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1、第九章 其他传感器的结构、原理与检测,汽车传感器,第一节 湿度传感器 第二节 日照强度传感器 第三节 光电式光量传感器 第四节 电流检测用传感器 第五节 雨滴传感器 第六节 制动蹄摩擦片磨损检测传感器 第七节 NOx传感器 第八节 汽车导航传感器,第一节 湿度传感器,本节介绍的湿度传感器主要有热敏电阻式和结露式两种形式。,湿度传感器主要用于检测车内相对湿度，以实现汽车挡风玻璃的自动防起雾。,湿度传感器是利用湿敏元件对水分子的吸附能力或对水分子产生物理效应的方法测量湿度。 湿敏元件主要分为二大类：水分子亲和力型湿敏元件和非水分子亲和力型湿敏元件。 亲和力型湿敏元件：利用水分子附着或浸入某些物质后
2、其电阻值、介电常数等发生变化的特性可制成电阻式、电容式湿敏元件； 非亲和力型湿敏元件：利用其与水分子接触产生的物理效应来测量湿度。,电阻式湿度传感器的结构如图所示。 传感器的湿敏元件是金属氧化物系列陶瓷材料制成的多孔烧结体，当烧结体吸附了水分子时，它的电阻值会发生变化，当湿度加大时，传感器电阻值减小。根据电阻值的变化即可检测出湿度的变化。,一、电阻式湿度传感器,该传感器的电阻值与湿度关系曲线如图所示。从曲线上可知，当湿度加大时，传感器电阻值减小。,在湿度传感器的感湿部位还有电加热器，当感湿部位脏污时，利用电加热器加热可以除污。从上图可知，湿度传感器的电阻随温度的变化而变化，所以给湿度传感器配以
3、温度补偿热敏电阻后，才能提高其湿度测试精度。,湿敏元件为热敏电阻，利用热敏电阻作在含湿空气与干燥空气产生的热传导性不同，电阻其发生变化检测湿度。,二、热敏电阻式湿度传感器,如图所示，传感器中的珠状热敏电阻 R1和R2组成桥式电路，电源供给的电流使R1、R2保持在 200 左右的温度。其中R2装在密封的金属盒内，内部封装着干燥空气，R1置于与大气相接触的开孔金属盒内。,将R1先置于干燥空气中，调节电桥平衡使输出端A，B间电压为零，当 R1接触待测含湿空气时，使R1受冷却，电阻值增高，A，B 间产生输出电压，该电压值与湿度变化有关。热敏电阻式湿敏传感器的输出电压与绝对湿度成比例，可用于测量大气的绝
4、对湿度。 传感器是利用湿度与大气导热率之间的关系作为测量原理的，热敏电阻的位置对测量也有很大影响。但这种传感器具有可靠性、稳定性高和不必特殊维护的优点，已广泛用于空调机湿度控制，或绝对湿度表、露点计、水分计等。,在接近结露状态的湿度区域，厚膜状陶瓷半导体的电阻值将急剧变化，结露传感器即是利用这一原理制成的。,三、结露传感器,结露传感器的结构及特性如图所示。其内部由电极、感湿膜、热敏电阻及铝基板组成。在高湿度情况下，传感器把湿度转换成电阻值的变化并对湿度进行测定，测试精度高，响应特性好。,传感器的工作特性,第二节 日照强度传感器,日照强度传感器或称太阳能传感器，用于检测太阳辐射能，将日光照射量的
5、变化转换为电流变化，将信号输入空调ECU，ECU根据此信号调整车内空调器吹出的风量与温度。 如图所示，日照强度传感器安装在驾驶室仪表板上方容易接受阳光照射的位置处。,日照强度传感器在驾驶室内仪表板的布置,日照强度传感器主要由壳体、滤光片及光敏二极管组成。 通过光敏二极管可检测出日光照射量的变化。光敏二极管对日光的照射反应敏感，而自身不受温度的影响，将日照变化转换成电流变化，根据电流的大小就可以知道准确度日照量。,日照强度传感器的结构及特性,下面以丰田凌志LS400轿车自动空调控制系统为例，说明在自动空调系统中日照强度传感器的检测方法。,安装位置：汽车风窗玻璃下面。 工作电路：无光照，不导通，输
6、出高电平。有光照，反向导 通，输出低电平。,利用光敏二极管电阻值随日照强度的强弱而变化的特性进行检测。拆下仪表板上的杂物箱，拔下传感器导线连接器。 用布遮住传感器，测量传感器连接器端子1与2之间的电阻值，正常情况下，电阻值为，应不导通。 用灯光照射度传感器，测量连接器端子1与2间的电阻值，正常情况，其应为4k。当灯光逐渐从传感器上移开时，光照由强变弱，传感器的电阻值应当增加。,日照强度传感器检测步骤：,第三节 光电式光量传感器,光电式光量传感器利用光敏电阻元件检测周围亮度的变化转换成元件电阻值的变化，该传感器用于在汽车上各种灯具亮灯、熄灯的自动控制 。,一、光电式光量传感器,光敏电阻是采用半导
7、体材料制作，在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。这种现象称为光导效应，光敏电阻又称光导管。 光敏电阻常用的材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。,光电式光量传感器的结构如图所示。在该传感器中，光电元件硫化镉为多晶硅结构，在传感器中把硫化镉光刻成曲线形状，目的是增大光与电极的接触面积，从而提高该传感器的灵敏度。,1.传感器的结构,点火开关闭合后，当把灯光控制器的转换开关置于自动挡时，控制器根据传感器输入的信号，自动控制尾灯及前照灯的亮
8、灭。关闭点火开关后，控制器的电源电路被切断，这时与周围环境条件无关，车灯熄灭。 此外，利用灵敏度调整电位器可以调整自动亮灯及熄灯的敏感程度。,硫化镉光敏电阻的特性如图所示。它的特性是，当周围较暗时，其电阻值变大；当周围较亮时，其电阻值变小。,2.传感器的工作原理,灯光控制器的系统电路图,控制器的工作情况,光电式光量传感器的检测方法与日照强度传感器的检测方法相似，可以利用改变光照亮度，检测传感器电阻值的变化情况来判断传感器的工作好坏。光照强时，其电阻值小；光照弱时，其电阻值大。否则必须更换该传感器。,灯光自动控制器可以自动地点亮和熄灭前照灯和尾灯，灯光自动控制器主要由光量传感器、尾灯继电器和前照
9、灯继电器等组成。,二、自动控制器用光量传感器,自动控制器用光量传感器的结构如图所示，它把自动控制继电器作为混合集成电路的基片，和传感器形成一个整体。,1.传感器的结构,光敏二极管的工作原理如图(a)所示，PN结上有光照射时，PN结吸收光能产生大量的电子和空穴，P型半导体上产生的电子向N型半导体中移动，N型半导体上产生的空穴向P型半导体上移动。当把半导体分别装上电极并从外部短路时，从P侧电极到N侧电极有光电流通过，光敏二极管就是利用这种现象制作的；光敏二极管中的电流与照射到元件上的光量成正比，如图(b)所示。,2.传感器的工作原理,第四节 电流检测用传感器,电流检测用传感器用于检测汽车灯具系统的
10、线路中是否有电流通过来判断信号灯的灯丝是否断丝，信号灯的控制器件是否有故障。,汽车的灯具系统是用以照明道路、表示车辆宽度和车辆所处的位置、照明车内外、指示仪表以及夜间车辆检修等。此外，在转弯、制动、会车、停车、倒车等工况下，还应发出光信号，以警示行人和其他车辆。 各类信号灯如前照灯、尾灯、前 / 后雾灯、转向灯、倒车灯、牌照灯、示宽灯、故障停车灯等，及其信号灯控制器件如信号闪光器、制动开关、倒车开关等是保证汽车行驶安全重要信号装置。驾驶人员在行车中必须及时了解这些信号装置是否正常工作。,晶体管式电流传感器内部设有检测电流用电阻。使负荷电流通过该电阻，将该电阻的电压降值用运算放大器实现比较电路与
11、基准电压进行比较，当负荷灯泡一个或两个断丝，则电流检测电阻上的电压降低，A点的电压高于基准电压，比较器的输出电流点亮报警灯。,一、晶体管式电流传感器,晶体管式电流传感器原理图,制动灯灯丝断开检测电路,负荷灯泡,这种传感器也用于检测前照灯、尾灯、制动灯、牌照灯的灯丝状况，它可以检测出灯泡全部点亮时的电流与1个灯灯丝断开时的电流变化量，然后，将断丝信息通过报警灯点亮方式向驾驶员报警，该报警系统电路如图1所示。,二、集成电路式灯泡断丝检测传感器,舌簧开关式电流传感器广泛用于检测制动灯、尾灯、牌照灯及停车灯的灯丝是否断丝，当有 1 个灯泡灯丝断开时，报警灯点亮。该传感器的外形如图1所示，它的结构如图2
12、所示。舌簧开关式电流传感器在其电流线圈的外面绕有电压补偿线圈，它的作用是防止电压的变化引起传感器的误动作。在骨架的中间设置有舌簧开关。,舌簧开关式电流传感器的外形,舌簧开关式电流传感器的结构,三、舌簧开关式电流传感器,如图电流传感器电路，当开关闭合时，若灯泡全部工作正常，电流线圈中有额定电流流过，这时在线圈产生的磁力的作用下，舌簧开关闭合，如果有灯泡断丝，相应的电流线圈中电流减小，磁力减弱，使舌簧开关断开，进行报警。,舌簧开关式电流传感器电路,舌簧开关式电流传感器原理,PTC是由陶瓷半导体构成的，它是用钛酸钡再加上各种添加物烧结而成。在化油器式发动机上，电加热式自动阻风门上所用PTC式电流传感
13、器的安装位置及自动阻风的结构如图所示。,四、正温度系数热敏电阻（PTC）式电流传感器,图为PTC式电流传感器的特性曲线。图中标有“居里点”其含义是电阻值为常温两倍的点，此时的温度叫做居里温度。 按照用途可制作出不同特性的PTC电流传感器，这时需要改变填充物的数量。从特性曲线图上可知，温度低时，电阻值也较低，这时消耗的电流也较大，传感器要发热，当温度上升到居里点以上时，电阻值也增大，抑制了电流的增长。即使是没有温度传感器及电流控制回路，PTC元件本身一直能控制电流并维持在一定温度，而且还具有仅取决于散热量的发热特性。,PTC热敏电阻的特性曲线,图为电热式阻风门电路图，在该电热式阻风门上装有PTC
14、热敏电阻元件，这种控制系统由双金属片、电热线圈、阻风阀继电器组成。在低于规定温度时，双金属片将阻风阀关闭，这时起动发动机，靠电压调节器上L端子的电压使阻风阀继电器触点闭合，有电流流经电热线圈，双金属片被升温，温度升高后，阻风阀逐渐打开。当双金属片被充分加热后，阻风阀全部被打开，利用热敏电阻控制电热线圈中的电流。,电热式自动阻风门电路,PTC 式电流传感器还可以用在汽车门控电机上，如图所示。在门控电机电路中，用PTC元件作断路器，以控制电动机的制动电流。,门控电动机的结构与电路,PTC断路继电器的工作特性,图为PTC断路继电器的工作特性，在电动机制动时，制动电流通过PTC元件，使PTC元件的温度
15、上升，其电阻值也增加，经过一定时间之后，制动电流减小，这样可有效地防止电动机过热。,电阻集成电路式电流传感器的功用是用来检测尾灯、牌照灯、制动灯及前照灯是否断丝。当出现故障时，传感器点亮报警灯通知驾驶人员。,五、电阻集成电路式电流传感器,检测电路如图所示，电路内部有比较放大器 IC1 ，是用于检测断丝的集成电路，C 点处有基准电压形成。正常情况电流检测电阻R上的电流要大于基准电流，A 点电压低于基准电压，比较放大器 IC1的输出为0，晶体管 T1截止，报警灯不亮。 当出现故障时，A点电位升高并高于基准电压，T1导通，报警灯点亮表示已经出现故障。,第五节 雨滴传感器,电动刮水器虽然能够实现间歇控
16、制，但不能随雨量的变化及时调整刮水频率。雨滴感知型刮水器能根据雨量的大小自动调节刮水器的刮水频率，使驾驶员始终保持良好的视线。,雨滴感知型刮水系统,雨滴传感器由振动板、压电元件、放大电器、壳体及阻尼橡胶构成。,雨滴传感器的组成,压电元件的结构,压电元件工作原理,系统工作时，由于雨滴下落撞击到传感器的振动片上，振动片将振动能量传给压电元件。压电元件受压而产生电压信号，电压值与撞击振动片的雨滴的撞击能量成正比。电压信号经过放大后送入电动刮水器电路，对刮水器的充电电路进行20s的定时充电，电容电压上升。该电压输入比较电路，比较电路将其与基准电压比较。当电容电压达到时，比较电路向刮水器电机发出信号，使其工作一次。,雨滴感知型刮水器控制系统原理框图,第六节 制动蹄摩擦片磨损检测传感器,制动蹄摩擦片磨损传感器用于检测汽车制动器摩擦片的磨损情况。有两种：,磨损检测传感器的安装位置与结构,摩擦片磨损情况常用的检测方法是当制动蹄摩擦片超过磨损允许的限度时，使磨损检测传感器本身被磨损，将此磨损情况转换为电信号，输入电控单元产生报警指示信号。,如图所示，摩擦片磨损检测传感器在盘式制动器上的安装
