《傳感器及應(yīng)用》第5章傳感器在機電設(shè)備中的應(yīng)用

第5章傳感器在機電設(shè)備中的應(yīng)用5.1傳感器在汽車工業(yè)中的應(yīng)用5.2家用電器中的傳感器5.1傳感器在汽車工業(yè)中的應(yīng)用

現(xiàn)代汽車正朝著電子化和智能化方向發(fā)展，這勢必要求在汽車中大量采用各種傳感器。由于汽車傳感器在汽車電子控制系統(tǒng)中的重要作用和快速增長的市場需求，世界各國都對其非常重視。5.1.1汽車用傳感器的分類汽車用傳感器是用于汽車顯示和控制的各種傳感器的統(tǒng)稱。汽車用傳感器的種類繁多，應(yīng)用的方面很廣，大致有兩類:一類是用于顯示汽車各部分狀態(tài)的傳感器;另一類是用于控制汽車運行狀態(tài)的控制傳感器。發(fā)動機控制系統(tǒng)用傳感器是整個汽車傳感器的核心，種類很多，包括溫度傳感器、壓力傳感器、位置和轉(zhuǎn)速傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和爆震傳感器等。這些傳感器向發(fā)動機的電子控制單元提供發(fā)動機的工作狀況信息，供電下一頁返回5.1傳感器在汽車工業(yè)中的應(yīng)用子控制單元對發(fā)動機工作狀況進行精確控制，以提高發(fā)動機的動力性、降低油耗、減少廢氣排放和進行故障檢測。5.1.2傳感器在汽車中的應(yīng)用

1.溫度傳感器為了判定發(fā)動機的熱狀態(tài)，計算進氣空氣的質(zhì)量、流量以及排氣凈化處理，需要能夠連續(xù)精確地測量發(fā)動機溫度、吸人氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。溫度傳感器有熱敏電阻式、線繞電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。圖5-1是水溫傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

2.壓力傳感器壓力傳感器是汽車中用得最多的傳感器，主要用于檢測上一頁返回下一頁5.1傳感器在汽車工業(yè)中的應(yīng)用氣囊儲氣壓力、傳動系統(tǒng)流體壓力、注人燃料壓力、發(fā)動機機油壓力、進氣管道壓力、空氣過濾系統(tǒng)的流體壓力等。汽車用壓力傳感器的用途如表5-2所示。3.流量傳感器流量傳感器主要用于發(fā)動機空氣流量和燃料流量的測量。進氣量是燃油噴射量計算的基本參數(shù)之一，通過對發(fā)動機進氣流量進行精確測量，來調(diào)節(jié)空燃比，從而保證發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排放指標(biāo)達到最優(yōu)?？諝饬髁總鞲衅饔?、卡門渦旋式、熱線式、熱膜式等四種類型。4.位置和轉(zhuǎn)速傳感器曲軸位置與轉(zhuǎn)速傳感器主要用于檢測發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門的開度、車速等，為點火時刻和噴油時刻提供參考點信號，同時提供發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號。下一頁返回上一頁5.1傳感器在汽車工業(yè)中的應(yīng)用圖5-2是美國GM公司的觸發(fā)葉片結(jié)構(gòu)的霍爾式曲軸轉(zhuǎn)角傳感器，安裝在曲軸前端霍爾信號發(fā)生器由永久磁鐵、導(dǎo)磁板和霍爾集成電路等組成(見圖5-3)，內(nèi)、外信號輪側(cè)面各設(shè)置一個霍爾信號發(fā)生器，信號轉(zhuǎn)動時，每當(dāng)葉片進人永久磁鐵與霍爾元件之間的空氣隙中時，霍爾集成電路中的磁場即被觸發(fā)葉片所旁路(或稱隔磁)，這時不產(chǎn)生霍爾電壓。5.氣體濃度傳感器氣體濃度傳感器主要用于檢測車體內(nèi)氣體和廢氣排放。其中，最主要的是氧傳感器，它檢測汽車尾氣中的氧含量，根據(jù)排氣中的氧濃度測定空燃比，向微機控制裝置發(fā)出反饋信號，以控制空燃比收斂于理論值。6.爆震傳感器爆震傳感器用于檢測發(fā)動機的振動，通過調(diào)整點火提前角，上一頁下一頁返回5.1傳感器在汽車工業(yè)中的應(yīng)用控制和避免發(fā)動機發(fā)生爆震。為了最大限度地發(fā)揮發(fā)動機功率而不產(chǎn)生爆燃，點火提前角應(yīng)控制在爆燃產(chǎn)生的臨界值，當(dāng)發(fā)動機產(chǎn)生爆燃時，傳感器將爆燃引起的震動轉(zhuǎn)變成電信號，并傳給電子控制單元。7.節(jié)氣門位置傳感器節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門上，其功能是將發(fā)動機節(jié)氣門的開度信號轉(zhuǎn)變成電信號，并傳遞給電子控制單元，用以感知發(fā)動機的負荷大小和加減速情況。最常用的是可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器。該傳感器是一種典型的節(jié)氣門傳感器，主要由一個線形變位器和一個怠速觸點兩部分組成。電阻變位器用陶瓷薄膜電阻制成，滑動觸點用復(fù)位彈簧控制，與節(jié)氣門同軸轉(zhuǎn)動。8.液位傳感器上一頁下一頁返回5.1傳感器在汽車工業(yè)中的應(yīng)用浮子舌簧開關(guān)式液位傳感器的結(jié)構(gòu)如圖5-4所示，這種傳感器是由樹脂圓筒制成的軸和可沿軸上下移動的環(huán)狀浮子組成的。位，這是利用了熱敏電阻上加有電壓時，就有電流通過，在電流的作用下熱敏電阻自身就要發(fā)熱這一性質(zhì)。熱敏電阻的溫度特性有的為雙曲線形，隨溫度升高而電阻迅速減小。當(dāng)熱敏電阻置于汽油中時，因為其中的熱量容易散出，所以熱敏電阻的溫度不會升高而使其阻值較大;反之當(dāng)汽油量減少，熱敏電阻暴露在空氣中時，由于熱量難以散出，溫度迅速上升，熱敏電阻的阻值減小。用熱敏電阻與指示燈等組成電路如圖5-5所示，通過指示燈的亮滅就可以判斷汽油量的多少。電極式液位傳感器的結(jié)構(gòu)如圖5-6所示。上一頁返回5.2家用電器中的傳感器隨著社會的進步及人民生活水平的不斷提高，人們對家用電器產(chǎn)品的功能要求也越來越高。為了滿足社會的這種需求，越來越多的傳感器和微控系統(tǒng)應(yīng)用于家用電器中。傳感器的使用不僅使家用電器的功能更加強大，而且使用也變得更加簡單。本節(jié)主要介紹幾種家用電器中所用主要傳感器。傳感器在家用電器中的應(yīng)用情況，如表5-3所示。本節(jié)將對傳感器在家用電器中的一些應(yīng)用實例加以介紹。5.2.1傳感器在洗衣機中的應(yīng)用目前全自動洗衣機中大量應(yīng)用各種傳感器。量、潔凈度等信息，再通過微處理器對信息進行加工處理，實現(xiàn)對洗滌過程的自動控制，例如自動進水、控制加熱時間、控制洗滌時間、控制脫水時間、控制攪拌強度。通過自動檢測和控制使洗滌過程達到最佳狀態(tài)，不但省水、省電、省洗滌劑，而且返回下一頁5.2家用電器中的傳感器給使用帶來了極大的方便。圖5-7所示，在洗衣機中常用的傳感器有:水位傳感器、布量傳感器和光電傳感器、溫度傳感器等。

1.水位傳感器水位傳感器是用來檢測水位高低的。洗衣機注水時，隨著水位上升所產(chǎn)生的空氣壓力通過管道傳遞到傳感器。水位高時微動開關(guān)閉合，水位低時微動開關(guān)斷開。此開關(guān)信號決定是否停注水。

2.布量傳感器洗衣機通過傳感器獲取水位、溫度、衣物質(zhì)圖5-7傳感器在洗衣機中的應(yīng)用示意圖布量傳感器是用來檢測洗滌物的質(zhì)量。在未注水之前，電動機空轉(zhuǎn)幾次，通過檢測電動機的負載電流大小來檢測洗滌物的質(zhì)量。下一頁返回上一頁5.2家用電器中的傳感器

3.光電傳感器光電傳感器用來檢測洗滌潔凈度、排水、脫水情況。光電傳感器由發(fā)光二極管和光敏三極管組成。它安裝在排水口上部，通過檢測排水口處的光透射率來判斷洗凈度、漂洗脫水情況。

4.溫度傳感器洗衣機中的溫度控制通常是依靠毛細管溫控器或NTC溫度傳感器來實現(xiàn)的。通過傳感器的連續(xù)監(jiān)測，當(dāng)水溫達到預(yù)定的溫度時，控制器自動切斷加熱器的電源;溫度降低到一定程度時重新啟動加熱器。與毛細管溫控器相比，NTC傳感器的體積更小，輸出信號容易處理，因而使用更為普遍。上一頁下一頁返回5.2家用電器中的傳感器5.2.2電冰箱中的傳感器

1.傳感器在電冰箱中的作用電冰箱主要由制冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分組成。在控制系統(tǒng)中，傳感器起著非常重要的作用。電冰箱運行時，由溫度傳感器組成的溫控器按設(shè)定的冰箱溫度自動接通和斷開電路，控制制冷壓縮機的啟動與停止。當(dāng)給冰箱加熱除霜時，由溫度傳感器組成的除霜溫控器將會在除霜加熱器達到一定溫度時，自動斷開加熱器的電源，停止除霜加熱。圖5-8所示為常見的電冰箱電路，它主要由溫度控制器、溫度顯示器、PTC啟動器、除霜溫控器、電機保護裝置、開關(guān)、風(fēng)扇及壓縮電機等組成。

2.電冰箱中的溫度傳感器上一頁下一頁返回5.2家用電器中的傳感器在電冰箱的控制系統(tǒng)中，制冷溫度的自動控制尤為重要，因而離不開各種各樣的溫度傳感器，例如:壓力式溫度傳感器、熱敏電阻式溫度傳感器、雙金屬片溫度傳感器等。此外，溫度傳感器還要監(jiān)控系統(tǒng)重要部件的工作溫度，一旦出現(xiàn)異常立即切斷電源，保護核心部件不受損害。

(1)壓力式溫度傳感器壓力式溫度傳感器有波紋管式和膜盒式兩種形式，它們主要用于溫度控制器和除霜溫控器上。波紋管式溫度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖5-9(a)所示，它是由波紋管及感溫管連成一體后，內(nèi)部填充感溫劑而組成，A點的位移與感溫劑受溫度的影響產(chǎn)生壓力的變化成線性關(guān)系。膜盒式溫度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖5-9(b)所示，它是由感溫管與膜盒連成一體后，內(nèi)部填充感溫劑而組成，其作用原理與波紋管式相同，但A點的位移與感溫劑的壓力變化為非線性關(guān)系。上一頁下一頁返回5.2家用電器中的傳感器(2)熱敏電阻式溫控電路圖5-11為熱敏電阻式溫控電路。(3)雙金屬除霜溫度傳感器雙金屬除霜溫度傳感器的結(jié)構(gòu)圖5-12所示。它由雙金屬熱敏元件、推桿及微動開關(guān)組成，平時微動開關(guān)處于常閉狀態(tài)，只要除霜開關(guān)接通，便可通過傳感器接通除霜加熱器的回路，使除霜工作開始。當(dāng)除霜工作一段時間后，電冰箱蒸發(fā)器上的霜層融化，溫度升高，雙金屬熱敏元件在該溫度作用下產(chǎn)生形變，使推桿運動，微動開關(guān)的觸點斷開，切斷除霜加熱器電路，停止除霜工作。(4)雙金屬熱保護器雙金屬熱保護器是一個封裝起來的雙金屬熱敏元件，它的結(jié)構(gòu)所示。它可以直接埋設(shè)在壓縮電機繞組內(nèi)，直接對電機繞組的溫度進行控制。當(dāng)電機繞組的溫度出現(xiàn)過熱時，保護器內(nèi)的雙金屬片產(chǎn)生變形，從而使傳感器內(nèi)的可動觸點與固定觸點斷開，切斷壓縮機的電源。上一頁下一頁返回5.2家用電器中的傳感器5.2.3家用報警器中的傳感器

1.燃氣報警器家庭燃氣泄漏非常危險，極易引發(fā)惡性事故。目前管道燃氣用戶廣泛使用燃氣泄漏報警器，大大降低了事故風(fēng)險。常用電路如圖5-14所示，燃氣泄漏報警器由傳感器、檢測電路及驅(qū)動電路三部分組成。2.敲擊防盜報警器敲擊防盜報警器的電路，如圖5-15所示。報警器由壓電式傳感器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及驅(qū)動電路組成。3.沖擊防盜報警器沖擊防盜報警器由沖擊傳感器和執(zhí)行電路兩部分組成。沖擊傳感器的結(jié)構(gòu)如5-16所示。在外殼的基板上固定一個上一頁下一頁返回5.2家用電器中的傳感器螺栓，螺栓上有一個彈簧，彈簧的頂端焊有一個鋼球，外殼也使用良導(dǎo)體制成。在靜止?fàn)顟B(tài)時，不論傳感器置于何種位置，鋼球和外殼呈絕緣狀態(tài)不會導(dǎo)通，一旦傳感器受到外力沖擊，如砸、碰、撞、敲擊、撬動時，則鋼球在加速度作用下產(chǎn)生與外殼發(fā)生相對運動，與外殼接通，便可觸發(fā)執(zhí)行電路，使報警裝置開始工作。4.熱釋紅外報警器熱釋紅外線傳感器是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。將這個電壓信號加以放大，便可驅(qū)動各種控制電路，如作電源開關(guān)控制、防盜防火報警。電元件接收，產(chǎn)生檢測信號，通過放大處理可驅(qū)動報警電路。上一頁返回下一頁5.2家用電器中的傳感器紅外線熱釋電傳感器對人體的敏感程度還和人的運動方向關(guān)系很大。紅外線熱釋電傳感器對于徑向移動反應(yīng)最不敏感，而對于橫切方向(即與半徑垂直的方向)移動則最為敏感。因此選擇合適的安裝位置和安裝工藝是使紅外探頭減少誤報、取得最佳檢測靈敏度極為重要的一環(huán)。返回上一頁圖5-1水溫傳感器返回表5-2汽車用壓力傳感器的用途返回圖5-2霍爾曲軸轉(zhuǎn)角傳感器返回圖5-3霍爾曲軸轉(zhuǎn)角傳感器的工作原理返回圖5-4浮子舌簧開關(guān)式液位傳感器返回圖