汽车测试技术_第四章.ppt

第四章 常用传感器及其测量电路 学习要求 1.掌握传感器的概念及其分类； 2.掌握电阻式传感器的原理及其应用； 3.掌握电容式传感器的原理及其应用； 4.熟悉电感式传感器的原理及其应用； 5.掌握压电式传感器的原理及其应用； 6.熟悉磁电式传感器的原理及其应用； 7.熟悉光电式传感器的原理及其应用； 8. 熟悉传感器的选用原则； 传感器的地位和作用 汽车传感器是汽车电子控制系统的信息源和关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。目前，一辆普通轿车大约安装了几十只到上百只传感器，而豪华轿车上的传感器数量多达二百余只。 传感器的构成 传感器的分类 按传感器的工作原理分为： 电阻式传感器、电感式传感器、 电容式传感器、电势式传感器等 传感器的性能要求 灵敏度高，输入和输出之间应具有较好的线性关系； 噪声小，并且具有抗外部噪声的性能； 滞后、漂移误差小； 动态特性良好； 在接入测量系统时，对被测量不产生影响； 功耗小，复现性好，有互换性； 防水及抗腐蚀等性能好，能长期使用； 结构简单，容易维修和校正； 低成本、通用性强； 变阻式传感器又称为电位器式传感器。它们是由电阻元件及电刷(活动触点)两个基本部分组成。电刷相对于电阻元件的运动可以是直线运动、转动和螺旋运动，因而可以将直线位移或角位移转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。 利用电位器作为传感元件可制成各种电位器式传感器，除可以测量线位移或角位移外，还可以测量一切可以转换为位移的其它物理量参数，如压力、加速度等。 金属丝式应变片是用0.01～0.05mm的金属丝做成敏感栅，有圆角形栅丝式和直角形栅丝式两种。它制作简单、性能稳定、成本低、易粘贴，但因圆弧部分参与变形，横向效应较大。 金属箔式应变片是利用照相制版或光刻技术，将厚约为0.003～0.01mm的金属箔片制成敏感栅。箔式应变片具有如下优点: 金属薄膜应变片是采用真空蒸发或真空沉积等方法，在薄的绝缘基片上形成厚度在0.1?m以下的金属电阻材料薄膜的敏感栅，最后再加上保护层。它的优点是应变灵敏系数大，允许电流密度大，工作范围广，可达－197～317℃。 半导体应变片是半导体材料受到应力作用时，其电阻率会发生变化，这种现象称为压阻效应。实际上，任何材料都不同程度地呈现压阻效应，但半导体材料的这种效应特别强。 最常用的半导体电阻材料有硅和锗，掺入杂质可形成P型或N型半导体。由于半导体(如单晶硅)是各向异性材料，因此它的压阻效应不仅与掺杂浓度、温度和材料类型有关，还与晶向有关(即对晶体的不同方向上施加力时，其电阻的变化方式不同)。 压阻式传感器的特点是: 灵敏度非常高，有时传感器的输出不需放大可直接用于测量； 分辨率高，例如测量压力时可测出10～20Pa的微压； 测量元件的有效面积可做得很小，故频率响应高； 可测量低频加速度和直线加速度。 最大的缺点是温度误差大，故需温度补偿或恒温条件下使用。 应用：测应变、力、位移、加速度、扭矩等 2）应变片粘贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成应变式传感器。这种传感器常用来测量力、位移、压力、加速度等物理参数。在这种情况下，弹性元件将得到与被测量成正比的应变，再通过应变片转换成电阻的变化后输出。 灵敏度S与气隙长度?的平方成反比，?愈小，灵敏度S愈高。为了减小非线性误差，在实际应用中，一般取 。这种传感器适用于较小位移的测量，一般约为0.001～1 mm。 几种常用可变磁阻式传感器的典型结构 电涡流式传感器 电涡流式传感器 2、分类：高频反射式和低频透射式 e2的大小与G的厚度及材料性质有关，实验与理论证明，e2随材料厚度h增加按负指数减小。故由e2的变化便可测得材料厚度。 优点： 涡流式传感器的应用 涡流式传感器的应用 涡流式传感器的应用 金属零件表面裂纹检测 涡流式传感器的应用 互感型（差动变压器式）传感器 工作原理：利用电磁感应中的互感现象，将被测位移量转换成线圈互感的变化。由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称差动变压器式传感器。 用于小位移的差动相敏检波电路的工作原理 差动变压器式传感器的优点是： 测量精度高，可达0.1?m； 线性范围大，可到±100mm； 稳定性好，使用方便。 因而被广泛应用于直线位移，或可能转换为位移变化的压力、重量等参数的测量。 电容式传感器 电容式传感器是将被测量（如尺寸、压力等）的变化转换成电容量变化的一种传感器。 电容式传感器 (1)极距变化型电容式传感器 电容式传感器 (2)面积变化型电容式传感器 电容式传感器 由于平板型传感器的可动极板稍有极距方向移动会影响测量精度，因此，一般情况下，变截面积