汽车的传感器精品课件

1、汽车的传感器第1页，共20页，2022年，5月20日，9点30分，星期四目录传感器的定义汽车常用传感器原理 传感器的功能 传感器的型号与参数 传感器制造公司汽车传感器的性能要求 我国与国际的差距第2页，共20页，2022年，5月20日，9点30分，星期四传感器的定义国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，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。它是实现自动检测和

2、自动控制的首要环节。 “传感器”在新韦式大词典中定义为： “从一个系统接受功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。 根据这个定义，传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式，所以不少学者也用“换能器Transducer”来称谓“传感器Sensor”。 第3页，共20页，2022年，5月20日，9点30分，星期四传感器的功能常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：光敏传感器视觉 声敏传感器听觉气敏传感器嗅觉 化学传感器味觉压敏、温敏、流体传感器触觉敏感元件的分类：物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。化学类，基于化学反应的原理。生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能

3、。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将敏感元件分46类）。第4页，共20页，2022年，5月20日，9点30分，星期四汽车传感器的性能要求1 、好的环境适应性。因为汽车是在环境温度变化范围 较宽（4080OC），道路表面优劣程度相差较大，烈 日、暴雨或冰雪天气造成温度悬殊，有时甚至在强大的电磁 场的情况下工作的，因此要求耐振、耐水、耐温、耐冲击、 抗电磁干扰等。2、批量生产性。为了使传感器用在适合于一般用户购买力的成本而生产的汽车上，必须要求传感器具有批量生产的可能性，换句话说，汽

4、车传感器在保障其性能的基础上，成本尽可能低，而且通过简单的调整就能更换。 3、可靠性。同一般传感器一样，汽车传感器的可靠性应是最重要，并且稳定性要好。 4、尽可能小型、质量轻、便于安装。 5、符合有关法规的要求。第5页，共20页，2022年，5月20日，9点30分，星期四汽车常用传感器原理一、进气压力传感器原理进气压力传感器一般安装在节气门后部的进气岐管上，节气门前部与大气相通，进气压力为大气压，而其后部的气压为负压。节气门的前后部均有进气管与附加空气阀相通。进气压力传感器的作用是将进气管道中的气体压力转换成电信号，并送给电子控制装置，再由电子控制装置控制电动喷油器喷油时间的长短。第6页，共2

5、0页，2022年，5月20日，9点30分，星期四二 、 温度传感器原理现代汽车发动机、自动变速器和空调等系统均使用温度传感器，它们用于测量发动机的冷却液温度、进气温度、自动变速器油温度、空调系统环境温度等，为发动机的燃油喷射、自动变速器的换档、离合器锁定、油压控制以及空调自动控制提供了重要依据。汽车上实际应用的温度传感器主要有绕组电阻式、热敏电阻式和热电偶三种。面以铜热电阻传感器和汽车常用的热敏电阻传感器为例讲述其工作原理。 第7页，共20页，2022年，5月20日，9点30分，星期四三、空气流量传感器原理车用空气流量传感器（或称空气流量计）是用来直接或间接检测进入发动机气缸空气量大小，并将检

6、测结果转变成电信号输入电子控制单元ECU。电子控制汽油喷射发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气，必须正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为ECU计算(控制)喷油量的主要依据。如果空气流量传感器或线路出现故障，ECU得不到正确的进气量信号，就不能正常地进行喷油量的控制，将造成混合气过浓或过稀，使发动机运转不正常。电子控制汽油喷射系统的空气流量传感器有多种型式，目前常见的空气流量传感器按其结构型式可分为翼片(叶片)式、卡尔曼涡流式、热膜式等几种。第8页，共20页，2022年，5月20日，9点30分，星期四四、转速传感器原理1、电磁式转速传感器原理图9-12（a）为电磁式转速传

7、感器的工作原理图，它由永久磁铁、感应线圈、信号盘等组成。在信号盘上加工有齿形凸起，信号盘装在被测转轴上，与转轴一起旋转。当转轴旋转时，信号盘的凸凹齿形将引起信号盘与永久磁铁间气隙大小的变化，从而使永久磁铁组成的磁路中磁通量随之发生变化。磁路通过感应线圈，当磁通量发生突变时，感应线圈会感应出一定幅度的脉冲电势，其频率为： f=z n (9-5)式（9-5）中，z为信号盘的齿数；n为信号盘的转速（转/秒）。由上式可知，转数越大，感应线圈感应的脉冲电势的频率就越高，如图9-12 (b)所示。如果将这些脉冲电压信号输入发动机ECU，通过计算单位时间内脉冲电压的数目，即可确定发动机的转速。第9页，共20

8、页，2022年，5月20日，9点30分，星期四（1）霍尔效应 霍尔效应是由美国科学家霍尔在1879年发现的，其原理如图9-13所示。将霍尔元件（如电子导电型半导体基片）置于磁场中，并通入一个垂直于磁场方向的电流，在磁场的作用下，电子将受到一个力F的作用，这个力就是洛仑兹力， 由于导电体上底面积累电子，而下底面积累正电荷，从而在垂直于磁场和电流方向的霍尔元件的横向两侧会产生一个与电流和磁感应强度乘积成正比的电压，我们把这种现象称之为霍尔效应，这个电压称之为霍尔电压， （2）霍尔式转速传感器 图9-14是几种不同结构的霍尔式转速传感器。磁性转盘的输入轴与被测转轴相连，当被测转轴转动时，磁性转盘随之

9、转动，固定在磁性转盘附近的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知被测转速。磁性转盘上小磁铁数目的多少决定了传感器测量转速的分辨率。 几种不同结构的霍尔式转速传感器1输入轴 2转盘 3小磁铁 4霍尔传感器第10页，共20页，2022年，5月20日，9点30分，星期四 五、压电式爆燃传感器压电传感器在力的测量中应用也十分广泛。某些晶体受一定方向外力作用而发生机械变形时，相应地在一定的晶体表面产生符号相反的电荷，外力去掉后，电荷消失。力的方向改变时，电荷的符号也随之改变，这种现象称为压电效应。具有压电效应的晶体称为压电晶体。下面以石英晶体为例讲述压电元件

10、的工作原理。 第11页，共20页，2022年，5月20日，9点30分，星期四传感器的型号与参数。位置（行程和角度）传感器项目内容传感器类型位置（行程和角度）传感器传感器特征大多采用滑动式、测量的主要是较大的行程和角度传感器种类电位器传感器滑动式电位器磁感应式传感器涡流传感器、短路环传感器、活动铁心位移传感器静磁传感器电磁传感器、磁敏元件差动式传感器、磁阻NiFe薄膜传感器、强磁阻传感器、指南针角度传感器波传播传感器超声波传感器、电磁传感器（雷达）参数及范围汽油机上节气门位置 （90）加速踏板、制动踏板位置 （30）柴油机直列喷油泵齿杆行程和位置 （21mm）柴油机分配式喷油泵油量调节机构的角度

11、位置 （60）燃油箱液面高度 （20-50cm）离合器调节器行程 （50mm）车间距或车障距 （150m）转向角 （2360，即2转）汽车倾斜角 （15）行驶方向角 （360）跳动行程（照明距离、汽车倾斜） （25cm）扭转角 （1-4）滑阀偏转 （30-90）汽车加速时弹簧质量系统偏移 （0.5-1mm）汽车电子中的应用实例滑阀式传感器、节气门开度传感器、加速踏板（油门）传感器、燃油箱燃油液面传感器、转向轮角度传感器、半差动短路环传感器、车轴传感器等第12页，共20页，2022年，5月20日，9点30分，星期四转速传感器和速度传感器项目内容传感器类型转速传感器和速度传感器传感器用途测量单位时

12、间内物体转过的角度或移动的位移传感器种类窄分度增量式转速传感器允许测量一定的甚至很窄的角度和在该角度范围内的瞬时转速扇区式转速传感器转子的圆周只有很少的扇区，如扇区数等于发动机气缸数普通的转速传感器在转子的圆周上只有一个记号，以检测旋转件的转速测量参数发动机曲轴和凸轮轴转速汽车车轮转速（用于ABS、ASR、ESP系统中）柴油机喷油泵转速汽车电子中的应用实例雷达传感器、感应式发动机转速传感器、转速传感器和增量式转角传感器、霍尔相位传感器、车轮转速传感器、变速器转速传感器等第13页，共20页，2022年，5月20日，9点30分，星期四加速度和振动传感器项目内容传感器类型加速度和振动传感器传感器用途

13、加速度和振动传感器用于调节内燃机爆震、启动乘员保护系统（安全气囊、安全带拉紧器、翻车保护工架）和在带有ABS或EPS或车体底盘调节的四轮驱动汽车上检测弯道行驶的加速度和速度变化汽车加速度和振动典型值1g=9.81m/(s*s)应用加速度/g爆震调节1-10安全气囊、安全带拉紧器50翻车保护工架4安全带闭锁0.4ABS、底盘1轴10汽车电子中的应用实例Hall加速度传感器、压电加速度传感器（双压电弯曲元件、纵向元件爆震传感器上）、微机械加速度传感器等第14页，共20页，2022年，5月20日，9点30分，星期四压力传感器项目内容传感器类型压力传感器传感器用途压力测量参数及范围汽油喷射的发动机进气

14、管或增压压力进气管（压力范围）气电制动的制动压力 （1MPa）空气弹簧悬置汽车上的空气弹簧压力 （1.6MPa）检查和调节轮胎压力 （绝对压力0.5MPa）ABS和伺服转向的液压压力 （约为20MPa）汽车底盘调节的减振器压力 （20MPa）空调系统内的冷却介质压力 （3.5MPa）自动变速器的调制压力 （3.5MPa）主制动缸、轮制动缸的制动压力以及电控制动中的瞬时偏航自动补偿（20MPa）燃油箱内的过压与负压以及汽车在线诊断系统 （0.05MPa）缺火识别和爆震识别的燃烧室内气体压力 （10MPa，动态）电控柴油机的喷油泵压力 （100MPa，动态）柴油机共轨燃油系统的燃油压力 （150-

15、180MPa）汽油机共轨燃油系统的燃油压力 （10MPa）汽车电子中的应用实例厚层压力传感器、微机械压力传感器、硅燃烧室压力传感器、金属膜片高压传感器等第15页，共20页，2022年，5月20日，9点30分，星期四气体传感器和浓度传感器项目内容传感器类型气体传感器和浓度传感器传感器用途用于测量一种物质在另一种物质或另一些物质的混合物中所占的质量百分数或体积百分数测量参数为控制燃烧，监控催化转换器，需检测废气中氧的含量检测在汽车内部和蒙在风窗玻璃上的水汽中的CO、NOx和湿度为监控空气干燥器，监测压缩空气制动系统中的空气湿度车外空气湿度，以做出冰滑警告测量柴油机废气中的微粒浓度，当然这是一个尚未

16、解决的问题，由于对微粒的探测不理想，使测量变得困难汽车电子中的应用实例空气品质传感器、两点式氧传感器、平面型宽带氧传感器第16页，共20页，2022年，5月20日，9点30分，星期四温度传感器项目内容传感器类型温度传感器传感器特征温度传感器不应影响测点处的温度分布和能再现温度的瞬时变化；为便于安装传感器和测量的快速响应，温度传感器应尽可能小，即它的热容量或热惯性应尽量小传感器种类接触式温度传感器与测量介质直接、紧密地接触，以尽可能精确地测量介质温度非接触式温度测量，高温计依据物体或介质的热辐射或红外辐射测定温度，如高温计、热成像计测量参数测量介质测温范围/进气或增压空气-40170外部空气-4060车内空气-2080暖气通风口空气-2060空调蒸发器介质-1050冷却水-40130发动机机油-40170蓄电池电解液-40100燃油-40120轮胎内空气-40120废气1001000制动钳（刹车钳）-402000汽车电子