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传感器汽车发动机微型传感器在汽车工程方面的成功应用

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。

  近几年来,从半导体集成电路(IC)技术发展而来的微机电系统(microelectronmechnicalsystem,MESM)技术日渐成熟。微型传感器是目前最为成功并最具实用性的微型机电器件,主要包括利用微型膜片的机械形变产生电信信号输出的微型压力传感器和微型加速度传感器;此外,还有微型温度传感器、磁场陈干起、气体传感器等,这些微型传感器的面积大多在1mm2以下。随着微电子加工技术,特别是纳米加工技术的进一步发展,传感器技术还将从微型传感器进化到纳米传感器。这些微型传感器体积小,可实现许多全新的功能,便于大批量和高精度生产,单件成本低,易构成大规模和多功能阵列,这些特点使它们非常适合于汽车方面的应用。

  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1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。

  (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600~1000cC,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。

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