、/2/2信號(hào)處理電路：信號(hào)處理電路：傳感器與信號(hào)處理電路封裝在一起，由于壓阻系數(shù)的溫度特性，靈敏度具有負(fù)的溫度特性，需要在信號(hào)處理電路內(nèi)加以修正。另備有自診斷電路，故障發(fā)生時(shí)，能自動(dòng)診斷并表示出來(lái)。soxVhlhaVhlhl22144122112)/()(6)/(sooVhlahV221441)/()(6重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇壓電式?jīng)_撞傳感器壓電式?jīng)_撞傳感器若作用在壓電晶體上的力為F,則產(chǎn)生的電荷:Q=dF(d為壓電變形系數(shù))，如壓電元件的電容量為C，則輸出電壓:V=Q/C=dF/C=gF/C壓電式和其他方式一樣使用Seism系統(tǒng)，它的輸出是壓電元件質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)

40、而產(chǎn)生的，和作用力成正比，也和加速度成正比。根據(jù)向壓電元件施加力的方法不同，有：壓縮型壓縮型(利用縱向應(yīng)力):將壓電晶體置于機(jī)體和重物之間,機(jī)械強(qiáng)度大,適用于大加速度、沖擊測(cè)量。但瞬時(shí)的溫度變化會(huì)引起輸出變化,不能測(cè)量微小信號(hào)。剪切型剪切型(利用剪切效應(yīng))：壓電晶體置于懸臂重物和機(jī)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇座之間,靈敏度高,漂移小,應(yīng)用較多。彎曲型彎曲型(利用橫向效應(yīng)):壓電晶體置于彎曲梁上,靈敏度高,可測(cè)微小振動(dòng),但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高。電路組成：電路組成：阻抗變換電路阻抗變換電路;溫度補(bǔ)償電路溫度補(bǔ)償電路;濾波電路濾波電路;放大電路放大電路;自診斷電路自診斷電路

41、.重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇n壓電式?jīng)_撞傳感器電路原理框圖自診斷信號(hào)發(fā)生電路加速度檢測(cè)元件溫度補(bǔ)償電路阻抗變換電路濾波電路放大電路基準(zhǔn)電壓發(fā)生電路Test InVcc +5VOUTGND重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇2.6 氣體傳感器氣體傳感器2.6.1 概要概要檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒廢氣中的氧氣(O2)、碳?xì)浠衔?HC)、一氧化碳(CO)等未燃成分。通過(guò)測(cè)量空燃比對(duì)燃料噴射量進(jìn)行補(bǔ)償。主要有：開(kāi)關(guān)型的氧傳感器；線性輸出的空燃比傳感器。氣體排氣成分 氧傳感器 濃差型電池傳感器傳感器 空燃比 氧化物半導(dǎo)體型其它成分傳感器2.6.2 濃差電池型氧傳

42、感器濃差電池型氧傳感器(EGO:Exhaust Gas Oxygen Sensor):用排氣中的氧濃度差而產(chǎn)生電位作為輸出電壓，排氣側(cè)由具有催化功能的鉑金電極用多孔性陶瓷保護(hù)膜覆蓋而成，在過(guò)濃區(qū)域電極周?chē)难跤糜谘趸?，比基?zhǔn)側(cè)大氣中的氧濃度稀薄近20位，輸出1V；稀區(qū)輸出0.1V重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇n工作原理工作原理用 Y2O3在高溫中部分穩(wěn)定化燒結(jié)而成的ZrO2是能傳遞氧離子的固體電解質(zhì),如加入鉑金形成多孔性電極的話,與電極間氧氣分壓比成對(duì)數(shù)關(guān)系的濃差電勢(shì):E=(RT/4F)ln(Pa/Pd)在650,大氣中氧氣的濃度為基準(zhǔn)值0.209,排氣電極周?chē)鯕獾?/p>

43、濃度為2.091011時(shí),電池輸出為0.458V.n構(gòu)造及材料構(gòu)造及材料主要由ZrO2濃差電池、加熱電極、保護(hù)管、引線和插件組成。濃差電池起動(dòng)遲緩，需控制加熱。n規(guī)格和性能規(guī)格和性能重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇n氧傳感器性能參數(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇2.6.3 氧化物半導(dǎo)體型氧傳感器氧化物半導(dǎo)體型氧傳感器n不需要引入大氣，可降低成本；敏感元件小型化使起動(dòng)性加快。現(xiàn)用材料：TiO2；正在開(kāi)發(fā)的材料：Nb2O5。工作原理：工作原理：將氧化物半導(dǎo)體置于高溫環(huán)境中,為使和周?chē)諝庵械难鯘舛缺３制胶?會(huì)放出晶格中的氧,同時(shí)放出了氧的空穴隨時(shí)會(huì)

44、奪回氧.當(dāng)周?chē)鯘舛容^高時(shí),空穴少,阻抗高;當(dāng)氧濃度較低時(shí),空穴增加使阻抗減小;用具有催化作用的鉑金來(lái)作測(cè)量電極,就構(gòu)成了阻抗能隨氧濃度突變的傳感器。TiO2的溫度特性:溫度增加100,阻抗減小到1/51/3.與氧的分壓關(guān)系:氧分壓減少4位，阻抗約減少1位。重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇輸出函數(shù)：輸出函數(shù)：T：絕對(duì)溫度(K); k:波爾茲曼常數(shù)(1.380210-16erg/deg)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：不需要參考?xì)怏w，測(cè)量部分小，容易作成防水結(jié)構(gòu)，氣敏元件、加熱器、分壓電阻作在一塊基板上。性能：性能： TiO2對(duì)溫度很敏感,易受排氣溫度的影響,因此,氣敏元件和加熱器作在一塊基

45、板上,使加熱速度提高,從ZrO2 的35s預(yù)熱時(shí)間下降到10s。4/12/RePoxpRTkTE2.7 曲軸轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速傳感器曲軸轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速傳感器 n曲軸轉(zhuǎn)角傳感器又稱曲軸位置傳感器，它是發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制系統(tǒng)中最主要的傳感器，是控制點(diǎn)火時(shí)刻(點(diǎn)火提前角)確認(rèn)曲軸位置不可缺少的信號(hào)源，其檢測(cè)并輸入發(fā)動(dòng)機(jī)的微機(jī)控制裝置的信號(hào)包括活塞上止點(diǎn)及曲軸轉(zhuǎn)角等兩種，同時(shí)也是供測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)源。n曲軸位置傳感器可分為磁電式、光電式和霍爾式3大類(lèi)，就其安裝部位有在曲軸前端、凸輪軸前端、凸輪上和分電器內(nèi)的。車(chē)輛不同，所采用的結(jié)構(gòu)型式不完全一樣。汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉一、光電曲軸

46、轉(zhuǎn)角傳感器一、光電曲軸轉(zhuǎn)角傳感器1.日產(chǎn)汽車(chē)光電曲軸轉(zhuǎn)角傳感器日產(chǎn)汽車(chē)光電曲軸轉(zhuǎn)角傳感器n光電傳感器如圖1所示，主要由發(fā)光管、光敏二極管、光孔盤(pán)和控制電路組成。n發(fā)光管、光敏二極管和控制電路都裝在固定底板座上，發(fā)光管與光敏二極管位置在光孔板上下相對(duì)發(fā)光管的光線照射到光敏二極管上。光孔盤(pán)固定在凸輪軸上，與凸輪軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)，原理如圖1a所示。n光孔盤(pán)邊緣分別有360條縫隙，每轉(zhuǎn)過(guò)一條縫隙對(duì)應(yīng)凸輪軸1轉(zhuǎn)角，在光孔盤(pán)邊緣還有表示一缸上止點(diǎn)位置的縫隙和60(6缸機(jī))或90(四缸機(jī))間隔的縫隙，如圖1b所示。汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉n遮光盤(pán)置于發(fā)光管與光敏二極管之間，當(dāng)光孔盤(pán)擋住發(fā)光管的光線時(shí)，光敏二極管截止,控制電路輸出低電平。當(dāng)縫隙對(duì)準(zhǔn)發(fā)光管與光敏二極管時(shí)，光線照射到光敏二極管上，控制電路輸出高電平。n凸輪軸轉(zhuǎn)一周，由360條縫隙所控制的電路輸出360個(gè)脈沖信號(hào)，每個(gè)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)于凸輪1轉(zhuǎn)角(曲軸2轉(zhuǎn)角)，此信號(hào)作為向電腦輸入的轉(zhuǎn)角信號(hào)。由縫隙較寬的一缸上止點(diǎn)位置標(biāo)志和60(90)間隔縫隙所控制的電路將向電腦輸入一缸上止點(diǎn)位置信號(hào)和缸序判別信號(hào)。汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-傳感器篇重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉汽車(chē)控制系統(tǒng)