传感器ne 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.

一篇文章学完发动机传感器工作原理、正常电压、阻值！

传感器是将某种变化的物理量 （绝大部分是非电量） 转化成对应的电信号的元件。 在汽车上，传感器用来感受诸如温度、压力、转速、位置、空气流量、气体浓度等物理量的状态及变化情况，并送到控制器或仪表。传感器提供的状态信息，是汽车电子控制的基本依据 。

01电磁式曲轴位置传感器

作用：产生发动机转速信号，确定基本喷油量和基本点火提前角；计算曲轴转角，确定一缸上止点。

工作原理：转子上有很多齿， 并且有缺齿， 缺齿处对应一缸上止点。 电磁式传感器利用电磁感应原理产生正弦变化的电压信号， 当齿转到将要与磁铁正对时， 磁通量的变化量最大， 所产生的感应电压最大。 当转子抓到使电磁元件位于两个齿中间时， 磁通量的变化量几乎为零， 感应电压也很小。 当转子转到使电磁元件位于缺齿处时， 由于这段距离相对较长， 因此此处波形与正常波形不同。我们可以根据这一特点计算出转速、曲轴转角等信息

02霍尔式凸轮轴位置传感器

作用：确定一缸压缩上止点。

工作原理： 利用霍尔效应， 使用触发盘规律性遮挡磁力线， 使霍尔电压产生规律性变化。因为凸轮轴一个工作循环只转一圈， 缺齿处对应一缸压缩上止点， 所以可以从波形上判断出一缸压缩上止点，从而确定点火时刻。

03压力检测式爆震传感器（共振形）

作用： 提高发动机的动力性能同时不产生爆震；降低油耗 ；降低有害气体的排放量。

工作原理： 传感器中压电元件紧密地贴合在振荡片上， 振荡片则固定在传感器的基座上。 振荡片随发动机的振动而振荡，波及压电元件，使其变形产生电压信号。当发动机爆震时的振动频率与振荡片的固有频率相符合时，振荡片产生共振。此时，压电元件将产生最大的电压信号。该爆震传感器在发动机爆震时输出的电压比较高，因此无需使用滤波器即可判别有无爆震产生。

04氧传感器

作用： 测量废气中氧的含量，检测空燃比，实现空燃比闭环控制。前氧作用是检测废气中氧的含量，检测混合气比例是否正常，用于闭环控制；后氧的作用是与前氧作比较，检测三元催化器的好坏。

05节气门位置传感器

作用：检测节气门的开度及开度变化，此信号输入 ECU，控制燃油喷射及其他辅助控制。

工作原理：利用触点在电阻体上的滑动来改变电阻值， 测得节气门开度的线形输出电压，可知节气门开度。全关时电压信号应约为 0.5V，随节气门增大，信号电压增强，全开时约为 5V 。

06空气流量器

作用：将空气流量转换成电信号送给电控单元， 该信号作为决定喷油量的基本信号之一。

工作原理：热线电阻 RH 以铂丝制成， RH和温度补偿电阻 RK 均置于空气通道中的取气管内， 与 RA、RB 共同构成桥式电路。 RH 、RK 阻值均随温度变化。当空气流经 RH 时，使热线温度发生变化，电阻减小或增大，使电桥失去平衡，若要保持电桥平衡， 就必须使流经热线电阻的电流改变，以恢复其温度与阻值，精密 电阻 RA 两端的电压也相应变化 ，并且该电压信号作为热式空气流量计输出的电压信号送往ECU。

07压力传感器

作用：D 型系统中，测量进气管压力，并将信号输入 ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。进气压力越高，真空度越小，膜片形变越大，输出电压越高

传感器正常电压 电阻值

1.电压的测量（万用表AS-201直流电压档）

⑴ G传感器（120对131脚）：发动机工作时 0.9V

⑵共轨压力传感器121对134）：650rpm 44 Mpa 1.72V， 2370rpm 103 Mpa 2.70V

⑶加速踏板（重汽威廉姆斯）：APP1（21对135）：开度0%：0.75V， 100%：3.84V

APP2（22对136）：开度0%：0.375V 100%：1.92V

⑷加速踏板（徐重康希斯）： APP1（21对135）：开度0%：0.85V 100%：4.15V

APP2（22对136）：开度0%：0.85V 100%：4.15V

⑸ PTO电位器（加速踏板）（徐重上车油门）：（23对55）：开度0%：0.85V， 100%：4.15V

⑹ PTO电位器（重汽用）（23对55）：开度0%：0.5V， 100%：4.5V

⑺电子式机油压力传感器（24对54）： 0 kpa： 0.5V， 500 kpa： 2V， 1000 kpa： 4.5V

⑻进气压力传感器（128对54）：66 kpa： 0.5V， 333 kpa： 4.5V

★发动机传感器故障时（信号线开路、对电源短路、对地短路）的电压值

⒈出水温度（155对55），进气温度（32对55），回油温度（162对55）三个传感器故障时的电压值相同：

Sensor AD Open信号线开路：4.88V， Vcc Short 对电源短路：4.88V， GND Short 对地短路： 0.02V

⒉加速踏板（21对135），（22对136）和PTO电位器（或称汽车吊上车油门）：

Sensor AD Open信号线开路：0.18V， Vcc Short 对电源短路：4.88V， GND Short 对地短路： 0.02V

2.电阻的测量（万用表AS-201电阻档、测量时关闭ECU电源）

⑴ NE传感器（40对41）： 120～125Ω

⑵ PCV1，PCV2电磁阀（阀上二插脚）：3.2Ω

⑶喷油器（电磁阀二插脚）：0.9～1.1Ω

⑷出水温度（155对55），进气温度（32对55），回油温度（162对55）三个传感器的阻值相同：

3.共轨压力传感器： Sensor AD Open信号线开路：4.83V， Vcc Short 对电源短路：4.88V， GND Short 对地短路： 0.02V

4.进气压力传感器： Sensor AD Open信号线开路：0.07V， Vcc Short 对电源短路：4.88V， GND Short 对地短路： 0.02V

⒌怠速量调整电位器： Sensor AD Open信号线开路：0.18V，Vcc Short对电源短路：4.88V，GND Short 对地短路：0.02V

1、前氧传感器：

大于2V---------过稀（怠速1.5-N20.N55；2V-N52）；

等于2V----------完全燃烧；

小于2V--------过浓

2、后氧传感器：

大于0.45V---------过浓；

等于0.45V----------完全燃烧 （一般0.7V）；

小于0.45V--------过稀

3、进气歧管压力传感器：

带VALTRANIC：绝对压力950mbar,相对压力50m bar，如果VVT系统有故障进入应急模式那么数据在350mbar

不带VALTRANIC：相对压力350 mbar（N54发动机是双涡轮发动机）

4、节气门位置传感器：

带VALTRANIC：3%-5%（如果小于3%说明混合气过稀，节气门有关小的趋势，大于5%一般说明节气门很脏，要清洗。或者说明混合气过浓，节气门有开大的趋势。）

不带VALTRANIC：2%-3%,超过3.5%一般说明节气门很脏，要清洗。

N52:4°

带VALTRANIC：7°，

不带VALTRANIC：3°

V1+V2=5V

5、油门位置传感器：

V1=2V2

6、机油压力： 大于2bar,

拔掉机油压力传感器插头，达到6bar

机油油位传感器一定要装到车上测试（千万不要图省事单单拔插头）

7、水温传感器：

冷车2000欧姆----------（4V）

热车300-400欧姆------------(0.8V)

随温度变化而成线性变化

8、爆震传感器：

0.3V左右（一般1点几伏，不能3或5伏以上）(点火提前角被推迟，调晚)

9、空气流量计：

4缸：8-9kg/h----------------（老车11-14 kg/h）

6缸：12-13 kg/h----------------（老车18-20 kg/h）

8缸：15-16 kg/h-----------------(老车26-28 kg/h)

10、VANOS:（热车怠速条件下）

进气：85°（或者80°）

排气：-115°（或者120°）

注意：起动和冷车及负荷变化时，是在时时调整的。

11、VALTRANIC偏心轴位置:

主要看位置传感器的变化会不会灵敏，有没有卡滞现象

启动瞬间气门要开最大，以便更好的启动，此时VALTRANIC电机的电流会突然升高到很大。

VALTRANIC第二代：气门升程范围：0.18-9.9mm

30°/30°（相差1°）（一般26°）

已调校最小气门升程：0.95mm？

气门升程：0.95mm？

如果有问题：(点火提前角被推迟，调晚)

12、调校值：

加法调校（怠速）：0.5mg/冲程（正的说明偏稀，负的说明偏浓）

混合气加法调校值标准值为 1 ～ 1.14，混合气加法调校λ< 1，说明车辆混合气过浓。

影响因素：二次空气喷射

乘法调校（有负荷）：7.0%（正的说明偏稀，负的说明偏浓）

如果都显示偏稀则原因：

燃油压力偏低

进气系统漏气

氧传感器

空气流量

13、平稳值=标准值转速（700）—实际值转速

如果大于0：说明该缸工作不好

如果小于0：说明该缸工作很好

所有缸平稳值加起来要等于0就OK了。

14、进气压力传感器：

怠速电压：1.13V

急加速电压：3.39V

15、喷油时间： 普通发动机：一般在2.3ms

直喷的发动机：1.18ms

16、空燃比=14.7kg空气/1kg汽油（完全燃烧）=14.7

&大于14.7：混合气过稀

&等于14.7：刚好完全燃烧

&小于14.7:混合气过浓

17、过量空气系数=实际空燃比/理论空燃比

λ大于1：混合气过稀

λ等于1：刚好完全燃烧（1.1左右）

λ小于1：混合气过浓

18、燃油压力：

低压：6bar(N20,N55)5bar(N52),3.5(N46)

高压：50bar,最高200bar

19、负荷信号： 8.6%，把机油盖打开，数值会变小。

20、点火提前角： 6°

如果把VVT系统有故障进入应急模式，那么点火提前角一定会推迟，那么加速反应肯定没那么快。

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