第五章壓力傳感器

1、哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校主講：苗延升主講：苗延升哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.3 半導(dǎo)體進(jìn)氣壓力傳感器半導(dǎo)體進(jìn)氣壓力傳感器4. 3. 3壓力傳感器的額定值與特性壓力傳感器的額定值與特性 本節(jié)介紹的壓力傳感器的額定值與特性如本節(jié)介紹的壓力傳感器的額定值與特性如表表4-1所示。所示。 (1)壓力額定值壓力額定值 (2)輸出電壓特性輸出電壓特性 (3)精度與溫度特性精度與溫度特性上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院

2、及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校表表4一一1 進(jìn)氣壓力傳感器的額定值與特性進(jìn)氣壓力傳感器的額定值與特性返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.3 半導(dǎo)體進(jìn)氣壓力傳感器半導(dǎo)體進(jìn)氣壓力傳感器4. 3. 4半導(dǎo)體壓力傳感器用作進(jìn)氣壓力傳感器半導(dǎo)體壓力傳感器用作進(jìn)氣壓力傳感器 半導(dǎo)體壓力傳感器可用作檢測進(jìn)氣壓力，以便于實現(xiàn)排氣再半導(dǎo)體壓力傳感器可用作檢測進(jìn)氣壓力，以便于實現(xiàn)排氣再循環(huán)控制、空燃比控制及點火時間控制等。其典型結(jié)構(gòu)如圖循環(huán)控制、空燃比控制及點火時間控制等。其典型結(jié)構(gòu)如圖4一一15所示。作為汽車用進(jìn)氣壓力檢測

3、裝置，為了實現(xiàn)高精度所示。作為汽車用進(jìn)氣壓力檢測裝置，為了實現(xiàn)高精度檢測，將包括有溫度補償電路、放大電路在內(nèi)的混合集成電檢測，將包括有溫度補償電路、放大電路在內(nèi)的混合集成電路與半導(dǎo)體壓力傳感器制成一個整體。路與半導(dǎo)體壓力傳感器制成一個整體。上一頁上一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.4 集成電路型集成電路型(IC)大氣壓傳感器大氣壓傳感器4. 4. 1 IC大氣壓傳感器的構(gòu)成大氣壓傳感器的構(gòu)成 (1)壓力檢測部分的構(gòu)成。壓力檢測部分的構(gòu)成。IC大氣壓傳感器的壓力檢測部分，大氣壓傳感器的壓力檢測部分，在硅片的中間，從反面

4、經(jīng)異向腐蝕形成了正方形的膜片，利在硅片的中間，從反面經(jīng)異向腐蝕形成了正方形的膜片，利用膜片將壓力變換成應(yīng)力，在膜片的表面，通過擴(kuò)散雜質(zhì)形用膜片將壓力變換成應(yīng)力，在膜片的表面，通過擴(kuò)散雜質(zhì)形成了四個成了四個P型測量電阻，它們按橋式電路連接。利用壓阻效型測量電阻，它們按橋式電路連接。利用壓阻效應(yīng)將加在膜片上的應(yīng)力變換成電阻的變化，此電阻的變化通應(yīng)將加在膜片上的應(yīng)力變換成電阻的變化，此電阻的變化通過橋式電路之后在橋式電路的兩個輸出端子之間以電位差的過橋式電路之后在橋式電路的兩個輸出端子之間以電位差的方式對外輸出。方式對外輸出。下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬

5、黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.4 集成電路型集成電路型(IC)大氣壓傳感器大氣壓傳感器 (2)電路的特性。壓力傳感器的主要特性有以下電路的特性。壓力傳感器的主要特性有以下4項項:靈敏靈敏度度;偏置電壓偏置電壓(0Pa時的輸出電壓時的輸出電壓);靈敏度的溫度特性靈敏度的溫度特性;偏偏置電壓的溫度特性。置電壓的溫度特性。 (3)傳感器的結(jié)構(gòu)。傳感器的結(jié)構(gòu)。IC大氣壓傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖大氣壓傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-16所示。所示。上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.4 集成電路型集成電

6、路型(IC)大氣壓傳感器大氣壓傳感器4. 4. 2制造工藝制造工藝 (1)芯片工藝芯片工藝 (2)元件加工藝元件加工藝 (3)性能的調(diào)整性能的調(diào)整 (4)性能檢查性能檢查上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.4 集成電路型集成電路型(IC)大氣壓傳感器大氣壓傳感器4. 4. 3規(guī)格與可靠性規(guī)格與可靠性 IC大氣壓傳感器的規(guī)格見大氣壓傳感器的規(guī)格見表表4一一2。電源電壓為。電源電壓為5V單一電源。單一電源。壓力靈敏度的設(shè)定值為壓力靈敏度的設(shè)定值為39.49mV/kPa,101.3kPa(1個大氣壓個大

7、氣壓)時的輸出電壓為時的輸出電壓為4V。 IC大氣壓傳感器主要有兩個特點，一是通過陽極鍵合法形成大氣壓傳感器主要有兩個特點，一是通過陽極鍵合法形成真空腔，二是半導(dǎo)體管芯的表面受壓。真空腔，二是半導(dǎo)體管芯的表面受壓。表表4-3是是IC大氣壓傳感大氣壓傳感器的幾項可靠性試驗項目。除此之外，還要進(jìn)行汽車特有的器的幾項可靠性試驗項目。除此之外，還要進(jìn)行汽車特有的環(huán)境試驗及裝車試驗。環(huán)境試驗及裝車試驗。上一頁上一頁 返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校表表4一一2 IC大氣壓傳感器的規(guī)格大氣壓傳感器的規(guī)格返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院

8、哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.5 半導(dǎo)體微差壓力傳感器半導(dǎo)體微差壓力傳感器4. 5. 1半導(dǎo)體微差壓力傳感器的工作原理半導(dǎo)體微差壓力傳感器的工作原理 對檢測發(fā)動機進(jìn)氣量的卡曼渦旋式空氣流量傳感器來說，單對檢測發(fā)動機進(jìn)氣量的卡曼渦旋式空氣流量傳感器來說，單位時間所產(chǎn)生的渦旋數(shù)量，即渦旋頻率與流體的流速成正比，位時間所產(chǎn)生的渦旋數(shù)量，即渦旋頻率與流體的流速成正比，而流體的流量而流體的流量(體積流量體積流量)等于流管的截面積與流速之積，因等于流管的截面積與流速之積，因此通過測量渦旋頻率就可以知道流體的流量。此通過測量渦旋頻率就可以知道流體的流量。下一頁下

9、一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.5 半導(dǎo)體微差壓力傳感器半導(dǎo)體微差壓力傳感器 渦旋頻率的測量有兩種方式，一是通過渦旋產(chǎn)生的壓力變化渦旋頻率的測量有兩種方式，一是通過渦旋產(chǎn)生的壓力變化測定，另一方式是通過流體的流速變化測定。半導(dǎo)體微差壓測定，另一方式是通過流體的流速變化測定。半導(dǎo)體微差壓力傳感器用于前者力傳感器用于前者 為了檢測壓力變化，在半導(dǎo)體芯片的中間，利用異向腐蝕法為了檢測壓力變化，在半導(dǎo)體芯片的中間，利用異向腐蝕法從里面形成正方形的膜片，在壓力變化的作用下，膜片出現(xiàn)從里面形成正方形的膜片，在壓力變化的作用下，

10、膜片出現(xiàn)機械位移。要想測量膜片的機械位移，可以采用應(yīng)變測量法機械位移。要想測量膜片的機械位移，可以采用應(yīng)變測量法或靜電電容變化法等。本節(jié)說明的微差壓力傳感器采用的方或靜電電容變化法等。本節(jié)說明的微差壓力傳感器采用的方法與前面講過的壓力傳感器類似，在硅膜面的表面設(shè)置法與前面講過的壓力傳感器類似，在硅膜面的表面設(shè)置4個測個測量電阻，并將它們做橋式連接，將壓力的變化轉(zhuǎn)換成橋式電量電阻，并將它們做橋式連接，將壓力的變化轉(zhuǎn)換成橋式電路輸出電壓的變化，采用雜質(zhì)擴(kuò)散法形成的路輸出電壓的變化，采用雜質(zhì)擴(kuò)散法形成的P型擴(kuò)散電阻作型擴(kuò)散電阻作測量電阻，利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)將機械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻的測量電阻，利用半導(dǎo)體

11、的壓阻效應(yīng)將機械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻的變化。變化。上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.5 半導(dǎo)體微差壓力傳感器半導(dǎo)體微差壓力傳感器 利用半導(dǎo)體微差壓力傳感器檢測渦旋頻率的原理是，微差壓利用半導(dǎo)體微差壓力傳感器檢測渦旋頻率的原理是，微差壓力傳感器設(shè)置在發(fā)動機的進(jìn)氣歧管上，進(jìn)氣的脈動也會產(chǎn)生力傳感器設(shè)置在發(fā)動機的進(jìn)氣歧管上，進(jìn)氣的脈動也會產(chǎn)生壓力的變化，而且這種壓力的變化要比卡曼渦旋的壓力變化壓力的變化，而且這種壓力的變化要比卡曼渦旋的壓力變化大得多，因此，怎樣消除卡曼渦旋以外的壓力變化就成為一大得多，因此

12、，怎樣消除卡曼渦旋以外的壓力變化就成為一個較大的問題。對此，微差壓力傳感器采取的措施是個較大的問題。對此，微差壓力傳感器采取的措施是:在渦旋在渦旋壓力導(dǎo)入管的左右設(shè)置渦旋壓力導(dǎo)入口，將渦旋壓力導(dǎo)入管壓力導(dǎo)入管的左右設(shè)置渦旋壓力導(dǎo)入口，將渦旋壓力導(dǎo)入管左右交替產(chǎn)生渦旋的壓力變化以差壓方式傳輸至半導(dǎo)體管芯左右交替產(chǎn)生渦旋的壓力變化以差壓方式傳輸至半導(dǎo)體管芯上，而在渦旋壓力導(dǎo)入管的左右脈動等引起的壓力變化完全上，而在渦旋壓力導(dǎo)入管的左右脈動等引起的壓力變化完全相等，所以在半導(dǎo)體管芯處互相抵消。相等，所以在半導(dǎo)體管芯處互相抵消。上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用

13、技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.5 半導(dǎo)體微差壓力傳感器半導(dǎo)體微差壓力傳感器4. 5. 2微差壓力傳感器的特點微差壓力傳感器的特點 壓力檢測范圍為壓力檢測范圍為1.33 x10-413.3kPa，且動態(tài)范圍很寬，且動態(tài)范圍很寬 耐壓能力高，最高容許壓力為耐壓能力高，最高容許壓力為66.6kPa。 因為是差壓工作方式，所以對卡曼渦旋之外因素引起的壓因為是差壓工作方式，所以對卡曼渦旋之外因素引起的壓力變化力變化(同相成分同相成分)的靈敏度很低。的靈敏度很低。 采用氮化膜作半導(dǎo)體芯片的保護(hù)，并改進(jìn)電極片的結(jié)構(gòu)，采用氮化膜作半導(dǎo)體芯片的保護(hù)，并改進(jìn)電極片的結(jié)構(gòu)，提高耐環(huán)境性

14、能提高耐環(huán)境性能 把半導(dǎo)體芯片的殼體與渦旋發(fā)生柱作成一個整體件，以縮把半導(dǎo)體芯片的殼體與渦旋發(fā)生柱作成一個整體件，以縮小體積。小體積。上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.5 半導(dǎo)體微差壓力傳感器半導(dǎo)體微差壓力傳感器4. 5. 3半導(dǎo)體微差壓力傳感器的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體微差壓力傳感器的結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體微差壓力傳感器是由渦旋發(fā)生柱半導(dǎo)體微差壓力傳感器是由渦旋發(fā)生柱(下蓋下蓋)、上蓋、引線框、上蓋、引線框、半導(dǎo)體管芯、引線、粘合上蓋與下蓋的鉆結(jié)劑，半導(dǎo)體管芯半導(dǎo)體管芯、引線、粘合上蓋與下蓋的鉆結(jié)劑，半導(dǎo)體管芯與引線

15、框的鍵合材料組成的。與引線框的鍵合材料組成的。上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.5 半導(dǎo)體微差壓力傳感器半導(dǎo)體微差壓力傳感器4. 5. 4加工工藝加工工藝 (1)硅片工藝硅片工藝 (2)元件工藝元件工藝 (3)性能檢查性能檢查上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.5 半導(dǎo)體微差壓力傳感器半導(dǎo)體微差壓力傳感器4. 5. 5半導(dǎo)體微差壓力傳感器的額定值及可靠半導(dǎo)體微差壓力傳感器的額定值及可靠性評價性評價

16、半導(dǎo)體微差壓力傳感器的額定值見半導(dǎo)體微差壓力傳感器的額定值見表表4-4，其性能保證壓力范，其性能保證壓力范圍非常寬，達(dá)到了圍非常寬，達(dá)到了1.33 x 10-413.3kPa。微差壓力傳感器裝。微差壓力傳感器裝于發(fā)動機艙內(nèi)，所以其工作環(huán)境溫度為于發(fā)動機艙內(nèi)，所以其工作環(huán)境溫度為 -30110。 半導(dǎo)體微差壓力傳感器的可靠性試驗項目見半導(dǎo)體微差壓力傳感器的可靠性試驗項目見表表4-5。此外，還。此外，還要進(jìn)行汽車特有的環(huán)境試驗項目及裝車試驗，各項目均沒有要進(jìn)行汽車特有的環(huán)境試驗項目及裝車試驗，各項目均沒有問題的話，說明傳感器性能良好。通過上述各項試驗就可以問題的話，說明傳感器性能良好。通過上述各項

17、試驗就可以確認(rèn)確認(rèn):半導(dǎo)體微差壓力傳感器在發(fā)動機進(jìn)氣歧管這種苛刻的條半導(dǎo)體微差壓力傳感器在發(fā)動機進(jìn)氣歧管這種苛刻的條件下使用時，將具有足夠的可靠性。件下使用時，將具有足夠的可靠性。上一頁上一頁 返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.6 發(fā)動機控制用小型壓力傳感器發(fā)動機控制用小型壓力傳感器4. 6. 1傳感器的種類與特點傳感器的種類與特點 對發(fā)動機進(jìn)氣量的測定，一般采用的方法是測定通過進(jìn)氣管對發(fā)動機進(jìn)氣量的測定，一般采用的方法是測定通過進(jìn)氣管的空氣量，市場上銷售的采用電子燃油控制的汽車幾乎都采的空氣量，市場上銷售的采用電子燃油

18、控制的汽車幾乎都采用這種方法，作為檢測通過進(jìn)氣管的空氣量的方法，可以分用這種方法，作為檢測通過進(jìn)氣管的空氣量的方法，可以分為采用壓力傳感器的間接檢測方式和利用空氣流量計的直接為采用壓力傳感器的間接檢測方式和利用空氣流量計的直接檢測方式。每種方式各有長短，從裝車性與價格上看，優(yōu)秀檢測方式。每種方式各有長短，從裝車性與價格上看，優(yōu)秀的是壓力傳感器，從測試精度上看，優(yōu)秀的是空氣流量傳感的是壓力傳感器，從測試精度上看，優(yōu)秀的是空氣流量傳感器。器。下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.6 發(fā)動機控制用小型壓力傳感器發(fā)動機控

19、制用小型壓力傳感器4. 6. 2小型壓力傳感器小型壓力傳感器 (1)檢測原理。壓力檢測部位的工作原理是利用了半導(dǎo)體壓電檢測原理。壓力檢測部位的工作原理是利用了半導(dǎo)體壓電電阻效應(yīng)，在硅片表面的特定方向上，利用離子注入法等形電阻效應(yīng)，在硅片表面的特定方向上，利用離子注入法等形成四個應(yīng)變片電阻，在其內(nèi)部利用異向蝕刻法形成膜片部分。成四個應(yīng)變片電阻，在其內(nèi)部利用異向蝕刻法形成膜片部分。在硅片的膜片部分的表面和里面產(chǎn)生壓力差的場合下，硅片在硅片的膜片部分的表面和里面產(chǎn)生壓力差的場合下，硅片內(nèi)所產(chǎn)生的壓縮、拉伸張力，使膜片處的測量電阻的阻值發(fā)內(nèi)所產(chǎn)生的壓縮、拉伸張力，使膜片處的測量電阻的阻值發(fā)生變化。生變

20、化。上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.6 發(fā)動機控制用小型壓力傳感器發(fā)動機控制用小型壓力傳感器 (2)檢測元件部分檢測元件部分.形成有膜片的硅片在減少封裝產(chǎn)生的熱應(yīng)力形成有膜片的硅片在減少封裝產(chǎn)生的熱應(yīng)力的玻璃底座上形成陽極，同時由于在膜片內(nèi)部空間形成了真的玻璃底座上形成陽極，同時由于在膜片內(nèi)部空間形成了真空封裝，同時也形成了基準(zhǔn)壓力腔，也就是說，過去要構(gòu)成空封裝，同時也形成了基準(zhǔn)壓力腔，也就是說，過去要構(gòu)成壓力腔還需要金屬封裝，現(xiàn)在則可以取消金屬封裝，因此，壓力腔還需要金屬封裝，現(xiàn)在則可以取消

21、金屬封裝，因此，就可以減少部件的數(shù)量與實現(xiàn)小型化。此外，從結(jié)構(gòu)上來看，就可以減少部件的數(shù)量與實現(xiàn)小型化。此外，從結(jié)構(gòu)上來看，因為被測壓力是從與真空腔相反的一側(cè)加上來的，因此與過因為被測壓力是從與真空腔相反的一側(cè)加上來的，因此與過去不同，在傳感器元件的表面需要經(jīng)涂敷與膠凝形成表面的去不同，在傳感器元件的表面需要經(jīng)涂敷與膠凝形成表面的保護(hù)層，以便確保和原來具有同等水平的耐環(huán)境性。利用鉆保護(hù)層，以便確保和原來具有同等水平的耐環(huán)境性。利用鉆結(jié)法將底座鉆結(jié)到注塑成型的傳感器模塊上。結(jié)法將底座鉆結(jié)到注塑成型的傳感器模塊上。 (3)電路的構(gòu)成電路的構(gòu)成.上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)

22、學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.6 發(fā)動機控制用小型壓力傳感器發(fā)動機控制用小型壓力傳感器4. 6. 3特點特點 (1)小型化小型化 (2)無焊錫結(jié)構(gòu)無焊錫結(jié)構(gòu) (3)耐污損特性與防堵塞性耐污損特性與防堵塞性上一頁上一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.7 利用微控制器技術(shù)的高壓傳感器利用微控制器技術(shù)的高壓傳感器4. 7. 1高壓傳感器的特點高壓傳感器的特點 (1)采用微控制器結(jié)構(gòu)，將所有部件都布置在一片管芯上。采用微控制器結(jié)構(gòu)，將所有部件都布置在一片管芯上。 (2)采用受壓

23、面積最小的封裝結(jié)構(gòu)。采用受壓面積最小的封裝結(jié)構(gòu)。 (3)最大限度利用上述最大限度利用上述(1)、(2)兩點制成體積最小的產(chǎn)品。兩點制成體積最小的產(chǎn)品。 (4)通過獨特的膜片加工工藝提高部件的耐壓性能。通過獨特的膜片加工工藝提高部件的耐壓性能。 (5)傳感器的使用場合傳感器的使用場合:相對壓力或測量壓力最大為相對壓力或測量壓力最大為5MPa.下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.7 利用微控制器技術(shù)的高壓傳感器利用微控制器技術(shù)的高壓傳感器4. 7. 2高壓傳感器的構(gòu)成高壓傳感器的構(gòu)成 對于制造高壓傳感器來說，一般都

24、是把批量生產(chǎn)低壓傳感器對于制造高壓傳感器來說，一般都是把批量生產(chǎn)低壓傳感器(100400kPa)的技術(shù)，加以總結(jié)提高，再應(yīng)用到高壓傳感器的技術(shù)，加以總結(jié)提高，再應(yīng)用到高壓傳感器的生產(chǎn)上。高壓傳感器的信號處理器是由高精度放大器和調(diào)的生產(chǎn)上。高壓傳感器的信號處理器是由高精度放大器和調(diào)整電路構(gòu)成的，高精度放大器的作用是放大惠斯頓電橋輸出整電路構(gòu)成的，高精度放大器的作用是放大惠斯頓電橋輸出的電壓信號，調(diào)整電路的作用是修正傳感器的特性。此外，的電壓信號，調(diào)整電路的作用是修正傳感器的特性。此外，對汽車發(fā)動機控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的過電壓波形、總成生產(chǎn)工序?qū)ζ嚢l(fā)動機控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的過電壓波形、總成生產(chǎn)工序內(nèi)產(chǎn)生的

25、靜電、還有外部進(jìn)入的電磁波等，都靠在內(nèi)產(chǎn)生的靜電、還有外部進(jìn)入的電磁波等，都靠在CMOS內(nèi)內(nèi)所形成的內(nèi)部電路加以保護(hù)，相關(guān)的保護(hù)元件都設(shè)置在微控所形成的內(nèi)部電路加以保護(hù)，相關(guān)的保護(hù)元件都設(shè)置在微控制器內(nèi)制器內(nèi).上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.7 利用微控制器技術(shù)的高壓傳感器利用微控制器技術(shù)的高壓傳感器 為了測定相對壓力或者相對大氣壓下的應(yīng)變片壓力，在硅片為了測定相對壓力或者相對大氣壓下的應(yīng)變片壓力，在硅片的內(nèi)面設(shè)置了通孔，并將下部金屬底板與為緩和下部接合層的內(nèi)面設(shè)置了通孔，并將下部金屬底板與為

26、緩和下部接合層產(chǎn)生的應(yīng)力而設(shè)置的底座玻璃利用靜電接合工藝接合在一起，產(chǎn)生的應(yīng)力而設(shè)置的底座玻璃利用靜電接合工藝接合在一起，以確保具有高可靠性的密封性。以確保具有高可靠性的密封性。 為了確保高壓檢測組件與金屬底板在高溫下的強度，采用了為了確保高壓檢測組件與金屬底板在高溫下的強度，采用了接合式結(jié)構(gòu)。即使在用于汽車的嚴(yán)酷環(huán)境下，也可以確保傳接合式結(jié)構(gòu)。即使在用于汽車的嚴(yán)酷環(huán)境下，也可以確保傳感器的高可靠性。感器的高可靠性。上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.7 利用微控制器技術(shù)的高壓傳感器利用微控制器技

27、術(shù)的高壓傳感器4. 7. 3耐壓設(shè)計與評價結(jié)果耐壓設(shè)計與評價結(jié)果 (1)耐壓設(shè)計。高壓傳感器受力的示意圖如圖耐壓設(shè)計。高壓傳感器受力的示意圖如圖4-17所示。圖中所示。圖中表示出了在加有壓力的場合下，外加壓力的受壓面積和與此表示出了在加有壓力的場合下，外加壓力的受壓面積和與此相應(yīng)的反力的面積。圖中所示的殼體代表安裝高壓傳感器的相應(yīng)的反力的面積。圖中所示的殼體代表安裝高壓傳感器的一側(cè)。一側(cè)。 高壓傳感器采用的是抵消固定部分產(chǎn)生的反力的方式來安裝高壓傳感器采用的是抵消固定部分產(chǎn)生的反力的方式來安裝的，因此，外加壓力與固定載荷之間的關(guān)系可按下述的方法的，因此，外加壓力與固定載荷之間的關(guān)系可按下述的方

28、法來表明。來表明。 1)外加壓力與固定載荷外加壓力與固定載荷 2)對外加應(yīng)力的結(jié)構(gòu)設(shè)計對外加應(yīng)力的結(jié)構(gòu)設(shè)計上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.7 利用微控制器技術(shù)的高壓傳感器利用微控制器技術(shù)的高壓傳感器 (2)極限壓力的試驗結(jié)果。各溫度下，傳感器的極限壓力的試極限壓力的試驗結(jié)果。各溫度下，傳感器的極限壓力的試驗結(jié)果如圖驗結(jié)果如圖4一一18所示。所示。 (3)壓力與出力特性。壓力與出力特性。 (4)可靠性試驗可靠性試驗:高溫存放試驗、低溫存放試驗、液層熱沖擊試高溫存放試驗、低溫存放試驗、液層熱沖擊試

29、驗、壓力循環(huán)試驗、過電壓試驗、驗、壓力循環(huán)試驗、過電壓試驗、EMI試驗。試驗。 (5)基本規(guī)格。本節(jié)介紹的高壓傳感器的基本規(guī)格見基本規(guī)格。本節(jié)介紹的高壓傳感器的基本規(guī)格見表表4一一6 上一頁上一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.8 共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器 柴油發(fā)動機的共軌方式就是將高壓油泵所產(chǎn)生的高壓燃油儲柴油發(fā)動機的共軌方式就是將高壓油泵所產(chǎn)生的高壓燃油儲存在公共油軌中存在公共油軌中(儲壓室內(nèi)儲壓室內(nèi))，再對噴油器內(nèi)的電磁閥控制的，再對噴油器內(nèi)的電磁閥控制的噴油嘴的背壓進(jìn)行控制，實現(xiàn)最佳噴射的電

30、子控制式燃油噴噴油嘴的背壓進(jìn)行控制，實現(xiàn)最佳噴射的電子控制式燃油噴射系統(tǒng)射系統(tǒng) 共軌系統(tǒng)的構(gòu)成如圖共軌系統(tǒng)的構(gòu)成如圖4一一19所示。所示。下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.8 共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器 共軌系統(tǒng)內(nèi)的燃油壓力是利用電磁閥控制高壓泵的燃油噴射共軌系統(tǒng)內(nèi)的燃油壓力是利用電磁閥控制高壓泵的燃油噴射量，利用壓縮機進(jìn)行加壓來調(diào)整的，其燃油壓力是通過設(shè)置量，利用壓縮機進(jìn)行加壓來調(diào)整的，其燃油壓力是通過設(shè)置在共軌上的壓力傳感器在共軌上的壓力傳感器(共軌壓傳感器共軌壓傳感器)檢測，利用高壓泵

31、油檢測，利用高壓泵油泵上的電磁閥，按發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷所設(shè)定的最佳值進(jìn)行泵上的電磁閥，按發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷所設(shè)定的最佳值進(jìn)行反饋控制。反饋控制。 上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.8 共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器 以前所采用的高壓傳感器為密封式結(jié)構(gòu)，密封膜片上受壓，以前所采用的高壓傳感器為密封式結(jié)構(gòu)，密封膜片上受壓，以封入的機油作為壓力媒體，在單晶硅壓力傳感器元件上實以封入的機油作為壓力媒體，在單晶硅壓力傳感器元件上實施壓力一電氣變換施壓力一電氣變換 為了達(dá)到更低的排放，應(yīng)實現(xiàn)采

32、用共軌壓力傳感器系統(tǒng)整體為了達(dá)到更低的排放，應(yīng)實現(xiàn)采用共軌壓力傳感器系統(tǒng)整體的高壓力化和高精度化，因此就要求傳感器能夠承受的高壓力化和高精度化，因此就要求傳感器能夠承受160MPa的高耐壓并具有的高耐壓并具有11%的高精度。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高壓傳的高精度。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高壓傳感器從耐壓與精度兩個方面都難以達(dá)到上述要求，因此廠家感器從耐壓與精度兩個方面都難以達(dá)到上述要求，因此廠家開始著手設(shè)計全新結(jié)構(gòu)的超高壓傳感器。下面就對滿足上述開始著手設(shè)計全新結(jié)構(gòu)的超高壓傳感器。下面就對滿足上述要求的新結(jié)構(gòu)的超高壓傳感器加以介紹。要求的新結(jié)構(gòu)的超高壓傳感器加以介紹。上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)

33、學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.8 共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器4. 8. 1高耐壓設(shè)計高耐壓設(shè)計 新開發(fā)的共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器的結(jié)構(gòu)如圖新開發(fā)的共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4一一20所示。在所示。在外殼一軸桿之間、外殼一共軌之間封裝有超高壓媒體，它所外殼一軸桿之間、外殼一共軌之間封裝有超高壓媒體，它所采用的是金屬接觸式密封結(jié)構(gòu)，作為檢測部位變形的傳遞部采用的是金屬接觸式密封結(jié)構(gòu)，作為檢測部位變形的傳遞部分，在金屬軸桿上設(shè)有較薄的膜片，由此接受燃油的高壓，分，在金屬軸桿上設(shè)有較薄的膜片，由此接受燃油的高壓，壓力在膜片部位所產(chǎn)

34、生的應(yīng)力，經(jīng)鉆結(jié)在其上的單晶硅壓電壓力在膜片部位所產(chǎn)生的應(yīng)力，經(jīng)鉆結(jié)在其上的單晶硅壓電電阻元件實施電氣變換。從結(jié)構(gòu)上看，對傳感器性能影響最電阻元件實施電氣變換。從結(jié)構(gòu)上看，對傳感器性能影響最大的部件是形成檢測部位的硅傳感器芯片及金屬膜片。大的部件是形成檢測部位的硅傳感器芯片及金屬膜片。 設(shè)計出金屬軸桿的最佳形狀。設(shè)計出金屬軸桿的最佳形狀。 要根據(jù)金屬膜片上要根據(jù)金屬膜片上Si的壓電電阻元件所需要的應(yīng)力來設(shè)計膜的壓電電阻元件所需要的應(yīng)力來設(shè)計膜片的形狀。片的形狀。上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.

35、8 共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器4. 8. 2高精度設(shè)計高精度設(shè)計 金屬軸桿上鉆結(jié)的硅單晶壓電電阻元件的應(yīng)變系數(shù)是薄膜硅金屬軸桿上鉆結(jié)的硅單晶壓電電阻元件的應(yīng)變系數(shù)是薄膜硅多晶壓電電阻元件的多晶壓電電阻元件的310倍，靈敏度可以達(dá)到倍，靈敏度可以達(dá)到310倍，這很倍，這很有利于傳感器特性的高精度化。本節(jié)所述的超高壓傳感器為有利于傳感器特性的高精度化。本節(jié)所述的超高壓傳感器為了精度在一了精度在一30120的工作溫度范圍內(nèi)達(dá)到的工作溫度范圍內(nèi)達(dá)到1%F.S*，所，所以采用了下述的元件結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法以采用了下述的元件結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法 采用采用(100)的單晶的單晶Si底板底板 采用最佳

36、的測量配置設(shè)計采用最佳的測量配置設(shè)計 (1)壓力傳感器的輸出誤差成分。壓力傳感器的輸出誤差成分。 (2)Si基板的面方位基板的面方位 (3)最佳測量電阻的布置最佳測量電阻的布置上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.8 共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器4. 8. 3結(jié)論結(jié)論 以上對滿足以上對滿足160MPa的高耐壓與的高耐壓與1%精度要求的共軌系統(tǒng)用精度要求的共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理作了說明。總結(jié)起來有如下超高壓傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理作了說明?？偨Y(jié)起來有如下四點。四點。 (1

37、)關(guān)于耐高壓的問題，關(guān)于耐高壓的問題， (2)關(guān)于高精度的問題，關(guān)于高精度的問題， (3)采用采用(100)的單晶硅基板，通過測量電阻的最佳布置，從而的單晶硅基板，通過測量電阻的最佳布置，從而使壓力的非線性成分大致為零。使壓力的非線性成分大致為零。 (4)所介紹的共軌系統(tǒng)用壓力傳感器的壓力精度可達(dá)到所介紹的共軌系統(tǒng)用壓力傳感器的壓力精度可達(dá)到1%，這種傳感器可以滿足達(dá)這種傳感器可以滿足達(dá)160MPa的壓力循環(huán)耐久性試驗。的壓力循環(huán)耐久性試驗。上一頁上一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.9 采用壓粉鐵芯的電動助力轉(zhuǎn)向用非

38、采用壓粉鐵芯的電動助力轉(zhuǎn)向用非接觸式扭矩傳感器接觸式扭矩傳感器4. 9. 1概述概述 (1)EPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。EPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4-21所示，其是由所示，其是由扭矩傳感器、車速信號傳感器控制組件、電動機以及減速器扭矩傳感器、車速信號傳感器控制組件、電動機以及減速器構(gòu)成的。構(gòu)成的。 轉(zhuǎn)向盤的操縱力由扭矩傳感器檢測出來，此扭矩信號輸入到轉(zhuǎn)向盤的操縱力由扭矩傳感器檢測出來，此扭矩信號輸入到控制組件中，根據(jù)扭矩信號和車速信號，控制電動機的電流，控制組件中，根據(jù)扭矩信號和車速信號，控制電動機的電流，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤操縱的助力。實現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤操縱的助力。 (2)扭矩傳感器的工作原理。非接

39、觸式扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)如圖扭矩傳感器的工作原理。非接觸式扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4-22所示，扭矩傳感器是由連接輸入軸和輸出軸的扭桿、檢所示，扭矩傳感器是由連接輸入軸和輸出軸的扭桿、檢測環(huán)及線圈組成的。測環(huán)及線圈組成的。下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.9 采用壓粉鐵芯的電動助力轉(zhuǎn)向用非采用壓粉鐵芯的電動助力轉(zhuǎn)向用非接觸式扭矩傳感器接觸式扭矩傳感器4. 9. 2關(guān)于壓粉鐵芯關(guān)于壓粉鐵芯(復(fù)合軟磁性材料復(fù)合軟磁性材料) (1)開發(fā)目的開發(fā)目的 (2)復(fù)合軟磁性材料的特點復(fù)合軟磁性材料的特點 (3)復(fù)合軟磁性材料的選擇

40、復(fù)合軟磁性材料的選擇 (4)與傳統(tǒng)部件的比較與傳統(tǒng)部件的比較 (5)壓粉鐵芯線圈總成在殼體上的裝配壓粉鐵芯線圈總成在殼體上的裝配 (6)匯總匯總上一頁上一頁 返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.10 接觸式轉(zhuǎn)向角度接觸式轉(zhuǎn)向角度/扭矩傳感器扭矩傳感器4.10.1前言前言 在對車輛操縱時的舒適性與安全性的要求不斷提高的背景下，在對車輛操縱時的舒適性與安全性的要求不斷提高的背景下，停車、低速、高速行車時，無論在任何時候都可以調(diào)整轉(zhuǎn)向停車、低速、高速行車時，無論在任何時候都可以調(diào)整轉(zhuǎn)向助力的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，已經(jīng)成為必不可少的系統(tǒng)。

41、傳統(tǒng)的動助力的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，已經(jīng)成為必不可少的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方式為油壓式，因為必須時時驅(qū)動油泵，力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方式為油壓式，因為必須時時驅(qū)動油泵，所以總要產(chǎn)生所以總要產(chǎn)生4一一5馬力馬力*左右的能量損耗。從油耗的角度來看，左右的能量損耗。從油耗的角度來看，大約形成大約形成3%的損耗，而電動式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的損耗，而電動式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)僅在操縱僅在操縱轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時才驅(qū)動助力電動機，所以能量的損失比較小，而轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時才驅(qū)動助力電動機，所以能量的損失比較小，而且結(jié)構(gòu)簡單，還可以節(jié)省占地。且結(jié)構(gòu)簡單，還可以節(jié)省占地。下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)

42、學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.10 接觸式轉(zhuǎn)向角度接觸式轉(zhuǎn)向角度/扭矩傳感器扭矩傳感器 由于這一系列的優(yōu)點，今后對電動式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的需求將由于這一系列的優(yōu)點，今后對電動式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的需求將會不斷地增大。在會不斷地增大。在EPS上，操縱轉(zhuǎn)向裝置時，檢測出加在旋上，操縱轉(zhuǎn)向裝置時，檢測出加在旋轉(zhuǎn)軸的扭桿部位的旋轉(zhuǎn)扭矩與轉(zhuǎn)向裝置的旋轉(zhuǎn)角度，由電子轉(zhuǎn)軸的扭桿部位的旋轉(zhuǎn)扭矩與轉(zhuǎn)向裝置的旋轉(zhuǎn)角度，由電子控制器控制器(ECU)控制助力電動機的扭矩輸出，就需要決定其控控制助力電動機的扭矩輸出，就需要決定其控制量的扭矩與轉(zhuǎn)向角度信號的傳感器。就是在這種背景下，制量的扭矩與轉(zhuǎn)向角度信

43、號的傳感器。就是在這種背景下，才進(jìn)一步開發(fā)與設(shè)計了轉(zhuǎn)向角度才進(jìn)一步開發(fā)與設(shè)計了轉(zhuǎn)向角度/扭矩傳感器。扭矩傳感器。上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.10 接觸式轉(zhuǎn)向角度接觸式轉(zhuǎn)向角度/扭矩傳感器扭矩傳感器4.10. 2轉(zhuǎn)向角度轉(zhuǎn)向角度/扭矩傳感器的技術(shù)規(guī)格扭矩傳感器的技術(shù)規(guī)格 本文所述傳感器的扭矩本文所述傳感器的扭矩/轉(zhuǎn)向角度的檢測部位的結(jié)構(gòu)如圖轉(zhuǎn)向角度的檢測部位的結(jié)構(gòu)如圖4一一23、圖、圖4一一24所示所示. 本傳感器上，轉(zhuǎn)向柱一側(cè)的轉(zhuǎn)子與電阻元件的底板制成一個本傳感器上，轉(zhuǎn)向柱一側(cè)的轉(zhuǎn)子與電阻

44、元件的底板制成一個整體件，旋轉(zhuǎn)工作的電阻元件底板的一側(cè)是扭矩的檢測面，整體件，旋轉(zhuǎn)工作的電阻元件底板的一側(cè)是扭矩的檢測面，另一側(cè)上印刷有轉(zhuǎn)向角度的檢測圖形。扭矩檢測面與設(shè)置在另一側(cè)上印刷有轉(zhuǎn)向角度的檢測圖形。扭矩檢測面與設(shè)置在轉(zhuǎn)向管側(cè)的轉(zhuǎn)子配用的電刷保持接觸與滑動，轉(zhuǎn)向角度的側(cè)轉(zhuǎn)向管側(cè)的轉(zhuǎn)子配用的電刷保持接觸與滑動，轉(zhuǎn)向角度的側(cè)面與設(shè)置在傳感器殼體側(cè)的輸出底板上的電刷保持接觸和滑面與設(shè)置在傳感器殼體側(cè)的輸出底板上的電刷保持接觸和滑動，在運轉(zhuǎn)過程中扭桿的扭轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動時，利用電動，在運轉(zhuǎn)過程中扭桿的扭轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)動時，利用電刷在底板上的觸點位置的變化引起的電阻的變化，根據(jù)技術(shù)刷在底板上

45、的觸點位置的變化引起的電阻的變化，根據(jù)技術(shù)條件輸出扭矩與轉(zhuǎn)向角度信號，由此可以看出這種傳感器不條件輸出扭矩與轉(zhuǎn)向角度信號，由此可以看出這種傳感器不可缺少的功能有可缺少的功能有3項。項。上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.10 接觸式轉(zhuǎn)向角度接觸式轉(zhuǎn)向角度/扭矩傳感器扭矩傳感器 (1)車令向操縱性車令向操縱性:在運轉(zhuǎn)過程中，應(yīng)當(dāng)賦予轉(zhuǎn)向器以舒適的操在運轉(zhuǎn)過程中，應(yīng)當(dāng)賦予轉(zhuǎn)向器以舒適的操縱感，并供給其響應(yīng)性好、高精度的信號。縱感，并供給其響應(yīng)性好、高精度的信號。 (2)耐久性耐久性:在行駛數(shù)十萬千米之

46、后，仍穩(wěn)定地供給無干擾的輸在行駛數(shù)十萬千米之后，仍穩(wěn)定地供給無干擾的輸出信號出信號 (3)靜音性能靜音性能:傳感器產(chǎn)生的機械噪聲非常小。下面就對這種傳傳感器產(chǎn)生的機械噪聲非常小。下面就對這種傳感器的操縱性能與靜音性能的開發(fā)與改善的內(nèi)容加以說明感器的操縱性能與靜音性能的開發(fā)與改善的內(nèi)容加以說明.上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.10 接觸式轉(zhuǎn)向角度接觸式轉(zhuǎn)向角度/扭矩傳感器扭矩傳感器4. 10. 3根據(jù)技術(shù)條件所采取的措施及結(jié)果根據(jù)技術(shù)條件所采取的措施及結(jié)果 (1)操縱性操縱性 操縱性的目標(biāo)操縱性

47、的目標(biāo) 提高信號響應(yīng)性的措施提高信號響應(yīng)性的措施 車令向管一側(cè)轉(zhuǎn)子車令向管一側(cè)轉(zhuǎn)子(聯(lián)軸節(jié)聯(lián)軸節(jié))的設(shè)計的設(shè)計 (2)靜音性靜音性 關(guān)于靜音的設(shè)計關(guān)于靜音的設(shè)計 為減輕滑動噪聲的電刷的設(shè)計為減輕滑動噪聲的電刷的設(shè)計 為減輕滑動噪聲的底板為減輕滑動噪聲的底板(電鍍面電鍍面)的設(shè)計的設(shè)計 采取的對策采取的對策上一頁上一頁 返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.11 動力傳輸系統(tǒng)用磁致伸縮式扭矩傳動力傳輸系統(tǒng)用磁致伸縮式扭矩傳感器感器4. 11. 1前言前言 近幾年以來，各相關(guān)部門都在盡全力對電動助力轉(zhuǎn)向裝置近幾年以來，各相關(guān)部門

48、都在盡全力對電動助力轉(zhuǎn)向裝置(EPS)的動力助力控制以及各種電動機控制用的扭矩傳感器的動力助力控制以及各種電動機控制用的扭矩傳感器進(jìn)行研究與開發(fā)，今后在動力傳輸系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)，利用控制發(fā)進(jìn)行研究與開發(fā)，今后在動力傳輸系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)，利用控制發(fā)動機及變速器以及扭矩的最佳分配實現(xiàn)車輛運動控制等時，動機及變速器以及扭矩的最佳分配實現(xiàn)車輛運動控制等時，將會需要大量的扭矩傳感器。將會需要大量的扭矩傳感器。 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.11 動力傳輸系統(tǒng)用磁致伸縮式扭矩傳動力傳輸系統(tǒng)用磁致伸縮式扭矩傳感器感器 目前，動力傳

49、輸系統(tǒng)的控制是根據(jù)發(fā)動機的空燃比實施扭矩目前，動力傳輸系統(tǒng)的控制是根據(jù)發(fā)動機的空燃比實施扭矩推測控制的，但這樣的控制將產(chǎn)生推測控制的，但這樣的控制將產(chǎn)生110%一一20%的過量輸出。的過量輸出。如果能夠?qū)崿F(xiàn)直接檢測發(fā)動機的輸出軸或變速器的輸入軸的如果能夠?qū)崿F(xiàn)直接檢測發(fā)動機的輸出軸或變速器的輸入軸的扭矩的話，就可以減小這一過量輸出，降低油耗。另外，根扭矩的話，就可以減小這一過量輸出，降低油耗。另外，根據(jù)實際產(chǎn)生的扭矩，通過更精細(xì)的控制，還可以改善乘坐的據(jù)實際產(chǎn)生的扭矩，通過更精細(xì)的控制，還可以改善乘坐的舒適性以及在發(fā)動機診斷上得到應(yīng)用。舒適性以及在發(fā)動機診斷上得到應(yīng)用。上一頁上一頁 下一頁下一頁

50、返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.11 動力傳輸系統(tǒng)用磁致伸縮式扭矩傳動力傳輸系統(tǒng)用磁致伸縮式扭矩傳感器感器 因為動力傳輸系統(tǒng)的軸是高速旋轉(zhuǎn)的，而且需要傳輸較大的因為動力傳輸系統(tǒng)的軸是高速旋轉(zhuǎn)的，而且需要傳輸較大的扭矩，所以就要求其上采用響應(yīng)速度快、檢測范圍寬的扭矩扭矩，所以就要求其上采用響應(yīng)速度快、檢測范圍寬的扭矩傳感器。此外，為了在實際的發(fā)動機與變速器上應(yīng)用扭矩傳傳感器。此外，為了在實際的發(fā)動機與變速器上應(yīng)用扭矩傳感器，也需要實現(xiàn)傳感器的工作溫度范圍寬、體積小。本節(jié)感器，也需要實現(xiàn)傳感器的工作溫度范圍寬、體積小。本節(jié)

51、下面將說明小型且容易安裝的磁致伸縮式扭矩傳感器的檢測下面將說明小型且容易安裝的磁致伸縮式扭矩傳感器的檢測原理及性能評價結(jié)果，而且這種傳感器不需要對軸進(jìn)行加工原理及性能評價結(jié)果，而且這種傳感器不需要對軸進(jìn)行加工就可以檢測扭矩。就可以檢測扭矩。上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.11 動力傳輸系統(tǒng)用磁致伸縮式扭矩傳動力傳輸系統(tǒng)用磁致伸縮式扭矩傳感器感器4. 11. 2磁致伸縮式扭矩傳感器的檢測原理磁致伸縮式扭矩傳感器的檢測原理 磁致伸縮式扭矩傳感器的檢測原理如圖磁致伸縮式扭矩傳感器的檢測原理如圖4一一

52、25所示。當(dāng)將扭矩所示。當(dāng)將扭矩T加到旋轉(zhuǎn)軸上時，軸表面的張力方向加到旋轉(zhuǎn)軸上時，軸表面的張力方向(+45方向方向)以及壓縮以及壓縮方向方向(一一45 方向方向)上會出現(xiàn)變形，這時，在張力方向上導(dǎo)磁上會出現(xiàn)變形，這時，在張力方向上導(dǎo)磁率增加，而另一方面，在壓縮方向上導(dǎo)磁率減小率增加，而另一方面，在壓縮方向上導(dǎo)磁率減小(磁致伸縮效磁致伸縮效果果)。在導(dǎo)磁率增加的方向上，設(shè)置線圈、使磁通能夠通過線。在導(dǎo)磁率增加的方向上，設(shè)置線圈、使磁通能夠通過線圈時，則電感圈時，則電感L增加，另一方面，對于導(dǎo)磁率減小的方向來增加，另一方面，對于導(dǎo)磁率減小的方向來說，說，L減小。減小。上一頁上一頁 下一頁下一頁返回

53、返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.11 動力傳輸系統(tǒng)用磁致伸縮式扭矩傳動力傳輸系統(tǒng)用磁致伸縮式扭矩傳感器感器 如圖如圖4一一26所示，所示，L增大的線圈增大的線圈(+45檢測線圈檢測線圈)與與L減少的線減少的線圈圈(一一45檢測線圈檢測線圈)為橋式連接，利用鎖定放大器為橋式連接，利用鎖定放大器(LIA)對差對差動電壓進(jìn)行放大，這樣可以檢測出與扭矩成正比的輸出電壓動電壓進(jìn)行放大，這樣可以檢測出與扭矩成正比的輸出電壓V0上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附

54、屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.11 動力傳輸系統(tǒng)用磁致伸縮式扭矩傳動力傳輸系統(tǒng)用磁致伸縮式扭矩傳感器感器4.11. 3磁致伸縮式扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)及特點磁致伸縮式扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)及特點 磁致伸縮式扭矩傳感器是由利用磁性材料加工成圓筒狀的磁磁致伸縮式扭矩傳感器是由利用磁性材料加工成圓筒狀的磁環(huán)，及其內(nèi)面鉆結(jié)的柔性基板線圈構(gòu)成的，這種磁致伸縮式環(huán)，及其內(nèi)面鉆結(jié)的柔性基板線圈構(gòu)成的，這種磁致伸縮式扭矩傳感器的傳感頭的結(jié)構(gòu)及其特點見扭矩傳感器的傳感頭的結(jié)構(gòu)及其特點見表表4一一7。上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4

55、.11 動力傳輸系統(tǒng)用磁致伸縮式扭矩傳動力傳輸系統(tǒng)用磁致伸縮式扭矩傳感器感器4. 11. 4磁致伸縮式扭矩傳感器的規(guī)格磁致伸縮式扭矩傳感器的規(guī)格 設(shè)計時設(shè)定磁致伸縮式扭矩傳感器的安裝部位為變速箱的輸設(shè)計時設(shè)定磁致伸縮式扭矩傳感器的安裝部位為變速箱的輸人軸，扭矩傳感器的規(guī)格見人軸，扭矩傳感器的規(guī)格見表表48.上一頁上一頁 下一頁下一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校4.11 動力傳輸系統(tǒng)用磁致伸縮式扭矩傳動力傳輸系統(tǒng)用磁致伸縮式扭矩傳感器感器4. 11. 5磁致伸縮式扭矩傳感器的性能評價磁致伸縮式扭矩傳感器的性能評價 (1)

56、旋轉(zhuǎn)軸靜止時的評價旋轉(zhuǎn)軸靜止時的評價 室溫下的基本特性的評價室溫下的基本特性的評價 溫度特性的評價及補償方法溫度特性的評價及補償方法 (2)利用高速旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行評價利用高速旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行評價上一頁上一頁返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校表表4一一3 可靠性試驗項目可靠性試驗項目返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校表表4一一4 微壓力傳感器的規(guī)格微壓力傳感器的規(guī)格返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校

57、表表4一一5 可靠性試驗項目可靠性試驗項目返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校表表4一一6 高壓傳感器的基本規(guī)格高壓傳感器的基本規(guī)格返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校表表4一一7 磁致伸縮式扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)及磁致伸縮式扭矩傳感器的結(jié)構(gòu)及特點特點返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校表表4一一8 扭矩傳感器的規(guī)格扭矩傳感器的規(guī)格返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校圖圖4一一1 真空開關(guān)的結(jié)構(gòu)真空開關(guān)的結(jié)構(gòu)返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校圖圖4一一2 連桿式傳感器的結(jié)構(gòu)連桿式傳感器的結(jié)構(gòu)返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校及附屬黑龍江應(yīng)用技術(shù)學(xué)校圖圖4一一3 膜片式油壓開關(guān)的結(jié)構(gòu)膜片式油壓開關(guān)的結(jié)構(gòu)返回返回哈工大科技園應(yīng)用技術(shù)學(xué)院哈