微型传感器在汽车电子化智能化工程中的应用Word下载.docx
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是目前最为成功并最具实用性的微型机电器件,主要包括利用微型膜片的
机械形变产生电信号输出的微型压力传感器和微型加速度传感器;
此外,
还有微型温度传感器、磁场传感器、气体传感器等,这些微型传感器的面
积大多在1mm2以下。
随着微电子加工技术,特别是纳米加工技术的进一
步发展,传感器技术还将从微型传感器进化到纳米传感器。
这些微型传感
器体积小,可实现许多全新的功能,便于大批量和高精度生产,单件成本
低,易构成大规模和多功能阵列,这些特点使得它们非常适合于汽车方面
的应用。
二、汽车用传感器分类
专注下一代成长,为了孩子
汽车用传感器是用于汽车显示和电控系统的各种传感器的统称。
它涉及到很多的物理量传感器和化学量传感器。
这些传感器要幺是使司机
了解汽车各部分状态的;
要幺是用于控制汽车各部分状态的。
按在汽车上
的作用可分为控制发动机、控制底盘以及给驾驶员提供各种信息用传感器,
构成这些传感器的材料有精细陶瓷、半导体材料、光导纤维及高分子薄膜
等;
按输出特性来分有模拟型传感器和数字型传感器;
按构成原理来分,
有结构型、韧性型和复合型。
为方便起见,现按汽车传感器的控制对象来
分类。
三、微型传感器在汽车中的应用
汽车上用的传感器的种类很多,应用的方面很广。
下面介绍传感
器在汽车发动机控制、安全系统、车辆监控和自诊断等方面的应用。
(一)汽车发动机控制用传感器
发动机的电子控制一直被认为是MEMS技术在汽车中的主要应用
领域之一。
发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心,种类很多,
包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓
度传感器和爆震传感器等。
这些传感器向发动机的电子控制单元提供发动
机的工作状况信息,供电子控制单元对发动机工作状况进行精确控制,以
提高发动机的动力性、降低油耗、减少废气排放和进行故障检测。
1.温度传感器
汽车用温度传感器主要用于检测发动机温度、吸人气体温度、冷
却水温度、燃油温度以及催化温度等。
温度传感器有热敏电阻式、线绕电
阻式和热偶电阻式三种主要类型。
这三种类型传感器各有特点,其应用场
合也略有区别。
热敏电阻式温度传感器灵敏度高、响应特性较好,但线性
差、适应温度较低。
其中,通用型的测温范围为-50℃~30℃,精度为1.5%,
响应时间为10ms;
高温型为600℃~1000℃,精度为5%,响应时间为
10ms;
线绕电阻式温度传感器的精度高,但响应特性差;
热偶电阻式温度
传感器的精度高,测量温度范围宽,但需要配合放大器和冷端处理一起使
用。
其他已实用化的产品有铁氧体式温度传感器(测温范围为-
40℃~120℃,精度为2.0%)、金属或半导体膜空气温度传感器(测温范围
为-40℃~150℃,精度为2.0%,5%,响应时间约20ms)等。
2.压力传感器
压力传感器是汽车中用得最多的传感器,主要用于检测气囊贮气
压力、传动系统流体压力、注入燃料压力、发动机机油压力、进气管道压
力、空气过滤系统的流体压力等。
目前,致力于汽车用压力传感器开发和
生产的主要公司有摩托罗拉,德科电子仪器,LucasNovasensor,Hi
Stat,NipponDenzo,西门子,德州仪器等。
比较常用的汽车压力传感器有电容式、压阻式、差动变压器式、
声表面波式。
电容式压力传感器主要用于检测负压、液压、气压,测量范
围为20kPa~100kPa,其特点是输入能量高,动态响应特性好、环境适应
性好;
压阻式压力传感器的性能则受温度影响较大,需要另设温度补偿电
路,但适应于大批量生产;
差动变压器式压力传感器有较大的输出,易于
数字输出,但抗干扰性差;
声表面波式压力传感器具有体积小、质量轻、
功耗低、可靠性高、灵敏度高、分辨力高、数字输出等特点,用于汽车吸
气阀压力检测,能在高温下稳定地工作。
德国Infineon公司研制的智能轮胎压力传感器KP500内部集成
了压力和温度传感模块,它不需要在传感器模块中增加加速度传感器,可
以在汽车启动时自动开机进人自检,能测量压力、温度和电压等。
所有的
功能都是利用表面微机械加工技术集成在0.8μm的双极互补金属氧化物
半导体(BiCMOS)上。
每个传感器模块中的电可擦可编程只读存储器中
存储着惟一的32位芯片识别码。
芯片识别码可以由同步串行接口读出,
而且,可以用于辨识各个轮胎压力传感器的位置。
在接收数据的时候,
首先,要检查芯片识别码,如果发现芯片识别码不符,就放弃收到的数据
帧。
3.流量传感器
流量传感器主要用于发动机空气流量和燃料流量的测量。
进气量
是燃油喷射量计算的基本参数之一。
空气流量传感器的功能:
感知空气流
量的大小,并转换成电信号传输给发动机的电子控制单元。
空气流量的测
量用于发动机控制系统确定燃烧条件、控制空燃比、起动、点火等。
空气
流量传感器有旋转翼片式、卡门涡旋式、热线式、热膜式等4种类型。
空
气流量传感器的主要技术指标:
工作范围为0.11m3/min~103m3/min,工
作温度为-40℃~120℃,精度>1%。
燃料流量传感器用于检测燃料流量,
主要有水轮式和循环球式,其动态范围为0~60kg/h,工作温度为-
40℃~120℃,精度为±
1%,响应时间<10ms。
Honeywell的下属微开关(microswitch)公司用热微细加工技
术制作出了微桥式空气流量传感器芯片,它用微细加工技术在硅圆片上加
工出空腔,铂电阻悬挂在空腔之上。
当空气流过器件时,发生了从空气流
动方向下方到上方的热传输,因而,下方电阻被冷却,上方电阻被加热,
由电桥电阻变化可测量出空气流量。
4.位置和转速传感器
曲轴位置与转速传感器主要用于检测发动机曲轴转角、发动机转
速、节气门的开度、车速等,为点火时刻和喷油时刻提供参考点信号,同
时,提供发动机转速信号。
目前,汽车使用的位置和转速传感器主要有交
流发电机式、磁阻式、霍尔效应式、簧片开关式、光学式、半导体磁性晶
体管式等,其测量范围为0°
~360°
,精度优于±
0.5°
,测弯曲角达
±
0.1°
。
车速传感器种类繁多,有敏感车轮旋转的、也有敏感动力传动轴
转动的,还有敏感差速从动轴转动的。
当车速高于100km/h时,一般测量
方法误差较大,需采用非接触式光电速度传感器,测速范围为
0.5km/h~250km/h,重复精度为0.1%,距离测量误差优于为0.3%。
5.气体浓度传感器
气体浓度传感器主要用于检测车体内气体和废气排放。
其中,