《位置传感器》ppt课件

1、 1第五章第五章 位置传感器与角度传感器位置传感器与角度传感器 2 运用在汽车上的位置传感器：曲轴位置传感器、节气门位置传感器、液位传感器和车辆高度传感器等。 1曲轴位置传感器凸轮轴位置传感器： 发动机电子控制系统的主要部件，是控制发动机点火正时、曲轴位置的信号源。 用于检测活塞上止点信号和曲轴转角信号，它也是丈量发动机转速的信号。 2节气门位置传感器： 电子燃油放射系统中用于检测节气门开度的传感器。电脑利用其传送过来的信号计算发动机负荷，作为点火时间，排气再循环控制，怠速控制和变速器换档点等的重要参数。 概概 述述 3 3 3液位传感器：液位传感器： 用于检测燃油箱油量、冷却液液位和光滑油用

2、于检测燃油箱油量、冷却液液位和光滑油液位等。液位等。 4 4车辆高度传感器：车辆高度传感器： 简称车高传感器，它用来把车身高度的变化简称车高传感器，它用来把车身高度的变化转变为电信号输入电子控制单元，转变为电信号输入电子控制单元，ECUECU根据高度变根据高度变化信号控制执行元件，调理车身高度。化信号控制执行元件，调理车身高度。 45.1 5.1 曲轴位置传感器曲轴位置传感器一、定义： 曲轴位置传感器也称曲轴转角传感器CPS，Crankshaft Position Sensor 。凸轮轴(Camshaft位置传感器又称为气缸识别传感器CIS，Cylinder Identification Se

3、nsor。 二、类型：1电磁脉冲式2霍尔效应式3光电效应式三、安装位置： 曲轴皮带轮或链轮侧面，或凸轮轴前端，或分电器。 55.1.15.1.1电磁脉冲式曲轴位置传感器电磁脉冲式曲轴位置传感器 根据电磁感应定律，当W匝线圈在均恒磁场中运动时，设穿过线圈的磁通为，那么线圈的感应电势e为：dtdWe一、磁感应原理一、磁感应原理 6二、磁感应式曲轴位置传感器的任务原理二、磁感应式曲轴位置传感器的任务原理 图5-1 磁感应式传感器任务原理b接近；c对正；d分开1-信号转子；2-传感器线圈；3-永久磁铁；4-支架磁感应式传感器组成：信号转子、传感线圈、永久磁铁等。 图5-2 传感器线圈中的磁通和电动势E

4、波形a低速时输出波形；b高速时输出波形(b)(d)(c) 7 1不需求外加电源，永久磁铁起着将机械能转换为电能的作用，其磁能不会损失。 2发动机转速越高，磁通变化率也就越大，传感线圈中的感应电动势也就越高。三、磁感应式曲轴位置传感器的特点三、磁感应式曲轴位置传感器的特点 8 光电传感器：光信号转变成为电信号的器件。 一、光电效应 物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量，从而产生的电效应。光电传感器的任务原理基于光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。 1、外光电效应 在光线的作用下，物体内的电子逸出物体外表向外发射的景象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光电子。基于外光电效应

5、的光电器件有光电管、光电倍增管等。5.1.2 5.1.2 光电式曲轴位置传感器光电式曲轴位置传感器 9 2 2、内光电效应、内光电效应 当光照射在物体上，使物体的电阻当光照射在物体上，使物体的电阻率发生变化，或产生光生电动势的景象叫率发生变化，或产生光生电动势的景象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。根做内光电效应，它多发生于半导体内。根据任务原理的不同，内光电效应分为光电据任务原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类：导效应和光生伏特效应两类： 1 1 光电导效应光电导效应 在光线作用下，电子吸收光子能量在光线作用下，电子吸收光子能量从键合形状过渡到自在形状，而引起资料从键合形

6、状过渡到自在形状，而引起资料电导率的变化，这种景象被称为光电导效电导率的变化，这种景象被称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。 2 2 光生伏特效应光生伏特效应 在光线作用下可以使物体产生一定在光线作用下可以使物体产生一定方向的电动势的景象叫做光生伏特效应。方向的电动势的景象叫做光生伏特效应。 基于该效应的光电器件有光电池和基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、三极管。光敏二极管、三极管。 10二、光电式曲轴位置传感器二、光电式曲轴位置传感器 1、构造图 5-3组成：信号发生器、信号盘即信号转子安装在传感器轴上、配电器、传感器壳体和线束插头

7、等。 11信号发生器构造信号发生器构造三 122、任务原理图5-4 光电式传感器任务原理1-发光二极管LED；2-信号盘；3-光敏三极管三 13图5-5 光电式曲轴位置传感器输出波形Ne信号转速信号转速与转角信号与转角信号G信号上止点信号信号上止点信号 145.1.3 5.1.3 霍尔式曲轴位置传感器霍尔式曲轴位置传感器 一、霍尔元件的构造和任务原理一、霍尔元件的构造和任务原理 半导体薄片置于磁感应强度为半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中，的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流磁场方向垂直于薄片，当有电流I 流过薄片时，流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势在垂直于电流和磁场的

8、方向上将产生电动势UH，这种景象称为霍尔效应。霍尔效应是美国约翰这种景象称为霍尔效应。霍尔效应是美国约翰霍霍普金斯大学物理学家霍尔博士首先发现的。普金斯大学物理学家霍尔博士首先发现的。 UH= IBRHdRH -霍尔系数d -白金导体的厚度UH图5-6 霍尔效应原理图 15 二、霍尔式曲轴与凸轮轴传感器任务原理二、霍尔式曲轴与凸轮轴传感器任务原理图5-7 霍尔式传感器构造原理图构造：触发叶轮、霍尔集成电路、导磁钢片磁轭与永构造：触发叶轮、霍尔集成电路、导磁钢片磁轭与永久磁铁。霍尔式集成电路有霍尔元件、放大电路、稳压电路、久磁铁。霍尔式集成电路有霍尔元件、放大电路、稳压电路、温度补偿电路、信号变

9、换电路和输出电路等组成。温度补偿电路、信号变换电路和输出电路等组成。 原理：当叶片进入气隙时，霍尔集成电路中的磁场被叶片旁路，霍尔电压 U H 为零，集成电路输出级的三极管截止，传感器输出的信号电压U0为高电平。反之那么反。 16各种类型曲轴位置传感器的特点：各种类型曲轴位置传感器的特点：电磁感应式传感器电磁感应式传感器优点优点: :构造简单，巩固耐用、能顺应较高温度环境、能利用齿轮轮齿产构造简单，巩固耐用、能顺应较高温度环境、能利用齿轮轮齿产生脉冲，运用广泛；生脉冲，运用广泛；缺陷：输出电压的峰值随转速的大小而变化，在发动机启动时的低速缺陷：输出电压的峰值随转速的大小而变化，在发动机启动时的

10、低速形状下，感应电压很低，影响控制精度。形状下，感应电压很低，影响控制精度。 光电式传感器光电式传感器优点：属于非接触式丈量，输出的是数字信号，有利于电脑处置；优点：属于非接触式丈量，输出的是数字信号，有利于电脑处置；缺陷：对油或赃物在光经过转盘传送的干涉非常敏感。缺陷：对油或赃物在光经过转盘传送的干涉非常敏感。霍尔效应式传感器霍尔效应式传感器优点：输出的信号是矩形脉冲，适宜用于电脑数字系统，信号电压的优点：输出的信号是矩形脉冲，适宜用于电脑数字系统，信号电压的大小与发动机转速无关。大小与发动机转速无关。 175.2 节气门位置传感器 节气门位置传感器TPS Throttle Position

11、 Sensor)又称节气门开度传感器开关。安装在节气门体上节气门轴的一端。随着驾驶员对加速踏板的控制，节气门位置发生改动。 18一、节气门位置传感器的作用一、节气门位置传感器的作用 将节气门开度即发动机负荷大小转变为电信号输入发动机 ECU，以便确定空燃比的大小。在配备电子控制自动变速器的汽车上，节气门位置传感器信号还要输入变速器电控单元ECT ECU)，作为确定变速器换挡时机和变矩器锁止时机的主要信号。 一方面用来确定节气门的开度位置，另一方面反响节气门的开闭速度。 能够引发的缺点： 1行驶性能不良，动力缺乏； 2加速不圆滑； 3发动机熄火； 4怠速转速不稳定。 19二、节气门位置传感器的类

12、型二、节气门位置传感器的类型 按构造不同，节气门位置传感器分为触点式、可按构造不同，节气门位置传感器分为触点式、可变电阻式、触点与可变电阻组合式变电阻式、触点与可变电阻组合式 3 3 种类型。种类型。 按输出信号的类型不同，节气门位置传感器可分按输出信号的类型不同，节气门位置传感器可分为线性量输出型和开关量输出型为线性量输出型和开关量输出型 2 2 种。种。 201 1、编码式节气门位置传感器开关量输出型、编码式节气门位置传感器开关量输出型图5-9 编码器式节气门位置传感器构造图 构造与作用：构造与作用：IDLIDL触点用以检测怠速形状；触点用以检测怠速形状；PSWPSW触点用触点用于检测高负

13、荷形状，于检测高负荷形状，ACC1ACC1和和ACC2ACC2用于检测加减速形状。用于检测加减速形状。 安装位置：安装在节气门室上，与节气门连动。安装位置：安装在节气门室上，与节气门连动。 21任务原理：任务原理：1怠速时怠速时 222加速时加速时 233高负荷时高负荷时 244减速时减速时 25图5-10 编码式TPS输出特性输出特性：输出特性： 262 2、线性可变电阻型节气门位置传感器线性、线性可变电阻型节气门位置传感器线性量输出型量输出型1 1构造组成：可变电阻、滑动触点、节气门轴、壳体。构造组成：可变电阻、滑动触点、节气门轴、壳体。 线性量TPS构造与特性图 27图5-12 线性TP

14、S与ECU衔接图任务原理：任务原理： 触点在电阻体上滑动，利用变化的电阻值，测得与节气门开度对应触点在电阻体上滑动，利用变化的电阻值，测得与节气门开度对应的线性输出电压，根据输出的电压值，可知节气门开度。的线性输出电压，根据输出的电压值，可知节气门开度。 节气门开度输出信号节气门开度输出信号VTA那么使那么使ECU对喷油量进展控制，以获得相应对喷油量进展控制，以获得相应的功率。随着节气门开度的增大，节气门开度输出电压线性增大。的功率。随着节气门开度的增大，节气门开度输出电压线性增大。 283、综合式节气门位置传感器 任务原理：任务原理： 一个触点可在电阻体上滑动，利用变化的电阻值，测得与节气门

15、开一个触点可在电阻体上滑动，利用变化的电阻值，测得与节气门开度对应的线性输出电压，根据输出的电压值，可知节气门开度。度对应的线性输出电压，根据输出的电压值，可知节气门开度。 另一个电刷触点在节气门全封锁时与怠速触点另一个电刷触点在节气门全封锁时与怠速触点IDL接触。接触。 IDL信号主要用于断油控制和点火提早角的修正。节气门开度输出信号信号主要用于断油控制和点火提早角的修正。节气门开度输出信号VTA那么使那么使ECU对喷油量进展控制，以获得相应的功率。对喷油量进展控制，以获得相应的功率。 29 305.3 5.3 其它位置传感器其它位置传感器 转向传感器方向盘转动方向与转动角度传感器转向传感器

16、方向盘转动方向与转动角度传感器SAS Steering angle Sensor)SAS Steering angle Sensor)又称为方向盘又称为方向盘位置传感器。位置传感器。 作用：用来检测方向盘或转向轴的转动方向作用：用来检测方向盘或转向轴的转动方向与转动角度。以实现人们对悬架系统的支配性和与转动角度。以实现人们对悬架系统的支配性和行车稳定性的要求，控制车辆姿态的变化，提高行车稳定性的要求，控制车辆姿态的变化，提高驾乘温馨性。安装在转向轴上。驾乘温馨性。安装在转向轴上。5.3.1 5.3.1 转向传感器转向传感器 31一、构造一、构造图5-14 转向传感器构造图a安装位置；b传感器构

17、造1-传感器壳体；2-信号圆盘；3-光电耦合元件；4-遮光孔；5-转向轴 32二、任务原理二、任务原理光电耦合元件电路输出信号波形原理：光电效应光电耦合组件之间的光断续地通断旋转角度三极管导通截止的速度转向器的速度先导通的脉冲信号转向器的旋转方向 335.3.2 光电式车高传感器 车高传感器即车身高度传感器或车身位置传感器。 作用：将车身位置高度变化的信号输入到电子调理悬架系统电控单元EMS ECU，以便调理车身位置高度。电子控制悬架系统对小轿车车身位置高度的调理范围普通为10mm30mm。安装在轮胎的挡泥板上。 34一、构造一、构造图5-15 车高传感器构造图信号发生器构造图 35二、任务原

18、理二、任务原理车高传感器的衔接关系 36 375.3.3 液位传感器 汽车上运用的液位传感器分模拟量输出型和开关型两类。 模拟输出型液位传感器主要用于检测燃油箱油量，有浮子式可变电阻式、电热式、电极式传感器等； 开关输出型液位传感器用于丈量制动液液位、洗涤液液位、冷却液液位，在液位减少到一定值时，产生开关接通、闭合转换，这种传感器有热敏电阻式、浮子式笛簧开关式和电极式等。 38一、浮子笛簧开关式液位传感器一、浮子笛簧开关式液位传感器构造图构造图 39任务原理任务原理 40电路原理图电路原理图 41运用实例运用实例 42 43水检测水箱冷却液液位 44二、浮子可变电阻式液位传感器二、浮子可变电阻式液位传感器构造图构造图 45任务原理任务原理 46运用实例运用实例汽油油量表电路图汽油油量表电路图 47三、热敏电阻式液位传感器三、热敏电阻式液位传感器热敏电阻的温度特性 48任务原理 49燃油箱电路图燃油箱电路图 50五、电极式液位传感器用于检测蓄电池液位五、电极式液位传感器用于检测蓄电池液位电极式液位传感器的构造 蓄电池液位传感器电路蓄电池液位传感器电路 a规定液位时规定液位时b液位缺乏时液位缺乏时原