汽車傳感器

汽車傳感器

汽車計算機系統的輸入裝置
汽車傳感器是汽車計算機系統的輸入裝置,它把汽車運行中各種工況信息,如車速、各種介質的溫度、發動機運轉工況等,轉化成電訊号輸給計算機,以便發動機處于最佳工作狀态。[1]車用傳感器很多,判斷傳感器出現的故障時,不應隻考慮傳感器本身,而應考慮出現故障的整個電路。因此,在查找故障時,除了檢查傳感器之外,還要檢查線束、插接件以及傳感器與電控單元之間的有關電路。
    中文名:汽車傳感器 外文名: 别名: 分類:測量溫度、壓力、流量、位置、氣體濃度、速度、光亮度、幹濕度、距離等功能 提醒:車用傳感器很多,判斷傳感器出現的故障時,不應隻考慮傳感器本身,而應考慮出現故障的整個電路

概念

傳感器的主要功用是把非電量信号轉換成電量信号,或者将物理量、電量、化學量的信息轉換成電控單元(ECU)能夠理解的信号。

用于汽車發動機電控系統的傳感器主要有溫度傳感器、空氣流量傳感器、壓力傳感器、轉速及位置傳感器、氧傳感器、爆燃傳感器等。

常用類型

1.裡程表傳感器

在差速器或者半軸上面的傳感器,來感覺轉動的圈數,裡程表傳感器一般用霍爾,光電兩個方式來檢測信号,其目的利用裡程表記數可有效的分析判斷汽車的行駛速度和裡程,因為半軸和車輪的角速度相等,已知輪胎的半徑,直接通過裡程參數來計算。在傳動軸上設計兩個軸承,大大減輕了運行中的力距,減少了摩擦力,增強了使用壽命;由原來的動态檢測信号改為齒輪運轉式檢測信号;由原來直插式垂直變速箱改為倒角式接口變速箱。裡程表傳感器插頭一般是在變速箱上,有的打開發動機蓋可以看到,有的要在地溝操作。

2.機油壓力傳感器

是指集微型傳感器、執行器以及信号處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機電系統。常用的有矽壓阻式和矽電容式,兩者都是在矽片上生成的微機械電子傳感器。一般情況上,我們通過機油壓力傳感器來檢測汽車的機油向内的機油還有多少,并将檢測到的信号轉換成我們可以理解的信号,提醒我們還有多少機油,或者還可以走多遠,甚至是提醒汽車需要加機油了。

3.水溫傳感器

它的内部是一個半導體熱敏電阻,溫度愈低,電阻愈大;反之電阻愈小,安裝在發動機缸體或缸蓋的水套上,與冷卻水直接接觸。從而側得發動機冷卻水的溫度。電控單元根據這一變化測得發動機冷卻水的溫度,溫度愈低,電阻愈大;反之電阻愈小。電控單元根據這一變化測得發動機冷卻水的溫度,作為燃油噴射和點火正時的修正号。就是我們可以通過發動機水溫的溫度了解汽車現在的運行的狀态,停止或者運動,或者運動的時間有多長等。

4.空氣流量傳感器

空氣流量傳感器它的作用是檢測發動機進氣量的大小,并将進氣量信息轉換成電信号輸出,并傳送到ECU。我們知道汽車的行駛是需要點火裝置點火得到向前的沖量,因此,充氣量得大小是ECU計算汽車在點火的時候點火裝置需要噴油時間和噴油量和點火時間的依據。它的作用是可以讓我們更好的讓汽車進行加減速行駛。

5.ABS傳感器

在制動活塞旁邊(卡制動碟的卡鉗,裡面是制動活塞),ABS工作就是保證制動活塞和制動碟不卡死,保證它們處于滑動摩擦和靜摩擦的邊緣。大多由電感傳感器來監控車速,abs傳感器通過與随車輪同步轉動的齒圈作用,輸出一組準正弦交流電信号,其頻率和振幅與輪速有關.該輸出信号傳往ABS電控單元(ECU),實現對輪速的實時監控。

6.安全氣囊傳感器

安全氣囊傳感器也稱碰撞傳感器,按照用途的不同,分為觸發碰撞傳感器和防護碰撞傳感器。觸發碰撞式用于檢測碰撞時的加速度變化,并将碰撞信号傳給氣囊電腦,作為氣囊電腦的觸發信号;防護碰撞式它與觸發碰撞式串聯,用于防止氣囊誤爆。

7.氣體濃度傳感器

主要用于檢測車體内氣體和廢氣排放。其中,最主要的是氧傳感器,它檢測汽車尾氣中的氧含量,根據排氣中的氧濃度測定空燃比,向微機控制裝置發出反饋信号,以控制空燃比收斂于理論值。當空燃比變高,廢氣中的氧濃度增加時,氧傳感器的輸出電壓減小;當空燃比變低,廢氣中的氧濃度降低時,輸出電壓增大。電子控制單元識别這一突變信号,對噴油量進行修正,從而相應地調節空燃比,使其在理想空燃比附近變動。

8.位置和轉速傳感器

主要用于檢測發動機曲軸轉角、發動機轉速、節氣門的開度、車速檢測,汽車加速度檢測、汽車減速檢測等,為點火時刻和噴油時刻提供參考點信号,同時,提供發動機轉速信号。目前,汽車使用的位置和轉速傳感器主要有交流發電機式、磁阻式、霍爾效應式、簧片開關式、光學式、半導體磁性晶體管式。

9.速度傳感器

速度傳感器是電動汽車較為重要的傳感器,也是應用較多的傳感器。就其定義而言,速度傳感器主要是用來測量速度的傳感器,分為轉速傳感器、車速傳感器、車輪轉速傳感器等。速度傳感器轉速傳感器主要用于電動汽車電動機旋轉速度的檢測。常用的轉速傳感器有三種,分别為電磁感應式轉速傳感器、光電感應式轉速傳感器、霍爾效應式轉速傳感器,均采用非接觸式測量原理,以增強檢測的安全性、提高檢測精度。

車速傳感器用來測量電動汽車行駛速度。車速傳感器信号主要用于儀表闆的車速表顯示及發動機怠速、電動汽車加速其間的控制等。目前我國絕大部分電動汽車上的速度表都是以汽車論壇的選擇轉速變換成汽車速度進行測速的。這在汽車制動、打滑的情況下,以及論壇因新舊、摩擦、路面、胎壓高低等造成其外圓周長的變化都會造成誤差過大,甚至無法工作,車速傳感器主要有電磁感應式、光電式、可變磁阻式和霍爾式集中。電動汽車上普遍采用電磁感應式和霍爾式速度傳感器。

定義

國家标準GB7665-87對傳感器下的定義是:“能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用信号的器件或裝置,通常由敏感元件和轉換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息,并能将檢測感受到的信息,按一定規律變換成為電信号或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。

應用現狀

傳感器的應用

發動機控制系統用傳感器是整個汽車傳感器的核心,種類很多。

溫度傳感器

供ECU對發動機工作狀況進行精确控制,來提高發動機的動力性、降低油耗、減少廢氣排放和進行故障檢測。溫度傳感器溫度傳感器主要用于檢測發動機溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。溫度用傳感器有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。三種類型傳感器各有特點,其應用場合也略有區别。線繞電阻式溫度傳感器的精度高,但響應特性差;熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高,響應特性較好,但線性差,适應溫度較低;熱偶電阻式溫度傳感器的精度高,測量溫度範圍寬,但需要配合放大器和冷端處理一起使用。

已實用化的産品有熱敏電阻式溫度傳感器(通用型-50℃~130℃,精度1.5%,響應時間10ms;高溫型600℃~1000℃,精度5%,響應時間10ms)、鐵氧體式溫度傳感器(ON/OFF型,-40℃~120℃,精度2.0%)、金屬或半導體膜空氣溫度傳感器(-40℃~150℃,精度2.0%、5%,響應時間20ms)等。

壓力傳感器

壓力傳感器主要用于檢測氣缸負壓、大氣壓、渦輪發動機的升壓比、氣缸内壓、油壓等。吸氣負壓式傳感器主要用于吸氣壓、負壓、油壓檢測。汽車用壓力傳感器應用較多的有電容式、壓阻式、差動變壓器式(LVDT)、表面彈性波式(SAW)。

電容式壓力傳感器主要用于檢測負壓、液壓、氣壓,測量範圍20~100kPa,具有輸入能量高,動态響應特性好、環境适應性好等特點;壓阻式壓力傳感器受溫度影響較大,需要另設溫度補償電路,但适應于大量生産;LVDT式壓力傳感器有較大的輸出,易于數字輸出,但抗幹擾性差;SAW式壓力傳感器具有體積小、質量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、分辨率高、數字輸出等特點,用于汽車吸氣閥壓力檢測,能在高溫下穩定地工作,是一種較為理想的傳感器。

流量傳感器

流量傳感器主要用于發動機空氣流量和燃料流量的測量。空氣流量的測量用于發動機控制系統确定燃燒條件、控制空燃比、起動、點火等。空氣流量傳感器有旋轉翼片式(葉片式)、卡門渦旋式、熱線式、熱膜式等四種類型。

旋轉翼片式(葉片式)空氣流量計結構簡單,測量精度較低,測得的空氣流量需要進行溫度補償;卡門渦旋式空氣流量計無可動部件,反映靈敏,精度較高,也需要進行溫度補償;熱線式空氣流量計測量精度高,無需溫度補償,但易受氣體脈動的影響,易斷絲;熱膜式空氣流量計和熱線式空氣流量計測量原理一樣,但體積少,适合大批量生産,成本低。空氣流量傳感器的主要技術指标為:工作範圍0.11~103立方米/min,工作溫度-40℃~120℃,精度≤1%。

燃料流量傳感器用于檢測燃料流量,主要有水輪式和循環球式,其動态範圍0~60kg/h,工作溫度-40℃~120℃,精度1%,響應時間<10ms。

位置和轉速傳感器

位置和轉速傳感器主要用于檢測曲軸轉角、發動機轉速、節氣門的開度、車速等。汽車使用的位置和轉速傳感器主要有交流發電機式、磁阻式、霍爾效應式、簧片開關式、光學式、半導體磁性晶體管式等,其測量範圍0~360,精度0.5以下,測彎曲角達0.1。

車速傳感器種類繁多,有敏感車輪旋轉的、也有敏感動力傳動軸轉動的,還有敏感差速從動軸轉動的。當車速高于100km/h時,一般測量方法誤差較大,需采用非接觸式光電速度傳感器,測速範圍0.5~250km/h,重複精度0.1%,距離測量誤差優于0.3%。

氣體濃度傳感器

氣體濃度傳感器主要用于檢測車體内氣體和廢氣排放。其中,最主要的是氧傳感器,實用化的有氧化锆傳感器(使用溫度-40℃~900℃,精度1%)、氧化锆濃差電池型氣體傳感器(使用溫度300℃~800℃)、固體電解質式氧化锆氣體傳感器(使用溫度0℃~400℃,精度0.5%),另外還有二氧化钛氧傳感器。和氧化锆傳感器相比,二氧化钛氧傳感器具有結構簡單、輕巧、便宜,且抗鉛污染能力強的特點。

爆震傳感器

爆震傳感器用于檢測發動機的振動,通過調整點火提前角控制和避免發動機發生爆震。可以通過檢測氣缸壓力、發動機機體振動和燃燒噪聲等三種方法來檢測爆震。爆震傳感器有磁緻伸縮式和壓電式。磁緻伸縮式爆震傳感器的使用溫度為-40℃~125℃,頻率範圍為5~10kHz;壓電式爆震傳感器在中心頻率5.417kHz處,其靈敏度可達200mV/g,在振幅為0.1g~10g範圍内具有良好線性度。

7.24GHz雷達傳感器

24GHz雷達傳感器用于汽車防撞安裝系統,通過發射雷達波來判斷前方出現的物體大小,距離和移動速度,進而汽車用24GHZ雷達傳感器通過顯示器或與汽車制動系統進行配合,避免汽車與前方物體相撞。傳感器發射頻率在24.125GHz左右,可以調節的頻率範圍在50KHz左右。精度在國外精度可以達到毫米級别。

車身應用

車身控制用傳感器主要用于提高汽車的安全性、可靠性和舒适性等。由于其工作條件不象發動機和底盤那麼惡劣,一般工業用傳感器稍加改進就可以應用。主要有用于自動空調系統的溫度傳感器、濕度傳感器、風量傳感器、日照傳感器等;用于安全氣囊系統中的加速度傳感器;用于門鎖控制中的車速傳感器;用于亮度自動控制中的光傳感器;用于倒車控制中的超聲波傳感器或激光傳感器;用于保持車距的距離傳感器;用于消除駕駛員盲區的圖象傳感器等。

導航系統用傳感器主要有:确定汽車行駛方向的羅盤傳感器、陀螺儀和車速傳感器、方向盤轉角傳感器等。

在車身上應用的各種傳感器:有防撞加速度傳感器、超聲近距離目标傳感器和紅外熱成像傳感器,毫米波雷達和環境氣體電化學傳感器。新型的傳感器有超聲陣列反向傳感器、側面路面偏距報警和紅外熱成像夜視傳感器。

底盤應用

底盤控制用傳感器是指用于變速器控制系統的車速傳感器、加速踏闆位置傳感器、加速度傳感器、節氣門位置傳感器、發動機轉速傳感器、水溫傳感器、油溫傳感器等;懸架控制系統應用的傳感器有車速傳感器、節氣門位置傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感器、方向盤轉角傳感器等;動力轉向系統應用的傳感器主要有車速傳感器、發動機轉速傳感器、轉矩傳感器、油壓傳感器等。

底盤應用的主要類型傳感器,即旋轉位移和壓力傳感器。慣性加速度傳感器和角速率傳感器取代了溫度傳感器而成為在車底盤上應用的4種主要傳感器。表3種列出了27種傳感器。其中4種是壓力傳感器,3種旋轉位移傳感器,5種加速度傳感器和3種角速率傳感器。27種傳感器其中的15種是屬于這種類型傳感器。目前低盤應用的新型傳感器有側路面角速率傳感器、車輪角位置傳感器和懸架位移位置傳感器。

應用狀況

發動機控制系統用傳感器主要有溫度傳感器、壓力傳感器、位置和轉速傳感器、流量傳感器、氣體濃度傳感器和爆震傳感器等。這些傳感器向發動機的電子控制單元(ECU)提供發動機的工作狀況信息,以提高發動機的動力性、降低油耗、減少廢氣排放和進行故障檢測。

汽車控制系統應用的主要傳感器類型,即旋轉位移傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器。在北美,這三種傳感器的銷售數量分别占第一、第二和第四位。在表2中共列出了40種不同的汽車傳感器。其中有8種壓力傳感器,四種溫度傳感器和四中旋轉位移傳感器。幾年來研制的新型傳感器是氣缸壓力傳感器,踏闆加速計位置傳感器和油質量傳感器。

導航系統用傳感器

随着基于GPS/GIS(全球定位系統和地理信息系統)的導航系統在汽車上的應用,導航用傳感器這幾年得到迅速發展。

自動變速器系統傳感器

自動變速器系統用傳感器主要有:車速傳感器、加速踏闆位置傳感器、加速度傳感器、節氣門位置傳感器、發動機轉速傳感器、水溫傳感器、油溫傳感器等。制動防抱死系統用傳感器主要有:輪速傳感器、車速傳感器;懸架系統用傳感器主要有:車速傳感器、節氣門位置傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感器、方向盤轉角傳感器等;動力轉向系統用傳感器主要有:車速傳感器、發動機轉速傳感器、轉矩傳感器、油壓傳感器等。

國内發展

汽車傳感器是汽車電子技術領域研究的核心内容之一,本文簡單介紹了國内汽車傳感器的應用發展情況,主要介紹了汽車上幾種主要的傳感器,并對發展趨勢進行了展望。

汽車傳感器市場

市場研究數據顯示,2002年全球汽車傳感器的市場規模為70.1億美元,預計2005年将達到85.2億美元,年平均增長率為6.7%;全球2002年汽車傳感器的市場需求量為10.38億隻,預計2005年将達到12.83億隻,年平均增長率為7.3%。中國的汽車工業發展加快。估計2010年将達600萬輛的生産能力,若每輛車用10隻傳感器,将需6000萬套傳感器及其配套變送器和儀表。

中國現有汽車2000萬輛,并且每年以5%以上的速度遞增,但是“電噴”汽車還隻占10%左右,國家規定停止“化油器”汽車的生産,新出廠的汽車要求全部安裝“電噴”系統。上海聯合汽車電子現在年産120萬套“電噴”系統傳感器,一共4000~6000元/套,其中,汽車傳感器占60%以上的産值。國内電噴系統應用傳感器占系統的70%以上,ABS傳感器的成本為50元左右,國内産量為100萬套,産值為5000萬元;安全氣囊的傳感器占系統成本的70%以上,安全氣囊的傳感器售價為2000元左右,需求量為100萬套/年,則傳感器的産值可達20億元。

傳感器的重要性

汽車傳感器作為汽車電子控制系統的信息源,是汽車電子控制系統的關鍵部件,也是汽車電子技術領域研究的核心内容之一。汽車傳感器對溫度、壓力、位置、轉速、加速度和振動等各種信息進行實時、準确的測量和控制。衡量現代高級轎車控制系統水平的關鍵就在于其傳感器的數量和水平。當前,一輛國内普通家用轎車上大約安裝了近百個傳感器,而豪華轎車上的傳感器數量多達200隻。

幾年來從半導體集成電路技術發展而來的微電子機械系統(MEMS)技術日漸成熟,利用這一技術可以制作各種能敏感和檢測力學量、磁學量、熱學量、化學量和生物量的微型傳感器,這些傳感器的體積和能耗小,可實現許多全新的功能,便于大批量和高精度生産,單件成本低,易構成大規模和多功能陣列,非常适合在汽車上應用。

微型傳感器的大規模應用将不僅限于發動機燃燒控制和安全氣囊,在未來5~7年内,包括發動機運行管理、廢氣與空氣質量控制、ABS、車輛動力的控制、自适應導航、車輛行駛安全系統在内的應用,将為MEMS技術提供廣闊的市場。

國内汽車傳感器

自20世紀80年代以來,國内汽車儀表行業引進國外的先進技術及與之相配套的傳感器生産技術,基本滿足了國内小批量、低水平車型的配套需求。由于起步較晚,還沒有形成系列化、配套化,尚未形成獨立的産業,仍然依附于汽車儀表企業。

衆多轎車、輕型車及部分載貨車中采用新的電子産品,需要大批量、高水平的汽車傳感器,但國内現有最高水平的汽車傳感器産品比國外同類産品落後10多年,每年要進口50萬套以上的高性能汽車傳感器。

許多傳感器廠家為了增強産品的競争力,采用與國外同行業進行合資經營的方式,消化吸收國外先進的傳感器技術,使産品升級換代,從而逐步發展壯大,有的已成為幾大“電噴”系統廠家的下遊供應商。但絕大多數企業還隻是配套生産其它車用傳感器,處于利潤少、産品單一、産品質量和技術水平低下的狀況。

伴随着國内汽車産量的迅速增長,今後幾年國内汽車工業對傳感器及其配套變速器和儀表的需求亦将大大增加,實現汽車傳感器國産化勢在必行。為适應這一形勢,應重點開發新型壓力、溫度、流量、位移等傳感器,盡快為汽車工業解決電噴系統、空調排污系統和自動駕駛系統所需的傳感器是十分迫切的任務。汽車傳感器對整車廠而言,是二級配套産品,必須以系統形式進入整車廠配套。一級系統配套商的實力關系到主機廠的品牌,所以必須建立系統平台,以系統帶動傳感器的發展。

分類

目前對傳感器尚無一個統一的分類方法,但比較常用的有如下三種:

1、按傳感器的物理量分類,可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳感器

2、按傳感器工作原理分類,可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光栅、熱電偶等傳感器。

3、按傳感器輸出信号的性質分類,可分為:輸出為開關量(“1”和"0”或“開”和“關”)的開關型傳感器;輸出為模拟型傳感器;輸出為脈沖或代碼的數字型傳感器。

種類

汽車傳感器分為:

轉速傳感器,相位傳感器,刹車感應線,水位傳感器,溫度傳感器,機油壓力開關,熱敏開關,機油位置傳感器,氧傳感器,速度傳感器,曲軸傳感器,ABS傳感器,壓力傳感器,節氣門位置傳感器,爆震傳感器,裡程表傳感器,凸輪軸傳感器,油壓傳感器等。

爆震傳感器,英文名稱:KnockSensor,爆震傳感器的結構和工作原理爆震傳感器是發動機電子控制系統中必不可少的重要部件,它的功用是檢測發動機有無爆震現象,并将信号送入發動機ECU。常見的爆震傳感器有兩種,一種是磁緻伸縮式爆震傳感器,另一種是壓電式爆震傳感器。

磁緻伸縮式爆震傳感器其内部有永久磁鐵、靠永久磁鐵激磁的強磁性鐵心以及鐵心周圍的線圈。其工作原理是:當發動機的氣缸體出現振動時,該傳感器在7kHz左右處與發動機産生共振,強磁性材料鐵心的導磁率發生變化,緻使永久磁鐵穿過鐵心的磁通密度也變化,從而在鐵心周圍的繞組中産生感應電動勢,并将這一電信号輸入ECU。

壓電式爆震傳感器利用結晶或陶瓷多晶體的壓電效應而工作,也有利用摻雜矽的壓電電阻效應的。該傳感器的外殼内裝有壓電元件、配重塊及導線等。其工作原理是:當發動機的氣缸體出現振動且振動傳遞到傳感器外殼上時,外殼與配重塊之間産生相對運動,夾在這兩者之間的壓電元件所受的壓力發生變化,從而産生電壓。ECU檢測出該電壓,并根據其值的大小判斷爆震強度。

爆震傳感器檢測

(1)爆震傳感器電阻的檢測

點火開關置于“OFF”位置,拔開爆震傳感器導線接頭,用萬用表Ω檔檢測爆震傳感器的接線端子與外殼間的電阻,應為∞(不導通);若為0Ω(導通)則須更換爆震傳感器。

對于磁緻伸縮式爆震傳感器,還可應用萬用表Ω檔檢測線圈的電阻,其阻值應符合規定值(具體數據見具體車型維修手冊),否則更換爆震傳感器。

(2)爆震傳感器輸出信号的檢查

拔開爆震傳感器的連接插頭,在發動機怠速時用萬用表電壓檔檢查爆震傳感器的接線端子與搭鐵間的電壓,應有脈沖電壓輸出。如沒有,應更換爆震傳感器。

機油壓力開關,英文名稱:OilPressureSwitch,通過點亮機油壓力報警燈,指示油壓已下降倒最小許可機油壓力的開關。

機油位置傳感器,英文名稱:OilLevelSensor,安裝在油底殼内,向相應的儀表提供發動機油位信息的傳感器。

氧傳感器(OxygenSensor/LambdaSensor),測量廢氣内殘留的氧含量的傳感器。

速度傳感器/車輪轉速傳感器(SpeedSensor/WheelSpeedSensor),采集車輪轉速并告知ASR或ABS系統之處理裝置的電子裝置。

凸輪軸傳感器,英文名稱:CamshaftSensor,凸輪軸位置傳感器是一個磁效應或霍爾效應傳感器。它用來傳感凸輪軸的速度,位置,加速度/減速度等信息并傳遞到發動機控制電腦。電腦再跟據這些信息控制混合氣的濃稀度和最佳點火時間。

傳感器的靜态特性

傳感器的靜态特性是指對靜态的輸入信号,傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關,所以它們之間的關系,即傳感器的靜态特性可用一個不含時間變量的代數方程,或以輸入量作橫坐标,把與其對應的輸出量作縱坐标而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜态特性的主要參數有:線性度、靈敏度、分辨力和遲滞等。

傳感器的動态特性

所謂動态特性,是指傳感器在輸入變化時,它的輸出的特性。在實際工作中,傳感器的動态特性常用它對某些标準輸入信号的響應來表示。這是因為傳感器對标準輸入信号的響應容易用實驗方法求得,并且它對标準輸入信号的響應與它對任意輸入信号的響應之間存在一定的關系,往往知道了前者就能推定後者。最常用的标準輸入信号有階躍信号和正弦信号兩種,所以傳感器的動态特性也常用階躍響應和頻率響應來表示。

傳感器的線性度

通常情況下,傳感器的實際靜态特性輸出是條曲線而非直線。在實際工作中,為使儀表具有均勻刻度的讀數,常用一條拟合直線近似地代表實際的特性曲線、線性度(非線性誤差)就是這個近似程度的一個性能指标。

拟合直線的選取有多種方法。如将零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作為拟合直線;或将與特性曲線上各點偏差的平方和為最小的理論直線作為拟合直線,此拟合直線稱為最小二乘法拟合直線。

傳感器的靈敏度

靈敏度是指傳感器在穩态工作情況下輸出量變化△y對輸入量變化△x的比值。

它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關系,則靈敏度S是一個常數。否則,它将随輸入量的變化而變化。

靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如,某位移傳感器,在位移變化1mm時,輸出電壓變化為200mV,則其靈敏度應表示為200mV/mm。

當傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時,靈敏度可理解為放大倍數。

提高靈敏度,可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高,測量範圍愈窄,穩定性也往往愈差。

傳感器的分辨力

分辨力是指傳感器可能感受到的被測量的最小變化的能力。也就是說,如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當輸入變化值未超過某一數值時,傳感器的輸出不會發生變化,即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。隻有當輸入量的變化超過分辨力時,其輸出才會發生變化。

通常傳感器在滿量程範圍内各點的分辨力并不相同,因此常用滿量程中能使輸出量産生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指标。上述指标若用滿量程的百分比表示,則稱為分辨率。

電阻式傳感器

電阻式傳感器是将被測量,如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。

電阻應變式傳感器

傳感器中的電阻應變片具有金屬的應變效應,即在外力作用下産生機械形變,從而使電阻值随之發生相應的變化。電阻應變片主要有金屬和半導體兩類,金屬應變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導體應變片具有靈敏度高(通常是絲式、箔式的幾十倍)、橫向效應小等優點。

壓阻式傳感器

壓阻式傳感器是根據半導體材料的壓阻效應在半導體材料的基片上經擴散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感元件,擴散電阻在基片内接成電橋形式。當基片受到外力作用而産生形變時,各電阻值将發生變化,電橋就會産生相應的不平衡輸出。

用作壓阻式傳感器的基片(或稱膜片)材料主要為矽片和鍺片,矽片為敏感材料而制成的矽壓阻傳感器越來越受到人們的重視,尤其是以測量壓力和速度的固态壓阻式傳感器應用最為普遍。

熱電阻傳感器

熱電阻傳感器主要是利用電阻值随溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關的參數。在溫度檢測精度要求比較高的場合,這種傳感器比較适用。目前較為廣泛的熱電阻材料為鉑、銅、鎳等,它們具有電阻溫度系數大、線性好、性能穩定、使用溫度範圍寬、加工容易等特點。用于測量-200℃~+500℃範圍内的溫度。

傳感器的遲滞特性

遲滞特性表征傳感器在正向(輸入量增大)和反向(輸入量減小)行程間輸出-一輸入特性曲線不一緻的程度,通常用這兩條曲線之間的最大差值△MAX與滿量程輸出F·S的百分比表示。

遲滞可由傳感器内部元件存在能量的吸收造成。

發展曆史

在20世紀60年代,汽車上僅有機油壓力傳感器、油量傳感器和水溫傳感器,它們與儀表或指示燈連接。

進入70年代後,為了治理排放,又增加了一些傳感器來幫助控制汽車的動力系統,因為同期出現的催化轉換器、電子點火和燃油噴射裝置需要這些傳感器來維持一定的空燃比以控制排放。80年代,防抱死制動裝置和氣囊提高了汽車安全性。

今天,傳感器有用來測定各種流體溫度和壓力(如進氣溫度、氣道壓力、冷卻水溫和燃油噴射壓力等)的傳感器;有用來确定各部分速度和位置的傳感器(如車速、節氣門開度、凸輪軸、曲軸、變速器的角度和速度、排氣再循環閥(EGR)的位置等);還有用于測量發動機負荷、爆震、斷火及廢氣中含氧量的傳感器;确定座椅位置的傳感器;在防抱死制動系統和懸架控制裝置中測定車輪轉速、路面高差和輪胎氣壓的傳感器;保護前排乘員的氣囊,不僅需要較多的碰撞傳感器和加速度傳感器。面對制造商提供的側量、頂置式氣囊以及更精巧的側置頭部氣囊,還要增加傳感器。随着研究人員用防撞傳感器(測距雷達或其他測距傳感器)來判斷和控制汽車的側向加速度、每個車輪的瞬時速度及所需的轉矩,使制動系統成為汽車穩定性控制系統的一個組成部分。

老式的油壓傳感器和水溫傳感器是彼此獨立的,由于有着明确的最大值或最小值的限定,其中一些傳感器的實際作用就相當于開關。随着傳感器向電子化和數字化方向發展,它們的輸出值将得到更多的相關利用。

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