各種傳感器原理及應(yīng)用傳感器在汽車發(fā)動機(jī)中的應(yīng)用

1、各種傳感器原理及應(yīng)用傳感器在汽車發(fā)動機(jī)中的應(yīng)用摘 要】在本文中，首先簡單地介紹了傳感器技術(shù)，展望了發(fā)動機(jī)用傳感器的發(fā)展趨勢， 然后重點(diǎn)分析了傳感器技術(shù)在汽車發(fā)動機(jī) 中的應(yīng)用，包括油粘度傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器和空氣流量傳感器， 可以看到傳感器技術(shù)在當(dāng)今的汽車發(fā)動機(jī)特別是其中的電子控制單 元扮演了重要的角色。關(guān)鍵詞】傳感器技術(shù)；汽車發(fā)動機(jī)；介紹；趨勢；應(yīng)用引言信息技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展在很大程度上促進(jìn)了汽車電子化智能化程度不斷提高， 傳統(tǒng)中使用的完全的機(jī)械系統(tǒng)在解決一些和汽車 功能要求緊密相關(guān)的問題時顯現(xiàn)出了不足的地方， 人們研制出新型的 電子控制系統(tǒng)來對這些問題進(jìn)行改善， 也正是在這樣的背景下，

2、各式 各樣的傳感器開始出現(xiàn)在當(dāng)今的汽車工業(yè)中。1 、傳感器技術(shù)背景1.1 傳感器技術(shù)介紹傳感器指的是能感受規(guī)定的被測量（包括物理量、化學(xué)量和生物量等），并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，一般由 敏感元件( Sensing Element )和轉(zhuǎn)換元件( Transduction Element ) 構(gòu)成。隨著信息科學(xué)與微電子技術(shù)。 尤其是微機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) 的飛速發(fā)展， 現(xiàn)代的傳感器往往和微處理器、 微型計算機(jī)及通信技術(shù) 相結(jié)合，傳感器的概念因而得以進(jìn)一步的擴(kuò)充（如智能傳感器、無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)等）。1.2 應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)中傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢實現(xiàn)更低排放、噪聲以及油耗的汽車發(fā)動

3、機(jī)是整個汽車工業(yè)界發(fā)展的主要趨勢，而汽車發(fā)動機(jī)中的電子控制單元（ ElectronicCon trol Un it , ECU在這其中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，電子控制單元對整個汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)行電子化和智能化的控制。 電子控制系統(tǒng)的建 立是基于汽車發(fā)動機(jī)運(yùn)行中各種信息數(shù)據(jù)的采集， 這項工作就是由分 布在發(fā)動機(jī)各個部分中的傳感器完成的。傳統(tǒng)的中汽車發(fā)動機(jī)用傳感器一般表現(xiàn)出體積大、可靠性低和精度不足等缺點(diǎn)。 這在很大程度上限制了汽車發(fā)動機(jī)技術(shù)進(jìn)一步的發(fā) 展，由此可以預(yù)計的是， 今后汽車發(fā)動機(jī)中應(yīng)用的傳感器會朝著將微 型、集成度高、智能化的目標(biāo)發(fā)展，同時還要具備較高的穩(wěn)定性、可 靠性以及魯棒性：（ 1）微

4、型化：汽車發(fā)動機(jī)中的電子控制單元的功 能會越來越豐富， 這就需要更多更先進(jìn)的傳感器為中心提供詳細(xì)可靠 的數(shù)據(jù)，所以對傳感器體積控制的要求也就越來越高。 現(xiàn)代新材料技 術(shù)及其加工技術(shù)的發(fā)展（如 MEM技術(shù)），實現(xiàn)汽車發(fā)動機(jī)用微型傳感器成為可能并得以廣泛的應(yīng)用 （例如硅加速傳感器、 納米磁敏傳感 器等）。這些新型傳感器可以促進(jìn)汽車發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)的成本并 大幅提高系統(tǒng)性能；（ 2）高精度、高可靠性：石油資源的加速消耗和高居不下的汽車油價也對汽車發(fā)動機(jī)的發(fā)展提出更高的要求， 人們 致力于研發(fā)出大功率、 低排放及低油耗的汽車發(fā)動機(jī)， 實現(xiàn)這個目標(biāo) 需要高精度、 可靠性的傳感器作為技術(shù)保障， 從而使得

5、汽車發(fā)動機(jī)能 夠工作在最佳的狀態(tài)狀況；（ 3）智能化：信息科學(xué)技術(shù)和電子技術(shù)的進(jìn)步，將數(shù)字信號處理引入到新型的傳感器中， 不同于傳統(tǒng)中僅靠 模擬信號和系統(tǒng)來完成單一的功能， 智能化的傳感器將采集到的模擬 信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號， 再由后端的微型計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析， 這樣整個系統(tǒng)的功能更加強(qiáng)大， 而汽車發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)的操作也 簡單、人性化，同時可以實現(xiàn)很高程度的集成。2 傳感器技術(shù)在汽車發(fā)動機(jī)中的應(yīng)用2.1 油粘度傳感器汽車發(fā)動機(jī)中機(jī)油更換的頻率通常參照生產(chǎn)廠家的規(guī)定或是汽車的里程數(shù)，當(dāng)今的汽車工業(yè)界也有部分生產(chǎn)商采用新型的技術(shù)方法例如記錄發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、 溫度等參量）計算汽車發(fā)動機(jī)油更換的

6、周期。英國的 Lucas Varity 公司（前 Kelsey-Hayes 公司）研制的壓電振動式油粘度傳感器， 就可以協(xié)助用戶來計算汽車發(fā)動機(jī)油更換的 周期。這種傳感器的工作原理與振動式粘度計相似， 都是利用振子在 受到粘滯阻尼時振動頻率發(fā)生衰變的原理來進(jìn)行工作， 這樣通過測量 計算振子的相關(guān)物理參量， 就可以得到粘度和密度的這些關(guān)心的數(shù)據(jù)。在這種壓電振動式油粘度傳感器中， 引入了一種特殊的物質(zhì)界面來改 善傳感器中敏感元件和被測量液體間的接觸關(guān)系。 該油粘度傳感器的 關(guān)鍵模塊由壓電轉(zhuǎn)換器構(gòu)成， 其主要原理是， 在這個模塊的兩端引入 外加電壓， 則會發(fā)生相應(yīng)的切向運(yùn)動。 再通過特殊的設(shè)備感知振

7、蕩器 中產(chǎn)生的交變電壓從而計算出整個敏感元件的諧振頻率。 敏感元件發(fā) 生諧振時， 其電阻阻值達(dá)到峰值， 而被測量液體粘度的變化會使得這 個最大值也進(jìn)行改變， 最后一個特殊的峰值檢測電路把上述參量轉(zhuǎn)化 為電壓信號，經(jīng)過相應(yīng)的處理后就可以得到想要測量的值。2.2 進(jìn)氣壓力傳感器進(jìn)氣壓力傳感器應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)中來控制噴油量的大小，整個汽車發(fā)動機(jī)種的基本噴油量數(shù)值的大小根據(jù)進(jìn)氣壓力傳感器的輸出信號，再由發(fā)動機(jī)上止點(diǎn)處的傳感器計算得企鵝車發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號 和三維數(shù)值圖而最終得到。 進(jìn)氣壓力傳感器的主要組成部分包括壓力 傳感器和混合集成電路信號放大電路。進(jìn)氣壓力傳感器的工作原理如下，汽車發(fā)動機(jī)中的真空室和進(jìn)

8、氣管的壓力差形成應(yīng)力， 這個應(yīng)力使得真空室與進(jìn)氣管間的硅片發(fā)生 變形，從而其電阻的阻值也發(fā)生相應(yīng)的變化， 這樣就可以測量出進(jìn)氣 的壓力。計算燃油噴射量時，通常采用空氣流量計法。先進(jìn)的進(jìn)氣壓 力傳感器具有體積小、安裝方便、可靠性高等特點(diǎn)，同時因為通道阻 力較小，能夠得到較高的輸出信號。2.3 空氣流量傳感器然后電子空氣流量傳感器應(yīng)用在汽車發(fā)動機(jī)中一般用來檢測發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量的大小。該傳感器把進(jìn)氣量的數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號， 控制單元獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算噴油量以及發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火時間。應(yīng)用于電噴汽車發(fā)動機(jī)系統(tǒng)上的空氣流量傳感器常見的類型包括體積流量型和質(zhì)量流量型。 而體積流量型傳感器中又可以分為卡爾 曼渦

9、旋式、 葉片式和量心式等， 質(zhì)量流量型傳感器一般包括熱線式和 熱膜式兩種類型。質(zhì)量流量型傳感器的整體性能相對而言更為優(yōu)秀， 其成本也較為高。 目前，市場上一些中高端的汽車發(fā)動機(jī)中都采用了 熱膜式空氣質(zhì)量流量傳感器。3. 結(jié)束語傳感器作為整個電子控制系統(tǒng)中信息的感知“器官”，在汽車工業(yè)今后的發(fā)展中必定會發(fā)揮越來越大的作用， 而隨著微電子技術(shù)和 信息科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展， 以其為基礎(chǔ)的電子控制系統(tǒng)在汽車上發(fā) 動機(jī)中的應(yīng)用也會更加廣泛， 而汽車發(fā)動機(jī)傳感器所帶來的巨大的市 場需求和利益驅(qū)動， 也會促進(jìn)汽車發(fā)動機(jī)傳感器技術(shù)的不斷改進(jìn)和完 善。1 孫仁云,付百學(xué). 汽車電器與電子技術(shù) M. 北京: 機(jī)械工業(yè) 出版社 ,xx2 J. 瑪瑞克等著，左治江等譯.汽車傳感器M.北京：化學(xué)工 業(yè)出版