汽車檢測(cè)設(shè)備與維修第2版第一章(上)

第一章根底知識(shí)第一節(jié)儀器儀表根底第二節(jié)傳感器根底知識(shí)第一節(jié)儀器儀表根底一、檢測(cè)儀表的組成檢測(cè)儀表是能確定所感受的被測(cè)變量大小的儀表。檢測(cè)儀表既可以由許多單獨(dú)的部件組成，也可以是一個(gè)不可分的整體。前者多用于復(fù)雜儀表或?qū)嶒?yàn)裝置中，后者多為工業(yè)用的簡(jiǎn)單儀表。不管是簡(jiǎn)單儀表還是復(fù)雜儀表，原那么上它們均是由幾個(gè)環(huán)節(jié)組成。對(duì)于簡(jiǎn)單儀表，只不過(guò)各個(gè)環(huán)節(jié)的界線不大明顯而已。這幾個(gè)環(huán)節(jié)是：傳感器、接口及調(diào)制電路、顯示器和傳輸通道。檢測(cè)儀表的方框圖如圖1-1-1所示。下一頁(yè)返回圖1-1-1返回第一節(jié)儀器儀表根底1傳感器傳感器是感受被測(cè)量，并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成同種或別種性質(zhì)輸出量的裝置。它是檢測(cè)儀表與被測(cè)對(duì)象直接發(fā)生聯(lián)系的局部，傳感器的好壞直接影響檢測(cè)的質(zhì)量。2接口及調(diào)制電路傳感器輸出往往不能滿足顯示電路的要求，因此傳感器與顯示器之間需要有接口及調(diào)制電路。典型的接口及調(diào)制電路由電橋、鼓勵(lì)源、放大、濾波、線性化、隔離、偏置、阻抗變換、電平變換以及各種各樣的計(jì)算〔模擬量或數(shù)字量〕電路組成，經(jīng)信號(hào)調(diào)整，將被測(cè)信號(hào)放大成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)〔0～±10V〕或把它轉(zhuǎn)換為控制系統(tǒng)所用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)〔4～20mA〕。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)儀器儀表根底3顯示器測(cè)量結(jié)果需要顯示，顯示器是人和儀表連接的主要環(huán)節(jié)，它有指示式、數(shù)字式和屏幕式三種。①指示式顯示，又稱模擬顯示。被測(cè)量值的大小由指示器或指針在標(biāo)尺上的相應(yīng)位置表示。多數(shù)指示儀表的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，顯示直觀，一直被大量使用。這類儀表有些還帶有記錄裝置，能以曲線形式繪出被測(cè)量隨時(shí)間的變化。記錄曲線便于觀察被測(cè)量的變化過(guò)程和變化趨勢(shì)。但這種儀表讀數(shù)的精確程度受標(biāo)尺最小分度的限制，且讀數(shù)會(huì)引入主觀誤差。②數(shù)字式顯示，以數(shù)字形式給出被測(cè)量的大小，也可附加打印設(shè)備，打印數(shù)據(jù)。數(shù)字式顯示減少了主觀讀數(shù)的誤差，提高了讀數(shù)精度，還能方便地與計(jì)算機(jī)聯(lián)用。這種儀表正在越來(lái)越多地被采用。

下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)儀器儀表根底③屏幕顯示，實(shí)際上是一種圖形顯示方式。它可以顯示一個(gè)或多個(gè)被測(cè)量，以數(shù)字或曲線形式顯示。它綜合了前兩種顯示的優(yōu)點(diǎn)，有利于對(duì)一組測(cè)量值進(jìn)行比較分析。4傳輸通道傳輸通道的作用是連接儀表的各個(gè)環(huán)節(jié)，給各個(gè)環(huán)節(jié)的輸入、輸出提供通路。信號(hào)的傳輸方式一般可分為如圖1-1-2所示的幾種方式。工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用比較多的是有線信號(hào)傳輸，即用電纜或?qū)Ь€傳輸直流電壓或電流信號(hào)。隨著數(shù)字技術(shù)的開(kāi)展，數(shù)字化傳感器的應(yīng)用使數(shù)字信號(hào)傳輸日益廣泛。數(shù)字信號(hào)傳輸可以大大提高抗干擾能力，同時(shí)由于數(shù)字信號(hào)傳輸采用多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，增加了信號(hào)處理能力，減少了線路安裝與維護(hù)方面的投資。目前，隨著遠(yuǎn)距離測(cè)量技術(shù)與遙感技術(shù)的開(kāi)展，信號(hào)的無(wú)線傳輸顯得越來(lái)越重要。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-1-2返回第一節(jié)儀器儀表根底傳輸線路選擇不當(dāng)，容易造成信號(hào)大量損失，假設(shè)阻抗不匹配，還可能導(dǎo)致靈敏度降低；假設(shè)抗干擾措施不力，將使信號(hào)嚴(yán)重失真。因此選用何種傳輸線路必須引起足夠重視。二、檢測(cè)儀表的根本性能檢測(cè)儀表的根本特性是指輸出對(duì)輸入的響應(yīng)質(zhì)量，它包括靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性兩大類。當(dāng)被測(cè)量是恒定量或緩慢變化量時(shí)，可通過(guò)一些靜態(tài)指示衡量。當(dāng)測(cè)量變化較快時(shí)，必須研究輸入量變化過(guò)程中輸出量響應(yīng)的動(dòng)態(tài)誤差，這時(shí)必須通過(guò)檢測(cè)儀表的動(dòng)態(tài)性能指示衡量。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)儀器儀表根底1靜態(tài)特性所謂靜態(tài)特性是指被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)下，儀表輸出與輸入之間的關(guān)系。一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)〔沒(méi)有滯后和蠕變效應(yīng)的情況〕，其靜態(tài)特性可由一個(gè)多項(xiàng)式表示y＝a０＋a１x+a２x２＋…＋anxn〔1-1-1〕式中x——輸入量；y——輸出量；a0，a１，a２，…，an——系數(shù)。儀表的根本性能可通過(guò)如下的性能指標(biāo)表示。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)儀器儀表根底〔1〕儀表的精確度儀表的精確度是指儀表的指示值與被測(cè)量〔約定〕真值的一致程度。精確度包括兩個(gè)方面，即精密和正確的程度。精密是指在一定條件下進(jìn)行屢次測(cè)量時(shí)，隨機(jī)誤差小，測(cè)量結(jié)果比較集中且儀器的分辨率高。正確是指在規(guī)定的條件下，系統(tǒng)誤差小，測(cè)量結(jié)果比較正確。精確度綜合反映了各類誤差，綜合誤差小，精確度高。儀表按精確度上下來(lái)劃分等級(jí)，簡(jiǎn)稱為精確等級(jí)，由國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定。工業(yè)儀表常見(jiàn)的精確等級(jí)有0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5和5.0。該數(shù)字反映了儀表允許根本誤差的極限。例如某儀表為0.5級(jí)，即表示該表允許的最大誤差為0.5％。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)儀器儀表根底〔2〕測(cè)量范圍與量程測(cè)量范圍指被測(cè)變量可按規(guī)定精確度進(jìn)行測(cè)量的范圍。量程指范圍的上限值與下限值之差。量程＝Y(jié)max-Ymin〔1-1-2〕式中Ymax——范圍的上限值；Ymin——范圍的下限值?！?〕線性度誤差理想情況下，儀表輸出與輸入應(yīng)成線性關(guān)系，其圖形是一條理想直線。實(shí)際上從靜態(tài)特性可知，輸出除了有〔a0＋a1x〕項(xiàng)外，還包含有高次項(xiàng)分量，校準(zhǔn)曲線將是變化程度不同的曲線，校準(zhǔn)曲線與理想直線關(guān)系如圖1-1-3所示。輸入-輸出特性的非線性，用線性度誤差來(lái)衡量。線性度誤差是指校準(zhǔn)曲線與規(guī)定直線之間的最大偏差，通常以量程的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-1-3返回第一節(jié)儀器儀表根底｜〔ΔyＬ〕max｜δＬ＝-------------------×100%〔1-1-3〕Ymax-Ymin式中δＬ——線性度誤差；〔ΔyL〕max——校準(zhǔn)曲線與理想直線之間的最大偏差；Ymax-Ymin——儀表的輸出量程?！?〕靈敏度靈敏度是反映儀表的被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。靈敏度用儀表的輸出變化值除以相應(yīng)的輸入變化值〔Δx〕表示K＝Δy/Δx〔1-1-4〕下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)儀器儀表根底對(duì)線性系統(tǒng)，靈敏度就是特性曲線的斜率，K為一常數(shù)；對(duì)非線性系統(tǒng)的靈敏度為特性曲線某點(diǎn)處切線的斜率，它隨輸入量的變化而變化?！?〕回差回差也稱變差。是指在全范圍內(nèi)，同一輸入對(duì)應(yīng)的上、下行輸出之間的最大差值，用最大差值與輸出量程比值的百分?jǐn)?shù)表示，如圖1-1-4所示。(ΔYv)maxδv＝---------------×100%〔1-1-5〕Ymax－Ymin式中(ΔYv)max——全范圍內(nèi)上、下行輸出的最大差值；Ymax-Ymin——儀表的輸出量程。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-1-4返回第一節(jié)儀器儀表根底〔6〕死區(qū)死區(qū)指輸入變量的變化不致引起輸出變量有任何可覺(jué)察變化的有限區(qū)間。用有限區(qū)間與輸入量程比值的百分?jǐn)?shù)表示，如圖1-1-5所示。ΔxdΔd=----------------×１００％〔1-1-6〕xmax-xmin式中Δxd——輸入變量變化不致引起輸出變量有任何可覺(jué)察變化的有限區(qū)間；xmax-xmin——儀表的輸入量程。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-1-5返回第一節(jié)儀器儀表根底〔7〕滯后誤差滯后誤差指在全范圍內(nèi)被測(cè)量值上、下行程的兩條校準(zhǔn)曲線間最大偏差減去死區(qū)值。用最大偏差減去死區(qū)值除以輸出量程的百分?jǐn)?shù)表示，如圖1-1-6所示。(ΔyＨ)maxδＨ＝--------------×１００％〔1-1-7〕ymax-ymin式中(ΔyH)max——同一條件下的最大滯后偏差；ymax-ymin——儀表的輸出量程。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-1-6返回第一節(jié)儀器儀表根底〔8〕其他名詞術(shù)語(yǔ)①分辨率。指示裝置可有意義地區(qū)分兩緊鄰所示量值的能力。對(duì)于數(shù)字輸出的儀表，經(jīng)常理解為輸出〔顯示〕的最小變化。②閾值。能引起傳感器輸出的被測(cè)量的最小變化值稱為傳感器的閾值。③重復(fù)性。在同一工作條件下，儀表對(duì)同一輸入、按同一方向，連續(xù)屢次測(cè)量時(shí)輸出值間的相互一致程度。④漂移。儀器儀表輸入-輸出特性隨時(shí)間慢變化現(xiàn)象稱為漂移。為了使測(cè)量準(zhǔn)確，要求靜態(tài)響應(yīng)良好，即希望測(cè)量系統(tǒng)有適宜的測(cè)量范圍和量程，足夠的靈敏度、分辨力和重復(fù)性，盡量小的閾值、線性度誤差、回差和漂移，從靜態(tài)角度滿足測(cè)量精確度的要求。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)儀器儀表根底2動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性是指儀表或系統(tǒng)的輸入信號(hào)隨時(shí)間變化的響應(yīng)特性儀表或系統(tǒng)的輸出與輸入實(shí)際值的差異稱動(dòng)態(tài)誤差。引起動(dòng)態(tài)誤差的原因是由于測(cè)量元件或系統(tǒng)中各種運(yùn)動(dòng)慣性及能量傳遞需要時(shí)間所造成的。衡量運(yùn)動(dòng)慣性和能量傳遞快慢常用時(shí)間常數(shù)和傳遞滯后時(shí)間〔又稱為時(shí)滯或死時(shí)〕表示，對(duì)于衰減振蕩的對(duì)象常用上升時(shí)間、峰值時(shí)間、建立時(shí)間及瞬時(shí)過(guò)沖等指標(biāo)來(lái)衡量。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)儀器儀表根底三、檢測(cè)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)述所謂系統(tǒng)是指由相互作用、相互聯(lián)系并具有特定功能的部件組成的整體。它具有組成性、整體性、層次性、目的性、對(duì)環(huán)境的相對(duì)獨(dú)立性等特點(diǎn)。控制系統(tǒng)是指采用控制裝置使被控對(duì)象〔如機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行或生產(chǎn)過(guò)程的進(jìn)行〕自動(dòng)地按照給定的規(guī)律運(yùn)行，使被控對(duì)象的一個(gè)或數(shù)個(gè)物理量〔如電壓、電流、速度、位置、溫度、流量、濃度等〕能夠在一定的精度范圍內(nèi)按照給定的規(guī)律變化。檢測(cè)控制系統(tǒng)除具有控制系統(tǒng)的功能外，還具有檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的功能?？刂葡到y(tǒng)有兩種最根本的形式，即開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制。開(kāi)環(huán)控制是一種最簡(jiǎn)單的控制形式，其特點(diǎn)是在控制器與被控對(duì)象之間只有正向控制而沒(méi)有反向控制，即系統(tǒng)的輸出量對(duì)控制量沒(méi)有影響。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的示意框圖如圖1-1-7所示。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-1-7返回第一節(jié)儀器儀表根底在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，對(duì)于每個(gè)參考輸入量，就有一個(gè)與之相對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài)和輸出量。系統(tǒng)的精度取決于元器件的精度和特性調(diào)整的精度。當(dāng)系統(tǒng)的內(nèi)擾和外擾影響不大并且控制精度要求不高時(shí)，可采用開(kāi)環(huán)控制方式。為了實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)，首先要將被控對(duì)象和控制裝置按照一定的方式連接起來(lái)，組成一個(gè)有機(jī)的整體即自動(dòng)控制系統(tǒng)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，被控對(duì)象的輸出量，即被控量是要求嚴(yán)格加以控制的物理量，它可以要求保持為某一恒定值，例如恒速度、恒電流等，也可以要求按某一給定規(guī)律運(yùn)行，例如記錄特性曲線、車輛運(yùn)行軌跡等?？刂蒲b置可以采用不同的原理和方式對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，最根本的一種是反響控制系統(tǒng)。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)儀器儀表根底在反響控制系統(tǒng)中，控制裝置對(duì)被控對(duì)象施加的控制作用是取自被控制量的反響信息，用來(lái)不斷地修正被控量的偏差，從而不斷地修正被控對(duì)象進(jìn)行控制的任務(wù)，這就是反響控制的根本原理。事實(shí)上，在我們的日常生活中，人的一切活動(dòng)都表達(dá)出反響控制的根本原理。人取書(shū)可視為一個(gè)反響控制系統(tǒng)，手是被控對(duì)象，手位置是被控量〔即系統(tǒng)的輸出量〕，產(chǎn)生控制作用的機(jī)構(gòu)是眼睛、大腦和手臂，統(tǒng)稱為控制裝置，其工作原理如圖1-1-8所示。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-1-8返回第一節(jié)儀器儀表根底在汽車自動(dòng)檢測(cè)線控制系統(tǒng)中，被檢測(cè)車輛的到位就是一個(gè)有駕駛員參加的反響控制系統(tǒng)，其原理和上面舉的例子相似。由于引入了被控量的反響信息，整個(gè)控制過(guò)程成為閉合的，因此反響控制也稱為閉環(huán)控制。在工程實(shí)踐中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的反響控制，系統(tǒng)中必須配置具有人的眼睛、大腦和手臂功能的設(shè)備，以便用來(lái)對(duì)被控量進(jìn)行連續(xù)的測(cè)量、反響和比較，并按偏差進(jìn)行控制，這些設(shè)備依其功能分別稱為測(cè)量元件、比較元件和執(zhí)行元件，并統(tǒng)稱為控制裝置。閉環(huán)控制系統(tǒng)功能方框圖如圖1-1-9所示。各功能部件的作用如下：下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-1-9返回第一節(jié)儀器儀表根底①測(cè)量元件。其作用是檢測(cè)被控的物理量，如果這個(gè)物理量是非電量參數(shù)，一般需轉(zhuǎn)換為電量參數(shù)。例如汽車側(cè)滑量是通過(guò)差動(dòng)變壓器位移式傳感器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的，汽車輪重是通過(guò)應(yīng)變式傳感器檢測(cè)并經(jīng)小信號(hào)放大成電壓信號(hào)的。②給定元件。其作用是給出與期望的被控量相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸入量〔即參考量〕。例如，在底盤(pán)測(cè)功機(jī)中，恒轉(zhuǎn)速控制的手動(dòng)給定電位器和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制是由計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)輸入設(shè)置的轉(zhuǎn)速給定等。③比較元件。其職能是把測(cè)量元件檢測(cè)的被控量實(shí)際值與給定值進(jìn)行比較，并求出它們之間的偏差。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第一節(jié)儀器儀表根底④放大元件。其作用是把比較元件給出的偏差信號(hào)進(jìn)行放大，用來(lái)推動(dòng)執(zhí)行元件去控制被控對(duì)象?？捎镁w管、集成電路和驅(qū)動(dòng)電路等組成的電壓放大器加以放大。⑤調(diào)節(jié)器。其作用是把比較元件給出的偏差信號(hào)按給定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，輸出控制信號(hào)，用來(lái)推動(dòng)放大元件或執(zhí)行元件去控制被控對(duì)象，以確保控制系統(tǒng)穩(wěn)、準(zhǔn)、快。如PI調(diào)節(jié)器、PID調(diào)節(jié)器等。⑥執(zhí)行元件。其職能是直接推動(dòng)被控對(duì)象，使被控量發(fā)生變化。用做執(zhí)行元件的有電磁閥、電動(dòng)機(jī)和液壓馬達(dá)等。汽車檢測(cè)設(shè)備中，底盤(pán)測(cè)功機(jī)就是采用閉環(huán)控制的典型設(shè)備。上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)一、傳感器的概念與作用傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為可用輸出信號(hào)的器件或裝置。舉例來(lái)說(shuō)，人的耳朵、眼睛、鼻子等都是人本身與生俱來(lái)的傳感器。在有些科研領(lǐng)域，傳感器又稱為敏感元件、檢測(cè)器、轉(zhuǎn)換器等。這些不同的提法，反映了在不同的技術(shù)領(lǐng)域中，只根據(jù)器件用途對(duì)同一類型的器件使用著不同的技術(shù)術(shù)語(yǔ)而已。如在電子技術(shù)領(lǐng)域，常把能感受信號(hào)的電子元器件稱為敏感元件，如熱敏元件、磁敏元件、光敏元件及氣敏元件等。在超聲波技術(shù)中那么強(qiáng)調(diào)的是能量的轉(zhuǎn)換，如壓電式換能器。這些提法在含義上有些狹窄，而傳感器一詞使用最為廣泛。下一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)傳感器的研究始于20世紀(jì)30年代。傳感器技術(shù)是目前開(kāi)展最快的一門(mén)技術(shù)，它以材料的物理、化學(xué)和生物效應(yīng)為根底，由物理、化學(xué)、材料科學(xué)、器件物理和工藝、電子工程等多種學(xué)科交織開(kāi)展形成。在科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，人們得到的信息絕大多數(shù)是非電信息，這些信息即使能夠被檢測(cè)出來(lái)，也難以放大、處理和傳輸。為此，需要有一種特殊功能的裝置來(lái)靈敏地檢測(cè)有關(guān)信息并把這些信息變成便于處理的物理量。由于電信號(hào)易于放大、反響、濾波、存儲(chǔ)和遠(yuǎn)距離傳輸，加之計(jì)算機(jī)能夠處理電信號(hào)，所以目前的傳感器大多是將被測(cè)的物理量轉(zhuǎn)換成電量或電參數(shù)，如電流、電壓、電阻、電感、電容、頻率和阻抗等。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)，如果沒(méi)有傳感器對(duì)原始參數(shù)進(jìn)行精確可靠的測(cè)量，最正確數(shù)據(jù)的顯示與控制就是一句空話。例如：在一個(gè)全自動(dòng)汽車檢測(cè)站，對(duì)汽車進(jìn)行檢測(cè)過(guò)程中的信息絕大多數(shù)是非電量信息，如制動(dòng)力、煙度、車速、停車到位信號(hào)等，假設(shè)計(jì)算機(jī)檢測(cè)不到車輛到位信號(hào)，整個(gè)檢測(cè)線的控制系統(tǒng)就好似一個(gè)沒(méi)有感覺(jué)的人一樣，對(duì)汽車檢測(cè)情況一無(wú)所知，根本無(wú)法進(jìn)行控制。如果將計(jì)算機(jī)比做人的大腦的話，傳感器就是人的五官。傳感器又稱“電五官〞，計(jì)算機(jī)那么常稱為“電腦〞。由此可見(jiàn)，在測(cè)量和控制方面，由對(duì)象獲得的信息的質(zhì)和量由傳感器所決定，因此傳感技術(shù)是測(cè)量的原點(diǎn)，即出發(fā)點(diǎn)。傳感器主要有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)1信號(hào)變換和能量變換通過(guò)傳感器人們可獲得必要的信息。所謂“信息〞，是相對(duì)于“物質(zhì)〞和“能量〞而確定的概念。把傳感器作為信息系統(tǒng)的一個(gè)重要因素考慮時(shí)，物質(zhì)和能量被抽象地除去?？墒?，信息采用信號(hào)形態(tài)來(lái)變換時(shí)，支持信息流的那么是物質(zhì)，是能量，也即如果在傳感器和對(duì)象之間存在著信息采集，那么必定與能量采集有關(guān)。在高精度測(cè)量過(guò)程中，要求在不干擾對(duì)象的狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量。因此，要得到必要的信息，能量的傳遞越小越好。另一方面，如考慮后處理問(wèn)題，輸出信號(hào)的能量就越大越好。因此，在傳感器的信號(hào)變換方面，能量的變換也是很重要的。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)2信號(hào)變換與誤差變量將傳感器作為一個(gè)“暗盒〞來(lái)考慮，即沒(méi)有內(nèi)部構(gòu)造，僅看成一個(gè)能量變換的四端網(wǎng)絡(luò)，如果將一對(duì)示容變量〔表示作用于物體某一部位的強(qiáng)弱程度的量〕和示強(qiáng)變量〔表示與物質(zhì)的量和空間的大小成比例的量〕的組合加在傳感器的輸入端，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，輸出的示容變量和示強(qiáng)變量變換成了另外一對(duì)組合。輸入端的一對(duì)為被測(cè)變量，而輸出端的一對(duì)為輸出信號(hào)。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)以溫度傳感器的熱電偶為例，示強(qiáng)變量溫差將被變換成另一示強(qiáng)變量電壓，即上述示強(qiáng)變量是信號(hào)變量。對(duì)示容變量而言，輸入端是熱流，輸出端是電流。這一變量可視為與誤差有關(guān)的量。因?yàn)檩斎氲臒崃魇菑谋粶y(cè)對(duì)象移向傳感器的熱，所以對(duì)象的狀態(tài)與傳感器的影響有關(guān)。如果熱流大，對(duì)象的熱容量小，那么對(duì)象溫度將會(huì)變化，從而會(huì)出現(xiàn)誤差。另外，輸出電流也是造成系統(tǒng)誤差的原因，如果有電流流過(guò)，因?yàn)橛袃?nèi)阻的存在，那么造成輸出電壓下降。從而可知，輸入、輸出中如果共軛變量對(duì)的一方是載有信息的信號(hào)，那么另一方就是對(duì)對(duì)象的影響，也就是直接或間接地與誤差有關(guān)的影響量，可稱為誤差變量，盡量減小誤差變量是保證正確進(jìn)行測(cè)量的重要因素。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)二、傳感器的組成傳感器一般由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件兩個(gè)根本環(huán)節(jié)組成。由于傳感器的輸出信號(hào)一般都很微弱，因此需要有信號(hào)調(diào)制與轉(zhuǎn)換對(duì)其進(jìn)行放大、運(yùn)算調(diào)制等。隨著半導(dǎo)體和集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，傳感器的信號(hào)調(diào)制與轉(zhuǎn)化電路可能安裝在傳感器的殼體內(nèi)或與敏感元件一起集成在同一芯片上。此外，信號(hào)調(diào)制轉(zhuǎn)換電路以及傳感器工作必須有輔助的電源。因此，信號(hào)調(diào)制轉(zhuǎn)換電路以及所需要的電源都應(yīng)作為傳感器組成的一局部。傳感器的組成框圖如圖1-2-1所示。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-2-1返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)①敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的局部。當(dāng)進(jìn)行非電量到電量的變換時(shí)，并非所有的非電量都能一次直接變換為電量，通常是將被測(cè)非電量預(yù)先變換成另一種易于變換成電量的非電量，能夠完成預(yù)變換的器件稱為敏感元件，又稱為預(yù)變換器，例如在各種力傳感器中的彈性元件就是一種敏感元件。②轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦袑⒚舾性惺艿降呐c被測(cè)量對(duì)應(yīng)的非電量直接轉(zhuǎn)換成電量的局部，例如電阻應(yīng)變片、霍爾元件等。轉(zhuǎn)換元件一般是利用各種物理、化學(xué)效應(yīng)等原理制成的。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)③信號(hào)調(diào)制電路的主要作用是將各種不同形式的電量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)供計(jì)算機(jī)或控制器來(lái)處理，不同的傳感器應(yīng)采用不同的信號(hào)調(diào)制電路。在汽車檢測(cè)站使用的傳感器都不含信號(hào)調(diào)制電路，因此，在接入計(jì)算機(jī)之前必須使用相應(yīng)電路加以處理。應(yīng)該指出的是，傳感器的構(gòu)成形式是多種多樣的，并不是所有的傳感器都包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件等。有一些傳感器能直接將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電量，如光敏三極管、熱電阻和熱電偶；還有一些傳感器的敏感元件和轉(zhuǎn)換元件是合二為一的，如固態(tài)壓阻式壓力傳感器等；再如集成傳感器，它將敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和信號(hào)調(diào)制電路同做在一塊半導(dǎo)體芯片上，它除具有信號(hào)轉(zhuǎn)換功能外，還具有信號(hào)處理、溫度補(bǔ)償?shù)裙δ?。隨著微電子技術(shù)及加工工藝的開(kāi)展，傳感器將進(jìn)一步向智能化、數(shù)字化和現(xiàn)場(chǎng)總線方向挺進(jìn)。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)三、傳感器的分類傳感器的分類方法很多，常見(jiàn)的有以下幾種：1按被測(cè)物理量分類這種分類方法只說(shuō)明了傳感器的用途，如位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器等。這種分類方法的優(yōu)點(diǎn)是便于使用，容易根據(jù)測(cè)量對(duì)象選擇所需傳感器。缺乏之處是將互不相同的傳感器歸為一類，很難找出各種傳感器在轉(zhuǎn)換原理上有什么共性和差異。這對(duì)建立傳感器的一些根本概念，掌握其根本工作原理和分析方法是不利的。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)2按工作原理分類這種分類方法是以傳感器的工作原理作為分類依據(jù)，如電阻式、電感式、電容式、磁電式、壓電式、熱電式、電化學(xué)式、核輻射式等。這種分類方法的優(yōu)點(diǎn)是有利于專業(yè)工作者對(duì)一些傳感器的工作原理進(jìn)行系統(tǒng)性的研究，其缺點(diǎn)是用戶選用傳感器時(shí)會(huì)感到不夠方便。3按能量的傳遞方式分類按能量的傳遞方式分類，所有傳感器可分為能量控制型〔無(wú)源傳感器〕、能量變換型〔有源傳感器〕和能量傳遞型〔間接傳感器〕三類。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)能量控制型的傳感器不起換能作用，被測(cè)物理量?jī)H對(duì)傳感器中的能量起控制作用〔或調(diào)制作用〕。這種傳感器本身不是一個(gè)信號(hào)源，因此必須有輔助能源，如電阻、電感、電容傳感器等。這類傳感器的測(cè)量電路常用測(cè)電參數(shù)的測(cè)量電路，如電橋電路或諧振電路等。能量變換型傳感器，它像一臺(tái)微型發(fā)電機(jī)，能將非電能量變換為電能。和它配合的測(cè)量電路，通常為電壓測(cè)量電路或放大器，如磁電式、壓電式、熱電式、光電式傳感器等。能量傳遞型傳感器，如超聲波傳感器。為了到達(dá)檢測(cè)目的，必須有一個(gè)超聲波發(fā)生器和一個(gè)接收器。對(duì)物理量的測(cè)量過(guò)程實(shí)際上就是一個(gè)能量傳遞過(guò)程，如光電開(kāi)關(guān)、激光傳感器和熱輻射傳感器等。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)4按輸出信號(hào)的性質(zhì)分類按輸出信號(hào)的性質(zhì)可將傳感器分為模擬傳感器和數(shù)字傳感器兩類。前者要配合數(shù)字計(jì)算機(jī)或數(shù)字顯示器，那么需引入?！獢?shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，而后者不需要。數(shù)字傳感器可以將被測(cè)非電量直接轉(zhuǎn)換成脈沖、頻率或二進(jìn)制數(shù)碼輸出，而且抗干擾能力較強(qiáng)。一般而言，傳感器輸出的信號(hào)是電量。作為典型的電量有三種：電壓、電流和電阻。其中，使用電流信號(hào)傳輸時(shí)，即使導(dǎo)線很長(zhǎng)，導(dǎo)線的電阻也不會(huì)產(chǎn)生誤差。因此工業(yè)測(cè)量?jī)x器行業(yè)中大多使用電流信號(hào)。然而，變成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)要增加本錢(qián)，所以在應(yīng)用微機(jī)測(cè)控的場(chǎng)合，多采用經(jīng)濟(jì)性更好的電量信號(hào)。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)〔1〕電壓型傳感器傳感器本身輸出或變換后的輸出是電壓，在傳感器的阻抗高的情況下，容易受到噪聲干擾，所以信號(hào)的傳輸線要考慮到較好的屏蔽性。當(dāng)傳輸線路很長(zhǎng)時(shí)，要在傳感器側(cè)加一個(gè)放大器來(lái)降低阻抗以克服電磁干擾?！?〕電流型傳感器傳感器本身的輸出或變換后的輸出是電流。理想的電流傳感器其輸出與傳感器負(fù)荷無(wú)關(guān)，而實(shí)際上是達(dá)不到的。對(duì)于電流型傳感器，其輸出一般采用反相放大器，放大器的輸出與電流成正比。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)〔3〕電抗型傳感器傳感器的輸出是阻抗。通常傳感器的測(cè)定變量與傳感器輸出的電阻值一般不存在比例關(guān)系。多數(shù)情況下，電阻值相對(duì)于測(cè)定變量的滿量程有少許變化，因此，一般只檢測(cè)電阻變化的那局部。在應(yīng)用此類傳感器的條件下，傳輸導(dǎo)線電阻是產(chǎn)生誤差的主要原因。為了防止誤差，一般采用三線制或四線制布線以補(bǔ)償導(dǎo)線電阻所產(chǎn)生的誤差。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)四、傳感器的根本特性在生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)試驗(yàn)中，要對(duì)各種各樣的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)與控制，這就要求傳感器能感受被檢測(cè)非電量的變化并將其不失真地變換成相應(yīng)的電量，這取決于傳感器的根本特性，即輸入、輸出特性。傳感器的根本特性可用靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性來(lái)描述。1傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是指被測(cè)量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)的輸入、輸出關(guān)系。只考慮傳感器的靜態(tài)特性時(shí)，輸入量與輸出量之間的關(guān)系中就不含時(shí)間變量。衡量靜態(tài)特性的主要指標(biāo)是線性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性等。理想的傳感器線性度好、靈敏度高、遲滯不明顯、重復(fù)性好。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)2傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指其輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。當(dāng)輸入量隨時(shí)間變化時(shí)〔即時(shí)間函數(shù)〕，那么傳感器的輸出量也是時(shí)間的函數(shù)，其時(shí)間關(guān)系用動(dòng)態(tài)特性來(lái)表示，一個(gè)理想的傳感器其輸出信號(hào)與輸入信號(hào)具有相同的時(shí)間函數(shù)。五、常用傳感器1溫度傳感器為了判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的熱狀態(tài)、計(jì)算進(jìn)氣量和供油量，要連續(xù)精確地測(cè)量冷卻液的溫度、進(jìn)氣溫度、排氣溫度和環(huán)境溫度等，這些都通過(guò)溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)〔1〕熱敏電阻式冷卻液溫度傳感器有些金屬材料隨著溫度的升高電阻而增大。但有些材料，如半導(dǎo)體，其電阻值卻隨溫度的升高而降低。電阻值隨溫度而變化的這一類器件稱為熱敏電阻。按電阻變化情況，一般可分為三類：①在工作溫度范圍內(nèi)，電阻值隨溫度升高而增加的熱敏電阻，稱為正溫度系數(shù)熱敏電阻〔PTC〕。②電阻值隨溫度升高而減少的稱為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻〔NTC〕。③在臨界溫度時(shí)，阻值發(fā)生銳減的稱為臨界溫度熱敏電阻〔CTR〕。以上三類熱敏電阻的溫度特性如圖1-2-2所示。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-2-2返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)熱敏電阻是在半導(dǎo)體材料中適當(dāng)摻入一些金屬氧化物，根據(jù)要求的形狀，在1000℃以上的高溫下燒結(jié)而成。按照氧化物的不同比例及燒結(jié)溫度的差異，可以得到特性各異的熱敏電阻。一般來(lái)說(shuō)，工作溫度范圍為－20～+130℃的熱敏電阻可用于水溫和氣溫的檢測(cè)，工作溫度范圍為600～1000℃的高溫檢測(cè)電阻，常用于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度的檢測(cè)。熱敏電阻式冷卻液溫度傳感器一般安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋的水套或節(jié)溫器殼內(nèi)并伸入水套中〔北京切諾基電控發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器的安裝位置如圖1-2-3所示〕，與冷卻液直接接觸，用來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液溫度。冷卻液溫度傳感器的內(nèi)部是一個(gè)半導(dǎo)體熱敏電阻〔見(jiàn)圖1-2-4〕，它具有負(fù)的溫度系數(shù)〔見(jiàn)圖1-2-5〕。水溫愈低，電阻愈高；反之，水溫愈高，電阻愈低。北京切諾基車用熱敏電阻式冷卻液溫度傳感器的溫度-電阻特性見(jiàn)表1-2-1。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-2-3返回圖1-2-4返回圖1-2-5返回表1-2-1溫度/℃

電阻/kΩ

溫度/℃

電阻/kΩ

最大

最小

最大

最小

-40291.49381.71503.333.88-2085.85108.39602.312.67-1049.2561.43701.631.87029.3335.99801.171.341017.9921.81900.860.972011.3713.611000.640.72259.1210.881100.480.54307.378.751200.370.41404.905.75返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)〔2〕熱敏電阻式進(jìn)氣溫度傳感器在電子控制的汽油噴射系統(tǒng)內(nèi)，將進(jìn)氣溫度傳感器的進(jìn)氣溫度信號(hào)輸入到ECU中，根據(jù)進(jìn)氣溫度的變化狀況，確定適宜的噴油方式和噴油量。熱敏電阻式進(jìn)氣溫度傳感器〔見(jiàn)圖1-2-6〕的結(jié)構(gòu)及工作特性〔見(jiàn)圖1-2-7〕與熱敏電阻式冷卻液溫度傳感器根本一致。進(jìn)氣溫度傳感器通常安裝在空氣濾清器之后的進(jìn)氣管上，如圖1-2-8所示；有的安裝在翼片式空氣流量傳感器之內(nèi)的，如圖1-2-9所示；有的安裝在諧振腔上；還有的在空氣流量傳感器內(nèi)和諧振腔上各裝一個(gè)，以提高噴油量的控制精度〔例如1991年后生產(chǎn)的馬自達(dá)929型轎車〕。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-2-6返回圖1-2-7返回圖1-2-8返回圖1-2-9返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)進(jìn)氣溫度傳感器〔見(jiàn)圖1-2-10〕的安裝方式有螺紋安裝、螺栓安裝及利用橡膠卡圈卡住的方法安裝三種。利用橡膠卡圈卡住的安裝方法可以很方便地安裝在空氣濾清器的殼體上。不管進(jìn)氣溫度傳感器安裝在何處，其作用都是相同的，即測(cè)量進(jìn)氣的溫度，并輸送給電控單元作為修正噴油量的參考依據(jù)。進(jìn)氣溫度傳感器內(nèi)部也是一個(gè)具有負(fù)溫度電阻系數(shù)的熱敏電阻，外部用環(huán)氧樹(shù)脂密封。當(dāng)進(jìn)氣歧管內(nèi)空氣溫度發(fā)生變化時(shí)，傳感器內(nèi)的熱敏電阻值發(fā)生變化，溫度低時(shí)電阻大，溫度高時(shí)電阻小。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-2-10返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)〔3〕熱敏電阻式水溫儀表傳感器熱敏電阻式水溫儀表顯示裝置由熱敏電阻式水溫傳感器和雙金屬片式水溫表兩局部組成，如圖1-2-11所示。它以熱敏電阻作為〔傳感器〕發(fā)送部件，以電熱絲〔儀表〕作為接收部件，兩者串聯(lián)。把發(fā)送部件置于水中后，當(dāng)水溫較低時(shí)，因?yàn)闊崦綦娮璧淖柚当容^高〔見(jiàn)圖1-2-12〕，所以回路中電流較小，電阻絲的發(fā)熱量也小，雙金屬片稍稍彎曲，指針顯示低溫區(qū)〔C側(cè)〕。當(dāng)水溫較高時(shí)，因?yàn)闊崦綦娮枳柚当容^低，通過(guò)電路中的電流比較大，電阻絲的發(fā)熱量比較大，所以雙金屬片彎曲程度也比較大，指針偏向高溫區(qū)〔H側(cè)〕。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-2-11返回圖1-2-12返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)熱敏電阻式水溫儀表顯示裝置所用的熱敏電阻式水溫傳感器〔見(jiàn)圖1-2-13〕是密閉的，外部有螺紋，可旋進(jìn)氣缸壁或缸蓋的水套中，里面也是一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻1，一端接指示表，另一端通過(guò)傳感器外殼搭鐵。傳感器的銅接頭4擰入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋的水套中，使銅管5浸入水中。在銅管內(nèi)的底部裝有片狀熱敏電阻1，用導(dǎo)電彈簧3及導(dǎo)電套2壓緊。彈簧的另一端與接線端子6的導(dǎo)電銅嵌件接觸。在彈簧、導(dǎo)電套及熱敏電阻的外部包著一層絕緣套以防短路。導(dǎo)線接指示儀表，水溫低時(shí)，熱敏電阻的阻值增大，水溫升高時(shí)，那么電阻值減小，從而改變輸出信號(hào)。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-2-13返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)〔4〕熱敏電阻式排氣溫度傳感器排氣溫度傳感器安裝在汽車排氣用催化劑的變換器上，用以檢測(cè)變換器內(nèi)排放氣體的溫度，也稱為催化劑用溫度傳感器。其作用是在催化劑變換器異常發(fā)熱時(shí)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒，或發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便保護(hù)催化劑并防止高溫引起的故障。排氣溫度傳感器主要有熱敏電阻式、熱電偶式、熔斷器式等，其中熱敏電阻式應(yīng)用較為廣泛。典型的熱敏電阻式排氣溫度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1-2-14所示。在傳感器的感溫部位內(nèi)裝有熱敏電阻，其結(jié)構(gòu)和工作原理均與熱敏電阻式冷卻液溫度傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器相似，不同的是排氣溫度傳感器的熱敏電阻是采用氧化鋯等材料制成的高溫型檢測(cè)電阻，工作溫度范圍為600～1000℃。圖1-2-15給出了幾種熱敏電阻式溫度傳感器的結(jié)構(gòu)。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-2-14返回圖1-2-15返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)〔5〕冷啟動(dòng)噴油器的溫度－時(shí)間開(kāi)關(guān)在低溫下發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低，轉(zhuǎn)速低，噴入進(jìn)氣道的燃油不易蒸發(fā)，吸入的混合氣中有一局部燃油冷凝，為了補(bǔ)償這局部燃油的損失，以產(chǎn)生足夠的燃油蒸氣，形成足夠濃度的可燃混合氣，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在低溫下也能正常啟動(dòng)，必須在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)，附加噴入一定量的燃油。大多電控汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的這局部附加燃油，是由冷啟動(dòng)噴油器噴入進(jìn)氣道的，冷啟動(dòng)噴油器的開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間，取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度，由溫度-時(shí)間開(kāi)關(guān)控制。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)冷啟動(dòng)溫度-時(shí)間開(kāi)關(guān)一般安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體水道及出水口處，其外形如圖1-2-16所示，與水溫傳感器相似，它也是一個(gè)中空的螺釘，旋裝在能表征發(fā)動(dòng)機(jī)熱狀態(tài)的位置上，內(nèi)部有一個(gè)外繞加熱線圈4的雙金屬片3和可根據(jù)雙金屬片本身的溫度控制開(kāi)閉的觸點(diǎn)5，溫度-時(shí)間開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)接通的時(shí)間取決于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度和加熱線圈對(duì)雙金屬片的加熱程度，溫度-時(shí)間開(kāi)關(guān)和冷啟動(dòng)噴油器的控制回路如圖1-2-17所示。在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)，由于水溫低，溫度-時(shí)間開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)閉合，使冷啟動(dòng)噴油器電磁線圈通電，針閥翻開(kāi)，向進(jìn)氣歧管內(nèi)噴射霧狀燃油，滿足冷啟動(dòng)的需要。隨著水溫的升高，雙金屬片受熱發(fā)生彎曲變形，當(dāng)溫度升高到一定值時(shí)，觸點(diǎn)翻開(kāi)，冷啟動(dòng)噴油器斷電，停止噴油。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-2-16返回圖1-2-17返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)〔6〕雙金屬片式氣體溫度傳感器雙金屬片式氣體溫度傳感器用于檢測(cè)進(jìn)氣溫度，并通過(guò)真空膜片控制冷空氣與熱空氣的混合比例。雙金屬片式氣體溫度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1-2-18所示。當(dāng)溫度較低時(shí)，雙金屬片保持原來(lái)狀態(tài)，閥門(mén)關(guān)閉；當(dāng)溫度升高時(shí)，雙金屬片彎曲，閥門(mén)翻開(kāi)，如圖1-2-19所示。這種傳感器用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制，可保證進(jìn)氣溫度的恒定及進(jìn)氣溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。〔7〕熱敏鐵氧體溫度傳感器熱敏鐵氧體是由強(qiáng)磁性材料制成，當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)某一規(guī)定溫度時(shí)，熱敏鐵氧體的磁導(dǎo)率急劇下降，利用這一性質(zhì)就可以使笛簧開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或斷開(kāi)。熱敏鐵氧體溫度傳感器一般由永久磁鐵、熱敏鐵氧體及笛簧開(kāi)關(guān)組成，其典型結(jié)構(gòu)如圖1-2-20和圖1-2-21所示。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-2-18返回圖1-2-19返回圖1-2-20返回圖1-2-21返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)熱敏鐵氧體溫度傳感器一般用于控制汽車散熱器的電動(dòng)風(fēng)扇、油壓指示燈或用于空調(diào)的溫度檢測(cè)等。圖1-2-22所示為熱敏鐵氧體傳感器在汽車散熱器系統(tǒng)的電動(dòng)風(fēng)扇中的應(yīng)用實(shí)例，系統(tǒng)由風(fēng)扇、風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)、風(fēng)扇繼電器、熱敏鐵氧體溫度傳感器及蓄電池組成。傳感器裝在散熱器冷卻液的循環(huán)通路上，當(dāng)水溫超過(guò)規(guī)定值時(shí)笛簧開(kāi)關(guān)斷開(kāi)〔OFF〕；反之，當(dāng)水溫低于規(guī)定值時(shí)笛簧開(kāi)關(guān)閉合〔ON〕。當(dāng)冷卻液溫度低于規(guī)定值時(shí)，熱敏鐵氧體傳感器笛簧開(kāi)關(guān)閉合，風(fēng)扇繼電器的電磁線圈通電，繼電器常閉觸點(diǎn)翻開(kāi)，風(fēng)扇停止工作；當(dāng)冷卻液溫度高于規(guī)定值時(shí)，熱敏鐵氧體傳感器笛簧開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，風(fēng)扇繼電器的電磁線圈斷電，常閉觸點(diǎn)閉合，風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)通電風(fēng)扇開(kāi)始工作。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-2-22返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)2力傳感器力傳感器是使用最廣泛的一種傳感器，它是用來(lái)檢測(cè)氣體、液體、固體等所有物質(zhì)間作用力的。力傳感器的種類甚多，最常用的是電阻應(yīng)變片式力傳感器。將電阻應(yīng)變片粘貼在彈性元件特定外表上，當(dāng)力作用于彈性元件時(shí)，會(huì)導(dǎo)致元件應(yīng)力和應(yīng)變的變化，進(jìn)而引起電阻應(yīng)變片電阻的變化。電阻的變化經(jīng)電路處理后以電信號(hào)的方式輸出，這就是電阻應(yīng)變式力傳感器的工作原理。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)電阻應(yīng)變式力傳感器由兩大局部組成〔見(jiàn)圖1-2-23〕，彈性元件和轉(zhuǎn)換元件——電阻應(yīng)變片。電阻簡(jiǎn)稱應(yīng)變片，是一種能將試件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成電阻變化的傳感元件，其轉(zhuǎn)換原理是基于金屬電阻絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)。所謂電阻應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體〔電阻絲〕的電阻值隨變形〔伸長(zhǎng)或縮短〕而發(fā)生改變的一種物理現(xiàn)象。應(yīng)變片是用黏結(jié)劑貼到彈性體上的，黏結(jié)劑形成的膠層必須能準(zhǔn)確迅速地將彈性體的應(yīng)變傳遞到敏感柵上。黏結(jié)劑的性能及粘貼質(zhì)量直接影響著應(yīng)變片的工作特性，如線性度、靈敏系數(shù)、滯后、蠕變、零漂，以及受溫度變化的影響程度等。黏結(jié)劑要求黏結(jié)力強(qiáng)、黏結(jié)后機(jī)械性能可靠。黏結(jié)層要有足夠大的剪切彈性模量、良好的電絕緣性、滯后和蠕變要小，耐濕、耐油、耐疲勞、耐老化等。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-2-23返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)3位移傳感器〔1〕工作原理將被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換成電阻變化的傳感器稱為電阻式位移傳感器。常用的電阻式位移傳感器為電位計(jì)式電阻位移傳感器，這種傳感器用于測(cè)量線位移或角位移。電位計(jì)式電阻位移傳感器的工作原理是基于均勻截面導(dǎo)體的電阻計(jì)算公式。由物理學(xué)可知，其電阻lR＝ρ-----〔1-2-1〕S式中ρ——導(dǎo)體的電阻率，Ω·m；l——導(dǎo)體的長(zhǎng)度，m；S——導(dǎo)體的截面積，mm2。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)由上式可知，當(dāng)ρ和S一定時(shí)，其電阻只與長(zhǎng)度l成正比。如將上述電阻做成線性電位計(jì)，見(jiàn)圖1-2-24，并通過(guò)改變被測(cè)電阻絲的長(zhǎng)度即移動(dòng)電刷位置，那么可實(shí)現(xiàn)位移與電阻間的線性轉(zhuǎn)換，這就是電位計(jì)式電阻位移傳感器的工作原理。圖1-2-24〔a〕為直線式電位計(jì)，可測(cè)線位移；圖1-2-24〔b〕為旋轉(zhuǎn)式電位計(jì)，可測(cè)角位移。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-2-24返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)〔2〕結(jié)構(gòu)形式Y(jié)HD型電位計(jì)式位移傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1-2-25所示。圖中測(cè)量軸1與內(nèi)部被測(cè)機(jī)構(gòu)相接觸，當(dāng)有位移輸入時(shí)，測(cè)量軸便沿導(dǎo)軌5移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)電刷3在滑線電阻上移動(dòng)，因電刷的位置變化故有電壓輸出，據(jù)此可以判斷位移的大小。如要求同時(shí)測(cè)出位移的大小和方向，可將圖中的精密無(wú)感電阻4和滑線電阻2組成橋式測(cè)量電路。為便于測(cè)量軸1來(lái)回移動(dòng)，在裝置中加了一根拉緊彈簧6。由以上討論可知，電位計(jì)式傳感器有如下優(yōu)點(diǎn)：下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-2-25返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)①結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，本錢(qián)低；②穩(wěn)定度高，線性度好；③靈敏度高，可通過(guò)提高工作電壓來(lái)改善靈敏度，甚至不用放大器也能直接推動(dòng)指示儀表。由于電刷和電阻絲之間存在摩擦，故有如下缺點(diǎn)：①只能在較低頻率下工作；②使用壽命短，需要經(jīng)常性維護(hù)；③電噪聲大。盡管電位計(jì)傳感器有一些缺點(diǎn)，但由于它有上述突出的優(yōu)點(diǎn)，故目前仍廣泛使用。甚至在一些精密儀器中，如函數(shù)記錄儀等，也采用電位計(jì)式傳感器做位置檢測(cè)元件。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)〔3〕差動(dòng)變壓器式位移傳感器差動(dòng)變壓器式位移傳感器〔又稱互感式位移傳感器〕是將被測(cè)物理量位移轉(zhuǎn)換成線圈的互感系數(shù)的變化，再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，從而實(shí)現(xiàn)由非電量到電量轉(zhuǎn)換的裝置。差動(dòng)變壓器本身是一個(gè)變壓器，初級(jí)線圈輸入交流電壓，次級(jí)線圈感應(yīng)出電信號(hào)，當(dāng)互感受外界影響變化時(shí)，其感應(yīng)電壓也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。由于它的次級(jí)線圈接成差動(dòng)的形式，故稱為差動(dòng)變壓器。差動(dòng)變壓器式位移傳感器的結(jié)構(gòu)形式很多，圖1-2-26為E型變隙式結(jié)構(gòu)。差動(dòng)變壓器上下兩只鐵心上均有一個(gè)初級(jí)線圈〔也稱勵(lì)磁線圈〕和一個(gè)次級(jí)線圈〔也叫輸出線圈〕。上下兩個(gè)初級(jí)線圈串聯(lián)后接交流勵(lì)磁電源電壓，兩個(gè)次級(jí)線圈那么按電勢(shì)反相串聯(lián)。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-2-26返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)差動(dòng)變壓器式傳感器的特性幾乎完全是線性的，其靈敏度不僅取決于磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，同時(shí)也取決于初、次級(jí)線圈的匝數(shù)比及勵(lì)磁電源電壓的大小?？梢酝ㄟ^(guò)改變?cè)褦?shù)比及提高電源電壓的方法來(lái)提高靈敏度。電感式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、測(cè)量力小、分辨率高、輸出功率大以及測(cè)試精度高等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)它也具有頻率響應(yīng)較低、不宜用于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量等缺點(diǎn)。圖1-2-27為測(cè)量液位的原理圖，圖中銜鐵隨浮子運(yùn)動(dòng)反映出液位的變化，從而使差動(dòng)變壓器有一相應(yīng)的電壓輸出。下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-2-27返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)4磁電感應(yīng)式速度傳感器磁電感應(yīng)式速度傳感器靈敏度較高，性能穩(wěn)定，中頻響應(yīng)好〔10～500Hz〕，不需要外加電源，輸出為電壓，可直接與通用電子放大器連接，使用方便，但體積、質(zhì)量〔約1kg〕較大。圖1-2-28所示磁電式傳感器，當(dāng)線圈做切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，由電磁感應(yīng)定律得e０＝ＮＢlv〔1-2-2〕e０＝ＮＢＡω〔1-2-3〕下一頁(yè)上一頁(yè)返回圖1-2-28返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)式中N——線圈圈數(shù)；e0——輸出端電壓，V；B——磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；l——每匝線圈的平均長(zhǎng)度，m；v——線圈相對(duì)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度，m·s-1；ω——線圈相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的角速度，rad·s-1；A——每匝線圈的平均截面積，m2。當(dāng)傳感器結(jié)構(gòu)選定后，其中B、l、N、A均為常量，所以輸出電壓將隨輸入速度〔或角速度〕而線性變化，當(dāng)速度反向，輸出電壓的極性也將變號(hào)。下一頁(yè)上一頁(yè)返回第二節(jié)傳感器根底知識(shí)磁電式速度傳感器的結(jié)構(gòu)有兩種，假設(shè)線圈動(dòng)，磁鐵不動(dòng)，稱之為動(dòng)圈式，其工作原理如圖1-2-28〔a〕所示；假設(shè)線圈固定，磁鐵活動(dòng)，那么稱