《常用传感器》课件

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1、第二章常用传感器速度传感器空间格栅式压差式、热线风速仪加速度传感器压电、应变、电容式冲撞传感器电容式、压阻式、压电晶体基本内容控制系统所需传感器温度传感器热电阻、热电偶压力传感器压阻式、静电容式空气流量传感器气体传感器氧传感器,空燃比传感器汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟2.1概述(各系统所需传感器)汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟2.2温度传感器汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟2.2.1热电阻对传感器材料的要求：⑴温度系数大，线性好；⑵性能稳定；⑶使用温度范围宽；⑷系数设置方便；⑸线材加工方便。最合适的材料：铂(Pt)、铜(Cu)㈠铂

2、电阻：Rt=R0(1+At+Bt²)(0~630℃)R100/R0=1.3916铂电阻主要规格如下：公称电阻：(50),100精度等级：0.15级,0.2级,0.5级额定电流：2mA,5mA,(10mA)(0.15级及0.2级用2mA)封装形式：护管式、玻璃封装式(400℃)、陶瓷封装(600℃)汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟㈡半导体热敏电阻与金属热电阻比，温度系数大、反应速度快、价格便宜，但线性差。常用的有：NTC、PTC、CTR等NTC(NegativeTempreatureCoefficientthermister)主要由Mn,Co,Ni,Fe等金属氧

3、化组成，可通过改变成分调整电阻值及温度特性。R=Roexp[B(1/T-1/T0]其中，B：热敏系数，一般2000~6000K汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟2.2.2热电偶热电偶由两种不同的金属线相接触而构成，当基准电和测量点间有温差时，就会得到输出电位。其结构简单、可靠，测量范围广，可测量微小区域的温度(用的丝线细)，响应速度快，但输出信号小(几十μv/℃)，需注意测量电路的漂移和噪声。热电偶测量的是温差，需对基准点的温度进行补偿：⑴将基准点放置在冰点槽中；⑵用热电阻测量基准点的温度，并用桥式电路进行自动补偿。封装形式：⑴保护管(不锈钢,3~30mm):强度高

4、、耐热、耐腐蚀；⑵铠装(金属管,0.2,0.5~8mm):金属细管和热电偶芯间填充有MgO，绝缘、密封，抗腐蚀和老化，反应快，耐热，耐振，可适当弯曲。汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟2.3压力传感器基本构成：⑴变形部分(压力→应变);⑵变换部分(应变→电信号);⑶信号处理部分(信号放大和调整).检测原理:⑴物性型(压阻效应);⑵结构型(电极面积或距离).2.3.1压阻式压力传感器压阻效应:结晶硅受到应力作用,单位电阻值会发生变化.扩散半导体式:在硅基片的中央制有膜片,在膜片上扩散形成压阻应变片,当在压力作用下,产生应变,使应变片阻值发生变化,测出阻值的变化量即可得

5、到压力值.汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟特点:①选择扩散位置可制出电桥其他臂;②灵敏度高(为金属应变片的几十~几百倍);③一致性好,无需粘接,无畸变、滞后;④温度变化对压阻系数影响大,需补偿；⑤先将膜片固定在硅机体上,再一起固定在金属机体上.构造和测量原理:在膜片表面扩散成四个应变片，其中两个沿半径方向布置(RadialGaugeResister):Rr1和Rr2;其中两个沿切线方向布置(TangentialGaugeResister):Rt1和Rt2,膜片受到压力作用时会产生变形,在膜片表面上生成的应力是径向σr切向σt的合成,在微小范围内变形与应力可视为线性

6、:σr，σt＝k·ΔP(其中,k:膜片的压力应变系数;ΔP:压差)如按图(a)那样布置,应变电阻会受到二个方向应力σr和σt的作用,由于压阻效应使径向应变电阻和切向应变电阻的阻值发生变化,可近似用下面的式子表示：汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟ΔRr/Rr≈πlσr+πtσtΔRt/Rt≈πlσt+πtσr其中,Rr,Rt:应力为零时径向和切向应变电阻的阻值ΔRr,ΔRt:应力作用后径向和切向应变电阻的阻值变化量πl,πt:纵向和横向压阻系数(l:longitudinal,t:transverse)πl>0,πt<0接成桥式电路时的输出电压:e=(Rr-Rt)E/

7、(Rr+Rt)≈kπlΔp制造过程:⑴将n型硅片的两面加工成镜面；⑵扩散形成应变电阻和电子元件；⑶蒸着形成电极；⑷内面加工出凹形截面形成膜片；⑸固定到与硅的热膨胀系数接近的玻璃等基体上⑹装入外壳中、连出引线、充填硅胶汽车电子控制技术重庆大学机械工程学院汽车系张伟2.3.2静电容式压力传感器概要：由可动电极(膜片)和绝缘基板上两个面对面的电极组成，被测压力使膜片变形，和固定电极间的间隙发生变化，引起静电容变化，可得与压力一一对应的容量差，其特性取决于膜片部分的结构(特别是电极间的间隙)，为了获