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柴油發電機的壓力傳感器的工作原理

發布時間：2020-01-03 10:27:16 ▏閱讀：次

新聞主題	柴油發電機的壓力傳感器的工作原理

導讀：機油壓力傳感器信號主要用于柴油發電機保護。當ECU計算進氣量時，進氣壓力信號和進氣溫度信號一起被ECU調用。當進氣壓力信號失準時，進氣量計算會出現偏差，并直接影響噴油量。當柴油發電機出現動力不足、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，將壓力轉換為電壓信號。壓電效應指壓電晶體（如石英晶體）在壓力作用下，產生電壓信號的現象。

（1）特點：

結構簡單、緊湊，小巧輕便，工作可靠，具有線性度高量程范圍大等優點。

（2）缺點：

但是由于產生的電荷量少，因此后續需加高阻抗的直流放大器。由于晶體邊緣上存在漏電現象，因此不能用于穩態測量。

2、電容式壓力傳感器

電容式壓力傳感器原理是使介質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，再經過集成電路將電容的改變轉換為電壓信號。

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生的電容量就會發生改變。測量電路就可以輸出跟電壓形成一定的關系的電信號。電容式壓力傳感器的應用非常廣泛，之所以應用這么廣泛，是因為它的優點有很多：電容式壓力傳感器的分辨率很高；可以進行動態的檢測；結構很簡單，并不復雜；可以在很惡劣的工作環境下正常工作，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變傳感器發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。當膜片受壓力作用后，由于半導體的壓阻效應，電阻值會發生變化，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構原理（圖1）。

（1）結構

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，當有機械壓力時，應變片電阻就會發生變化。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，其結構如圖1所示。

壓電式壓力傳感器結構圖-柴油發電機組.png

圖1 壓電式壓力傳感器結構圖

壓阻式壓力傳感器-柴油發電機組.png

圖2 壓阻式壓力傳感器結構圖

（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范圍內彎曲。分布在膜片上的四個應變電阻的阻值在機械應力的作用下發生變化。當膜片發生變形時，其中兩個應變電阻的阻值增大，而另外兩個電阻值則減小，這使惠斯頓電橋的輸出電壓發生變化。傳感器芯片外部是基準真空室，測量的是介質的絕對壓力，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用廣泛。

壓力傳感器特性曲線圖-柴油發電機組.png

圖3 壓力傳感器特性曲線圖

根據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，從而導致其輸出的電壓發生變化，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，在相應較短的時間內，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。高壓燃油經壓力室的小孔流向膜片。膜片上裝有半導體型敏感元件，可將壓力轉換為電信號。通過連接導線將產生的電信號傳送到一個向ECU提供測量信號的求值電路。

（2）共軌壓力傳感器的工作原理

當膜片形狀改變時，膜片上涂層的電阻發生變化。這樣，由系統壓力引起膜片形狀變化（150MPa時變化量約lmm），促使電阻值改變，并在用5V供電的電阻電橋中產生電壓變化。電壓在0-70mV之間變化（具體數值由壓力而定），經求值電路放大到0.5-4.5V。精確測量共軌中的壓力是電控共軌系統正常工作的必要條件。為此，壓力傳感器在測量壓力時允許偏差很小。在主要工作范圍內，測量精度約為最大值的2％。

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境壓力，這可使空氣質量和進氣壓力得到精確控制，優化柴油發電機性能。

2、大氣壓力傳感器

大氣壓力傳感器可集成在ECU內，也可外置。它的作用是為ECU提供大氣壓力信號，ECU依據海拔高度對一些控制量進行調節。例如，廢氣再循環（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）。大氣壓力傳感器發生故障時，柴油發電機動力會下降。

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，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，插頭導線連接圖如圖4所示；

② 選擇正確的測試導線（即測試導線插頭與傳感器插頭相同）；