2023学年完整公开课版CGWC53压力传感器02

高等职业教育数字化学习中心连铸自动化岗位培训压力传感器6.1传感器的种类与特点对发动机进气量的测定，一般采用的方法是测定通过进气管的空气量，市场上销售的采用电子燃油控制的汽车几乎都采用这种方法，作为检测通过进气管的空气量的方法，可以分为采用压力传感器的间接检测方式和利用空气流量计的直接检测方式。每种方式各有长短，从装车性与价格上看，优秀的是压力传感器，从测试精度上看，优秀的是空气流量传感器。压力传感器6、发动机控制用小型压力传感器6.2小型压力传感器(1)检测原理。压力检测部位的工作原理是利用了半导体压电电阻效应，在硅片表面的特定方向上，利用离子注入法等形成四个应变片电阻，在其内部利用异向蚀刻法形成膜片部分。在硅片的膜片部分的表面和里面产生压力差的场合下，硅片内所产生的压缩、拉伸张力，使膜片处的测量电阻的阻值发生变化。压力传感器6、发动机控制用小型压力传感器(2)检测元件部分.形成有膜片的硅片在减少封装产生的热应力的玻璃底座上形成阳极，同时由于在膜片内部空间形成了真空封装，同时也形成了基准压力腔，也就是说，过去要构成压力腔还需要金属封装，现在则可以取消金属封装，因此，就可以减少部件的数量与实现小型化。此外，从结构上来看，因为被测压力是从与真空腔相反的一侧加上来的，因此与过去不同，在传感器元件的表面需要经涂敷与胶凝形成表面的保护层，以便确保和原来具有同等水平的耐环境性。利用钻结法将底座钻结到注塑成型的传感器模块上。(3)电路的构成.压力传感器6、发动机控制用小型压力传感器6.3特点(1)小型化(2)无焊锡结构(3)耐污损特性与防堵塞性压力传感器6、发动机控制用小型压力传感器7.1高压传感器的特点(1)采用微控制器结构，将所有部件都布置在一片管芯上。(2)采用受压面积最小的封装结构。(3)最大限度利用上述(1)、(2)两点制成体积最小的产品。(4)通过独特的膜片加工工艺提高部件的耐压性能。(5)传感器的使用场合:相对压力或测量压力最大为5MPa。压力传感器7、利用微控制器技术的高压传感器7.2高压传感器的构成对于制造高压传感器来说，一般都是把批量生产低压传感器(100~400kPa)的技术，加以总结提高，再应用到高压传感器的生产上。高压传感器的信号处理器是由高精度放大器和调整电路构成的，高精度放大器的作用是放大惠斯顿电桥输出的电压信号，调整电路的作用是修正传感器的特性。此外，对汽车发动机控制系统所产生的过电压波形、总成生产工序内产生的静电、还有外部进入的电磁波等，都靠在CMOS内所形成的内部电路加以保护，相关的保护元件都设置在微控制器内。压力传感器7、利用微控制器技术的高压传感器为了测定相对压力或者相对大气压下的应变片压力，在硅片的内面设置了通孔，并将下部金属底板与为缓和下部接合层产生的应力而设置的底座玻璃利用静电接合工艺接合在一起，以确保具有高可靠性的密封性。为了确保高压检测组件与金属底板在高温下的强度，采用了接合式结构。即使在用于汽车的严酷环境下，也可以确保传感器的高可靠性。压力传感器7、利用微控制器技术的高压传感器共轨系统内的燃油压力是利用电磁阀控制高压泵的燃油喷射量，利用压缩机进行加压来调整的，其燃油压力是通过设置在共轨上的压力传感器(共轨压传感器)检测，利用高压泵油泵上的电磁阀，按发动机的转速和负荷所设定的最佳值进行反馈控制。压力传感器8、共轨系统用超高压传感器以前所采用的高压传感器为密封式结构，密封膜片上受压，以封入的机油作为压力媒体，在单晶硅压力传感器元件上实施压力一电气变换为了达到更低的排放，应实现采用共轨压力传感器系统整体的高压力化和高精度化，因此就要求传感器能够承受160MPa的高耐压并具有11%的高精度。传统结构的高压传感器从耐压与精度两个方面都难以达到上述要求，因此厂家开始着手设计全新结构的超高压传感器。下面就对满足上述要求的新结构的超高压传感器加以介绍。压力传感器8、共轨系统用超高压传感器8.2高精度设计金属轴杆上钻结的硅单晶压电电阻元件的应变系数是薄膜硅多晶压电电阻元件的3~10倍，灵敏度可以达到3~10倍，这很有利于传感器特性的高精度化。本节所述的超高压传感器为了精度在一30℃~120℃的工作温度范围内达到±1%F.S*，所以采用了下述的元件结构和设计方法①采用(100)的单晶Si底板②采用最佳的测量配置设计(1)压力传感器的输出误差成分。(2)Si基板的面方位(3)最佳测量电阻的布置压力传感器8、共轨系统用超高压传感器8.3结论以上对满足160MPa的高耐压与±1%精度要求的共轨系统用超高压传感器的结构与工作原理作了说明。总结起来有如下四点。(1)关于耐高压的问题。(2)关于高精度的问题。(3)采用(100)的单晶硅基板，通过测量电阻的最佳布置，从而使压力的非线性成分大致为零。(4)所介绍的共轨系统用压力传感器的压力精度可达到±1%，这种传感器可以满足达160MPa的压力循环耐久性试验。压力传感器8、共轨系统用超高压传感器9.2关于压粉铁芯(复合软磁性材料)(1)开发目的(2)复合软磁性材料的特点(3)复合软磁性材料的选择(4)与传统部件的比较(5)压粉铁芯线圈总成在壳体上的装配(6)汇总压力传感器9采用压粉铁芯的电动助力转向用非接触式扭矩传感器在对车辆操纵时的舒适性与安全性的要求不断提高的背景下，停车、低速、高速行车时，无论在任何时候都可以调整转向助力的动力转向系统，已经成为必不可少的系统。传统的动力转向系统的控制方式为油压式，因为必须时时驱动油泵，所以总要产生4一5马力*左右的能量损耗。从油耗的角度来看，大约形成3%的损耗，而电动式动力转向系统(EPS)仅在操纵转向系统时才驱动助力电动机，所以能量的损失比较小，而且结构简单，还可以节省占地。压力传感器10、接触式转向角度/扭矩传感器由于这一系列的优点，今后对电动式动力转向系统的需求将会不断地增大。在EPS上，操纵转向装置时，检测出加在旋转轴的扭杆部位的旋转扭矩与转向装置的旋转角度，由电子控制器(ECU)控制助力电动机的扭矩输出，就需要决定其控制量的扭矩与转向角度信号的传感器。就是在这种背景下，才进一步开发与设计了转向角度/扭矩传感器。压力传感器10、接触式转向角度/扭矩传感器(1)车令向操纵性:在运转过程中，应当赋予转向器以舒适的操纵感，并供给其响应性好、高精度的信号。(2)耐久性:在行驶数十万千米之后，仍稳定地供给无干扰的输出信号(3)静音性能:传感器产生的机械噪声非常小。下面就对这种传感器的操纵性能与静音性能的开发与改善的内容加以说明。压力传感器10、接触式转向角度/扭矩传感器根据技术条件所采取的措施及结果：(1)操纵性①操纵性的目标②提高信号响应性的措施③车令向管一侧转子(联轴节)的设计(2)静音性①关于静音的设计②为减轻滑动噪声的电刷的设计③为减轻滑动噪声的底板(电镀面)的设计④采取的对策压力传感器10、接触式转向角度/扭矩传感器近几年以来，各相关部门都在尽全力对电动助力转向装置(EPS)的动力助力控制以及各种电动机控制用的扭矩传感器进行研究与开发，今后在动力传输系统领域内，利用控制发动机及变速器以及扭矩的最佳分配实现车辆运动控制等时，将会需要大量的扭矩传感器。

压力传感器11、动力传输系统用磁致伸缩式扭矩传感器目前，动力传输系统的控制是根据发动机的空燃比实施扭矩推测控制的，但这样的控制将产生110%一20%的过量输出。如果能够实现直接检测发动机的输出轴或变速器的输入轴的扭矩的话，就可以减小这一过量输出，降低油耗。另外，根据实际产生的扭矩，通过更精细的控制，还可以改善乘坐的舒适性以及在发动机诊断上得到应用。压力传感器11、动力传输系统用磁致伸缩式扭矩传感器因为动力传输系统的轴是高速旋转的，而且需要传输较大的扭矩，所以就要求其上采用响应速度快、检测范围宽的扭矩传感器。此外，为了在实际的发动机与变速器上应用扭矩传感器，也需要实现传感器的工作温度范围宽、体积小。本节下面将说明小型且容易安装的磁致伸缩式扭矩传感器的检测原理及性能评价结果，而