传感器 参考文献 传感器及其工作原理

传感器及其工作原理

一、认识传感器

1.传感器

（1）定义：传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量（通常是电压、电流等电学量），或转换为电路的通断.

☞生活中的实例

（2）基本特性：把非电学量转换为电学量，可以方便地进行测量、传输、处理和控制等.

2.传感器的工作原理：传感器通过敏感元件感受的通常是非电学量，而它利用转换元件输出的通常是电学量，如电压、电流、电荷量等.

传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路和辅助电源四部分组成，其工作原理如图所示.

敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量有确定关系的物理量信号；转换元件将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号；转换电路负责对转换元件输出的电信号进行放大调制；转换元件和转换电路一般还需要辅助电源供电.

☞敏感原件干簧管的结构及原理

如图所示，它由用玻璃管封入两个软磁性材料制成的簧片组成.当磁铁靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”.干簧管是一种能够感知磁场的传感器，广泛用于电工设备和电子设备中.

3.传感器的特点

微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化它是实现自动检测和自动控制的首要环节.传感器的存在和发展，让物体有了“触觉”“味觉”和“嗅觉”等，让物体慢慢“活”了起来.

4.传感器的分类

（1）按照其用途可分为：压力传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器、雷达传感器等.

（2）按照其原理可分为：振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等.

（3）按其输出信号可分为：模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号；

数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号（包括直接和间接转换）；

膺数字传感器——将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号（包括直接和间接转换）；

开关传感器—当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号.

（4）按照其测量目的可分为：物理型传感器、化学型传感器、生物型传感器.

☞几种传感器中的敏感元件

二、对敏感元件的认识

1、光敏电阻：是一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器.

（1）特性：当用不同的光照射光敏电阻时会得到不同的电阻，由实验数据可知一般光照强度越强，电阻越小.

（2）本质：一般构成光敏电阻的物质为半导体材料，当无光照时载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变强，电阻就会减小.

（3）作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量，就如同人的眼睛一样，可以感知光线的强弱，应用光敏电阻可制成光电计数器.

☞街旁路灯和江海里的航标都要求在夜晚亮、白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的光敏性.

2.热敏电阻和金属热电阻

（1）热敏电阻

①由半导体材料制成，利用温度变化使半导体的导电性能发生变化的电子元件一般热敏电阻的阻值随温度的升高而减小.

②分类：热敏电阻是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻（PTC）、负温度系数热敏电阻（NTC）和临界温度热敏电阻（CTR）.正温度系数热敏电阻随温度升高电阻增大；负温度系数热敏电阻随温度升高电阻减小（这是最常见到的热敏电阻，如边栏图R-T图象中的热敏电阻）；临界温度热敏电阻具有负电阻突变特性，在某一温度下，电阻值随温度的增加急剧减小，具有很大的负温度系数.它们的电阻率随温度的变化如边栏图中ρ-t图象所示.

☞金属热电阻与热敏电阻的R-T特性曲线

☞各种热敏电阻的电阻率随温度的变化情况

（2）金属热电阻：金属的电阻率随温度的升高而增大，利用这一特性，金属丝也可以制作成热敏传感器，称为热电阻一般的金属热电阻的灵敏度较差.

（3）氧化锰热敏电阻和金属热电阻的对比

三、霍尔元件

1、霍尔元件：如图所示，在一个很小的矩形半导体（例如砷化铟）薄片上、制作四个电极E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件.

2、霍尔电压

（1）表达式：如图所示，E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁感应强度为B的磁场，则MN间出现霍尔电压UH，UH＝kIB/d.

（2）原理：以载流子是自由电子为例，霍尔电压的推导如下：根据左手定则，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电子运动的反方向（即电流方向），

拇指指向即电子受洛伦兹力的方向，电子在洛伦兹力作用下发生偏转，并在左右两侧表面积累，则左侧表面积累负电荷，右侧表面就积累等量的正电荷，即右侧表面的电势高，这样就会形成电场，当电子所受电场力与洛伦兹力平衡时，左、右两侧的电压达到稳定.

☞霍尔元件的分类

霍尔元件可分为两类：一类是金属霍尔元件，其载流子是自由电子；另一类是半导体霍尔元件，其载流子是空穴（可以认为是带正电的粒子）.

设M、N左右两板距离为h，E、F上下两板距离为d，则eE场=eU/h＝evB，又知导体中电流I＝nevS＝nev·hd，联立方程得U＝IB/ned.由于ne是由霍尔元件本身材料决定的，我们把kIB/d称为霍尔系数，用k表示，这样就有UH＝kIB/d，其中d是薄片的厚度.

3、霍尔电势高低的判断

由左手定则判断带电粒子的受力方向，从而得出带电粒子的偏转方向，正电荷聚集的面为高电势面，负电荷聚集的面为低电势面.

☞霍尔电势判断要点

在判断霍尔电势的高低时，一定要注意载流子是正电荷还是负电荷.无论载流子是正电荷还是负电荷，四指指的都是电流方向，即正电荷定向移动的方向，负电荷定向移动的反方向（电流方向一定时，无论载流子是正电荷还是负电荷，载流子受力方向均相同）.

4.霍尔元件的作用

一个霍尔元件的厚度d、霍尔系数k为定值，若保持电流I恒定，则霍尔电压U就与磁感应强度B成正比，因此，霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，故霍尔元件又称磁敏元件.

☞霍尔传感器技术在汽车工业中有着广泛的应用，包括动力、车身控制、牵引力控制以及防抱死制动系统。为了满足不同系统的需要，霍尔传感器有开关式、模拟式和数字式三种形式.

一本书全面掌握汽车传感器的工作原理、安装位置、检测、拆装方法

随着电子技术的发展，电子控制技术已在汽车各控制系统中广泛应用，以提高汽车的动力性、经济性、安全性、舒适性以及减少排气污染。汽车传感器是汽车电子控制系统中至关重要的元件，担负着信息的采集和传输功能。汽车传感器工作性能的好坏，直接关系汽车的运行状况和车辆行驶的安全性、经济性。

汽车传感器主要用于采集汽车运行的信息，并将这些信息转换为电信号输入电控单元，为汽车实现自动控制提供信息参考。汽车传感器是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。它在汽车上的应用从最初的发动机控制系统扩展到汽车的各个系统中，主要涉及发动机电子控制系统、底盘电子控制系统、车身电子控制系统和汽车舒适与安全控制系统。目前，一辆普通家用轿车上安装有几十个传感器，而豪华轿车上的传感器数量则多达上百个。

目前，汽车大多采用总线系统共享电子控制系统的“触角”——传感器的信息，所以传感器性能的好坏会直接影响相关系统甚至整车性能。因此，掌握汽车传感器的工作原理、安装位置、检测、拆装方法就变得至关重要。

下面小编给大家推荐一本《图解汽车传感器结构原理与检修》，图书内容新颖、系统性强、实用性强等优点，适合汽车维修人员、汽车维修类专业的师生使用，也适合汽车维修企业相关的管理人员阅读。

权威作者

刘春晖，高级工程师，汽车专业高级讲师，从事汽车电工维修工作，有多年的汽车电器系统、汽车电子控制系统维修工作经验；在各类汽车杂志上发表汽车电气维修类论文十余篇，已出版汽车维修类图书十余本。

图书特色

为什么要选这本书？

1

传感器是汽车电控系统至关重要的元件，担负着信息的采集和传输功能，直接关系汽车的运行状况。

图书用彩色高清图教会你识别各种传感器在汽车上的位置和构造组成

2

位置和角度传感器/气体和液体流量传感器/气体和液体压力传感器/浓度传感器/速度传感器/温度传感器/爆燃和碰撞传感器 本书全部包括

3

安装位置/结构原理/检测方法 全图解

4

汽车传感器常见故障的诊断方法 全掌握

内容简介

图书以汽车传感器为研究对象，系统讲述了位置和角度传感器、气体和液体流量传感器、气体和液体压力传感器、气体浓度传感器、速度传感器、温度传感器、爆燃和碰撞传感器以及其他类型传感器等不同类型的传感器的安装位置、结构原理及检测方法，同时对汽车传感器常见故障诊断方法进行了系统的总结。

图书最大的特点是“以图进行讲解”，减少了不必要的文字叙述；同时还具有内容新颖、系统性强、实用性强等优点。

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▼

◆ 目录：◆

前言

第一章汽车传感器概述1

第一节传感器分类及组成1

一、传感器定义及组成1

二、汽车传感器分类2

三、传感器信号2

第二节汽车传感器的检测4

一、传感器检测注意事项4

二、传感器的检测方法4

第二章位置和角度传感器8

第一节节气门位置传感器8

一、概述8

二、触点式节气门位置传感器9

三、线性可变电阻式节气门位置

传感器11

四、有怠速开关的可变电阻式节

气门位置传感器13

五、双可变电阻式节气门位置

传感器14

六、霍尔式节气门位置传感器15

七、速腾节气门控制单元19

八、智能电子节气门（ETCSi）24

九、感应式节气门位置传感器27

第二节加速踏板位置传感器28

一、可变电阻式加速踏板位置

传感器29

二、霍尔式加速踏板位置传感器30

三、速腾新型加速踏板位置

传感器30

第三节曲轴位置传感器33

一、曲轴位置传感器的功用和安装

位置33

二、磁感应式曲轴位置传感器34

三、霍尔式曲轴位置传感器37

四、光电式曲轴位置传感器43

第四节凸轮轴位置传感器45

一、概述45

二、霍尔式凸轮轴位置传感器45

三、磁阻式凸轮轴位置传感器46

四、新捷达霍尔式凸轮轴位置传感器检修49

第五节座椅占用传感器51

一、前乘客侧座椅占用传感器51

二、座椅占用识别压力传感器51

三、座椅占用识别控制单元52

四、座椅占用识别安全带拉紧力

传感器52

五、座椅占用识别系统组件的

联网53

六、座椅占用传感器检测54

第六节转向盘转角传感器55

一、大众转向盘转角传感器55

二、丰田转向盘角度传感器58

第七节其他位置和角度传感器59

一、水平位置传感器59

二、离合器位置传感器62

三、电动机械式助力转向电动机

位置传感器66

四、电容式液位传感器67

五、进气歧管风门位置传感器70

六、废气再循环电位计72

第三章气体和液体流量传感器74

第一节空气流量传感器74

一、空气流量传感器概述74

二、热丝式空气流量计75

三、热膜式空气流量传感器77

四、新型热膜式空气流量传感器

HFM680

五、热膜式空气流量传感器检测84

六、热阻式空气流量计87

第二节液体流量传感器87

一、光电式燃油流量传感器87

二、静电式冷媒流量传感器88

第四章气体和液体压力传感器90

第一节进气压力传感器90

一、半导体压敏电阻式传感器90

二、传感器的检测93

第二节轮胎压力传感器94

一、轮胎压力监控系统的结构

组成94

二、轮胎压力监控系统的工作

过程97

三、轮胎压力监控系统的操作和

显示99

四、轮胎压力监控系统的功能102

第三节制动压力传感器103

一、压阻式制动压力传感器103

二、压电式制动压力传感器106

三、制动压力传感器（BOSCH/

ITT）107

第四节其他压力传感器109

一、机油压力传感器109

二、大众直喷发动机燃油压力

传感器110

三、电控柴油机共轨燃油压力

传感器111

四、制冷剂压力/温度传感器114

五、制冷剂高压传感器115

六、增压压力调节位置传感器116

第五章气体浓度传感器118

第一节氧 传 感 器118

一、普通氧传感器118

二、宽域氧传感器124

第二节氮氧化物（NOX）

传感器129

一、NOX传感器结构129

二、NOX传感器工作原理129

三、NOX传感器安装位置与功能131

第三节空气质量传感器132

一、空气质量传感器安装位置和

作用132

二、空气质量传感器工作原理133

三、空气质量传感器功能133

四、空气质量传感器检测134

第四节烟雾浓度传感器134

一、结构与工作原理135

二、烟雾浓度传感器检测135

第六章速度传感器137

第一节轮速传感器137

一、磁感应式轮速传感器137

二、磁阻式轮速传感器140

三、霍尔式轮速传感器142

四、新型霍尔式轮速传感器144

五、新型主动型ABS轮速

传感器146

第二节组合式加速度传感器147

一、组合传感器147

二、组合式加速度传感器检测150

第三节加速度与减速度传感器151

一、纵向加速度传感器151

二、横向加速度传感器151

三、奥迪A8加速度传感器153

四、横摆率传感器和线性G

传感器155

第七章温度传感器157

第一节发动机用温度传感器157

一、温度传感器的功用157

二、温度传感器的结构158

三、进气温度传感器159

四、冷却液温度传感器161

五、排气温度传感器164

六、EGR监测温度传感器166

第二节电动汽车用温度传感器167

一、HV蓄电池温度传感器168

二、HV蓄电池进气温度传感器169

三、辅助蓄电池温度传感器169

四、混合动力系统电动机温度

传感器171

第三节汽车空调用温度传感器172

一、仪表板温度传感器173

二、车外温度传感器175

三、蒸发器出口温度传感器176

四、新鲜空气进气道温度

传感器179

五、脚坑出风口温度传感器179

第八章爆燃和碰撞传感器180

第一节爆燃传感器180

一、发动机爆燃的检测方法180

二、爆燃传感器的功用及分类180

三、磁致伸缩式爆燃传感器183

四、压电式爆燃传感器183

五、爆燃传感器检测184

第二节碰撞传感器186

一、碰撞传感器的分类186

二、机电结合式碰撞传感器187

三、水银开关式碰撞传感器189

四、电子式碰撞传感器（压力

传感器）190

五、碰撞传感器检测191

第九章其他类型传感器193

第一节智能型蓄电池传感器193

一、智能型蓄电池传感器工作

原理193

二、智能型蓄电池传感器结构与

安装位置193

三、IBS功能193

四、电子分析装置195

第二节雨量感应传感器195

一、雨量传感器196

二、刮水器电动机控制单元197

三、供电控制单元198

四、智能型刮水器控制功能199

五、智能型刮水器的其他功能200

第三节雨量和光线识别传感器200

一、“下雨关闭”功能200

二、雨量和光线识别传感器202

三、雨量识别功能203

四、光线识别功能203

第四节新款皇冠分相器扭矩

传感器204

一、新皇冠电控助力转向系统

结构204

二、电控助力转向系统基本

工作原理208

第五节空气湿度传感器209

一、安装位置和作用209

二、空气湿度的测量210

三、传感器的温度测量211

四、湿度传感器电路图212

第六节日照光电传感器212

一、日照光电传感器结构212

二、日照光电传感器原理212

三、日照光电传感器检测213

第七节其他传感器214

一、车身高度传感器214

二、车身加速传感器216

三、主动巡航控制传感器217

四、倾斜传感器219

五、助力转向装置传感器219

六、燃油油面高度传感器221

七、GPS导航转角传感器223

八、偏转率传感器225

九、玻璃破碎传感器227

十、快速起动传感轮228

十一、转向力矩传感器229

参考文献233

END

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