传感器在汽车制造业中的应用一-仪表展览网

传感器在汽车制造业中的应用一

2012/9/27 14:01:41

传感器在汽车制造业中的应用一

　　
汽车上用的传感器的种类很多，应用的方面很广。下面介绍传感器在汽车发动机控制、安全系统、车辆监控和自诊断等方面的应用。

　　
(一)汽车发动机控制用传感器

　
　发动机的电子控制一直被认为是MEMS技术在汽车中的主要应用领域之一。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提供发动机的工作状况信息，供电子控制单元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。

　
　1.温度传感器

　　汽车用温度传感器主要用于检测发动机温度、吸人气体温度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度等。温度传感器有热敏电阻式、线绕电阻式和热偶电阻式三种主要类型。这三种类型传感器各有特点，其应用场合也略有区别。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。其中，通用型的测温范围为-50℃～30℃，精度为1.5%，响应时间为10 ms;高温型为600℃～1000℃，精度为5%，响应时间为10ms;线绕电阻式温度传感器的精度高，但响应特性差;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。其他已实用化的产品有铁氧体式温度传感器(测温范围为-40℃～120℃，精度为2.0%)、金属或半导体膜空气温度传感器(测温范围为-40℃～150℃，精度为2.0%，5%，响应时间约20 ms)等。

　　2.压力传感器

　　压力传感器是汽车中用得最多的传感器，主要用于检测气囊贮气压力、传动系统流体压力、注入燃料压力、发动机机油压力、进气管道压力、空气过滤系统的流体压力等。目前，致力于汽车用压力传感器开发和生产的主要公司有摩托罗拉，德科电子仪器，Lucas Novasensor， Hi Stat，NipponDenzo，西门子，德州仪器等。

　　比较常用的汽车压力传感器有电容式、压阻式、差动变压器式、声表面波式。电容式压力传感器主要用于检测负压、液压、气压，测量范围为20kPa～100kPa，其特点是输入能量高，动态响应特性好、环境适应性好;压阻式压力传感器的性能则受温度影响较大，需要另设温度补偿电路，但适应于大批量生产;差动变压器式压力传感器有较大的输出，易于数字输出，但抗干扰性差;声表面波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、分辨力高、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。

　　德国Infineon公司研制的智能轮胎压力传感器KP500内部集成了压力和温度传感模块，它不需要在传感器模块中增加加速度传感器，可以在汽车启动时自动开机进人自检，能测量压力、温度和电压等。所有的功能都是利用表面微机械加工技术集成在0.8μm的双极互补金属氧化物半导体( BiCMOS) 上。每个传感器模块中的电可擦可编程只读存储器中存储着惟一的32位芯片识别码。芯片识别码可以由同步串行接口读出，而且，可以用于辨识各个轮胎压力传感器的位置。在接收数据的时候，首先，要检查芯片识别码，如果发现芯片识别码不符，就放弃收到的数据帧。

　
　3.流量传感器

　　流量传感器主要用于发动机空气流量和燃料流量的测量。进气量是燃油喷射量计算的基本参数之一。空气流量传感器的功能：感知空气流量的大小，并转换成电信号传输给发动机的电子控制单元。空气流量的测量用于发动机控制系统确定燃烧条件、控制空燃比、起动、点火等。空气流量传感器有旋转翼片式、卡门涡旋式、热线式、热膜式等4种类型。空气流量传感器的主要技术指标：工作范围为0.11m3/min～103m3/min，工作温度为-40℃～120℃，精度>1%。燃料流量传感器用于检测燃料流量，主要有水轮式和循环球式，其动态范围为0～60kg/h，工作温度为-40℃～120℃，精度为±1%，响应时间<10ms。

　　Honeywell的下属微开关(micro switch)公司用热微细加工技术制作出了微桥式空气流量传感器芯片，它用微细加工技术在硅圆片上加工出空腔，铂电阻悬挂在空腔之上。当空气流过器件时，发生了从空气流动方向下方到上方的热传输，因而，下方电阻被冷却，上方电阻被加热，由电桥电阻变化可测量出空气流量。

　
　4.位置和转速传感器

　　曲轴位置与转速传感器主要用于检测发动机曲轴转角、发动机转速、节气门的开度、车速等，为点火时刻和喷油时刻提供参考点信号，同时，提供发动机转速信号。目前，汽车使用的位置和转速传感器主要有交流发电机式、磁阻式、霍尔效应式、簧片开关式、光学式、半导体磁性晶体管式等，其测量范围为0°～360°，精度优于±0.5°，测弯曲角达±0.1°。

　　车速传感器种类繁多，有敏感车轮旋转的、也有敏感动力传动轴转动的，还有敏感差速从动轴转动的。当车速高于100km/h时，一般测量方法误差较大，需采用非接触式光电速度传感器，测速范围为0.5km/h～250km/h，重复精度为0.1%，距离测量误差优于为0.3%。

　　5.气体浓度传感器

　　气体浓度传感器主要用于检测车体内气体和废气排放。其中，最主要的是氧传感器，它检测汽车尾气中的氧含量，根据排气中的氧浓度测定空燃比，向微机控制装置发出反馈信号，以控制空燃比收敛于理论值。常用的有氧化锗传感器(使用温度为-40℃～900℃，精度为1%)、氧化铬浓差电池型气体传感器(使用温度为300℃～800℃)、固体电解质式氧化铬气体传感器(使用温度为0～400℃，精度为0.5%)，另外，还有二氧化钦氧传感器以及二氧化错氧传感器。和氧化锗传感器相比，二氧化钛氧传感器具有结构简单、轻巧、便宜，且抗铅污染能力强的特点。二氧化锆微离子传感器由氧化钙稳定氧化错离子体、多孔铂厚膜工作电极、钯/氧化把厚膜参数电极、不透水层、电极接触和保护层构成。其中，氧化钙稳定氧化错由反应溅射法积淀。工作电极和参考电极都由厚膜工艺制作。在理想的A/F点附近的输出电压发生骤变，当空燃比变高，废气中的氧浓度增加时，氧传感器的输出电压减小;当空燃比变低，废气中的氧浓度降低时，氧传感器的输出电压增大。电子控制单元识别这一突变信号，对喷油量进行修正，从而相应地调节空燃比，使其在理想空燃比附近变动。

　
　6.爆震传感器

　　爆震传感器用于检测发动机的振动，通过调整点火提前角控制和避免发动机发生爆震。为了最大限度地发挥发动机功率而不产生爆燃，点火提前角应控制在爆燃产生的临界值，当发动机产生爆燃时，传感器将爆燃引起的震动转变成电信号，并传给电子控制单元。检测爆震有检测气缸压力、发动机机体振动和燃烧噪声等三种方法。爆震传感器有磁致伸缩式和压电式。磁致伸缩式爆震传感器的使用温度为-40℃～125℃，频率范围为5kHz～10kHz;压电式爆震传感器在中心频率5. 417kHz处，其灵敏度可达200 mV/gn，在振幅为0.1-10 gn范围内具有良好线性度。

　
　7.节气门位置传感器

　　节气门位置传感器安装在节气门上，其功能是将发动机节气门的开度信号转变成电信号，并传递给电子控制单元，用以感知发动机的负荷大小和加减速工况。最常用的是可变电阻式节气门位置传感器。该传感器是一种典型的节气门传感器，主要由一个线形变位器和一个怠速触点两部分组成。电阻变位器用陶瓷薄膜电阻制成，滑动触点用复位弹簧控制，与节气门同轴转动。工作时，线形变位器的触点在电阻体上滑动，根据变化的电阻值，可以测得与节气门开度成正比的线性输出电压信号。根据输出电压值，电子控制单元可获知节气门的开度和开度变化率，从而精确判断发动机的运行工况，提高控制精度和效果。怠速信号滑动触点是常开触点，只有在节气门全闭时才闭合，产生怠速触点信号，主要用于怠速控制、断油控制及点火提前角的修正。

以上内容是传感器在汽车制造业中的应用一，如需对安全系统方面所用传感器进行了解可查阅文档二