汽车试验技术全套配套课件 第三章 传感 .doc

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1、第三章汽车试验系统中常用的典型传感器汽车试验的最终目的是要获得与被测量一致的试验结果，试验结果的获取主要有两种方式，其一是将被测量或与被测量有确定函数关系的其它量与标准量或事先经标准量校正过的校准量进行比对；其二是利用一套复杂的测试系统来完成，此方式的第一环节就是利用传感器感知被测量的大小和变化。传感器是一种将被测量（包括物理量、化学量、生物量等）转换为易于处理量的装置，其功用是：（1）感知被测量的变化，即敏感作用；（2）将非电量转换为便于传输、调理、处理和显示的量，即转换作用。由于被测量的范围很广

2、，且种类繁多，因此传感器的种类和规格亦十分繁杂。为了便于认识和了解传感器，需要对其进行适当地分类。传感器的分类方法很多，在此仅介绍两种最常用的分类方法：1、按工作原理分类传感器按其工作原理的不同可分为发电式传感器和电参量式传感器两大类。发电式传感器：将非电量转化为电动势的传感器。如测速发电机、磁感式传感器、光电式传感器等。这类传感器的重要特点是，传感器就是一个电源（产生电动势），因此不需外加电源。电参量式传感器：将被测量转换为电参量（如电阻、电容、电感等）的变化。如电阻（热敏电阻、压敏电阻、滑变电阻

3、等）式传感器、电容式传感器（电容式加速度传感器、容栅式传感器）、电感式传感器（电感式传声器、电感式位移传感器）等。2、按被测物理量分类按被测物理量的不同，传感器可分为很多类，汽车行业所用的传感器主要有：温度传感器、压力传感器、转矩传感器、速度/转速传感器、倾角传感器、气体传感器等。第一节电阻式传感器电阻式传感器的种类很多，汽车试验领域所用的电阻式传感器主要有：热敏电阻式传感器、电阻应变式传感器、压敏电阻式传感器、滑变电阻式传感器、光敏电阻式传感器等。一、热敏电阻式传感器热敏电阻式传感器在汽车工程领域

4、应用十分广泛，主要用来测量温度（汽车上各部温度的测量几乎都用这种传感器），其原因是：热敏电阻式传感器具有结构简单、工作可靠、制造成本低、测量精度高等诸多优点。热敏电阻式温度传感器是利用某些金属氧化物或单晶锗、单晶硅等材料的电阻值随温度的变化而变化的特性工作的。制造热敏电阻的材料不同，热敏电阻随温度变化的规律亦不同，据此，热敏电阻式温度传感器被分为三种不同类型，即正温度系数型（PTC）：电阻值随温度的上升而上升；负温度系数型（NTC）：电阻值随温度的上升而下降；临界温度型（CTR）：在某一特定温度，电

5、阻值发生突变。无论哪一种热敏电阻，其特性均为非线性，如图3-1所示。汽车上各部位（如反动机温度、进气温度、空调出风的温度）的温度测量几乎都采用负温度系数型（NTC）热敏电阻式温度传感器。图3-2是某种轿车发动机进气温度传感器和水温度传感器，主要由热敏电阻、引线和外壳组成，图3-1热敏电阻特性曲线1－正温度系数型（PTC）；2－负温度系数型（NTC）；3－临界温度型（CTR）（a）进气温度传感器(b)水温度传感器（c）车用热敏电阻使温度传感器的外形图3-2热敏电阻温度传感器1－外壳；2－热敏电阻；3－

6、引线负温度系数型热敏电阻温度传感器的电阻值与温度的关系为：(3-1)式中：——热敏电阻的电阻值；、——与热敏电阻材料和制造工艺有关的常数；——被测温度。二、压敏电阻式传感器压阻效应：有些半导体材料在受到压力作用后，其电阻率会发生变化，这一现象称为压阻效应。利用压阻效应制造出的敏感元件称为压敏电阻式传感器。压敏电阻式传感器主要是结晶硅和锗经掺入杂质后形成的P型和N型半导体器件。由于半导体是各向异性的材料，因此它的压阻系数不仅与掺杂浓度、工作温度和材料的类型有关，而且还与晶轴方向有关。当单晶半导体材料沿

7、某一轴向受外力作用时，原子点阵排列规律随之发生变化，进而导致载流子迁移率及载流子浓度产生变化，从而引起电阻率的变化，即：（3-2）式中：——半导体的压阻系数；——半导体材料的弹性模量，晶向不同时，其值亦不同，晶向为<110>时，；——材料的应变。式（3-2）是压敏电阻的原理式。若从专门处理的单晶硅或锗上沿一定晶轴方向切割一小块晶片，便可制造出P型和N型压敏电阻，P型压敏电阻在受压后，电阻值增加，而N型压敏电阻在受压后电阻值会减小。压敏电阻常用来制造压力传感器，即压敏电阻式压力传感器，又称为扩散硅压力

8、传感器，如图3-3所示。其核心件是一块沿某晶向切割的N型硅膜片，在膜片上利用集成电路工艺扩（a）压敏电阻式压力传感器的原理图(b)P型电阻的分布（c）压敏电阻式传感器的结构图3-3压敏电阻式压力传感器1－引线；2－硅环；3－高压腔；4－低压腔；5－硅膜片散出四个阻值相同的P型电阻（四个电阻的分布如图3-3（b）所示），并将其连成一平衡电桥，膜片的四周用圆形硅环固定，如此便形成了上、下两腔，上腔为高压腔，下腔为低压腔。若用此传感器测量流体的压力，则将下腔与被测系统相连，