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汽车制造加工

Update: 2015-01-19 13:18:11  Clicks: 1941

 

汽车上用的传感器的种类很多,应用的方面很广。下面介绍传感器在汽车发动机控制、安全系统、车辆监控和自诊断等方面的应用。

发动机的电子控制一直被认为是MEMS技术在汽车中的主要应用领域之一。发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心,种类很多,包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。这些传感器向发动机的电子控制单元提供发动机的工作状况信息,供电子控制单元对发动机工作状况进行精确控制,以提高发动机的动力性、降低油耗、减少废气排放和进行故障检测。 

1、温度传感器
汽车用温度传感器主要用于检测发动机温度、吸人气体温度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度等。温度传感器有热敏电阻式、线绕电阻式和热偶电阻式三种主要类型。这三种类型传感器各有特点,其应用场合也略有区别。热敏电阻式温度传感器灵敏度高、响应特性较好,但线性差、适应温度较低。其中,通用型的测温范围为-50℃~30℃,精度为1.5%,响应时间为10 ms;高温型为600℃~1000℃,精度为5%,响应时间为10ms;线绕电阻式温度传感器的精度高,但响应特性差;热偶电阻式温度传感器的精度高,测量温度范围宽,但需要配合放大器和冷端处理一起使用。其他已实用化的产品有铁氧体式温度传感器(测温范围为-40℃~120℃,精度为2.0%)、金属或半导体膜空气温度传感器(测温范围为-40℃~150℃,精度为2.0%,5%,响应时间约20 ms)等。

2、压力传感器
压力传感器是汽车中用得最多的传感器,主要用于检测气囊贮气压力、传动系统流体压力、注入燃料压力、发动机机油压力、进气管道压力、空气过滤系统的流体压力等。目前,致力于汽车用压力传感器开发和生产的主要公司有摩托罗拉,德科电子仪器,Lucas Novasensor, Hi Stat,NipponDenzo,西门子,德州仪器等。
比较常用的汽车压力传感器有电容式、压阻式、差动变压器式、声表面波式。电容式压力传感器主要用于检测负压、液压、气压,测量范围为20kPa~100kPa,其特点是输入能量高,动态响应特性好、环境适应性好;压阻式压力传感器的性能则受温度影响较大,需要另设温度补偿电路,但适应于大批量生产;差动变压器式压力传感器有较大的输出,易于数字输出,但抗干扰性差;声表面波式压力传感器具有体积小、质量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、分辨力高、数字输出等特点,用于汽车吸气阀压力检测,能在高温下稳定地工作。
德国Infineon公司研制的智能轮胎压力传感器KP500内部集成了压力和温度传感模块,它不需要在传感器模块中增加加速度传感器,可以在汽车启动时自动开机进人自检,能测量压力、温度和电压等。所有的功能都是利用表面微机械加工技术集成在0.8μm的双极互补金属氧化物半导体( BiCMOS) 上。每个传感器模块中的电可擦可编程只读存储器中存储着惟一的32位芯片识别码。芯片识别码可以由同步串行接口读出,而且,可以用于辨识各个轮胎压力传感器的位置。在接收数据的时候,首先,要检查芯片识别码,如果发现芯片识别码不符,就放弃收到的数据帧。

3、流量传感器
流量传感器主要用于发动机空气流量和燃料流量的测量。进气量是燃油喷射量计算的基本参数之一。空气流量传感器的功能:感知空气流量的大小,并转换成电信号传输给发动机的电子控制单元。空气流量的测量用于发动机控制系统确定燃烧条件、控制空燃比、起动、点火等。空气流量传感器有旋转翼片式、卡门涡旋式、热线式、热膜式等4种类型。空气流量传感器的主要技术指标:工作范围为0.11m3/min~103m3/min,工作温度为-40℃~120℃,精度>1%。燃料流量传感器用于检测燃料流量,主要有水轮式和循环球式,其动态范围为0~60kg/h,工作温度为-40℃~120℃,精度为±1%,响应时间<10ms。
Honeywell的下属微开关(micro switch)公司用热微细加工技术制作出了微桥式空气流量传感器芯片,它用微细加工技术在硅圆片上加工出空腔,铂电阻悬挂在空腔之上。当空气流过器件时,发生了从空气流动方向下方到上方的热传输,因而,下方电阻被冷却,上方电阻被加热,由电桥电阻变化可测量出空气流量。

4、位置和转速传感器
曲轴位置与转速传感器主要用于检测发动机曲轴转角、发动机转速、节气门的开度、车速等,为点火时刻和喷油时刻提供参考点信号,同时,提供发动机转速信号。目前,汽车使用的位置和转速传感器主要有交流发电机式、磁阻式、霍尔效应式、簧片开关式、光学式、半导体磁性晶体管式等,其测量范围为0°~360°,精度优于±0.5°,测弯曲角达±0.1°。
车速传感器种类繁多,有敏感车轮旋转的、也有敏感动力传动轴转动的,还有敏感差速从动轴转动的。当车速高于100km/h时,一般测量方法误差较大,需采用非接触式光电速度传感器,测速范围为0.5km/h~250km/h,重复精度为0.1%,距离测量误差优于为0.3%。

5、气体浓度传感器
气体浓度传感器主要用于检测车体内气体和废气排放。其中,最主要的是氧传感器,它检测汽车尾气中的氧含 量,根据排气中的氧浓度测定空燃比,向微机控制装置发出反馈信号,以控制空燃比收敛于理论值。常用的有氧化锗传感器(使用温度为-40℃~900℃,精度为1%)、氧化铬浓差电池型气体传感器(使用温度为300℃~800℃)、固体电解质式氧化铬气体传感器(使用温度为0~400℃,精度为0.5%),另外,还有二氧化钦氧传感器以及二氧化错氧传感器。和氧化锗传感器相比,二氧化钛氧传感器具有结构简单、轻巧、便宜,且抗铅污染能力强的特点。二氧化锆微离子传感器由氧化钙稳定氧化错离子体、多孔铂厚膜工作电极、钯/氧化把厚膜参数电极、不透水层、电极接触和保护层构成。其中,氧化钙稳定氧化错由反应溅射法积淀。工作电极和参考电极都由厚膜工艺制作。在理想的A/F点附近的输出电压发生骤变,当空燃比变高,废气中的氧浓度增加时,氧传感器的输出电压减小;当空燃比变低,废气中的氧浓度降低时,氧传感器的输出电压增大。电子控制单元识别这一突变信号,对喷油量进行修正,从而相应地调节空燃比,使其在理想空燃比附近变动。

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