汽車中的電阻式傳感器

1、汽車中的電阻傳感器汽車中的電阻傳感器轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理傳感器名稱傳感器名稱典型應(yīng)用典型應(yīng)用移動(dòng)電位器觸點(diǎn)改變電阻電位移傳感器位移改變電阻絲或片的尺寸 電阻絲應(yīng)變傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變傳感器微應(yīng)變、力、負(fù)荷利用電阻的溫度效應(yīng)熱絲傳感器氣流速度、液體流量電阻溫度傳感器溫度、輻射熱熱敏電阻傳感器溫度利用電阻的光敏效應(yīng)光敏電阻傳感器光強(qiáng)利用電阻的濕度效應(yīng)濕敏電阻傳感器濕度電電參數(shù)參數(shù) 電阻電阻電阻傳感器分類電阻傳感器分類冷卻液溫度傳感器水溫傳感器器熱電阻式進(jìn)氣溫度傳感氣敏與濕敏電阻式應(yīng)變片式轉(zhuǎn)矩傳感器進(jìn)氣壓力傳感器節(jié)氣門位置傳感器電阻應(yīng)變片式一一 電阻電阻應(yīng)變片式應(yīng)變片式 電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成與下圖給出

2、的電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成與下圖給出的電阻絲式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)基本相同。電阻絲式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)基本相同。L應(yīng)變片的標(biāo)距（或稱工作基長(zhǎng)），它是敏感應(yīng)變片的標(biāo)距（或稱工作基長(zhǎng)），它是敏感柵沿軸向測(cè)量變形的有效長(zhǎng)度；柵沿軸向測(cè)量變形的有效長(zhǎng)度；b敏感柵的寬度敏感柵的寬度（或稱基寬）。（或稱基寬）。 下圖列舉了幾種不同類型的電阻應(yīng)變片：下圖列舉了幾種不同類型的電阻應(yīng)變片：（a）金屬絲式應(yīng)變片）金屬絲式應(yīng)變片 （b）金屬箔式應(yīng)變片）金屬箔式應(yīng)變片 （c）半導(dǎo)體應(yīng)變片）半導(dǎo)體應(yīng)變片工作原理工作原理電阻應(yīng)變片的工作原理基于金屬的應(yīng)變效應(yīng)。即導(dǎo)體或半電阻應(yīng)變片的工作原理基于金屬的應(yīng)變效應(yīng)。即導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作

3、用下產(chǎn)生機(jī)變形（拉伸或壓縮）時(shí)，其電阻導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生機(jī)變形（拉伸或壓縮）時(shí)，其電阻值也要隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。值也要隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。金屬絲的電阻（金屬絲的電阻（R）與材料的電阻率（）與材料的電阻率（ ）及其幾何尺寸）及其幾何尺寸（長(zhǎng)度（長(zhǎng)度 L、截面積、截面積 A）有關(guān)，即）有關(guān)，即R = = L / A金屬絲在承受機(jī)械變形的過程中，金屬絲在承受機(jī)械變形的過程中，L、A 都要發(fā)生相應(yīng)變化，都要發(fā)生相應(yīng)變化，因而就必然要引起金屬絲的電阻值發(fā)生變化。因而就必然要引起金屬絲的電阻值發(fā)生變化。應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：進(jìn)氣岐管進(jìn)氣岐管壓力傳感器壓力傳感器 （壓阻效應(yīng)）壓阻效應(yīng)） 進(jìn)氣歧管壓力傳感

4、器又稱進(jìn)氣增壓壓力傳感器，它是用來檢測(cè)進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力變化，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后將信號(hào)電壓送至電子控制器（ECU），ECU依據(jù)此信號(hào)電壓的大小，控制基本噴油量的大小。1.半導(dǎo)體半導(dǎo)體壓敏壓敏電阻式電阻式進(jìn)氣壓力進(jìn)氣壓力傳感器的結(jié)構(gòu)傳感器的結(jié)構(gòu) 它是利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)制成的，主要由硅膜片、真空室、硅杯、底座、真空管和引線電極組成，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。半導(dǎo)體壓敏半導(dǎo)體壓敏電阻式電阻式進(jìn)氣壓力進(jìn)氣壓力傳感器的工作原理傳感器的工作原理 如下圖所示，硅膜片一面通過真空室，一面承受來自進(jìn)氣歧管中氣體的壓力，在此氣體壓力的作用下，硅膜片會(huì)產(chǎn)生變形，且壓力越大形變?cè)酱?，膜片上?yīng)變電阻的阻值在此壓應(yīng)力的作用

5、下就會(huì)發(fā)生變化，使傳感器上以惠斯頓電橋方式連接的硅膜片應(yīng)變電阻的平衡被打破，當(dāng)電橋的輸入端輸入一定的電壓或電流時(shí)，在電橋的輸出端便可得到相應(yīng)變化的信號(hào)電壓或信號(hào)電流，因?yàn)榇诵盘?hào)比較微弱，故采用了混合集成電路進(jìn)行放大后輸入給ECU。 因?yàn)閴鹤栊?yīng)式歧管壓力傳感器的功能部件是硅膜片和應(yīng)變電阻，其工作參數(shù)取決于作用于膜片上的壓力的大小，因此傳感器的取樣壓力應(yīng)從壓力波動(dòng)較小的部位選取。電阻應(yīng)變計(jì)式碰撞電阻應(yīng)變計(jì)式碰撞傳感器傳感器 電阻應(yīng)變計(jì)式碰撞傳感器的結(jié)構(gòu)如圖a所示，主要由電子電路、電阻應(yīng)變計(jì)、振動(dòng)塊、緩沖介質(zhì)和殼體等組成。電子電路包括穩(wěn)壓與溫度補(bǔ)償電路W、信號(hào)處理與放大電路A。電阻應(yīng)變計(jì)的電阻R1

6、、R2、R3、R4制作在硅膜片上，如圖b所示。當(dāng)硅膜片產(chǎn)生變形時(shí)，應(yīng)變電阻的阻值就會(huì)發(fā)生變化。應(yīng)變電阻一般都連接成電橋電路，并設(shè)計(jì)有穩(wěn)壓和溫度補(bǔ)償電路，如圖c所示。 當(dāng)汽車遭受碰撞時(shí)，碰撞傳感器的振動(dòng)塊振動(dòng)，緩沖介當(dāng)汽車遭受碰撞時(shí)，碰撞傳感器的振動(dòng)塊振動(dòng)，緩沖介質(zhì)隨之振動(dòng)，進(jìn)而使應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變電阻產(chǎn)生變形，應(yīng)變質(zhì)隨之振動(dòng)，進(jìn)而使應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變電阻產(chǎn)生變形，應(yīng)變電阻值隨之變化。由于應(yīng)變電阻以電橋電路的方式連接，電阻值隨之變化。由于應(yīng)變電阻以電橋電路的方式連接，隨著應(yīng)變電阻阻值的變化，電橋電路的輸出電壓就發(fā)生隨著應(yīng)變電阻阻值的變化，電橋電路的輸出電壓就發(fā)生變化，經(jīng)過信號(hào)處理與放大后，傳感器將變化的信號(hào)

7、電變化，經(jīng)過信號(hào)處理與放大后，傳感器將變化的信號(hào)電壓輸入壓輸入SRS ECU。SRS ECU根據(jù)傳感器輸入的信號(hào)電壓的根據(jù)傳感器輸入的信號(hào)電壓的強(qiáng)弱便可判斷碰撞的強(qiáng)度或碰撞激烈度。當(dāng)信號(hào)電壓超強(qiáng)弱便可判斷碰撞的強(qiáng)度或碰撞激烈度。當(dāng)信號(hào)電壓超過設(shè)定值時(shí)，過設(shè)定值時(shí)，SRS ECU就會(huì)立即向點(diǎn)火器發(fā)出點(diǎn)火指令就會(huì)立即向點(diǎn)火器發(fā)出點(diǎn)火指令引爆點(diǎn)火劑，進(jìn)而向氣囊充氣，打開氣囊。引爆點(diǎn)火劑，進(jìn)而向氣囊充氣，打開氣囊。 二二 電位器電位器式傳感器式傳感器 電位器是一種把機(jī)械的線位移或角位移輸入量轉(zhuǎn)換為與電位器是一種把機(jī)械的線位移或角位移輸入量轉(zhuǎn)換為與它成一定函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出的傳感元件。它成一定函數(shù)

8、關(guān)系的電阻或電壓輸出的傳感元件。 電位器式傳感器具有一系列優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、電位器式傳感器具有一系列優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、重量輕、精度高、輸出信號(hào)大、性能穩(wěn)定并容易實(shí)現(xiàn)任重量輕、精度高、輸出信號(hào)大、性能穩(wěn)定并容易實(shí)現(xiàn)任意函數(shù)。其缺點(diǎn)是要求輸入能量大，電刷與電阻元件之意函數(shù)。其缺點(diǎn)是要求輸入能量大，電刷與電阻元件之間容易磨損。間容易磨損。 電位器的種類很多，按其結(jié)構(gòu)形式不同，可分為線繞式、電位器的種類很多，按其結(jié)構(gòu)形式不同，可分為線繞式、薄膜式等；按特性不同，可分為線性電位器和非線性電薄膜式等；按特性不同，可分為線性電位器和非線性電位器。目前常用的以單圈線繞電位器居多。位器。目前常用

9、的以單圈線繞電位器居多。線性電位器線性電位器 線性電位器線性電位器的理想空載特性的理想空載特性曲線應(yīng)具有嚴(yán)曲線應(yīng)具有嚴(yán)格的線性關(guān)系格的線性關(guān)系。maxmaxxxRRx 若把它作為分壓器使用若把它作為分壓器使用,且假定加在電位器且假定加在電位器A、B之間的電壓為則輸出電壓之間的電壓為則輸出電壓為為maxmaxxxUUx圖2-1 電位器式位移傳感器原理圖作變阻器使用作變阻器使用,maxmaxaaRRa作為分壓器使用作為分壓器使用,則有則有 maxmaxUaaUa圖2-2 電位器式角度傳感器 圖2-3 線性線繞電位器示意圖 線性線繞電位器理想的輸出、輸入關(guān)系遵循上線性線繞電位器理想的輸出、輸入關(guān)系遵

10、循上述四個(gè)公式。因此對(duì)如圖述四個(gè)公式。因此對(duì)如圖 2-3 所示的位移傳感器來所示的位移傳感器來說說, 因?yàn)橐驗(yàn)閙axmax2()Rbh nAxnt其靈敏度應(yīng)為其靈敏度應(yīng)為 AthbIxUkAthbxRkR)(2)(2maxmaxumaxmax其中其中, t 為節(jié)距為節(jié)距,表示相鄰兩線繞線的距離。表示相鄰兩線繞線的距離。 由式可以看出由式可以看出,線性線繞電位器的電線性線繞電位器的電阻靈敏度和電壓靈敏度除與電阻率阻靈敏度和電壓靈敏度除與電阻率有關(guān)有關(guān)外外,還與骨架尺寸還與骨架尺寸h和和b、導(dǎo)線橫截面積、導(dǎo)線橫截面積A(導(dǎo)線直徑導(dǎo)線直徑d）、繞線節(jié)距）、繞線節(jié)距t等結(jié)構(gòu)參數(shù)等結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)有關(guān);電壓

11、靈敏度還與通過電位器的電流電壓靈敏度還與通過電位器的電流I的大小有關(guān)。的大小有關(guān)。 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力傳感器（電位器式）發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力傳感器（電位器式） 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力傳感器用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力的大小，它一般通過螺釘擰入在缸體的油道里，其內(nèi)部有一個(gè)可變電阻，一端輸出信號(hào)，一端與搭鐵的滑動(dòng)臂相連。當(dāng)油壓增大時(shí)，油壓通過潤(rùn)滑油道接口推動(dòng)膜片彎曲，膜片推動(dòng)滑動(dòng)臂移動(dòng)到低電阻位置，使電路中的輸出電流增大；反之，油壓降低時(shí)，膜片推動(dòng)滑動(dòng)臂移動(dòng)到高電阻位置，使電路中輸出電流減小，最終在機(jī)油壓力表上將機(jī)油壓力的大小以指針指示出來，如圖所示。節(jié)氣門位置傳感器節(jié)氣門位置傳感器(電位器式電位器式） 節(jié)氣門位置傳感器

12、又稱為節(jié)氣門開度傳感器或節(jié)氣門開關(guān)。其主要功用是檢測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)是處于怠速工況還是負(fù)荷工況，是加速工況還是減速工況。它實(shí)質(zhì)上是一只可變電阻器和幾個(gè)開關(guān)，安裝于節(jié)氣門體上。線性輸出型節(jié)氣門位置傳感器的結(jié)構(gòu)與原理 線性輸出型節(jié)氣門位置傳感器也叫可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器，其結(jié)構(gòu)如下圖所示，由活動(dòng)觸點(diǎn)1、活動(dòng)觸點(diǎn)2、電阻器、節(jié)氣門軸、接線插頭等組成。傳感器的兩個(gè)活動(dòng)觸點(diǎn)與節(jié)氣門軸聯(lián)動(dòng)，分別是用于測(cè)量節(jié)氣門開度的活動(dòng)觸點(diǎn)1和用于確定節(jié)氣門全閉位置時(shí)的活動(dòng)觸點(diǎn)2。 當(dāng)活動(dòng)觸點(diǎn)隨節(jié)氣門的打開而改變電位器的電阻值時(shí)，其輸出電壓與節(jié)氣門的開度成正比例增大 節(jié)氣門位置傳感器的工作原理如圖所示。當(dāng)節(jié)氣門逐漸(向右)打

13、開時(shí)，活動(dòng)觸點(diǎn)也向右移動(dòng)，電路中所串人的電阻值逐漸減小，輸出電壓增大；反之，輸出電壓減小。通過這種方式。將其輸出信號(hào)送至電子控制裝置輸入端，由它來控制噴油器的開閉時(shí)間，以滿足汽車加速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)所要求供給的燃油量。翼片式空氣流量傳感器（電位器式）翼片式空氣流量傳感器（電位器式） 翼片式空氣流量傳感器又稱翼片式或活門式空氣流量傳感器，是利用力矩平衡原理和電位器原理開發(fā)研制的機(jī)械式傳感器，已生產(chǎn)使用多年，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于豐田皇冠、佳美、子彈頭、馬自達(dá)等轎車的燃油噴射系統(tǒng)中。它主要由翼片部分、電位計(jì)部分和接線端子三部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖所示。 翼片部分。翼片式空氣流量傳感器的翼片部分包括測(cè)量翼片(在主空氣道內(nèi)旋轉(zhuǎn))和緩沖翼片(在緩沖室內(nèi)偏轉(zhuǎn)，對(duì)翼片起阻尼作用，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣量急劇變化和氣流脈動(dòng)時(shí)，減小翼片的脈動(dòng)）兩者鑄成一體，如圖所示。 電位計(jì)部分。電位計(jì)位于空氣流量傳感器上殼體上方，內(nèi)有平衡配重、滑臂、復(fù)位彈簧、調(diào)整齒圈和印制電路板等，其結(jié)構(gòu)如圖所示。翼片式空氣流量傳感器的工作翼片式空氣流量傳感器的工作原理原理 翼片式空氣流量傳感器的工作原理如下圖所示。當(dāng)空氣通過傳感器的主通道時(shí)，葉片將受吸人空氣氣流的壓力和回位彈簧的彈力共同作用，節(jié)氣門開度增大時(shí)，空氣流量增大，氣流壓力將