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[導(dǎo)讀]前言汽車傳感器(汽車控制系統(tǒng))是現(xiàn)在汽車智能化、集成化不可缺少的一部分,不同的傳感器在汽車中有著不同的應(yīng)用,由于不同的物理效應(yīng),汽車傳感器的應(yīng)用方面也是不同的。那么,不同的汽車傳感器都應(yīng)用在汽車的哪些方

前言

汽車傳感器(汽車控制系統(tǒng))是現(xiàn)在汽車智能化、集成化不可缺少的一部分,不同的傳感器在汽車中有著不同的應(yīng)用,由于不同的物理效應(yīng),汽車傳感器的應(yīng)用方面也是不同的。那么,不同的汽車傳感器都應(yīng)用在汽車的哪些方面呢,汽車傳感器的應(yīng)用依據(jù)是什么呢?作者通過搜集整理資料,對汽車傳感器的應(yīng)用所依據(jù)的物理效應(yīng)以及不同的汽車傳感器的應(yīng)用的不同方面作了簡單歸納。

汽車傳感器的應(yīng)用所依據(jù)的物理效應(yīng)

(1)磁電效應(yīng)

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,N匝線圈在磁場中運動,切割磁力線(或線圈所在磁場的磁通變化)時,線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小取決于穿過線圈的磁通的變化率,

(2)霍耳效應(yīng)

半導(dǎo)體或金屬薄片置于磁場中,當(dāng)有電流(與磁場垂直的薄片平面方向)流過時,在垂直于磁場和電流的方向上產(chǎn)生電動勢,這種現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)。

(3)壓電效應(yīng)

對某些電介質(zhì)沿著一定方向加力而使其變形時,在一定表面上產(chǎn)生電荷,當(dāng)外力撤除后,又恢復(fù)到不帶電狀態(tài),這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。在電介質(zhì)的極化方向施加電場,電介質(zhì)會在一定方向上產(chǎn)生機械變形或機械壓力,當(dāng)外電場去除后,變形或應(yīng)力隨之消失,此現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。

(4)光電效應(yīng)(光電式傳感器)

當(dāng)光線照射物體時,可看作一串具有能量E的光子轟擊物體,如果光子的能量足夠大,物質(zhì)內(nèi)部電子吸收光子能量后,擺脫內(nèi)部力的約束,發(fā)生相應(yīng)電效應(yīng)的物理現(xiàn)象,稱為光電效應(yīng)。

1)在光線作用下,電子逸出物體表面的現(xiàn)象,稱為外光電效應(yīng),如光電管、光電倍增管等。

2)在光線作用下,物體的電阻率改變的現(xiàn)象,稱為內(nèi)光電效應(yīng),如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等。

3)在光線作用下,物體產(chǎn)生一定方向電動勢的現(xiàn)象,稱為光生伏特現(xiàn)象,如光電池(屬于對感光面入射光點位置敏感的器件)等。

熱電效應(yīng)

將兩種不同性質(zhì)的金屬導(dǎo)體A、B接成一個閉合回路,如果兩接合點溫度不相等(T0≠T),則在兩導(dǎo)體間產(chǎn)生電動勢,并且回路中有一定大小的電流存在,此現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。

不同的汽車傳感器的應(yīng)用

1.溫度傳感器

溫度傳感器主要用于檢測發(fā)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(yīng)用場合也略有區(qū)別。線繞電阻式溫度傳感器的精度高,但響應(yīng)特性差;熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高,響應(yīng)特性較好,但線性差,適應(yīng)溫度較低;熱偶電阻式溫度傳感器的精度高,測量溫度范圍寬,但需要配合放大器和冷端處理一起使用。

已實用化的產(chǎn)品有熱敏電阻式溫度傳感器(通用型-50℃~130℃,精度1.5%,響應(yīng)時間10ms;高溫型600℃~1000℃,精度5%,響應(yīng)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(dǎo)體膜空氣溫度傳感器(-40℃~150℃,精度2.0%、5%,響應(yīng)時間20ms)等。

2.壓力傳感器

壓力傳感器主要用于檢測氣缸負(fù)壓、大氣壓、渦輪發(fā)動機的升壓比、氣缸內(nèi)壓、油壓等。吸氣負(fù)壓式傳感器主要用于吸氣壓、負(fù)壓、油壓檢測。汽車用壓力傳感器應(yīng)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(fù)壓、液壓、氣壓,測量范圍20~100kPa,具有輸入能量高,動態(tài)響應(yīng)特性好、環(huán)境適應(yīng)性好等特點;壓阻式壓力傳感器受溫度影響較大,需要另設(shè)溫度補償電路,但適應(yīng)于大量生產(chǎn);LVDT式壓力傳感器有較大的輸出,易于數(shù)字輸出,但抗干擾性差;SAW式壓力傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、分辨率高、數(shù)字輸出等特點,用于汽車吸氣閥壓力檢測,能在高溫下穩(wěn)定地工作,是一種較為理想的傳感器。

3.流量傳感器

流量傳感器主要用于發(fā)動機空氣流量和燃料流量的測量。空氣流量的測量用于發(fā)動機控制系統(tǒng)確定燃燒條件、控制空燃比、起動、點火等??諝饬髁總鞲衅饔行D(zhuǎn)翼片式(葉片式)、卡門渦旋式、熱線式、熱膜式等四種類型。旋轉(zhuǎn)翼片式(葉片式)空氣流量計結(jié)構(gòu)簡單,測量精度較低,測得的空氣流量需要進(jìn)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(jìn)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,適合大批量生產(chǎn),成本低??諝饬髁總鞲衅鞯闹饕夹g(shù)指標(biāo)為:工作范圍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(huán)球式,其動態(tài)范圍0~60kg/h,工作溫度-40℃~120℃,精度 1%,響應(yīng)時間<10ms。

4.位置和轉(zhuǎn)速傳感器

位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要用于檢測曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門的開度、車速等。目前汽車使用的位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要有交流發(fā)電機式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、簧片開關(guān)式、光學(xué)式、半導(dǎo)體磁性晶體管式等,其測量范圍0 ~360 ,精度 0.5 以下,測彎曲角達(dá) 0.1 。

車速傳感器種類繁多,有敏感車輪旋轉(zhuǎn)的、也有敏感動力傳動軸轉(zhuǎn)動的,還有敏感差速從動軸轉(zhuǎn)動的。當(dāng)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,測速范圍0.5~250km/h,重復(fù)精度0.1%,距離測量誤差優(yōu)于0.3%。

5.氣體濃度傳感器

氣體濃度傳感器主要用于檢測車體內(nèi)氣體和廢氣排放。其中,最主要的是氧傳感器,實用化的有氧化鋯傳感器(使用溫度-40℃~900℃,精度1%)、氧化鋯濃差電池型氣體傳感器(使用溫度300℃~800℃)、固體電解質(zhì)式氧化鋯氣體傳感器(使用溫度0℃~400℃,精度0.5%),另外還有二氧化鈦氧傳感器。和氧化鋯傳感器相比,二氧化鈦氧傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、便宜,且抗鉛污染能力強的特點。

6.爆震傳感器

爆震傳感器用于檢測發(fā)動機的振動,通過調(diào)整點火提前角控制和避免發(fā)動機發(fā)生爆震??梢酝ㄟ^檢測氣缸壓力、發(fā)動機機體振動和燃燒噪聲等三種方法來檢測爆震。爆震傳感器有磁致伸縮式和壓電式。磁致伸縮式爆震傳感器的使用溫度為-40℃~125℃,頻率范圍為5~10kHz;壓電式爆震傳感器在中心頻率5.417kHz處,其靈敏度可達(dá)200mV/g,在振幅為0.1g~10g范圍內(nèi)具有良好線性度。

7.24GHz雷達(dá)傳感器

24GHz雷達(dá)傳感器用于汽車防撞安裝系統(tǒng),通過發(fā)射雷達(dá)波來判斷前方出現(xiàn)的物體大小,距離和移動速度,進(jìn)而通過顯示器或與汽車制動系統(tǒng)進(jìn)行配合,避免汽車與前方物體相撞。傳感器發(fā)射頻率在24.125GHz左右,可以調(diào)節(jié)的頻率范圍在50KHz左右。精度在國外精度可以達(dá)到毫米級別。

總結(jié)

汽車傳感器的應(yīng)用已越來越來廣泛,作為汽車電子中不可缺少的元器件,已受到越來越多的廠商青睞。本文主要介紹了汽車傳感器的應(yīng)用所依據(jù)的物理效應(yīng)以及不同的汽車傳感器的應(yīng)用的不同方面。

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