新聞主題	柴油發(fā)電機的壓力傳感器的工作原理

 

導(dǎo)讀：機油壓力傳感器信號主要用于柴油發(fā)電機保護。當(dāng)ECU計算進氣量時，進氣壓力信號和進氣溫度信號一起被ECU調(diào)用。當(dāng)進氣壓力信號失準(zhǔn)時，進氣量計算會出現(xiàn)偏差，并直接影響噴油量。當(dāng)柴油發(fā)電機出現(xiàn)動力不足、油耗過高故障時，需要檢查進氣壓力傳感器的性能。

 

 一、壓力傳感器分類

 

柴油機控制系統(tǒng)中典型的壓力傳感器包括機油壓力傳感器、進氣壓力傳感器、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。壓電效應(yīng)指壓電晶體（如石英晶體）在壓力作用下，產(chǎn)生電壓信號的現(xiàn)象。

（1）特點：

      結(jié)構(gòu)簡單、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。

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極板上，壓力的變化使極板移動，兩極板間的電容隨之改變，再經(jīng)過集成電路將電容的改變轉(zhuǎn)換為電壓信號。

      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做電容器的其中一個電極。在薄膜感受到壓力的時候，電容式壓力傳感器會變形的，此時薄膜跟固定的電極間所產(chǎn)生的電容量就會發(fā)生改變。測量電路就可以輸出跟電壓形成一定的關(guān)系的電信號。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，是因為它的優(yōu)點有很多：電容式壓力傳感器的分辨率很高；可以進行動態(tài)的檢測；結(jié)構(gòu)很簡單，并不復(fù)雜；可以在很惡劣的工作環(huán)境下正常工作，解決人不可以測量的很多問題；可以是非接觸測量的，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散工藝制成四個等值電阻，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)，電阻值會發(fā)生變化，使電橋輸出，進而測得壓力的變化。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。四個電阻橋分布于膜片上，當(dāng)有機械壓力時，應(yīng)變片電阻就會發(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，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應(yīng)變電阻的阻值在機械應(yīng)力的作用下發(fā)生變化。當(dāng)膜片發(fā)生變形時，其中兩個應(yīng)變電阻的阻值增大，而另外兩個電阻值則減小，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，測量的是介質(zhì)的絕對壓力，因此，這種傳感器稱為絕對壓力傳感器。傳感器芯片外部氣室若與大氣相通，則測量壓力的是介質(zhì)相對于大氣的壓力差，這種傳感器稱為相對壓力傳感器。

      信號處理電路集成在硅芯片上。它的作用是放大測量電壓，補償溫度影響。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)壓力傳感器測量壓力時參考壓力的不同，壓力傳感器又可以分為相對壓力傳感器和絕對壓力傳感器2種。相對壓力傳感器測量壓力時的參考壓力為大氣壓力，因此其測量大氣時的測量值為零；絕對壓力傳感器測量壓時的參考壓力是真空，其測得的壓力值為絕對壓力。

 

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，輸出電壓曾大，壓力下降時，則輸出電壓隨之下降。

      大部分壓力傳感器無法通過測量電阻的方式來判斷好壞，而需要在壓力傳感器作時通過輸出的信號電壓來判斷。因此在檢測壓力傳感器時需要專用的檢測導(dǎo)線，保證傳感器正常工作的時將條線引出供檢測，不同的壓力傳感器需要不同的檢測導(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)較短的時間內(nèi)，測定共軌中的實時壓力，并向ECU提供電信號。

（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。通過連接導(dǎo)線將產(chǎn)生的電信號傳送到一個向ECU提供測量信號的求值電路。

 

三、安裝位置

 

1、 進氣壓力傳感器

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

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，ECU依據(jù)海拔高度對一些控制量進行調(diào)節(jié)。例如，廢氣再循環(huán)（EGR）和進氣壓力控制都要利用大氣壓力信號。大氣壓力傳感器測量的是絕對壓力（60～150kPa）。大氣壓力傳感器發(fā)生故障時，柴油發(fā)電機動力會下降。

3、 機油壓力傳感器

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

 

四、檢測方法

 

1、導(dǎo)線檢測

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

① 斷開傳感器與線路的插頭，插頭導(dǎo)線連接圖如圖4所示；

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

③ 用萬用表在測試端分別測出輸入電壓和輸出信號電壓。

      把測得的電壓值分別與發(fā)電機廠給出的標(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

      若檢查傳感器端不正常則應(yīng)進一步檢查ECM端的5V輸出是否正常，若仍不正常則檢測或更換ECM。

3、傳感器信號電壓的檢測

      接上傳感器連接頭，接通開關(guān)：

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

② 怠速時的電壓應(yīng)為：1.0~1.5V左右；

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

 

圖4 柴油機壓力傳感器插口接線圖

圖5 柴油機壓力傳感器信號電壓

 

 

 

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