汽車的傳感器

汽車的傳感器第1頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄傳感器的定義汽車常用傳感器原理傳感器的功能傳感器的型號與參數(shù)傳感器制造公司汽車傳感器的性能要求我國與國際的差距第2頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月傳感器的定義

國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量件并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)?！皞鞲衅鳌痹谛马f式大詞典中定義為：“從一個(gè)系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個(gè)系統(tǒng)中的器件”。根據(jù)這個(gè)定義，傳感器的作用是將一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，所以不少學(xué)者也用“換能器－Transducer”來稱謂“傳感器－Sensor”。第3頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月傳感器的功能

常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬：光敏傳感器——視覺聲敏傳感器——聽覺氣敏傳感器——嗅覺化學(xué)傳感器——味覺壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺敏感元件的分類：①物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。②化學(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。③生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識別功能。通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類（還有人曾將敏感元件分46類）。

第4頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月汽車傳感器的性能要求

1、好的環(huán)境適應(yīng)性。因?yàn)槠囀窃诃h(huán)境溫度變化范圍較寬（—40～80OC），道路表面優(yōu)劣程度相差較大，烈日、暴雨或冰雪天氣造成溫度懸殊，有時(shí)甚至在強(qiáng)大的電磁場的情況下工作的，因此要求耐振、耐水、耐溫、耐沖擊、抗電磁干擾等。2、批量生產(chǎn)性。為了使傳感器用在適合于一般用戶購買力的成本而生產(chǎn)的汽車上，必須要求傳感器具有批量生產(chǎn)的可能性，換句話說，汽車傳感器在保障其性能的基礎(chǔ)上，成本盡可能低，而且通過簡單的調(diào)整就能更換。3、可靠性。同一般傳感器一樣，汽車傳感器的可靠性應(yīng)是最重要，并且穩(wěn)定性要好。4、盡可能小型、質(zhì)量輕、便于安裝。5、符合有關(guān)法規(guī)的要求。第5頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月汽車常用傳感器原理

一、進(jìn)氣壓力傳感器原理進(jìn)氣壓力傳感器一般安裝在節(jié)氣門后部的進(jìn)氣岐管上，節(jié)氣門前部與大氣相通，進(jìn)氣壓力為大氣壓，而其后部的氣壓為負(fù)壓。節(jié)氣門的前后部均有進(jìn)氣管與附加空氣閥相通。進(jìn)氣壓力傳感器的作用是將進(jìn)氣管道中的氣體壓力轉(zhuǎn)換成電信號，并送給電子控制裝置，再由電子控制裝置控制電動(dòng)噴油器噴油時(shí)間的長短。第6頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月二、溫度傳感器原理

現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)變速器和空調(diào)等系統(tǒng)均使用溫度傳感器，它們用于測量發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度、自動(dòng)變速器油溫度、空調(diào)系統(tǒng)環(huán)境溫度等，為發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射、自動(dòng)變速器的換檔、離合器鎖定、油壓控制以及空調(diào)自動(dòng)控制提供了重要依據(jù)。汽車上實(shí)際應(yīng)用的溫度傳感器主要有繞組電阻式、熱敏電阻式和熱電偶三種。面以銅熱電阻傳感器和汽車常用的熱敏電阻傳感器為例講述其工作原理。第7頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月三、空氣流量傳感器原理

車用空氣流量傳感器（或稱空氣流量計(jì)）是用來直接或間接檢測進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸空氣量大小，并將檢測結(jié)果轉(zhuǎn)變成電信號輸入電子控制單元ECU。電子控制汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)為了在各種運(yùn)轉(zhuǎn)工況下都能獲得最佳濃度的混合氣，必須正確地測定每一瞬間吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量，以此作為ECU計(jì)算(控制)噴油量的主要依據(jù)。如果空氣流量傳感器或線路出現(xiàn)故障，ECU得不到正確的進(jìn)氣量信號，就不能正常地進(jìn)行噴油量的控制，將造成混合氣過濃或過稀，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常。電子控制汽油噴射系統(tǒng)的空氣流量傳感器有多種型式，目前常見的空氣流量傳感器按其結(jié)構(gòu)型式可分為翼片(葉片)式、卡爾曼渦流式、熱膜式等幾種。第8頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月四、轉(zhuǎn)速傳感器原理

1、電磁式轉(zhuǎn)速傳感器原理圖9-12（a）為電磁式轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理圖，它由永久磁鐵、感應(yīng)線圈、信號盤等組成。在信號盤上加工有齒形凸起，信號盤裝在被測轉(zhuǎn)軸上，與轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，信號盤的凸凹齒形將引起信號盤與永久磁鐵間氣隙大小的變化，從而使永久磁鐵組成的磁路中磁通量隨之發(fā)生變化。磁路通過感應(yīng)線圈，當(dāng)磁通量發(fā)生突變時(shí)，感應(yīng)線圈會感應(yīng)出一定幅度的脈沖電勢，其頻率為：

f=zn(9-5)式（9-5）中，z為信號盤的齒數(shù)；n為信號盤的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/秒）。由上式可知，轉(zhuǎn)數(shù)越大，感應(yīng)線圈感應(yīng)的脈沖電勢的頻率就越高，如圖9-12(b)所示。如果將這些脈沖電壓信號輸入發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，通過計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)脈沖電壓的數(shù)目，即可確定發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。第9頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)是由美國科學(xué)家霍爾在1879年發(fā)現(xiàn)的，其原理如圖9-13所示。將霍爾元件（如電子導(dǎo)電型半導(dǎo)體基片）置于磁場中，并通入一個(gè)垂直于磁場方向的電流，在磁場的作用下，電子將受到一個(gè)力F的作用，這個(gè)力就是洛侖茲力，

由于導(dǎo)電體上底面積累電子，而下底面積累正電荷，從而在垂直于磁場和電流方向的霍爾元件的橫向兩側(cè)會產(chǎn)生一個(gè)與電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度乘積成正比的電壓，我們把這種現(xiàn)象稱之為霍爾效應(yīng)，這個(gè)電壓稱之為霍爾電壓，

（2）霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器圖9-14是幾種不同結(jié)構(gòu)的霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器。磁性轉(zhuǎn)盤的輸入軸與被測轉(zhuǎn)軸相連，當(dāng)被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁性轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在磁性轉(zhuǎn)盤附近的霍爾傳感器便可在每一個(gè)小磁鐵通過時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的脈沖，檢測出單位時(shí)間的脈沖數(shù)，便可知被測轉(zhuǎn)速。磁性轉(zhuǎn)盤上小磁鐵數(shù)目的多少決定了傳感器測量轉(zhuǎn)速的分辨率。

幾種不同結(jié)構(gòu)的霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器1—輸入軸2—轉(zhuǎn)盤3—小磁鐵4—霍爾傳感器第10頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月

五、壓電式爆燃傳感器

壓電傳感器在力的測量中應(yīng)用也十分廣泛。某些晶體受一定方向外力作用而發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，相應(yīng)地在一定的晶體表面產(chǎn)生符號相反的電荷，外力去掉后，電荷消失。力的方向改變時(shí)，電荷的符號也隨之改變，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。具有壓電效應(yīng)的晶體稱為壓電晶體。下面以石英晶體為例講述壓電元件的工作原理。

第11頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月

傳感器的型號與參數(shù)

。位置（行程和角度）傳感器項(xiàng)目內(nèi)容傳感器類型位置（行程和角度）傳感器傳感器特征大多采用滑動(dòng)式、測量的主要是較大的行程和角度傳感器種類電位器傳感器滑動(dòng)式電位器磁感應(yīng)式傳感器渦流傳感器、短路環(huán)傳感器、活動(dòng)鐵心位移傳感器靜磁傳感器電磁傳感器、磁敏元件差動(dòng)式傳感器、磁阻NiFe薄膜傳感器、強(qiáng)磁阻傳感器、指南針角度傳感器波傳播傳感器超聲波傳感器、電磁傳感器（雷達(dá)）參數(shù)及范圍汽油機(jī)上節(jié)氣門位置（90°）加速踏板、制動(dòng)踏板位置（30°）柴油機(jī)直列噴油泵齒桿行程和位置（21mm）柴油機(jī)分配式噴油泵油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的角度位置（60°）燃油箱液面高度（20-50cm）離合器調(diào)節(jié)器行程（50mm）車間距或車障距（150m）轉(zhuǎn)向角（±2×360°，即±2轉(zhuǎn)）汽車傾斜角（15°）行駛方向角（360°）跳動(dòng)行程（照明距離、汽車傾斜）（25cm）扭轉(zhuǎn)角（1°-4°）滑閥偏轉(zhuǎn)（30°-90°）汽車加速時(shí)彈簧——質(zhì)量系統(tǒng)偏移（0.5-1mm）汽車電子中的應(yīng)用實(shí)例滑閥式傳感器、節(jié)氣門開度傳感器、加速踏板（油門）傳感器、燃油箱燃油液面?zhèn)鞲衅鳌⑥D(zhuǎn)向輪角度傳感器、半差動(dòng)短路環(huán)傳感器、車軸傳感器等 第12頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)速傳感器和速度傳感器項(xiàng)目內(nèi)容傳感器類型轉(zhuǎn)速傳感器和速度傳感器傳感器用途測量單位時(shí)間內(nèi)物體轉(zhuǎn)過的角度或移動(dòng)的位移傳感器種類窄分度增量式轉(zhuǎn)速傳感器允許測量一定的甚至很窄的角度和在該角度范圍內(nèi)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速扇區(qū)式轉(zhuǎn)速傳感器轉(zhuǎn)子的圓周只有很少的扇區(qū)，如扇區(qū)數(shù)等于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)普通的轉(zhuǎn)速傳感器在轉(zhuǎn)子的圓周上只有一個(gè)記號，以檢測旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)速測量參數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸和凸輪軸轉(zhuǎn)速汽車車輪轉(zhuǎn)速（用于ABS、ASR、ESP系統(tǒng)中）柴油機(jī)噴油泵轉(zhuǎn)速汽車電子中的應(yīng)用實(shí)例雷達(dá)傳感器、感應(yīng)式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和增量式轉(zhuǎn)角傳感器、霍爾相位傳感器、車輪轉(zhuǎn)速傳感器、變速器轉(zhuǎn)速傳感器等第13頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月

加速度和振動(dòng)傳感器項(xiàng)目內(nèi)容傳感器類型加速度和振動(dòng)傳感器傳感器用途加速度和振動(dòng)傳感器用于調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)爆震、啟動(dòng)乘員保護(hù)系統(tǒng)（安全氣囊、安全帶拉緊器、翻車保護(hù)工架）和在帶有ABS或EPS或車體底盤調(diào)節(jié)的四輪驅(qū)動(dòng)汽車上檢測彎道行駛的加速度和速度變化汽車加速度和振動(dòng)典型值1g=9.81m/(s*s)應(yīng)用加速度/g爆震調(diào)節(jié)1-10安全氣囊、安全帶拉緊器50翻車保護(hù)工架4安全帶閉鎖0.4ABS、ESP0.8-1.2底盤1軸10汽車電子中的應(yīng)用實(shí)例Hall加速度傳感器、壓電加速度傳感器（雙壓電彎曲元件、縱向元件——爆震傳感器上）、微機(jī)械加速度傳感器等第14頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月壓力傳感器項(xiàng)目內(nèi)容傳感器類型壓力傳感器傳感器用途壓力測量參數(shù)及范圍汽油噴射的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管或增壓壓力進(jìn)氣管（壓力范圍0.1-0.5MPa）氣電制動(dòng)的制動(dòng)壓力（1MPa）空氣彈簧懸置汽車上的空氣彈簧壓力（1.6MPa）檢查和調(diào)節(jié)輪胎壓力（絕對壓力0.5MPa）ABS和伺服轉(zhuǎn)向的液壓壓力（約為20MPa）汽車底盤調(diào)節(jié)的減振器壓力（20MPa）空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的冷卻介質(zhì)壓力（3.5MPa）自動(dòng)變速器的調(diào)制壓力（3.5MPa）主制動(dòng)缸、輪制動(dòng)缸的制動(dòng)壓力以及電控制動(dòng)中的瞬時(shí)偏航自動(dòng)補(bǔ)償（20MPa）燃油箱內(nèi)的過壓與負(fù)壓以及汽車在線診斷系統(tǒng)（0.05MPa）缺火識別和爆震識別的燃燒室內(nèi)氣體壓力（10MPa，動(dòng)態(tài)）電控柴油機(jī)的噴油泵壓力（100MPa，動(dòng)態(tài)）柴油機(jī)共軌燃油系統(tǒng)的燃油壓力（150-180MPa）汽油機(jī)共軌燃油系統(tǒng)的燃油壓力（10MPa）汽車電子中的應(yīng)用實(shí)例厚層壓力傳感器、微機(jī)械壓力傳感器、硅燃燒室壓力傳感器、金屬膜片高壓傳感器等第15頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月氣體傳感器和濃度傳感器項(xiàng)目內(nèi)容傳感器類型氣體傳感器和濃度傳感器傳感器用途用于測量一種物質(zhì)在另一種物質(zhì)或另一些物質(zhì)的混合物中所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)或體積百分?jǐn)?shù)測量參數(shù)為控制燃燒，監(jiān)控催化轉(zhuǎn)換器，需檢測廢氣中氧的含量檢測在汽車內(nèi)部和蒙在風(fēng)窗玻璃上的水汽中的CO、NOx和濕度為監(jiān)控空氣干燥器，監(jiān)測壓縮空氣制動(dòng)系統(tǒng)中的空氣濕度車外空氣濕度，以做出冰滑警告測量柴油機(jī)廢氣中的微粒濃度，當(dāng)然這是一個(gè)尚未解決的問題，由于對微粒的探測不理想，使測量變得困難汽車電子中的應(yīng)用實(shí)例空氣品質(zhì)傳感器、兩點(diǎn)式氧傳感器、平面型寬帶氧傳感器第16頁，課件共20頁，創(chuàng)作于2023年2月溫度傳感器項(xiàng)目內(nèi)容傳感器類型溫度傳感器傳感器特征溫度傳感器不應(yīng)影響測點(diǎn)處的溫度分布和能再現(xiàn)溫度的瞬時(shí)變化；為便于安裝傳感器和測量的快速響應(yīng)，溫度傳感器應(yīng)盡可能小，即它的熱容量或熱慣性應(yīng)盡量小傳感器種類接觸式溫度傳感器與測量介質(zhì)直接、緊密地接觸，以盡可能精確地測量介質(zhì)溫度非接觸式溫度測量，高溫計(jì)依據(jù)物體或介質(zhì)的熱輻射或紅外輻射測定溫度，如高溫計(jì)、熱成像計(jì)測量參數(shù)測量介質(zhì)測溫范圍/℃進(jìn)氣或增壓空氣-40—170外部空氣-40—60車內(nèi)空氣-20—80暖氣通風(fēng)口空氣-20—60空調(diào)蒸發(fā)器介質(zhì)-10—50冷卻水-40—130發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油-40—170蓄電池電解液-40—100燃油-40—120輪胎內(nèi)空