汽車傳感器基礎知識解析

車用傳感器是汽車計算機系統的輸入裝置，它把汽車運行中各種工況信息，如車速、各種介質的溫度、發動機運轉工況等，轉化成電信號輸給計算機，以便發動機處于最佳工作狀態。車用傳感器很多，判斷傳感器出現的故障時，不應只考慮傳感器本身，而應考慮出現故障的整個電路。因此，在查找故障時，除了檢查傳感器之外，還要檢查線束、插接件以及傳感器與電控單元之間的有關電路。

詳細介紹

汽車技術發展特征之一就是越來越多的部件采用電子控制。根據傳感器的作用，可以分類為測量溫度、壓力、流量、位置、氣體濃度、速度、光亮度、干濕度、距離等功能的 傳感器，它們各司其職，一旦某個傳感器失靈，對應的裝置工作就會不正常甚至不工作。因此，傳感器在汽車上的作用是很重要的。

汽車傳感器過去單純用于發動機上，已擴展到底盤、車身和燈光電氣系統上了。這些系統采用的傳感器有100多種。在種類繁多的傳感器中，常見的有∶

進氣壓力傳感器：反映進氣歧管內的絕對壓力大小的變化，是向ECU（發動機電控單元）提供計算噴油持續時間的基準信號；

空氣流量計：測量發動機吸入的空氣量，提供給ECU作為噴油時間的基準信號；

節氣門位置傳感器：測量節氣門打開的角度，提供給ECU作為斷油、控制燃油/空氣比、點火提前角修正的基準信號；

曲軸位置傳感器：檢測曲軸及發動機轉速，提供給ECU作為確定點火正時及工作順序的基準信號；

氧傳感器：檢測排氣中的氧濃度，提供給ECU作為控制燃油/空氣比在最佳值（理論值）附近的的基準信號；

進氣溫度傳感器：檢測進氣溫度，提供給ECU作為計算空氣密度的依據；

冷卻液溫度傳感器：檢測冷卻液的溫度，向ECU提供發動機溫度信息；

爆震傳感器：安裝在缸體上專門檢測發動機的爆燃狀況，提供給ECU根據信號調整點火提前角。

這些傳感器主要應用在變速器、方向器、懸架和ABS上。

變速器：有車速傳感器、溫度傳感器、軸轉速傳感器、壓力傳感器等，方向器有轉角傳感器、轉矩傳感器、液壓傳感器；

懸架：有車速傳感器、加速度傳感器、車身高度傳感器、側傾角傳感器、轉角傳感器等；

下面我們來認識一下汽車上的主要傳感器。

空氣流量傳感器是將吸入的空氣轉換成電信號送至電控單元（ECU），作為決定噴油的基本信號之一。根據測量原理不同，可以分為旋轉翼片式空氣流量傳感器、卡門渦游式空氣流量傳感器、熱線式空氣流量傳感器和熱膜式空氣流量傳感器四種型式。前兩者為體積流量型，后兩者為質量流量型。主要采用熱線式空氣流量傳感器和熱膜式空氣流量傳感器兩種。

進氣壓力傳感器可以根據發動機的負荷狀態測出進氣歧管內的絕對壓力，并轉換成電信號和轉速信號一起送入計算機，作為決定噴油器基本噴油量的依據。廣泛采用的是半導體壓敏電阻式進氣壓力傳感器。

節氣門位置傳感器安裝在節氣門上，用來檢測節氣門的開度。它通過杠桿機構與節氣門聯動，進而反映發動機的不同工況。此傳感器可把發動機的不同工況檢測后輸入電控單元（ECU），從而控制不同的噴油量。它有三種型式：開關觸點式節氣門位置傳感器，線性可變電阻式節氣門位置傳感器、綜合型節氣門位置傳感器。

曲軸位置傳感器也稱曲軸轉角傳感器，是計算機控制的點火系統中最重要的傳感器，其作用是檢測上止點信號、曲軸轉角信號和發動機轉速信號，并將其輸入計算機，從而使計算機能按氣缸的點火順序發出最佳點火時刻指令。曲軸位置傳感器有三種型式：電磁脈沖式曲軸位置傳感器、霍爾效應式曲軸位置傳感器、光電效應式曲軸位置傳感器。曲軸位置傳感器型式不同，其控制方式和控制精度也不同。曲軸位置傳感器一般安裝于曲軸皮帶輪或鏈輪側面，有的安裝于凸輪軸前端，也有的安裝于分電器。

爆震傳感器安裝在發動機的缸體上，隨時監測發動機的爆震情況。采用的有共振型和非共振型兩大類。

測試特點

被測對象的多樣性及快速變化性

汽車上常用的傳感器類型包括輪速傳感器、曲軸/凸輪軸位置傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、爆震傳感器等。針對層出不窮的車型，每個功能相同的傳感器在外形上又有著各種各樣的差異，再加上測量指標、生產環境等要求越來越苛刻，使得傳統單一的測試工作臺無法兼顧如此多樣的傳感器生產。

測試近似性

在實際生產中，不同傳感器的測試內容又有著一定的近似性。因為從測試原理上講，汽車傳感器主要分為主動式/被動式、溫度、壓力傳感器等類型。也就是說，對于不同的傳感器，只要測試原理是一樣的，那就意味著它們的測試儀器等設備也是一樣的。

測試設備

汽車傳感器生產線都要求采用經濟、高效、自動、靈活的測試設備，而且要具備高自動化、高效率、高產能、高可靠性的特點。傳感器生產廠家希望一次性投入以后，測試設備本身還能不斷地進行擴充，有效地支持最新產品和更高的性能指標要求，從而保證設備資本投入的有效性。

其他要求

為了保證生產質量，設備需要具備一定的生產過程統計能力，并有助于減少由于人為因素造成的生產質量降低的問題。集成化、智能化是汽車傳感器的發展趨勢。如果只進行終檢測試，發現問題為時已晚，所以往往測試會和生產過程交互進行。這樣，一方面要求測試設備與生產線上其他設備良好銜接，另一方面能夠實現設備間的信息和數據共享。

常用類型

里程表

在差速器或者半軸上面的傳感器，來感覺轉動的圈數，一般用霍爾，光電兩個方式來檢測信號，其目的利用里程表記數可有效的分析判斷汽車的行駛速度和里程，因為半軸和車輪的角速度相等，已知輪胎的半徑，直接通過里程參數來計算。在傳動軸上設計兩個軸承，大大減輕了運行中的力距，減少了摩擦力，增強了使用壽命；由原來的動態檢測信號改為齒輪運轉式檢測信號；由原來直插式垂直變速箱改為倒角式接口變速箱。里程表傳感器插頭一般是在變速箱上，有的打開發動機蓋可以看到，有的要在地溝操作。

機油壓力

是指集微型傳感器、執行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的微型機電系統。常用的有硅壓阻式和硅電容式，兩者都是在硅片上生成的微機械電子傳感器。一般情況上，我們通過機油壓力傳感器來檢測汽車的機油向內的機油還有多少，并將檢測到的信號轉換成我們可以理解的信號，提醒我們還有多少機油，或者還可以走多遠，甚至是提醒汽車需要加機油了。

水溫傳感

它的內部是一個半導體熱敏電阻，溫度愈低，電阻愈大；反之電阻愈小，安裝在發動機缸體或缸蓋的水套上，與冷卻水直接接觸。從而側得發動機冷卻水的溫度。電控單元根據這一變化測得發動機冷卻水的溫度，溫度愈低，電阻愈大；反之電阻愈小。電控單元根據這一變化測得發動機冷卻水的溫度，作為燃油噴射和點火正時的修正號。就是我們可以通過發動機水溫的溫度了解汽車運行的狀態，停止或者運動，或者運動的時間有多長等。

空氣流量

它的作用是檢測發動機進氣量的大小，并將進氣量信息轉換成電信號輸出，并傳送到ECU。我們知道汽車的行駛是需要點火裝置點火得到向前的沖量，因此，充氣量得大小是ECU計算汽車在點火的時候點火裝置需要噴油時間和噴油量和點火時間的依據。它的作用是可以讓我們更好的讓汽車進行加減速行駛。

ABS傳感器

在制動活塞旁邊（卡制動碟的卡鉗，里面是制動活塞），ABS工作就是保證制動活塞和制動碟不卡死，保證它們處于滑動摩擦和靜摩擦的邊緣。大多由電感傳感器來監控車速，abs傳感器通過與隨車輪同步轉動的齒圈作用， 輸出一組準正弦交流電信號，其頻率和振幅與輪速有關。該輸出信號傳往ABS電控單元（ECU），實現對輪速的實時監控。

安全氣囊

也稱碰撞傳感器，按照用途的不同，分為觸發碰撞傳感器和防護碰撞傳感器。觸發碰撞式用于檢測碰撞時的加速度變化，并將碰撞信號傳給氣囊電腦，作為氣囊電腦的觸發信號；防護碰撞式它與觸發碰撞式串聯，用于防止氣囊誤爆。

氣體濃度

主要用于檢測車體內氣體和廢氣排放。其中，最主要的是氧傳感器，它檢測汽車尾氣中的氧含量，根據排氣中的氧濃度測定空燃比，向微機控制裝置發出反饋信號，以控制空燃比收斂于理論值。當空燃比變高，廢氣中的氧濃度增加時，氧傳感器的輸出電壓減小；當空燃比變低，廢氣中的氧濃度降低時，輸出電壓增大。電子控制單元識別這一突變信號，對噴油量進行修正，從而相應地調節空燃比，使其在理想空燃比附近變動。

位置和轉速

主要用于檢測發動機曲軸轉角、發動機轉速、節氣門的開度、車速檢測，汽車加速度檢測、汽車減速檢測等，為點火時刻和噴油時刻提供參考點信號，同時，提供發動機轉速信號。汽車使用的位置和轉速傳感器主要有交流發電機式、磁阻式、霍爾效應式、簧片開關式、光學式、半導體磁性晶體管式。

速度傳感器

速度傳感器是電動汽車較為重要的傳感器，也是應用較多的傳感器。就其定義而言，速度傳感器主要是用來測量速度的傳感器，分為轉速傳感器、車速傳感器、車輪轉速傳感器等。

轉速傳感器主要用于電動汽車電動機旋轉速度的檢測。常用的轉速傳感器有三種，分別為電磁感應式轉速傳感器、光電感應式轉速傳感器、霍爾效應式轉速傳感器，均采用非接觸式測量原理，以增強檢測的安全性、提高檢測精度。

車速傳感器用來測量電動汽車行駛速度。車速傳感器信號主要用于儀表板的車速表顯示及發動機怠速、電動汽車加速其間的控制等。目前我國絕大部分電動汽車上的速度表都是以汽車輪胎的旋轉轉速轉換成汽車速度進行測速的。這在汽車制動、打滑的情況下，以及輪胎因新舊、摩擦、路面、胎壓高低等造成其外圓周長的變化都會造成誤差過大，甚至無法工作，車速傳感器主要有電磁感應式、光電式、可變磁阻式和霍爾式集中。電動汽車上普遍采用電磁感應式和霍爾式速度傳感器。

基本特性

傳感器特性

傳感器是指能感受規定的物理量，并按一定規律轉換成可用輸入信號的器件或裝置。簡單地說，傳感器是把非電量轉換成電量的裝置。

傳感器通常由敏感元件、轉換元件和測量電路三部分組成。

1）、敏感元件是指能直接感受（或響應）被測量的部分，即將被測量通過傳感器的敏感元件轉換成與被測量有確定關系的非電量或其它量。

2）、轉換元件則將上述非電量轉換成電參量。

3）、測量電路的作用是將轉換元件輸入的電參量經過處理轉換成電壓、電流或頻率等可測電量，以便進行顯示、記錄、控制和處理的部分。

傳感器的靜態特性參數指標

⒈靈敏度

靈敏度是指穩態時傳感器輸出量y和輸入量x之比，或輸出量y的增量和輸入量x的增量之比，用k表示為

k=dY/dX

⒉分辨力

傳感器在規定的測量范圍內能夠檢測出的被測量的最小變化量稱為分辨力。

⒊測量范圍和量程

在允許誤差限內，被測量值的下限到上限之間的范圍稱為測量范圍。

⒋線性度（非線性誤差）

在規定條件下，傳感器校準曲線與擬合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誤差。

⒌遲滯

遲滯是指在相同的工作條件下，傳感器的正行程特性與反行程特性的不一致程度。

⒍重復性

重復性是指在同一工作條件下，輸入量按同一方向在全測量范圍內連續變化多次所得特性曲線的不一致性。

⒎零漂和溫漂

傳感器在無輸入或輸入為另一值時，每隔一定時間，其輸入值偏離原示值的最大偏差與滿量程的百分比為零漂。而溫度每升高1℃，傳感器輸出值的最大偏差與滿量程的百分比，稱為溫漂。

工作機理

一、磁電效應

根據法拉第電磁感應定律，N匝線圈在磁場中運動，切割磁力線（或線圈所在磁場的磁通變化）時，線圈中所產生的感應電動勢的大小取決于穿過線圈的磁通的變化率，

直線移動式磁電傳感器

直線移動式磁電傳感器由磁鐵、線圈和傳感器殼體等組成

當殼體隨被測振動體一起振動且在振動頻率遠大于傳感器的固有頻率時，由于彈簧較軟，運動件質量相對較大，運動件來不及隨振動體一起振動（靜止不動）。此時，磁鐵與線圈之間的相對運動速度接近振動體的振動速度。

轉動式

軟鐵、線圈和磁鐵固定不動。由導磁材料制成的測量齒輪安裝在被測旋轉體上，每轉過一個齒，測量齒輪與軟鐵之間構成的磁路磁阻變化一次，磁通也變化一次。線圈中感應電動勢的變化頻率（脈沖數）等于測量齒輪上的齒數和轉速的乘積。

二、霍爾式傳感器

⒈霍爾效應

半導體或金屬薄片置于磁場中，當有電流（與磁場垂直的薄片平面方向）流過時，在垂直于磁場和電流的方向上產生電動勢，這種現象稱為霍爾效應。

⒉霍爾元件

常用的霍爾材料鍺（Ge）、硅（Si）、銻化銦（InSb）、砷化銦（InAs）等。N型鍺容易加工制造，霍爾系數、溫度性能、線性度較好；P型硅的線性度最好，霍爾系數、溫度性能同N型鍺，但電子遷移率較低，帶負載能力較差，通常不作單個霍爾元件。

三、壓電式傳感器

⒈壓電效應

對某些電介質沿著一定方向加力而使其變形時，在一定表面上產生電荷，當外力撤除后，又恢復到不帶電狀態，這種現象稱為正壓電效應。在電介質的極化方向施加電場，電介質會在一定方向上產生機械變形或機械壓力，當外電場去除后，變形或應力隨之消失，此現象稱為逆壓電效應。

⒉壓電元件

壓電式傳感器是物性型的、發電式傳感器。常用的壓電材料有石英晶體（SiO2）和人工合成的壓電陶瓷。

壓電陶瓷的壓電常數是石英晶體的幾倍，靈敏度較高。

四、光電式傳感器

⒈光電效應

當光線照射物體時，可看作一串具有能量E的光子轟擊物體，如果光子的能量足夠大，物質內部電子吸收光子能量后，擺脫內部力的約束，發生相應電效應的物理現象，稱為光電效應。

1）在光線作用下，電子逸出物體表面的現象，稱為外光電效應，如光電管、光電倍增管等。

2）在光線作用下，物體的電阻率改變的現象，稱為內光電效應，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等。

3）在光線作用下，物體產生一定方向電動勢的現象，稱為光生伏特現象，如光電池（屬于對感光面入射光點位置敏感的器件）等。

⒉光敏電阻

光敏電阻受到光線照射時，電子遷移，產生電子—空穴對，使電阻率變小。光照越強，阻值越低。入射光線消失，電子—空穴對恢復，電阻值逐漸恢復原值。

⒊光敏管

光敏管（光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等）屬于半導體器件。

⒋電致發光

固體發光材料在電場激發下產生的發光現象稱為電致發光。電致發光是將電能直接轉換成光能的過程。發光二極管（LED）是以特殊材料摻雜制成的半導體電致發光器件。當其PN結正向偏置時，由于電子—空穴復合時產生過剩能量，該能量以光子形式放出而發光。

五、熱電式傳感器

1.熱電效應

將兩種不同性質的金屬導體A、B接成一個閉合回路，如果兩接合點溫度不相等（T0≠T），則在兩導體間產生電動勢，并且回路中有一定大小的電流存在，此現象稱為熱電效應。

⒉熱電阻傳感器

熱電阻材料通常為純金屬，廣泛使用的是鉑、銅、鎳、鐵等

⒊熱敏電阻傳感器

熱敏電阻用半導體制成，與金屬熱電阻相比有以下特點：

1.電阻溫度系數大，靈敏度高；

2.結構簡單，體積小，易于點測量；

3.電阻率高，且適合動態測量；

4.阻值與溫度變化的關系是非線性的；

5.穩定性較差。

分類

常用的有如下三種：

1.按傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳感器

2.按傳感器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。

3.按傳感器輸出信號的性質分類，可分為：輸出為開關量（“1"和“0"或“開"和“關"）的開關型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數字型傳感器。

如何檢測

發動機汽車節氣門由駕駛員通過加速踏板來操縱，以改變發動機的進氣量，從而控制發動機的運轉。不同的汽車節氣門開度標志著發動機的不同運轉工況。

1.開關量輸出型汽車節氣門位置傳感器的檢測

（1）結構和電路

開關量輸出型節氣門位置傳感器又稱為節氣門開關。它有兩副觸點，分別為怠速觸點（IDL）和全負荷觸點（PSW）。由一個和節氣門同軸的凸輪控制兩開關觸點的開啟和閉合。當節氣門處于全關閉的位置時，怠速觸點IDL閉合，ECU根據怠速開關的閉合信號判定發動機處于怠速工況，從而按怠速工況的要求控制噴油量；當節氣門打開時，怠速觸點打開，ECU根據這一信號進行從怠速到小負荷的過渡工況的噴油控制；全負荷觸點在節氣門由全閉位置到中小開度范圍內一直處于開啟狀態，當節氣門打開至一定角度（豐田1G-EU車為55°）的位置時，全負荷觸點開始閉合，向ECU送出發動機處于全負荷運轉工況的信號，ECU根據此信號進行全負荷加濃控制。豐田1G-EU發動機電子控制系統用的開關量輸出型節氣門位置傳感器。

（2）開關量輸出型節氣門位置傳感器的檢查調整。

①就車檢查端子間的導通性

點火開關置于“OFF"位置，拔下節氣門位置傳感器連接器，在節氣門限位螺釘和限位桿之間插入適當厚度的厚薄規；用萬用表Ω檔在節氣門位置傳感器連接器上測量怠速觸點和全負荷觸點的導通情況。

當節氣門全閉時，怠速觸點IDL應導通；當節氣門全開或接近全開時，全負荷觸點PSW應導通；在其他開度下，兩觸點均應不導通。具體情況如表1所示。否則，應調整或更換節氣門位置傳感器。

2.線性可變電阻輸出型節氣門位置傳感器的檢測

（1）結構和電路

線性可變電阻型節氣門位置傳感器是一種線性電位計，電位計的滑動觸點由節氣門軸帶動。

在不同的節氣門開度下，電位計的電阻也不同，從而將節氣門開度轉變為電壓信號輸送給ECU。ECU通過節氣門位置傳感器，可以獲得表示節氣門由全閉到全開的所有開啟角度的、連續變化的電壓信號，以及節氣門開度的變化速率，從而更精確地判定發動機的運行工況。一般在這種節氣門位置傳感器中，也設有一怠速觸點IDL，以判定發動機的怠速工況……

（2）線性可變電阻型節氣門位置傳感器的檢查調整

①怠速觸點導通性檢測點火開關置于“OFF"位置，拔去節氣門位置傳感器的導線連接器，用萬用表Ω檔在節氣門位置傳感器連接器上測量怠速觸點IDL的導通情況。當節氣門全閉時，IDL-E2端子間應導通（電阻為0）；當節氣門打開時，IDL-E2端子間應不導通（電阻為∞）。否則應更換節氣門位置傳感器。

②測量線性電位計的電阻

點火開關置于OFF位置，拔下節氣門位置傳感器的導線連接器，用萬用表的Ω檔測量線性電位計的電阻，該電阻應能隨節氣門開度增大而呈線性增大。