傳感器與執(zhí)行器

    一、 傳感器概述
    傳感器的概念：指能感受規(guī)定的物理量，并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。
    簡(jiǎn)單的說(shuō)，傳感器即使把非電量轉(zhuǎn)換成電量的裝置。
    汽車傳感器的工作條件極為惡劣，因此，傳感器能否精確可靠地工作至關(guān)重要。在該領(lǐng)域中，理論研究及材料應(yīng)用發(fā)展迅速，半導(dǎo)體和金屬膜技術(shù)研究及材料應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，半導(dǎo)體和金屬膜技術(shù)、陶瓷燒結(jié)技術(shù)等得到迅猛發(fā)展。智能化、集成化和數(shù)字化將是傳感器的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。
傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件及測(cè)量電路組成。敏感元件是指能直接感受被測(cè)量的部分。轉(zhuǎn)換元件是指能將非電量轉(zhuǎn)換成電量的部分。有些敏感元件可以直接輸入電量。測(cè)量電路是指將轉(zhuǎn)換元件輸入的電量經(jīng)過(guò)處理，以便進(jìn)行顯示、記錄和控制的部分。測(cè)量電路中較多的使用電橋電路。比如后面要講到的熱線式空氣流量計(jì)。
傳感器的種類比較多，像我們一般碰到的傳感器一般有：
溫度傳感器（冷卻水溫度傳感器THW，進(jìn)氣溫度傳感器THA）；
流量傳感器（空氣流量傳感器，燃油流量傳感器）；
進(jìn)氣壓力傳感器MAP
節(jié)氣門位置傳感器TPS
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器
車速傳感器SPD
曲軸位置傳感器（點(diǎn)火正時(shí)傳感器）
氧傳感器
爆震傳感器（KNK）
傳感器的特征參數(shù)也有很多，且不同類型的傳感器，其特征參數(shù)的定義和要求也各有差異。下面我們來(lái)介紹一些主要的、通用的靜態(tài)特性參數(shù)指標(biāo)的定義。
1、 靈敏度
概念：靈敏度是指溫態(tài)時(shí)傳感器輸出量y與輸入量x之比，或者是傳感器輸出量y的增量與輸入量x的增量之比。
靈敏度用K表示為K=dy/dx，線性傳感器的靈敏度為一常數(shù)，而非線性的傳感器的靈敏度是隨輸入量變化的。
2、 分辨率
概念：傳感器在規(guī)定的測(cè)量范圍內(nèi)能夠檢測(cè)出的被測(cè)量的最小變化量。
由于分辨率要受到嘈聲的限制，我們就用相當(dāng)于 嘈聲電平N若干倍C 的被測(cè)量表示分辨率，即M=CN/K，式中，M為最小檢測(cè)量；C取1-5。
3、 測(cè)量范圍和量程
在允許的誤差范圍內(nèi)，被測(cè)量的下限到上限之間的范圍稱為測(cè)量范圍。上限值與下限值之差稱為量程。
4、 線性度（非線性誤差）
在規(guī)定的條件下，傳感器校準(zhǔn)曲線與擬和直線間的最大偏差與滿量程輸出值的百分比，稱為線性度或非線性度誤差。
5、 遲滯
遲滯是指在相同的條件下，傳感器的正行程特性與反行程特性的不一致程度。
6、 重復(fù)性
重復(fù)性是指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測(cè)量范圍內(nèi)連續(xù)變化多次所得特性曲線的不一致性。
7、 零漂和溫漂
零漂是指在無(wú)輸入或輸入為某一定值時(shí)，每隔一段時(shí)間，其輸入值偏離原示值的最大偏差與滿量程的百分比。
溫漂是指溫度每升高1度，傳感器輸出值的最大偏差與滿量程的百分比。

二、空氣流量傳感器
 為了形成符合要求的混合氣，使空燃比達(dá)到最佳值，我們就必須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣空氣流量進(jìn)行精確控制。下面我們來(lái)介紹一下幾種常用的空氣流量傳感器。
1、 風(fēng)門式空氣流量計(jì)
這種空氣流量計(jì)安裝在空氣濾清器和節(jié)氣門之間。
作用：檢測(cè)吸入空氣量的多少，并把檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
組成：風(fēng)門式空氣流量計(jì)由兩大部分組成，一是擔(dān)任檢測(cè)任務(wù)的風(fēng)門部分（看圖2-4a），二是擔(dān)任轉(zhuǎn)換任務(wù)的電位計(jì)（看圖2-4b）。

    節(jié)氣門與電位計(jì)之間的關(guān)系圖
 由圖2-4a可知，空氣流量計(jì)的風(fēng)門部分由測(cè)量葉片、緩沖葉片及殼體組成。測(cè)量葉片隨空氣流量的變化在空氣主通道內(nèi)偏轉(zhuǎn)。電位計(jì)部分主要由電位計(jì)、回位彈簧、調(diào)整齒圈等組成。
由節(jié)氣門與電位計(jì)之間的關(guān)系圖可知，風(fēng)門式空氣流量計(jì)是根據(jù)空氣流動(dòng)產(chǎn)生的壓力差將風(fēng)門葉片推開(kāi)的原理進(jìn)行工作的。而電位計(jì)與風(fēng)門葉片是同軸的，所以當(dāng)葉片偏轉(zhuǎn)時(shí)，電位計(jì)滑臂必然轉(zhuǎn)動(dòng)。由于轉(zhuǎn)軸一端裝有螺旋回位彈簧，當(dāng)其彈力與吸入空氣流量對(duì)測(cè)量葉片產(chǎn)生的推力平衡時(shí)，風(fēng)門葉片就會(huì)處于某一個(gè)穩(wěn)定偏轉(zhuǎn)位置，而電位計(jì)滑臂也處于鍍膜電阻的某一對(duì)應(yīng)位置。
如下圖是葉片式空氣流量計(jì)的檢測(cè)圖，蓄電池的電壓經(jīng)主繼電器加到空氣流量計(jì)的VB端子上，Vc端子的電壓加到電子控制器上，其值是由VB與 Vc間的電阻、Vc與E2之間的電阻來(lái)決定的，當(dāng)然Vc端子的電阻稍稍要低于VB端子的電壓，且大致為一定值。VS端子的電壓隨動(dòng)觸點(diǎn)的移動(dòng)而變化。也就是說(shuō)，風(fēng)門葉片的開(kāi)度大時(shí)，VS端子的電壓升高；當(dāng)開(kāi)度減少時(shí)，VS端子的電壓下降。VS端子電壓是理解空氣流量計(jì)時(shí)的一個(gè)重要數(shù)據(jù)。電子控制器根據(jù)Vc端子電壓和VS端子電壓之差與蓄電池VB端子電壓比來(lái)求得進(jìn)氣量，見(jiàn)下式Q=K（Vc-VS）/VB，式中Q為進(jìn)氣量，K為系數(shù)，Vc 、VS、 VB分別是Vc 、VS、 VB的端子電壓。

 THA  E1  Fc   E2    VB     VC  VS          
    搭鐵  油泵開(kāi)關(guān)  傳感器  電瓶電壓       基準(zhǔn)電壓  信號(hào)電壓       空氣溫度電壓
         搭鐵
         葉片式空氣流量計(jì)的檢測(cè)
1、燃油泵控制觸點(diǎn)   2、電位器（可變電阻）  3、固定電阻    Q-熱敏電阻（進(jìn)氣溫度電阻傳感器）

風(fēng)門開(kāi)度的大小與電壓Vc 、VS與 VB之間的關(guān)系，大致可以如下圖所示。
 
在豐田1G-EU型發(fā)動(dòng)機(jī)上，電子控制器的VB-E2間的電壓約為12V，VC-E2之間的電壓為8-9V。在風(fēng)門全閉時(shí)，VS-E2間的電壓約為1.7V。在風(fēng)門全開(kāi)時(shí)，VS-E2間的電壓約為6.5V。VC-E2曲線 與VS-E2曲線之間的距離越短，風(fēng)門開(kāi)度越大。
 下面我們?cè)趯?duì)空氣流量計(jì)的各部位加以說(shuō)明，我們來(lái)看書上圖2-4a。
在圖中空氣流量計(jì)葉片下側(cè)還有一個(gè)旁通空氣通道。當(dāng)主空氣道內(nèi)的節(jié)流閥將主空氣通道幾乎全閉時(shí)，允許有少量的空氣由此流過(guò)。在旁通空氣道上還設(shè)有一個(gè)怠速調(diào)節(jié)螺釘（CO調(diào)節(jié)螺釘），可以調(diào)節(jié)通過(guò)旁通道的空氣量，以調(diào)節(jié)怠速工況下的混合氣濃度。此怠速調(diào)節(jié)螺釘與節(jié)流閥旁通道的怠速調(diào)整螺釘?shù)淖饔檬遣煌�的。�?jié)流閥旁通道的怠速調(diào)整螺釘所調(diào)整的是怠速進(jìn)氣量，此進(jìn)氣量是由空氣流量計(jì)計(jì)量過(guò)的，調(diào)整它可以使進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的混合氣增多或減少，從而控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，但混合氣濃度基本不變。而空氣流量計(jì)中的旁通道的空氣流量計(jì)使不由流量計(jì)計(jì)量的，當(dāng)此旁通道截面面積變大時(shí)，流過(guò)葉片的空氣量相對(duì)變少，也就是經(jīng)過(guò)傳感器計(jì)量的空氣減少，因而就使噴油量減少，從而使混合氣變稀。因此，調(diào)節(jié)此螺釘改變的是混合氣濃度，也就是空燃比，從而調(diào)節(jié)怠速時(shí)的廢氣排放。值得注意的是，此螺釘大多數(shù)在出廠時(shí)已經(jīng)鉛封，是不可調(diào)的。在一些有ISCV（怠速控制閥）的發(fā)動(dòng)機(jī)中，沒(méi)有此螺釘，ECU通過(guò)控制ISCV來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的控制。
發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、吸入空氣以后，電位計(jì)內(nèi)的燃油泵開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)閉合，使燃油泵的供電線路接通，燃油泵開(kāi)始工作。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止、不吸入空氣時(shí)，燃油泵觸點(diǎn)斷開(kāi)，燃油泵停止工作。即根據(jù)風(fēng)門的工作狀態(tài)控制燃油泵電源。
風(fēng)門式空氣流量計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，但進(jìn)氣阻力大，響應(yīng)較慢且體積較大。

2、 卡門旋渦式空氣流量計(jì)
卡門旋渦式空氣流量計(jì)的原理圖如下：
渦流式空氣流量傳感器是利用超聲波或光電信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)旋渦頻率來(lái)測(cè)量空氣流量的一種傳感器。
眾所周知，當(dāng)野外架空的電線被風(fēng)吹時(shí)，就會(huì)發(fā)出"嗡、嗡"的聲音，且風(fēng)速越高聲音頻率越高，這是氣體流過(guò)電線后形成旋渦（即渦流）所致。液體、氣體等流體均會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象。
同樣，如果我們?cè)谶M(jìn)氣道中放置一個(gè)渦流發(fā)生器，比如說(shuō)一個(gè)柱狀物，在空氣流過(guò)時(shí)，在渦流發(fā)生器后部將會(huì)不斷產(chǎn)生如圖所示的兩列旋轉(zhuǎn)方向相反，并交替出現(xiàn)的旋渦。這個(gè)旋渦就稱為卡門旋渦。
卡門旋渦式空氣流量計(jì)就是利用這種這種旋渦形成的原理，測(cè)量氣體流速，并通過(guò)流速的測(cè)量直接反映空氣流量。
對(duì)于一臺(tái)具體的卡門旋渦式空氣流量計(jì)，有如下關(guān)系式：qv=kf , qv為體積流量，f為單列旋渦產(chǎn)生的頻率，k為比例常數(shù)，它與管道直徑，柱狀物直徑等有關(guān)。由這個(gè)關(guān)系式可知，體積流量與卡門渦流傳感器的輸出頻率成正比。利用這個(gè)原理，我們只要檢測(cè)卡門旋渦的頻率f，就可以求出空氣流量。
根據(jù)旋渦頻率的檢測(cè)方式的不同，汽車用渦流式空氣流量傳感器分為超聲波檢測(cè)式和光學(xué)式檢測(cè)式兩種。例如，中國(guó)大陸進(jìn)口的豐田凌志LS400型轎車和臺(tái)灣進(jìn)口的皇冠3.0型轎車采用了 光電檢測(cè)渦流式空氣流量器；日本三菱吉普車、中國(guó)長(zhǎng)風(fēng)獵豹吉普車和韓國(guó)現(xiàn)代轎車采用了超聲波檢測(cè)渦流式空氣流量傳感器。
（1） 光學(xué)式卡門旋渦空氣流量計(jì)
光學(xué)式卡門旋渦空氣流量計(jì)的工作原理圖可以看書上圖2-7。（具體結(jié)構(gòu)可視情況講述）
現(xiàn)代物理學(xué)光的粒子說(shuō)認(rèn)為，光是一種具有能量的粒子流，當(dāng)物體受到光照射時(shí)，由于吸收了光子能量而產(chǎn)生的效應(yīng)，稱為光電效應(yīng)。光敏晶體管是一種半導(dǎo)體器件，它的特點(diǎn)就是受到光的照射時(shí)，它們都會(huì)產(chǎn)生內(nèi)光電效應(yīng)的光生伏特現(xiàn)象，從而產(chǎn)生電流。
工作原理：在產(chǎn)生卡門旋渦的過(guò)程中，旋渦發(fā)生器兩側(cè)的空氣壓力會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)導(dǎo)孔作用在金屬箔上，從而使其振動(dòng)，發(fā)光二極管的光照在振動(dòng)的金屬箔上時(shí)，光敏晶體管接收到的金屬箔上的反射光是被旋渦調(diào)制的光，再由光敏晶體管輸出調(diào)制過(guò)的頻率信號(hào)，這種頻率信號(hào)就代表了空氣的流量信號(hào)。
（2） 超聲波式卡門旋渦式空氣流量計(jì)
超聲波是指頻率高于20HZ，人耳聽(tīng)不到的機(jī)械波。它的特性就是方向性好，穿透力強(qiáng)，遇到雜質(zhì)或物體分界面會(huì)產(chǎn)生顯著的反射，譬如自然界里的蝙蝠，鯨魚等動(dòng)物都是通過(guò)超聲波來(lái)進(jìn)行方位定向的。利用這種物理特性，我們可以把一些非電量轉(zhuǎn)換成聲學(xué)參數(shù)，通過(guò)壓電元件轉(zhuǎn)換成電量。
超聲波式卡門旋渦式空氣流量計(jì)的工作原理與光學(xué)式卡門旋渦空氣流量計(jì)的工作原理大致相同，只是光學(xué)元件換成了聲學(xué)元件。
在日常生活中，常常會(huì)遇到這樣的現(xiàn)象，即當(dāng)順著風(fēng)向喊話人時(shí)，對(duì)方很容易聽(tīng)到；而逆著風(fēng)向喊人時(shí)，對(duì)方就不容易聽(tīng)到。這是因?yàn)榍罢叩目諝饬鲃?dòng)方向與聲波的前進(jìn)方向相同，聲波被加速的結(jié)果，而后者是聲波受阻而減速的結(jié)果。在超聲波式流量傳感器中，同樣存在著這種現(xiàn)象。
工作原理是：在旋渦發(fā)生器下游管路兩側(cè)相對(duì)安裝超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭，超聲波發(fā)射探頭不斷向超聲波接收探頭發(fā)出一定頻率（一般為40KHZ）的超聲波，當(dāng)超聲波通過(guò)進(jìn)氣氣流到達(dá)超聲波接收器時(shí)，由于受到氣流移動(dòng)速度及壓力變化的影響，因此接收到的超聲波信號(hào)的相位（時(shí)間間隔）以及相位差（時(shí)間間隔之差）就會(huì)發(fā)生變化，集成控制電路根據(jù)相位或相位差的變化情況計(jì)量出渦流的頻率。渦流頻率信號(hào)輸入ECU后，ECU就可以計(jì)算出進(jìn)氣量。

3、 熱線式空氣流量計(jì)
構(gòu)成：我們來(lái)看書上的結(jié)構(gòu)圖，它的基本構(gòu)成包括感知空氣流量的白金熱線、根據(jù)進(jìn)氣溫度進(jìn)行修正的溫度補(bǔ)償電阻（冷線）、控制熱線電流的控制電路以及殼體等。根據(jù)白金熱線在殼體內(nèi)安裝部位的不同，可分為安裝在空氣主通道內(nèi)的主流測(cè)量方式和安裝在空氣旁通道內(nèi)的旁通道測(cè)量方式。
 熱線式空氣流量計(jì)是利用空氣流過(guò)熱金屬線時(shí)的冷卻效應(yīng)工作的。將一根鉑絲熱線置于進(jìn)氣空氣流中，當(dāng)恒定電流通過(guò)鉑絲使其加熱后，如果流過(guò)鉑絲周圍的空氣增加，金屬絲溫度就會(huì)降低。如果要使鉑絲的溫度保持恒定，就應(yīng)根據(jù)空氣量調(diào)節(jié)熱線的電流，空氣流量越大，需要的電流越大。下面的圖是主流測(cè)量方式的熱線式空氣流量計(jì)的工作原理圖。其中RH為是直徑為0.03-0.05的細(xì)鉑絲（熱線），RK是作為溫度補(bǔ)償?shù)睦渚�電阻。RA和RA是精密線橋電阻。四個(gè)電阻共同組成一個(gè)惠斯登電橋。在實(shí)際工作中，代表空氣流量的加熱電流是通過(guò)電橋中的RA轉(zhuǎn)換成電壓輸出的。當(dāng)空氣以恒定流量流過(guò)時(shí)，電源電壓使熱線保持在一定溫度，此時(shí)電橋保持平衡。當(dāng)有空氣流動(dòng)時(shí)，由于RH的熱量被空氣吸收而變冷，其電阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡。此時(shí)，放大器即增加通過(guò)鉑絲的電流，直到恢復(fù)原來(lái)的溫度和電阻值，使電橋重新平衡。由于電量的增加，RA的電壓增加，這樣就在RA上得到了代表空氣流量的新的電壓輸出。
 進(jìn)氣溫度的任何變化都會(huì)使電橋失去平衡。為此，在靠近熱線的空氣流中，設(shè)有一個(gè)補(bǔ)償電阻絲（冷線）。冷線補(bǔ)償電阻的溫度起一個(gè)參照值的作用。在工作中，放大器會(huì)使熱線溫度高出進(jìn)氣溫度100度。熱線式空氣流量計(jì)長(zhǎng)期使用，會(huì)使熱線上積累雜質(zhì)。為此，在熱線式流量計(jì)上采用了燒盡措施解決這個(gè)難題。每當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火時(shí)，ECU自動(dòng)接通空氣流量計(jì)殼體內(nèi)的電子電路，熱線被自動(dòng)加熱，使其溫度在1S內(nèi)升高了1000度。由于燒盡溫度必須是非常精確的，因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后4S后，該電路才被接通。
這種空氣流量計(jì)由于沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，因此工作可靠，而且響應(yīng)特性較好；缺點(diǎn)是在空氣流速分布不均勻時(shí)誤差較大。
4、 熱膜式空氣流量計(jì)
熱線式空氣流量計(jì)雖然可以提供精確的進(jìn)氣空氣流量，但造價(jià)太高，主要用于高級(jí)轎車，為了滿足精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)又便宜的要求，德國(guó)博世公司厚膜工藝，開(kāi)發(fā)出了熱膜式空氣流量計(jì)。熱膜式空氣流量計(jì)的工作原理與熱線式空氣流量計(jì)類似，都是用惠斯登電橋工作的。所不同的是熱膜式空氣流量計(jì)不用鉑金作為熱線，而是將熱線電阻、補(bǔ)償電阻和線橋電阻用厚膜工藝集中在一塊陶瓷片上。這種空氣流量計(jì)已大量使用于各種電控汽油噴射系統(tǒng)中。

三、 壓力傳感器
功用：把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。
應(yīng)用范圍：它在汽車上主要有兩個(gè)方面的應(yīng)用。一是用于氣壓的檢測(cè)，包括進(jìn)氣真空度、大氣壓力、氣缸內(nèi)的氣壓及輪胎氣壓等；二是用于用于油壓的檢測(cè)，包括變速箱油壓、制動(dòng)閥油壓及懸掛油壓等。
1、電容式壓力傳感器
首先我們來(lái)了解一下電容器。電容器的容量與組成的電容的兩極板間的電介質(zhì)及其相對(duì)有效面積成正比，而與兩極板間的距離成反比，即C=ε A/d，其中ε為電介質(zhì)的介電常數(shù)，A為兩金屬電極板間相對(duì)有效面積，d為兩金屬電極板間距離。由這個(gè)關(guān)系式可以看出，當(dāng)其中兩個(gè)參數(shù)不變，而另一個(gè)參數(shù)作為變量時(shí)，電容量就會(huì)隨著變化的參數(shù)而變化。書上圖2-13中的電容壓力傳感器由置于空腔內(nèi)的兩個(gè)動(dòng)片（彈性金屬膜片）、兩個(gè)定片（彈性膜片上下凹玻璃上的金屬涂層）、輸出端子和殼體等組成。其動(dòng)片與兩個(gè)定片之間形成了兩個(gè)串聯(lián)的電容。當(dāng)進(jìn)氣壓力作用于彈性膜片時(shí)，彈性膜片產(chǎn)生位移，勢(shì)必與一個(gè)定片距離減小，而與另一個(gè)定片距離加大（可以通過(guò)一張紙來(lái)示范）。我們可以從公式中看出，兩金屬電極板間距離是影響電容量的重要因素之一，距離增大，則電容量減少，距離減少，則電容量增大。這種由一個(gè)被測(cè)量量引起兩個(gè)傳感元件參數(shù)等量、相反變化的結(jié)構(gòu)，稱為差動(dòng)結(jié)構(gòu)。如果彈性膜片置于被側(cè)壓力與大氣壓之間（彈性膜片上部空腔通大氣），測(cè)得的是表壓力；如果彈性膜片置于被側(cè)壓力與真空之間（彈性膜片上部空腔通真空），測(cè)得的是絕對(duì)壓力。
 與電容式傳感器配合使用的測(cè)量電路有很多種，下面我們來(lái)以電橋電路為例說(shuō)明電容差動(dòng)式傳感器測(cè)量電路的工作原理，如圖，由于電容是交流參數(shù)，所以電橋通過(guò)變壓器用交流激勵(lì)。變壓器的兩個(gè)線圈與兩個(gè)電容組成電橋，當(dāng)無(wú)進(jìn)氣壓力時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，兩電容值相等并且為C0，當(dāng)有壓力作用時(shí)，其中一個(gè)電容值為C0+△C，另一個(gè)電容值為C0-△C，（△C為外部壓力作用時(shí)引起的電容值的變化量），則電橋失去平衡，電容值高的地方電壓也高，兩個(gè)電容之間產(chǎn)生了電壓差，由此電橋產(chǎn)生代表進(jìn)氣壓力的電壓輸出U。

2、 差動(dòng)變壓器進(jìn)氣壓力傳感器
差動(dòng)壓力傳感器是一種開(kāi)磁互感式電感傳感器。由于具有兩個(gè)接成差動(dòng)結(jié)構(gòu)的二次線圈，所以又稱為差動(dòng)變速器。
當(dāng)差動(dòng)變壓器的一次線圈由交變電源激勵(lì)時(shí)，其二次線圈就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于二次線圈作差動(dòng)連接，所以總的輸出是兩線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之差。當(dāng)鐵心不動(dòng)時(shí)，其總輸出量為零；當(dāng)鐵心移動(dòng)時(shí)，輸出電動(dòng)勢(shì)與鐵心位移呈線性變化。
差動(dòng)變壓器進(jìn)氣壓力傳感器的檢測(cè)與轉(zhuǎn)換過(guò)程是：先將壓力的變化轉(zhuǎn)換成變壓器鐵心的位移，然后通過(guò)差動(dòng)變速器再將鐵心位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。這種壓力傳感器主要有真空膜盒（波紋管）、差動(dòng)變速器等組成。當(dāng)氣壓變化時(shí)，波紋管變形，帶動(dòng)差速變壓器的鐵心移動(dòng)，由于鐵心的位移，差動(dòng)變壓器的輸出端即有電壓產(chǎn)生，將此電壓經(jīng)過(guò)處理后送至ECU輸入端。如果按照電壓的高低來(lái)確定噴射時(shí)間并使噴油器工作的話，就可以確定基本噴油量。
3、 半導(dǎo)體應(yīng)變式進(jìn)氣壓力傳感器
半導(dǎo)體壓力進(jìn)氣傳感器是利用應(yīng)變效應(yīng)工作的。
所謂應(yīng)變效應(yīng)，就是指當(dāng)導(dǎo)體、半導(dǎo)體在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，其電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象。
電阻應(yīng)變片是一種片狀電阻傳感器，它是利用半導(dǎo)體材料當(dāng)在其軸向施加一定載荷產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)，它的電阻率會(huì)發(fā)生變化的所謂壓阻效應(yīng)原理工作的。
由電阻應(yīng)變片構(gòu)成的進(jìn)氣壓力傳感器主要由半導(dǎo)體應(yīng)變片、真空室、混合集成電路板等組成。半導(dǎo)體應(yīng)變片是在一個(gè)膜片上用半導(dǎo)體工藝制做的四個(gè)等值電阻，并且連接成電橋電阻。半導(dǎo)體電阻電橋應(yīng)變片放置在一個(gè)真空室內(nèi)，在進(jìn)氣壓力的作用下，應(yīng)變片產(chǎn)生變形，電阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，從而將進(jìn)氣壓力的變化轉(zhuǎn)換成電阻電橋輸出電壓的變化。

四、 氣門位置傳感器
節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門體上，它將節(jié)氣門開(kāi)度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，以便計(jì)算機(jī)控制噴油量。
節(jié)氣門位置傳感器有開(kāi)關(guān)量輸出和線性輸出兩種類型。
五、 開(kāi)關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器
這種節(jié)氣門位置傳感器實(shí)質(zhì)上是一種轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，又稱為節(jié)氣門開(kāi)關(guān)。這種節(jié)氣門位置傳感器包括動(dòng)觸點(diǎn)、怠速觸點(diǎn)、滿負(fù)荷觸點(diǎn)。利用怠速觸點(diǎn)和滿負(fù)荷觸點(diǎn)可以檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速狀態(tài)及重負(fù)荷狀態(tài)。一般將動(dòng)觸點(diǎn)稱為TL觸點(diǎn)，怠速觸點(diǎn)稱為IDL觸點(diǎn)，滿負(fù)荷觸點(diǎn)稱為PSW觸點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)圖可以看出，在與節(jié)氣門聯(lián)動(dòng)的連桿的作用下，凸輪可以旋轉(zhuǎn)，動(dòng)觸點(diǎn)可以沿凸輪的槽運(yùn)動(dòng)。這種節(jié)氣門位置傳感器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但其輸出是非連續(xù)的。
在節(jié)氣門全關(guān)閉時(shí)，電壓從TL端子加到IDL端子上，再回到電子控制器上。通過(guò)這樣的途徑傳遞信號(hào)時(shí)，電子控制器明白節(jié)氣門現(xiàn)在是全關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)踏下加速踏板，節(jié)氣門處于某一開(kāi)度以上時(shí)，電壓從TL端子經(jīng)過(guò)PSW端子再傳遞給電子控制器。電子控制器明白了，現(xiàn)在節(jié)氣門打開(kāi)了一定的角度。
下面我將怠速信號(hào)與負(fù)荷信號(hào)對(duì)噴油量的影響加以說(shuō)明。當(dāng)有IDL信號(hào)輸出并且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)規(guī)定轉(zhuǎn)速時(shí)，則中斷供油，以防止催化劑過(guò)熱及節(jié)省燃油。當(dāng)IDL信號(hào)從有輸出轉(zhuǎn)換到無(wú)輸出時(shí)，電子控制器判斷出節(jié)氣門從全關(guān)閉狀態(tài)換至打開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)然也就判斷出車輛處于起步或再加速狀態(tài)，所以就會(huì)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的暖機(jī)狀態(tài)進(jìn)行加速加濃，增大噴油量，以供給加速所需要的較濃混合氣。
當(dāng)有PSW信號(hào)輸入到電子控制器中時(shí)，則發(fā)揮輸出加濃功能，增大噴油量。在重負(fù)荷行車時(shí)，若沒(méi)有PSW信號(hào)輸出的話，就會(huì)沒(méi)有輸出加濃作用，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的力量就要稍微低一些。
2）線性節(jié)氣門位置傳感器
線性節(jié)氣門位置傳感器裝在節(jié)氣門上，它可以連續(xù)檢測(cè)節(jié)氣門的開(kāi)度。它主要由與節(jié)氣門聯(lián)動(dòng)的電位器、怠速觸點(diǎn)等組成。電位計(jì)的動(dòng)觸點(diǎn)（即節(jié)氣門開(kāi)度輸出觸點(diǎn)）隨節(jié)氣門開(kāi)度在電阻膜上滑動(dòng)，從而在該觸點(diǎn)上（TTA 端子）得到與節(jié)氣門開(kāi)度成正比例的線性電壓輸出。如圖。當(dāng)節(jié)氣門全閉時(shí)，另外一個(gè)與節(jié)氣門聯(lián)動(dòng)的動(dòng)觸點(diǎn)與IDL觸點(diǎn)接通，傳感器輸出怠速信號(hào)。節(jié)氣門位置輸出的線性電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后輸送給計(jì)算機(jī)。

五、氧傳感器

在使用三元催化進(jìn)化裝置的汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)中，一般都在排氣管中安排氧傳感器，用以檢測(cè)排氣中氧的含量，從而間接地判斷進(jìn)入氣缸內(nèi)混合氣的濃度，以便對(duì)實(shí)際空燃比進(jìn)行閉環(huán)控制。當(dāng)排氣中氧的含量過(guò)高時(shí)，說(shuō)明混合氣過(guò)稀，氧傳感器即輸出一個(gè)電信號(hào)給ECU，讓其指令噴油器增加噴油量；當(dāng)排氣中氧的含量過(guò)低時(shí)，說(shuō)明混合氣過(guò)濃，氧傳感器立刻將此信息傳遞給ECU，讓其指令噴油器減少噴油量。目前在汽車上使用的氧傳感器主要有二氧化鈦氧傳感器和二氧化鋯氧傳感器兩種類型的傳感器。
 

工作原理：氧傳感器裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管里，用來(lái)測(cè)量排氣中氧的含量。它是按照大氣與排氣中氧濃度之差而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的一種電池。如圖，在陶瓷電解質(zhì)的內(nèi)、外兩面分別涂有白金以形成電極。當(dāng)它插入排氣管中時(shí)，其外表面接觸廢氣，內(nèi)表面則通大氣。在約300度以上的溫度時(shí)，陶瓷電解質(zhì)可變?yōu)檠蹼x子的傳導(dǎo)體。當(dāng)混合氣較稀，也就是過(guò)量空氣系數(shù)α〉1時(shí)，排氣中含氧必然多，陶瓷電解質(zhì)的內(nèi)外表面的氧濃度差小，只產(chǎn)生小的電壓；而當(dāng)混合氣較濃，也就是過(guò)量空氣系數(shù)α〈1時(shí)，排氣中氧含量較少，同時(shí)伴有大量的未完全燃燒物如CO、碳?xì)浠�合物等，這些成分都可能在催化劑的作用下與氧發(fā)生反應(yīng)，消耗排氣中殘余的氧，使陶瓷電解質(zhì)外表面的氧濃度趨向于零，這樣就使得電解質(zhì)內(nèi)外的氧濃度差突然增大，傳感器輸出電壓也突然增大了，其數(shù)值趨向于1V。

六、溫度傳感器
作用：用來(lái)測(cè)量冷卻水溫度、進(jìn)氣溫度和排氣溫度。
種類：溫度傳感器的種類很多，如熱敏電阻式、半導(dǎo)體式和熱電偶式等，
所謂熱敏電阻，是指這種電阻對(duì)溫度敏感，當(dāng)作用在這種電阻上的溫度變化時(shí)，其阻值會(huì)隨溫度的變化而變化。其中，隨溫度升高的叫做正溫度型熱敏電阻，相反隨溫度升高阻值減少的，叫做負(fù)溫度系數(shù)型熱敏電阻。
熱敏電阻溫度傳感器的測(cè)量電路比較簡(jiǎn)單，只要把傳感器與一個(gè)精密電阻串聯(lián)接到一個(gè)穩(wěn)定的電源上，就能夠用串聯(lián)電阻的分壓輸出反映溫度的變化。

七、爆震傳感器
 爆震傳感器是發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制系統(tǒng)中的重要部件，它的功用是用來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)有無(wú)爆震現(xiàn)象發(fā)生，并把信號(hào)輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)微機(jī)控制裝置。
檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)爆震可以有三個(gè)路徑，一是檢測(cè)氣缸壓力，二是檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，三是檢測(cè)燃燒噪聲。根據(jù)氣缸壓力的檢測(cè)法，精度最好，但是存在著傳感器的耐久性差和難以安裝的問(wèn)題。根據(jù)燃燒噪聲的檢測(cè)法，由于是非接觸式的，其耐久性很好，但是精度和靈敏度偏低，。現(xiàn)在常用檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的方法來(lái)判斷有無(wú)爆震。
采用振動(dòng)檢測(cè)方法的爆震傳感器有磁滯伸縮式和壓電式兩種。
1）磁滯伸縮式爆震傳感器
磁滯伸縮式爆震傳感器應(yīng)用的較早，它安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，是一種電感式傳感器，其內(nèi)部有永久磁鐵、強(qiáng)磁性鐵心以及電磁繞組等。
其工作原理是：當(dāng)爆震發(fā)生，也就是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)，鐵心受振使電磁繞組的磁通發(fā)生變化，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，通過(guò)線圈的磁通變化時(shí)，線圈就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)就是爆震傳感器的輸出電壓信號(hào)。當(dāng)傳感器的固有頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)爆震時(shí)的振動(dòng)頻率相同時(shí)，傳感器輸出最大信號(hào)。

2） 壓電式爆震傳感器
壓電式爆震傳感器是利用壓電效應(yīng)原理制成的傳感器。什么是壓電效應(yīng)呢？壓電效應(yīng)就是指當(dāng)沿著一定方向向某些電介質(zhì)施力而使其變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)發(fā)生極化，同時(shí)在其表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象。壓電式傳感器是一種力敏元件，發(fā)誓能夠轉(zhuǎn)換為力的動(dòng)態(tài)物理量，比如說(shuō)應(yīng)力、壓力、加速度等都能夠進(jìn)行檢測(cè)。
壓電式傳感器又可分為共振型和非共振型兩種。
共振型電壓爆震傳感器主要由壓電元件、振蕩片、基座等組成。壓電元件緊密地貼合在振蕩片上，振蕩片則固定在傳感器的基座上。振蕩片隨發(fā)動(dòng)機(jī)的振蕩而振蕩。波及壓電元件，使其變形而產(chǎn)生電壓信號(hào)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)爆震時(shí)的振動(dòng)頻率與振蕩片的固有頻率相符合時(shí)，振蕩片產(chǎn)生共振，此時(shí)壓電元件將產(chǎn)生最大的電壓信號(hào)。它的輸出特性與磁致伸縮式類似。
非共振型壓電式爆震傳感器
非共振型壓電式爆震傳感器是以接收加速度信號(hào)的形式，來(lái)判斷爆震是否產(chǎn)生。這種傳感器與共振型傳感器的不同之處在于：它內(nèi)部沒(méi)有振蕩片，但設(shè)置了一個(gè)配重塊。配重塊以一定的預(yù)緊力壓緊在壓電片上。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生爆震時(shí)，配重塊就以一個(gè)正比于加速度的交變力，施加在壓電片上，從而產(chǎn)生輸出信號(hào)。
這種傳感器產(chǎn)生的輸出電壓不會(huì)很大，不象磁致伸縮式爆震傳感器在爆震頻率產(chǎn)生一個(gè)較高的輸出電壓，而是具有平的輸出特性。因此，必須將反映發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)頻率的輸出電壓信號(hào)輸送給識(shí)別爆震的濾波器中，判別是否由爆震信號(hào)產(chǎn)生。
 比較共振型壓電式傳感器，共振型在爆震時(shí)輸出電壓明顯增大，易于測(cè)量，但傳感器必須有發(fā)動(dòng)機(jī)配套使用；非共振型用于不同發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，只須調(diào)整濾波器的頻率范圍就可以工作，不需要更換傳感器，通用性比較強(qiáng)，這是非共振型壓電式爆震傳感器的突出優(yōu)點(diǎn)。
壓電式爆震傳感器與其他壓電傳感器一樣，必須配合一定的電壓放大器，將信號(hào)放大并將高阻抗輸入變換為低阻抗輸出。

八、曲軸位置傳感器
 曲軸位置傳感器（又稱點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器），是發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制系統(tǒng)中最主要的傳感器，它用于點(diǎn)火正時(shí)控制，也就是控制點(diǎn)火時(shí)刻，確定點(diǎn)火的提前角。另外，它還是檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)源。
 曲軸位置傳感器可分為磁脈沖式、光電式、霍爾式等等，其中磁脈沖式和霍爾式應(yīng)用的比較多。
 1）磁脈沖式曲軸位置傳感器
磁脈沖式曲軸位置傳感器由定時(shí)轉(zhuǎn)子、永久磁鐵、耦合線圈等組成。（具體結(jié)構(gòu)看書）
定時(shí)轉(zhuǎn)子裝在分電器軸上并由良好的導(dǎo)磁材料制成。轉(zhuǎn)子外緣設(shè)有與氣缸數(shù)相等且等距離分布的定時(shí)齒。在書中轉(zhuǎn)子有四個(gè)齒，分別代表四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)缸。耦合線圈繞在銜鐵上，銜鐵固定在分電器殼體上。當(dāng)曲軸帶動(dòng)分電器旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子定時(shí)齒相對(duì)線圈位置的變化，使線圈內(nèi)的磁通發(fā)生變化，從而在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出。在a圖中，當(dāng)該缸定時(shí)齒接近線圈時(shí)，磁通增加（如曲線所示），到達(dá)A點(diǎn)時(shí)磁通量的變化率最大，由于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通的變化率成正比，因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到這個(gè)點(diǎn)上，線圈上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大；當(dāng)定時(shí)齒對(duì)準(zhǔn)線圈時(shí)，磁通達(dá)到最大值（圖中B點(diǎn)），但磁通量的變化率卻最小，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，這個(gè)時(shí)候線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是最小的。當(dāng)定時(shí)齒離開(kāi)線圈時(shí)，磁通開(kāi)始下降如圖，到達(dá)C點(diǎn)時(shí)磁通量下降的幅度最大，這個(gè)時(shí)候線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又達(dá)到了最大值。把上述信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大后送入功率開(kāi)關(guān)電路，就可以控制點(diǎn)火線圈一次電流的通斷。以上介紹的是磁脈沖式曲軸位置傳感器的基本原理，實(shí)際的要遠(yuǎn)比這個(gè)復(fù)雜。
3） 霍爾式曲軸位置傳感器
霍爾傳感器是一種磁敏元件。它是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的磁電轉(zhuǎn)換原理工作的。如圖霍爾元件是一種半導(dǎo)體四端薄片，其四端均有引出線。它的工作原理是：當(dāng)在其a、b兩端以電流激勵(lì)并有垂直于薄片的磁場(chǎng)作用時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)方向的c、d端會(huì)出現(xiàn)與激勵(lì)電流I和磁場(chǎng)強(qiáng)度H乘積成正比的電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為霍爾電動(dòng)勢(shì)。
上面介紹了霍爾元件，那么，我們將霍爾元件、放大器、穩(wěn)定電源、功能電路及輸出電路集成在一個(gè)芯片上，就構(gòu)成了霍爾集成電路。霍爾集成電路可分為線性和開(kāi)關(guān)型兩類，汽車上一般使用的是開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路。
霍爾式曲軸位置傳感器由兩個(gè)部件組成，一個(gè)是與分火頭制成一體的定時(shí)轉(zhuǎn)子，即觸發(fā)葉輪，另一個(gè)部件是霍爾信號(hào)發(fā)生器，觸發(fā)葉輪由導(dǎo)磁材料制成，其上的葉片數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)相同，觸發(fā)葉輪由分電器帶動(dòng)。霍爾信號(hào)發(fā)生器由霍爾開(kāi)關(guān)集成電路、永久磁鐵等組成，兩折紙間有一個(gè)間隙，以便葉輪的葉片能在空隙中轉(zhuǎn)動(dòng)。
霍爾式曲軸位置傳感器的工作原理是：觸發(fā)葉輪由分電器帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，每當(dāng)葉片進(jìn)入永久磁鐵與霍爾開(kāi)關(guān)集成電路之間的空氣間隙時(shí)，永久磁鐵的磁場(chǎng)就被導(dǎo)磁的葉片旁路，霍爾開(kāi)關(guān)集成電路表面就沒(méi)有了磁場(chǎng)的作用，內(nèi)部的霍爾元件不產(chǎn)生霍爾電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)葉片離開(kāi)空氣間隙時(shí)，永久磁鐵的磁場(chǎng)竟過(guò)導(dǎo)磁板、空氣間隙形成磁路并作用在霍爾開(kāi)關(guān)集成電路上，其內(nèi)部的霍爾元件產(chǎn)生霍爾電動(dòng)勢(shì)輸出。這樣，隨著葉輪的旋轉(zhuǎn)，每個(gè)葉片都會(huì)使霍爾開(kāi)關(guān)集成電路產(chǎn)生脈沖輸出。然后通過(guò)電子點(diǎn)火組件控制點(diǎn)火或者經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火。

九、轉(zhuǎn)速傳感器
轉(zhuǎn)速傳感器主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及車速的檢測(cè)。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)與曲軸位置檢測(cè)原理相同，但為了提高轉(zhuǎn)速檢測(cè)精度，需要增加每一轉(zhuǎn)的輸出脈沖。
轉(zhuǎn)速傳感器一般有兩種形式，一種是舌簧開(kāi)關(guān)型，一種是光電耦合型。
1）舌簧開(kāi)關(guān)型
舌簧開(kāi)關(guān)安裝在組合儀表內(nèi)。舌簧開(kāi)關(guān)是在一個(gè)玻璃管內(nèi)裝有兩個(gè)細(xì)長(zhǎng)的觸頭構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件。其觸頭由磁性材料制成。當(dāng)由磁場(chǎng)作用時(shí)，兩個(gè)觸頭就會(huì)相互吸引而閉合或者互相排斥而斷開(kāi)。
車速傳感器由帶有四磁極的轉(zhuǎn)子、舌簧開(kāi)關(guān)組成。當(dāng)變速器輸出軸通過(guò)軟軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，舌簧開(kāi)關(guān)就會(huì)在轉(zhuǎn)子永久磁鐵的作用下進(jìn)行周期性的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，舌簧開(kāi)關(guān)開(kāi)閉四次，通過(guò)外電路輸出4個(gè)脈沖。如果將該脈沖信號(hào)送數(shù)字電路或者計(jì)算機(jī)進(jìn)行記數(shù)和運(yùn)算，就可以得到車速輸出。
2) 光電耦合型
光電型車速傳感器主要由轉(zhuǎn)子、遮光板、光電傳感器等組成。遮光板安裝在轉(zhuǎn)子軸上，其開(kāi)槽的徑向部位恰好位于光電傳感器的U形開(kāi)口內(nèi)，U形開(kāi)口一側(cè)裝有二級(jí)發(fā)光管，另一側(cè)裝有光敏晶體管。當(dāng)軟軸帶動(dòng)遮光板旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)光二極管射向光敏二極管的光線被斷續(xù)遮擋，從而使光敏二極管輸出脈沖。如果遮光板開(kāi)槽數(shù)為20，則轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，傳感器輸出20個(gè)脈沖。該脈沖信號(hào)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，就可以得到車速輸出。