车用传感器初步认识.doc

1、。汽车传感器目录引言。1。汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源， 是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。 目前，一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百只传感器， 而豪华轿车上的传感器数量可多达二百余只。 汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、 底盘控制系统、 车身控制系统和导航系统中。汽车传感器是汽车计算机系统的输入装置， 它把汽车运行中各种工况信息，如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等，转化成电讯号输给计算机，以便发动机处于最佳工作状态。汽车控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心，种类很多，包括温度传感器、 压力传感器、 位置和转速传感器、 流量传感器

2、、气体浓度传感器和爆震传感器等。这些传感器向发动机的电子控制单元（ ECU）提供车身的工作状况信息，供 ECU对车身工作状况进行精确控制。一、温度传感器温度传感器（ temperature transducer ）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。 温度传感器是温度测量仪表的核心部分， 品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类， 按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度。2。以及催化温度等。 温度用传感器有线绕电阻式、 热敏电阻式和热偶电阻式三种主要类型。三种类型传感器各有特点， 其应用场合也略有区别。 线

3、绕电阻式温度传感器的精度高，但响应特性差；热敏电阻式温度传感器灵敏度高， 响应特性较好，但线性差，适应温度较低；热偶电阻式温度传感器的精度高，测量温度范围宽，但需要配合放大器和冷端处理一起使用。已实用化的产品有热敏电阻式温度传感器( 通用型 -50 130，精度1.5%，响应时间 10ms；高温型 600 1000，精度 5%，响应时间 10ms)、铁氧体式温度传感器 (ON/OFF型， -40 120，精度 2.0%)、金属或半导体膜空气温度传感器 (-40 150，精度 2.0%、 5%，响应时间 20ms)等。1）冷却水温度传感器：冷却水温度传感器安装在发动机缸体或缸盖的水套上，与冷却水

4、接触，用来检测发动机的冷却水温度。3。2）进气温度传感器：进气温度传感器通常安装在空气滤清器之后的进气软管上或空气流量计上，还有的在空气流量计和谐振腔上各装一个，以提高喷油量的控制精度。二、流量传感器流量传感器主要用于发动机空气流量和燃料流量的测量。空气流量的测量用于发动机控制系统确定燃烧条件、控制空燃比、起动、点火等。空气流量传感器有旋转翼片式（叶片式）、卡门涡旋式、热线式、热膜式等四种类型。旋转翼片式（叶片式）空气流量计结构简单，测量精度较低，测得的空气流量需要进行温度补偿；卡门涡旋式空气流量计无可动部件，反映灵敏，精度较高，也需要进行温度补偿； 热线式空气流量计测量精度高，无需温度补偿，

5、 但易受气体脉动的影响，易断丝；热膜式空气流量计和热线式空气流量计测量原理一样，但体积少，适合大批量生产， 成本低。空气流量传感器的主要技术指标为：工作范围 0.11 103 立方米 /min ，工作温度 -40 120，精度 1%。燃料流量传感器用于检测燃料流量，主要有水轮式和循环球式， 其动态范围 060kg/h ，工作温度 -40 120，精度 1%，响应时间小于10ms。4。电子控制汽油喷射系统的空气流量传感器有多种型式， 目前常见的空气流量传感器按其结构型式可分为叶片 ( 翼板 ) 式、量芯式、热线式、热膜式、卡门涡旋式等几种。1）叶片式空气流量传感器：传统的波许 L 型汽油喷射系统

6、及一些中档车型采用这种叶片式空气流量传感器， 如丰田 CAMRY(佳美 ) 小轿车、丰田 PREVIA(大霸王 ) 小客车、马自达 MPV多用途汽车等。5。2）卡门涡旋式空气流量传感器：在进气管道正中间设有一流线形或三角形的涡流发生器，当空气流经该涡流发生器时， 在其后部的气流中会不断产生一列不对称却十分规则的被称为卡门涡流的空气涡流。 凌志 LS400 小轿车即用了这种型式的卡门涡旋式空气流量传感器。3）热线式空气流量传感器：热线式空气流量传感器的基本结构由感知空气流量的白金热线 ( 铂金属线 ) 、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻( 冷线 ) 、控制热线电流并产生输出信号的控制线路板以及

7、空气流量传感器的壳体等元件组成。根据白金热线在壳体内的安装部位不同，热线式空气流量传感器分为主流测量、旁通测量方式两种结构形式。波许LH 型汽油喷射系统及一些高档小轿车采用这种空气流量传感器，如别克、日产MAXIMA(千里马 ) 、沃尔沃等。6。三、压力传感器压力传感器主要用于检测气缸负压、 大气压、涡轮发动机的升压比、 气缸内压、油压等。吸气负压式传感器主要用于吸气压、负压、油压检测。汽车用压力传感器应用较多的有电容式、 压阻式、差动变压器式（ LVDT）、表面弹性波式（SAW）。电容式压力传感器主要用于检测负压、液压、气压，测量范围 20 100kPa，具有输入能量高， 动态响应特性好、

8、环境适应性好等特点； 压阻式压力传感器受温度影响较大，需要另设温度补偿电路，但适应于大量生产； LVDT式压力传感器有较大的输出，易于数字输出，但抗干扰性差； SAW式压力传感器具有体积小、质量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、分辨率高、数字输出等特点，用于汽车吸气阀压力检测，能在高温下稳定地工作，是一种较为理想的传感器。7。1）半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器 ：半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器由压力转换元件 （硅膜片）和把转换元件输出信号进行放大的混合集成电路组成。 压力转换元件是利用半导体的压阻效应制成的硅膜片。 硅膜片的一侧是真空室， 另一侧导入进气歧管压力， 所以进歧管内绝

9、对压力越高， 硅膜片的变形越大，其变形量与压力成正比。 附着在薄膜上的应变电阻的阻值则产生与其变形量成正比的变化。 利用这种原理， 可把进气歧管内压力的变化变换成电信号。皇冠 3.0 轿车 2JZ-GE发动机、北京切诺基轿车等采用了半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器。2）空膜盒式进气歧管绝对压力传感器：真空膜盒传动的可变电感式进气歧管绝对压力传感器主要由膜盒、 铁心、感应线圈和电子电路等组成。 膜盒是由薄金属片焊接而成， 其内部被抽成真空， 外部与进气歧管相通。 外部压力变化将使膜盒产生膨胀和收缩的变化。置于感应线圈内部的铁芯和膜盒联动。8。3）电容式压力传感器：电容式压力传感器主要用于检

10、测负压、液压、气压，测量范围 20100kPa，具有输入能量高，动态响应特性好、环境适应性好等特点。主要有接触型微机械加工电容式压力传感器和陶瓷电容式压力传感器等类型。4）不锈钢多晶硅压力传感器：不锈钢多晶硅压力传感器用在汽车上测量高压达到 180mPa。这种传感器的不锈钢柱体末端封闭，其下部是很薄的硬膜片。当流体压力增大时， 作用于膜片的内表面， 使膜片产生变形， 多晶硅应变敏感元件通过蒸发工艺淀积在不锈钢膜片的外部，并和惠斯顿电桥电路连接。四、 位置和转速传感器位置和转速传感器主要用于检测曲轴转角、发动机转速、节气门的开度、车速等。目前汽车使用的位置和转速传感器主要有交流发电机式、磁阻式、

11、霍尔效应式、簧片开关式、光学式、半导体磁性晶体管式等，其测量范围 0 360，精度 0.5 以下，测弯曲角达 0.1 。曲轴位置传感器是发动机电子控制系统中最主要的传感器之一， 它提供点火时刻（点火提前角）、确认曲轴位置的信号，用于检测活塞上止点、曲轴转角及发动机转速。曲轴位置传感器所采用的结构随车型不同而不同， 可分为磁脉冲式、光电式和霍尔式三大类。 它通常安装在曲轴前端、 凸轮轴前端、 飞轮上或分电器内。1）磁脉冲式曲轴位置传感器：日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器，该曲轴位置传感器安装在曲轴前端的皮带轮之后， 在皮带轮后端设置一个带有细齿的薄圆。9。齿盘（用以产生信号，称为信号盘），它和曲轴

12、皮带轮一起装在曲轴上，随曲轴一起旋转。发动机转动时，信号盘的齿和凸缘引起通过感应线圈的磁场发生变化，从而在感应线圈里产生交变的电动势，经滤波整形后，即变成脉冲信号。丰田公司磁脉冲式曲轴位置传感器：丰田公司 TCCS系统用磁脉冲式曲轴位置传感器安装在分电器内， 利用带有轮齿的转子旋转时， 使信号发生器感应线圈内的磁通变化，从而在感应线圈里产生交变的感应电动势，再将它放大后，送入ECU。2）光电式曲轴位置传感器： 日产公司光电式曲轴位置传感器设置在分电器内，它由信号发生器和带缝隙和光孔的信号盘组成，两只发光二极管分别正对着光敏二极管，发光二极管以光敏二极管为照射目标。信号盘位于发光二极管和光敏二极

13、管之间，当信号盘随发动机曲轴运转时，因信号盘上有光孔， 产生透光和遮光的交替变化，造成信号发生器输出表征曲轴位置和转角的脉冲信号。所示为光电式信号发生器的作用原理。10。“现代 SONATA”汽车用光电式曲轴位置传感器：“现代 SONATA”，汽车光电式曲轴位置传感器的工作原理与日产公司光电式曲轴位置传感器相似， 其信号盘的结构稍有不同。3）节气门位置传感器：开关量输出型节气门位置传感器又称为节气门开关，是用于检测发动机状态的设备。 其主要功用是检测出发动机是处于怠速工况还是负荷工况，是加速工况还是减速工况。 它实质上是一只可变电阻器和几个开关， 安装于节气门体上。11。4）同步信号传感器：

14、ECU根据曲轴位置传感器的输出信号可以知道气缸的活塞在接近上止点位置， 但并不清楚是哪个气缸， 还需要有判缸信号相配合， 即需要有同步信号传感器向 ECU提供信息，故同步信号传感器是一个提供气缸判别定位信号的传感器。 同步信号传感器安装在分电器内， 它主要由脉冲环和霍尔信号发生器组成。可以保证发动机正常的喷油和点火顺序。5）速度及加速度传感器：光电式车速信号传感器：它由光源、带孔圆盘（光栅）和光敏管组成。汽车车轮在光滚筒上滚动时，带动光栅以一定的转速旋转，光源连续发光， 当光束通过光栅上的小孔时，光束照到光敏管上， 使它产生相应的电脉冲信号。 此信号送入计数器即可得到被测轴的转速。车速信号有两

15、种， 其一是单位时间计数（频率），其二是测脉宽（周期），两者菌可得到滚筒的转速。12。信号，根据滚筒的半径及光栅盘上小孔的个数可得到车速信号。磁电式车速传感器： 图 2-9 为磁电式传感器工作示意图。 它由旋转齿轮和永久磁铁及感应线圈等组成。 汽车车轮在光滚筒上滚动时， 带动齿轮以一定速度旋转，当磁电传感器对准齿顶时， 磁电传感器感生电动势增强， 同理，当磁电传感器对准齿槽时，磁电传感器感生电动势减弱， 由于磁阻的变化， 磁电传感器输出的电压信号为交变信号。因信号较弱（一般在 3mV左右），所以必须经过信号放大整形电路，将交变信号变为脉冲信号，送入 CPU高速输入口（ HSI），以获取车速信号

16、。霍尔传感器： 汽车在滚筒上滚动时， 带动转盘旋转， 当霍尔传感器（霍尔元件）对准永久磁铁时，磁场强度增强，产生霍尔效应，输出电压可达 10mV，当霍尔传感器远离磁场时，输出电压降至 0V，这样可得到脉冲信号，送入 CPU高速输入口（ HSI），通过检测脉冲频率或周期，变可得到车速信号。13。测速电机： 汽车车轮在滚筒上滚动时， 带动测速电机旋转， 测速电机产生的电压正比于滚筒转速，通过 A/D 采集可得到车速信号。五、氧化传感器在使用三效催化转化器降低排放污染的发动机上，氧传感器是必不可少的。三效催化转化器安装在排气管的中段，它能净化排气中CO、 HC和 NOx三种主要的有害成分，但只在混合

17、气的空燃比处于接近理论空燃比的一个窄小范围内， 三效催化转化器才能有效地起到净化作用。 故在排气管中插入氧传感器， 借检测废气中的氧浓度测定空燃比。 并将其转换成电压信号或电阻信号， 反馈给 ECU。ECU控制空燃比收敛于理论值。目前使用的氧传感器有氧化锆式和氧化钛式两种，其中应用最多的是氧化锆式氧传感器。1）氧化锆式氧传感器 ：氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化锆陶瓷管（固体电解质），亦称锆管。锆管固定在带有安装螺纹的固定套中，内外表面均覆盖着一层多孔性的铅膜， 其内表面与大气接触， 外表面与废气接触。 氧传感器的接线端有一个金属护套， 其上开有一个用于锆管内腔与大气相通的孔； 电线将锆管内表

18、面铂极经绝缘套从此接线端引出。氧化锆在温度超过 300后，才能进行正常工作。早期使用的氧传感器靠排气加热，这种传感器必须在发动机起动运转数分钟后才能开始工作， 它只有一根接线与 ECU相连。14。2）氧化钛式氧传感器：氧化钛式氧传感器是利用二氧化钛材料的电阻值随排气中氧含量的变化而变化的特性制成的， 故又称电阻型氧传感器。 二氧化钛式氧传感器的外形和氧化锆式氧传感器相似， 在传感器前端的护罩内是一个二氧化钛厚膜元件。六、爆震传感器爆震传感器是发动机电子控制系统中必不可少的重要部件， 它的功用是检测发动机有无爆震现象，并将信号送入发动机 ECU。常见的爆震传感器有两种，一种是磁致伸缩式爆震传感器，另一种是压电式爆震传感器。15。1）磁致伸缩式爆震传感器：内部有永久磁铁、靠永久磁铁激磁的强磁性铁心以及铁心周围的线圈。其工作原理是: 当发动机的气缸体出现振动时，该传感器在7kHz 左右处与发动机产生共振，强磁性材料铁心的导磁率发生变化，致使永久磁铁穿过铁心的磁通密度也变化， 从而在铁心周围的绕组中产生感应电动势， 并将这一电信号输入 ECU。2）压电式爆震传感器的结构：这种传感器利用结晶或陶瓷多晶体的压电效应而工作，也有利用掺杂硅的压电电阻效应的。 该传感器的外壳内