微型传感器在汽车工程中的应用 - 潘学礼工控博客工控论坛

潘学礼工控博客

潘先生

学历：中专

职称：工程师

年龄：39岁

新闻信息(19/32)

工作图片(0)

技术论文(1/1)

交流论坛(205/290)

留言信箱(20)

浏览人次：21746

发表人：偶尔路过

发表时间：2009/6/7 7:57:00

发表新论题

本栏论题：

微型传感器在汽车工程中的应用 [5770]

    摘要：介绍了基于微机电系统（MEMS）技术的微型传感器的特点和发展概况.以及应用在汽车发动机控制、安全系统等方面的微型传感器的原理、特点和主要技术参数。并简要介绍了高温微电子在汽车上的应用。同时，预测了未来汽车微型传感器的发展趋势和市场应用前景。
    0 引言
    现代汽车正由一个单纯交通工具朝着能满足人类需求和安全、舒适、方便及无污染的方向发展。要实现这些目标的关键在于汽车的电子化和智能化，先决条件则是各种信息的及时获取，这势必要求在汽车中大量采用各种传感器。传统的传感器往往体积和重量大、成本高，它们在汽车的应用受到很大的限制。





    1 汽车用传感器分类
    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。这些传感器要么是使司机了解汽车各部分状态的；要么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，如表l所示。
    2 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。
    2.1 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。





    2.1.1 温度顶替传感器
    汽车用温度传感器主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、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3种主要类型。这3种类型传感器各有特点，其应用场合也略有区引。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600～1 000cC，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。
    2.1.2 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，HiStat，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20～100kPa，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KPS00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入自检，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唯一的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。
    2.1.3 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0.11～103m3/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