第五章 传感器与执行器.doc

第五章传感器与执行器传感器概述传感器的概念:指能感受规定的物理量,并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。简单的说,传感器即使把非电量转换成电量的装置。汽车传感器的工作条件极为恶劣,因此,传感器能否精确可靠地工作至关重要。在该领域中,理论研究及材料应用发展迅速,半导体和金属膜技术研究及材料应用技术发展迅速,半导体和金属膜技术、陶瓷烧结技术等得到迅猛发展。智能化、集成化和数字化将是传感器的未来发展趋势。传感器通常由敏感元件、转换元件及测量电路组成。敏感元件是指能直接感受被测量的部分。转换元件是指能将非电量转换成电量的部分。有些敏感元件可以直接输入电量。测量电路是指将转换元件输入的电量经过处理,以便进行显示、记录和控制的部分。测量电路中较多的使用电桥电路。比如后面要讲到的热线式空气流量计。传感器的种类比较多,像我们一般碰到的传感器一般有:温度传感器(冷却水温度传感器THW,进气温度传感器THA);流量传感器(空气流量传感器,燃油流量传感器);进气压力传感器MAP节气门位置传感器TPS发动机转速传感器车速传感器SPD曲轴位置传感器(点火正时传感器)氧传感器爆震传感器(KNK)传感器的特征参数也有很多,且不同类型的传感器,其特征参数的定义和要求也各有差异。下面我们来介绍一些主要的、通用的静态特性参数指标的定义。灵敏度概念:灵敏度是指温态时传感器输出量y与输入量x之比,或者是传感器输出量y的增量与输入量x的增量之比。灵敏度用K表示为K=dy/dx,线性传感器的灵敏度为一常数,而非线性的传感器的灵敏度是随输入量变化的。分辨率概念: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。由于分辨率要受到嘈声的限制,我们就用相当于嘈声电平N若干倍C的被测量表示分辨率,/K,式中,M为最小检测量;C取1-5。测量范围和量程在允许的误差范围内,被测量的下限到上限之间的范围称为测量范围。上限值与下限值之差称为量程。线性度(非线性误差)在规定的条件下,传感器校准曲线与拟和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度误差。迟滞迟滞是指在相同的条件下,传感器的正行程特性与反行程特性的不一致程度。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。零漂和温漂零漂是指在无输入或输入为某一定值时,每隔一段时间,其输入值偏离原示值的最大偏差与满量程的百分比。温漂是指温度每升高1度,传感器输出值的最大偏差与满量程的百分比。二、空气流量传感器 为了形成符合要求的混合气,使空燃比达到最佳值,我们就必须对发动机进气空气流量进行精确控制。下面我们来介绍一下几种常用的空气流量传感器。风门式空气流量计这种空气流量计安装在空气滤清器和节气门之间。作用:检测吸入空气量的多少,并把检测结果转换成电信号。组成:风门式空气流量计由两大部分组成,一是担任检测任务的风门部分(看图2-4a),二是担任转换任务的电位计(看图2-4b)。节气门与电位计之间的关系图 由图2-4a可知,空气流量计的风门部分由测量叶片、缓冲叶片及壳体组成。测量叶片随空气流量的变化在空气主通道内偏转。电位计部分主要由电位计、回位弹簧、调整齿圈等组成。由节气门与电位计之间的关系图可知,风门式空气流量计是根据空气流动产生的压力差将风门叶片推开的原理进行工作的。而电位计与风门叶片是同轴的,所以当叶片偏转时,电位计滑臂必然转动。由于转轴一端装有螺旋回位弹簧,当其弹力与吸入空气流量对测量叶片产生的推力平衡时,风门叶片就会处于某一个稳定偏转位置,而电位计滑臂也处于镀膜电阻的某一对应位置。如下图是叶片式空气流量计的检测图,蓄电池的电压经主继电器加到空气流量计的VB端子上,Vc端子的电压加到电子控制器上,其值是由VB与Vc间的电阻、Vc与E2之间的电阻来决定的,当然Vc端子的电阻稍稍要低于VB端子的电压,且大致为一定值。VS端子的电压随动触点的移动而变化。也就是说,风门叶片的开度大时,VS端子的电压升高;当开度减少时,VS端子的电压下降。VS端子电压是理解空气流量计时的一个重要数据。电子控制器根据Vc端子电压和VS端子电压之差与蓄电池VB端子电压比来求得进气量,见下式Q=K(Vc-VS)/VB,式中Q为进气量,K为系数,Vc、VS、VB分别是Vc、VS、VB的端子电压。 THA E1 Fc E2VB VC VS 搭铁油泵开关传感器电瓶电压基准电压信号电压空气温度电压搭铁叶片式空气流量计的检测1、燃油泵控制触点 2、电位器(可变电阻) 3、固定电阻 Q—热敏电阻(进气温度电阻传感器)风门开度的大小与电压Vc、VS与VB之间的关系,大致可以如下图所示。 在丰田1G-EU型发动机上,电子控制器的VB-E2间的电压约为12V,VC-E2之间的电压为8-9V。在风门全闭时,V