汽车中的电阻式传感器

1、汽车中的电阻传感器汽车中的电阻传感器转换原理转换原理传感器名称传感器名称典型应用典型应用移动电位器触点改变电阻电位移传感器位移改变电阻丝或片的尺寸 电阻丝应变传感器、半导体应变传感器微应变、力、负荷利用电阻的温度效应热丝传感器气流速度、液体流量电阻温度传感器温度、辐射热热敏电阻传感器温度利用电阻的光敏效应光敏电阻传感器光强利用电阻的湿度效应湿敏电阻传感器湿度电电参数参数 电阻电阻电阻传感器分类电阻传感器分类冷却液温度传感器水温传感器器热电阻式进气温度传感气敏与湿敏电阻式应变片式转矩传感器进气压力传感器节气门位置传感器电阻应变片式一一 电阻电阻应变片式应变片式 电阻应变片的结构结构组成与下图给出

2、的电阻应变片的结构结构组成与下图给出的电阻丝式应变片的结构基本相同。电阻丝式应变片的结构基本相同。L应变片的标距（或称工作基长），它是敏感应变片的标距（或称工作基长），它是敏感栅沿轴向测量变形的有效长度；栅沿轴向测量变形的有效长度；b敏感栅的宽度敏感栅的宽度（或称基宽）。（或称基宽）。 下图列举了几种不同类型的电阻应变片：下图列举了几种不同类型的电阻应变片：（a）金属丝式应变片）金属丝式应变片 （b）金属箔式应变片）金属箔式应变片 （c）半导体应变片）半导体应变片工作原理工作原理电阻应变片的工作原理基于金属的应变效应。即导体或半电阻应变片的工作原理基于金属的应变效应。即导体或半导体材料在外力作

3、用下产生机变形（拉伸或压缩）时，其电阻导体材料在外力作用下产生机变形（拉伸或压缩）时，其电阻值也要随之发生相应的变化。值也要随之发生相应的变化。金属丝的电阻（金属丝的电阻（R）与材料的电阻率（）与材料的电阻率（ ）及其几何尺寸）及其几何尺寸（长度（长度 L、截面积、截面积 A）有关，即）有关，即R = = L / A金属丝在承受机械变形的过程中，金属丝在承受机械变形的过程中，L、A 都要发生相应变化，都要发生相应变化，因而就必然要引起金属丝的电阻值发生变化。因而就必然要引起金属丝的电阻值发生变化。应用举例：应用举例：进气岐管进气岐管压力传感器压力传感器 （压阻效应）压阻效应） 进气歧管压力传感

4、器又称进气增压压力传感器，它是用来检测进气歧管内的压力变化，并将其转换成电信号，然后将信号电压送至电子控制器（ECU），ECU依据此信号电压的大小，控制基本喷油量的大小。1.半导体半导体压敏压敏电阻式电阻式进气压力进气压力传感器的结构传感器的结构 它是利用半导体的压阻效应制成的，主要由硅膜片、真空室、硅杯、底座、真空管和引线电极组成，其结构如下图所示。半导体压敏半导体压敏电阻式电阻式进气压力进气压力传感器的工作原理传感器的工作原理 如下图所示，硅膜片一面通过真空室，一面承受来自进气歧管中气体的压力，在此气体压力的作用下，硅膜片会产生变形，且压力越大形变越大，膜片上应变电阻的阻值在此压应力的作用

5、下就会发生变化，使传感器上以惠斯顿电桥方式连接的硅膜片应变电阻的平衡被打破，当电桥的输入端输入一定的电压或电流时，在电桥的输出端便可得到相应变化的信号电压或信号电流，因为此信号比较微弱，故采用了混合集成电路进行放大后输入给ECU。 因为压阻效应式歧管压力传感器的功能部件是硅膜片和应变电阻，其工作参数取决于作用于膜片上的压力的大小，因此传感器的取样压力应从压力波动较小的部位选取。电阻应变计式碰撞电阻应变计式碰撞传感器传感器 电阻应变计式碰撞传感器的结构如图a所示，主要由电子电路、电阻应变计、振动块、缓冲介质和壳体等组成。电子电路包括稳压与温度补偿电路W、信号处理与放大电路A。电阻应变计的电阻R1

6、、R2、R3、R4制作在硅膜片上，如图b所示。当硅膜片产生变形时，应变电阻的阻值就会发生变化。应变电阻一般都连接成电桥电路，并设计有稳压和温度补偿电路，如图c所示。 当汽车遭受碰撞时，碰撞传感器的振动块振动，缓冲介当汽车遭受碰撞时，碰撞传感器的振动块振动，缓冲介质随之振动，进而使应变计的应变电阻产生变形，应变质随之振动，进而使应变计的应变电阻产生变形，应变电阻值随之变化。由于应变电阻以电桥电路的方式连接，电阻值随之变化。由于应变电阻以电桥电路的方式连接，随着应变电阻阻值的变化，电桥电路的输出电压就发生随着应变电阻阻值的变化，电桥电路的输出电压就发生变化，经过信号处理与放大后，传感器将变化的信号

7、电变化，经过信号处理与放大后，传感器将变化的信号电压输入压输入SRS ECU。SRS ECU根据传感器输入的信号电压的根据传感器输入的信号电压的强弱便可判断碰撞的强度或碰撞激烈度。当信号电压超强弱便可判断碰撞的强度或碰撞激烈度。当信号电压超过设定值时，过设定值时，SRS ECU就会立即向点火器发出点火指令就会立即向点火器发出点火指令引爆点火剂，进而向气囊充气，打开气囊。引爆点火剂，进而向气囊充气，打开气囊。 二二 电位器电位器式传感器式传感器 电位器是一种把机械的线位移或角位移输入量转换为与电位器是一种把机械的线位移或角位移输入量转换为与它成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件。它成一定函数

8、关系的电阻或电压输出的传感元件。 电位器式传感器具有一系列优点，如结构简单、尺寸小、电位器式传感器具有一系列优点，如结构简单、尺寸小、重量轻、精度高、输出信号大、性能稳定并容易实现任重量轻、精度高、输出信号大、性能稳定并容易实现任意函数。其缺点是要求输入能量大，电刷与电阻元件之意函数。其缺点是要求输入能量大，电刷与电阻元件之间容易磨损。间容易磨损。 电位器的种类很多，按其结构形式不同，可分为线绕式、电位器的种类很多，按其结构形式不同，可分为线绕式、薄膜式等；按特性不同，可分为线性电位器和非线性电薄膜式等；按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。目前常用的以单圈线绕电位器居多。位器。目前常用

9、的以单圈线绕电位器居多。线性电位器线性电位器 线性电位器线性电位器的理想空载特性的理想空载特性曲线应具有严曲线应具有严格的线性关系格的线性关系。maxmaxxxRRx 若把它作为分压器使用若把它作为分压器使用,且假定加在电位器且假定加在电位器A、B之间的电压为则输出电压之间的电压为则输出电压为为maxmaxxxUUx图2-1 电位器式位移传感器原理图作变阻器使用作变阻器使用,maxmaxaaRRa作为分压器使用作为分压器使用,则有则有 maxmaxUaaUa图2-2 电位器式角度传感器 图2-3 线性线绕电位器示意图 线性线绕电位器理想的输出、输入关系遵循上线性线绕电位器理想的输出、输入关系遵

10、循上述四个公式。因此对如图述四个公式。因此对如图 2-3 所示的位移传感器来所示的位移传感器来说说, 因为因为maxmax2()Rbh nAxnt其灵敏度应为其灵敏度应为 AthbIxUkAthbxRkR)(2)(2maxmaxumaxmax其中其中, t 为节距为节距,表示相邻两线绕线的距离。表示相邻两线绕线的距离。 由式可以看出由式可以看出,线性线绕电位器的电线性线绕电位器的电阻灵敏度和电压灵敏度除与电阻率阻灵敏度和电压灵敏度除与电阻率有关有关外外,还与骨架尺寸还与骨架尺寸h和和b、导线横截面积、导线横截面积A(导线直径导线直径d）、绕线节距）、绕线节距t等结构参数等结构参数有关有关;电压

11、灵敏度还与通过电位器的电流电压灵敏度还与通过电位器的电流I的大小有关。的大小有关。 发动机机油压力传感器（电位器式）发动机机油压力传感器（电位器式） 发动机机油压力传感器用于检测发动机机油压力的大小，它一般通过螺钉拧入在缸体的油道里，其内部有一个可变电阻，一端输出信号，一端与搭铁的滑动臂相连。当油压增大时，油压通过润滑油道接口推动膜片弯曲，膜片推动滑动臂移动到低电阻位置，使电路中的输出电流增大；反之，油压降低时，膜片推动滑动臂移动到高电阻位置，使电路中输出电流减小，最终在机油压力表上将机油压力的大小以指针指示出来，如图所示。节气门位置传感器节气门位置传感器(电位器式电位器式） 节气门位置传感器

12、又称为节气门开度传感器或节气门开关。其主要功用是检测出发动机是处于怠速工况还是负荷工况，是加速工况还是减速工况。它实质上是一只可变电阻器和几个开关，安装于节气门体上。线性输出型节气门位置传感器的结构与原理 线性输出型节气门位置传感器也叫可变电阻式节气门位置传感器，其结构如下图所示，由活动触点1、活动触点2、电阻器、节气门轴、接线插头等组成。传感器的两个活动触点与节气门轴联动，分别是用于测量节气门开度的活动触点1和用于确定节气门全闭位置时的活动触点2。 当活动触点随节气门的打开而改变电位器的电阻值时，其输出电压与节气门的开度成正比例增大 节气门位置传感器的工作原理如图所示。当节气门逐渐(向右)打

13、开时，活动触点也向右移动，电路中所串人的电阻值逐渐减小，输出电压增大；反之，输出电压减小。通过这种方式。将其输出信号送至电子控制装置输入端，由它来控制喷油器的开闭时间，以满足汽车加速时发动机所要求供给的燃油量。翼片式空气流量传感器（电位器式）翼片式空气流量传感器（电位器式） 翼片式空气流量传感器又称翼片式或活门式空气流量传感器，是利用力矩平衡原理和电位器原理开发研制的机械式传感器，已生产使用多年，具有结构简单、价格便宜、可靠性高的优点，广泛用于丰田皇冠、佳美、子弹头、马自达等轿车的燃油喷射系统中。它主要由翼片部分、电位计部分和接线端子三部分组成，其结构如图所示。 翼片部分。翼片式空气流量传感器的翼片部分包括测量翼片(在主空气道内旋转)和缓冲翼片(在缓冲室内偏转，对翼片起阻尼作用，当发动机吸入的空气量急剧变化和气流脉动时，减小翼片的脉动）两者铸成一体，如图所示。 电位计部分。电位计位于空气流量传感器上壳体上方，内有平衡配重、滑臂、复位弹簧、调整齿圈和印制电路板等，其结构如图所示。翼片式空气流量传感器的工作翼片式空气流量传感器的工作原理原理 翼片式空气流量传感器的工作原理如下图所示。当空气通过传感器的主通道时，叶片将受吸人空气气流的压力和回位弹簧的弹力共同作用，节气门开度增大时，空气流量增大，气流压力将