《传感器及应用》第5章传感器在机电设备中的应用

第5章传感器在机电设备中的应用5.1传感器在汽车工业中的应用5.2家用电器中的传感器5.1传感器在汽车工业中的应用

现代汽车正朝着电子化和智能化方向发展，这势必要求在汽车中大量采用各种传感器。由于汽车传感器在汽车电子控制系统中的重要作用和快速增长的市场需求，世界各国都对其非常重视。5.1.1汽车用传感器的分类汽车用传感器是用于汽车显示和控制的各种传感器的统称。汽车用传感器的种类繁多，应用的方面很广，大致有两类:一类是用于显示汽车各部分状态的传感器;另一类是用于控制汽车运行状态的控制传感器。发动机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、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提供发动机的工作状况信息，供电下一页返回5.1传感器在汽车工业中的应用子控制单元对发动机工作状况进行精确控制，以提高发动机的动力性、降低油耗、减少废气排放和进行故障检测。5.1.2传感器在汽车中的应用

1.温度传感器为了判定发动机的热状态，计算进气空气的质量、流量以及排气净化处理，需要能够连续精确地测量发动机温度、吸人气体温度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度等。温度传感器有热敏电阻式、线绕电阻式和热偶电阻式三种主要类型。图5-1是水温传感器的结构示意图。

2.压力传感器压力传感器是汽车中用得最多的传感器，主要用于检测上一页返回下一页5.1传感器在汽车工业中的应用气囊储气压力、传动系统流体压力、注人燃料压力、发动机机油压力、进气管道压力、空气过滤系统的流体压力等。汽车用压力传感器的用途如表5-2所示。3.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。进气量是燃油喷射量计算的基本参数之一，通过对发动机进气流量进行精确测量，来调节空燃比，从而保证发动机的动力性、经济性和排放指标达到最优。空气流量传感器有、卡门涡旋式、热线式、热膜式等四种类型。4.位置和转速传感器曲轴位置与转速传感器主要用于检测发动机曲轴转角、发动机转速、节气门的开度、车速等，为点火时刻和喷油时刻提供参考点信号，同时提供发动机转速信号。下一页返回上一页5.1传感器在汽车工业中的应用图5-2是美国GM公司的触发叶片结构的霍尔式曲轴转角传感器，安装在曲轴前端霍尔信号发生器由永久磁铁、导磁板和霍尔集成电路等组成(见图5-3)，内、外信号轮侧面各设置一个霍尔信号发生器，信号转动时，每当叶片进人永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙中时，霍尔集成电路中的磁场即被触发叶片所旁路(或称隔磁)，这时不产生霍尔电压。5.气体浓度传感器气体浓度传感器主要用于检测车体内气体和废气排放。其中，最主要的是氧传感器，它检测汽车尾气中的氧含量，根据排气中的氧浓度测定空燃比，向微机控制装置发出反馈信号，以控制空燃比收敛于理论值。6.爆震传感器爆震传感器用于检测发动机的振动，通过调整点火提前角，上一页下一页返回5.1传感器在汽车工业中的应用控制和避免发动机发生爆震。为了最大限度地发挥发动机功率而不产生爆燃，点火提前角应控制在爆燃产生的临界值，当发动机产生爆燃时，传感器将爆燃引起的震动转变成电信号，并传给电子控制单元。7.节气门位置传感器节气门位置传感器安装在节气门上，其功能是将发动机节气门的开度信号转变成电信号，并传递给电子控制单元，用以感知发动机的负荷大小和加减速情况。最常用的是可变电阻式节气门位置传感器。该传感器是一种典型的节气门传感器，主要由一个线形变位器和一个怠速触点两部分组成。电阻变位器用陶瓷薄膜电阻制成，滑动触点用复位弹簧控制，与节气门同轴转动。8.液位传感器上一页下一页返回5.1传感器在汽车工业中的应用浮子舌簧开关式液位传感器的结构如图5-4所示，这种传感器是由树脂圆筒制成的轴和可沿轴上下移动的环状浮子组成的。位，这是利用了热敏电阻上加有电压时，就有电流通过，在电流的作用下热敏电阻自身就要发热这一性质。热敏电阻的温度特性有的为双曲线形，随温度升高而电阻迅速减小。当热敏电阻置于汽油中时，因为其中的热量容易散出，所以热敏电阻的温度不会升高而使其阻值较大;反之当汽油量减少，热敏电阻暴露在空气中时，由于热量难以散出，温度迅速上升，热敏电阻的阻值减小。用热敏电阻与指示灯等组成电路如图5-5所示，通过指示灯的亮灭就可以判断汽油量的多少。电极式液位传感器的结构如图5-6所示。上一页返回5.2家用电器中的传感器随着社会的进步及人民生活水平的不断提高，人们对家用电器产品的功能要求也越来越高。为了满足社会的这种需求，越来越多的传感器和微控系统应用于家用电器中。传感器的使用不仅使家用电器的功能更加强大，而且使用也变得更加简单。本节主要介绍几种家用电器中所用主要传感器。传感器在家用电器中的应用情况，如表5-3所示。本节将对传感器在家用电器中的一些应用实例加以介绍。5.2.1传感器在洗衣机中的应用目前全自动洗衣机中大量应用各种传感器。量、洁净度等信息，再通过微处理器对信息进行加工处理，实现对洗涤过程的自动控制，例如自动进水、控制加热时间、控制洗涤时间、控制脱水时间、控制搅拌强度。通过自动检测和控制使洗涤过程达到最佳状态，不但省水、省电、省洗涤剂，而且返回下一页5.2家用电器中的传感器给使用带来了极大的方便。图5-7所示，在洗衣机中常用的传感器有:水位传感器、布量传感器和光电传感器、温度传感器等。

1.水位传感器水位传感器是用来检测水位高低的。洗衣机注水时，随着水位上升所产生的空气压力通过管道传递到传感器。水位高时微动开关闭合，水位低时微动开关断开。此开关信号决定是否停注水。

2.布量传感器洗衣机通过传感器获取水位、温度、衣物质图5-7传感器在洗衣机中的应用示意图布量传感器是用来检测洗涤物的质量。在未注水之前，电动机空转几次，通过检测电动机的负载电流大小来检测洗涤物的质量。下一页返回上一页5.2家用电器中的传感器

3.光电传感器光电传感器用来检测洗涤洁净度、排水、脱水情况。光电传感器由发光二极管和光敏三极管组成。它安装在排水口上部，通过检测排水口处的光透射率来判断洗净度、漂洗脱水情况。

4.温度传感器洗衣机中的温度控制通常是依靠毛细管温控器或NTC温度传感器来实现的。通过传感器的连续监测，当水温达到预定的温度时，控制器自动切断加热器的电源;温度降低到一定程度时重新启动加热器。与毛细管温控器相比，NTC传感器的体积更小，输出信号容易处理，因而使用更为普遍。上一页下一页返回5.2家用电器中的传感器5.2.2电冰箱中的传感器

1.传感器在电冰箱中的作用电冰箱主要由制冷系统和控制系统两大部分组成。在控制系统中，传感器起着非常重要的作用。电冰箱运行时，由温度传感器组成的温控器按设定的冰箱温度自动接通和断开电路，控制制冷压缩机的启动与停止。当给冰箱加热除霜时，由温度传感器组成的除霜温控器将会在除霜加热器达到一定温度时，自动断开加热器的电源，停止除霜加热。图5-8所示为常见的电冰箱电路，它主要由温度控制器、温度显示器、PTC启动器、除霜温控器、电机保护装置、开关、风扇及压缩电机等组成。

2.电冰箱中的温度传感器上一页下一页返回5.2家用电器中的传感器在电冰箱的控制系统中，制冷温度的自动控制尤为重要，因而离不开各种各样的温度传感器，例如:压力式温度传感器、热敏电阻式温度传感器、双金属片温度传感器等。此外，温度传感器还要监控系统重要部件的工作温度，一旦出现异常立即切断电源，保护核心部件不受损害。

(1)压力式温度传感器压力式温度传感器有波纹管式和膜盒式两种形式，它们主要用于温度控制器和除霜温控器上。波纹管式温度传感器的结构如图5-9(a)所示，它是由波纹管及感温管连成一体后，内部填充感温剂而组成，A点的位移与感温剂受温度的影响产生压力的变化成线性关系。膜盒式温度传感器的结构如图5-9(b)所示，它是由感温管与膜盒连成一体后，内部填充感温剂而组成，其作用原理与波纹管式相同，但A点的位移与感温剂的压力变化为非线性关系。上一页下一页返回5.2家用电器中的传感器(2)热敏电阻式温控电路图5-11为热敏电阻式温控电路。(3)双金属除霜温度传感器双金属除霜温度传感器的结构图5-12所示。它由双金属热敏元件、推杆及微动开关组成，平时微动开关处于常闭状态，只要除霜开关接通，便可通过传感器接通除霜加热器的回路，使除霜工作开始。当除霜工作一段时间后，电冰箱蒸发器上的霜层融化，温度升高，双金属热敏元件在该温度作用下产生形变，使推杆运动，微动开关的触点断开，切断除霜加热器电路，停止除霜工作。(4)双金属热保护器双金属热保护器是一个封装起来的双金属热敏元件，它的结构所示。它可以直接埋设在压缩电机绕组内，直接对电机绕组的温度进行控制。当电机绕组的温度出现过热时，保护器内的双金属片产生变形，从而使传感器内的可动触点与固定触点断开，切断压缩机的电源。上一页下一页返回5.2家用电器中的传感器5.2.3家用报警器中的传感器

1.燃气报警器家庭燃气泄漏非常危险，极易引发恶性事故。目前管道燃气用户广泛使用燃气泄漏报警器，大大降低了事故风险。常用电路如图5-14所示，燃气泄漏报警器由传感器、检测电路及驱动电路三部分组成。2.敲击防盗报警器敲击防盗报警器的电路，如图5-15所示。报警器由压电式传感器、单稳态触发器及驱动电路组成。3.冲击防盗报警器冲击防盗报警器由冲击传感器和执行电路两部分组成。冲击传感器的结构如5-16所示。在外壳的基板上固定一个上一页下一页返回5.2家用电器中的传感器螺栓，螺栓上有一个弹簧，弹簧的顶端焊有一个钢球，外壳也使用良导体制成。在静止状态时，不论传感器置于何种位置，钢球和外壳呈绝缘状态不会导通，一旦传感器受到外力冲击，如砸、碰、撞、敲击、撬动时，则钢球在加速度作用下产生与外壳发生相对运动，与外壳接通，便可触发执行电路，使报警装置开始工作。4.热释红外报警器热释红外线传感器是20世纪80年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警。电元件接收，产生检测信号，通过放大处理可驱动报警电路。上一页返回下一页5.2家用电器中的传感器红外线热释电传感器对人体的敏感程度还和人的运动方向关系很大。红外线热释电传感器对于径向移动反应最不敏感，而对于横切方向(即与半径垂直的方向)移动则最为敏感。因此选择合适的安装位置和安装工艺是使红外探头减少误报、取得最佳检测灵敏度极为重要的一环。返回上一页图5-1水温传感器返回表5-2汽车用压力传感器的用途返回图5-2霍尔曲轴转角传感器返回图5-3霍尔曲轴转角传感器的工作原理返回图5-4浮子舌簧开关式液位传感器返回图