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1、汽车拖拉机学电器与电子设备主主 讲讲 人人：鲁植雄：鲁植雄 教授教授汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件Email：电 话：139517157802022年5月24日星期二汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件22022年年5月月24日星期二日星期二第第1 1课课 温度、压力、转速传感器温度、压力、转速传感器第第2 2课课 爆震、流量、位移、气体浓度传感器爆震、流量、位移、气体浓度传感器第九章 车用传感器u 作为汽车拖拉机作为汽车拖拉机“感觉器官感觉器官”的传感器将各种输入参量转换为电信号，这些电信号是调的传感器将各种输入参量转换为电信号，这些电信
2、号是调节和控制发动机管理系统、安全系统和舒适性系统所必需的。节和控制发动机管理系统、安全系统和舒适性系统所必需的。u 本章主要介绍汽车拖拉机常应用的压力传感器、转速传感器、速度传感器、加速度传感本章主要介绍汽车拖拉机常应用的压力传感器、转速传感器、速度传感器、加速度传感器、流量传感器、液量传感器、位移方位传感器、气体浓度传感器等的构造与工作原理。器、流量传感器、液量传感器、位移方位传感器、气体浓度传感器等的构造与工作原理。汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件32022年年5月月24日星期二日星期二一、传感器一、传感器的分类与要求的分类与要求二、温度传感器二、温度传感器三
3、、压力传感器三、压力传感器四、转速传感器四、转速传感器本节课的主要内容第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件42022年年5月月24日星期二日星期二u （一）传感器（一）传感器的分类的分类u 1.1.按按能量关系能量关系分类：主动型分类：主动型和被动型传感器和被动型传感器。主动型。主动型传感器不需要外加电源，它本身是传感器不需要外加电源，它本身是一个能量变换器。例如采用压电效应、磁致伸缩效应、热电效应、光电效应等制成的传一个能量变换器。例如采用压电效应、磁致伸缩效应、热电效应、光电效应等制成的传感器都属于主动型传感器。感器都
4、属于主动型传感器。u 2.2.按按信号转换信号转换分类：一分类：一种非电量转换成另一种非种非电量转换成另一种非电量，由电量，由非电量转换成非电量转换成电量电量u 3.3.按按输入量输入量分类：可分类：可分位移、速度、加速度、角位移、角速度、力、力矩、压力、真空分位移、速度、加速度、角位移、角速度、力、力矩、压力、真空度、温度、电流、气体成分、浓度传感器等。度、温度、电流、气体成分、浓度传感器等。u 4.4.按按工作原理工作原理分类：电阻式分类：电阻式、电容式、应变式、电感式、光电式、光敏式、压电式、热、电容式、应变式、电感式、光电式、光敏式、压电式、热电式传感器等。电式传感器等。u 5.5.按
5、按输出信号输出信号分类：模拟式分类：模拟式和数字式传感器两种。和数字式传感器两种。u 6.6.按按使用功能使用功能分类：一类分类：一类是使驾驶员了解车辆各部分状态的传感器，另一类是用于控制是使驾驶员了解车辆各部分状态的传感器，另一类是用于控制车辆运行状态的传感器。车辆运行状态的传感器。一、传感器的分类与要求第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件52022年年5月月24日星期二日星期二一、传感器的分类与要求第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器种类种类检测量或检测对象检测量或检测对象温度传感器温度传感器冷却液、排出气
6、体（催化剂）、吸入空气、发动机机油，自动变速器液压油、车内外冷却液、排出气体（催化剂）、吸入空气、发动机机油，自动变速器液压油、车内外空气空气压力传感器压力传感器进气管压力，大气压力、燃烧压力、发动机油压、自动变速器油压、制动油压、各种进气管压力，大气压力、燃烧压力、发动机油压、自动变速器油压、制动油压、各种泵压、轮胎压力泵压、轮胎压力转速传感器转速传感器曲轴转角、曲轴转速、变速器转速、车轮速度曲轴转角、曲轴转速、变速器转速、车轮速度速度、加速度传感速度、加速度传感器器车速（绝对值）、加速度车速（绝对值）、加速度流量传感器流量传感器吸入空气量、燃料流量、废气再循环量、二次空气量、制冷剂流量吸入
7、空气量、燃料流量、废气再循环量、二次空气量、制冷剂流量液量传感器液量传感器燃油、冷却液、电解液、洗窗液、机油、制动液燃油、冷却液、电解液、洗窗液、机油、制动液位移方位传感器位移方位传感器节气门开度、废气再循环阀开度、车辆高度（悬架、位移）、转向盘转角、行驶距离、节气门开度、废气再循环阀开度、车辆高度（悬架、位移）、转向盘转角、行驶距离、行驶方位、行驶方位、GPS全球定位全球定位气体浓度传感器气体浓度传感器氧气、二氧化碳、氧气、二氧化碳、NOx、HC、柴油烟度、柴油烟度其它传感器其它传感器转矩、爆震、燃料成分、湿度、玻璃结露、鉴别饮酒、睡眠状态、电池电压、蓄电池转矩、爆震、燃料成分、湿度、玻璃结
8、露、鉴别饮酒、睡眠状态、电池电压、蓄电池容量、灯泡断线、荷重、冲击物、轮胎失效、风量、日照、光照、地磁等容量、灯泡断线、荷重、冲击物、轮胎失效、风量、日照、光照、地磁等表表9-1 9-1 车用传感器的种类车用传感器的种类汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件62022年年5月月24日星期二日星期二u （二）车（二）车用传感器的性能要求用传感器的性能要求u （1 1）有较好的环境适应性。汽车与拖拉机的工作环境温度是在）有较好的环境适应性。汽车与拖拉机的工作环境温度是在-40-408080，各种道路条，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、振动等，因此要
9、求传感器能适件下运行，特别是发动机承受着巨大的热负荷、热冲击、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。应温度、湿度、冲击、振动、腐蚀及油液污染等恶劣工作环境。u （2 2）要求车用传感器工作稳定性好、可靠性高。）要求车用传感器工作稳定性好、可靠性高。u （3 3）再现性好。由于计算机在车辆上的应用，要求传感器再现性一定要好，因为即使传）再现性好。由于计算机在车辆上的应用，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，通过电脑可以修正。感器线性特性不良，通过电脑可以修正。u （4 4）具有批量生产和通用性。由于汽车与拖拉机工业的发展，要求传感器应
10、具有批量生）具有批量生产和通用性。由于汽车与拖拉机工业的发展，要求传感器应具有批量生产的可能性。一种传感器可用于多种控制，如把速度信号微分，可得到加速度信号等，产的可能性。一种传感器可用于多种控制，如把速度信号微分，可得到加速度信号等，所以传感器应具有通用性。所以传感器应具有通用性。u （5 5）要求小型化，便于安装使用，检测识别方便。）要求小型化，便于安装使用，检测识别方便。u （6 6）应符合有关标准要求。）应符合有关标准要求。u （7 7）传感器数量不受限制。）传感器数量不受限制。一、传感器的分类与要求第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备
11、电器与电子设备课件课件72022年年5月月24日星期二日星期二u （三）车（三）车用传感器的发展趋势用传感器的发展趋势u 未来的车用传感器技术的发展趋势是微型化、多功能化、集成化和智能化，它不仅能提未来的车用传感器技术的发展趋势是微型化、多功能化、集成化和智能化，它不仅能提供用于模拟和处理的信号，而且还能对信号做放大处理。同时，它还能自动进行时漂、供用于模拟和处理的信号，而且还能对信号做放大处理。同时，它还能自动进行时漂、温漂和非线性的自校正，具有较强的抵抗外部电磁干扰的能力，保证传感器信号的质量温漂和非线性的自校正，具有较强的抵抗外部电磁干扰的能力，保证传感器信号的质量不受影响，即使在特别恶
12、劣的使用条件下，仍能保持较高的精度。它还具有结构紧凑、不受影响，即使在特别恶劣的使用条件下，仍能保持较高的精度。它还具有结构紧凑、安装方便的优点，从而免受机械特性的影响。安装方便的优点，从而免受机械特性的影响。u 2020世纪末期，设计技术、材料技术、特别是世纪末期，设计技术、材料技术、特别是MEMSMEMS（微机电系统）技术的发展使微型传感（微机电系统）技术的发展使微型传感器提高到了一个新的水平，利用微电子机械加工技术将微米级的敏感元件、信号处理器器提高到了一个新的水平，利用微电子机械加工技术将微米级的敏感元件、信号处理器和数据处置装置封装在同一个芯片上，它具有体积小、价格便宜、可靠性高等特
13、点。同和数据处置装置封装在同一个芯片上，它具有体积小、价格便宜、可靠性高等特点。同时，时，MEMSMEMS微型传感器具备降低汽车拖拉机电子系统成本及提高其性能方面的优势，正在微型传感器具备降低汽车拖拉机电子系统成本及提高其性能方面的优势，正在逐步取代于传统机电技术的传感器。逐步取代于传统机电技术的传感器。MEMSMEMS传感器将成为世界车辆电子的重要组成部分。传感器将成为世界车辆电子的重要组成部分。一、传感器的分类与要求第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件82022年年5月月24日星期二日星期二u （一）类型（一）类型u
14、热电偶热电偶、金属测温、金属测温电阻、电阻、热敏电阻热敏电阻二、温度传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器测量用部测量用部件件优点优点缺点缺点热电偶热电偶1 1可测定很小部位的温度；可测定很小部位的温度；2 2可缩短滞后时间；可缩短滞后时间；3 3耐振动与冲击；耐振动与冲击；4 4适于测定温度差；适于测定温度差；5 5测定范围宽。测定范围宽。1 1需要标准触点；需要标准触点；2 2标准触点与补偿导线有标准触点与补偿导线有误差；误差；3 3在常温下，不注意修正，在常温下，不注意修正，难以得到较高的精度。难以得到较高的精度。金属测温金属测温电阻电阻1 1适于测定较大范围的平均温度；
15、适于测定较大范围的平均温度；2 2不需要标准触点等；不需要标准触点等；3 3与热电偶相比，常温左右的精与热电偶相比，常温左右的精度较高。度较高。1 1难以缩短滞后时间；难以缩短滞后时间；2 2在振动严重的场所下可在振动严重的场所下可能出现破损；能出现破损；3 3受导线电阻的影响，需受导线电阻的影响，需要修正。要修正。热敏电阻热敏电阻1 1可测量很小部位的温度；可测量很小部位的温度；2 2可缩短滞后时间；可缩短滞后时间；3 3灵敏度高；灵敏度高；4 4不能忽略导线电阻造成的误差；不能忽略导线电阻造成的误差；5 5最适于测量微小的温度差；最适于测量微小的温度差；6 6测量机构简单且价格低廉；测量机
16、构简单且价格低廉；7 7因信噪比较高，所以对系统性因信噪比较高，所以对系统性计量工程来说经济性好。计量工程来说经济性好。1 1因电阻与温度间的非线因电阻与温度间的非线性程度较严重，有时需要做性程度较严重，有时需要做线性处理；线性处理；2 2有时需要互换用电阻；有时需要互换用电阻；3 3振动严重的场合可能会振动严重的场合可能会造成破损。造成破损。表表9-3 9-3 温度传感器的结构特点温度传感器的结构特点金属测温电阻金属测温电阻热电偶热电偶热敏电阻热敏电阻汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件92022年年5月月24日星期二日星期二u 车辆电子控制系车辆电子控制系统中使用了
17、多种统中使用了多种温度传感器，但温度传感器，但均采用热敏电阻均采用热敏电阻式温度传感器式温度传感器。u 车辆车辆电子控制系电子控制系统主要的温度传统主要的温度传感器及其作用如感器及其作用如表表9-49-4所示。所示。二、温度传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器传感器名称传感器名称主要作用主要作用发动机冷却液温度传感器发动机冷却液温度传感器检测发动机冷却液温度，向检测发动机冷却液温度，向ECU输入温度信号，作为燃输入温度信号，作为燃油喷射和点火正时的修正信号，同时也是其它控制系统的油喷射和点火正时的修正信号，同时也是其它控制系统的控制信号控制信号进气温度传感器进气温度传感器检测
18、进气温度，向检测进气温度，向ECU输入进气温度信号，作为燃油喷输入进气温度信号，作为燃油喷射和点火正时的修正信号射和点火正时的修正信号发动机油温传感器发动机油温传感器检测发动机机油温度，用于机油温度过高报警检测发动机机油温度，用于机油温度过高报警燃油温度传感器燃油温度传感器检测燃油箱中燃油的温度，用于喷油量修正控制检测燃油箱中燃油的温度，用于喷油量修正控制自动变速器油温度传感器自动变速器油温度传感器液压油温度传感器安装在自动变速器油底壳内的阀板上，液压油温度传感器安装在自动变速器油底壳内的阀板上，用于检测自动变速器液压油的温度，以作为电脑进行换挡用于检测自动变速器液压油的温度，以作为电脑进行换
19、挡控制、油压控制和锁止离合器控制的依据控制、油压控制和锁止离合器控制的依据车内温度传感器车内温度传感器检测车厢内的温度，用于车辆空调温度自动控制检测车厢内的温度，用于车辆空调温度自动控制车外温度传感器车外温度传感器检测车厢外的温度，用于车辆空调温度自动控制检测车厢外的温度，用于车辆空调温度自动控制蒸发器温度传感器蒸发器温度传感器检测车辆空调蒸发器处的制冷剂温度，用于空调温度自检测车辆空调蒸发器处的制冷剂温度，用于空调温度自动控制动控制排气温度传感器（催化剂排气温度传感器（催化剂温度传感器）温度传感器）在催化剂变换器异常发热时，能够快速地发出报警信号，在催化剂变换器异常发热时，能够快速地发出报警
20、信号，以便保护催化剂变换器并防止高温引发故障以便保护催化剂变换器并防止高温引发故障EGREGR监测温度传感器监测温度传感器用于监测用于监测EGR阀的工作是否正常，以提醒司乘人员阀的工作是否正常，以提醒司乘人员燃烧温度传感器燃烧温度传感器用于检测燃烧室燃烧时的温度，以检测发动机燃烧状态用于检测燃烧室燃烧时的温度，以检测发动机燃烧状态表表9-4 9-4 车辆电子控制系统用温度传感器车辆电子控制系统用温度传感器汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件102022年年5月月24日星期二日星期二u （二）热敏电阻（二）热敏电阻式温度传感器式温度传感器u 1.1.测量测量原理原理u 半
21、导体的电阻随温度变化而改变，其对温度的灵敏度比金属材料高，变化也比较复杂，半导体的电阻随温度变化而改变，其对温度的灵敏度比金属材料高，变化也比较复杂，可归为三种情况：电阻随温度的上升而增大，电阻随温度的上升而减小，在某一临界温可归为三种情况：电阻随温度的上升而增大，电阻随温度的上升而减小，在某一临界温度下电阻跃变（图度下电阻跃变（图9-19-1）。热敏电阻就是利用半导体的这种温度特性，制成正温度系数热）。热敏电阻就是利用半导体的这种温度特性，制成正温度系数热敏电阻（敏电阻（PTCPTC）、负温度系数热敏电阻（）、负温度系数热敏电阻（NTCNTC）和电阻突变的热敏电阻（）和电阻突变的热敏电阻（C
22、TRCTR）。）。二、温度传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器图图9-1 9-1 热敏电阻的温度特性热敏电阻的温度特性汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件112022年年5月月24日星期二日星期二u 2.2.传感器传感器结构结构u 热敏电阻式温度传感器的核心元件为热敏热敏电阻式温度传感器的核心元件为热敏电阻，其结构如图电阻，其结构如图9-29-2所示。从热敏电阻所示。从热敏电阻的温度特性中可知，使热敏电阻式传感器的温度特性中可知，使热敏电阻式传感器具有较高灵敏度和线性度的温度变化范围具有较高灵敏度和线性度的温度变化范围都是有限的都是有限的。u 车辆车辆
23、电子控制系统中各温度传感器的工作电子控制系统中各温度传感器的工作温度是不同的，比如：发动机冷却液温度温度是不同的，比如：发动机冷却液温度传感器的工作温度为传感器的工作温度为-20-20130130，而排气，而排气温度传感器的工作温度则为温度传感器的工作温度则为60060010001000。选择不同的氧化物、控制掺入氧化物的比选择不同的氧化物、控制掺入氧化物的比例和烧结温度等就可得到适用于不同温度例和烧结温度等就可得到适用于不同温度的热敏电阻。的热敏电阻。二、温度传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器图图9-2 9-2 热敏电阻式温度传感器的结构热敏电阻式温度传感器的结构汽车拖拉
24、机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件122022年年5月月24日星期二日星期二u 3.3.应用应用举例举例u 由于热敏式温度传感器的电阻随温度变化而显著变化，能直接将温度的变化转换成电压由于热敏式温度传感器的电阻随温度变化而显著变化，能直接将温度的变化转换成电压变化，所以在汽车拖拉机上得到广泛应用。主要用于：冷却液温度传感器、进气温度传变化，所以在汽车拖拉机上得到广泛应用。主要用于：冷却液温度传感器、进气温度传感器、燃油温度传感器、水温表温度传感器、蒸发器温度传感器等。感器、燃油温度传感器、水温表温度传感器、蒸发器温度传感器等。二、温度传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章
25、 车用传感器汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件132022年年5月月24日星期二日星期二u 车辆车辆上常见的压力感器有进气管压上常见的压力感器有进气管压力传感器、大气压力传感器、空气力传感器、大气压力传感器、空气滤清器真空开关、机油压力开关、滤清器真空开关、机油压力开关、空调高低压开关、油压助力制动系空调高低压开关、油压助力制动系统中的油压传感器、主动悬架系统统中的油压传感器、主动悬架系统中的控制阀压力传感器、制动主缸中的控制阀压力传感器、制动主缸油压传感器、蓄压器压力传感器、油压传感器、蓄压器压力传感器、增压传感器、燃烧压力传感器等。增压传感器、燃烧压力传感器等。u
26、 压力测量原理主要有电阻应变式、压力测量原理主要有电阻应变式、压电式、可变电感式、电容式、电压电式、可变电感式、电容式、电位计式等多种。车用压力传感器一位计式等多种。车用压力传感器一般采用电阻应变式和压电式。般采用电阻应变式和压电式。三、压力传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器系统系统参数参数压力范围压力范围测量类测量类型型发动机控制发动机控制进气歧管绝对压力进气歧管绝对压力100kPa绝对式绝对式涡轮增压压力涡轮增压压力200kPa绝对式绝对式大气压（海拔高度）大气压（海拔高度） 100kPa绝对式绝对式废气再循环压力废气再循环压力100kPa压力计压力计燃油压力燃油压力7
27、.5psi（约（约52.71kPa）压力计压力计燃油蒸汽压力燃油蒸汽压力15in水柱（约水柱（约3.74kPa） 压力计压力计空气质量流量空气质量流量压差式压差式燃烧室压力燃烧室压力1MPa（峰值（峰值16.9MPa） 压差式压差式废气压力废气压力100kPa压力计压力计二次空气压力二次空气压力100kPa压力计压力计电控变数器电控变数器（无极变速（无极变速器）器）变速器油压变速器油压80psi（约（约547.98kPa）压力计压力计真空调节真空调节100kPa绝对式绝对式怠速控制怠速控制空调离合器传感器空调离合器传感器或开关或开关300500psi（2.073.45MPa）绝对式绝对式动力转
28、向压力动力转向压力500psi（约（约3.45MPa）绝对式绝对式电控动力转电控动力转向（包括电向（包括电动助力）动助力）液体压力液体压力500psi（约（约3.45MPa）绝对式绝对式汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件142022年年5月月24日星期二日星期二u （一）进气管（一）进气管压力传感器压力传感器u 进气管绝对压力传感器用于进气管绝对压力传感器用于D D型汽油喷射系统。它型汽油喷射系统。它在汽油喷射系统中所起的作用和空气流量传感器在汽油喷射系统中所起的作用和空气流量传感器相似。进气管绝对压力传感器根据发动机的负荷相似。进气管绝对压力传感器根据发动机的负荷状
29、态测出进气管内绝对压力（真空度）的变化，状态测出进气管内绝对压力（真空度）的变化，并转换成电压信号，与转速信号一起输送到电控并转换成电压信号，与转速信号一起输送到电控单元（单元（ECUECU），作为确定喷油器基本喷油量的依据。），作为确定喷油器基本喷油量的依据。u 进气管压力传感器多采用半导体压敏电阻式测量进气管压力传感器多采用半导体压敏电阻式测量原理。原理。u 半导体压敏电阻式进气管压力传感器主要由硅膜半导体压敏电阻式进气管压力传感器主要由硅膜片、真空室、硅杯、底座、真空管接头和引线电片、真空室、硅杯、底座、真空管接头和引线电极组成，其内部结构如图极组成，其内部结构如图9-3a9-3a所示。
30、所示。三、压力传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器进气管绝对压力传感器进气管绝对压力传感器汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件152022年年5月月24日星期二日星期二u 硅膜片是压力转换元件，用单晶硅制成。硅膜片是压力转换元件，用单晶硅制成。硅膜片的长和宽约为硅膜片的长和宽约为3mm3mm、厚度约为、厚度约为160m160m，在硅膜片的中央部位采用腐蚀方，在硅膜片的中央部位采用腐蚀方法制作有一个直径为法制作有一个直径为2mm2mm、厚度约为、厚度约为50m50m的薄膜片的薄膜片。u 在在薄膜片表面的圆周上，采用集成电路加薄膜片表面的圆周上，采用集成电
31、路加工技术和台面扩散技术（扩散硼）制作有工技术和台面扩散技术（扩散硼）制作有四只阻值相等的力敏电阻，简称固态电阻，四只阻值相等的力敏电阻，简称固态电阻，如图如图9-3b9-3b所示，并利用低阻扩散层（所示，并利用低阻扩散层（P P型型扩散层）将四只电阻连接成惠斯顿电桥电扩散层）将四只电阻连接成惠斯顿电桥电路，如图路，如图9-3c9-3c所示，然后再与传感器内部所示，然后再与传感器内部的温度补偿电阻和信号放大电路等混合集的温度补偿电阻和信号放大电路等混合集成电路连接。成电路连接。三、压力传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器图图9-3 9-3 半导体压敏电阻式进气管压力传感器的构
32、造半导体压敏电阻式进气管压力传感器的构造汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件162022年年5月月24日星期二日星期二u 当发动机工作时，进气管内的部分空气经传感器进气口当发动机工作时，进气管内的部分空气经传感器进气口和滤清器作用在硅膜片上，硅膜片就会产生应力，力敏和滤清器作用在硅膜片上，硅膜片就会产生应力，力敏电阻的阻值就会发生变化，电桥输出电压随之变化电阻的阻值就会发生变化，电桥输出电压随之变化。u 当当节气门开度增大（即进气流量增大）时，空气流通就节气门开度增大（即进气流量增大）时，空气流通就截面增大，气流速度降低，进气压力升高，膜片的应力截面增大，气流速度降低，
33、进气压力升高，膜片的应力增大，力敏电阻的变化率增大电桥输出的电压升高，经增大，力敏电阻的变化率增大电桥输出的电压升高，经集成电路进行比例放大后，传感器输入电控单元（集成电路进行比例放大后，传感器输入电控单元（ECUECU）的信号电压升高的信号电压升高。u 当当节气门开度由大变小（即进气流量减小）时，进气流节气门开度由大变小（即进气流量减小）时，进气流通截面减小，气流速度升高，进气压力降低，膜片的应通截面减小，气流速度升高，进气压力降低，膜片的应力减小，力敏电阻的变化率减小，电桥输出电压降低，力减小，力敏电阻的变化率减小，电桥输出电压降低，经过比例放大后，传感器输入经过比例放大后，传感器输入EC
34、UECU的信号电阻降低。的信号电阻降低。三、压力传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件172022年年5月月24日星期二日星期二u （二）大气压力（二）大气压力传感器传感器u 大气压力传感器用于检测大气压力，大气压力传感器用于检测大气压力，向向ECUECU输入大气压力信号，修正喷输入大气压力信号，修正喷油和点火控制。油和点火控制。u 大气压力传感器常安装在空气流量大气压力传感器常安装在空气流量传感器上、前保险杠内、传感器上、前保险杠内、ECUECU内部内部等位置。有的车辆用进气管压力传等位置。有的车辆用进气管压力传感器
35、在点火开关打开瞬间的信号来感器在点火开关打开瞬间的信号来提供大气压力信号，故取消了大气提供大气压力信号，故取消了大气压力传感器。大气压力传感器的构压力传感器。大气压力传感器的构造如图造如图9-4a9-4a所示。所示。三、压力传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器 a a构造构造 b b等效电路等效电路图图9-4 9-4 大气压力传感器大气压力传感器汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件182022年年5月月24日星期二日星期二u （三）（三）GDIGDI燃油压力传感器燃油压力传感器u 缸内直喷（缸内直喷（GDIGDI）汽油发动机的燃油）汽油发动机的燃油压力
36、传感器也采用电阻应变效应来检压力传感器也采用电阻应变效应来检测油轨油压，用于控制燃油的压力调测油轨油压，用于控制燃油的压力调节阀（电磁阀）。油轨内油压保持恒节阀（电磁阀）。油轨内油压保持恒定，对减少排放、降低噪声和提高功定，对减少排放、降低噪声和提高功率均具有重要作用。率均具有重要作用。GDIGDI燃油压力传燃油压力传感器的安装位置如图感器的安装位置如图9-59-5所示所示。u GDIGDI燃油压力传感器的核心就是一个燃油压力传感器的核心就是一个钢膜，在钢膜上镀有应变电阻。一旦钢膜，在钢膜上镀有应变电阻。一旦要测的压力经压力接口到钢膜的一侧要测的压力经压力接口到钢膜的一侧时，由于钢膜弯曲，就引
37、起应变电阻时，由于钢膜弯曲，就引起应变电阻的电阻值发生变化。的电阻值发生变化。三、压力传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器图图9-3 GDI9-3 GDI燃油压力传感器的安装位置燃油压力传感器的安装位置汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件192022年年5月月24日星期二日星期二u 车辆车辆上转速传感器有很多，如发动机转速传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器上转速传感器有很多，如发动机转速传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器（或判缸传感器）、变速器输入转速传感器、变速器输出转速传感器、轮速传感器、车（或判缸传感器）、变速器输入转速传感器、变速器
38、输出转速传感器、轮速传感器、车速传感器等。按其工作原理不同，转速传感器主要有磁感应式、光电式、霍尔式三种类速传感器等。按其工作原理不同，转速传感器主要有磁感应式、光电式、霍尔式三种类型。型。四、转速传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件202022年年5月月24日星期二日星期二u （一）磁感应式（一）磁感应式转速传感器转速传感器u 磁感应式转速传感器的工作原理如图磁感应式转速传感器的工作原理如图9-59-5所示，磁力线穿过的路径为：永久磁铁所示，磁力线穿过的路径为：永久磁铁N N极极定定子与转子间的气隙子与转子间的气隙
39、转子凸齿转子凸齿转子凸齿与定子磁头间的气隙转子凸齿与定子磁头间的气隙磁头磁头导磁板导磁板永久磁永久磁铁铁S S极。当信号转子旋转时，磁路中的气隙就会周期性的发生变化，磁路的磁阻和穿过信极。当信号转子旋转时，磁路中的气隙就会周期性的发生变化，磁路的磁阻和穿过信号线圈磁头的磁通量随之发生周期性的变化。根据电磁感应原理，传感线圈中就会感应号线圈磁头的磁通量随之发生周期性的变化。根据电磁感应原理，传感线圈中就会感应产生交变电动势。产生交变电动势。四、转速传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器图图9-5 9-5 磁感应式转速传感器工作原理磁感应式转速传感器工作原理汽车拖拉机学汽车拖拉机学
40、电器与电子设备电器与电子设备课件课件212022年年5月月24日星期二日星期二u 当信号转子按顺时针方向旋转当信号转子按顺时针方向旋转时，转子凸齿与磁头间的气隙时，转子凸齿与磁头间的气隙减小，磁路磁阻减小，磁通量减小，磁路磁阻减小，磁通量增多，磁通量变化率增大，增多，磁通量变化率增大，感应电动势感应电动势E E为正，如图为正，如图9-69-6中中曲线曲线abcabc所示所示。u 当当转子凸齿接近磁头边缘时，转子凸齿接近磁头边缘时，磁通量磁通量急剧增多，磁通变化急剧增多，磁通变化率最大，感应电动势最高，如率最大，感应电动势最高，如图图9-69-6中曲线中曲线b b点所示。转子转点所示。转子转过过
41、b b点后，虽然磁通量点后，虽然磁通量仍在增仍在增多，但磁通变化率减小，因此多，但磁通变化率减小，因此感应电动势感应电动势E E降低。降低。四、转速传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器a.a.低低速时输出波形低低速时输出波形 b.b.高速时输出波形高速时输出波形图图9-6 9-6 磁感应式转速传感器中传感线圈的磁通量磁感应式转速传感器中传感线圈的磁通量和和电动势电动势E E波形波形汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件222022年年5月月24日星期二日星期二u 当转子转到凸齿的中心线与磁当转子转到凸齿的中心线与磁头的中心线对齐时，如图头的中心线对齐时，
42、如图9-5b9-5b所示，虽然转子凸齿与磁头间所示，虽然转子凸齿与磁头间的气隙最小，磁路的磁阻最小，的气隙最小，磁路的磁阻最小，磁通量磁通量最大，但是，由于磁最大，但是，由于磁通量不可能继续增加，磁通量通量不可能继续增加，磁通量变化率为零，因此感应电动势变化率为零，因此感应电动势E E为零，如图为零，如图9-69-6中曲线中曲线c c点所示点所示四、转速传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器a.a.低低速时输出波形低低速时输出波形 b.b.高速时输出波形高速时输出波形图图9-6 9-6 磁感应式转速传感器中传感线圈的磁通量磁感应式转速传感器中传感线圈的磁通量和和电动势电动势E
43、E波形波形汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件232022年年5月月24日星期二日星期二u 当转子沿顺时针方向继续旋转，凸齿离开当转子沿顺时针方向继续旋转，凸齿离开磁头时，如图磁头时，如图9-5c9-5c所示，凸齿与磁头间的所示，凸齿与磁头间的气隙增大，磁路磁阻增大，磁通量气隙增大，磁路磁阻增大，磁通量减少，减少，所以感应电动势所以感应电动势E E为负值，如图为负值，如图9-69-6中曲线中曲线cdacda所示。当凸齿转到将要离开磁头边缘所示。当凸齿转到将要离开磁头边缘时，磁通量时，磁通量急剧减少，磁通量变化率达急剧减少，磁通量变化率达到负向最大值，感应电动势到负向最大
44、值，感应电动势E E也达到负向也达到负向最大值，如图最大值，如图9-69-6中曲线上中曲线上d d点所示。点所示。u 由此可见，信号转子每转过一个凸齿。传由此可见，信号转子每转过一个凸齿。传感线圈中就会产生一个周期的交变电动势，感线圈中就会产生一个周期的交变电动势，即电动势出现一次最大值和最小值，传感即电动势出现一次最大值和最小值，传感线圈也就相应地输出一个交变电压信号。线圈也就相应地输出一个交变电压信号。四、转速传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器a.a.低低速时输出波形低低速时输出波形 b.b.高速时输出波形高速时输出波形图图9-6 9-6 磁感应式转速传感器中传感线圈的
45、磁通量磁感应式转速传感器中传感线圈的磁通量和和电动势电动势E E波形波形汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件242022年年5月月24日星期二日星期二u （二）光电式转速传感器（二）光电式转速传感器u 光电式转速传感器的工作原理基于光电效应。光电式转速传感器的工作原理基于光电效应。光电效应光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量，从而产生的中某些电子的能量，从而产生的电效应电效应。u 光电式曲轴位置传感器一般安装在分电器内或光电式曲轴位置传感器一般安装在分电器内或凸轮轴上，它由信号发生器和带缝隙、光孔的凸轮轴上，它由信号发
46、生器和带缝隙、光孔的信号盘组成（图信号盘组成（图9-7a9-7a）。信号盘安装在分电器）。信号盘安装在分电器轴上，随分电器轴一起转动，它的外围均布有轴上，随分电器轴一起转动，它的外围均布有6060条缝隙，这缝隙即是光孔，产生条缝隙，这缝隙即是光孔，产生1 1信号。信号。对于六缸发动机，在信号盘外围稍靠内的圆上，对于六缸发动机，在信号盘外围稍靠内的圆上，间隔间隔6060分布六个光孔，产生分布六个光孔，产生120120曲轴转角曲轴转角信号，其中有一个较宽的光孔是产生第一缸上信号，其中有一个较宽的光孔是产生第一缸上止点对应的止点对应的120120信号缝隙（图信号缝隙（图9-7b9-7b）。）。四、转
47、速传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器 b. b.信号盘信号盘图图9-7 9-7 光电式曲轴位置传感器光电式曲轴位置传感器a.a.原理简图原理简图 汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件252022年年5月月24日星期二日星期二u 信号发生器安装在分电器壳体上，它由两只发光二极管、信号发生器安装在分电器壳体上，它由两只发光二极管、两只光敏二极管和电子电路组成。两只发光二极管分别两只光敏二极管和电子电路组成。两只发光二极管分别对正着两只光敏二极管，信号盘在发光二极管和光敏二对正着两只光敏二极管，信号盘在发光二极管和光敏二极管之间。发动机曲轴运转时，带动分电
48、器轴和信号盘极管之间。发动机曲轴运转时，带动分电器轴和信号盘转动。以为信号盘上有孔，所以产生透光和遮光的交替转动。以为信号盘上有孔，所以产生透光和遮光的交替变化，使信号发生器输出表征曲轴位置和曲轴转速的脉变化，使信号发生器输出表征曲轴位置和曲轴转速的脉冲信号。冲信号。u 当发光二极管的光束照射到光敏二极管上时，光敏二极当发光二极管的光束照射到光敏二极管上时，光敏二极管感光产生电压；当发光二极管的光束被遮挡时，光敏管感光产生电压；当发光二极管的光束被遮挡时，光敏二极管产生的电压为零。将光敏二极管产生的脉冲电压二极管产生的电压为零。将光敏二极管产生的脉冲电压输入电子电路经放大后，向输入电子电路经放
49、大后，向ECUECU输入曲轴转角的输入曲轴转角的1 1信号信号和和120120信号。图信号。图9-89-8为光电式信号发生器的工作原理。为光电式信号发生器的工作原理。四、转速传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器图图9-8 9-8 光电式曲轴位置传感器的工光电式曲轴位置传感器的工作原理作原理汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件262022年年5月月24日星期二日星期二u （三）霍尔式（三）霍尔式转速传感器转速传感器u 霍尔式转速传感器是根据霍尔效应制成的传感器。霍尔式转速传感器是根据霍尔效应制成的传感器。霍尔效应是指当在半导体薄片两端通以控制电流，霍尔效
50、应是指当在半导体薄片两端通以控制电流，并在薄片的垂直方向施加磁场时，在垂直于电流并在薄片的垂直方向施加磁场时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势和磁场的方向上将产生电动势 （称为霍尔电动势（称为霍尔电动势或霍尔电压），这种现象称为霍尔效应。或霍尔电压），这种现象称为霍尔效应。u 霍尔式转速传感器在汽车拖拉机上的应用主要有：霍尔式转速传感器在汽车拖拉机上的应用主要有：发动机转速传感器、判缸传感器（或上止点传感发动机转速传感器、判缸传感器（或上止点传感器）、变速器输入轴传感器、变速器输出轴传感器）、变速器输入轴传感器、变速器输出轴传感器（车速传感器）、轮速传感器等。器（车速传感器）、轮速传感器
51、等。u 汽车拖拉机上采用霍尔式转速传感器可分为两大汽车拖拉机上采用霍尔式转速传感器可分为两大类：一类是采用触发叶片式、另一种采用触发轮类：一类是采用触发叶片式、另一种采用触发轮齿式。齿式。四、转速传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器）（VdIBRUHH汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件272022年年5月月24日星期二日星期二u 1.1.采用采用触发叶片式触发叶片式 u 采用触发叶片式，是改变磁场感应强度采用触发叶片式，是改变磁场感应强度的有无，从而使霍尔电压有无波动变化，的有无，从而使霍尔电压有无波动变化，其传感器构造如图其传感器构造如图9-9-9
52、 9所所示。示。u 当信号发生器上的叶片进入永久磁铁与当信号发生器上的叶片进入永久磁铁与霍尔组件之间的气隙时，霍尔触发器的霍尔组件之间的气隙时，霍尔触发器的磁场被叶片旁路，此时不产生霍尔电压，磁场被叶片旁路，此时不产生霍尔电压，传感器无输出信号；当信号发生器的触传感器无输出信号；当信号发生器的触发叶片的缺口部分进入永久磁铁和霍尔发叶片的缺口部分进入永久磁铁和霍尔组件之间的气隙时，霍尔电压升高，传组件之间的气隙时，霍尔电压升高，传感器输出电压信号。感器输出电压信号。四、转速传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器图图9-9 9-9 霍尔式转速传感器（触发叶片式）霍尔式转速传感器（触
53、发叶片式）汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件282022年年5月月24日星期二日星期二u （二）采用触发轮齿式（二）采用触发轮齿式 u 采用触发轮齿式是改变磁场感应强度的强弱，采用触发轮齿式是改变磁场感应强度的强弱，从而使霍尔电压强弱波动。触发轮齿式转速从而使霍尔电压强弱波动。触发轮齿式转速传感器工作原理是永磁铁的磁力线穿过霍尔传感器工作原理是永磁铁的磁力线穿过霍尔器件通向齿轮，齿轮提供了磁路。当齿轮位器件通向齿轮，齿轮提供了磁路。当齿轮位于图于图9-10a9-10a所示位置时，穿过霍尔器件的磁力所示位置时，穿过霍尔器件的磁力线分散，磁场相对较弱线分散，磁场相对较弱。
54、u 当当齿轮位于图齿轮位于图9-10b9-10b所示位置时，穿过霍尔器所示位置时，穿过霍尔器件的磁力线集中，磁场相对较强。齿轮转动件的磁力线集中，磁场相对较强。齿轮转动时，使得穿过霍尔器件的磁力线密度发生变时，使得穿过霍尔器件的磁力线密度发生变化，因此引起霍尔电压的变化，霍尔器件将化，因此引起霍尔电压的变化，霍尔器件将输出一个毫伏级的交变电压。该交流信号需输出一个毫伏级的交变电压。该交流信号需经由电子电路转换成标准的脉冲电压。经由电子电路转换成标准的脉冲电压。四、转速传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器a.a.磁场较弱磁场较弱 b.b.磁场较强磁场较强图图9-10 9-10
55、霍尔轮速传感器磁路霍尔轮速传感器磁路汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件292022年年5月月24日星期二日星期二四、转速传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器多普勒雷达式车速传感器汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件30小 结2022年年5月月24日星期二日星期二第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器1.1. 介绍介绍了传感器的分类与要求了传感器的分类与要求2.2. 介绍了温度传感器：热电偶、金属测温电阻和热敏电阻介绍了温度传感器：热电偶、金属测温电阻和热敏电阻3.3. 介绍了压力传感器：进气管压力传感器、大气压力传感
56、器介绍了压力传感器：进气管压力传感器、大气压力传感器4.4. 介绍了转速传感器：磁感应式、光电式、霍尔式介绍了转速传感器：磁感应式、光电式、霍尔式汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件31思考题2022年年5月月24日星期二日星期二第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器1.1. 车用传感器有何类型？车用传感器有何类型？2.2. 冷却液温度传感器有何作用？常安装在什么位置？冷却液温度传感器有何作用？常安装在什么位置？3.3. 冷却液温度传感器是怎样检测冷却液温度的？冷却液温度传感器是怎样检测冷却液温度的？4.4. 大气压力传感器有何作用？安装在什么位置？大气压力传
57、感器有何作用？安装在什么位置？5.5. 大气压力传感器是怎样检测大气压力的？大气压力传感器是怎样检测大气压力的？6.6. 进气歧管压力传感器有何作用？有哪些类型？进气歧管压力传感器有何作用？有哪些类型？7.7. 半导体压敏电阻式进气歧管压力传感器是怎样检测发动机进气歧管半导体压敏电阻式进气歧管压力传感器是怎样检测发动机进气歧管压力的？压力的？8.8. 磁感应式转速传感器是怎样检测转速信号的？磁感应式转速传感器是怎样检测转速信号的？9.9. 光电式转速传感器是怎样检测转速信号的？光电式转速传感器是怎样检测转速信号的？10.10.霍尔式转速传感器是怎样检测转速信号的？霍尔式转速传感器是怎样检测转速信号的？汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件322022年年5月月24日星期二日星期二本节课内容结束下一讲第第2 2课课 爆震、流量、位移、气体浓度传感器爆震、流量、位移、气体浓度传感器第1课 温度、压力、转速传感器第九章 车用传感器
