汽車傳感器基礎(chǔ)知識(shí)

汽車傳感器基礎(chǔ)知識(shí)第1章傳感器概述第2章溫度傳感器第3章空氣流量傳感器第4章壓力傳感器第5章位置傳感器與角度傳感器第6章氧傳感器第7章全范圍空燃比傳感器第8章控制燃燒所用的傳感器第9章轉(zhuǎn)速傳感器第10章加速度(G)傳感器第11章光檢測(cè)傳感器第12章液位傳感器第13章車輛周圍識(shí)別用傳感器第14章磁場(chǎng)傳感器第15章電流傳感器、磨損檢測(cè)用傳感器、角速度檢測(cè)用傳感器第1章傳感器概述1.1

人的感覺與機(jī)械的感覺1.2

信號(hào)變換和能量變換1.3能量變換型傳感器和能量控制型傳感1.4模擬輸出信號(hào)和數(shù)字輸出信號(hào)1.5汽車用傳感器的種類和項(xiàng)目1.1人的感覺與機(jī)械的感覺與人的視覺、聽覺、觸覺等相對(duì)應(yīng)的有光傳感器、傳聲器、應(yīng)變計(jì)等物理傳感器。人的味覺、嗅覺等一般稱為化學(xué)感覺，與此相應(yīng)，在離子電極以及溶液電導(dǎo)率等檢測(cè)時(shí)采用了化學(xué)傳感器。當(dāng)然，物理傳感器和化學(xué)傳感器并沒有本質(zhì)上的區(qū)別。

下一頁(yè)返回1.1人的感覺與機(jī)械的感覺如果有人問，把人的感覺器官與傳感器相比，哪一個(gè)好些?這可是一個(gè)非常難的題目。人的感覺是我們生活的基礎(chǔ)，生活是以感覺為前提的。因此，在我們的生活中，如果從感覺器官的尺度來(lái)評(píng)價(jià)傳感器的話，那么一定是我們的感覺器官好些。以嗅覺為例，與狗的鼻子相比，人鼻子的敏感性要差多了，但對(duì)某種物質(zhì)來(lái)說(shuō)，人鼻子的敏感性超過(guò)了現(xiàn)代的化學(xué)分析技術(shù)。下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.1人的感覺與機(jī)械的感覺但是，再看光傳感器時(shí)就會(huì)知道，已有傳感器能夠檢測(cè)出人無(wú)法感覺到的紅外線和紫外線。另外作為溫度傳感器的熱電偶可以直接置入熔化的鋼及燃燒的液化大然氣中，從而測(cè)定其溫度，精度達(dá)到11℃，而且，可測(cè)溫度范圍在

-160℃~1600℃之間。下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.1人的感覺與機(jī)械的感覺某人發(fā)燒時(shí)，有時(shí)把手放在額頭附近來(lái)判斷體溫，這是因?yàn)閮烧邷夭畈淮螅魷夭钐?，就難以做出定量的判斷。當(dāng)很多人聚在一起吵吵鬧鬧時(shí)，如果有人喊自己的名字，自己也會(huì)從喧鬧聲中分辨出來(lái)，但傳聲器對(duì)此卻望塵莫及。還有，人們對(duì)自家附近火車通過(guò)的聲音，會(huì)在不知不覺中習(xí)慣。雖然都可以說(shuō)是五官，但人的五官和機(jī)械傳感器還是有差別的。返回上一頁(yè)1.2信號(hào)變換和能量變換我們是通過(guò)五官獲得必要信息的。機(jī)器和系統(tǒng)是通過(guò)傳感器獲得周圍環(huán)境的條件與計(jì)量對(duì)象的信息。傳感器要把接收到的信號(hào)變換成電信號(hào)后再對(duì)外輸出。傳感器以什么樣的敏感度檢測(cè)信號(hào)，變換后的信號(hào)與原輸入信號(hào)相比，失真情況如何?這些項(xiàng)目都可用來(lái)評(píng)價(jià)傳感器的優(yōu)劣。也就是說(shuō)，要從傳感器處理信息的質(zhì)與量上來(lái)評(píng)價(jià)傳感器的性能。對(duì)“物質(zhì)”和“能量”而言，“信息”是一個(gè)較新的概念。在研究傳感器時(shí)，人們比較重視在信號(hào)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換過(guò)程中的信息的質(zhì)與量，所以對(duì)此過(guò)程中的能量和物質(zhì)的作用，常常置于第二位來(lái)考慮。下一頁(yè)返回1.2信號(hào)變換和能量變換信息是以信號(hào)的形式進(jìn)行變換的。在信號(hào)的變換過(guò)程中必然有能量的傳遞和轉(zhuǎn)換。傳感器是能量變換器。例如光傳感器中的太陽(yáng)能電池就是把光能變換成電能的變換器;溫度傳感器的熱電偶是把熱能變換成電能的變換器。返回上一頁(yè)1.3能量變換型傳感器和能量控制型傳感器太陽(yáng)能電池和熱電偶所輸出的電能分別來(lái)源于傳感器所吸收的光能和熱能。這些能量加在傳感器上經(jīng)變換后再輸出，因此把這種傳感器叫作“能量變換型傳感器”。另一方面，溫度傳感器以及照相機(jī)用自動(dòng)曝光機(jī)構(gòu)的光傳感器是以改變電阻值的方式向外輸出信號(hào)的。這時(shí)，輸入到傳感器的熱能及光能并沒有變成其他形式的能量，傳感器的電源還是由測(cè)試回路供給的，但電源所輸出的能量要受控于測(cè)試對(duì)象輸出的信號(hào)(熱及光)，就把這種傳感器叫“能量控制型傳感器”。下一頁(yè)返回1.3能量變換型傳感器和能量控制型傳感器“能量控制型傳感器”要消耗輸入信號(hào)的能量，但這與被控的輸出能量或輸出功率比較起來(lái)看，通常要小得多。如果著眼于輸入能量和輸出能量的對(duì)比，就會(huì)看出，這種傳感器具有一種放大作用，因此，也把“能量控制型傳感器”叫做“有源型傳感器”。與此相應(yīng)，因?yàn)椤澳芰孔儞Q型傳感器”沒有能量放大作用，所以也叫做“無(wú)源型傳感器”。返回上一頁(yè)1.4模擬輸出信號(hào)和數(shù)字輸出信號(hào)什么是模擬信號(hào)呢?一般來(lái)說(shuō)電壓、電流、阻抗等都是模擬信號(hào)。此外，頻率以及光輸出傳感器的輸出也是模擬信號(hào)。阻抗變化的傳感器也屬能量控制型的，所以輸出信號(hào)是電壓或電流。以直流電壓為例，對(duì)模擬信號(hào)加以說(shuō)明。用零至V的電壓來(lái)傳遞某一個(gè)“量”時(shí)，只要把“量”值變換成直流電壓就可以了。電壓低時(shí)傳遞的“量”比較小，電壓高時(shí)傳遞的“量”比較大;即用電信號(hào)的變化來(lái)傳遞“量”的變化情況。有時(shí)不用電壓信號(hào)而是用電流信號(hào)，變換規(guī)律類似。下一頁(yè)返回1.4模擬輸出信號(hào)和數(shù)字輸出信號(hào)所謂“數(shù)字信號(hào)”就是表示量的符號(hào)，最簡(jiǎn)單的例子是用兩個(gè)符號(hào)來(lái)表示量。我們平常是用。0~9這10個(gè)數(shù)字的組合表示量的。但這決不是說(shuō)，表明“量”的數(shù)字非得是十進(jìn)位不可。我們用“0,1”這樣兩個(gè)符號(hào)表示數(shù)時(shí)，就稱為二進(jìn)制數(shù)。與連續(xù)的模擬量不同，數(shù)字式傳感器的輸出是離散的數(shù)值及符號(hào)。數(shù)字變換中最簡(jiǎn)單的輸出信號(hào)是“0,1"，與此相對(duì)應(yīng)的有通、斷(ON/OFF)型傳感器，或者是開關(guān)觸點(diǎn)的通、斷(ON/OFF)狀態(tài)。數(shù)字技術(shù)在飛躍地發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了精度和分解能力都非常高的數(shù)字輸出傳感器。這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是:信號(hào)傳輸過(guò)程中的衰減小，即使有干擾混入，誤差也很小。返回上一頁(yè)1.5汽車用傳感器的種類和項(xiàng)目在傳感器這個(gè)詞廣泛使用之前，在汽車上已經(jīng)裝用帶傳感器的儀表，如溫度表、轉(zhuǎn)速表及速度表等。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，作為汽車電子控制系統(tǒng)中、自的微機(jī)在迅速地普及，這又促使了信息處理技術(shù)及控制技術(shù)的進(jìn)步，為了向微機(jī)提供各種必要的信息，人們又開發(fā)了許多種傳感器，以達(dá)到各種目的。有的一輛車上就裝了50多個(gè)傳感器。其中大部分傳感器用于動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、車輛控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及提高工作性能的系統(tǒng)上。目前，為創(chuàng)造一個(gè)舒適的駕駛環(huán)境以及注重安全也用了很多傳感器。下一頁(yè)返回1.5汽車用傳感器的種類和項(xiàng)目提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能其關(guān)鍵在于燃油噴射量和點(diǎn)火時(shí)間。為了確定這兩個(gè)參數(shù)就需要許多信息，如發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量、溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、曲軸位置等。為此，汽車上裝有溫度傳感器、流速傳感器、角度傳感器、位置傳感器等，還有測(cè)定排氣中氧氣濃度，以便正確進(jìn)行控制的傳感器。為了使汽車安全地行駛采用了電子技術(shù)，在進(jìn)一步提高汽車性能的過(guò)程中，傳感器所起的作用更加重要。汽車電子技術(shù)應(yīng)用成功與否的關(guān)鍵在于傳感器，這樣的說(shuō)法并不過(guò)分。汽車傳感器，其采用系統(tǒng)、使用日的見表1-1、如圖1-1所示.下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.5汽車用傳感器的種類和項(xiàng)目

(1)有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)控制的檢測(cè)項(xiàng)目。

(2)有關(guān)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的檢測(cè)項(xiàng)目。

(3)有關(guān)空調(diào)控制的檢測(cè)項(xiàng)目。

(4)有關(guān)儀表、報(bào)警、診斷等的控制項(xiàng)目。

(5)變速系統(tǒng)控制項(xiàng)目。

(6)制動(dòng)系統(tǒng)控制項(xiàng)目。

(7)懸架系統(tǒng)控制項(xiàng)目。

(8)導(dǎo)向系統(tǒng)控制項(xiàng)目。

(9)有關(guān)安全控制項(xiàng)目。下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.5汽車用傳感器的種類和項(xiàng)目各控制系統(tǒng)所用傳感器按其檢測(cè)項(xiàng)目分類，可分為:①溫度傳感器;②壓力傳感器;③空氣流量傳感器;④位置、角度傳感器;⑤氣體濃度傳感器;⑥轉(zhuǎn)速傳感器;⑦加速度、振動(dòng)傳感器;⑧光量傳感器;⑨液位傳感器;⑩距離傳感器;⑩電流傳感器;⑩角速度傳感器;⑩載荷傳感器等。要想使傳感器在汽車上大量地裝用，傳感器的測(cè)定范圍、精度、分辨能力、響應(yīng)性等基本因素應(yīng)符合要求之外，還要考慮到參數(shù)的一致性、耐久性及經(jīng)濟(jì)性。要根據(jù)使用目的來(lái)選定適當(dāng)水平的傳感器。發(fā)動(dòng)機(jī)上幾種典型計(jì)量項(xiàng)目與特性要求見表1-2.下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.5汽車用傳感器的種類和項(xiàng)目此外，發(fā)動(dòng)機(jī)的使用環(huán)境也非常廣，從寒帶到熱帶，車上有的部位達(dá)到1000℃左右的高溫，加之機(jī)械振動(dòng)、腐蝕、需要防水等，還有許多考慮不到的嚴(yán)酷環(huán)境，所以對(duì)傳感器來(lái)說(shuō)，其使用環(huán)境條件是很苛刻的。發(fā)動(dòng)機(jī)用傳感器的典型環(huán)境條件見表1一3、表1一4。在數(shù)年以前，對(duì)排氣裝置部件就曾有10年保證期的要求。所以，對(duì)汽車用傳感器的開發(fā)，與其說(shuō)是傳感器自身的開發(fā)，不如說(shuō)更注重于對(duì)傳感器的互換性及耐久性等可靠性方面的開發(fā)。下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.5汽車用傳感器的種類和項(xiàng)目前面已經(jīng)介紹過(guò)，傳感器相當(dāng)于人的感覺接受器官，用以檢測(cè)各種物理量、化學(xué)量，同時(shí)還要求傳感器對(duì)穩(wěn)定程度及危險(xiǎn)程度等狀態(tài)也能進(jìn)行測(cè)定，對(duì)舒服性、不愉快感、臭味等人的感官功能的項(xiàng)目做出定量測(cè)定，判斷司乘人員的操作意圖等。即要求傳感器不僅能夠檢測(cè)出單一的變量，而且也可測(cè)量出各個(gè)變量隨時(shí)間的變化情況及其空間分布;或具有與其他變量對(duì)比、再進(jìn)行推斷與判斷的功能。也就是說(shuō)，傳感器不僅具有感官功能，而且與具有信息處理功能的微型計(jì)算機(jī)形成一個(gè)整體的檢測(cè)系統(tǒng)，這就是集成化傳感器。集成化傳感器的典型例子是半導(dǎo)體壓力傳感器。返回上一頁(yè)表1一1汽車各系統(tǒng)所用傳感器的種類與目的返回表1一2發(fā)動(dòng)機(jī)的計(jì)量項(xiàng)目與特性要求返回表1一3發(fā)動(dòng)機(jī)用傳感器的典型環(huán)境條件(行駛狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)艙)返回表1一4特殊環(huán)境條件返回圖1一1各系統(tǒng)上與傳感器相關(guān)的檢測(cè)項(xiàng)目返回第2章溫度傳感器2.1關(guān)于溫度的單位2.2溫度傳感器的分類2.3金屬熱電阻2.4熱敏電阻2.5熱電式溫度傳感器(熱電偶)2.6溫度熔斷器2.7測(cè)量溫度時(shí)的注意事項(xiàng)2.8溫度傳感器的實(shí)際應(yīng)用2.9溫度傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣上的應(yīng)用2.1關(guān)于溫度的單位我國(guó)法定計(jì)量單位是以國(guó)際單位制為基礎(chǔ)，根據(jù)我國(guó)的情況，加選了17個(gè)非國(guó)際單位制的單位構(gòu)成。其中包括國(guó)際單位制的基本單位7個(gè)，這7個(gè)基本單位中，有一個(gè)量為熱力學(xué)溫度，單位名稱為開[爾文]，單位符號(hào)為K。熱力學(xué)溫度是根據(jù)熱力學(xué)原理定義的。對(duì)熱力學(xué)溫度，過(guò)去有過(guò)一些其他名稱，例如，絕對(duì)溫度、開氏溫度等現(xiàn)已不再繼續(xù)使用。規(guī)定水的三相點(diǎn)(水、水蒸氣和冰共存的狀態(tài)，不包含空氣)熱力學(xué)溫度的1/273.16，為熱力學(xué)溫度單位開[爾文]。下一頁(yè)返回2.1關(guān)于溫度的單位

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3102.4《熱學(xué)的量和單位》中還規(guī)定了另一個(gè)量為攝氏溫度，攝氏溫度是SI中的一個(gè)導(dǎo)出量，其單位名稱是攝氏度。攝氏溫度t按下述公式定義式中:t為攝氏溫度;T為熱力學(xué)溫度;T0為273.15K.

攝氏溫度的符號(hào)為t或θ。“攝氏度”是表示攝氏溫度時(shí)用來(lái)代替[開爾文」的一個(gè)專用名稱。根據(jù)上面的定義可知，熱力學(xué)溫度的273.15K就是攝氏溫度的0℃.

有人將20℃讀為“攝氏20度”，這種讀法把一個(gè)單位名稱分開，其中插入數(shù)值的讀法很不恰當(dāng)，“攝氏度”應(yīng)作為一個(gè)整體使用;在書寫符號(hào)℃時(shí)，也不應(yīng)把小圈放到數(shù)字的右上角，必須使小圈在“C”的左上角，這也是因?yàn)椤媸且粋€(gè)整體.返回上一頁(yè)2.2溫度傳感器的分類溫度傳感器的種類和工作溫度范圍見表2一1，就發(fā)動(dòng)機(jī)控制用傳感器來(lái)說(shuō)，測(cè)試范圍非常寬，為-40℃~1000℃，而且只用簡(jiǎn)單的回路就能得到電信號(hào)輸出，所以基本上來(lái)說(shuō)，不采用彈性、顏色及光線式溫度傳感器。從表2一1可以看出，用一種傳感器難以覆蓋很寬的溫度范圍，所以就需要按使用目的選定傳感器。三種典型的溫度傳感器分別為：熱電偶、金屬測(cè)溫電阻、熱敏電阻。返回2.3金屬熱電阻大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻都是隨溫度而變化的，而且具有正溫度系數(shù)a,即溫度越高，電阻越大，由此而稱為“熱電阻”。純金屬的電阻除受溫度影響之外，還受雜質(zhì)含量的影響，這兩個(gè)因素之間的相互作用比較小，電阻的溫度系數(shù)很小而且也比較穩(wěn)定，一般精度為(3000~7000)x10-6/℃。但是因其自身的電阻值很低，要想達(dá)到能夠?qū)嵱玫碾娮柚担托枰瞥煞浅＜?xì)的金屬絲或薄膜，若化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的話，還難以利用;此外還希望在晶格結(jié)構(gòu)不變的范圍內(nèi)使用，所以目前，利用金屬熱電阻作傳感器的，主要是Ni與Pt.下一頁(yè)返回2.3金屬熱電阻在金屬當(dāng)中，Pt的熔點(diǎn)較高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，容易制得高純度的材料，在很廣的溫度范圍內(nèi)，電阻大都是按線性變化，所以很久以來(lái)，就用鉑(Pt)作標(biāo)準(zhǔn)的溫度傳感器。利用熱電阻測(cè)量溫度的依據(jù)是，將被測(cè)溫度下的電阻值與參考溫度0℃時(shí)的電阻值相比，看其變化量有多少，所以0℃的阻值R0十分重要，原材料的純度和制造工藝對(duì)R0都有影響;對(duì)測(cè)量溫度有直接影響的另一個(gè)溫度系數(shù)是電阻溫度系數(shù)，為便于比較，一般常選用100℃的電阻值與0℃時(shí)電阻值的比值來(lái)表示。下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.3金屬熱電阻

Ф50μm鉑絲的電阻值為50一100歐姆，在裝車使用時(shí)，此部件之外的線束阻值的變動(dòng)也會(huì)影響到溫度的測(cè)量，即形成溫度誤差，所以在線束較長(zhǎng)的情況下，就利用3線橋式接法以補(bǔ)償引線形成的電阻。在現(xiàn)代的電控發(fā)動(dòng)機(jī)上，采用了熱絲式空氣流量傳感器間接測(cè)定空氣溫度。更新型的，還有將這種細(xì)絲制成約200nm的薄膜，即逐漸演變成熱膜形傳感器。鎳絲電阻的溫度系數(shù)約為6700x10-6/℃，此值還是比較高的，所以鎳是制作低溫用溫度傳感器的好材料，以前就報(bào)導(dǎo)過(guò):將鎳絲繞在骨架上，或?qū)⒑嚌{料燒成在基片上，制作進(jìn)氣溫度傳感器及水溫傳感器;也有制作鎳膜傳感器的。返回上一頁(yè)2.4熱敏電阻熱敏電阻用陶瓷半導(dǎo)體材料制成，一般說(shuō)來(lái)，這是一種溫度系數(shù)很高的電阻材料。金屬電阻與熱力學(xué)溫度成比例，而陶瓷半導(dǎo)體的電阻與其呈指數(shù)關(guān)系。熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻器、負(fù)溫度系魏NTC)熱敏電阻器和臨界溫度熱敏電阻器(CTR)、線性熱敏電阻器.

大多數(shù)的熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，簡(jiǎn)稱為NTC型熱敏電阻，其阻值與溫度的關(guān)系，可用下列公式表述：下一頁(yè)返回2.4熱敏電阻用曲線表示上述關(guān)系，如圖2一1所示，溫度越高，阻值越低，而且呈明顯的非線性關(guān)系。熱敏電阻在其本身溫度變化1℃時(shí)，電阻值的相對(duì)變化量，為熱敏電阻的溫度系數(shù)，溫度系數(shù)用αT表示.

與金屬熱電阻相比，熱敏電阻的阻值化量要高10多倍，而且其電阻溫度系數(shù)也不是常數(shù)，而是隨溫度變化的。因此，一般是把B(單位為K)看作是常數(shù)，來(lái)求出電阻溫度系數(shù)的。這也說(shuō)明，B值越大，熱敏電阻隨溫度變化的程度就越大。下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.4熱敏電阻從前面的公式與說(shuō)明中可以看出:隨著溫度的變化，熱敏電阻阻值有很大的變化，從實(shí)用上來(lái)說(shuō)，容易得到很大的信號(hào)變化。此外，與金屬熱電阻相比，很容易制出數(shù)kΩ至數(shù)百kΩ的熱敏電阻，所以即便是加長(zhǎng)引線，引線的電阻也可以忽略不計(jì)，這就是熱敏電阻的優(yōu)點(diǎn)。但另一方面，溫度范圍很寬時(shí)，因?yàn)樽柚底兓^(guò)大，用簡(jiǎn)單的電路難以測(cè)量，這是其缺點(diǎn)。熱敏電阻的特點(diǎn)是:用很簡(jiǎn)單的電路可以檢測(cè)某一特定點(diǎn)的溫度，測(cè)試精度高;但想測(cè)量寬范圍的溫度時(shí)，用金屬熱電阻或熱電偶好些。返回上一頁(yè)2.5熱電式溫度傳感器(熱電偶)將兩種材質(zhì)不同的金屬導(dǎo)線連接在一起，如圖2一2所示，當(dāng)在A,B兩點(diǎn)間形成溫度差△TAB時(shí)，兩點(diǎn)間就會(huì)出現(xiàn)電位差△VAB，稱這種現(xiàn)象為塞貝克效應(yīng)。溫差電動(dòng)勢(shì)溫度傳感器就是通過(guò)測(cè)定△VAB來(lái)求出溫度的。這種測(cè)量方法的特點(diǎn)是:如A,B的材質(zhì)均勻，其電勢(shì)大小與沿?zé)犭姌O長(zhǎng)度上的溫度分布無(wú)關(guān)，僅取決于A,B兩端的溫度差。因此，當(dāng)用很細(xì)的金屬絲且至測(cè)定端的觸點(diǎn)又做得很小的話，就可以測(cè)定相當(dāng)狹窄區(qū)域處的溫度。將△VAB/△TAB之比稱作熱電偶的熱電勢(shì)率或塞貝克系數(shù)，對(duì)兩種不同金屬的組合來(lái)說(shuō)，它是一項(xiàng)固定的數(shù)值.下一頁(yè)返回2.5熱電式溫度傳感器(熱電偶)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)主要用的是高溫傳感器，即從PR,CA,CRC,CC之中選用。實(shí)際常用的還是CA型，高溫環(huán)境也用一部分PR型，后面解釋時(shí)也主要是針對(duì)這兩類而言。一般采用圖2一3所示的接線方法，在A,B之間低溫部位的B,C之間采用耐熱能力較低且價(jià)格低廉的低電阻導(dǎo)線，而且往往采用與熱電偶溫差電勢(shì)特性很相似的補(bǔ)償導(dǎo)線。下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.5熱電式溫度傳感器(熱電偶)根據(jù)各熱電偶準(zhǔn)備專用的補(bǔ)償導(dǎo)線，并正確地使用補(bǔ)償導(dǎo)線。因?yàn)槔脺夭铍妱?dòng)勢(shì)測(cè)量的是兩點(diǎn)之間的溫度差，所以就要保證一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的溫度為一定值，或者是一直測(cè)量那一部位的溫度，并及時(shí)修正。前者多半是利用水一冰的混合液來(lái)保持0℃(即冰點(diǎn)式基準(zhǔn)觸點(diǎn))，后者有用晶體管與二極管的溫差電動(dòng)勢(shì)的。但采用溫差電動(dòng)勢(shì)法測(cè)量溫度時(shí)，需要很復(fù)雜的控制電路，它包括有傳感器—補(bǔ)償導(dǎo)線—基準(zhǔn)觸點(diǎn)補(bǔ)償—放大—線性放大，造價(jià)很高，雖然在測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)常用這種方法，但在控制上用的不多。

(1)鉻鎳一鋁鎳熱電偶。

(2)鉑一鍺(PR)熱電偶。返回上一頁(yè)2.6溫度熔斷器純金屬的熔點(diǎn)是穩(wěn)定值，可以作為基準(zhǔn)溫度值使用按國(guó)際實(shí)用溫度(IPTS),Sn,Zn,Ag,Au的凝固點(diǎn)分別為231.9681℃,419.58℃,961.93℃,1064.43℃，此外Pd,Pt的熔點(diǎn)1554℃、1772℃也是作基準(zhǔn)使用的，但這些都是在計(jì)量溫度時(shí)作為標(biāo)準(zhǔn)用的。由于這些物質(zhì)的熔點(diǎn)不能自由選擇，在氧化還原時(shí)，熔斷體穩(wěn)定，不是達(dá)到某種程度以上時(shí)就沒有流動(dòng)性，所以從這兩點(diǎn)看還不能作為熔斷器使用。下一頁(yè)返回2.6溫度熔斷器

Pb一Sn系列的低溫焊錫僅能用于保護(hù)家電產(chǎn)品及其電路。為了得到適宜的熔點(diǎn)，就要利用含兩種以上金屬成分的合金，一般來(lái)說(shuō)，不是制作特定化合物，而將兩種金屬混合時(shí)的典型特性如圖2一4所示。圖2一4(a)是兩種成分連續(xù)變化的固熔形，熔點(diǎn)隨著混合比連續(xù)地變化。圖2一4(b)是將A,B兩種混合后的熔點(diǎn)降低形，將C點(diǎn)叫作共熔點(diǎn)。這兩個(gè)狀態(tài)圖存在著共同點(diǎn)，那就是，將兩種材料混合后，只要不是制作特定的化合物，除共熔點(diǎn)之外沒有明確的熔點(diǎn)，并都有液體與固體同時(shí)存在的區(qū)域，如圖中L+S部分，在這一區(qū)域內(nèi)，未熔化的成分漂混在已熔化的液體之中，呈半熔化狀態(tài)，它將對(duì)熔斷器的熔斷狀態(tài)產(chǎn)生影響。就純金屬、金屬化合物及有共熔點(diǎn)的合金來(lái)說(shuō)，其固體會(huì)一下子全部熔化成液體，若制作熔斷器的話，其熔斷狀態(tài)好。返回上一頁(yè)2.7測(cè)量溫度時(shí)的注意事項(xiàng)2.7.1表面溫度的測(cè)定測(cè)量溫度時(shí)，大部分的誤差是因測(cè)量時(shí)破壞了熱傳導(dǎo)的平衡而形成的，需測(cè)定的表面(規(guī)定點(diǎn))與被測(cè)點(diǎn)的溫度不同時(shí)，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測(cè)量。實(shí)際上，當(dāng)鉆結(jié)劑的熱傳導(dǎo)率低于被測(cè)體的話，就會(huì)產(chǎn)生溫度差，因此要盡可能使實(shí)際測(cè)量點(diǎn)靠近規(guī)定點(diǎn)。因?yàn)闊崃繒?huì)從規(guī)定點(diǎn)傳入實(shí)際測(cè)量點(diǎn)，并傳至熱電偶的芯線中，所以規(guī)定點(diǎn)的溫度就會(huì)低于實(shí)際溫度。與被測(cè)物體的熱容量相比，若熱電偶、鉆結(jié)劑的熱容量較大，達(dá)到不可忽略的程度時(shí)，這一影響就更大了。為了正確地測(cè)量表面溫度，最好采用Ф50μm的極細(xì)熱電偶，并盡量貼近規(guī)定點(diǎn)。下一頁(yè)返回2.7測(cè)量溫度時(shí)的注意事項(xiàng)2.7.2固體表面的影響截面積為A，周長(zhǎng)為P的溫度傳感器離開固體表面至流體中的誤差△T可用下式表示:

式中:h為從流體至傳感器的熱傳遞系數(shù);k為從傳感器至固體表面的熱傳導(dǎo)系數(shù).下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.7測(cè)量溫度時(shí)的注意事項(xiàng)2.7.3響應(yīng)性溫度傳感器的響應(yīng)性近似于1次滯后方式，即可用下式來(lái)表示:

式中:τ為時(shí)間常數(shù);T為溫度;t為時(shí)間;h為熱傳遞系數(shù);A為傳感器的表面積;W為傳感器的質(zhì)量;c為傳感器的比熱。下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.7測(cè)量溫度時(shí)的注意事項(xiàng)2.7.4溫度傳感器的壽命預(yù)測(cè)只要溫度傳感器的元件不是直接置于流體中，對(duì)溫度傳感器的壽命來(lái)說(shuō)，僅考慮熱老化就可以了。這時(shí)，與化學(xué)反應(yīng)速度的原理相似，老化速度可用下式表示:

式中:△R/R為電阻或者是輸出的變化率;t為時(shí)間;L為壽命;A,B,C為常數(shù);Ea為活化能;k為玻爾茲曼常數(shù)。返回上一頁(yè)2.8溫度傳感器的實(shí)際應(yīng)用2.8.1水(液)溫傳感器之一采用熱敏電阻作檢測(cè)元件的水溫傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2一5所示，可以說(shuō)這是一種典型的水溫傳感器，主要用于電子控制式燃油噴射裝置上檢測(cè)冷卻水溫，它把溫度的變化以電阻值變化的方式檢測(cè)出來(lái)，隨溫度的不同電阻值發(fā)生很大的變化。熱敏電阻式水溫傳感器特性的例子如圖2一6所示，當(dāng)水溫較低時(shí)，電阻值較大，隨著水溫的升高，電阻值逐漸降低。下一頁(yè)返回2.8溫度傳感器的實(shí)際應(yīng)用2.8.2水(液)溫傳感器之二這種傳感器所用檢測(cè)元件也是熱敏電阻，其結(jié)構(gòu)如圖2一7所示，在汽車上一般用于檢測(cè)冷卻水溫、潤(rùn)滑油溫度等，用于水溫表上的例子如圖2一8所示。熱敏電阻用于發(fā)送信號(hào)部件上，它與接收部件的加熱線圈串聯(lián)，當(dāng)水溫較低時(shí)，因?yàn)闊崦綦娮璧淖柚递^高，所以電路中的電流比較小，加熱線圈的發(fā)熱量較小，雙金屬片只彎曲一點(diǎn)點(diǎn)，指針指示于低溫側(cè)。當(dāng)水溫升高時(shí)，熱敏電阻的阻值減小，回路中的電流增大，加熱線圈的加熱溫度升高，雙金屬片彎曲度較大，指針指向高溫側(cè)。水溫表用水溫傳感器的特性如圖2一9所示.下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.8溫度傳感器的實(shí)際應(yīng)用2.8.3車外氣溫傳感器這種傳感器用于檢測(cè)車輛外部的空氣溫度。它采用的是防水結(jié)構(gòu)，即便在淋水的環(huán)境中也可以使用。對(duì)這種傳感器也允分考慮了它的熱響應(yīng)性，以保證在等待交通信號(hào)時(shí)不會(huì)檢測(cè)到前方車輛排放氣體的熱量。這種傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2一10所示，檢測(cè)元件采用的是熱敏電阻。車外氣溫變化時(shí)，傳感器的阻值發(fā)生變化，溫度升高時(shí)，電阻值下降;溫度下降時(shí)，電阻值升高。下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.8溫度傳感器的實(shí)際應(yīng)用在汽車的微機(jī)控制空調(diào)系統(tǒng)上，利用這種傳感器測(cè)量車外空氣溫度。微機(jī)控制空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)如圖2一11所示.

將車內(nèi)氣溫傳感器、電位計(jì)及車外氣溫傳感器串聯(lián)，車外氣溫傳感器的阻值隨車外氣溫變化，這樣，即便車外氣溫改變，也能保持車廂內(nèi)的溫度是一定的。車外氣溫傳感器的特性如圖2一12所示.下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.8溫度傳感器的實(shí)際應(yīng)用2.8.4進(jìn)氣溫度傳感器進(jìn)氣溫度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2一13所示，與前面講過(guò)的傳感器類似，檢測(cè)元件采用的是熱敏電阻。進(jìn)氣溫度傳感器的作用是檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣的溫度。在L型電子控制燃油噴射裝置上，此傳感器安裝在空氣流量傳感器內(nèi)。在D型電子控制燃油噴射裝置上，它安裝在空氣濾清器的外殼上或穩(wěn)壓罐內(nèi)。傳感器內(nèi)的熱敏電阻的特性與水溫傳感器之一的熱敏電阻特性相同。為正確地檢測(cè)進(jìn)氣溫度，用塑料制外殼將進(jìn)氣溫度傳感器保護(hù)起來(lái)，以防止安裝部位的溫度影響傳感器.下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.8溫度傳感器的實(shí)際應(yīng)用在電子控制汽油噴射裝置上，將進(jìn)氣溫度傳感器的進(jìn)氣溫度信號(hào)輸入到電子控制器(ECU)中，根據(jù)溫度的變化狀況，利用ECU控制噴油量。進(jìn)氣溫度傳感器與汽油噴射系統(tǒng)之間關(guān)系的示意圖如圖2一14所示。進(jìn)氣溫度傳感器的特性如圖2一15所示。下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.8溫度傳感器的實(shí)際應(yīng)用2.8.5熱敏傳感器這種傳感器也是用在電子控制式燃油噴射系統(tǒng)上，用于檢測(cè)進(jìn)氣溫度的。其上的檢測(cè)元件與前面介紹過(guò)的其他溫度傳感器一樣，也是采用熱敏電阻。它最大的優(yōu)點(diǎn)是:利用一個(gè)墊圈就可以很方便地安裝在空氣濾清器的殼體上。很多小客車上的進(jìn)氣溫度都采用這種形式的進(jìn)氣溫度傳感器進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)構(gòu)如圖2一16所示。其安裝于車上時(shí)的示意圖如圖2一17所示。采用熱敏傳感器檢測(cè)進(jìn)氣溫度的檢測(cè)系統(tǒng)原理圖如圖2一18所示。熱敏傳感器的特性如圖2一19所示.下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.8溫度傳感器的實(shí)際應(yīng)用2.8.6蒸發(fā)器出口溫度傳感器這種傳感器也是用熱敏電阻作溫度檢測(cè)元件的，它安裝在空調(diào)出風(fēng)口處蒸發(fā)器的散熱筋上，用以檢測(cè)散熱筋表面的溫度變化以便控制壓縮機(jī)的工作狀態(tài)，其溫度的工作范圍為一20℃一60℃。傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2一20所示，其安裝狀態(tài)如圖2一21所示。圖2一22是空調(diào)系統(tǒng)的方框圖，工作時(shí)，利用溫度測(cè)量用熱敏電阻與溫度設(shè)定用調(diào)節(jié)電位器的信號(hào)，并將熱敏電阻與調(diào)節(jié)電位器的輸入信號(hào)加以比較、放大，以接通或斷開電磁離合器。此外，利用此傳感器的信號(hào)，可防止蒸發(fā)器出現(xiàn)冰堵現(xiàn)象。蒸發(fā)器出口溫度傳感器特性的例子如圖2一23所示。下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.8溫度傳感器的實(shí)際應(yīng)用2.8.7熱敏開關(guān)熱敏開關(guān)用于空調(diào)上檢測(cè)溫度。目的是根據(jù)設(shè)定狀態(tài)控制壓縮機(jī)，以提高壓縮機(jī)的工作效率。熱敏開關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖2一24所示，傳感器內(nèi)包括有熱敏鐵氧體、舌簧開關(guān)及永久磁鐵。當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度以上時(shí)，熱敏鐵氧體的導(dǎo)磁率急劇下降，就利用熱敏鐵氧體的這一性質(zhì)來(lái)接通與斷開舌簧開關(guān)。此外，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)臒崦翳F氧體，保證在一20℃一105℃之間設(shè)定溫度。下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.8溫度傳感器的實(shí)際應(yīng)用2.8.8微機(jī)控制空調(diào)用傳感器小結(jié)微機(jī)控制空調(diào)就是根據(jù)車內(nèi)氣溫(車內(nèi)氣溫傳感器)、車外氣溫(車外氣溫傳感器)及日照量(日照傳感器)的信息，通過(guò)輸出必要的控制量(出風(fēng)溫度、出風(fēng)量、出風(fēng)口、車內(nèi)外氣溫及壓縮機(jī)通斷)，形成舒適的車內(nèi)環(huán)境。為了實(shí)現(xiàn)所需要的出風(fēng)溫度，利用冷風(fēng)側(cè)溫度(蒸發(fā)器出口溫度傳感器)及暖風(fēng)側(cè)溫度(加熱器水溫傳感器)來(lái)控制空氣混合的比例。下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.8溫度傳感器的實(shí)際應(yīng)用2.8.9熱敏鐵氧體式熱敏開關(guān)之二這種傳感器的工作原理與2.8.7節(jié)介紹的熱敏開關(guān)的工作原理與構(gòu)成相同，但其結(jié)構(gòu)有所不同。在汽車上，可以利用這種傳感器控制散熱器的冷卻風(fēng)扇。當(dāng)檢測(cè)出冷卻水溫度較低時(shí)，則使舌簧開關(guān)閉合，冷卻風(fēng)扇繼電器斷開，冷卻風(fēng)扇不旋轉(zhuǎn)。此外，也有用這種傳感器來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)油壓指示燈的。熱敏鐵氧體式熱敏開關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖2一25所示。下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.8溫度傳感器的實(shí)際應(yīng)用2.8.10雙金屬片型熱敏開關(guān)這種傳感器也是用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫、通斷電信號(hào)，由此控制散熱器冷卻風(fēng)扇工作狀態(tài)的。雙金屬片是由熱膨脹系數(shù)不同的兩枚金屬片粘合而成的部件。溫度變化時(shí)，兩枚金屬片的熱膨脹程度不同，結(jié)果會(huì)向熱膨脹程度小的一側(cè)彎曲，利用這一原理實(shí)現(xiàn)控制作用。雙金屬片主要采用鐵鎳合金與青銅制成。本節(jié)所說(shuō)的熱敏開關(guān)，選用了圓盤形金屬片，以便快速斷開電信號(hào)。雙金屬片式熱敏開關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖2一26所示。采用雙金屬片式熱敏開關(guān)的散熱器冷卻系統(tǒng)的工作原理與上節(jié)講過(guò)的采用鐵氧體式熱敏開關(guān)的散熱器冷卻系統(tǒng)相同。雙金屬片式熱敏開關(guān)的工作方式分常閉型和常開型兩種。這種熱敏開關(guān)也可用于控制油溫報(bào)警燈。下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.8溫度傳感器的實(shí)際應(yīng)用2.8.11氣體溫度傳感器還有少部分小客車用發(fā)動(dòng)機(jī)采用了化油器供油方式，其進(jìn)氣控制可以采用氣體溫度傳感器這種傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2一27所示。發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣溫度調(diào)節(jié)裝置(HAI系統(tǒng))采用雙金屬片式氣體溫度傳感器后，就可測(cè)出進(jìn)氣溫度的變化，再通過(guò)真空膜片調(diào)節(jié)冷空氣和溫暖空氣的比例。下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.8溫度傳感器的實(shí)際應(yīng)用2.8.12氣體溫度傳感器(ITC閥)

這也是在化油器規(guī)格車上使用的傳感器，它可以用作低溫時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度調(diào)節(jié)裝置用傳感器(HAI傳感器)及高溫時(shí)怠速補(bǔ)償用傳感器(HIC傳感器)。傳感器利用石蠟作檢測(cè)元件，當(dāng)溫度升高時(shí)，石蠟膨脹，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，再設(shè)定溫度打開及關(guān)閉閥門，此外，在溫度升高時(shí)，改變節(jié)流孔的截面積。氣體溫度傳感器(ITC閥)的結(jié)構(gòu)如圖2一28所示。這種傳感器也有執(zhí)行器的作用。返回上一頁(yè)2.9溫度傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣上的應(yīng)用2.9.1催化劑用溫度傳感器催化劑用溫度傳感器又稱為排氣溫度傳感器，屬于高溫型溫度傳感器，它作為一項(xiàng)較大的科研項(xiàng)目是從20世紀(jì)70年代開始研究、開發(fā)的。因?yàn)閷?duì)裝用催化劑變換器的車輛規(guī)定了必須要配有高溫報(bào)警系統(tǒng)，因此就需要高溫型溫度傳感器。這種傳感器的工作環(huán)境非常惡劣，它屬于保證安全、防止公害為目的的傳感器，對(duì)其可靠性的要求非常高。下一頁(yè)返回2.9溫度傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣上的應(yīng)用催化劑用溫度傳感器安裝在催化劑變換器的后面。催化劑用溫度傳感器不僅總是處于高溫、具有腐蝕性的排放氣體中，而且還要反復(fù)承受從低溫區(qū)怠速啟動(dòng)至滿負(fù)荷高速條件下的溫度急劇變化，承受發(fā)動(dòng)機(jī)與車身的振動(dòng);還要具有防水性;對(duì)路面的飛石要有對(duì)策等。設(shè)計(jì)傳感器，就是要開發(fā)出從結(jié)構(gòu)上滿足上述要求，具有足夠可靠性，并與之配合的檢測(cè)元件，能夠恰當(dāng)組合的產(chǎn)品。下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.9溫度傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣上的應(yīng)用

(1)催化劑溫度傳感器的種類及使用。這種傳感器的作用是:在催化劑變換器異常發(fā)熱時(shí)，能夠快速地發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便保護(hù)催化劑變換器并防止高溫引發(fā)故障。從可靠性與成本兩方面平衡考慮，目前實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)的有熱敏電阻型、熱電偶型、熔斷器型三種，直至現(xiàn)在還是按使用目的分別選用。下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.9溫度傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣上的應(yīng)用

(2)排氣溫度傳感器的結(jié)構(gòu)。已大批量生產(chǎn)的熱敏電阻型、熱電偶型、熔斷器型溫度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2一29所示。不論哪一種傳感器，都是把測(cè)溫元件置于不銹鋼套內(nèi)部的頂端處，其周圍用耐高溫的無(wú)機(jī)氧化物粉末保護(hù)起來(lái)，再用玻璃將傳感器的本體加以密封，利用耐高溫的引出線輸出信號(hào)。下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.9溫度傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣上的應(yīng)用

(3)排氣溫度傳感器的規(guī)格與可靠性評(píng)價(jià)試驗(yàn)的例子。典型的耐久性試驗(yàn)方法如下所述:耐久性試驗(yàn)分為檢測(cè)部位的耐久性試驗(yàn)—高溫存放、溫度循環(huán)以及異常高溫試驗(yàn)和裝配結(jié)構(gòu)的耐久性試驗(yàn)—機(jī)械強(qiáng)度與環(huán)境試驗(yàn)。①溫度循環(huán)試驗(yàn)②高溫存放試驗(yàn)③異常高溫試驗(yàn)④振動(dòng)試驗(yàn)⑤引線抗彎性能試驗(yàn)⑥鹽霧試驗(yàn)⑦跌落試驗(yàn)下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.9溫度傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣上的應(yīng)用2.9.2EGR監(jiān)測(cè)溫度傳感器在汽車控制用溫度傳感器的開發(fā)過(guò)程中，與排放法規(guī)相關(guān)的另一個(gè)產(chǎn)品是EGR監(jiān)測(cè)溫度傳感器這種傳感器必須具有非常高的可靠性。此外還有監(jiān)測(cè)EGR閥工作位置型的傳感器、監(jiān)測(cè)排氣流量的傳感器。但這里僅對(duì)中溫?zé)崦綦娮枋降腅GR監(jiān)測(cè)溫度傳感器的概況加以說(shuō)明。下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.9溫度傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣上的應(yīng)用

(1)背景。由于美國(guó)的加利福尼亞州頒布了世界上最嚴(yán)格的排放法規(guī)，因而就要強(qiáng)制安裝EGR監(jiān)測(cè)溫度傳感器。加利福尼亞州的法規(guī)中規(guī)定:自1988年生產(chǎn)的車輛上的排氣裝置無(wú)法發(fā)揮自身功能時(shí)，必須就此提醒司乘人員，也就是說(shuō)，要時(shí)刻監(jiān)測(cè)EGR(排氣循環(huán)系統(tǒng))上的閥門是否正常工作。它一直都被作為是普通的汽車用環(huán)保裝置。EGR系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理如圖2一30所示，此系統(tǒng)將排氣歧管排放氣體中的部分氣體再循環(huán)到進(jìn)氣歧管中，這一部分就由EGR閥控制。

EGR監(jiān)測(cè)溫度傳感器，處于EGR閥的下游，它的作用就是監(jiān)測(cè)EGR閥的工作是否正常.下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.9溫度傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣上的應(yīng)用

(2)EGR監(jiān)測(cè)溫度傳感器的結(jié)構(gòu)與用法。EGR監(jiān)測(cè)溫度傳感器的作用是檢測(cè)EGR閥下游的再循環(huán)氣體的溫度變化情況，由此來(lái)監(jiān)測(cè)EGR閥的工作狀況。在普通的行車條件下，EGR閥附近的廢氣溫度為100℃一200℃，在高速、重負(fù)荷的條件下，升高到300℃一400℃。當(dāng)因某種故障沒有廢氣循環(huán)時(shí)，EGR閥附近的廢氣溫度立刻下降，與當(dāng)時(shí)的進(jìn)氣溫度及發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)溫度有關(guān)，但大致是降到50℃以下。沒有廢氣循環(huán)的原因可能有:控制器引起系統(tǒng)停止工作;EGR管路中的沉淀物堵塞了通路。標(biāo)準(zhǔn)型EGR監(jiān)測(cè)溫度傳感器的結(jié)構(gòu).下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.9溫度傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣上的應(yīng)用從以上說(shuō)明可知:這種傳感器應(yīng)該檢測(cè)的溫度范圍為50℃一400℃，因此就要求各構(gòu)成部件對(duì)上表所示的工作溫度具有足夠的可靠性。作為測(cè)溫元件來(lái)說(shuō)，就應(yīng)選用穩(wěn)定性好、可靠性高的熱敏電阻。而熱電偶就不適于用作EGR監(jiān)測(cè)溫度傳感器的測(cè)溫元件，這是因?yàn)樵诖藴囟确秶?，其輸出電壓僅有2一16mV，此點(diǎn)火系統(tǒng)的干擾也會(huì)造成其誤動(dòng)作。返回上一頁(yè)表2一1溫度傳感器種類和工作溫度范圍返回圖2一1Pt電阻與熱敏電阻的溫度特性返回圖2一2熱電偶的原理返回圖2一3補(bǔ)償導(dǎo)線返回圖2一4兩種成分混合時(shí)的狀態(tài)圖返回圖2一5水溫傳感器的結(jié)構(gòu)返回圖2一6水溫傳感器特性的例子返回圖2一7儀表用水溫傳感器的結(jié)構(gòu)返回圖2一8水溫表用水溫傳感器的例子返回圖2一9用于水溫表上的傳感器的特性返回圖2一10車外氣溫傳感器的結(jié)構(gòu)返回圖2一11微機(jī)控制牢調(diào)系統(tǒng)上的溫度控制系統(tǒng)返回圖2一12車外氣溫傳感器的特性(舉例)返回圖2一13進(jìn)氣溫度傳感器的結(jié)構(gòu)返回圖2一14進(jìn)氣溫度傳感器與汽油噴射系統(tǒng)返回圖2一15進(jìn)氣溫度傳感器的特性返回圖2一16熱敏傳感器的結(jié)構(gòu)返回圖2一17熱敏傳感器的安裝示例返回圖2一18電子控制燃油噴射裝置上進(jìn)氣溫度檢測(cè)系統(tǒng)的原理圖返回圖2一19熱敏傳感器特性返回圖2一20蒸發(fā)器出口溫度傳感器的結(jié)構(gòu)返回圖2一21蒸發(fā)器出口溫度傳感器的安裝狀態(tài)返回圖2一22利用蒸發(fā)器出口溫度傳感器的牢調(diào)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)方框圖返回圖2一23蒸發(fā)器溫度傳感器的特性返回圖2一24熱磁式熱敏開關(guān)的結(jié)構(gòu)返回圖2一25熱敏鐵氧體式熱敏開關(guān)的結(jié)構(gòu)返回圖2一26雙金屬片式熱敏開關(guān)的結(jié)構(gòu)原理返回圖2一27雙金屬片式氣體溫度傳感器的結(jié)構(gòu)返回圖2一28熱敏石蠟式氣體溫度傳感器返回圖2一29各種排氣溫度傳感器的結(jié)構(gòu)返回圖2一30EGR系統(tǒng)(廢氣循環(huán)系統(tǒng))返回第3章空氣流量傳感器3.1動(dòng)片式空氣流量傳感器3.2卡曼渦旋式空氣流量傳感器3.3熱絲式空氣流量傳感器3.4各種空氣流量傳感器的比較3.5MEMS空氣流量傳感器的傳感部件3.6微型空氣流量傳感器3.1動(dòng)片式空氣流量傳感器3.1.1動(dòng)片式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)動(dòng)片式空氣流量傳感器裝在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上，它安裝于空氣濾清器與節(jié)氣門之間，其功能是檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，并把檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再輸入到微機(jī)中。該傳感器由空氣流量計(jì)與電位計(jì)兩部分組成，其結(jié)構(gòu)的剖面圖與示意圖分別如圖3一1與圖3一2所示。下一頁(yè)返回3.1動(dòng)片式空氣流量傳感器先來(lái)看空氣流量傳感器的工作過(guò)程。由空氣濾清器吸入的空氣沖向動(dòng)片，動(dòng)片轉(zhuǎn)動(dòng)到進(jìn)氣量與回位彈簧平衡的位置處停止，也就是說(shuō)，動(dòng)片的開度與進(jìn)氣量成正比。在動(dòng)片的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上還裝有電位計(jì)，電位計(jì)的滑動(dòng)臂與動(dòng)片同步轉(zhuǎn)動(dòng)，利用滑動(dòng)電阻的電壓降把測(cè)量片的開度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后輸入到控制電路中。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1動(dòng)片式空氣流量傳感器

電位計(jì)上設(shè)有燃油泵觸點(diǎn)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，動(dòng)片張開一定角度，燃油泵觸點(diǎn)閉合(ON),燃油泵工作;當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止時(shí)，燃油泵觸點(diǎn)斷開(OFF)，燃油泵停止。電位計(jì)的內(nèi)部電路與輸出特性的一個(gè)例子如圖3一3所示。空氣流量計(jì)與電位計(jì)共同將動(dòng)片的轉(zhuǎn)動(dòng)狀況變換成電壓來(lái)反映出進(jìn)氣量的多少。進(jìn)氣量與電壓之間的關(guān)系有兩種，一種是電壓比檢測(cè)，另一種是電壓值檢測(cè)，如圖3一4所示。采用電壓比檢測(cè)方式時(shí)，因電壓比與進(jìn)氣量成反比。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1動(dòng)片式空氣流量傳感器3.1.2動(dòng)片式空氣流量傳感器的測(cè)試原理

動(dòng)片式空氣流量傳感器的原理圖如圖3一5所示，設(shè)空氣流量為Q.

在回位彈簧的彈簧常數(shù)很小時(shí)，因?yàn)榭梢园裵1—p2:看成是一定值，所以可認(rèn)為Q∝A。此外，動(dòng)片的開口面積與打開角度相對(duì)應(yīng)，即與電位計(jì)的輸出電壓Us相關(guān)，所以在設(shè)定電位計(jì)時(shí)就要保證空氣流量Q與輸出電壓Us的關(guān)系符合Q∝(1/Us)。而且為了消除蓄電池電壓UB變化對(duì)測(cè)試值的影響，將Us/UB作為空氣流量傳感器的輸出。從上述可知，輸出Us/UB與體積流量Q成函數(shù)關(guān)系，所以采用進(jìn)氣溫度熱敏電阻修正空氣密度ρ隨溫度產(chǎn)生的變化，采用大氣壓傳感器對(duì)高原行車引起的變化加以修正。

上一頁(yè)返回3.2卡曼渦旋式空氣流量傳感器3.2.1檢測(cè)原理野外的架空電線被風(fēng)吹時(shí)會(huì)嗡嗡發(fā)出聲響，風(fēng)速越高聲音頻率越高，這是因氣流流過(guò)電線后形成渦旋所致，液體、氣體等中均會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象，利用這一現(xiàn)象可以制成渦旋式流量傳感器。在管道里設(shè)置柱狀物，使流體流過(guò)柱狀物之后形成兩列渦旋，根據(jù)渦旋出現(xiàn)的頻率就可以測(cè)量流量。因?yàn)闇u旋呈兩列平行狀，并且左右交替出現(xiàn)，與街道兩旁的路燈類似，所以有“渦街”之稱。因?yàn)檫@種現(xiàn)象首先為卡曼發(fā)現(xiàn)，所以也叫作卡曼渦街。

下一頁(yè)返回3.2卡曼渦旋式空氣流量傳感器

管路中設(shè)置了圓柱狀物之后，就會(huì)形成渦旋，若兩列平行的渦旋相距為h，同一列中先后出現(xiàn)的兩個(gè)渦旋的間隔距離為l，當(dāng)比值h/l為0.281時(shí)，所形成的渦旋是穩(wěn)定的并且是周期性的，這時(shí)，單側(cè)渦旋的產(chǎn)生頻率f與流體速度v1之間有如下關(guān)系:

在管道尺寸及柱狀體尺寸都已確定時(shí)，上式中f之前的各量均為常數(shù)，即qv與f成正比.

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2卡曼渦旋式空氣流量傳感器

柱狀體幾何形狀的設(shè)計(jì)，一方面與渦旋頻率的檢測(cè)手段有關(guān)，另一方面要使渦旋盡量沿柱狀物的長(zhǎng)方向同時(shí)產(chǎn)生，且同時(shí)與柱狀物分離，這樣才容易得到穩(wěn)定的渦列，而且信噪比強(qiáng)，容易檢測(cè)。但是柱狀體的長(zhǎng)度是有限的，靠近管道軸線處的流速高，靠近管壁處的流速低，而且沿柱狀物長(zhǎng)方向的各處產(chǎn)生的渦旋也不容易同步，由此，應(yīng)采用幾何形狀合理的柱狀物。關(guān)于渦旋頻率的檢測(cè)，目前已有多種方法。無(wú)非是利用渦旋的局部壓力、密度、流速等的變化作用于敏感元件，產(chǎn)生周期性電信號(hào)，再經(jīng)放大整形，得到方形脈沖。本節(jié)先來(lái)介紹超聲波式卡曼渦旋空氣流量傳感器。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2卡曼渦旋式空氣流量傳感器3.2.2超聲波式卡曼渦旋空氣流量傳感器超聲波式卡曼渦旋空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3-6所示，它安裝于空氣濾清器的內(nèi)部。超聲波空氣流量傳感器設(shè)有兩個(gè)進(jìn)氣通道:主通道和旁通道，進(jìn)氣流量的檢測(cè)部分就設(shè)在主通道上，設(shè)置旁通道的目的是為了能夠調(diào)整主通道的流量，以便使主通道的檢測(cè)特性呈理想狀態(tài)。也就是說(shuō)，對(duì)排氣量不同的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，通過(guò)改變空氣流量傳感器旁通道截面大小的方法，就可以用一種規(guī)格的空氣流量傳感器來(lái)覆蓋多種發(fā)動(dòng)機(jī)。主通道上的三角柱和數(shù)個(gè)渦旋放大板構(gòu)成卡曼渦旋發(fā)生器。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2卡曼渦旋式空氣流量傳感器

在產(chǎn)生卡曼渦旋處的兩側(cè)，相對(duì)地設(shè)置了屬于電子檢測(cè)裝置的超聲波發(fā)送器和超聲波接收器，也可以把這兩個(gè)部件歸入傳感器，這兩個(gè)電子傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)經(jīng)空氣流量傳感器的控制電路(混合集中電路)整形、放大后成理想波形，再輸入到微機(jī)中。為了利用超聲波檢查渦旋，在渦旋通道的內(nèi)壁上都粘有吸音材料，目的是防止超聲波出現(xiàn)不規(guī)則反射。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2卡曼渦旋式空氣流量傳感器

這種空氣流量傳感器的流量檢測(cè)的原理電路如圖3一7所示。當(dāng)有卡曼渦旋產(chǎn)生時(shí)，就伴隨有速度及壓力的變化，流量檢測(cè)的基本原理就是利用其中速度的變化隨著空氣流動(dòng)方向的不同，聲波會(huì)被加速或者被減速。在日常生活中我們常常會(huì)遇到下述現(xiàn)象，當(dāng)逆風(fēng)方向喊人的時(shí)候，對(duì)方不容易聽到，而順風(fēng)方向喊人時(shí)，對(duì)方很容易聽到。因?yàn)榍罢叩目諝饬鲃?dòng)方向與聲波前進(jìn)方向相反，聲波受阻而減速，后者的聲波被加速，在超聲波式空氣流量傳感器中，也存在著同樣的現(xiàn)象。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2卡曼渦旋式空氣流量傳感器3.2.3壓力變化檢測(cè)型卡曼渦旋式空氣流量傳感器本節(jié)介紹利用壓力的變化來(lái)檢測(cè)渦旋頻率的空氣流量傳感器，有的將其稱為光學(xué)型卡曼渦旋式空氣流量傳感器。

圖3一8是壓力變化檢測(cè)型卡曼渦旋式空氣流量傳感器的原理圖。圖3一9是這種空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)圖，進(jìn)入傳感器的空氣流先經(jīng)蜂窩狀整流器，在考慮低流量下渦旋的穩(wěn)定性、壓力損耗等因素之后設(shè)計(jì)出蜂窩狀整流器單件尺寸的。在空氣通道內(nèi)設(shè)置有渦旋發(fā)生器，從其兩側(cè)就會(huì)產(chǎn)生與流速成正比的渦旋。在設(shè)計(jì)時(shí)就確定了流速與渦旋頻率之間為正比例關(guān)系，以保證在很寬的流量范圍上渦旋發(fā)生器都會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的強(qiáng)烈的渦旋。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2卡曼渦旋式空氣流量傳感器

下面再對(duì)這種空氣流量器稍加說(shuō)明，渦旋是從渦旋發(fā)生器兩端交替產(chǎn)生的，因此渦旋發(fā)生器兩端的壓力也交替變化，這種壓力變化通過(guò)渦流發(fā)生器下游側(cè)錐形柱上的導(dǎo)壓孔引導(dǎo)到反光鏡腔中，反光鏡腔中的反光鏡是用很細(xì)的張緊帶張緊的，所以，張緊帶上出現(xiàn)扭曲與振動(dòng)。此外，利用板彈簧給張緊帶加上適當(dāng)?shù)膹埩Γ纱?，除振?dòng)與渦旋壓力之外的壓力變化等難以造成影響，從而可得到穩(wěn)定的扭轉(zhuǎn)與振動(dòng)。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2卡曼渦旋式空氣流量傳感器

因渦旋出現(xiàn)而形成的壓力經(jīng)導(dǎo)壓孔到反光鏡腔中，與反射腔中的壓力變化同步、反光鏡在張緊帶上形成扭轉(zhuǎn)、振動(dòng)。反光鏡非常輕巧，即使在低流量、壓力變化非常小的狀況下，也會(huì)動(dòng)作。在反光鏡的上部，相應(yīng)配置有發(fā)光二極管(LED)與用光敏三極管等構(gòu)成的光傳感器，二極管發(fā)出的光經(jīng)反光鏡反射，并射到光敏三極管上時(shí)，就會(huì)變成電流，經(jīng)波形電路后輸出。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2卡曼渦旋式空氣流量傳感器3.2.4帶微差壓力傳感器的超聲波型卡曼渦旋空氣流量傳感器卡曼渦旋空氣流量傳感器的特點(diǎn)是精度高、壽命長(zhǎng)、可靠性高。但是，高性能的發(fā)動(dòng)機(jī)即進(jìn)一步降低油耗、提高輸出功率的發(fā)動(dòng)機(jī)還要求打一展進(jìn)氣量的檢測(cè)范圍，但老式超聲波型卡曼渦旋空氣流量傳感器在高流量的區(qū)域?qū)a(chǎn)生過(guò)調(diào)制的現(xiàn)象，受這一因素的影響，這種傳感器有計(jì)量范圍不足的缺點(diǎn)。為此，又研制出帶微差壓力傳感器的空氣流量傳感器。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2卡曼渦旋式空氣流量傳感器

(1)采用壓力損耗小的渦旋發(fā)生器。

(2)壓力損耗較小的管道結(jié)構(gòu)。

(3)測(cè)量微小的渦旋壓力。

(4)帶微差壓力傳感器的空氣流量傳感器。

上一頁(yè)返回3.3熱絲式空氣流量傳感器3.3.1熱絲式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)熱絲式空氣流量傳感器(以下簡(jiǎn)稱H/W)的結(jié)構(gòu)如圖3一10所示。作為發(fā)熱體的熱絲是用直徑為Ф70μm的鉑絲制成的，以u(píng)形狀張緊裝于管道內(nèi)部，設(shè)計(jì)時(shí)就使其比進(jìn)氣溫度高120℃。在溫度傳感器中還設(shè)有空氣溫度補(bǔ)償電阻。它是由氧化鋁陶瓷基片印刷的鉑膜而形成的，它與精密電阻一起設(shè)置在管道內(nèi)。為防止附著在熱絲上的灰塵等造成性能下降，設(shè)有灰塵燃燒電路，在點(diǎn)火開關(guān)置于斷開擋時(shí)，在一定的條件下，將熱絲加熱1000℃,1s，燒掉灰塵等附著物。因?yàn)槭怯勉K絲做發(fā)熱元件的，所以響應(yīng)性好。與此類似的還有熱膜式空氣流量傳感器(以下簡(jiǎn)稱為H/F)。

下一頁(yè)返回3.3熱絲式空氣流量傳感器3.3.2工作原理在進(jìn)氣通道上設(shè)有用電流加熱的鉑金屬絲(熱絲)，為了保證熱絲的溫度為一定值，就必須控制加熱電流，由此可以測(cè)定出空氣流量。當(dāng)氣流通過(guò)已被加熱的熱絲上時(shí)，熱絲就要變冷，氣流速度越高，從熱絲上奪走的熱量就越多，即熱絲上被奪取的熱量是一個(gè)變化值。熱絲式空氣流量傳感器就是利用電加熱熱絲，并把氣流速度變換成電信號(hào)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.3熱絲式空氣流量傳感器3.3.3質(zhì)量流量檢測(cè)精度

(1)溫度特性

(2)壓力特性

(3)濕度特性

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.3熱絲式空氣流量傳感器3.3.4響應(yīng)特性傳感器的響應(yīng)特性不僅與發(fā)熱元件的熱時(shí)間常數(shù)有關(guān)，而且與恒定溫差控制電路的回路常數(shù)有關(guān)。流量越大，熱時(shí)間常數(shù)越小。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.3熱絲式空氣流量傳感器

這里說(shuō)明的頻率響應(yīng)適用于流量變化比較小的場(chǎng)合，當(dāng)幅度變化更大的場(chǎng)合下，就需要考慮到非線性特性以及發(fā)熱元件至支撐部件的熱傳導(dǎo)的損耗特性等造成的影響。在恒定溫差控制電路的作用下，即使流速在變化，熱膜元件上加熱面(通過(guò)布線形成電阻的平面)的平均溫度基本上不變，但在熱時(shí)間常數(shù)的傳播時(shí)間內(nèi)，因元件支撐部位附近的溫度發(fā)生變化，所以響應(yīng)性變差。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.3熱絲式空氣流量傳感器

為了明確熱損耗特性與響應(yīng)性的關(guān)系，在熱回路網(wǎng)模型中，根據(jù)熱回路方程式和閉合回路的特性作階躍響應(yīng)模擬，在熱膜元件厚度與測(cè)量管道內(nèi)突起長(zhǎng)度為一定的條件改變加熱元件長(zhǎng)度時(shí)，熱損耗特性與階躍流量變化時(shí)的響應(yīng)特性的關(guān)系用圖3-11表示。

上一頁(yè)返回3.4各種空氣流量傳感器的比較3.4.1輸出特性已經(jīng)大批生產(chǎn)的動(dòng)片式、卡曼渦旋式、熱絲式空氣流量傳感器的輸出特性如圖3-12所示，動(dòng)片式與熱絲式是非線性輸出，因此還需要做線性處理。無(wú)論哪一種空氣流量計(jì)，在制造過(guò)程中其測(cè)試精度都是按士3%的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整的，這就是空氣流量傳感器的雜散性，重復(fù)精度，其中也包括標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的重復(fù)精度。

下一頁(yè)返回3.4各種空氣流量傳感器的比較3.4.2怠速時(shí)流量的測(cè)定精度評(píng)價(jià)空氣流量傳感器的工作穩(wěn)定性時(shí)，特別對(duì)怠速時(shí)的測(cè)量精度有要求，此外就是發(fā)動(dòng)機(jī)罩下溫度達(dá)到最高時(shí)的工作區(qū)域。所以，溫度特性難以補(bǔ)償?shù)目諝饬髁總鞲衅鞯牡∷贉y(cè)試精度較低。從原理上講，利用熱量的熱絲式空氣流量傳感器容易受到熱的影響。半導(dǎo)體壓力傳感器具有半導(dǎo)體特有的溫度特性，關(guān)于溫度對(duì)這種傳感器的影響也必須充分加以考慮。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.4各種空氣流量傳感器的比較3.4.3加速時(shí)的響應(yīng)特性動(dòng)片式的可動(dòng)部分有慣性，熱絲式的有熱慣性，響應(yīng)性就是由這些慣性決定的?？鼫u旋式空氣流量傳感器是靠氣流的自身形成卡曼渦旋的，所以基本上可以說(shuō)，這種傳感器沒有響應(yīng)滯后。在類似怠速的情況時(shí)，空氣流量小，也就是說(shuō)，在渦旋發(fā)生頻率較低時(shí)振幅也小。在節(jié)氣門快速動(dòng)作無(wú)滯后時(shí)，渦旋的發(fā)生頻率也會(huì)增加。如加以比較的話，就傳感器總成的響應(yīng)特性來(lái)講，壓力式最好，其次是卡曼渦旋式和熱絲式，稍差一點(diǎn)的是動(dòng)片式。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.4各種空氣流量傳感器的比較3.4.4減速時(shí)的流量測(cè)試能力配有渦輪增壓機(jī)特別是裝有中間冷卻器的進(jìn)氣系統(tǒng)上，因?yàn)楣?jié)氣門上游的管路比較長(zhǎng)，所以在急減速時(shí)，因水錘現(xiàn)象產(chǎn)生氣柱振動(dòng)。在急減速時(shí)進(jìn)氣管壓力傳感器與熱絲式空氣流量傳感器的輸出變化情況如圖3-13所示。在節(jié)氣門上游產(chǎn)生的氣柱振動(dòng)的影響下，熱絲式將有數(shù)10Hz的振動(dòng)輸出，此振動(dòng)輸出一般的持續(xù)時(shí)間為2一5s，因此，上游管道設(shè)置的空氣流量傳感器無(wú)法測(cè)定這類減速時(shí)的進(jìn)氣量。另一方面，設(shè)置在節(jié)氣門下游的進(jìn)氣壓力傳感器可以輸出對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的信號(hào)。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.4各種空氣流量傳感器的比較3.4.5脈動(dòng)氣流的測(cè)定功能發(fā)動(dòng)機(jī)在節(jié)氣門全開狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)氣是脈動(dòng)氣流。要想精確地測(cè)定脈動(dòng)氣流，傳感器的響應(yīng)性能要好。經(jīng)試驗(yàn)證明，在進(jìn)氣為脈動(dòng)氣流時(shí)，卡曼渦旋式及熱絲式空氣流量傳感器都具有相應(yīng)的功能。當(dāng)4缸發(fā)動(dòng)機(jī)，出現(xiàn)進(jìn)氣倒流的激烈脈動(dòng)氣流時(shí)，從原理上講，都不可能準(zhǔn)確地測(cè)定，因?yàn)闊峤z式?jīng)]有識(shí)別正、反向氣流的功能，卡曼渦旋式?jīng)]有測(cè)定反向氣流的功能，動(dòng)片式無(wú)法跟蹤方向變換的正、反向氣流。

在4缸發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min，節(jié)氣門近于全開，有進(jìn)氣倒流的狀況下，各種傳感器的輸出誤差對(duì)比如圖3一14所示，無(wú)論哪種形式傳感器都是:脈動(dòng)增大時(shí)，誤差增大。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.4各種空氣流量傳感器的比較3.4.6空氣流量傳感器的管道阻力(壓力損耗)就管道阻力來(lái)講，當(dāng)然是進(jìn)氣壓力傳感器最低。已批量生產(chǎn)的動(dòng)片式、卡曼渦旋式、熱絲式的管道阻力的對(duì)比如圖3一15所示。與卡曼渦旋式相比，熱絲式的管道阻力小些。在2L發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率時(shí)，其影響為1%左右。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.4各種空氣流量傳感器的比較3.4.7濕度的影響

目前的空氣流量計(jì)，基本上都是設(shè)法對(duì)吸氣溫度及大氣壓的變化分別加以修正，但都忽略了濕度的影響。無(wú)論哪種傳感器都不是氧氣流量計(jì)，所以檢測(cè)出的大氣中的水蒸氣比率對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，就是誤差。針對(duì)干燥空氣，計(jì)算水蒸氣部分壓力的誤差，所得結(jié)果如圖3-16所示。當(dāng)溫度升高時(shí)，濕度所造成的誤差將增加。此外，在熱絲式傳感器上，熱絲的熱打一散系數(shù)隨濕度的不同而變化，要注意到這一因素的影響。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.4各種空氣流量傳感器的比較3.4.8綜合比較

表3一1是四種已批量生產(chǎn)的空氣流量傳感器的對(duì)比，它們有直接測(cè)量式與間接測(cè)量式之分、體積流量計(jì)與質(zhì)量流量計(jì)之分，此外還可以從輸出方式、可靠性、成本等各個(gè)角度進(jìn)行比較判斷，但最后要按發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行綜合判斷。

上一頁(yè)返回3.5MEMS空氣流量傳感器的傳感部件3.5.1旋制氧化硅的一般概念旋制氧化硅一般解釋是:利用旋制芯片，將含有硅化物的溶液均勻地平涂在芯片上，再利用加熱的方法使其與溶劑脫離，并將固體硅化物硬化成為穩(wěn)定的非晶相氧化硅。其簡(jiǎn)單流程如下:旋轉(zhuǎn)平涂、加熱燒成、高溫硬化(一450℃)。旋制氧化硅技術(shù)應(yīng)用在組件制造中，用于金屬層間的平面化(Planization)，以增加層與層之間的結(jié)合特性，避免空洞的形成及膜片的剝裂。

下一頁(yè)返回3.5MEMS空氣流量傳感器的傳感部件3.5.2空氣流量傳感器的熱膜的結(jié)構(gòu)與制造工藝

圖3-17是傳感元件的平面圖與剖面圖，首先說(shuō)明傳感元件的制造方法。所用的基片為帶熱氧化膜的(100)P型Si基片。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.5MEMS空氣流量傳感器的傳感部件

第一步是利用濺射法將SiNx在Si基片上形成支承膜，然后利用濺射法將鉑金制成感溫電阻膜，在其上利用濺射法再將SiNx制成第一保護(hù)膜。再經(jīng)退火處理后，制成鉑金膜，退火處理的目的是使電阻值穩(wěn)定。之后，利用旋制工藝法(SOG)制作薄膜、進(jìn)行燒成，再利用濺射工藝用SiNx制成第二保護(hù)膜、并對(duì)其進(jìn)行退火處理、目的為使保護(hù)膜穩(wěn)定。然后是利用蝕刻工藝對(duì)電極的底層填料加以開口，利用濕式異向蝕刻法除掉熱膜圖形下部分的Si，最后是利用濕式異向蝕刻法從傳感元件的內(nèi)側(cè)除掉膜片下部分的Si。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.5MEMS空氣流量傳感器的傳感部件3.5.3熱膜的可靠性與耐久性試驗(yàn)3.5.3.1熱膜的粉塵破壞試驗(yàn)粉塵破壞試驗(yàn)采用玻璃珠進(jìn)行。對(duì)上述工藝制得的熱膜進(jìn)行粉塵破壞試驗(yàn)的結(jié)果如圖3-18所示。圖中，橫軸表示膜片的厚度，縱軸表示膜片破壞時(shí)的流速比(相對(duì)值)，相對(duì)值的含義為相對(duì)于采用SOG技術(shù)之前的膜片破壞時(shí)的流速，粉塵破壞試驗(yàn)裝置是由安裝在已拆掉濾清器的管路上的空氣流量傳感器和接在傳感器上游的粉塵投放機(jī)構(gòu)成的。粉塵投放機(jī)1min可以投放1g的玻璃珠。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.5MEMS空氣流量傳感器的傳感部件

破壞流速的測(cè)量方法是:在穩(wěn)定的氣流中投放玻璃珠，在10min內(nèi)傳感器沒有損壞的話，則增加流速，再投放玻璃珠，沒有損壞的話，進(jìn)一步增加流速，就這樣重復(fù)操作，不斷地增加流速，直到膜片損壞為止。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，在膜片厚度相同的情況下，與采用SOG之前相比，采用SOG之后破壞流速提高了44%。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.5MEMS空氣流量傳感器的傳感部件

3.5.3.2高溫通電耐久試驗(yàn)高溫通電耐久試驗(yàn)的試驗(yàn)方法是:在恒溫箱中進(jìn)行通電后，將傳感元件即熱膜在250℃下存放1000h，再利用光學(xué)顯微鏡觀察高溫通電耐久試驗(yàn)結(jié)束后的傳感元件，即鉑金膜的狀態(tài)。從試驗(yàn)結(jié)果可知，在未采用SOG技術(shù)的元件的圖形上，可以看到有局部的變質(zhì)層，而在采用SOG技術(shù)的元件的圖形上，就看不到這種局部的變質(zhì)層。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.5MEMS空氣流量傳感器的傳感部件3.5.4技術(shù)分析在采用SOG技術(shù)之前，支承膜的厚度大約是2μm，在粉塵破壞試驗(yàn)中，在采用SOG技術(shù)后，根據(jù)元件的破壞流速比的預(yù)測(cè)值來(lái)看，在破壞流速比為1時(shí)的膜片的厚度大約是2μ

m對(duì)采用SOG之前的元件來(lái)說(shuō)，因?yàn)槎嗫讌^(qū)域處于鉑金膜到保護(hù)膜之間，所以，膜片部位的強(qiáng)度可能是由支承膜的厚度決定的。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.5MEMS空氣流量傳感器的傳感部件

總之，在采用SOG技術(shù)的元件上，在鉑金圖形的尖角部位已經(jīng)不存在多孔區(qū)，經(jīng)高溫通電耐久試驗(yàn)結(jié)束后，在鉑金膜上再也找不到變質(zhì)層。由于導(dǎo)入了SOG技術(shù)，導(dǎo)入前所看到的從保護(hù)膜到鉑金膜的通道已經(jīng)被切斷，因此可以得出結(jié)論:高溫通電耐久試驗(yàn)后，在鉑金膜上幾乎不再會(huì)產(chǎn)生變質(zhì)層。

上一頁(yè)返回3.6微型空氣流量傳感器3.6.1檢測(cè)原理

微型空氣流量傳感器的工作原理是:通過(guò)向檢測(cè)元件上的發(fā)熱體供給電流，使其發(fā)熱，對(duì)氣流的熱傳遞量與氣流的流速相關(guān)。3.6.2結(jié)構(gòu)

(1)檢測(cè)元件部分

(2)插人式檢測(cè)管

下一頁(yè)返回3.6微型空氣流量傳感器3.6.3特點(diǎn)(1)輕量與小型化(2)高速響應(yīng)(3)低壓力損耗

上一頁(yè)返回表3一1進(jìn)氣量測(cè)量方式的對(duì)比返回圖3一1空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)返回圖3一2電位計(jì)部分的結(jié)構(gòu)返回圖3一3電位計(jì)的內(nèi)部電路與輸出特性返回圖3一4電壓比檢測(cè)與電壓值檢測(cè)返回圖3一5動(dòng)片式空氣流量傳感器原理返回圖3一6超聲波式卡曼渦旋空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)返回圖3一7流量檢測(cè)的原理電路返回圖3一8壓力變化型卡曼渦旋式

空氣流量傳感器原理圖返回圖3一9壓力變化型卡曼渦旋式

空氣流量傳感器返回圖3一10熱絲式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)返回圖3一11熱損耗特性與響應(yīng)特性的關(guān)系(模擬結(jié)果)返回圖3一12三種空氣流量傳感器輸出特性的對(duì)比返回圖3一13帶中間冷卻器的發(fā)動(dòng)機(jī)減速時(shí)，傳感器的輸出返回圖3一14有進(jìn)氣倒流時(shí)的檢測(cè)誤差比較返回圖3一15管道阻力的對(duì)比返回圖3一16濕度的影響程度返回圖3一17傳感元件的平面圖與剖面圖返回圖3一18膜片的厚度與膜片破壞時(shí)

的流速比的關(guān)系返回第4章

壓力傳感器4.1壓力的概念及單位4.2汽車用壓力傳感器種類與用途4.3半導(dǎo)體進(jìn)氣壓力傳感器4.4集成電路型(IC)大氣壓傳感器4.5半導(dǎo)體微差壓力傳感器4.6發(fā)動(dòng)機(jī)控制用小型壓力傳感器4.7利用微控制器技術(shù)的高壓傳感器4.8共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器4.9采用壓粉鐵芯的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向用非接觸式扭矩傳感器4.10接觸式轉(zhuǎn)向角度/扭矩傳感器4.11動(dòng)力傳輸系統(tǒng)用磁致伸縮式扭矩傳感器4.1壓力的概念及單位人站在地面上以及汽車停在地面上都會(huì)對(duì)地面產(chǎn)生壓力，我們把垂直作用在物體表面上的力叫作壓力。把物體的單位面積上受到的壓力叫作壓強(qiáng)。上面所說(shuō)的兩個(gè)定義是物理學(xué)中的概念。工程技術(shù)上將物理學(xué)里的“壓強(qiáng)”也稱為壓力。國(guó)際單位制中定義壓力的單位是:1N的力垂直均勻作用在1m2面積上，所形成的壓力為1個(gè)帕斯卡，簡(jiǎn)稱為帕，符號(hào)為Pa。帕斯卡是一個(gè)很小的壓力單位。下一頁(yè)返回4.1壓力的概念及單位長(zhǎng)期以來(lái)，工程技術(shù)界廣泛使用著很多其他壓力的計(jì)量單位，為便于閱讀一些技術(shù)資料，下面介紹幾種將廢除的計(jì)量單位。氣象部門較早使用的壓力單位為巴，符號(hào)為bar，它大體上等于一個(gè)“工程大氣壓”，“工程大氣壓”的符號(hào)為at，相當(dāng)于1kg的力垂直作用在1cm2面積上所形成的壓力，“標(biāo)準(zhǔn)大氣壓”的符號(hào)為atm，它是指在緯度45°的海平面上，0℃時(shí)的平均大氣壓力。以上這兩種單位中雖有“大氣壓”三字，但其并不受氣象條件的影響，而是作為計(jì)量單位使用的恒定值。上一頁(yè)下一頁(yè)返回4.1壓力的概念及單位“約定毫米汞柱”普通簡(jiǎn)稱為毫米汞柱，其符號(hào)為mmHg，它是指在標(biāo)準(zhǔn)重力加速度(980.655cm/s2)下，0℃時(shí)，1mm高水銀柱底面上的壓力?！凹s定毫米水柱”簡(jiǎn)稱為毫米水柱，其符號(hào)為mmH2O，它是指在標(biāo)準(zhǔn)重力加速度之下，4℃時(shí)，1mm高的水柱底面上的壓力。上一頁(yè)返回4.2汽車用壓力傳感器種類與用途4.2.1真空開關(guān)真空開關(guān)的作用是檢測(cè)空氣濾清器有否堵塞，它主要用于化油器規(guī)格的車輛上，利用壓力差檢測(cè)堵塞狀況。真空開關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖4一1所示，其工作原理是:A腔與B腔之間會(huì)產(chǎn)生壓力差，利用膜片向負(fù)壓側(cè)運(yùn)動(dòng)使笛簧開關(guān)動(dòng)作。將A接頭與B接頭分別與要檢測(cè)壓力的部位接好管道，就可以測(cè)出壓力差。在這種狀態(tài)下，當(dāng)產(chǎn)生壓力差時(shí)(A>B)，在B腔負(fù)壓的作用下，膜片推壓彈簧向圖示的下方移動(dòng)，與膜片成為一體的磁鐵向下移動(dòng)，笛簧開關(guān)導(dǎo)通。下一頁(yè)返回4.2汽車用壓力傳感器種類與用途4.2.2檢測(cè)堵塞的連桿式傳感器這種傳感器用于檢測(cè)濾清器是否堵塞，它利用膜片檢測(cè)進(jìn)氣管的負(fù)壓，再通過(guò)連桿控制觸點(diǎn)的閉合與斷開，其結(jié)構(gòu)如圖4一2所示。進(jìn)氣歧管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)，此傳感器可將這種脈動(dòng)加以濾波并檢測(cè)其是否有堵塞。上一頁(yè)下一頁(yè)返回4.2汽車用壓力傳感器種類與用途4.2.3油壓開關(guān)這種傳感器用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)有無(wú)油壓，以及用于油壓指示器上等，其結(jié)構(gòu)如圖4一3所示。它是由膜片、彈簧及觸點(diǎn)構(gòu)成的。當(dāng)膜片上沒有壓力作用時(shí)，在彈簧彈力的作用下，觸點(diǎn)閉合，當(dāng)壓力作用到膜片上時(shí)，壓縮彈簧，使觸點(diǎn)斷開。油壓指示器的原理如圖4一4所示，當(dāng)油壓開關(guān)的觸點(diǎn)閉合時(shí)，指示燈亮。因此，在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)之前閉合點(diǎn)火開關(guān)時(shí)，油壓指示燈亮;當(dāng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)之后，油壓上升時(shí)，油壓指示燈滅。油壓開關(guān)的特性如圖4一5所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回4.2汽車用壓力傳感器種類與用途4.2.4油壓傳感器這種傳感器用于帶油壓助力裝置的制動(dòng)系統(tǒng)的油壓控制，它可檢測(cè)出儲(chǔ)壓器的壓力、輸出油泵的閉合或斷開信號(hào)以及油壓的異常報(bào)警。其結(jié)構(gòu)如圖4一6所示，其內(nèi)設(shè)有半導(dǎo)體應(yīng)變片，利用了應(yīng)變片具有形狀變化時(shí)電阻也發(fā)生變化的特性;另外還設(shè)有金屬膜片，通過(guò)金屬膜片應(yīng)變片檢測(cè)出壓力的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后對(duì)外輸出。上一頁(yè)下一頁(yè)返回4.2汽車用壓力傳感器種類與用途4.2.5絕對(duì)壓力型傳感器絕對(duì)壓力型傳感器用于主動(dòng)型懸架系統(tǒng)的油壓檢測(cè)。傳感器內(nèi)設(shè)有放大電路、溫度補(bǔ)償電路及與壓力媒體接觸的不銹鋼膜片。其結(jié)構(gòu)如圖4一7所示，它是用硅材料加工成膜片，再在其上形成擴(kuò)散電阻而制成的傳感元件。上一頁(yè)下一頁(yè)返回4.2汽車用壓力傳感器種類與用途4.2.6相對(duì)壓力型高壓傳感器相對(duì)壓力型高壓傳感器用于檢測(cè)汽車空調(diào)的冷媒壓力。傳感器內(nèi)設(shè)有放大電路、溫度補(bǔ)償電路，其工作原理與4.2.5介紹的高壓傳感器的工作原理相同，其結(jié)構(gòu)如圖4一8所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回4.2汽車用壓力傳感器種類與用途4.2.7半導(dǎo)體壓力傳感器半導(dǎo)體壓力傳感器用于檢測(cè)電子控制燃油噴射系統(tǒng)(EFI一D)的進(jìn)氣歧路壓力，并將其變換成電信號(hào)，放大后輸入至發(fā)動(dòng)機(jī)控制微機(jī)中。傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4一9所示，其上采取了防干擾措施。上一頁(yè)下一頁(yè)返回4.2汽車用壓力傳感器種類與用途4.2.8真空傳感器因?yàn)檎婵諅鞲衅骺砂褖毫ψ兓儞Q成電壓的變化，所以也稱作“波紋管加差動(dòng)變壓器式”傳感器。這種傳感器可用于電子汽油噴射裝置上做真空傳感器用。電子汽油噴射裝置是根據(jù)進(jìn)氣歧管的壓力(負(fù)壓)確定基本噴油量的。這一壓力就是靠壓力傳感器檢測(cè)出來(lái)的真空傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4-10所示，它包括有:中間為真空的波紋管，隨波紋管膨脹、收縮而左右運(yùn)動(dòng)的鐵芯，設(shè)置在鐵芯周圍的差動(dòng)變壓器以及膜片。膜片根據(jù)壓力差改變波紋管的位置，選定在輸出區(qū)或者經(jīng)濟(jì)區(qū)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回4.2汽車用壓力傳感器種類與用途4.2.9增壓傳感器在日產(chǎn)的vQ30DET等發(fā)動(dòng)機(jī)上，采用增壓壓力傳感器，傳感元件是在硅膜片上擴(kuò)散電阻制成的，用其檢測(cè)渦輪增壓機(jī)的增壓壓力，以便于修正噴射脈沖及控制增壓壓力。

VQ30DET的燃油噴射系統(tǒng)如圖4-11所示，在怠速、使用普通汽油、水溫超過(guò)