传感器综合应用2.ppt

机电类《自动检测技术及应用》 教材配套多媒体课件 统一书号：ISBN 978-7-111-34300-4 配套教学网站：或 共13章，第十三章 (下)，第3、4、5、6节 2012年7月版 第十三章 检测技术的综合应用（下） 检测技术的综合应用（下）介绍传感器在现代汽车、数控机床、机器人和智能楼宇中的应用。给出了传感器在汽轮机叶根槽数控加工中的综合应用实例。 第十三章（下）传感器综合应用 目录 13.3 传感器在汽车中的应用 13.4 传感器在数控机床中的应用 传感器在汽轮机叶根槽数控 加工中的综合应用实例 13.5 传感器在机器人中的应用 13.6 传感器在智能楼宇中的应用 第三节 传感器在现代汽车中的应用 汽车的组成框图及传感器分布 一、汽车结构及工作过程概述 汽车类型繁多,结构比较复杂,大体可分为发动机、底盘和电气设备三大部分又可分成燃料系、点火系、传动系、轿厢系等几个系统， 汽车底盘示意图 福特林肯Navigator的底盘 汽车发动机 发动机是汽车的动力装置，其作用是使吸入的燃料燃烧而产生动力，通过传动系统，使汽车行驶。汽油发动机主要由汽缸、燃料系、点火系、起动系、冷却系及润滑系等组成。汽车的工作过程均是在电控单元ECU控制下进行的。 汽车发动机总成 汽油喷射发动机示意图 汽油喷射系统示意图 汽车中的传感器 汽油喷射系统的测控单元 电子控制单元 ECU 电子控制单元(Electronic control unit)又称“车载电脑”等。由微处理器(CPU)、存储器(ROM、RAM）、输入/输出接口（I/O）、模数转换器（A/D）以及整形、驱动等大规模集成电路组成。 电控单元的功用是根据其内存的程序和数据对空气流量计及各种传感器输入的信息进行运算、处理、判断，然后输出控制指令。内部关键电路有稳压装置，工作电流约0.1A，能承受-40℃~80℃的波动，1000Hz以下的振动，损坏概率小。 各个子系统，例如防抱死制动系统、4轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统、多向可调电控座椅等都配置有各自的ECU。汽车上多个ECU之间的信息传递采用一种称为多路复用通信网络技术，将整车的ECU形成一个网络系。 ECU原理框图及输入/输出信号 . ECU外形 桑塔纳2000ALI的ECU . ECU在汽车发动机上的安装位置 发动机ECU的闭环控制原理 通过氧传感器判断发动机的工作状态，调节节气门的大小；通过汽缸爆震传感器,判断“点火正时”的提前角；通过水温传感器,判断发动机燃烧室温度是否正常,并修正供油量,保护发动机。 传感器在汽车中的位置 传感器在发动机中的位置 发动机电控原理框图 与发动机配套使的部分传感器 发动机点火提前角的测控 汽油发动机从点火时刻起到活塞到达压缩上止点这段时间内曲轴转过的角度称为点火提前角。 混合气从点燃、燃烧、烧完有一个时间过程，最佳点火提前角的作用就是在各种不同工况下使气体膨胀趋势最大段处于活塞做功下降行程，能提高效率，减小振动，减小发动机发热。 提前角通常设为5度以上。随着转速的上升，需要适当加大提前角 。但是，提前角太大，易产生爆震。爆震传感器将发动机的爆震信号转变成电信号，输入到ECU，ECU据此减小点火提前角，从而使点火提前角在任何工况下都保持一个最佳值。 发动机点火提前角的闭环控制 发动机爆震的检测方法有：气缸压力法、发动机机体振动法和燃烧噪声法等。其中气缸压力检测方法，准确度高，但存在爆震传感器的耐久性差和安装困难等问题。燃烧噪声检测法是非接触式的，它的耐久性好，但灵敏度低。爆震传感器有压电传感器等。 点火提前角配气相位动态图解 爆震控制处理时间图 ECU通常把爆震分成几个等级：强爆震、中等爆震和弱爆震。一旦爆震发生,ECU根据爆震强度逐步缩小提前角,推迟点火时间。 空气系统中的传感器 为了得到最佳的燃烧状态和最小的排气污染，必须对油气混合气中的空气-燃油比例（空燃比）进行精确的控制。空气系统中传感器的作用是计量和控制发动机燃烧所需要的空气量。 空气进气量还与油门踏板有关。驾驶员通过操作油门踏板控制进气道的节气门开度，以改变进气流通截面积，从而控制进气量，由此控制发动机的功率。ECU必须测量节气门的开度，才能控制喷油器的喷油量。 空气流量传感器 空气流量传感器有多种类型，使用较多的有热丝式气体测速仪以及卡门涡街流量计。 卡门涡街流量计原理 在进气管中央设置一只直径为d 的圆锥体（涡流发生器），锥底面与空气流速方向垂直。当空气流过锥体时，由于空气和锥体之间的摩擦，在锥体的后部两侧交替地产生旋涡，并在锥体下游形成两列涡流，该涡流称为卡门涡流，使下游的空气产生振动。 测量出卡门涡流的频率，即可获得空气流速v，并可以通过式q=A v（A