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传感器与执行器
一、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。
1、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。
2、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,即/K,式中,M 为最小检测量;C 取 1-5。
3、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。
4、线性度(非线性误差)
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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。
5、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。
6、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。
7、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。
1、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
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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