汽车测试技术-4-常用传感器原理与测量电路

车辆工程专业本科课程——汽车测试技术1•4.1变阻器式传感器•4.1.1工作原理第4章电阻式传感器车辆工程专业本科课程——汽车测试技术2车辆工程专业本科课程——汽车测试技术3•4.1.2测量电路•4.2电阻应变式传感器•4.2.1工作原理•1)金属电阻应变片车辆工程专业本科课程——汽车测试技术4图4.2电阻分压式测量电路图4.3金属电阻应变片的结构(a)丝式(b)箔式车辆工程专业本科课程——汽车测试技术5•1)金属电阻应变片车辆工程专业本科课程——汽车测试技术6•2)半导体应变片•4.2.2测量电路•1)直流电桥电路•(1)平衡条件图4.4体型半导体应变片的结构1—引线；2—半导体片；3—基片车辆工程专业本科课程——汽车测试技术7图4.5薄膜型半导体应变片的结构1—锗膜；2—绝缘层；3—金属箔基底；4—引线图4.6扩散型半导体应变片的结构1—N型硅；2—P型硅扩散层；3—二氧化硅绝缘层；4—铝电极；5—引线图4.7直流电桥电路车辆工程专业本科课程——汽车测试技术8车辆工程专业本科课程——汽车测试技术9车辆工程专业本科课程——汽车测试技术10车辆工程专业本科课程——汽车测试技术11车辆工程专业本科课程——汽车测试技术12图4.8半差动电桥电路图4.9全差动电桥电路车辆工程专业本科课程——汽车测试技术13•(3)采用高内阻的恒流源电桥•2)交流电桥电路•(1)交流电桥的平衡条件图4.10恒流源电桥电路图4.11交流电桥电路车辆工程专业本科课程——汽车测试技术14车辆工程专业本科课程——汽车测试技术15图4.12交流电桥电阻调平法(a)交流电桥分布电容的影响(b)串联电阻法(c)并联电阻法车辆工程专业本科课程——汽车测试技术16图4.13交流电桥电容调平法电路(a)差动电容法(b)阻容调平法车辆工程专业本科课程——汽车测试技术17•3)交流电桥不平衡输出•(1)单臂交流电桥，其输出电压为•(2)半差动电桥，其输出电压为•(3)全差动电桥，其输出电压为车辆工程专业本科课程——汽车测试技术18•4.3工程应用•电阻应变式传感器具有体积小、动态响应快、测量精度高、使用简便等优点，可用来测量应变、力、位移、加速度、扭矩等信号，在机械、建筑、航空、船舶等许多工程领域得到了广泛应用。电阻应变片工程应用可分为以下两大类：•1)直接用来测量构件的应变或应力•2)作为传感器测量力、位移等参数•4.4电阻式传感器在汽车上的应用车辆工程专业本科课程——汽车测试技术19•汽车上的电阻式传感器主要有翼片式空气流量计、节气门位置传感器、半导体压阻式进气压力传感器、加速踏板位置传感器、安全气囊中央碰撞传感器、可变电阻式液位传感器等。图4.14电阻应变片测量示例(a)齿轮轮齿弯矩测量(b)飞机机身应力测量(c)立柱应力测量(d)桥梁应力测量车辆工程专业本科课程——汽车测试技术20图4.15几种电阻应变式传感器的原理示意图(a)位移传感器(b)加速度传感器(c)力传感器(d)扭矩传感器(e)压力传感器车辆工程专业本科课程——汽车测试技术21•4.4.1翼片式空气流量计图4.16翼片式空气流量计的结构车辆工程专业本科课程——汽车测试技术22•4.4.2节气门位置传感器•4.4.3半导体压阻式进气压力传感器•4.4.4加速踏板位置传感器图4.17翼片式空气流量计的翼片部分车辆工程专业本科课程——汽车测试技术23图4.18翼片式空气流量计的电位计部分车辆工程专业本科课程——汽车测试技术24图4.19翼片式空气流量计电路原理图4.20翼片式空气流量计的工作原理车辆工程专业本科课程——汽车测试技术25图4.21线性输出型节气门位置传感器结构与输出特性(a)结构组成(b)输出特性图4.22线性输出型节气门位置传感器与ECU的连接车辆工程专业本科课程——汽车测试技术26图4.23压阻式进气压力传感器的结构图4.24压阻式进气压力传感器的工作原理车辆工程专业本科课程——汽车测试技术27图4.25加速踏板位置传感器的电路与输出特性1—传感器可调范围；2—控制使用范围；3—全闭；4—全开车辆工程专业本科课程——汽车测试技术28•4.4.5安全气囊中央碰撞传感器•4.4.6燃油液位传感器图4.26中央碰撞传感器图4.27燃油液位传感器车辆工程专业本科课程——汽车测试技术29图4.28燃油油量表电路车辆工程专业本科课程——汽车测试技术30•变磁阻式传感器是利用被测量调制磁路的磁阻，导致线圈电感量或磁通量改变，实现对被测对象测量的一种传感器。变磁阻式传感器有多种形式，主要分为电感式和磁电式两种。•５.1自感式电感传感器•５.1.1工作原理•1)自感式电感传感器第5章变磁阻式传感器车辆工程专业本科课程——汽车测试技术31图5.1自感传感器原理（a)结构组成（b)输入输出特性车辆工程专业本科课程——汽车测试技术32车辆工程专业本科课程——汽车测试技术33图5.2其他形式的自感式传感器（a)变面积型（b)单螺线管型（c)差动螺线管型图5.3变空气间隙型差动自感传感器（a)结构组成（b)转换电路（c)特性曲线车辆工程专业本科课程——汽车测试技术34•2）差动式自感传感器•５.1.2测量电路•1）交流电桥电路车辆工程专业本科课程——汽车测试技术35车辆工程专业本科课程——汽车测试技术36图5.5变压器电桥电路图5.4交流电桥原理图车辆工程专业本科课程——汽车测试技术37•2）变压器电桥电路车辆工程专业本科课程——汽车测试技术38车辆工程专业本科课程——汽车测试技术39•5.２互感式电感传感器•5.２.1工作原理图5.6互感现象图5.7互感传感器原理车辆工程专业本科课程——汽车测试技术40图5.8差动变压器式位移传感器工作原理图5.9反串连接车辆工程专业本科课程——汽车测试技术41•5.２.2测量电路•1）差动整流电路•2）二极管差动相敏检波电路车辆工程专业本科课程——汽车测试技术42图5.10输入输出特性曲线图5.11全波差动整流电路车辆工程专业本科课程——汽车测试技术43•2）二极管差动相敏检波电路•（1）当U·〖〗1=0时，即铁芯处于中间平衡位置，此时只有U·〖〗2作用。•（2）当U·〖〗1≠0时，分两种情况来分析。图5.12相敏检波电路（U1=0）车辆工程专业本科课程——汽车测试技术44•3)集成化的相敏检波电路•5.3电涡流式传感器•5.3.1工作原理图5.13相敏检波电路（U1≠0）图5.14差动变压器与LZXI连接电路车辆工程专业本科课程——汽车测试技术45•5.3.2测量电路图5.15输出电压与位移量的关系图5.16高频反射式电涡流传感器涡流效应车辆工程专业本科课程——汽车测试技术46•5.4磁电式传感器图5.17调幅电路原理车辆工程专业本科课程——汽车测试技术47图5.18调幅电路谐振曲线及输出特性（a)谐振曲线（b)输出特性图5.19分压调频电路工作原理车辆工程专业本科课程——汽车测试技术48•1)动圈式•2)动铁式•3）磁阻变化式图5.20动圈式磁电速度计(a)线速度型(b)角速度型车辆工程专业本科课程——汽车测试技术49图5.21动铁式磁电速度计图5.23差动式电感测厚仪电路图车辆工程专业本科课程——汽车测试技术50车辆工程专业本科课程——汽车测试技术51•5.5工程应用•1）差动式电感测厚仪车辆工程专业本科课程——汽车测试技术52•2）电感测微仪•5.5.2互感式传感器工程应用•1）差动变压器在动平衡技术中的应用车辆工程专业本科课程——汽车测试技术53•2）差动变压器式加速度传感器•3）微压力变送器•5.5.3电涡流传感器工程应用•1）位移测量•2）厚度测量车辆工程专业本科课程——汽车测试技术54车辆工程专业本科课程——汽车测试技术55车辆工程专业本科课程——汽车测试技术56•3）液位测量•4）转速测量•5）电导率及温度测量车辆工程专业本科课程——汽车测试技术57车辆工程专业本科课程——汽车测试技术58车辆工程专业本科课程——汽车测试技术59•6）涡流探伤仪•5.6电感式传感器在汽车上的应用车辆工程专业本科课程——汽车测试技术60•5.6.1可变电感式进气压力传感器•5.6.2磁致伸缩式爆震传感器车辆工程专业本科课程——汽车测试技术61•5.6.3车轮轮速传感器•5.6.4曲轴位置传感器•5.6.5减速传感器车辆工程专业本科课程——汽车测试技术62车辆工程专业本科课程——汽车测试技术63车辆工程专业本科课程——汽车测试技术64车辆工程专业本科课程——汽车测试技术65车辆工程专业本科课程——汽车测试技术66•6.1工作原理•6.1.1极距变化型•6.1.2面积变化型第6章电容式传感器车辆工程专业本科课程——汽车测试技术67车辆工程专业本科课程——汽车测试技术68车辆工程专业本科课程——汽车测试技术69•6.1.3介质变化型车辆工程专业本科课程——汽车测试技术70•6.2测量电路•6.2.1电桥电路•6.2.2调频电路•6.2.3脉冲调宽电路车辆工程专业本科课程——汽车测试技术71车辆工程专业本科课程——汽车测试技术72车辆工程专业本科课程——汽车测试技术73车辆工程专业本科课程——汽车测试技术74•6.2.4运算放大器电路车辆工程专业本科课程——汽车测试技术75•6.3工程应用•6.3.1电容法测泥料水分•6.3.2电容测厚传感器在板材轧制中的应用车辆工程专业本科课程——汽车测试技术76车辆工程专业本科课程——汽车测试技术77车辆工程专业本科课程——汽车测试技术78•6.3.3电容式液位计车辆工程专业本科课程——汽车测试技术79•6.3.4电容式压力传感器车辆工程专业本科课程——汽车测试技术80•6.3.5电容式振动、位移测量仪•6.4电容式传感器在汽车上的应用•6.4.1电容式进气压力传感器•6.4.2电容式燃油性质传感器•为了节省燃油和净化排放的尾气，人们正在研究压缩天然气、甲醇等代用燃料。其中的甲醇是液体，在市场上可以购到，在车辆上的用法与汽油相近，因此甲醇处于最有可能成为代用燃料的位置上，但要等到甲醇加油站的全部建成，则需要相当长的时间。车辆工程专业本科课程——汽车测试技术81车辆工程专业本科课程——汽车测试技术82车辆工程专业本科课程——汽车测试技术83•压电式传感器是一种利用了某些物质所具有的压电效应，既可以把机械能（力、压力等）转换成电能（电荷、电压等），也可以将电能转换成机械能的可逆能量转换器。•7.1压电效应•7.2工作特性•7.2.1等效电路第7章压电式传感器车辆工程专业本科课程——汽车测试技术84车辆工程专业本科课程——汽车测试技术85车辆工程专业本科课程——汽车测试技术86车辆工程专业本科课程——汽车测试技术87•7.2.2灵敏度•(1)电荷灵敏度Sq•(2)电压灵敏度Se车辆工程专业本科课程——汽车测试技术88•7.2.3频率特性•7.3测量电路•7.3.1电压放大器车辆工程专业本科课程——汽车测试技术89车辆工程专业本科课程——汽车测试技术90•7.3.2电荷放大器•7.4工程应用•7.4.1压电式测力传感器•1)单向力传感器•2）双向力传感器•3）三向力传感器•7.4.2测表面粗糙度车辆工程专业本科课程——汽车测试技术91•7.4.3压电引爆•7.4.4煤气灶电子点火装置•7.4.5汽轮发电机工况检测系统车辆工程专业本科课程——汽车测试技术92车辆工程专业本科课程——汽车测试技术93车辆工程专业本科课程——汽车测试技术94车辆工程专业本科课程——汽车测试技术95•7.4.6压电式料位测量系统•7.5压电式传感器在汽车上的应用•7.5.1压电式爆震传感器•1）非共振型压电式爆震传感器车辆工程专业本科课程——汽车测试技术96•2）共振型压电式爆震传感器•7.5.2压电式电控悬架载荷传感器•7.5.3燃油压力传感器车辆工程专业本科课程——汽车测试技术97车辆工程专业本科课程——汽车测试技术98车辆工程专业本科课程——汽车测试技术99车辆工程专业本科课程——汽车测试技术100车辆工程专业本科课程——汽车测试技术101•磁敏式传感器是通过磁电