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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，切割磁力線(或線圈所在磁場(chǎng)的磁通變化)時(shí)，線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小取決于穿過(guò)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(chǎng)中，當(dāng)有電流(與磁場(chǎng)垂直的薄片平面方向)流過(guò)時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)和電流的方向上產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為霍耳效應(yīng)。

    (3)壓電效應(yīng)

    對(duì)某些電介質(zhì)沿著一定方向加力而使其變形時(shí)，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(chǎng)，電介質(zhì)會(huì)在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力，當(dāng)外電場(chǎng)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(shí)，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(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，稱為光生伏特現(xiàn)象，如光電池(屬于對(duì)感光面入射光點(diǎn)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(gè)閉合回路，如果兩接合點(diǎn)溫度不相等(T0≠T)，則在兩導(dǎo)體間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，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(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)，其應(yīng)用場(chǎng)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(cè)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(shí)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(shí)間10ms;高溫型600℃~1000℃，精度5%，響應(yīng)時(shí)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(shí)間20ms)等。

    2.壓力傳感器

    壓力傳感器主要用于檢測(cè)氣缸負(fù)壓、大氣壓、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)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(cè)。汽車用壓力傳感器應(yīng)用較多的有電容式、壓阻式、差動(dòng)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(cè)負(fù)壓、液壓、氣壓，測(cè)量范圍20~100kPa，具有輸入能量高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn);壓阻式壓力傳感器受溫度影響較大，需要另設(shè)溫度補(bǔ)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(diǎn)，用于汽車吸氣閥壓力檢測(cè)，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(dòng)機(jī)空氣流量和燃料流量的測(cè)量。空氣流量的測(cè)量用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)確定燃燒條件、控制空燃比、起動(dòng)、點(diǎn)火等。空氣流量傳感器有旋轉(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(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度較低，測(cè)得的空氣流量需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償;卡門渦旋式空氣流量計(jì)無(wú)可動(dòng)部件，反映靈敏，精度較高，也需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償;熱線式空氣流量計(jì)測(cè)量精度高，無(wú)需溫度補(bǔ)償，但易受氣體脈動(dòng)的影響，易斷絲;熱膜式空氣流量計(jì)和熱線式空氣流量計(jì)測(cè)量原理一樣，但體積少，適合大批量生產(chǎn)，成本低。空氣流量傳感器的主要技術(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(cè)燃料流量，主要有水輪式和循環(huán)球式，其動(dòng)態(tài)范圍0~60kg/h，工作溫度-40℃~120℃，精度 1%，響應(yīng)時(shí)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(cè)曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門的開(kāi)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(jī)式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、簧片開(kāi)關(guān)式、光學(xué)式、半導(dǎo)體磁性晶體管式等，其測(cè)量范圍0 ~360 ，精度 0.5 以下，測(cè)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(dòng)力傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的，還有敏感差速?gòu)膭?dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的。當(dāng)車速高于100km/h時(shí)，一般測(cè)量方法誤差較大，需采用非接觸式光電速度傳感器，測(cè)速范圍0.5~250km/h，重復(fù)精度0.1%，距離測(cè)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(cè)車體內(nèi)氣體和廢氣排放。其中， 主要的是氧傳感器，實(shí)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(jiǎn)單、輕巧、便宜，且抗鉛污染能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

    6.爆震傳感器

    爆震傳感器用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，通過(guò)調(diào)整點(diǎn)火提前角控制和避免發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆震。可以通過(guò)檢測(cè)氣缸壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體振動(dòng)和燃燒噪聲等三種方法來(lái)檢測(cè)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(guò)發(fā)射雷達(dá)波來(lái)判斷前方出現(xiàn)的物體大小，距離和移動(dòng)速度，進(jìn)而通過(guò)顯示器或與汽車制動(dòng)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(guó)外精度可以達(dá)到毫米級(jí)別。

    總結(jié)

    汽車傳感器的應(yīng)用已越來(lái)越來(lái)廣泛，作為汽車電子中不可缺少的元器件，已受到越來(lái)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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