汽车传感器论文.doc

传感器在现代汽车中的应用进展传感器在现代汽车中的应用进展班级：08 电气（2）班 姓名：留杭 学号：0830230040 时间：2010-11-28【摘要】：车用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、各种介质的温度、发动机运转工况等，转化成电讯号输给计算机，以便发动机处于最佳工作状态车用传感器很多，判断传感器出现的故障时，不应只考虑传感器本身，而应考虑出现故障的整个电路因此，在查找故障时，除了检查传感器之外，还要检查线束、插接件以及传感器与电控单元之间的有关电路关键词】：车用传感器；汽车运用；现代汽车发展引引言言现代汽车技术发展特征之一就是越来越多的部件采用电子控制根据传感器的作用，可以分类为测量温度、压力、流量、位置、气体浓度、速度、光亮度、干湿度、距离等功能的 汽车传感器传感器，它们各司其职，一旦某个传感器失灵，对应的装置工作就会不正常甚至不工作因此，传感器在汽车上的作用是很重要的 汽车传感器过去单纯用于发动机上，现在巳扩展到底盘、车身和灯光电气系统上了这些系统采用的传感器有100 多种在种类繁多的传感器中，常见的有∶ 进压力传感器：反映进气歧管内的绝对压力大小的变化，是向ECU（发动机电控单元）提供计算喷油持续时间的基准信号； 空气流量计：测量发动机吸入的空气量，提供给ECU 作为喷油时间的基准信号；节气门位置传感器：测量节气门打开的角度，提供给ECU 作为断油、控制燃油/空气比、点火提前角修正的基准信号；曲轴位置传感器：检测曲轴及发动机转速，提供给ECU 作为确定点火正时及工作顺序的基准信号； 氧传感器：检测排气中的氧浓度，提供给 ECU 作为控制燃油 /空气比在最佳值（理论值）附近的的基准信号； 进气温度传感器 ：检测进气温度，提供给 ECU 作为计算空气密度的 汽车传感器依据； 冷却液温度传感器：检测冷却液的温度，向ECU 提供发动机温度信息；爆震传感器：安装在缸体上专门检测发动机的爆燃状况，提供给ECU根据信号调整点火提前角。

这些传感器主要应用在变速器、方向器、悬架和ABS 上 变速器：有车速传感器、温度传感器、轴 转速传感器 、压力传感器等，方向器有转角传感器、转矩传感器、液压传感器； 悬架：有车速传感器、加 速度传感器 、车身高度传感器、侧倾角传感器、转角传感器等； 下面我们来认识一下汽车上的主要传感器 空气流量传感器是将吸入的空气转换成电信号送至电控单元（ ECU），作为决定喷油的基本信号之一根据测量原理不同，可以分为旋转翼片式空气流量传感器（丰田 PREVIA 旅行车）、卡门涡游式空气流量传感器（丰田凌志 LS400 轿车）、热线式空气流量传感器（日产千里马车用VG30E 发动机和国产天津三峰客车 TJ6481AQ4 装用的沃尔沃 B230F 发动机）和热膜式空气流量传感器四种型式前两者为体积流量型，后两者为质量流量型目前主要采用热线式空气流量传感器和热膜式空气流量传感器两种进气压力传感器可以根据发动机的负荷状态测出进气歧管内的绝对压力，并转换成电信号和转速信号一起送入计算机，作为决定喷油器基本喷油量的依据国产奥迪 100 型轿车（V6 发动机）、桑塔纳 2000 型轿车、北京切诺基（25L 发动机）、丰田皇冠 3．0 轿车等均采用这种压力传感器。

目前广泛采用的是半导体压敏电阻式进气压力传感器 节气门位置传感器安装在节气门上，用来检测节气门的开度它通过杠杆机构与节气门联动，进而反映发动机的不同工况此传感器可把发动机的不同工况检测后输入电控单元（ ECU），从而控制不同的喷油量它有三种型式：开关触点式节气门位置传感器（ 桑塔纳 2000 型轿车和天津三峰客车）、线性可变电阻式节气门位置传感器（北京 切诺基）、综合型节气门位置传感器（国产 奥迪 100 型 V6 发动机） 曲轴位置传感器也称曲轴转角传感器，是计算机控制的点火系统中最重要的传感器，其作用是检测上止点信号、曲轴转角信号和发动机转速信号，并将其输入计算机，从而使计算机能按气缸的点火顺序发出最佳点火时刻指令曲轴位置传感器有三种型式：电磁脉冲式曲轴位置传感器、霍尔效应式 曲轴位置传感器（桑塔纳 2000 型轿车和北京切 诺基）、光电效应式曲轴位置传感器曲轴位置 传感器型式不同，其控制方式和控制精度也不同 曲轴位置传感器一般安装于曲轴皮带轮或链轮 侧面，有的安装于凸轮轴前端，也 有的安装于分电器（桑塔纳 2000 型轿车） 爆震传感器安装在发动机的缸体上，随时监测发动机的爆震情况。

目前采用的有共振型和非共振型两大类 基基本本特特性性一一、、传传感感器器特特性性传感器是指能感受规定的物理量，并按一定规律转换成可用输入信号的器件或装置简单地说，传感器是把非电量转换成电 量的装置 传感器通常由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成 1)、敏感元件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量 2）、转换元件则将上述非电量转换成电参量 3）、测量电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进行显示、记录、控制和处理的部分 二二、、发发动动机机常常用用传传感感器器工工作作机机理理一一））磁磁电电效效应应 根据法拉第电磁感应定律， N 匝线圈在磁场中运动，切割磁力线（或线圈所在磁场的磁通变化）时，线圈中所产生的感应电动势的大小取决于穿过线圈的磁通的变化率， 直线移动式磁电传感器 直线移动式磁电传感器由永久磁铁、线圈和传感器壳体等组成 当壳体随被测振动体一起振动且在振动频率远大于传感器的固有频率时，由于弹簧较软，运动件质量相对较大，运动件来不及随振动体一起振动（静止不动）。

此时，磁铁与线圈之间的相对运动速度接近振动体的振动速度 转转动动式式磁磁电电传传感感器器 软铁、线圈和永久磁铁固定不动由导磁材料制成的测量齿轮安装在被测旋转体上，每转过一个齿，测量齿轮与软铁之间构成的磁路磁阻变化一次，磁通也变化一次线圈中感应电动势的变化频率（脉冲数）等于测量齿轮上的齿数和转速的乘积 二二））霍霍耳耳式式传传感感器器 1．霍耳效应 半导体或金属薄片置于磁场中，当有电流（与磁场垂直的薄片平面方向）流过时，在垂直于磁场和电流的方向上产生电动势，这种现象称为霍耳效应2．霍耳元件 目前常用的霍耳材料锗（ Ge）、硅（Si）、锑化铟（ InSb）、砷化铟（InAs）等 N 型锗容易加工制造，霍耳系数、温度性能、线性度较好；P 型硅的线性度最好，霍耳系数、温度性能同N 型锗，但电子迁移率较低，带负载能力较差，通常不作单个霍耳元件 三三））压压电电式式传传感感器器 1．压电效应 对某些电介质沿着一定方向加力而使其变形时，在一定表面上产生电荷，当外力撤除后，又恢复到不带电状态，这种现象称为正压电效应在电介质的极化方向施加电场，电介质会在一定方向上产生机械变形或机械压力，当外电场去除后，变形或应力随之消失，此现象称为逆压电效应。

2．压电元件 压电式传感器是物性型的、发电式传感器常用的压电材料有石英晶体（SiO2）和人工合成的压电陶瓷 压电陶瓷的压电常数是石英晶体的几倍，灵敏度较高 四四））光光电电式式传传感感器器 1．光电效应 当光线照射物体时，可看作一串具有能量E 的光子轰击物体，如果光子的能量足够大，物质内部电子吸收光子能量后，摆脱内部力的约束，发生相应电效应的物理现象，称为光电效应 1）在光线作用下，电子逸出物体表面的现象，称为外光电效应，如光 电管、光电倍增管等 2）在光线作用下，物体的电阻率改变的现象，称为内光电效应，如光 敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶 闸管等3）在光线作用下，物体产生一定方向 电动势的现象，称为光生伏特现象，如光电池（属于对感光面入射光点位置 敏感的器件）等 2．光敏电阻 光敏电阻受到光线照射时，电子迁移，产生电子 —空穴对，使电阻率变小光照越强，阻值越低入射光线消失，电子 —空穴对恢复，电阻值逐渐恢复原值 3．光敏管 光敏管（光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等）属于半导体器件 4．电致发光 固体发光材料在电场激发下产生的发光现象称为电致发光电致发光是将电能直接转换成光能的过程。

发光二极管 (LED)是以特殊材料掺杂制成的半导体电致发光器件当其 PN 结正向偏置时，由于电子 —空穴复合时产生过剩能量，该能量以光子形式放出而发光 五五））热热电电式式传传感感器器 1．热电效应 将两种不同性质的金属导体 A、B 接成一个闭合回路，如果两接合点温度不相等（T0≠T），则在两导体间产生电动势，并且回路中有一定大小的电流存在，此现象称为热电效应 2．热电阻传感器 热电阻材料通常为纯金属，广泛使用的是铂、铜、镍、铁等 3．热敏电阻传感器 热敏电阻用半导体制成，与金属热电阻相比有以下特点： 1）电阻温度系数大，灵敏度高； 2）结构简单，体积小，易于点测量； 3）电阻率高，且适合动态测量； 4）阻值与温度变化的关系是非线性的； 5）稳定性较差 传传感感器器在在发发动动机机上上的的应应用用发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心，种类很多，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等这些传感器向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，供 ECU 对发动机工作状况进行精确控制，以提高发动机的动力性、降低油耗、减少废气排放和进行故障检测。

由于发动机工作在高温 (发动机表面温度可达 150℃、排气歧管可达650℃)、振动(加速度 30g)、冲击(加速度 50g)、潮湿(100％RH，-40℃-120℃)以及蒸汽、盐雾、腐蚀和油泥污染的恶劣环境中，因此发动机控制系统用传感器耐恶劣环境的技术指标要比一般工业用传感器高1-2 个数量级，其中最关键的是测量精度和可靠性否则，由传感器带来的测量误差将最终导致发动机控制系统难以正常工作或产生故障 1 1. .温温度度传传感感器器温度传感器主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度等温度用传感器有线绕电阻式、热敏电阻式和热偶电阻式三种主要类型三种类型传感器各有特点，其应用场合也略有区别线绕电阻式温度传感器的精度高，但响应特性差；热敏电阻式温度传感器灵敏度高，响应特性较好，但线性差，适应温度较低；热偶电阻式温度传感器的精度高，测量温度范围宽，但需要配合放大器和冷端处理一起使用 已实用化的产品有热敏电阻式温度传感器 (通用型-50℃~130℃，精度1.5％，响应时间 10ms；高温型 600℃~1000℃，精度 5％，响应时间 10ms)、铁氧体式温度传感器 (ON/OFF 型，-40℃~120℃，精度 2.0％)、金属或半导体膜空气温度传感器 (-40℃~150℃，精度 2.0％、5％，响应时间 20ms)等。

2 2. .压压力力传传感感器器压力传感器主要用于检测气缸负压、大气压、涡轮发动机的升压比、气缸内压、油压等吸气负压式传感器主要用于吸气压、负压、油压检测汽车用压力传感器应用较多的有电容式、压阻式、差动变压器式（LVDT）、表面弹性波式（ SAW） 电容式压力传感器主要用于检测负压、液压、气压，测量范围20~100kPa，具有输入能量高，动态响应特性好、环境适应性好等特点；压阻式压力传感器受温度影响较大，需要另设温度补偿电路，但适应于大量生产；LVDT 式压力传感器有较大的输出，易于数字输出，但抗干扰性差；SAW 式压力传感器具有体积小、质量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、分辨率高、数字输出等特点，用于汽车吸气阀压力检测，能在高温下稳定地工作，是一种较为理想的传感器 3 3. .流流量量传传感感器器流量传感器主要用于发动机空气流量和燃料。