新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)的壓力傳感器的工作原理

 

導(dǎo)讀：機(jī)油壓力傳感器信號(hào)主要用于柴油發(fā)電機(jī)保護(hù)。當(dāng)ECU計(jì)算進(jìn)氣量時(shí)，進(jìn)氣壓力信號(hào)和進(jìn)氣溫度信號(hào)一起被ECU調(diào)用。當(dāng)進(jìn)氣壓力信號(hào)失準(zhǔn)時(shí)，進(jìn)氣量計(jì)算會(huì)出現(xiàn)偏差，并直接影響噴油量。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)出現(xiàn)動(dòng)力不足、油耗過(guò)高故障時(shí)，需要檢查進(jìn)氣壓力傳感器的性能。

 

 一、壓力傳感器分類

 

柴油機(jī)控制系統(tǒng)中典型的壓力傳感器包括機(jī)油壓力傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、燃油壓力傳感器、大氣壓力傳感器。

1、壓電式壓力傳感器

      利用壓電晶體的壓電效應(yīng)，將壓力轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。壓電效應(yīng)指壓電晶體（如石英晶體）在壓力作用下，產(chǎn)生電壓信號(hào)的現(xiàn)象。

（1）特點(diǎn)：

      結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，小巧輕便，工作可靠，具有線性度高量程范圍大等優(yōu)點(diǎn)。

2、電容式壓力傳感器

       電容式壓力傳感器原理是使介質(zhì)壓力作用于電容的一個(gè)極板上，壓力的變化使極板移動(dòng)，兩極板間的電容隨之改變，再經(jīng)過(guò)集成電路將電容的改變轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。

      電容式壓力傳感器通常是使用鍍金屬薄膜或者是圓形金屬薄膜來(lái)做電容器的其中一個(gè)電極。在薄膜感受到壓力的時(shí)候，電容式壓力傳感器會(huì)變形的，此時(shí)薄膜跟固定的電極間所產(chǎn)生的電容量就會(huì)發(fā)生改變。測(cè)量電路就可以輸出跟電壓形成一定的關(guān)系的電信號(hào)。電容式壓力傳感器的應(yīng)用非常廣泛，之所以應(yīng)用這么廣泛，是因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)有很多：電容式壓力傳感器的分辨率很高；可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)的檢測(cè)；結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，并不復(fù)雜；可以在很惡劣的工作環(huán)境下正常工作，解決人不可以測(cè)量的很多問(wèn)題；可以是非接觸測(cè)量的，很方便。

3、壓阻式壓力傳感器

      壓阻式壓力傳感器是由平面應(yīng)變傳感器發(fā)展而來(lái)的一種新型壓力傳感器。它以硅膜片作為彈性敏感元件，膜片上用集成電路擴(kuò)散工藝制成四個(gè)等值電阻，組成惠斯通電橋。當(dāng)膜片受壓力作用后，由于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)，電阻值會(huì)發(fā)生變化，使電橋輸出，進(jìn)而測(cè)得壓力的變化。利用這種方法制成的壓力傳感器叫壓阻式壓力傳感器。下面介紹壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)原理（圖1）。

（1）結(jié)構(gòu)

測(cè)量單元位于壓力傳感器的中心，由一片硅片2組成，其上有一片蝕刻的薄膜。四個(gè)電阻橋分布于膜片上，當(dāng)有機(jī)械壓力時(shí)，應(yīng)變片電阻就會(huì)發(fā)生變化。有的壓力傳感器和溫度傳感器集成在一起，完成溫度和壓力檢測(cè)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

 

圖1 壓電式壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖

圖2 壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖

 

（2）壓阻式壓力傳感器工作原理

      測(cè)量壓力的變化，傳感器膜片在10～100m范圍內(nèi)彎曲。分布在膜片上的四個(gè)應(yīng)變電阻的阻值在機(jī)械應(yīng)力的作用下發(fā)生變化。當(dāng)膜片發(fā)生變形時(shí)，其中兩個(gè)應(yīng)變電阻的阻值增大，而另外兩個(gè)電阻值則減小，這使惠斯頓電橋的輸出電壓發(fā)生變化。傳感器芯片外部是基準(zhǔn)真空室，測(cè)量的是介質(zhì)的絕對(duì)壓力，因此，這種傳感器稱為絕對(duì)壓力傳感器。傳感器芯片外部氣室若與大氣相通，則測(cè)量壓力的是介質(zhì)相對(duì)于大氣的壓力差，這種傳感器稱為相對(duì)壓力傳感器。

      信號(hào)處理電路集成在硅芯片上。它的作用是放大測(cè)量電壓，補(bǔ)償溫度影響。圖2所示為壓力傳感器工作特征曲線。這種壓力信號(hào)與壓力值成正比的壓力傳感器應(yīng)用廣泛。

 

圖3 壓力傳感器特性曲線圖

      根據(jù)壓力傳感器測(cè)量壓力時(shí)參考?jí)毫Φ牟煌?，壓力傳感器又可以分為相?duì)壓力傳感器和絕對(duì)壓力傳感器2種。相對(duì)壓力傳感器測(cè)量壓力時(shí)的參考?jí)毫榇髿鈮毫Γ虼似錅y(cè)量大氣時(shí)的測(cè)量值為零；絕對(duì)壓力傳感器測(cè)量壓時(shí)的參考?jí)毫κ钦婵眨錅y(cè)得的壓力值為絕對(duì)壓力。

 

二、壓力傳感器工作原理

 

1、傳統(tǒng)壓力傳感器原理

      壓力傳感器主要由硅片、真空室和電路組成，硅片由于受到進(jìn)氣壓力作用而變形，引起電阻值的變化，從而導(dǎo)致其輸出的電壓發(fā)生變化，壓力上升時(shí)，輸出電壓曾大，壓力下降時(shí)，則輸出電壓隨之下降。

      大部分壓力傳感器無(wú)法通過(guò)測(cè)量電阻的方式來(lái)判斷好壞，而需要在壓力傳感器作時(shí)通過(guò)輸出的信號(hào)電壓來(lái)判斷。因此在檢測(cè)壓力傳感器時(shí)需要專用的檢測(cè)導(dǎo)線，保證傳感器正常工作的時(shí)將條線引出供檢測(cè)，不同的壓力傳感器需要不同的檢測(cè)導(dǎo)線。

 

2、 共軌壓力傳感器

      共軌壓力傳感器的作用是以足夠的精度，在相應(yīng)較短的時(shí)間內(nèi)，測(cè)定共軌中的實(shí)時(shí)壓力，并向ECU提供電信號(hào)。

（1）共軌壓力傳感器構(gòu)件組成

      壓力敏感元件（焊接在壓力接頭上）；帶求值電路的電路板和帶電氣插頭的傳感器外殼，燃油經(jīng)一個(gè)小孔流向共軌壓力傳感器，傳感器的膜片將孔的末端封住。高壓燃油經(jīng)壓力室的小孔流向膜片。膜片上裝有半導(dǎo)體型敏感元件，可將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。通過(guò)連接導(dǎo)線將產(chǎn)生的電信號(hào)傳送到一個(gè)向ECU提供測(cè)量信號(hào)的求值電路。

 

三、安裝位置

 

1、 進(jìn)氣壓力傳感器

      進(jìn)氣壓力傳感器安裝在增壓器后的進(jìn)氣歧管上，用于測(cè)量進(jìn)氣歧管中的絕對(duì)壓力。該壓力值通常相對(duì)于真空而不是環(huán)境壓力，這可使空氣質(zhì)量和進(jìn)氣壓力得到精確控制，優(yōu)化柴油發(fā)電機(jī)性能。

2、大氣壓力傳感器

      大氣壓力傳感器可集成在ECU內(nèi)，也可外置。它的作用是為ECU提供大氣壓力信號(hào)，ECU依據(jù)海拔高度對(duì)一些控制量進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，廢氣再循環(huán)（EGR）和進(jìn)氣壓力控制都要利用大氣壓力信號(hào)。大氣壓力傳感器測(cè)量的是絕對(duì)壓力（60～150kPa）。大氣壓力傳感器發(fā)生故障時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)動(dòng)力會(huì)下降。

3、 機(jī)油壓力傳感器

      機(jī)油壓力傳感器安裝在主油道上或機(jī)油濾清器內(nèi)，用于測(cè)量機(jī)油的絕對(duì)壓力。機(jī)油壓力傳感器的測(cè)量范圍為0，5～10bar。

 

四、檢測(cè)方法

 

1、導(dǎo)線檢測(cè)

不同的壓力傳感器其插頭不同，所選用的專用測(cè)試導(dǎo)線不同，但其測(cè)試方法是一樣的。測(cè)試方法是：

① 斷開(kāi)傳感器與線路的插頭，插頭導(dǎo)線連接圖如圖4所示；

② 選擇正確的測(cè)試導(dǎo)線（即測(cè)試導(dǎo)線插頭與傳感器插頭相同）；

③ 用萬(wàn)用表在測(cè)試端分別測(cè)出輸入電壓和輸出信號(hào)電壓。

      把測(cè)得的電壓值分別與發(fā)電機(jī)廠給出的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范相比較，即可判斷該傳感器是否正常。

2、傳感器電壓的檢測(cè)

      若檢查傳感器端不正常則應(yīng)進(jìn)一步檢查ECM端的5V輸出是否正常，若仍不正常則檢測(cè)或更換ECM。

3、傳感器信號(hào)電壓的檢測(cè)

      接上傳感器連接頭，接通開(kāi)關(guān)：

① 在靜態(tài)下測(cè)量信號(hào)線與地線之間的電壓應(yīng)為：4V 左右；

② 怠速時(shí)的電壓應(yīng)為：1.0~1.5V左右；

③ 大負(fù)荷時(shí)的電壓應(yīng)為：4.5~5.0V左右，信號(hào)變化如圖5所示。

 

圖4 柴油機(jī)壓力傳感器插口接線圖

圖5 柴油機(jī)壓力傳感器信號(hào)電壓

 

 

 

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