現代汽車正從一種簡單的交通工具向安全、舒適、方便、無污染方向發展。要實現這些目標,關鍵是汽車的電子化和智能化,前提是及時獲取各種信息,這必然要求汽車上廣泛使用各種傳感器。由于傳統傳感器體積大、重量大、成本高,其在汽車中的應用受到很大限制。近幾年來,由半導體集成電路(IC)技術發展起來的微機電技術日趨成熟。微型傳感器是目前成功且實用的傳感器,被廣泛應用到微型機電設備,主要由微型薄膜的機械變形產生電信信號輸出的微型壓力傳感器和微型加速度傳感器;此外,還有微型溫度傳感器、磁場傳感器、氣體傳感器等,大部分小于1毫米2。隨著微電子技術,特別是納米加工技術的發展,傳感器技術也將從微型傳感器發展到納米傳感器。這種傳感器體積小,可以實現許多全新的功能,便于大規模、高精度的生產,單件成本低,易于組合成大規模的多功能陣列。這些特點非常適合汽車領域的應用。
車輛傳感器是各種傳感器的總稱,用于汽車顯示和電氣控制系統。它包括許多物理量傳感器和化學傳感器。傳感器可以讓駕駛員了解汽車各部分的狀態;也可以用來控制汽車各部分的狀態。根據汽車的功能,可分為發動機控制、底盤控制和為駕駛員提供各種信息的傳感器。這些傳感器的材料包括精細陶瓷、半導體材料、光導纖維和聚合物薄膜;根據輸出特點,可分為模擬型和數字型;根據結構型、韌性型和復合型。
微型傳感器在汽車中的應用。
汽車上使用的傳感器種類繁多,應用廣泛。本文闡述了傳感器在汽車發動機控制、安全系統、車輛監控和自診斷中的應用。
車輛發動機控制傳感器。
柴油機電控系統一直被認為是MEMS技術在汽車中的主要應用之一。內燃機控制系統中的傳感器是整個汽車傳感器的核心,有多種類型,如溫度、壓力、轉速、流量、氣體濃度、爆震等。這些傳感器為發動機的電子控制單元提供發動機工作狀態信息,供電控制單元準確控制發動機工作狀態,以提高發動機的動力性能,降低油耗,減少廢氣排放,進行故障檢測。
溫度傳感器。
主要用于測量發動機溫度、吸入溫度、冷卻水溫度、油溫、催化溫度等。主要有三種類型:熱敏電阻、線繞電阻和熱偶電阻。三種類型的傳感器各有特點,其應用場合也略有區引。熱阻溫度傳感器靈敏度高,響應特性好,但線性和溫度低。其中,一般溫度測量范圍為-50~30℃,精度為1.5%,響應時間為10ms;高溫溫度計為600~1000cc,精度為5%,響應時間為10ms;線繞電阻溫度傳感器精度高,但響應特性差;熱偶電阻溫度傳感器精度高,測量溫度范圍寬,但需要與放大器和冷端處理一起使用。其他實用產品包括鐵氧體溫度傳感器(測溫范圍為-40~120℃,精度為2.0%)、金屬或半導體薄膜空氣溫度傳感器(測溫范圍為-40~150℃,精度為2.0%,響應時間約20ms)等。
壓力傳感器。
壓力傳感器是汽車上使用最廣泛的傳感器,主要用于檢測汽車氣缸內的儲氣壓力、傳動系統的流體壓力、注入油壓、發動機油壓力、進氣管道壓力、空氣過濾系統的流體壓力等。
常用的汽車壓力傳感器有電容式、壓阻式、差動變壓器式和聲表面波式。電容式壓力傳感器主要用于測量負壓、液壓和氣壓,測量范圍為20~100kPa。其特點是輸入能量高,動態響應特性好,環境適應性強;壓阻式壓力傳感器的性能受溫度影響很大,需要另設溫度補償電路,但適合批量生產;差動變壓器壓力傳感器輸出大,易于數字輸出,但體積小,重量輕,功耗低,可靠性高。用于汽車吸氣閥的壓力檢測,可以在高溫下穩定工作。
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