位置传感器课件

第五章位置传感器与角度传感器应用在汽车上的位置传感器：曲轴位置传感器、节气门位置传感器、液位传感器和车辆高度传感器等。（1）曲轴位置传感器（凸轮轴位置传感器）：发动机电子控制系统的主要部件，是控制发动机点火正时、曲轴位置的信号源。用于检测活塞上止点信号和曲轴转角信号，它也是测量发动机转速的信号。（2）节气门位置传感器：电子燃油喷射系统中用于检测节气门开度的传感器。电脑利用其传递过来的信号计算发动机负荷，作为点火时间，排气再循环控制，怠速控制和变速器换档点等的重要参数。概述（3）液位传感器：用于检测燃油箱油量、冷却液液位和润滑油液位等。（4）车辆高度传感器：

简称车高传感器，它用来把车身高度的变化转变为电信号输入电子控制单元，ECU根据高度变化信号控制执行元件，调节车身高度。§5.1.1电磁脉冲式曲轴位置传感器根据电磁感应定律，当W匝线圈在均恒磁场中运动时，设穿过线圈的磁通为φ，则线圈的感应电势e为：一、磁感应原理二、磁感应式曲轴位置传感器的工作原理

图5-1磁感应式传感器工作原理（b）接近；（c）对正；（d）离开1-信号转子；2-传感器线圈；3-永久磁铁；4-支架磁感应式传感器组成：信号转子、传感线圈、永久磁铁等。

图5-2传感器线圈中的磁通Φ和电动势E波形（a）低速时输出波形；（b）高速时输出波形(b)(d)(c)（1）不需要外加电源，永久磁铁起着将机械能转换为电能的作用，其磁能不会损失。（2）发动机转速越高，磁通变化率也就越大，传感线圈中的感应电动势也就越高。三、磁感应式曲轴位置传感器的特点

2、内光电效应

当光照射在物体上，使物体的电阻率发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类：

（1）光电导效应

在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。（2）光生伏特效应

在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫做光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、三极管。二、光电式曲轴位置传感器1、结构图5-3组成：信号发生器、信号盘（即信号转子安装在传感器轴上）、配电器、传感器壳体和线束插头等。信号发生器结构三图5-5光电式曲轴位置传感器输出波形Ne信号（转速与转角信号）G信号（上止点信号）§5.1.3霍尔式曲轴位置传感器一、霍尔元件的结构和工作原理半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势UH，这种现象称为霍尔效应。霍尔效应是美国约翰·霍普金斯大学物理学家霍尔博士首先发现的。UH=I·BRHdRH---霍尔系数d---白金导体的厚度UH图5-6霍尔效应原理图二、霍尔式曲轴与凸轮轴传感器工作原理图5-7霍尔式传感器结构原理图结构：触发叶轮、霍尔集成电路、导磁钢片（磁轭）与永久磁铁。霍尔式集成电路有霍尔元件、放大电路、稳压电路、温度补偿电路、信号变换电路和输出电路等组成。原理：当叶片进入气隙时，霍尔集成电路中的磁场被叶片旁路，霍尔电压UH为零，集成电路输出级的三极管截止，传感器输出的信号电压U0为高电平。反之则反。§5.2节气门位置传感器节气门位置传感器（TPSThrottlePositionSensor)又称节气门开度传感器开关。安装在节气门体上节气门轴的一端。随着驾驶员对加速踏板的控制，节气门位置发生改变。

一、节气门位置传感器的作用将节气门开度（即发动机负荷）大小转变为电信号输入发动机ECU，以便确定空燃比的大小。在装备电子控制自动变速器的汽车上，节气门位置传感器信号还要输入变速器电控单元（ECTECU)，作为确定变速器换挡时机和变矩器锁止时机的主要信号。一方面用来确定节气门的开度位置，另一方面反应节气门的开闭速度。可能引发的故障：（1）行驶性能不良，动力不足；（2）加速不圆滑；（3）发动机熄火；（4）怠速转速不稳定。二、节气门位置传感器的类型按结构不同，节气门位置传感器分为触点式、可变电阻式、触点与可变电阻组合式3种类型。按输出信号的类型不同，节气门位置传感器可分为线性（量）输出型和开关（量）输出型2种。工作原理：（1）怠速时（2）加速时（3）高负荷时图5-10编码式TPS输出特性输出特性：2、线性可变电阻型节气门位置传感器（线性（量）输出型）（1）结构组成：可变电阻、滑动触点、节气门轴、壳体。线性量TPS结构与特性图§5.3其它位置传感器转向传感器（方向盘转动方向与转动角度传感器）（SASSteeringangleSensor)又称为方向盘位置传感器。作用：用来检测方向盘（或转向轴）的转动方向与转动角度。以实现人们对悬架系统的操纵性和行车稳定性的要求，控制车辆姿势的变化，提高驾乘舒适性。安装在转向轴上。§5.3.1转向传感器一、结构图5-14转向传感器结构图（a）安装位置；（b）传感器结构1-传感器壳体；2-信号圆盘；3-光电耦合元件；4-遮光孔；5-转向轴二、工作原理光电耦合元件电路输出信号波形原理：光电效应光电耦合组件之间的光断续地通断→旋转角度三极管导通截止的速度→转向器的速度先导通的脉冲信号→转向器的旋转方向§5.3.2光电式车高传感器车高传感器即车身高度传感器（或车身位置传感器）。作用：将车身位置（高度）变化的信号输入到电子调节悬架系统电控单元（EMSECU），以便调节车身位置（高度）。电子控制悬架系统对小轿车车身位置（高度）的调节范围一般为10mm～30mm。安装在轮胎的挡泥板上。一、结构图5-15车高传感器结构图信号发生器结构图二、工作原理车高传感器的连接关系§5.3.3液位传感器汽车上使用的液位传感器分模拟量输出型和开关型两类。模拟输出型液位传感器主要用于检测燃油箱油量，有浮子式可变电阻式、电热式、电极式传感器等；开关输出型液位传感器用于测量制动液液位、洗涤液液位、冷却液液位，在液位减少到一定值时，产生开关接通、闭合转换，这种传感器有热敏电阻式、浮子式笛簧开关式和电极式等。一、浮子笛簧开关式液位传感器结构图工作原理电路原理图应用实例水检测水箱冷却液液位二、浮子可变电阻式液位传感器结构图工作原理应用实例汽油油量表电路图三、热敏电阻式液位传感器热敏电阻的温度特性工作原理燃油箱电路图五、电极式液位传感器（用于检测蓄电池液位）电极式液位传感器的结构

蓄电池液位传感器电路（a）规定液位时（b）液位不足时原理：规定液位时，铅棒上产生电动势→VTr1导通，电流：蓄电池正极→点火开关→VTr1→蓄电池负极液位不足时，铅棒上不产生电动势→VTr1截止→A点电位上升→VTr2导通→