汽车常见传感器工作原理及检测

汽车常见传感器工作原理及检测

各种汽车传感器的作用

目录

1、进气压力传感器:..................................................................... ............................................2

2、空气流量传感器:..................................................................... ............................................2

3、节气门位置传感器:..................................................................... ........................................2

4、曲轴角度传感器:..................................................................... ............................................3

5、凸轮轴位置传感器(又称气缸识别传感器).....................................................................

3

6、氧传感器:..................................................................... ........................................................3

7、发动机转速传感器...................................................................... ...........................................4

8、进气温度传感器:..................................................................... ............................................5

9、水温传感

器:..................................................................... ....................................................5 10、爆燃传感器:..................................................................... ................................................6 11、活性碳罐...................................................................... .. (7)

12、碳罐控制阀...................................................................... ...................................................7 13、点火线圈...................................................................... .......................................................7 14、喷油器...................................................................... .. (8)

15、电动燃油泵...................................................................... ...................................................9 16、油压调节器...................................................................... ...................................................9 17、燃油分配器...................................................................... ...................................................9 18、曲轴箱通风加热电阻...................................................................... .................................10 19、车速传感

器...................................................................... . (10)

、空气流量传感器...................................................................... .........................................11 20

20.1卡门旋涡式空气流量计...................................................................... (11)

20.2光学式卡门旋涡守气流量计...................................................................... . (11)

20.3超声波式卡门旋涡式空气流量计...................................................................... .. (11)

20.4热线式空气流量计...................................................................... .. (12)

20.5热膜式空气流量计...................................................................... .............................12 21、压力传感器...................................................................... . (12)

21.1电容式压力传感器...................................................................... .. (13)

21.2差动变压器进气压力传感器...................................................................... . (13)

21.3半导体应变式进气压力传感器...................................................................... (13)

22、气门位置传感器...................................................................... .........................................13 1.1开关式节气门位置传感器...................................................................... .....................14 1.2线性节气门位置传感器...................................................................... .........................14 23、氧传感器...................................................................... .....................................................14 24、温度传感器...................................................................... .................................................15 25、相位传感器...................................................................... .................................................15 26、相位传感器的作用...................................................................... .....................................15 1、爆震传感器作

用...................................................................... .............................................16 27、碳罐控制阀的作用...................................................................... .....................................16 28、怠速执行器作用...................................................................... .........................................16 29、汽车传感器线的作用...................................................................... .................................18 30、急加速时感觉发动机反应迟钝...................................................................... .. (19)

(本说明中图例多以捷达电喷车为主)

汽车传感器过去单纯用于发动机上，现在巳扩展到底盘、车身和灯光电气系统上了。这些系统采用的传感器有 100 多种。在种类繁多的传感器中，常见的有?

用在电控喷油喷射发动机上的传感器

, 进气压力传感器:、

反映进气歧管内的绝对压力大小的变化，是向 ECU(发动机电控单元)提供计算喷油持续时间的基准信号;

插头,、,脚为进气温度传感器，其值为-5,左右。

插头 3、4 脚为进气压力传感器，其值为 5,左右。

, 空气流量传感器:、

测量发动机吸入的空气量，提供给 ECU 作为喷油时间的基准信号;

, 节气门位置传感器:、

测量节气门打开的角度，提供给 ECU 作为断油、控制燃油/空气比、点火提前角修正的基准信号;电子节气门安装在进气管与进气膨胀箱之间内部装有节气门位置传感器。

2

打开点火开后，插头,脚与,脚之间其电压应 5V 左右，,脚与,脚之间电压也应为 5V 左右。节气门电位器的测量，用测试连接线连接节气门电磁阀,、,脚后，用万用表接上测试线其阻值应在3Ω,200Ω之间。

, 曲轴角度传感器:、

检测曲轴及发动机转速，提供给 ECU 作为确定点火正时及工作顺序的基准信号; , 凸轮轴位置传感器(又称气缸识别传感器)、

安装在气缸盖侧壁上由凸轮轴驱动，协同发动机转速传速器识别一缸上止点位置。其,、,脚电压应为 5V 左右。

, 氧传感器:、

检测排气中的氧浓度，提供给 ECU 作为控制燃油/空气比在最佳值(理论值)附近的的基准信号;

3

测量氧传感器的,、,脚为氧传感器加热器其阻值为6Ω左右。

, 发动机转速传感器、

安装在缸体左侧靠近,缸的侧壁上，作用测量发动机转速，提供,，,缸上止点参考信号

4

个脚定义，,、脚转速信号正接,,,，,、脚转速信号负接,,,，,、脚转速信号接地接,,,。传感器,、,、脚规定阻值为450Ω 至1000Ω左右。,、,脚和,、,脚阻值应为无穷大。

用示波器测转速传感器的连接,、,脚，,、,缸上止点信号如图

, 进气温度传感器:、

检测进气温度，提供给 ECU 作为计算空气密度的依据;

作用:与进气压力传感器和进气温度传感器检测进入发动机的空气温度和压力，确定喷

油量的三个传感器之一

, 水温传感器:、

检测冷却液的温度，向 ECU 提供发动机温度信息;

5

,、,脚为接,,,端，,为接冷却液温度表，,为接地端，其,、,脚电压应为-,V 左右。 ,、,爆燃传感器:

安装在缸体上专门检测发动机的爆燃状况，提供给 ECU 根据信号调整点火提前角。

6

其阻值应为无穷大。

,、,活性碳罐

作用吸收燃油箱中的蒸汽

,、,碳罐控制阀

此阀受发动机电脑的控制，也就是说它到底是打开还是关闭是要受发动机电脑(ECU)控制的。当此阀打开时，储藏在碳罐内的燃油蒸汽会被吸到发动机的进气管内，然后进入气缸内燃烧;当此阀关闭时，储藏在碳罐内的燃油蒸汽就进不到发动机的进气管内。(其阻值25Ω) ,、,点火线圈

点火线圈为静态高压分配双火花点火装置

7

图

1 端子为,、,缸点火触发信号，,端子为,、,缸点火触发信号，,端子为供电端，,端子为接地端。

,与,脚电压为 12V，用发光二极管接,与,端，启动发动机时发光二极管应亮。 ,与,脚电压为 12V，用发光二极管接,与,端，启动发动机时发光二极管应亮。点火线圈次级,、,缸电阻为,Ω至,Ω，,、,缸电阻为,Ω至,Ω。 ,、,喷油器

安装在燃油分配器上(其阻值15Ω)示波器测波形为

8

,、,电动燃油泵

作用给燃油系统提供足够的具有规定压力的燃油

关闭点火开关燃油泵,端、,端电压应为 0V，当打开点开关,端、,端电压应为

12V ,、,油压调节器

安装在燃油分配器上作用是保持燃油压力与进气管压力之间压力差不变。 ,、,燃油分配器

作用将然油均匀分配到个喷油器中。

9

,、,曲轴箱通风加热电阻

作用给进行曲轴箱的空气进行加热。

正常电压 12V 以上，其阻值12Ω以上。

,、,车速传感器

作用显示车行使速度和限速断油控制。

其,、,脚电压应为 12V。传感器的电阻在1000Ω左右。

2、用在底盘控制方面的传感器

这些传感器主要应用在变速器、方向器、悬架和 ABS 上。

变速器:有车速传感器、温度传感器、轴转速传感器、压力传感器等，方向器有转角传

10

感器、转矩传感器、液压传感器;

悬架:有车速传感器、加速度传感器、车身高度传感器、侧倾角传感器、转角传感器等 ,、,空气流量传感器

为了形成符合要求的混合气，使空燃比达到最佳值，我们就必须对发动机进气空气流量进行精确控制。下面我们来介绍一下几种常用的空气流量传感器。

,(卡门旋涡式空气流量计,,

涡流式空气流量传感器是利用超声波或光电信号，通过检测旋涡频率来测量空气流量的种传感器。

众所剧知，当野外架空的电线被风吹时，就会发出“嗡、嗡”的声音，且风速越高声音频率越高，这是气体流过电线后形成旋涡(即涡流)所致。液体、气体等流体均会产生这种现象。

同样，如果我们在进气道中放置个涡流发生器，比如说一个住状物，在空气流过叫，在涡流发生器后部将会不断产生如图所示的两列旋转方向相反，并交替出现的旋涡。这个旋涡就称为卡门旋涡。

,卡门旋涡式空气流量计就是利用这种这种旋涡形成的原理，测量气体流速，并通过流速的( 测量直接反映空气流量。

,对于台具体的卡门旋涡式空气流量计，有如下关系式:？,, ,(,,，？为体积流量，,为单列旋涡产生的频率，,为比例常数，它与管道直径，柱状物直径等有关。由这个关系式可知，体积流量与卡门涡流传感器的输出频率成正比。利用这个原理，我们只要检测卡门旋涡的频率 ,，就可以求出空气流量。

根据旋涡频率的检测方式的不同，汽车用涡流式空气流量传感器分为超声波检测式和光学式检测式两种。例如，中同大陆进口的丰出凌志，,,,,, 型轿车和台湾进几的皇冠 , 型轿, ,采用了光电检测涡流式空气流量器;日本三菱吉普车、中国长风猎豹吉普车和韩国现代轿( 车采用了超声波检测涡流式空气流量传感器。

,(光学式卡门旋涡守气流量计,,

现代物理学光的粒子说认为，光是一种具有能量的粒子流，当物体受到)光照射时，由于吸收了光了能量而产生的效应，称为光电效应。光敏晶体管是一种半导体器件，它的特点就是受到光的照射时，它们都会产生内光电效应的光生伏特现象，从而产生电流。 ,工作原理:在产生卡门旋涡的过程中，旋涡发生器两侧的空气压力会发生变化，通过导孔( 作用在金属箔上，从而使其振动，发光二极管的光照在振动的金属箔上时，光敏晶体管接收到的金属箔上的反射光是被旋涡调制的光，再由光敏晶体管输出调制过的频率信号，这种频率信号就代表了空气的流量信号。

,(超声波式卡门旋涡式空气流量计,,

超声波是指频率高于 20HZ(人耳听不到的机械波。它的特性就是方同性妤，穿透力强，遇到杂质或物体分界山会产生显著的反射，譬如白然界里的蝙蝠，鲸鱼等动物都是通过超声波来进行方位定向的。利用这种物理特性，我们可以把些非电量转换成声学参数，通过压电元件转换成电量。

超声波式卡门旋涡式空气流量计的工作原理与光学式卡门旋涡空气流量计工作原理大致相同，只是光学兀件换成了声学元件。

11

工作原理是:在旋涡发生器下游管路两侧相对安装超声波发射探头和超声波接收探头，超声波发射探头小断向超声波接收探头发出一定频率(一般为 40KHZ)的超声波，当超声波通过进气气流到达超声波接收器时，由于受到气流移动速速及压力变化的影响，因此接收到的超声波信号的相位(时间间隔)以及相位差(时间间隔之差)就会发生变化，集成控制电路根据相位或相位差的变化情况计量出涡流的频率。涡流频率信号输入 ECU 后，ECU 就可以计算出进气量。

,(热线式空气流量计,,

构成:我们来看书上的结构图，它的基本构成包括感知空气流量的白金热线、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻(冷线)、控制热线电流的控制电路以及壳体等。根据白金热线在壳体内安装部位的小同，可分为安装在空气主通道内的主流测量方式和安装在空气旁通道内的旁通道测量方式，

热线式空气流量计是利用空气流过热金属线时的冷却效应工作的。将一根铂丝热线置于进气空气流中，当恒定电流通过钔丝使其加热后，如果流过铂丝周围的空气增加，金属丝温度就会降低。如果要使铂丝的温度保持恒定，就应根据空气气量调节热线的电流，空气流量越，需要的电流越人。下面的图是主流测量方式的热线式空气流量计的工作原理图。其中 RH 为是直径为 0.03-0.05 的细铂丝(热线)，RK 是作为温度补偿的冷线电阻。RA 和 RA 是精密线桥电阳。四个电阻共同组成一个惠斯登电桥。在实际工作中，代表空气流量的加热电流是通过电桥中的RA 转换成电压输出的。当空气以恒定流量流过时，电源电压使热线保持在一定温度，此刚电桥保持甲衡。当有空气流动时，由于 RH 的热量被空气吸收而变冷，其电阻值发生变化，电桥失去平衡。此叫，放大器即增加通过铀丝怕电流，直到恢复原来的温度和电阻值，使电桥重新平衡。由于电量的增加，RA 的电压增加，这样就在 RA 上得到了代表空气流量的新的电压输出。进气温度的任何变化都会使电桥失去平衡。为此，在靠近热线的空气流中，没有一个补偿电阻丝(冷线)。冷线补偿电阻的温度起一个参照值的作用。在工作中，放大器会使热线温度高出进气温度 100 度。热线式空气流量计长期使用，会使热线上积累杂质。为此，在热线式流量计上采用了烧尽措施觯决这个难题。每当发动机熄火时，ECU 自动接通空气流量计壳体内的电子电路，热线被自动加热，使其温度在 1S 内升高了 1000 度。由于烧尽温度

必须是非常精确的，冈此，在发动机熄火后 4S 后，该电路才被接通。这种空气流量计由于没有运动部件，因此工作可靠，而且响应特性较好;缺点是在空气流速分布不均匀时误差较大。

,(热膜式空气流量计,,

热线式空气流量计虽然可以提供精确的进气空气流量，但造价太高，主要用于高级轿车，为了满足精度高，结构简单，造价又便宜的要求，德国博世公司厚膜工艺，开发出了热膜式空气流量计。热膜式空气流量计的工作原理与热线式空气流量计类似，都是用惠斯登电桥工作的。所不同的是热膜式空气流量计不用铂金作为热线，而是将热线电阻、补偿电阻和线桥电阻用厚膜工艺集中在一块陶瓷片上。这种空气流量计已大量使用于各种电控汽油喷射系统中。 ,、,压力传感器功用:把压力信号转变为电压信号。

在日常生活中，常常会遇到这样的现象，即当顺着风向喊话人叫，对方很容易听到;而逆着风向喊人时，对方就不容易听 i 到。这是因为前者的的空气流动方向与声波的前进方向相同

声波被加速的结果，而后者是声波受阻而减速的结果。在超声波式流量传感器中，同样存存着这种现象。

12

,(电容式压力传感器,,

首先我们来了解一下电容器。电容器的容量与组成的电容的两极扳间的电介质及其相对有效血积成正比，而与两极板间的距离成反比，即 C,EA,d，其中 E 为电介质 n 的介电常数，A 为两金属电极板间相对有效皿积，d 为两金属电极板间距离。由这个关系式可以看出，当其中两个参数不变，而兄一个参数作为变量时，电容量就会随着变化的参数而变化。电容压力传感器由置于空腔内的两个动片(弹性金属脱片)、两个定片(弹性膜片上下凹玻璃上的金属涂层)、输出端子和

壳体等组成。其动片与两个定片之间形成了两个串联的电容。当进气压力作用于弹性膜片时，弹性膜片产生位移，势必与一个定片距离减小，而与另个定片距离加大(可以通过一张纸来示范)。我们可以从公式中看出，两金属电极板间距离是影响电容量的重要因素之一，距离增大，则电容量减少，距离减少，则电容量增大。这种由一个被测量量引起两个传感元件参数等量、相反变化的结构，称为差动结构。如果弹性膜片置于被测压力与大气压之间(弹性膜片上部空腔通人气)，测得的是表压力;如果弹性膜片置于被测压力与真空之间(弹性膜片上部空腔通真空)，测得的是绝对压力。与电容式传感出器配合使用的测量电路有很多种，下面我们来以电桥电路为例说说电容差动式传感器测量电路的工作原理，如图，由于电容是交流参数，所以电桥通过变压器用交流激励。变压器的两个线圈与两个电容组成电桥，当无进气压力时，电桥处于平衡状态，两电容值相等并且为 c0，当有压力作用时，其中一个电容值为，另一个电容值为 c0,，(为外部压力作用时引起的电容值的变化量) 则电桥火去平衡，，电容值高的地方电压也高，两个电容之间产生了电压差，由此电桥产生代表进气压力的电压输出 u。

,(差动变压器进气压力传感器,,

差动压力传感器是一种开磁互感式电感传感器，由于具有两个接成差动结构的二次线线圈，

所以又称为差动变速器。当差动变压器的-次线圈由交变电源激励时，其二次线圈就会产生感应电动势。由于二次线圈作差动连接，所以总的输出是两线圈感应电动势之差。当铁心不动时，其总输出量为零;当铁心移动时，输出电动势与铁心位移呈线性变化。差动变压器进气压力传感器的检测与转换过程是:先将压力的变化转换成变压器铁心的位移，然后通过差动变速器再将铁心位移转换为电信号输出。这种压力传感器主要有真空膜盒(波纹管)、差动变速器等组成。当气压变化时，波纹管变形，带动差速变压器的铁心移动，由于铁心的位移，差动变压器

的输出端即有电压产生，将此电经经过处理送至 ECU 输入端。如果按照电压的高低来确定喷射时间并使喷油器工作的话，就可以确定基本喷油量。

,(半导体应变式进气压力传感器,,

半导体压力进气传感器是利用应变效应工作的。

所谓应变效应，就是指当导体、半导体在外力作用下产生应变时，其电阻值发生变化的现象。电阻应变片是一种片状电阻传感器，它是利用半导体材料当在其轴向施加一定载荷产生应力时，它的电阻率会发生变化的所谓压阻效应原理工作的。

由电阻应变片构成的进气压力传感器主要由半导体应变片、真空室、混台集成电路板等组成。半导应变片是在一个膜片上用半导体工艺制做的四个等值电阻，并且连接成电桥电阻。半导体电阻电桥应变片放置在一个真空室内，在进气压力的作用下，应变片产生变形，电阻值发生变化，电桥失去平衡，从而将进气压力的变化转换成电阻电桥输出电压的变化。 ,、,气门位置传感器

应用范围:它在汽车上主要有两个方面的应用。一是用于气压的检测，包括进气真空度、大气压力、气缸内的气压及轮胎气压等;二是用于用于油压的检测，包括变速箱油压、制动阀油压及悬挂油压等。

13

节气门位置传感器安装在节气门体上，它将节气门开度转换成电压信号输出，以便计算

机控制喷油量。

节气门位置传感器有开关量输出和线性输出两种类型。

,,开关式节气门位置传感器(

这种节气门位置传感器实质上是一种转换开关，又称为节气门开关。这种节气门位置传

感器包括动触点、怠速触点、满负荷触点。利用怠速触点和满负荷触点可以检测发动机的怠

速状态及重负荷状态。一般将动触点称为 TL 触点，怠速触点称为 IDL 触点，满负荷触点称

为 PSW 触点。从结构图可以看出，在与节气门联动的连杆的作用下，凸轮可以旋转，动触

点可以沿凸轮的槽运动。这种节气门位置传感器结构比较简单，但其输出是非连续的。

在节气门全关闭时，电压从 TL 端了加到 IDL 端子上，再回到电了控制器上。通过这样

的途径传递信号时，电子控制器明白节气门现在全关闭状态。当踏下加速速踏板，节气门处

于某一开度以上时，电压从 TL 端了经过 PSW 了端子再传递给电子控制器。电子控制器明白

了，现在节气门打开了一定的角度。

下面我将怠速信号与负荷信号对喷油量的影响加以说明。当有 IDL 信号输出并日发动机

转速超过规定转速时，则中断供油，以防止催化剂过热及节省燃油。当 IDL 信号从有输出转

换到无输出时，电子控制器判断出节气从全关闭状态换至打状态，当然也就判断出车辆处十

起步域再加速状态，所以就会根据发动机的暖机状态进行加速加浓，增人喷油量，以供给加

速所需要的较浓混合气。