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第二章第一节传感器概述第二节空气流量计第三节压力传感器第四节节气门位置传感器第五节氧传感器第六节温度传感器第七节爆燃传感器第八节曲轴位置传感器第九节转速传感器第一节传感器概述一、传感器特性二、常用传感器工作机理一、传感器特性1.灵敏度灵敏度是指稳态时传感器输出量ｙ和输入量ｘ之比，或输出量ｙ的增量和输入量ｘ的增量之比，用Ｋ表示为Ｋ＝ｄｙ／ｄｘ(2-1)线性传感器的灵敏度为一常数，而非线性传感器的灵敏度是随输入变化的量。2.分辨率汽车电子控制技术第二章传感器传感器在规定的测量范围内能够检测出的被测量的最小变化量称为分辨率。由于它往往受噪声的限制，所以一般用相当于噪声电平N若干倍C的被测量表示，即Ｍ＝ＣＮ／Ｋ(Ｃ取１～５)(2-2)式中M——最小检测量。3.测量范围和量程在允许误差限内，被测量值的下限到上限之间的范围称为测量范围。上限值与下限值的差称为量程。4.线性度(非线性误差)在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差与满量程输出值的百分比称为线性度或非线性误差。5.迟滞迟滞是指在相同的工作条件下，传感器的正行程特性与反行程特性的不一致程度。6.重复性重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变化多次所得特性曲线的不一致性。7.零漂和温漂传感器在无输入或输入为另一值时，每隔一定时间，其输入值偏离原示值的最大偏差与满量程的百分比为零漂。而温度每升高1℃，传感器输出值的最大偏差与满量程的百分比，称为温漂。一、传感器特性图2-1传感器的组成二、常用传感器工作机理(一)磁电式传感器(二)霍尔式传感器(三)压电式传感器(四)光电式传感器(五)热电式传感器(一)磁电式传感器1.磁电效应2.直线移动式磁电传感器3.转动式磁电传感器1.磁电效应图2-2直线移动式磁电传感器结构1—金属骨架2—弹簧3—线圈4—永久磁铁5—壳体2.直线移动式磁电传感器图2-3变磁阻式磁电感应传感器结构1—被测旋转体2—测量齿轮3—线圈4—软铁5—永久磁铁3.转动式磁电传感器软铁、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。变磁阻式电磁感应传感器可测试转动体的转角和转速。(二)霍尔式传感器1.霍尔效应2.霍尔元件1.霍尔效应图2- ４霍尔效应原理2.霍尔元件图2-5霍尔元件a)外形b)结构c)符号(三)压电式传感器1.压电效应2.压电元件1.压电效应图2- ６正压电效应示意图2.压电元件图2-7压电元件的连接a)并联b)串联(四)光电式传感器1.光电效应2.光敏电阻3.光敏管4.电致发光1.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、光敏晶体管、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、光敏晶体管、光敏晶闸管等)属于半导体器件。光敏二极管与普通晶体二极管不同之处在于PN结面积较大且距表面较浅，可以直接接受光的照射。在没有光线照射时，在电路中反向偏置，反向电流很小(称为暗电流)；当光线照射PN结时，在PN附近产生电子—空穴对，并越过PN结产生光电流，光电流随入射光线强度改变。光敏三极管有两个PN结，二者均开有接收光照的窗口，从而可以获得电流的增益(电流放大作用类似于普通晶体管)。当受到光照时，它们都会产生内光电效应的光生伏特现象，从而产生电流。4.电致发光图2- ８光敏二极管和光敏晶体管a)光敏二极管符号b)光敏二极管基本应用c)光敏晶体管符号d)光敏晶体管基本应用4.电致发光图2-9发光二极管a)发光二极管符号b)发光二极管基本应用(五)热电式传感器1.热电效应2.热电阻传感器3.热敏电阻传感器1.热电效应图2-10热电效应2.热电阻传感器导体的电阻随温度变化的特性称为热阻效应。实验可知，大多数电阻在温度升高1℃时电阻值将增加0.4%～0.6%。热电阻的测量精度较高，温度特性稳定，且无热电偶的参照端误差。3.热敏电阻传感器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。图2-11热敏电阻的特性曲线第二节空气流量计一、叶片式空气流量计二、卡门旋涡式空气流量计三、热线式空气流量计四、热膜式空气流量计一、叶片式空气流量计图2-12叶片式空气流量计结构a)叶片部分结构b)电位计部分结构1—测量叶片2—缓冲叶片3—汽油泵节点4—平衡配重5—调整齿圈6—回位弹簧7—电位计部分8—印制电路板一、叶片式空气流量计图2-13叶片式空气流量计工作原理1—电位计滑臂2—电位计镀膜电阻3—叶片4—旁通道二、卡门旋涡式空气流量计1.卡门旋涡原理2.光学式卡门旋涡空气流量计3.超声波式卡门旋涡空气流量计图2-14卡门旋涡产生的原理图2-15光学式卡门旋涡空气流量计工作原理1—空气进口2—管路3—光敏晶体管4—板弹簧5—导孔6—旋涡发生器7—卡门旋涡图2-16超声波式卡门旋涡空气流量计1—超声波发射探头2—涡流稳定板3—超声波信号发射器4—涡流发生器5—通往发动机6—卡门旋涡7—与涡流数对应的脉冲信号8—超声波接收探头9—接ECU三、热线式空气流量计图2-17热线式空气流量计结构和工作原理a)热线式空气流量计结构b)热线式空气流量计工作原理1—防护网2—取样管3—白金热线4—温度补偿电阻5—控制电路板6—电连接器三、热线式空气流量计图2-18热膜式空气流量计1—控制电路2—通往发动机3—热膜4—进气温度传感器5—金属网四、热膜式空气流量计热膜式空气流量计的工作原理与热线式空气流量计类似，都是用单臂电桥工作的。所不同的是：热膜式不使用白金丝作为热线，而是将热线电阻、补偿电阻及桥路电阻用厚膜工艺制作在同一陶瓷基片上构成的。这种结构可使发热体不直接承受空气流动所产生的作用力，增加了发热体的强度，提高了空气流量计的可靠性，误差也较小。热膜式空气流量计输出信号在0～5V间变化，其结构如图2-18所示第三节压力传感器一、电容式压力传感器二、差动变压器式进气压力传感器三、半导体应变式进气压力传感器(绝对压力传感器)一、电容式压力传感器图2-19电容差动式进气压力传感器1—弹性膜片2—凹玻璃圆片3—金属涂层4—输出端子5—空腔6—过滤器7—壳体一、电容式压力传感器图2-20电容差动式传感器的测量电路二、差动变压器式进气压力传感器图2-21差动变压器a)结构图b)原理图1、4—二次线圈2—一次线圈3—铁心二、差动变压器式进气压力传感器图2-22差动变压器式进气压力传感器a)结构图b)原理图1—膜盒2—差动变压器3—铁心4—回位弹簧二、差动变压器式进气压力传感器图2-23差动变压器相敏整流电路三、半导体应变式进气压力传感器(绝对压力传感器)图2-24半导体应变片进气压力传感器1—半导体应变片2—混合集成电路3—真空室第四节节气门位置传感器一、开关式节气门位置传感器二、线性节气门位置传感器三、综合式节气门位置传感器一、开关式节气门位置传感器图2-25开关式节气门位置传感器1—节气门轴2—满负荷触点3—动触点4—怠速触点二、线性节气门位置传感器图2-26线性节气门位置传感器电路三、综合式节气门位置传感器图2-27综合式节气门位置传感器a)结构b)等效电路c)输出特性1—电阻膜2—节气门开度输出动触点3—怠速动触点三、综合式节气门位置传感器图2-28综合式节气门位置传感器工作电路第五节氧传感器一、二氧化钛(ＴiＯ2)氧传感器二、二氧化锆(ＺrＯ2)氧传感器一、二氧化钛(ＴiＯ2)氧传感器图2-29二氧化钛(Ｔi)氧传感器1—二氧化钛元件2—金属外壳3—陶瓷绝缘材料一、二氧化钛(ＴiＯ2)氧传感器图2-30二氧化钛氧传感器的电压转换电路二、二氧化锆(ＺrＯ2)氧传感器图2-31二氧化锆(Ｚr)氧传感器1—锆管2—电极3—弹簧4—电极座(绝缘)5—导线6—排气管7—气孔二、二氧化锆(ＺrＯ2)氧传感器图2-32二氧化锆氧传感器电压特性二、二氧化锆(ＺrＯ2)氧传感器图2-33二氧化锆氧传感器与ECU的连接第六节温度传感器图2-34热敏电阻式冷却液温度传感器安装位置图第六节温度传感器图2-35热敏电阻式冷却液温度传感器结构、特性与电路a)结构b)特性曲线c)与ECU连接(Ⅰ)d)与ECU连接(Ⅱ)第六节温度传感器表2-1丰田车用冷却液温度和进气体温度传感器的电阻第七节爆燃传感器一、磁致伸缩式爆燃传感器二、压电式爆燃传感器一、磁致伸缩式爆燃传感器图2-36磁致伸缩式爆燃传感器a)结构b)输出特性1—线圈2—铁心3—外壳4—永久磁铁二、压电式爆燃传感器1.共振型压电式爆燃传感器2.非共振型压电式爆燃传感器二、压电式爆燃传感器图2-37共振型压电式爆燃传感器结构1—压电元件2—振荡片3—基座4—Ｏ环5—连接器6—接头7—密封剂8—外壳9—引线1.共振型压电式爆燃传感器爆燃传感器由压电元件、振荡片、基座、外壳等组成。压电元件紧贴在振荡片上，振荡片固定在基座上。振荡片随发动机振荡，振荡力作用于压电元件并产生电信号输出。选择振荡片的固有频率与被测发动机爆燃时的振荡频率一致，则当爆燃发生时二者共振，压电元件有最大谐振电压输出。它的输出特性与磁致伸缩式类似。2.非共振型压电式爆燃传感器图2-38非共振型压电式爆燃传感器结构1—配重块2—压电元件3—引线第八节曲轴位置传感器一、磁脉冲式曲轴位置传感器二、霍尔式曲轴位置传感器三、光电式位置传感器一、磁脉冲式曲轴位置传感器图2-39磁脉冲式曲轴位置传感器a)工作原理b)波形图1—永久磁铁2—转子3—耦合线圈4—衔铁二、霍尔式曲轴位置传感器图2- ４0霍尔式曲轴位置传感器结构1—定时齿轮2—霍尔开关电路3—永久磁铁4—底板5—导线及接插件二、霍尔式曲轴位置传感器图2- ４1霍尔式曲轴位置传感器工作原理a)触发叶片进入空气隙内b)触发叶片离开空气隙1—触发叶片2—霍尔开关集成电路3—永久磁铁4—底板5—导磁板三、光电式位置传感器图2- ４２光电式位置传感器ａ)结构ｂ)工作原理１—波形电路2—光敏晶体管3—发光二极管4—分火头５—密封盖6—转盘第九节转速传感器图2- ４3舌簧开关式转速传感器1—磁铁2—舌簧开关3—转子