项目二汽车常用传感器认知课件

1、项目二 汽车常用传感器认知任务一 认识传感器任务一 认识传感器任务描述作为汽车“感觉器官”的传感器将各种输入参量转换为电信号，这些信号是调节和控制发动机管理系统、安全系统和舒适系统所必须的。任务一 认识传感器一、传感器的现状和发展1传感器概述传感器是一种检测装置，它能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。任务一 认识传感器1传感器概述传感器是实现自动控制的首要环节，如表所示为人体感知器官与相应传感器的功用。有关现象人的感觉与器官传感器光视觉眼睛光电池光导元件光敏二极管声波听觉耳朵振动传感器压

2、敏二极管任务一 认识传感器1传感器概述传感器是实现自动控制的首要环节，如表所示为人体感知器官与相应传感器的功用。有关现象人的感觉与器官传感器位移压力触觉皮肤称重传感器温度冷热觉皮肤热敏电阻温度传感器分子吸附嗅觉鼻子气敏传感器煤气传感器离子检测FET味觉舌头任务一 认识传感器1传感器概述汽车传感器是汽车计算机系统的输入装置，它把汽车运行中各种工况信息，如车速、介质温度、发动机运转工况等，转化成电信号输入给计算机，以便发动机处于最佳工作状态。一旦某个传感器失灵，它所对应装置的运行就会不正常甚至不工作。任务一 认识传感器任务描述以自己身边的电子产品（如手机、平板电脑、小家电）为例，谈一谈在它上面都应

3、用到了什么传感器技术？任务一 认识传感器1传感器概述现代汽车电子控制系统所用传感器与使用目的如表所示。系 统传感器使用目的发动机进气压力，爆燃，进气温度，空燃比，曲轴角度，发动机转速，冷却水温阀，冷却水温度开关 燃油喷射，点火时间的程序控制，冷却水温稳定，怠速转速的稳定控制，空燃比修正反馈控制，爆燃区控制变速器 变速器位置开关，节流阀开关 换挡控制车身行驶 车速，轮速，车高，结露开关，车内、外开关，车内、外温度，日照量，湿度，冷却水温开关，冷却水温开关，冷媒压力开关 定速行驶控制，车高稳定控制，防抱死控制，防结露车窗，变速锁止控制，悬架系统控制，车内空调，前照灯控制，防眩目后视镜，雨滴检测刮水

4、器任务一 认识传感器1传感器概述现代汽车电子控制系统所用传感器与使用目的如表所示。系 统传感器使用目的显示诊断 发动机转速，车速，燃油余量，冷却水温，油压，方位车距，进气压力，燃油流量，排气温度开关，燃油余量开关，冷却水量开关，制动液量开关，洗涤剂量开关，蓄电池液量开关，车门开关，座椅安全带开关，行李箱盖开关，油温开关 计量显示：车速，里程表，燃油余量，冷却水温，耗油量，进气压力，行车路线 诊断显示：机油压力，燃油余量，高速区，排气温度警报区，冷却水位，制动液位，风窗洗涤剂液位，蓄电池液位等任务一 认识传感器2传感器的分类2传感器的分类传感器在汽车工业中应用广泛，种类多样，一种被测参数可用多种

5、不同类型的传感器来测量，而同一种传感器也往往可以测量多种被测参数。常用汽车传感器的各种分类方法如下。任务一 认识传感器2传感器的分类1）按能量关系分类根据能量关系不同，传感器可分为主动型和被动型两类。汽车传感器大多使用被动型传感器，这种传感器需要外加电源才能产生电信号，其自身本质上是一个能量控制器。任务一 认识传感器2传感器的分类2）按信号转换的角度分类如图所示，根据信号转换的角度不同，传感器可分为由一种非电量变换为另一种非电量的传感器（如弹性敏感元件和气动传感器），以及由非电量变换为电量的传感器（如热电偶温度传感器、压电式加速度传感器）。任务一 认识传感器2传感器的分类 （a）气动传感器（b

6、）压电式加速度传感器任务一 认识传感器2传感器的分类3）按检测变换原理分类根据检测变换原理不同，传感器可分为物理性能型和结构型两类。物理性能型传感器是指在测量过程中，结构参数基本不变，依靠敏感元件的物理性能变化实现信号的变换（如热电传感器、光电传感器、压电传感器）；结构型传感器则依靠传感器某些结构参数的变化来实现信号的变换（如电感传感器、电容传感器）。任务一 认识传感器3感器的发展趋势汽车在汽车电子控制系统中的重要作用和快速增长的市场需求，促进了汽车传感器技术的不断发展。未来汽车传感器的发展总体趋势是智能化、微型化、集成化、多功能化以及新材料和新工艺制成的新型传感器。任务一 认识传感器3感器的

7、发展趋势1）智能化能够执行信息存储和信息处理，而且能够进行逻辑思考和结论判断，相当于传感器与微型机的结合，将信息处理和控制电路集成到了单个芯片中，具有自诊断、多参数混合测量、误差补偿等功能。任务一 认识传感器3感器的发展趋势2）微型化利用微电子机械系统技术和计算机辅助设计技术将微米数量级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在同一芯片上，其具有体积小、价格低、工作寿命长的特点，并且可以提高系统测试准确度，有取代传统传感器的趋势。任务一 认识传感器3感器的发展趋势3）多功能化将若干种敏感元件组装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化、多功能传感器。能够对不同种类的参数进行检测，即用单独一个传感器

8、系统来同时实现多种传感器的功能，可以减少传感器的数量，提高系统可靠性。任务一 认识传感器3感器的发展趋势4）集成化利用微电子机械系统技术将敏感元件和处理器集成在一个芯片上，称为IC式传感器，如图所示。任务一 认识传感器3感器的发展趋势5）新材料、新工艺的应用新材料的应用是传感器技术发展的重要基础。现在光导纤维、纳米材料、超导材料等新型材料的出现促进了汽车传感器的发展。任务一 认识传感器3感器的发展趋势传感器的性能不仅与其材料有关，还与其加工技术有关，加工技术的微精细化在传感器的生产中占有越来越重要的地位。近年来，随着集成电路工艺的发展，微机械加工技术已越来越多地用于传感器制造工艺。随着现代制造

9、技术的发展，将会有更多的先进制造技术应用到汽车传感器制作中。任务一 认识传感器3感器的发展趋势6）探索研发新型传感器传感器的工作原理是基于各种物理、化学和生物效应，由此启发人们进一步探索具有新效应的敏感功能材料，并以此研制具有新原理的新型传感器，这是发展低成本、高性能、多功能和微型化传感器的重要途径。任务一 认识传感器3感器的发展趋势目前，传感器行业的发展已经进入了一个新的时代，网络传感器、生物传感器、纳米传感器等更尖端的传感器已进入国内市场，进入我们的生活。课后请同学们查阅相关资料进行了解。任务一 认识传感器二、汽车传感器的性能要求及使用原则1汽车传感器的性能要求汽车传感器的性能指标包括精度

10、指标、响应性、可靠性、耐久性、结构紧凑性、适应性、输出电平和制造成本等。任务一 认识汽车电子控制系统1汽车传感器的性能要求 有较好的环境适应性。汽车工作环境温度是在 4080，各种道路条件下运行，特别是发动机承受着巨大的热负荷、热冲击和振动等，因此要求传感器能适应温度、湿度、冲击、振动、腐蚀及油液污染等恶劣工作环境。 要求汽车传感器工作稳定性好、可靠性高。 再现性好。由于计算机在汽车上的应用，要求传感器再现性一定要好，因为即使传感器线性特性不良，也可以通过电脑来修正。任务一 认识汽车电子控制系统1汽车传感器的性能要求 具有批量生产和通用性。由于汽车工业的发展，要求传感器应具有批量生产的可能性。

11、一种传感器可用于多种控制，如把速度信号微分，可求得加速度信号等，所以传感器应具有通用性。 要求小型化，便于安装使用，检测识别方便。 应符合有关标准要求。 传感器数量不受限制。任务一 认识传感器1汽车传感器的性能要求在现代汽车电子控制系统中，传感器可把被测参数转变成电信号，无论参数数量怎样多，只要把传感器信号输入电脑，就可以进行处理，实现高精度控制。任务一 认识传感器1汽车传感器的性能要求检测项目测量范围精度要求进气歧管压力（kPa）101002%空气流量（kg/h）66002%温度（）-501502.5%曲轴转角（）103600.5%燃油流量（L/h）01101%排气中氧浓度 0.41.41%

12、任务一 认识汽车电子控制系统2汽车传感器的使用原则 量程的选择。量程是传感器测量上限和下限的代数差。例如，检测车高用的位移传感器，要求测量上限为40 mm，测量下限为-40 mm，则选择位移传感器的量程应为80 mm。 灵敏度的选择。传感器输出变化值与被测量的变化值之比称为灵敏度。例如，测量发动机水温的传感器，它的测量变化值为170（-50120），而它的输出电压值要求为05 V，所以选择其灵敏度为5 V/170。 分辨率的选择。分辨率表示传感器可能检测出的被测信号的最小增量。例如，发动机曲轴位置传感器，要求分辨率为0.1。任务一 认识汽车电子控制系统2汽车传感器的使用原则 误差的选择。误差是

13、指测量指示值与真值之间的差。有的误差用绝对值表示，如温度传感器的绝对误差为2；而有的用相对于满量程之比表示，如空气流量传感器的相对误差为1%。传感器误差是系统总体误差所要求的，应当加以注意。 重复性的选择。重复性是传感器在工作条件下，被测量的同一数值，在一个方向上进行重复测量时，测量结果的一致性。例如，检测发动机在转速上升时期对某一个速度重复测量时数值的一致性或误差值多大，应满足规定要求。任务一 认识汽车电子控制系统2汽车传感器的使用原则 线性度的选择。汽车传感器的线性度是指它的输入输出关系曲线与其理论拟合直线之间的偏差。这种偏差要大小一定，重复性好，且有一定的规律，这样在电脑处理数据时可以用

14、硬件或软件进行补偿。 过载的选择。过载表示传感器允许承受的最大输入量（被测量）。在这个输入量作用下，传感器的各项指标应保证不超过其规定的公差范围。过载一般可用超过测量上限（或下限）的被测量值与量程的百分比表示。选择过载时只要实际工况超载量不大于传感器说明书上规定值就可以。任务一 认识汽车电子控制系统2汽车传感器的使用原则 可靠度的选择。可靠度的含义是在规定条件下，传感器正常工作的可能性。例如，压力传感器的可靠度为0.997（2 000 h），它是指压力传感器符合上述条件时，工作2 000 h，它的可靠性为0.997（99.7%）。在选择工作时间长短及概率指标时都要符合要求，才能保证整个系统的可

15、靠性指标。 响应时间的选择。传感器的响应时间是在信号产生后，传感器输出值达到稳定值的最小规定百分数时所需的时间。例如，压力传感器响应时间要求是10 ms，也就是要求该传感器在工作条件下，从输入信号加入后，要经10 ms后，它的输出值才达到所要求的数值。这个参数大小会直接影响汽车启动时间的大小，所以在选择时只能小于10 ms，才能满足汽车启动的时间要求。任务一 认识传感器1汽车传感器的性能要求传感器应用广泛，使用时需要考虑的原则不仅限于上述几点，需要结合实际要求及环境选用。任务一 认识汽车电子控制系统任务实训汽车电子控制系统的研讨实训题目观察汽车传感器实训目的 通过实际接触及观察汽车传感器，对传

16、感器有初步的认识。 提高同学的动手和观察能力。实训设备温度传感器、压力传感器、液位传感器、光传感器等汽车常用传感器。实训方法及步骤观察汽车传感器的大小、结构、材质及接口，选择其中一种传感器，通过互联网或图书资料查询各传感器的参数、功能及在车中的安装位置，将查询出来的资料记录在实训总结报告上。汽车传感器实物图如图2-1-3所示。任务一 认识汽车电子控制系统任务实训汽车电子控制系统的研讨实训方法及步骤 （a）温度传感器 （b）压力传感器 （c）液位传感器图2-1-3 汽车传感器实物图 注意： 进入实训室时必须做好课前准备，与实训无关的物品不得带入实训室内。 实训时要随时保持台面整洁，将需要的工具放

17、在实训台上的指定位置。 实训结束时，应清洁工作台，清理垃圾，将实训器材恢复原位。实训总结任务二 认识温度传感器任务二 认识温度传感器任务描述在汽车工业，甚至整个工业自动化过程中，温度传感器都是极其重要的传感器之一。随着现代汽车电子化程度的提高，越来越多的机构总成开始使用温度传感器。只有确定发动机的温度状态后，才可以正确的控制燃油喷射、点火正时、怠速转速和尾气排放，以提高发动机的运行性能。任务二 认识温度传感器一、温度传感器概述应用在汽车上的温度传感器主要有冷却液温度传感器、进气温度传感器、排气温度传感器、油温度传感器、蒸发器出口温度传感器和车内（外）温度传感器等。它们的作用是检测气体、液体的温

18、度，并把检测结果转换成电信号输入给ECU进行处理。任务二 认识温度传感器一、温度传感器概述常用的温度传感器有热电阻式、热电偶式、热敏电阻式及晶体管和集成型。目前，汽车日常用的有热电阻式、热电偶式和热敏铁氧体式温度传感器。常见温度传感器的比较如表所示。实际当中，用一种传感器难以满足实际温度的测量范围，所以就需要按照使用目的来选定传感器。任务二 认识温度传感器一、温度传感器概述类 型优 点缺 点IC温度传感器 线性极高、成本低、精度高、输出幅度大、易于系统集成、尺寸小 响应时间长、温度范围有限、固有的自身发热、需要外部参考源RTD 线性中等、稳定性好、精度极高、配置灵活多样 温度范围有限、价格昂贵

19、、需要外部电流源任务二 认识温度传感器一、温度传感器概述谈谈在日常生活中，温度传感器都应用在了哪些方面，它们的主要作用是什么？任务二 认识温度传感器二、热电阻式温度传感器热电阻式温度传感器是根据物质的电阻率随其本身温度变化而变化的现象制成的，这种现象称为热电阻效应。其按材料特性不同可分为金属热电阻式温度传感器和半导体热敏电阻式温度传感器。任务二 认识温度传感器1金属热电阻式温度传感器1）热电阻的类型热电阻一般用铂、铜、镍等纯金属制成，现在也有用铟、锰、铑等材料制成的新型热电阻。下面以最为常见的铂热电阻和铜热电阻为例做简单介绍。任务二 认识温度传感器1金属热电阻式温度传感器（1）铂热电阻铂热电阻

20、是利用铂丝的热电阻效应这一基本原理设计和制作的，其外形如图所示。铂热电阻是一种较理想的热电阻材料，因为铂的化学性质极其稳定，可以在很宽的温度范围内保持良好的特性，适合在-200850的温度范围内测量，是世界上使用最多的温度传感器。任务二 认识温度传感器1金属热电阻式温度传感器目前国内统一设计的一般工业用标准铂电阻的值有100 和10 两种，并将电阻值RT，与温度T的相应关系统一列成表格，称为铂电阻的分度表。任务二 认识温度传感器1金属热电阻式温度传感器（2）铜热电阻铜热电阻是利用铜丝的热电阻效应这一基本原理设计和制作的，其外形与铂热电阻类似。与铂热电阻相比，铜热电阻的测量精度低，测量范围较小（

21、为-50150），机械强度低，但其在测量范围内稳定性好，有强大的温度系数、线性特性，而且金属铜易提纯，价格低廉，可应用在测量要求不高的场合。铜热电阻还具有良好的电输出特性，可用来为显示仪、记录仪、调节器、扫描器、数据记录仪以及计算机提供准确的温度变化信号。任务二 认识温度传感器二、热电阻式温度传感器2）热电阻的结构不论是铂热电阻还是铜热电阻，其结构都由电阻体、绝缘套管和接线盒组成，如图所示。任务二 认识温度传感器二、热电阻式温度传感器电阻体主要由电阻丝、骨架和引出线组成，如图所示。任务二 认识温度传感器1金属热电阻式温度传感器3）热电阻传感器的测量电路由于汽车使用环境较为恶劣，因此热电阻的引出

22、线对测量结果有较大影响，为了减小或消除引出线内阻的影响，热电阻RT的引出线连接方式常采用三线制或四线制，如图所示。任务二 认识温度传感器1金属热电阻式温度传感器（1）三线制在热电阻根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好地消除引线内阻的影响，提高测量精度，在工业过程控制中最常用。任务二 认识温度传感器1金属热电阻式温度传感器（2）四线制在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把RT转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线内阻影响，主要用于高精度的温度检

23、测。任务二 认识温度传感器2半导体热敏电阻式温度传感器热敏电阻是一类敏感元件，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻（PTC）和负温度系数热敏电阻（NTC）。热敏电阻的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。任务二 认识温度传感器2半导体热敏电阻式温度传感器半导体热敏电阻由陶瓷半导体制成，它具有非常大的电阻温度系数和高的电阻率，用其制成的传感器的灵敏度也相当高。热敏电阻的主要特性有温度特性和伏安特性。任务二 认识温度传感器2半导体热敏电阻式温度传感器1）温

24、度特性正温度系数热敏电阻（PTC）广泛应用在汽车发动机、仪器、仪表等测温、感温部件中，它的主要成分为钛酸钡，并混合其他金属氧化物烧结而成，其温度特性如图中曲线1所示。任务二 认识温度传感器2半导体热敏电阻式温度传感器负温度系数热敏电阻（NTC）广泛应用在汽车发动机冷却水温度传感器、进气温度传感器、机油温度传感器和空调用温度传感器中，其外形如图所示。任务二 认识温度传感器2半导体热敏电阻式温度传感器负温度系数热敏电阻是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，在导电方式上完全类似硅、锗等半导体材料。温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔

25、穴）数目少，电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，电阻值降低，如图中曲线2所示。任务二 认识温度传感器2半导体热敏电阻式温度传感器2）伏安特性静态情况下热敏电阻上的端电压与通过热敏电阻的电流之间的关系称为伏安特性。它是热敏电阻的重要特性，如图所示。任务二 认识温度传感器2半导体热敏电阻式温度传感器当电流很小时，元件的功耗小，电流不足以引起热敏电阻发热，元件的温度基本上就是环境的温度，在这种情况下，热敏电阻相当于一个固定电阻，电压与电流之间的关系符合欧姆定律。随着电流的增加，热敏电阻的耗散功率增加，使工作电流引起热敏电阻的自身温度超过介质温度，则热敏电阻的阻值下降。当电流继续增加时，电压的

26、增加却逐渐缓慢。若继续增加电流强度，热敏电阻自身加温更剧烈，使其阻值迅速减小，其阻值减小的速度超过电流增加的速度，因此热敏电阻的电压降随电流的增加而降低。当电流超过某一允许值时，热敏电阻将被烧坏。任务二 认识温度传感器2半导体热敏电阻式温度传感器因此，要根据热敏电阻的允许功耗来确定电流，测量温度时电流不能选得太高。任务二 认识温度传感器三、热电偶式温度传感器1热电偶的测温原理将两种不同材料的导体（或半导体）A和B的两端分别焊接或铰接在一起，形成一个闭合回路，如果两个接点的温度不同，则回路中将产生一个电动势，称为热电动势，这种现象称为热电效应，如图所示。任务二 认识温度传感器1热电偶的测温原理热

27、电偶就是利用热电效应原理进行温度测量的。其中，直接用作测量介质温度的一端称为工作端（又称测量端），用T0表示；另一端称为冷端（又称补偿端），用T1表示。冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电动势。任务二 认识温度传感器1热电偶的测温原理热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电动势测量温度，对于热电偶的热电动势，应注意如下几个问题。任务二 认识温度传感器1热电偶的测温原理 热电偶的热电动势是热电偶工作端的两端温度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端温度差的函数。 当热电偶的材料均匀时，热电偶所产生的热电动势的大小，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶

28、材料的材质和两端的温差有关。 当热电偶的两个热电偶丝材料材质确定后，热电偶热电动势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，热电偶的热电动势仅是工作端温度的单值函数。任务二 认识温度传感器三、热电偶式温度传感器热电偶是工业中使用最为普遍的接触式测温装置。汽车上使用的热电偶式温度传感器测量温度高、测量范围宽、性能稳定、体积小、响应速度快，但热电位差不高，需放大后进行处理。任务二 认识温度传感器2热电偶式温度传感器的结构热电偶式温度传感器的结构形式多种多样，普通热电偶式温度传感器的结构如图所示。其主要由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒等组成。任务二 认识温度传感器2热电偶式温度传

29、感器的结构热电偶式温度传感器还有铠装式和薄膜式等形式。铠装式热电偶式温度传感器的特点是挠性好，适用于复杂表面和狭小空间的温度测量；薄膜式热电偶式温度传感器的特点是热惯性小、响应速度快，主要用于表面温度的动态测量。任务二 认识温度传感器2热电偶式温度传感器的结构金属热电阻式温度传感器和热电偶式温度传感器的区别是什么？任务二 认识温度传感器四、探究温度传感器的应用1发动机冷却液温度传感器冷却液温度传感器安装在发动机缸体或缸盖的水套上，与冷却液直接接触，用于测量发动机的冷却液温度，其结构如图所示。任务二 认识温度传感器1发动机冷却液温度传感器冷却液温度传感器使用的温度传感器是一个负温度系数热敏电阻（

30、NTC），其特性是阻值随温度升高而降低，如图所示。任务二 认识温度传感器1发动机冷却液温度传感器当出现因汽车负载过大、缺水、点火时间不对、风扇不转等故障时，冷却液温度过高，会使发动机机体温度上升，出现发动机不能工作的故障。所以，当冷却液温度过高时，冷却液温度传感器会检测出其温度变化，并转换成电信号输入给ECU，ECU会根据信号对发动机的喷油量进行修正，使进入发动机的可燃混合气燃烧稳定，防止故障的发生。任务二 认识温度传感器2进气温度传感器进气温度传感器用来检测发动机的进气温度，将进气温度信号转变为电信号输入给ECU，ECU根据此信号修正喷油量与点火提前角，其结构如图所示。任务二 认识温度传感器

31、2进气温度传感器进气温度传感器内部是一个负温度系数热敏电阻，它的电阻随温度的上升而下降；反之随温度的下降而上升，如图所示。任务二 认识温度传感器2进气温度传感器进气温度传感器的安装位置有两种，在D型（进气压力型）电子燃油喷射系统中，它安装在空气滤清器之后的进气管上；在L型（进气流量型）电子燃油喷射系统中，它安装在空气流量计内。任务二 认识温度传感器2进气温度传感器进气温度传感器与ECU的连接如图所示，当信号THA的电压高时，热敏电阻值大，ECU可判断进气温度低，空气密度大，单位体积的空气质量大。此时，同样的进气体积流量，进气质量流量大，应适量增加喷油量；反之，应适量减少喷油量。当混合气过浓或过

32、稀时，会使发动机工作不稳，这时应检查进气温度传感器是否故障。任务二 认识温度传感器3排气温度传感器排气温度传感器主要用来检测再循环废气的温度，判断再循环系统的工作是否正常，其外形及结构如图所示。任务二 认识温度传感器3排气温度传感器排气温度传感器安装在汽车尾气装置三元催化转换器上，可用来检测转换器内的排气温度。该系统是为了防止催化转化装置过热老化，损伤及损害车辆而设置的。若排气温度异常，则传感器会将异常的温度信号输入ECU分析处理，然后启动异常高温警报系统，使排气温度警告灯亮起，以告知司机。任务二 认识温度传感器3排气温度传感器如图所示为异常高温警报系统图。任务二 认识温度传感器3排气温度传感

33、器三元催化转换器是安装在汽车排气系统中的净化装置，它可将汽车尾气排出的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物等有害气体通过氧化和还原作用转换为无害的二氧化碳、水和氮气。任务二 认识温度传感器4车内、外温度传感器车内、外温度传感器均采用负温度系数的热敏电阻制成，即电阻值随空气温度的升高而明显减少。任务二 认识温度传感器4车内、外温度传感器1）车内温度传感器车内空气温度传感器将热敏电阻装在塑料壳内，利用抽风装置将车内空气从吸气孔处吸入塑料壳内来检测车内温度。车内空气温度传感器，一个安装在驾驶室内仪表板下面；另一个安装在后风窗玻璃下面。车内空气温度传感器的结构如图所示。任务二 认识温度传感器4车内、外温度

34、传感器2）车外温度传感器车外温度传感器用于检测车外环境的温度，其阻值也随环境温度的变化而变化，并把这种变化信号输入给空调控制系统的ECU，使ECU启动空调压缩机运转，从而保证车内的温度在恒定范围内。车外空气温度传感器一般安装在汽车前部，其结构与特性如图所示。任务二 认识温度传感器5空调蒸发器出风口温度传感器如图所示，蒸发器出口温度传感器安装在汽车空调系统的蒸发器片上，用以检测蒸发器表面的温度变化，控制压缩机的工作状况。 任务二 认识温度传感器5空调蒸发器出风口温度传感器工作时，空调蒸发器出口温度传感器检测蒸发器表面的温度信号，并将它转化为电信号输入给ECU，ECU将输入的温度信号与设定的温度调

35、节信号进行比较后，控制空调压缩机电磁离合器的通断，从而对压缩机的工作进行控制，同时还能利用此传感器检测到的温度信号，防止蒸发器出现冰堵现象。 任务二 认识温度传感器5空调蒸发器出风口温度传感器蒸发器出口温度传感器安装在汽车空调系统上。其采用负温度系数的热敏电阻为检测元件，工作温度为2060，其结构与特性如图所示。 任务二 认识温度传感器任务实训温度传感器的检测实训题目温度传感器的检测实训目的能识别常见传感器，并学习汽车常用温度传感器的检测方法。实训设备温度传感器、温度计、万用表、电阻、直流电源、导线等。实训方法及步骤1检查温度传感器的好坏检查传感器的外观有无损坏，并用万用表测量传感器的电阻，正

36、常情况下应有一定的阻值。任务二 认识温度传感器任务实训温度传感器的检测实训方法及步骤2测量传感器电阻值的变化特性如图（a）所示连接电路，R=1 k。如图（b）所示，将温度传感器和温度计浸入到热水中，在水温下降的过程中，记录不同温度下传感器的电阻值和两端的电压值，并填入实训数据表内。依照记录的数据绘制传感器电阻随温度变化的曲线，以及其两端电压随温度变化的曲线。 （a） （b）注意：测量时只需将传感器螺纹以下部分浸入到水中，防止引脚接触到水而引起短路。任务三 认识压力传感器任务三 认识压力传感器一、压力传感器概述压力是指发生在两个物体的接触表面的作用力，或是气体对于固体和液体表面的垂直作用力，又或

37、是液体对于固体表面的垂直作用力。在力学和多数工程学科中，习惯上将“压力”一词与物理学中的压强同义，单位为帕斯卡，简称帕，单位符号为Pa。任务三 认识压力传感器一、压力传感器概述压力传感器可用来检测气体压力和液体压力，并将压力信号转变为电压信号，其基本原理是靠测定压力差来工作的。检测过程中的基准压力通常是指大气压。汽车上应用的压力传感器较多，分别用来检测进气歧管压力、气缸压力、发动机油压、变速器油压、车外大气压力及轮胎压力等。任务三 认识压力传感器一、压力传感器概述进气歧管压力点火提前角控制轮胎气压轮胎气压检测器空燃比控制EGR控制车外大气压空燃比修正气缸压力爆燃控制制动阀油压制动控制变速器油压

38、变速器控制悬架油压悬架控制汽车压力传感器的作用如表示所。任务三 认识压力传感器一、压力传感器概述汽车压力传感器的量程和精度如表所示。应用位置量 程精 度工作温度汽油蒸发5 kPa2%-30120悬挂2 MPa2%-30120空调3.5 MPa2%-30135汽油缸内直喷14 MPa0.5%-30130电子液压刹车25 MPa1%-30120柴油高压共轨180 MPa0.5%-30130任务三 认识压力传感器一、压力传感器概述汽车压力传感器可分为压电式、霍尔式、应变式、半导体式和膜片式等多种形式。任务三 认识压力传感器二、压电式压力传感器压电式传感器以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，电

39、介质表面产生电荷，从而实现测量压力的目的。任务三 认识压力传感器1压电效应某些电介质在受到沿一定方向上的外力作用而变形时，在它的两个相对表面上会出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，若在电介质上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。任务三 认识压力传感器1压电效应具有压电效应的电介质称为压电材料，其大部分为晶体，如石英晶体、磷酸二氢胺、钛酸钡和锆钛酸铅等，都是性能优良的压电材料，如图所示。任务三 认识压力传感器2压电式压力传感器的等效电路和测量电

40、路1）压电晶体的连接方式以压电效应为基础制成的压电传感器是一种高内阻，但输出信号弱的有源传感器。在进行非电量测量时，为了提高灵敏度和测量精度，一般采取多片压电材料组成一个压电敏感元件，并接入高输入阻抗的前置放大器。多片压电材料有串联和并联两种连接方式，如图所示。任务三 认识压力传感器2压电式压力传感器的等效电路和测量电路串联接法的输出电压高，其本身电容小，适宜电压输出信号或测试电路输入阻抗很高的情况。并联接法的输出电荷大，但由于本身电容大，故时间常数大，只适合测量慢变化信号。任务三 认识压力传感器2压电式压力传感器的等效电路和测量电路2）压电传感器的等效电路当压电传感器中的压电晶体受到被测机械

41、的压力作用时，在它的两个极面上出现极性相反但电量相等的电荷。这时可把压电传感器看成一个静电发生器，也可把它视为一个电容器。在实际使用时，压电传感器总要与测量仪器或测量电路相连接，因此还应考虑连接电缆的等效电容Cc，放大器的输入电阻Ri，输入电容Ci，以及压电传感器的泄漏电阻Ra。任务三 认识压力传感器2压电式压力传感器的等效电路和测量电路压电传感器在测量系统中的实际等效电路如图所示。任务三 认识压力传感器2压电式压力传感器的等效电路和测量电路3）压电传感器的测量转换电路电路通常需要接入一个高输入阻抗的前置放大器，可将高输出阻抗变换为低输出阻抗，也可提高放大传感器输出的微弱信号。压电传感器的输出

42、可以是电压信号，也可以是电荷信号，因此前置放大器有电压放大器和电荷放大器两种形式。任务三 认识压力传感器2压电式压力传感器的等效电路和测量电路以电荷放大器为例，它实际上是有负反馈的高增益运算放大器，如图所示。任务三 认识压力传感器2压电式压力传感器的等效电路和测量电路图中CF为电荷放大器的反馈电容，Rf为反馈电阻。在理想状态下，传感器泄漏电阻Ra、放大器的输入电阻Ri和反馈电阻Rf都趋于无穷大，因此可全部忽略不计。图中未标出Ra和Ri。常用电荷放大器将压电传感器输出的电荷转换为电压（Q/u转换器），电荷放大器的输出电压仅与输入电荷和反馈电容有关，电缆长度等因素的影响很小，电压公式为（2-3-1

43、）任务三 认识压力传感器三、霍尔式压力传感器霍尔式传感器是基于霍尔效应原理，将被测量的电流、磁场、位移、压力、压差、转速等转换成电动势输出的一种传感器。虽然它的转换率较低、温度影响大，要求转换较高精度时必须进行温度补偿，但霍尔式传感器结构简单、体积小、坚固、频率响应宽（从直流到微波）、动态范围大、无触点、使用寿命长、可靠性高、易于微型化和集成电路化，因此在测量技术、自动化技术和信息处理等方面得到了广泛的应用。任务三 认识压力传感器1霍尔效应霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔于1879年在研究金属的导电机制时发现的。如图所示，将金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，当有电

44、流I流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势UH，这种物理现象称为霍尔效应。霍尔效应可以使用左手定则进行判断。任务三 认识压力传感器1霍尔效应能够产生霍尔效应的金属或半导体薄片称为霍尔元件，用于制造霍尔元件的材料有锗、锑化铟或砷化铟。任务三 认识压力传感器2霍尔式压力传感器的工作原理1）霍尔式位移传感器霍尔式压力传感器由霍尔式位移传感器变化而来，所以需要先了解霍尔式位移传感器的工作原理，下面通过实验说明。首先选定霍尔元件，并使电流保持恒定。在线性不均匀磁场中，霍尔元件所处的位置不同，所受到的磁感应强度也有所不同，这样就可输出一个与位移成比例的霍尔电动势，实现位移电动势的线性转换。任务三

45、认识压力传感器2霍尔式压力传感器的工作原理1）霍尔式位移传感器霍尔式压力传感器由霍尔式位移传感器变化而来，所以需要先了解霍尔式位移传感器的工作原理，下面通过实验说明。首先选定霍尔元件，并使电流保持恒定。在线性不均匀磁场中，霍尔元件所处的位置不同，所受到的磁感应强度也有所不同，这样就可输出一个与位移成比例的霍尔电动势，实现位移电动势的线性转换。任务三 认识压力传感器2霍尔式压力传感器的工作原理如图所示，用两个相同的磁铁，就可得到一个线性的不均匀磁场。两个磁极间的磁感应强度分布曲线如图所示。为得到较好的线性分布，磁极端面常被做成特殊形状的磁靴。任务三 认识压力传感器2霍尔式压力传感器的工作原理组成

46、霍尔式位移传感器磁路系统的是两块半环形五类磁钢，两端由工业纯铁构成磁靴。任何非电量只要能转换成位移量的变化，均可利用霍尔式位移传感器的原理变换成霍尔电动势。任务三 认识压力传感器2霍尔式压力传感器的工作原理2）霍尔片式弹簧管压力传感器将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧管压力传感器，结构如图所示。被测压力由弹簧管1的固定端引入，弹簧管的自由端与霍尔片3相连接，在霍尔片的上、下方垂直安放两对磁极，使霍尔片处于两对磁极形成的非均匀磁场中。霍尔片的四个端面引出四根导线，其中与磁钢2相平行的两根导线和直流稳压电源相连接，另两根导线用来输出信号。任务三 认识压力传感器2霍尔式压力传感器的工作原理

47、当引入被测压力后，在被测压力的作用下，弹簧管自由端会产生位移，从而改变霍尔片在非均匀磁场中的位置，所产生的霍尔电动势也发生改变，其大小与被测压力成线性比例关系。传感器利用这一原理，即可实现远距离显示和自动控制。任务三 认识压力传感器四、应变式压力传感器应变式压力传感器属于力学传感器，其优点是价格极低、精度较高，并有较好的线性特性。任务三 认识压力传感器1电阻应变效应电阻丝的电阻值随着它受外力所产生机械变形（拉伸或压缩）的大小而发生变化，这种现象称为电阻应变效应。若电阻丝的长度为l，截面积为S，电阻率为，在未受力时的电阻值为（2-3-2）任务三 认识压力传感器1电阻应变效应若电阻丝在拉力F的作用

48、下，长度l增加，截面积S减小，电阻率也相应变化，将引起电阻变化R，即（2-3-3）式中，K电阻丝灵敏度系数；电阻丝的轴向应变，任务三 认识压力传感器1霍尔效应实验证明，在电阻丝拉伸比例极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即K为常数。通常金属丝的K=1.73.5。任务三 认识压力传感器2电阻应变片1）金属电阻应变片金属丝式应变片：将直径0.020.04 mm的金属丝贴在两层薄膜之间制成。为了增加金属丝长度，一般将其弯成栅状，两端焊接引出线。金属箔式应变片：是指用金属薄膜代替金属丝制成的应变片。其厚度一般在0.0010.01 mm之间。由于箔式应变片很薄，散热性好，因此在测量时可通过较大电流，使灵

49、敏度提高。任务三 认识压力传感器2电阻应变片金属应变片结构简单、频率特性好、价格低，并可在恶劣条件下工作，但其输出信号微弱、抗干扰能力较差、不耐高温、不是线性测量，所以在使用时往往需要对信号线采取屏蔽保护措施。任务三 认识压力传感器2电阻应变片2）半导体电阻应变片半导体电阻应变片的结构如图所示。半导体式压力传感器就是利用半导体的压阻效应制成。任务三 认识压力传感器2电阻应变片半导体电阻应变片的工作原理和金属应变片相似，但是对半导体施加应力时，电阻率也会发生变化，这种半导体电阻率随应力变化而变化的关系称为半导体压阻效应。同金属导体一样，半导体应变电阻也由两部分组成，即由于受应力后几何尺寸变化引起

50、的电阻变化和电阻率变化引起的电阻变化两部分，这里电阻率变化引起的电阻变化是主要的，可用公式表示为（2-3-4）式中，R/R电阻的相对变化；/电阻率的相对变化；半导体压阻系数；应力。任务三 认识压力传感器2电阻应变片不同导体的压阻系数以及弹性模量都不一样，所以灵敏系数也不一样。即使是同一导体，晶向不同压阻系数也不同。半导体电阻应变片有灵敏度高、工作频带宽、机械迟滞小、分辨率高等优点，缺点是温度稳定性差、灵敏度离散性大、非线性误差大。任务三 认识压力传感器3应变式压力传感器的形式应变式压力传感器常设计成两种不同的形式，膜式和测力计式。任务三 认识压力传感器3应变式压力传感器的形式1）膜式应变传感器

51、膜式应变传感器是近年来出现的一种结构新颖的传感器，它是将应变片直接贴在感受被测压力的弹性膜上。膜片直接感受被测压力而产生变形，应变片贴在膜片的内表面，膜片产生变形时，会使应变片产生一定的电阻变化并向外输出信号。任务三 认识压力传感器3应变式压力传感器的形式膜式应变传感器结构简单、灵敏度高，但它不适用于测量高温介质，输出线性差。如图所示为膜式应变传感器各种膜片的粘贴形式。任务三 认识压力传感器3应变式压力传感器的形式2）测力计式应变传感器如图所示为一种带水冷的测力计式应变压力传感器。它与膜式传感器最大的区别是被测压力不直接作用到贴有应变片的弹性元件上，而是传到一个测力应变筒上。被测压力经膜片转换

52、成相应大小的集中力，这个力再传给测力应变筒。应变筒的应变由贴在它上面的应变片测量。1应变片；2外壳；3垫片；4冷却水管；5密封圈；6垫片；7接线柱；8电缆；9压帽；10定位销；11密封圈；12应变筒；13垫片；14保护帽任务三 认识压力传感器3应变式压力传感器的形式这种结构保证被测介质受到温度波动时，对应变片产生的影响较小。另外，由于应变片内、外都不与被测介质接触，可便于冷却介质（水或空气）流通。任务三 认识压力传感器五、压力传感器的应用压力传感器在汽车电子控制系统中的作用举足轻重，它是保证汽车可靠运行和安全驾驶的关键部件。任务三 认识压力传感器1进气压力传感器汽车上的进气压力传感器常为半导体

53、压敏电阻式进气压力传感器。任务三 认识压力传感器1进气压力传感器1）进气压力传感器的结构半导体压敏电阻式进气压力传感器利用半导体的压阻效应制成，它主要由硅膜片、真空室、硅杯、底座、真空管和引线电极等组成，结构如图所示。任务三 认识压力传感器1进气压力传感器2）进气压力传感器的工作原理如图所示，硅膜片一面通过真空室，一面承受来自进气歧管中的压力，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下会发生变化，使传感器上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

54、弱，故采用了混合集成电路的方式进行放大后输入给ECU。任务三 认识压力传感器1进气压力传感器3）进气压力传感器的检测半导体压敏电阻式进气压力传感器不易损坏，应用较广。但若线路接触不良，则会使发动机出现急速不良、启动困难和启动后熄火等故障。若在汽车运行中发生上述故障，应及时对该传感器及相关电路和元件进行检测，方法如下。任务三 认识压力传感器1进气压力传感器（1）检查电源电压检查时，拔下传感器的插接器插头，接通点火开关（但不启动发动机），用万用表的电压挡检测插接器插头电源端和接地之间的电压，应在46 V之间；否则，应检修连接线路。若传感器损坏，应予更换。任务三 认识压力传感器1进气压力传感器（1）

55、检查电源电压检查时，拔下传感器的插接器插头，接通点火开关（但不启动发动机），用万用表的电压挡检测插接器插头电源端和接地之间的电压，应在46 V之间；否则，应检修连接线路。若传感器损坏，应予更换。任务三 认识压力传感器1进气压力传感器（2）检查信号电压检测进气压力传感器的输出电压。拔下进气压力传感器与进气歧管连接的真空软管，打开点火开关（但不启动发动机），用电压表在电控单元线束插头处测量进气歧管压力传感器的输出电压（信号端子PIM与搭铁线EI之间）、接着向进气歧管压力传感器内施加真空，并测量在不同真空度下的输出电压，该电压值应随真空度的增大而增加，否则应更换新品。任务三 认识压力传感器2空调压力

56、开关空调的高压压力开关是为防止制冷系统在异常的高压下工作，以保护冷凝器和高压管路不会爆裂，压缩机的排气阀不会折断及压缩机其他零件和离合器不损坏。低压压力保护开关的功能是感测制冷系统高压侧的制冷剂压力是否正常。当高压侧的压力低于0.423 MPa时，低压保护开关便将离合器电路断开，保护压缩机不受到损坏。任务三 认识压力传感器2空调压力开关空调高压压力开关如图所示，它由膜片、感温包、储液器、制冷剂等组成。任务三 认识压力传感器2空调压力开关低压压力保护开关的结构和高压保护开关一样，不过是将动、定触点的位置调换一下，它也是用螺纹插头直接安装在储液器上的，如图所示。任务三 认识压力传感器2空调压力开关

57、高压压力开关的工作原理是，在正常情况下，触点常闭，接通离合器电路，压缩机运行。当制冷系统压力异常，高到2.788 MPa时，金属膜片的弹力小于蒸气压力，金属膜片便反弹变形，触点迅速脱离，将离合器电路断开，压缩机停止运行，从而保护了压缩机；当制冷剂压力下降到2.13 MPa时，金属膜片会自动恢复原状，触点重新闭合，电路接通，压缩机又恢复运行。任务三 认识压力传感器2空调压力开关空调压力开关的检查，主要是用万用表的欧姆挡检查电阻值。测量高压压力开关的电阻值时，应为0；否则，说明高压开关损坏。用万用表的欧姆挡测量低压开关电阻值时，应为；否则，说明低压开关已损坏。任务三 认识压力传感器3制动油压传感器

58、1）制动主缸油压力传感器制动主缸油压力传感器安装在制动主缸的下部，其作用是控制制动系统的油压助力装置中的油液压力。传感器通过检测蓄能器的压力，不断向外输出油泵接通与断开及油压异常时的报警信号。油压传感器由基片、半导体应变片、传感元件及壳体组成，如图所示。工作时，在油压作用下会使传感器的基片变形，应变片的电阻值也会发生变化，然后转变为电信号，再通过桥式电路整流后向外输出。任务三 认识压力传感器3制动油压传感器2）ESP制动压力传感器ESP制动压力传感器安装在电子稳定程序（ESP）系统的调节液压泵中，该压力传感器不能从液压泵中拧出，要和液压泵一起更换。它向电控单元传送制动管路的实际制动压力，电控单

59、元由此计算出车轮制动力及作用在车辆上的轴向力，如需要ESP起作用，电控单元会利用上述数值计算侧向力。任务三 认识压力传感器3制动油压传感器ESP制动压力传感器通过三根电线与电控单元相连，如图所示。三根电线分别为5 V电源线、信号线、搭铁线。任务三 认识压力传感器任务实训压力传感器的检测实训题目压力传感器的检测实训目的学习汽车常用压力传感器的检测方法。实训设备半导体压敏电阻式进气压力传感器、手动真空泵、万用表、电阻、直流电源、导线等。实训方法及步骤1检查压力传感器的好坏连接电路，在半导体压敏电阻式进气压力传感器的电源与接地引脚之间加载5 V电压，输出引脚和接地引脚间应有一定的电压。若此信号电压为

60、0或5 V，则说明传感器损坏。任务三 认识压力传感器任务实训压力传感器的检测实训方法及步骤2测量传感器输出电压与真空度之间的关系在电源与接地引脚之间加载5 V电压，将手动真空泵（如图所示）接到传感器上并将缝隙密封好。在给压力传感器抽真空的同时，记录真空度变化时的压力传感器输出电压，并填入下方实训数据表内。图 手动真空泵任务三 认识压力传感器任务实训压力传感器的检测实训方法及步骤2测量传感器输出电压与真空度之间的关系依照记录的数据绘制半导体压敏电阻式进气压力传感器的输出电压随压力变化的曲线。 注意：测试时，首先要记录真空度为0（即大气压）时的输出电压，之后可以每隔10 cmHg记录一次数据。任务