第二章--傳感器.

1、第二章第二章 傳感器傳感器第一節(jié)第一節(jié) 傳感器概述傳感器概述 一、傳感器特性 傳感器是指能感受規(guī)定的物理量，并按一定規(guī)律轉換成可用輸入信號的器件或裝置。簡單地說，傳感器是把非電量轉換成電量的裝置。 傳感器通常由敏感元件、轉換元件和測量電路三部分組成。1) 敏感元件是指能直接感受（或響應）被測量的部分，即將被測量通過傳感器的敏感元件轉換成與被測量有確定關系的非電量或其它量。2）轉換元件則將上述非電量轉換成電參量。3）測量電路的作用是將轉換元件輸入的電參量經過處理轉換成電壓、電流或頻率等可測電量，以便進行顯示、記錄、控制和處理的部分。 傳感器的靜態(tài)特性參數(shù)指標傳感器的靜態(tài)特性參數(shù)指標 1靈敏度靈敏

2、度是指穩(wěn)態(tài)時傳感器輸出量和輸入量之比，或輸出量的增量和輸入量的增量之比，用表示為YX2分辨力傳感器在規(guī)定的測量范圍內能夠檢測出的被測量的最小變化量稱為分辨力。 3測量范圍和量程在允許誤差限內，被測量值的下限到上限之間的范圍稱為測量范圍。 4線性度（非線性誤差）在規(guī)定條件下，傳感器校準曲線與擬合直線間的最大偏差與滿量程輸出值的百分比稱為線性度或非線性誤差。5遲滯遲滯是指在相同的工作條件下，傳感器的正行程特性與反行程特性的不一致程度。 6重復性重復性是指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測量范圍內連續(xù)變化多次所得特性曲線的不一致性。7零漂和溫漂傳感器在無輸入或輸入為另一值時，每隔一定時間，其輸

3、入值偏離原示值的最大偏差與滿量程的百分比為零漂。而溫度每升高1，傳感器輸出值的最大偏差與滿量程的百分比，稱為溫漂。 發(fā)動機常用傳感器如下發(fā)動機常用傳感器如下二、發(fā)動機常用傳感器工作機理二、發(fā)動機常用傳感器工作機理 二、發(fā)動機常用傳感器工作機理二、發(fā)動機常用傳感器工作機理 （一）磁電式傳感器（一）磁電式傳感器1磁電效應 根據(jù)法拉第電磁感應定律，N匝線圈在磁場中運動，切割磁力線（或線圈所在磁場的磁通變化）時，線圈中所產生的感應電動勢的大小取決于穿過線圈的磁通的變化率 2.2.直線移動式磁電傳感器直線移動式磁電傳感器直線移動式磁電傳感器由永久磁鐵、線圈和傳感器殼體等組成當殼體隨被測振動體一起振動且在

4、振動頻率遠大于傳感器的固有頻率時，由于彈簧較軟，運動件質量相對較大，運動件來不及隨振動體一起振動（靜止不動）。此時，磁鐵與線圈之間的相對運動速度接近振動體的振動速度。 3.3.轉動式磁電傳感器轉動式磁電傳感器 軟鐵、線圈和永久磁鐵固定不動。由導磁材料制成的測量齒輪安裝在被測旋轉體上，每轉過一個齒，測量齒輪與軟鐵之間構成的磁路磁阻變化一次，磁通也變化一次。線圈中感應電動勢的變化頻率（脈沖數(shù)）等于測量齒輪上的齒數(shù)和轉速的乘積。 （二）霍耳式傳感器（二）霍耳式傳感器 1霍耳效應霍耳效應半導體或金屬薄片置于磁場中，當有電流（與磁場垂直的薄片平面方向）流過時，在垂直于磁場和電流的方向上產生電動勢，這種現(xiàn)

5、象稱為霍耳效應。 2霍耳元件霍耳元件 目前常用的霍耳材料鍺（Ge）、硅（Si）、銻化銦（InSb）、砷化銦（InAs）等 。N型鍺容易加工制造，霍耳系數(shù)、溫度性能、線性度較好；P型硅的線性度最好，霍耳系數(shù)、溫度性能同N型鍺，但電子遷移率較低，帶負載能力較差，通常不作單個霍耳元件。 霍爾效應式傳感器霍爾效應式傳感器永久磁鐵永久磁鐵霍爾元件霍爾元件觸發(fā)輪觸發(fā)輪 當觸發(fā)葉輪上的葉片進入永久磁鐵與霍爾元件之間當觸發(fā)葉輪上的葉片進入永久磁鐵與霍爾元件之間時，磁場被葉片旁路，不產生霍爾電壓；當缺口部分進時，磁場被葉片旁路，不產生霍爾電壓；當缺口部分進入磁鐵與霍爾元件之間時，磁力線進入霍爾元件，傳感入磁鐵與

6、霍爾元件之間時，磁力線進入霍爾元件，傳感器輸出電壓信號。器輸出電壓信號。（三）壓電式傳感器 1 1壓電效應壓電效應對某些電介質沿著一定方向加力而使其變形時，在一定表面上產生電荷，當外力撤除后，又恢復到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應。在電介質的極化方向施加電場，電介質會在一定方向上產生機械變形或機械壓力，當外電場去除后，變形或應力隨之消失，此現(xiàn)象稱為逆壓電效應。 2 2壓電元件壓電元件 壓電式傳感器是物性型的、發(fā)電式傳感器。常用的壓電材料有石英晶體（SiO2）和人工合成的壓電陶瓷。壓電陶瓷的壓電常數(shù)是石英晶體的幾倍，靈敏度較高。 （四）光電式傳感器（四）光電式傳感器 1 1光電效應光電效應當

7、光線照射物體時，可看作一串具有能量E的光子轟擊物體，如果光子的能量足夠大，物質內部電子吸收光子能量后，擺脫內部力的約束，發(fā)生相應電效應的物理現(xiàn)象，稱為光電效應。1）在光線作用下，電子逸出物體表面的現(xiàn)象，稱為外光電效應，如光電管、光電倍增管等。2）在光線作用下，物體的電阻率改變的現(xiàn)象，稱為內光電效應，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等。3）在光線作用下，物體產生一定方向電動勢的現(xiàn)象，稱為光生伏特現(xiàn)象，如光電池（屬于對感光面入射光點位置敏感的器件）等。 2 2光敏電阻光敏電阻 光敏電阻受到光線照射時，電子遷移，產生電子空穴對，使電阻率變小。光照越強，阻值越低。入射光線消失，電子空穴對

8、恢復，電阻值逐漸恢復原值。3 3光敏管光敏管 光敏管（光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等）屬于半導體器件。 4電致發(fā)光電致發(fā)光 固體發(fā)光材料在電場激發(fā)下產生的發(fā)光現(xiàn)象稱為電致發(fā)光。電致發(fā)光是將電能直接轉換成光能的過程。發(fā)光二極管(LED)是以特殊材料摻雜制成的半導體電致發(fā)光器件。當其PN結正向偏置時，由于電子空穴復合時產生過剩能量，該能量以光子形式放出而發(fā)光。 信號盤隨分電器軸轉動，產生透光和遮光交替變化。信號盤隨分電器軸轉動，產生透光和遮光交替變化。當發(fā)光二極管的光束照到光敏二極管時，光敏二極管產生當發(fā)光二極管的光束照到光敏二極管時，光敏二極管產生低電壓；當發(fā)光二極管光束被擋住時，光敏二極

9、管輸出高低電壓；當發(fā)光二極管光束被擋住時，光敏二極管輸出高電壓。電壓。光電式傳感器光電式傳感器發(fā)光管發(fā)光管分火頭分火頭密封蓋密封蓋信號盤信號盤電路電路 光敏二極管光敏二極管輸出信號輸出信號光敏二極管光敏二極管發(fā)光二極管發(fā)光二極管遮光盤遮光盤 （五）熱電式傳感器五）熱電式傳感器 1 1熱電效應熱電效應 將兩種不同性質的金屬導體A、B接成一個閉合回路，如果兩接合點溫度不相等（T0T），則在兩導體間產生電動勢，并且回路中有一定大小的電流存在，此現(xiàn)象稱為熱電效應。 2熱電阻傳感器熱電阻傳感器熱電阻材料通常為純金屬，廣泛使用的是鉑、銅、鎳、鐵等3 3熱敏電阻傳感器熱敏電阻傳感器 熱敏電阻用半導體制成，與

10、金屬熱電阻相比有以下特點： 1）電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高； 2）結構簡單，體積小，易于點測量； 3）電阻率高，且適合動態(tài)測量； 4）阻值與溫度變化的關系是非線性的； 5）穩(wěn)定性較差。第二節(jié)第二節(jié) 空氣流量計空氣流量計 一、葉片式空氣流量計一、葉片式空氣流量計 葉片式空氣流量計安裝在空氣過濾器和節(jié)氣門之間，其作用是檢測吸入空氣量的多少，并把檢測結果轉換成電信號。 葉片式空氣流量計的結構簡單，可靠性高；但進氣阻力大，響應較慢且體積較大 補償擋板補償擋板緩沖室緩沖室彈簧彈簧測量板測量板空氣濾清空氣濾清器器旁通氣道旁通氣道封口封口調節(jié)調節(jié)螺釘螺釘電位計電位計 測量板打開的角度測量板打開的角度隨進氣量大

11、小而變化隨進氣量大小而變化二、卡門旋渦式空氣流量計二、卡門旋渦式空氣流量計 1 1）卡門旋渦的定義卡門旋渦的定義 所謂卡門旋渦，是指在流體中放置一個圓柱狀或三角狀物體時，在這一物體的下游就會產生兩列旋轉方向相反，并交替出現(xiàn)的旋渦 。而空氣流量與卡門旋渦的頻率成正比，即qv=kf。(式2-16)/P342 2）光學式卡門旋渦空氣流量計）光學式卡門旋渦空氣流量計 工作原理工作原理：在產生卡門旋渦的過程中，旋渦發(fā)生器6兩側的空氣壓力會發(fā)生變化，通過導孔作用在金屬箔（由簧片4固定）上，從而使其振動，LED的光照射在振動的金屬箔上時，光敏三極管3接收到的金屬箔上的反射光將是被旋渦調制的光，其輸出經解調可

12、得到代表空氣流量的頻率信號。3 3）超聲波式卡門旋渦空氣流量計）超聲波式卡門旋渦空氣流量計 工作原理：在卡門渦流發(fā)生器下游管路兩側相對安裝超聲波發(fā)射探頭和接收探頭。因卡門渦流對空氣密度的影響，就會使超聲波從發(fā)射探頭到接收探頭的時間較無旋渦變晚而產生相位差。對此相位信號進行處理，就可得到旋渦脈沖信號，即代表體積流量的電信號輸出。 原理：把通電加熱的鉑絲置于空氣流中，使鉑絲溫度原理：把通電加熱的鉑絲置于空氣流中，使鉑絲溫度 和吸入空氣溫度差保持一定。鉑絲成為惠斯頓電橋中和吸入空氣溫度差保持一定。鉑絲成為惠斯頓電橋中的一個臂。的一個臂?？刂齐娐房刂齐娐窡崮崮囟葌鞲衅鳒囟葌鞲衅鞣雷o網(wǎng)防護網(wǎng)A A：

13、集成電路；：集成電路；R RH H：熱線電阻：熱線電阻R RK K：溫度補償電阻：溫度補償電阻R RA A：精密電阻：精密電阻 R RB B：電橋電阻：電橋電阻三、熱線式空氣流量計三、熱線式空氣流量計 工作原理 當無空氣流動時，電橋處于平衡狀態(tài)，控制電路輸出某一固定的加熱電流至熱線電阻RH以保持平衡；當有空氣流動時，由于RH的熱量被空氣吸收而變冷，其電阻值降低，電橋失去平衡，如果保持熱線電阻與吸入空氣的溫差不變并為一定值，就必須增加流過熱線電阻的電流IH?？諝饬髁吭酱螅氃黾恿鬟^熱線電阻的電流IH也就越大。因此，熱線電流就是空氣質量流量的函數(shù)。 四、熱膜式空氣流量計 熱膜式空氣流量計的工作原

14、理與熱線式空氣流量計類似，都是用惠斯登電橋工作的。所不同的是：熱膜式不使用白金絲作為熱線，而是將熱線電阻、補償電阻及橋路電阻用厚膜工藝制作在同一陶瓷基片上構成的。 第三節(jié)第三節(jié) 壓力傳感器壓力傳感器 作用：檢測氣壓（進氣真空度、大氣壓力和汽缸內氣壓等）和油壓。半導體應變式進氣壓力傳感器是利用壓阻效應原理工作的。 進氣管絕對壓力傳感器進氣管絕對壓力傳感器半導體壓敏電阻式：由半導體壓敏電阻式：由半導體應變片半導體應變片、集成電路和真空室組成。、集成電路和真空室組成。原理：壓力變化，半導體應變片變形，應變電阻阻值變化，電原理：壓力變化，半導體應變片變形，應變電阻阻值變化，電橋輸出電壓變化。橋輸出電壓

15、變化。第四節(jié)第四節(jié) 節(jié)氣門位置傳感器節(jié)氣門位置傳感器 一、開關式節(jié)氣門位置傳感器傳感器由與節(jié)氣門軸聯(lián)動的凸輪、動觸點、怠速觸點、滿負荷觸點等組成。動觸點接微機電源，當節(jié)氣門全關閉時，怠速觸點與動觸點接通；當節(jié)氣門開度達50%以上時，滿負荷觸點與動觸點接通；而當節(jié)氣門開度在全閉至50%之間時，動觸點懸空。(僅滿負荷、怠速2種狀態(tài)，簡單但精度低) 作用：將節(jié)氣門開度的大小和動作的快慢，轉變?yōu)殡娦盘栞斎氲诫娔X，以反映負荷的大作用：將節(jié)氣門開度的大小和動作的快慢，轉變?yōu)殡娦盘栞斎氲诫娔X，以反映負荷的大小。小。二、線性節(jié)氣門位置傳感器線性節(jié)氣門位置傳感器采用線性電位計，由節(jié)氣門軸帶動電位計的滑動觸點，在

16、不同的節(jié)氣門開度下，接入回路的電阻不同 工作原理：工作原理： 由節(jié)氣門軸帶動電位計的滑動觸點，利用滑動由節(jié)氣門軸帶動電位計的滑動觸點，利用滑動阻值的變化，測得與節(jié)氣門開度相對應的輸出電壓。阻值的變化，測得與節(jié)氣門開度相對應的輸出電壓。二、綜合式節(jié)氣門位置傳感器 采用線性電位計，由節(jié)氣門軸帶動電位計的滑動觸點，在不同的節(jié)氣門開度下，接入回路的電阻不同，從而可連續(xù)測出節(jié)氣門的開度。而當節(jié)氣門全關閉時，怠速觸點與動觸點接通。 第五節(jié)第五節(jié) 氧傳感器氧傳感器 氧傳感器安裝在排氣管內。由于排氣中的氧氣濃度可以反映空燃比的大小，所以，在電子控制燃油噴射系統(tǒng)中廣泛使用氧傳感器。氧傳感器隨時將檢測的氧氣濃度反

17、饋給ECU，ECU據(jù)此判斷空燃比是否偏離理論值，一旦偏離，就調節(jié)噴油量，以控制空燃比收殮于理論值。 零部件零部件 - - 氧傳感器(O2)實物圖一、二氧化鈦（一、二氧化鈦（i2）氧傳感器）氧傳感器 二氧化鈦氧傳感器是利用半導體材料二氧化鈦的電阻值，隨排氣中氧含量的變化而改變的特性制成的，是一種電阻型氧傳感器。通常，二氧化鈦氧傳感器的輸出電壓在0.1-0.9V之間，電壓高，表示混合氣濃，反之則表示混合氣稀。ECU據(jù)此電壓信號調節(jié)控制噴油量。二、二氧化鋯（二、二氧化鋯（r2）氧傳感器）氧傳感器 二氧化鋯氧氣傳感器的基本元件是二氧化鋯（r2）陶瓷，因其為固定電解質管，亦稱鋯管。鋯管固定在帶有安裝螺絲

18、的固定套內，鋯管內表面與大氣相通，外表面與排氣相通，其內外表面都覆蓋著一層多孔性的鉑膜作為電極。 其本質為化學電池（氧濃差電池），而 其電動勢大小與氧濃差大小相關。第六節(jié)第六節(jié) 溫度傳感器溫度傳感器 為了解發(fā)動機的熱狀態(tài)，計算進氣的質量流量及進行排氣凈化處理，需要有能夠連續(xù)、精確地測量冷卻液溫度、進氣溫度與排氣溫度的傳感器。溫度傳感器的種類很多，如熱敏電阻式、半導體二極管式、熱電偶式等 熱敏電阻式冷卻液溫度傳感器一般安裝在發(fā)動機缸體、缸蓋的水套或節(jié)溫器殼內并伸入水套中 。 所用熱敏電阻通常具有副溫度系數(shù)，即其電阻值隨溫度升高而降低。圖2-35/P45第七節(jié)第七節(jié) 爆震傳感器爆震傳感器 什么是爆

19、震？ 發(fā)動機燃燒室內的油氣點火后，火焰尚未完全擴散，遠程未燃的油氣即因為高溫或高壓而自燃，其火焰與正規(guī)燃燒產生的火焰撞擊而產生極大沖擊力，使發(fā)動機產生不正常振動。 產生原因：1）點火提前角過大 2）發(fā)動機溫度過高第七節(jié)第七節(jié) 爆震傳感器爆震傳感器 【功能【功能】 爆震傳感器K Knock nock S Sensorensor (KSKS) )用來檢測發(fā)動機有無爆震發(fā)生，檢測方法有三種：一是檢測氣缸壓力；二是檢測發(fā)動機振動；三是檢測燃燒噪聲。目前常用檢測發(fā)動機振動的方法來判斷有無爆震，并把爆燃信號送給發(fā)動機控制電腦作為修正點火提前角的重要參考信號。l 【安裝位置【安裝位置】缸體側面或火花塞座孔上

20、l 【分類【分類】磁滯伸縮式爆燃傳感器壓電式爆燃傳感器。這又分為：l壓電式共振型爆燃傳感器 l壓電式非共振型爆燃傳感器 l壓電式火花塞座金屬墊型爆燃傳感器一、磁致伸縮式爆震傳感器一、磁致伸縮式爆震傳感器( (電感式爆燃傳感器電感式爆燃傳感器)l 【組成【組成】鐵心、永久磁鐵、線圈及外殼。 l 【原理【原理】利用電磁感應原理檢測發(fā)動機爆燃。當發(fā)動機發(fā)生爆燃時，鐵芯受振偏移，使線圈中磁通發(fā)生變化，從而產生感應電動勢。當傳感器的固有振動頻率與發(fā)動機爆燃時的振動頻率相同而共振時，傳感器輸出的信號電壓最大。一、磁致伸縮式爆震傳感器一、磁致伸縮式爆震傳感器線圈鐵心殼體永久磁鐵諧振點頻率f輸出電壓u0磁致伸

21、縮式爆震傳感器二、壓電式爆震傳感器 1）壓電式共振型爆燃傳感器l 【組成【組成】壓電元件、振蕩片、基座、外殼等組成。l 【原理【原理】壓電效應原理。l 當發(fā)生爆燃時，振蕩片與發(fā)動機共振，壓電元件輸出的信號電壓明顯增大，易于測量。其輸出特性與磁滯伸縮式類似。l 該類傳感器必須與發(fā)動機配套使用。爆燃傳感器至ECU壓電元件振蕩片頻率電壓ECUKNK信號波形帶開路/斷路檢測電阻的傳感器2）壓電式非共振型爆燃傳感器 與共振式相比，非共振式內部無震蕩片，但設一個配重塊，以一定的預緊壓力壓緊在壓電元件上。當發(fā)動機發(fā)生爆燃時，配重塊以正比于振動加速度的交變力施加在壓電元件上，壓電元件則將此壓力信號轉變成電信號

22、輸送給ECU。實際上是一種加速度傳感器，通用性較強。 配重塊壓電元件引線頻率（kHz）輸出電壓（mV）壓電式非共振型爆燃傳感器壓電式非共振型爆燃傳感器3）壓電式火花塞座金屬墊型爆燃傳感器 安裝在火花塞的墊圈處，每缸一個，根據(jù)各缸的燃燒壓力直接檢測各缸的爆燃信息，并轉換成電信號輸送給ECU?；鸹ㄈ紓鞲衅鞯诎斯?jié)第八節(jié) 曲軸位置傳感器曲軸位置傳感器 曲軸位置傳感器亦稱點火信號發(fā)生器，用于點火正時控制。傳統(tǒng)點火系統(tǒng)中的曲軸位置傳感器是分電器凸輪軸和斷電器。 作用：反映曲軸轉角，使電腦控制正確的點火提前角和作用：反映曲軸轉角，使電腦控制正確的點火提前角和噴油時刻。噴油時刻。 一、磁脈沖式曲軸位置傳感

23、器一、磁脈沖式曲軸位置傳感器 線圈和永久磁鐵固定不動。由導磁材料制成的測量齒輪（信號圓盤）安裝在分電器軸上，測量齒輪每轉過一個齒，其與磁鐵之間構成的磁路磁阻變化一次，磁通也變化一次。線圈中感應電動勢的變化頻率（脈沖數(shù)）等于測量齒輪上的齒數(shù)和轉速的乘積。 二、霍耳式曲軸位置傳感器二、霍耳式曲軸位置傳感器 1 1）結構組成）結構組成 傳感器由兩個部件組成。一個部件是與分火頭制成一體的定時轉子即所謂的觸發(fā)葉輪觸發(fā)葉輪；另一個部件是霍耳信號發(fā)生器?；舳盘柊l(fā)生器。觸發(fā)葉輪由導磁材料制成，其上的葉片數(shù)與發(fā)動機氣缸數(shù)相同，觸發(fā)葉輪由分電器軸帶動?；舳盘柊l(fā)生器由霍耳元件、永久磁鐵等組成，兩者之間留有一個空隙，以便觸發(fā)葉輪的葉片能在該空隙內轉動。2 2）霍爾效應式曲軸位置傳感器工作原理）霍爾效應式曲軸位置傳感器工作原理永久磁鐵永久磁鐵霍爾元件霍爾元件觸發(fā)葉輪觸發(fā)葉輪 當觸發(fā)葉輪上的葉片部分進入永久磁鐵與霍爾元件當觸發(fā)葉輪上的葉片部分進入永久磁鐵與霍爾元件之間時，磁場被導磁葉片旁路，不產生霍爾電壓；當葉之間時，磁場被導磁葉片旁路，不產生霍爾電壓；當葉片間的缺口部分進入磁鐵與霍爾元件之間時，磁力線進片間的缺口部分進入磁鐵與霍爾元