智能汽车传感器技术课件 第3章 温度与气体传感器

智能汽车传感器技术项目三

温度与气体传感器认知与检测【项目目标】2023年8月，工业和信息化部、财政部、商务部、海关总署、市场监督管理总局联合发布《关于修改<乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法>的决定》，推进“双碳”战略，对新能源汽车积分计算方法、考核比例进行更新，推动乘用车企业节能减排，助力汽车行业向绿色低碳转型。知识目标1.理解汽车常用温度传感器、气体传感器的分类和工作原理。2.掌握汽车常用温度传感器、气体传感器的主要性能参数及对传感器在汽车领域应用的影响。3.了解汽车常用温度传感器、气体传感器的典型应用场景技能目标1.能采集汽车常用温度传感器、气体传感器的输出信号。2.能对传感器性能参数进行分析，判断传感器是否符合使用要求。3.能结合传感器输出信号和汽车故障现象分析，进行汽车故障诊断素质目标1.培养严谨细致的工作态度和精益求精的工匠精神，在传感器的选型、装调、检测等工作中，严格遵守操作规程和技术标准。2.增强环保意识和社会责任感，认识减少汽车尾气排放、推动汽车行业绿色低碳发展中的重要作用，积极为实现双碳目标贡献力量。几种温度传感器工作原理塞贝克效应

塞贝克效应回路必须由两种不同材料组成。如果由两相同导体组成回路，即使两接触点温度不同电动势也为零。电动势大小仅与导体材料的性质、与两接点温度有关，与导体尺寸、形状及温度分布无关。

任务3.1温度传感器检测几种温度传感器工作原理电阻温度检测器（RTD）的测温原理纯金属或某些合金的电阻随温度的升高而增大，随温度降低而减小。通常用铂金、铜或镍制成，它们的温度系数较大，随温度变化响应快，能够抵抗热疲劳，而且易于加工制造成为精密的线圈。

镍、铜、铂的电阻-温度关系

任务3.1温度传感器检测几种温度传感器工作原理

IC温度传感器具有体积小、价格低、响应速度快、精确度高的优点，随着集成电路技术的进步可以集成信号感知、调节、转换、处理和控制等功能，是未来温度传感器的主要发展方向。二极管伏安特性与温度的关系

任务3.1温度传感器检测几种温度传感器工作原理PositiveTemperatureCoefficientPTC正温度系数热敏电阻居里温度，指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度超过一定的居里温度时，电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高在陶瓷材料中引入微量稀土元素，如La、Nb……等制成不同温度系数的热敏电阻任务3.1温度传感器检测几种温度传感器工作原理NegativeTemperatureCoefficent

NTC负温度系数热敏电阻以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的具有半导体性质，在导电方式上类似锗、硅等半导体材料温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，其电阻值较高随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。不同温度系数的热敏电阻任务3.1温度传感器检测几种温度传感器工作原理CriticalTemperatureCoefficient

CTR临界温度系数热敏电阻以钒、钡、锶等元素氧化特的混合烧结体，是半玻璃状的半导体在临界温度附近电阻值随温度的增加而急剧下降不同温度系数的热敏电阻任务3.1温度传感器检测NTC温度传感器检测安装在发动机冷却液出水管上随时监测发动机冷却液的温度，及时将监测的数据传递给电控单元，电控单元根据该信号修正喷油时间和点火时间，使发动机工况处于最佳运行状态同时也是许多控制功能的修正信号，如喷油量修正、点火提前角修正、电控自动变速器系统修正、自动空调系统修正等发动机冷却液温度传感器任务3.1温度传感器检测NTC温度传感器检测电阻THW作用电阻R作用ECU如何感知温度变化？任务3.1温度传感器检测NTC温度传感器检测ECU使5V的电压通过1kΩ电阻和晶体三极管串连后再与10kΩ电阻并联的电路，然后经过传感器接搭铁。在温度比较低时，传感器的热敏电阻的阻值较大此时ECU使晶体三极管截止，5V的电压仅仅通过10kΩ电阻及传感器后接搭铁由于传感器的热敏电阻的阻值与10kΩ电阻的阻值相差不大，这样传感器所测得的数值比较准确；任务3.1温度传感器检测NTC温度传感器检测ECU使5V的电压通过1kΩ电阻和晶体三极管串连后再与10kΩ电阻并联的电路，然后经过传感器接搭铁。当温度达到一个特定值51.6℃时，热敏电阻的阻值下降较大，阻值相对10kΩ已经较小，这样测得的数值就不再准确ECU使晶体管导通，这样5V电压就通过1kΩ电阻和晶体三极管串连后再与10kΩ电阻并联的电路，然后经过传感器接搭铁由于并联后的阻值与1kΩ相差不大，即与温度升高后的传感器阻值相差不大，这样即使温度升高后也能使测量相对准确。任务3.1温度传感器检测NTC温度传感器检测（1）电阻检测拆下温度传感器，将传感器和温度表放入烧杯或加热容器中在不同温度下，检测传感器两端子间的电阻值，应当与标准参数相符合阻值偏差过大、过小或为无穷大，说明传感器失效，应予更换电阻值Ω电阻值Ω电阻值Ω50740～90070390～48090210～27060540～65080290～360100160～200丰田卡罗拉发动机冷却液温度传感器检测标准

任务3.1温度传感器检测NTC温度传感器检测（2）电压检测将点火开关置于ON位置，测量传感器#2与车身搭铁间的电压，应为5V。如不符，则应继续进行下一步检查。将点火开关置于OFF，断开空调控制插头B，再将点火开关置于ON，测量传感器#2与车身搭铁间的电压，如为5V，则空调控制单元可能出现故障。如不符，可检查传感器导线有无断路或PCM故障。插上传感器插头，接通点火开关，检测传感器插头上两个端子间的信号电压应为0.5～3.0V，具体电压与温度有关。如电压值不符合规定，在确认线路连接良好的情况下，说明传感器失效，应予更换任务3.1温度传感器检测NTC温度传感器检测（3）线路检测关闭点火开关，拆下蓄电池负极线，拆下PCM侧的线束插头拆下冷却液温度传感器的插头用万用表检测冷却液温度传感器插头和PCM侧线束插头对应端子之间是否导通，如果不导通应检查修复。一般电线阻值小于1欧姆。任务3.1温度传感器检测NTC温度传感器检测（4）数据流检测用解码器读取测量数据流，观测冷却液温度传感器数据信号，和实际冷却液温度信号进行比较，如果相差太远，说明冷却液温度传感器及其相关电路有故障。任务3.1温度传感器检测NTC温度传感器检测（5）波形检测观测冷却液温度传感器随温度升高电压变化的波形，与正常的波形比较，进一步判定传感器的好坏。通常冷车时传感器的电压应在3V～5V之间随着发动机运转，水温升高，信号电压减至正常水温时的1V左右若传感器电路开路，信号电压波形出现向上的尖峰（到参考电压值）若传感器电路短路，信号电压出现向下的尖峰（到接地值）。任务3.1温度传感器检测

电喷发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气，必须正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为PCM计算（控制）喷油量的主要依据

任务3.2空气流量传感器检测几种空气流量传感器工作原理

利用力矩平衡原理和电位器原理开发研制的机械式传感器，主要由叶片部分、电位计部分和接线端子三部分组成

结构和工作原理简单测量精度和响应特性不高叶片还阻碍了空气流动

叶片式空气流量传感器

任务3.2空气流量传感器检测几种空气流量传感器工作原理当空气通过传感器的主通道时，叶片将受吸入空气气流的压力和回位弹簧的弹力共同作用，节气门开度增大时，空气流量增大，气流压力将增大，此压力作用在叶片上使其偏转，令其转角逐渐增大，直到气流的压力和回位弹簧的弹力平衡。与此同时，电位计的滑臂与叶片转轴同轴旋转，使接线端子Vc与Vs之间的电阻减小，使其分压电压Us的值降低。当吸入空气的流量减小时，叶片转角减小，接线端子Vc与Vs之间的电阻增大，Us电压值升高。叶片式空气流量传感器

任务3.2空气流量传感器检测几种空气流量传感器工作原理卡门涡流效应在进气管中间设一个三角形的涡流发生器，当空气流经涡流发生器时在其后部的气流会不为产生不对称却规则的空气涡流，移动速度与空气流速成正比测量涡流数量的方式有超声波式和光电式40KHz超声波-相位差卡门涡旋式空气流量传感器

任务3.2空气流量传感器检测几种空气流量传感器工作原理卡门涡流效应在进气管中间设一个三角形的涡流发生器，当空气流经涡流发生器时在其后部的气流会不为产生不对称却规则的空气涡流，移动速度与空气流速成正比测量涡流数量的方式有超声波式和光电式光电式-光偶卡门涡旋式空气流量传感器

任务3.2空气流量传感器检测几种空气流量传感器工作原理热膜式空气流量传感器由导流格栅与滤网、金属热膜与混合电路盒、壳体等组成金属热膜和温度补偿电阻安装在进气管道中，混合电路盒连接插头进气管连接侧的导流格栅与滤网用于防止回火和脏物进入空气流量计

任务3.2空气流量传感器检测几种空气流量传感器工作原理热膜式空气流量传感器工作原理热膜电阻RH、进气温度计RK与精密电阻RA、RB共同构成惠斯登电桥RH和RK均置于进气通道中的取气管内任务3.2空气流量传感器检测几种空气流量传感器工作原理热膜式空气流量传感器工作原理热膜电阻RH通电产生热量被进气空气流吸收带走集成电路A用于控制热膜电阻电流，使进气温度与热膜温度相差100℃集成电路A将根据进气温度和空气流量的大小，加大或减小通过热膜电阻RH电流，使两者温度差保持恒定当热膜电阻的电流通过精密电阻RA时，便在RA上产生电压降任务3.2空气流量传感器检测几种空气流量传感器工作原理大众AJR发动机热膜式空气流量传感器电路图进气温度；2—12V电源；3—搭铁；4—5V电源；5—信号反馈任务3.2空气流量传感器检测空气流量传感器检测检测热膜式空气流量传感器的电源电压（1）电源电压测试打开点火开关，将数字万用表调至直流20V档红色表针置于空气流量计针脚2黑色表针置于发动机进气歧管壳体起动发动机时应显示12V红色针表置于空气流量计针脚4黑色表针置于发动机进气歧管壳体应显示5V任务3.2空气流量传感器检测空气流量传感器检测检测热膜式空气流量传感器的电源电压（2）线束导通性测试将数字万用表设置在电阻200Ω档分别测试空气流量计3、4、5号针脚对应电控单元12、11、13号针脚的电阻所有电阻都应低于1Ω（3）线束短路性测试将数字万用表分别测量各线束间的电阻相连导线电阻应当小于1Ω不相连导线电阻应∞为正常任务3.2空气流量传感器检测空气流量传感器检测（4）信号电压测试单件测试取一个空气流量计，将12V、5V电压分别施加在针脚2、4上测量空气流量计插座针脚3和针脚5，应有1.5V左右电压用吹风机吹入冷空气或热的空气，针脚3和针脚5间电压应瞬间上升至2.8V回落

就车测试起动发动机至工作温度万用表红表针置于空气流量传感器针脚5，在黑表针置于针脚3，怠速时应显示电压1.5V左右急加速应显示2.8V变化。任务3.2空气流量传感器检测空气流量传感器检测（5）波形分析热膜式空气流量计是一个模拟输出电压信号传感器当空气流量增大时，输出电压也随之升高信号应该连续，不应该有对地尖峰任务3.2空气流量传感器检测空气流量传感器检测别克轿车热线式空气流量传感器连接器端子A—空气流量计信号端子；B—搭铁端子；C—电源电压输入端子任务3.2空气流量传感器检测如何将空燃比控制为14.7？ECU如何获得空燃比信号？氧传感器工作原理任务3.3氧传感器检测如何将空燃比控制为14.7？ECU如何获得空燃比信号？氧传感器分为氧化钛式和氧化锆式两种检测排放气体中氧的含量来获得混合气空燃比的稀浓信号，ECU根据氧传感器的输入信号不断地对喷油脉宽进行修正，使混合气体在理想范围内为使三元催化器正常工作。三元催化转化器能净化排气中的CO、HC和NOX三种有害气体的成分，只在理论空燃比范围内起净化作用任务3.3氧传感器检测锆管-二氧化锆陶瓷管（固体电解质）锆管固定在带有安装螺纹的金属套中内外表面均覆盖一层多孔性的铅膜内表面与大气接触外表面与发动机排气接触氧化锆式氧传感器结构

氧传感器工作原理任务3.3氧传感器检测

氧化锆式氧传感器结构

氧传感器工作原理任务3.3氧传感器检测氧化锆式氧传感器的信号电压在理论空燃比时发生突变稀混合气时信号电压趋向于零，浓混合气时信号电压趋向于1V氧化锆式氧传感器

混合气浓，空燃比小于14.7，约为0.9V混合气稀，空燃比大于14.7，约为0.1V电压在空燃比14.7跃变氧传感器工作原理任务3.3氧传感器检测要准确保持混合气浓度为理论空燃经是不可能的。实际上反馈控制只能使混合气在理论空燃比附近一个狭小的范围内波动，所以氧传感器的输出电压在0.1～0.9V之间不断变化（每10秒内信号电压变化不少于8次）氧传感器工作原理任务3.3氧传感器检测

二氧化钛型氧传感器

氧传感器工作原理任务3.3氧传感器检测电阻值在理论空燃比或过量空气系数=1时发生跳变通常PCM给氧化钛式氧传感器施加恒定的1V电压，当混合气在理论空燃比附近变化时，二氧化钛材料的电阻值随之变化，也反馈0.1～0.9V之间的信号电压当发动机以较浓的混合气运转时，钛管内、外侧氧浓度大，二氧化钛晶格出现缺陷，电阻减小当稀混合气偏稀时电阻偏大二氧化钛型氧传感器

在同一台发动机上可以安装多个氧传感器，以对发动机的工作状态进行更深入的监测

氧传感器工作原理任务3.3氧传感器检测氧传感器的检测1）万用表测电压法采用万用表测压法检查氧化锆式氧传感器时，应先使氧传器处于工作状态，也就是使ZrO2处于400℃以上的温度。检测方法是：使发动机转速在2500r/min运行约90s左右，用万用表测氧传感器信号输出端电压，该电压正常值应为：当发动机尾气浓时，氧传感器输出电压为0.9～1V；当发动机尾气稀时，氧传感器输出电压为0～0.1V；当氧传感器工作温度低于360℃时，氧传感器呈开路状态，无信号输出。2）氧传感器检测仪检测法用氧传感器检测仪检测氧传感器时，检测方法同上，仅是用氧传感器检测仪代替上述的万用表。由氧传感器检测仪上指示灯的闪和灭情况，即可知其是否处于正常工作状态。任务3.3氧传感器检测氧传感器的检测3）万用表测电阻法万用表测阻法是利用氧传感器的电阻特性来判断其在暖机状态和非暖机状态下的电阻值，以此来判断其是否损坏。正常氧传感器的电阻值为：充分暖机状态电阻值约在300kΩ；不在暖机状态时电阻值约为无穷大。4）用汽车万用表检测法将汽车专用万用表（以美国OTC公司300型万用表为例）功能开关置于4V量程，按动DC/AC按钮于DC状态，万用表COM插孔中的黑色线搭铁，红色测试线接氧传感器的信号线。将汽车发动机置于快怠速（2000r/min）预热发动机，使氧传感器工作温度达360℃以上。当发动机尾气浓时，氧传感器输出电压为0.8～0.9V；排出的废气稀时，输出电压为0.1～0.2V。在氧传感器工作温度低于360℃时，呈开路状态，无信号输出。

任务3.3氧传感器检测氧传感器的检测5）电子示波器测波形法用电子示波器检测氧传感器输出的信号波形，可以很直观地确定氧传感器是否良好。任务3.3氧传感器检测氧传感器的检测5）电子示波器测波形法发动机起动后的氧传感器信号波形任务3.3氧传感器检测氧传感器的检测大众B8L氧传感器电路原理图J623-PCM；G39-前氧传感器；G130-后氧传感器；Z19、Z29-加热元件氧传感器相当于一个混合气的浓度开关若发动机有故障，氧传感器的输出信号几乎一定会出现异常反应，因此氧传感器也是发动机故障诊断的重要依据燃油压力过高、喷油器损坏、发动机PCM和传感器损坏以及操作不当等，都可能导致氧传感器信号异常而提前失效

任务3.3氧传感器检测氧传感器的检测大众B8L氧传感器电路原理图J623-PCM；G39-前氧传感器；G130-后氧传感器；Z19、Z29-加热元件

任务3.3氧传感器检测氧传感器的检测大众B8L氧传感器电路原理图J623-PCM；G39-前氧传感器；G130-后氧传感器；Z19、Z29-加热元件1.氧传感器自身工作状况的检查（2）氧传感器构件的检查检查加热元件的电压是否正常，打开点火开关或起动发动机后应有12V有的车型加热元件的工作电压由EFI继电器提供如果加热元件的供电电压正常，检查加热元件的电阻，一般为几欧姆搭铁线，测量接地压降应小于100mV。任务3.3氧传感器检测氧传感器的检测大众B8L氧传感器电路原理图J623-PCM；G39-前氧传感器；G130-后氧传感器；Z19、Z29-加热元件2.氧传感器信号测试（1）信号电压测量将氧传感器G39插头与插座连接，用探针或其他方式从端子3、4引出信号线，使用数字式万用表测量信号电压当发动机正常工作时，信号电压应在0.45～0.55V不断变化当供给发动机浓混合气时（节气门全开或拔下油压调节器真空管），信号电压应为0.7～0.9V当供给发动机稀混合气时（拔下空气流量传感器至发动机之间的真空管或拔下PCV管），信号电压应为0.1～0.3V任务3.3氧传感器检测氧传感器的检测大众B8L氧传感器电路原理图J623-PCM；G39-前氧传感器；G130-后氧传感器；Z19、Z29-加热元件2.氧传感器信号测试（1）信号电压测量如果氧传感器在10秒内信号电压的变化次数少于8次，则说明氧传感器或反馈控制系统工作不正常，可能是氧传感器表面积碳而使灵敏度降低将发动机