汽车传感器课件第3章 压力讲解

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1、第三章 压力传感器的结构、 原理与检测 汽车传感器 1P 第一节 概述 第二节 进气压力传感器 第三节 大气压力传感器 第四节 制动主缸油压传感器 第五节 蓄压器压力传感器 第六节 空气滤清器真空开关 第七节 机油压力开关 2P 压力传感器在汽车上应用较广，它的作用是检测气体或 液体的压力变化情况，并把检测结果转换成电信号输入给电 控单元。 第一节 概 述 一、压力传感器的类型 1.压力传感器按结构可分为 3）电阻-应变效应式：电阻-应变效应是指金属导体的电阻 在导体受力产生变形(伸长或缩短)时发生变化的现象。 1）电磁式：或称膜盒传动的可变电感式、差动变压器组合 式。敏感元件有膜盒、波纹管、

2、U形管等。 2）压阻效应式：压阻效应是指当半导体受到应力作用时， 由于载流子迁移率的变化，其电阻率发生变化的现象。 半导体压阻式传感器具有灵敏度高、动态响应好、精度 高易于微型化和集成化等特点而应用广泛。 3P 1) 电压型：有压阻应式(或半导体压敏电阻式)压力传感 器、和电磁式(膜盒传动的可变电感式)压力传感器。 2.按信号产生的原理可分为 2) 频率性：电容膜盒式压力传感器和表面弹性波式压力传 感器。 3.按信号产生的应用可分为 进气歧管压力传感器：检测歧管压力，间接获取EFI系统 流量、EGR控制。 大气压力传感器： 检测大气压力，空燃比修正。 制动主缸压力传感器：检测制动主缸压力， 蓄

3、压器压力传感器： 检测蓄压器压力，控制 空气滤清器真空开关：检测压力差，判断滤清器是否堵塞 。 机油压力开关： 检测发动机有无机油压力。 变速器油压力传感器：检测变速器油压，控制换档。 轮胎气压传感器： 检测轮胎气压是否过高。4P 1. 国际压压力计计量单单位及其标识标识 符号： Pa ； kPa； MPa ； 2. 其他常用压压力计计量单单位 1）1bar=105Pa 2）PSi为为英制压压力单单位，磅力每平方英寸（1bf/in2） 1psi=6894.76 pa； 3）标标准大气压压 1atm=101325pa ； 4）工程大气压压1at(千克力每平方厘米kgf/cm2) 1at =980

4、66.5pa 5）毫米汞柱(mmHg)，1mmHg =133.322Pa 6）毫米水柱(mmH2O)，1mmH2O =9.80665Pa 附：压力计量单位及其标识符号 5P 第二节 进气压力传感器 一、进气压力传感器的结构、原理 进气压力传感器是进气歧管绝对压力传感器的简称。 绝对压力：相对于真空的压力。 D型EFI系统是利用进气歧管绝对压力和发动机转速来计 算吸入气缸的空气量，又称为速度密度型EFI系统。其作 用相当于L型EFI汽油喷射系统中的空气流量传感器。 速度密度方式 喷油器 进气岐管 压力传感器 空气滤清器 怠速空气阀 进气岐管 稳压室 节气门体 6P BOSCH 压力型（D型）EF

5、I 7P 传感器安装：节气门后部的进气歧管上。 8P L型与D型区别 节气门下游漏气对L型、D型分别有什么影响？ 节气门下游漏气，对于L型喷射系统来说，外漏的气体没有 经过进气流量传感器的计量，所以ECU不会令喷油量增加，以致 使混合气变稀，发动机动力不足、怠速不稳甚至熄火。对于D型 喷射系统来说，节气门下游的真空漏气，会使歧管内的真空度下 降，绝对压力升高。由于D型喷射系统都是以绝对压力的信号输 出给ECU的，所以ECU根据绝对压力升高的信号，令喷油量增加 ，提高发动机的转速，造成怠速过高。 9P 按其信号产生原理可分为电磁式(膜盒传动的差动变压 器式)、压阻式、电容式和表面弹性波式等传感器

6、。 压阻式传感器采用硅膜片与力敏电阻一体化的扩散型。 这种传感器易于批量生产，能够方便地实现微型化、集成化 和智能化，因而受到人们普遍重视。 其中压阻式和电容式进气压力传感器在当今发动机电子 控制系统中应用较为广泛。 2.进气压力传感器的种类： 测量节气门之后的进气歧管的真空度，来间接的测量进 气量。 将进气管道中的气体绝对压力转换成电信号，并送ECU ，由ECU控制电动喷油器喷油的喷油量。 1.进气压力传感器的作用 10P （一）电磁式进气压力传感器 铁心 弹片 接进气歧管 传感线圈 真空膜盒 电磁式进气压力传感器结构图 1.传感器结构： 2) 铁心和传感线圈：转换为电量的元件。 1) 一对

7、真空膜盒（压力计）：检测敏感元件。 a) 节气门开启状态b) 节气门关闭状态 11P 具有弹性的真空膜盒抽成真空。外部气压变化时，膜盒 产生凸出或凹进的现象，通过传动机构，使线圈中铁心的位 置发生改变，从而使线圈中穿过的磁通量发生变化，于是线 圈变产生出大小不同的感应电动势来，由此即把气压变化的 物理量转换成由线圈两端输出的电信号。 铁心 弹片 接进气歧管 传感线圈 真空膜盒 a) 节气门开启状态b) 节气门关闭状态 2.传感器工作原理 12P 当节气门开启时，进气歧管内气体的绝对压力增加即真 空度减小，真空膜盒被压缩，把动铁心往右拉，如图a所示， 于是减小了磁轭与动铁心（衔铁）的间隙，使传感

8、线圈中的 感应电动势增大。当此信号输出给ECU后，ECU控制喷油器 ，使燃油的喷射量增加。节气门关闭时，则相反。 铁心 弹片 接进气歧管 传感线圈 真空膜盒 a) 节气门开启状态b) 节气门关闭状态 13P （二）压阻效应式进气压力传感器 1) 硅膜片：用半导体材料硅制 成的，是利用半导体压阻效 应的压力转换元件。硅膜片 的一面是真空室，另一面是 进气 歧管压力。 硅膜片 真空室 IC 滤清器 接线端 进气歧管压力 1.传感器结构： 2) 真空室：提供绝对压力基准 。 3) 滤清器：滤除进气杂质，以 免膜片受到腐蚀和脏污而 。 4) IC：集成传感器电路。 5) 接线端： 压阻效应式进气压力传

9、感器 结构图 14P 真空室 硅片 IC 压阻式歧管压力传感器的硅 膜片一面通真空室，另一面导入 进气歧管压力。在压差作用下， 硅膜片就会产生机械应变而产生 应力，应变电阻的阻值在膜片应 力的作用下就会发生变化，电桥 上电阻值的平衡就被打破，从而 使电桥输出电压变化。由于该电 压值很小，再经过混合集成电路 的放大处理后，从ECU的PIM端 子提供给微电脑电路。 2.传感器工作原理 15P 说明： 发动机电喷系统的汽油喷射，除了受进气压力、发动机 转速等主要因素影响外，还必须考虑发动机在冷启动、热车 后、满负荷、加速及停车时燃油供给的中断等诸多因素。为 此，还设置许多附加或辅助装置，如节气门位置

10、传感器和附 加空气阀等。 另外，由于压力传感器结构和测量原理的要求，因此压 力传感器安装在振动较小的车身处，用一根橡胶管与进气总 管相连作为取气管。 16P 由两片用绝缘垫平行 隔开的氧化铝膜片形成电 容。在铝片的内表面贴有 两片极薄的硅片，分别与 一根引线相连。 氧化铝膜片与绝缘垫 围成的空腔抽成真空提供 绝对压力基准。 （三）电容膜盒式进气歧管压力传感器 1.传感器结构： 真空腔通进气歧管 氧化铝片 硅片 引线 绝缘垫 电容膜盒式进气压力传感器 结构图 17P 氧化铝片和绝缘垫圈构成真空腔的膜盒，该盒装在与进 气管相通的容器内。当进气歧管压力发生变化时，极板氧化 铝片弯曲变形，极板的间隙发

11、生变化，其电容随之变化，从 而获得与压力成正比的电容值信号。 把电容式传感器作为谐振电路的一部分，当进气压力发 生变化时，谐振频率发生相应的变化，其输出信号的频率与 进气压力成正比。其频率大约在80120Hz内变化。 真空腔通进气歧管 氧化铝片硅片 引线 绝缘垫 2.传感器工作原理 ECU根据信号的频 率便可算出进气歧管的 绝对压力。 利用两个极板之间的电容与极板间的间隙成反比原理。 18P 检测步骤： 1）拔下传感器插头，接通点火开关，测量VCC端子与E2间 电压应该为4.55.5V。 二、进气压力传感器的检测 进气压力传感器 电子控制单元ECU 进气 硅片 混合IC 稳压电源 单片机 A/

12、D转换 进气压力传感器与ECU的连接电路示意图 VCC PIM E2 E1 19P 2）插回插头，拆下传 感器上的软管，接 通点火开关，测量 ECU连接器上PIM 与E2端子间的大气 压下输出的电压， 应符合图示的输出 特性。 3）对传感器施以 13.366.7kPa的负压(真空度)，再测ECU 连接器上PIM与E2端子之间的电压，应符合表所列值的 规律。 输出特性 输出电压/V mmHg UO 压力 0.5 2.4 3.6 3.9 1.2 0 60 750 11220 kPa 150450 100 840 真空度/mmHg 100200300400500 PIM/E2电压电压0.30.5 0

13、.70.9 1.11.31.51.71.92.1 20P 第三节 大气压力传感器 大气压力 (BARO) 传感器一般安装在发动机集中控制电 脑ECM/PCM (发动机控制模块/动力系统控制模块)内，电脑 通过大气压力传感器测量车辆所处位置的海拔高度以及车辆 爬山时的相对海拔高度。并把这种变化转换为输入的信号， 输入到电脑内，从而调整点火正时和燃油供给量，使发动机 性能得到稳定发挥。 大气压传感器 测测量大气压压的范围围： 101100mb（200PSi） 大气压压分辨率： 0.1mbar 测测量温度范围围： -40+85 INTERSEMA 大气压传感器MS5540B 21P 与歧管绝对压力传

14、感器相似。以本田雅阁轿车为例， 主要有硅片和放大电路组成。硅片覆盖着真空室，由发动 机ECM 向传感器提供 5V电源与传感器内部电路搭铁成回 路。真空室和大气压之间的压力差引起硅片弯曲变形，传 感器产生一个电压信号，经放大电路放大修正后的信号再 反馈到ECM。 传感器结构图 一、大气压力传感器的结构、原理 输出特性 输出电压/V kPa UO 压力 0.5 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 1.0 0 3451688510017 硅片真空室 22P 以三菱轿车大气压力传感器为例。安装在空气流量传感 器内，由惠斯登电桥组成，当海拔变化，输出信号到ECU的 16号端子。ECU据此修正喷油量。

15、13和23端子并联以减少接 触电阻。 接通点火开关： 端子23与搭铁间电压应 为5V。 传感器信号输出端子5 输出电压UO应为3.54.2V 。 二、检测方法 1）检查搭铁情况 端子14与搭铁电阻为0 2）检测各端子间电压值： 354 1323161424 ECU UO 传感器 E1 E1E2 5V电源 三菱轿车大气压力传感器接线图 23P 第四节 制动主缸油压传感器 作用：检测制动蓄压器压力，以控制制动系统中油压助力装置 中的油液压力，向外发出液压制动油泵接通与断开信 号，油压异常时报警信号。 半导体应变片基片 密封圈 传感 元件 壳体 1.传感器结构： 由基片、半导体应变片、 传感元件及壳体组成。 2.传感器工作原理： 利用应变片的电阻随形 状变化的性质，通过金属膜 片检测出压力的变化，并转 变成电信号向外输出。 24P 安装位置：主缸下部。 2