气检传感器 了解发动机八大传感器，看懂了你也是老师傅
了解发动机八大传感器，看懂了你也是老师傅
发动机告别化油器之后电控系统大显身手，电控系统控制精度更高，发动机工作更稳定效率也更高，排放也更洁净。而电控系统则离不开传感器，各种传感器就是眼睛、鼻子，用来感知发动机各种数据，电脑根据数据控制发动机工作。
因此，传感器出故障后，电脑就成了瞎子、聋子，自然也就无法正常工作，发动机也会出现各种故障。
发动机电控系统组成
发动机运行离不开空气，空气与汽油混合后得到易燃的混合气。但是混合气与空气的比例是有要求的，过浓过稀都不行。怎么控制呢？这就离不开
空气温度传感器
除了流量计之外还有空气
与空气有关都还有一个进气压力传感器。 进气压力传感器位于节气门后方，用来检测进气歧管内绝对压力。发动机转速高低与负荷大小检会影响进气歧管绝对压力，电脑根据压力信号控制基本喷油量的大小。
进气压力传感器
发动机工作同样离不开冷却液，检测冷却液温度自然离不开水温传感器。 水温传感器比较容易理解:测量检测水温温度，控制散热风扇运转、电脑根据水温信号控制喷油量，修正喷油量。
实物图如下:
水温传感器
控制尾气排放标准离不开氧传感器 。氧传感器安装在排气管上，一般车型都带有两个传感器，前后方各一个。氧传感器检测尾气中氧气含量从而推断出燃烧室内空燃比，发出负反馈信号给电脑修正喷油脉宽，把空燃比维持在理论值附近，让尾气排放更洁净。
氧传感器
除了温度、空气传感器用来检测机外条件外，发动机工作时还需要对运动部件检测。例如检查曲轴位置、凸轮轴位置、节气门位置等。根据曲轴位置传感器 感知曲轴转角，确定活塞在气缸中位置来确定喷油时间与点火正时。
曲轴位置传感器
凸轮轴传感器 则是 用来采集感知配气凸轮轴位置信号，电脑根据凸轮轴位置传感器信号可以识别确定某一缸活塞上止点 ，根据此信号来确定喷油顺序，点火时刻，还可以抑制爆燃。
凸轮轴位置传感器
节气门位置传感器 用来检测节气门开度，传感器与节气门轴联动。这个传感器用来告知电脑节气门真实开度，开度信号有什么用呢？电脑可以感知发动机当前工况，例如急加速、怠速、起步加速、减速等工况，根据工况发出相应的指令来控制发动机，甚至控制变速箱换挡。
节气门位置传感器
当然发动机还有其他传感器存在，例如爆震传感器 用来感知发动机爆震，电脑根据爆震传感器信号控制点火提前角来抑制爆震。
爆震传感器
总之电控发动机工作需要众多传感器配合，传感器就是发动机控制电脑感知器官，也是电脑的眼睛、鼻子，把发动机当前工况传递给电脑，电脑根据内置程序控制各种执行器工作，保证发动机工作正常，尾气排放达标。一旦传感器出故障，电脑也就无法正确指挥执行器工作，发动机也会出现各种问题。
前几天一辆老款H6来修配厂咨询，问题现象是冷车不好启动。在别的修配厂更换了火花塞、汽油泵，机油，又在汽车电器那换了新电瓶，换了新起动机，症状稍有改善但是冷启动仍然吃力，温度低于-15摄氏度就需要外加电瓶启动。征得车主同意后把车辆停放在修配厂户外，次日早上启动发现发动机转速正常，启动有力，就是不着车。
拆火花塞发现系统有供油，跳火也正常，听声音缸压也正常。怀疑电脑稳定性变差，于是拆下电脑到室内，温度上升后装回汽车仍然无法启动。在一边想了一会，与低温有关系的影响车辆启动的只有水温传感器，数据不正常会导致喷油量过大，因为电脑会认为当前环境温度过低，结果过大喷油量直接淹缸。但是拆火花塞发现并没有发现淹死，接下来怀疑的就是曲轴位置传感器不稳定，因为用户说车子启动后一切正常。直接更换曲轴位置传感器后冷启动一次就可以着车，故障排除。
剑桥团队开发丝状气凝胶传感器，可在几秒内高灵敏准确检测甲醛
如今，越来越多的人认识到甲醛对人体的危害。
在室温条件下，它作为一种无色气体，带有浓烈的刺鼻味道，不仅普遍地存在于日常生活的环境中，还会从建筑材料和许多家用产品中逐渐释放。
虽然它本身浓度并不高，但如果在室内等相对密闭的空间，浓度就会慢慢上升。
一旦浓度达到一定程度，会对人们的身体健康造成不良影响，比如短期产生疲劳、头痛、过敏等症状，长期则可能引起鼻咽癌，甚至导致白血病。
市面上现有的甲醛传感器，是检测和监测室内甲醛气体浓度的有效工具。
遗憾的是，多数甲醛传感器并不足够达到精准检测，除了对甲醛有响应，还可能误识别到其他的气体。同时，它的功耗也非常高，需要升高到一定温度，才能实现良好的甲醛传感。
为了提供更好的解决方案，近期，来自英国剑桥大学的研究团队用 3D 打印开发了一种基于石墨烯和量子点材料的气凝胶传感器，能够在室温和低功耗的条件下，实时高灵敏度地准确识别甲醛气体。
图丨具有不同层数和表面孔隙率的气凝胶（来源：Science Advances）
近日，相关论文以《使用气凝胶长丝在室温下进行实时、抗噪音和抗基线漂移甲醛传感》（Real-time, noise and drift resilient formaldehyde sensing at room temperature with aerogel filaments）为题在 Science Advances 上发表[1]。
图丨相关论文（来源：Science Advances）
剑桥大学博士研究生陈卓是第一作者，剑桥大学陶菲克·哈桑（Tawfique Hasan）教授担任通讯作者，英国华威大学朱利安·加德纳（Julian Gardner）教授为合作者。
图丨陶菲克·哈桑教授和陈卓（来源：陈卓）
该甲醛传感器具备两大优势，其一是能够有选择性地准确识别甲醛，其二是拥有良好的抗噪声和抗基线漂移的性能。
为了实现前者的优势，该课题组主要采用一种叫做丝状气凝胶的材料，来提高传感器响应甲醛的灵敏度。这种材料基于量子点所修饰的石墨烯并由 3D 打印制备。
虽然该材料属于固态，但大约 99% 的体积都由空气组成，所以具有疏松多孔的结构特性，非常适合甲醛气体向内扩散。
在提高灵敏度的同时，研究人员也需要克服交叉响应的问题，即排除酒精、甲苯、丙酮等其他以气体形式存在的挥发性有机化合物的干扰，以进一步提高传感器的准确性。
对此，研究人员将不同的传感器组成一个阵列，使其面临不同的气体能够产生不同的响应。
“不同的气体在经过传感器响应之后，会产生类似人的不同的指纹，我们通过这个指纹就能准确地探测出到底是甲醛还是其他气体。”陈卓解释道。
而后者的优势则通过基于动态特征的算法来实现。
据了解，现有的大部分甲醛传感器在室温下运行时存在很多不同的噪声，这会给传感器读数的准确度带来影响。并且，读数也将伴随着时间慢慢地漂移。
“比如，我们今天读到的是一个数值，等到一个月后，即便环境中的浓度并未发生改变，但由于传感器的信号本身发生了漂移，也会造成读数不准确。”陈卓说。
利用该团队开发的算法，当传感器对气体发生响应时，会通过分析动态响应的过程来提取变化率和傅里叶变换的频谱特征这两种不同的特征，这不仅有助于过滤噪声，也能清除掉来自基线漂移的影响。
“通过传统方法监测传感器的响应度，可能在 50 天内会产生约 20% 的基线漂移；但基于我们的算法，动态响应特征值在这个时间段之内不会有任何漂移发生。”陈卓表示。
目前，从体积上看，该传感器的长度、宽度和厚度分别为 4 毫米、5 毫米和 0.2 毫米，比较适用于室内这种空气流动比较差的场景，至少可以覆盖 100 平方米房屋面积的甲醛监测和测量，并能在几秒之内告诉用户室内是否存在甲醛、以及浓度是多少。
其中，值得一提的是，此前传感器的响应可能要等到 10 至 20 分钟气体扩散之后才能达到稳态，并提供相应的读数信息，而该传感器的响应速度能从数十分钟缩短到秒钟这一数量级。
在目前成果的基础上，该课题组打算在未来继续降低传感器的体积和功耗，以便能够将它集成在可穿戴设备或健康监测设备上。
“我们会进一步智能化该传感器，让它测量的范围拓展至二氧化氮、二氧化硫、甲苯等更多室内污染性气体，并实现在不同湿度下的准确监测，从而为用户提供更加全面的室内空气安全信息。”陶菲克表示。
参考资料：
1.Z., Chen, B., Zhou. et al. Real-time, noise and drift resilient formaldehyde sensing at room temperature with aerogel filaments. Science Advances（2024）. DOI: 10.1126/sciadv.adk6856
https://www.cam.ac.uk/research/news/sensors-made-from-frozen-smoke-can-detect-toxic-formaldehyde-in-homes-and-offices
运营/排版：何晨龙
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