传感器类别
一、传感器定义：
广义上讲，传感器是一种能把物理量或化学量转变为可监测的电信号的电子元件。
二、传感器信号与类别：
1、传感器信号：
汽车的电子控制系统传感器、执行器、电子控制单元（ECU）之间以电子信号相互通讯，电子信号的主要类型有：直流信号、交流信号、频率调制信号、脉宽调制信号和串行数据信号等。
以上电子信号又可以分为模拟信号和数字信号。
◆模拟信号：是一种信号数值随着时间可以连续性变化的电信号，正弦波信号就是一种典型模拟信号，模拟信号是一些连续信号，用简单的0和1不能够表达清晰。
◆数字信号：是一种信号数值不随时间连续变化的电信号，是一些离散的信号，数字信号通常使用1和0表示。数字信号的状态有两种：高电平、低电平，或者有信号、无信号。如霍尔式凸轮轴传感器和故障诊断系统的故障码等，是典型的数字信号。
2、传感器分类：
按照传感器的用途可分为以下几类。
部分传感器解析
一、温度传感器：
1、 温度传感器工作原理：
◆传感器内部安装随温度变化的半导体测量电阻；
◆温度传感器的两端与电脑板内部受压电路连接，电阻为5V分压电路的一部分；
◆当温度传感器的电阻随温度发生变化时，受压电路的电压也发生变化；
◆变化的电压被输入到ECU内的模数转换电路；
◆电压与温度之间的关系特性曲线作为数据被存储在发动机电脑板的ECU中；
◆常常使用负阻系数的温度电阻（NTC） ,较少使用正阻系数的温度电阻(PTC)；
2、 冷却水温传感器：
◆作用：把发动机冷却液温度信号转化为电压信号后，输送给ECU，ECU内部处理器进行相关比较，运算后控制执行器的动作；测量冷却水温度，用于冷起动，目标怠速计算，同时修正喷油提前角，最大功率保护等。
◆参数：
① 特性：热敏电阻式传感器
② 工作电压：5 ± 0.15 V
③ 工作环境：-40°C ～ + 140°C
④ 静态电阻：2.5 kΩ±6% @ 20℃；
0.186 kΩ±2% @ 100℃
◆相关控制策略：
① 喷油量修正
② 喷油正时修正
③ 起动控制（冷、热）
④ 目标怠速控制
⑤ 过热保护
◆水温信号故障下的热保护功能（水温信号出现故障时，ECU处理措施。）
① 点亮故障灯，产生故障码；
② 发动机采用缺省水温为100℃；
③ 外特性油量会减小40%（不同机型略有区别）；
④ 在限制范围内，油门仍然起作用；
二、压力传感器：
1、压力传感器工作原理：
测量元件安装于压力传感器的中心部位，它与硅膜制成一体，四个变形的电阻分布在硅膜的膜片上。
当有微小压力作用于硅膜膜片上时，它们的电阻值发生变化，测量元件的四周被一盖子环绕，盖子与测量元件一起真空封闭。微机械压力传感器也可以与温度传感器制成一体，独立的测量温度和压力。根据压力测量的范围不同，传感器的膜片厚度可以制成10…1000μm。
压力传感器以惠斯登电桥（ Wheatstone Bridge）原理工作,当膜片在压力的作用下发生变形时，四个电阻中的两个电阻值升高而其他两个电阻值降低，这将导致电桥的输出端产生电压，我们以该电压值代表压力。信号处理电子电路被集成在传感器内部，该电路用于对电桥电压进行放大，同时补偿温度的影响，产生线性的压力特性曲线。其输出电压在0…5V范围，通过端子与发动机的ECU连接，发动机ECU以此输出电压计算压力。
2、增压压力传感器：
◆作用：把进气压力信号转化为电压信号，然后送给ECU，由其进行相关比较，运算后控制执行器的动作，要通过计算空气量，控制“空燃比”。
◆参数：
① 工作温度范围：- 40～130°C
② 工作压力范围：50～400 kPa
③ 输出电压：0.25～4.80V
◆进气压力检测工作原理：
◆相关控制策略：
① 进气流量计算
② 冒烟限制
③ 增压器保护
④ 进气温度过热保护
⑤ 高原补偿
3、轨压传感器：
◆作用：根据共轨管内的燃油压力转换成电信号传递给ECU，ECU根据轨压信号控制燃油计量单元的动作，通过对供油量的增减来调节油压稳定在目标值。EDC17电控系统轨压最大可达到1800bar。
◆轨压传感器原理简介：
当共轨内的压力导致硅膜片形状变化时（近似于在150Mpa时1mm）连接于膜片的电阻层阻值也将改变，改变的电阻值将引起通过5V电桥（惠斯登电桥）输出端的电压变化，电压变化范围为0~70mv(依赖于应用压力)，并且被放大电路增幅至0.5~4.5V输出，ECU根据此电压计算出当前的共轨压力。
◆参数：
① 工作压力：0～180ＭPa
② 安全压力：220MPa
③ 冲击压力：250MPa
④ 工作温度：-40～140℃
⑤ 工作介质：柴油
⑥ 电源电压：5±0.25 VDC
⑦ 输出电压：0.5～4.5 VDC
◆故障说明：
轨压传感器实时监测共轨管燃油压力，电脑板ECU通过传感器电压信号计算燃油压力，任何发动机运行工况，如果轨压传感器反馈给电脑板的燃油压力与设定的轨压不相符，故障码被激活。
◆诊断帮助：
◆在接通点火开关且发动机关闭的条件下，共轨管内压力等于零，信号电压将为低电平。将可疑车辆轨压传感器静态数值（发动机未启动状态）与正常车辆相比较。
◆检查轨压传感器控制线束是否磨损，插头是否松动；
◆相关控制策略：
① 共轨压力闭环控制
② 跛脚回家控制
◆轨压传感器失效策略（轨压信号出现故障时，ECU处理措施。）
① 点亮故障灯、产生故障码；
② 控制器将加大油泵供油量，燃油压力超高，泄压阀被冲开；
③ 诊断仪显示轨压维持在720bar，不随转速变化而波动；
④ 限制发动机转速在1700rpm下，在限制范围内，油门起作用；
三、磁电式转速传感器：
1、传感器工作原理：
1、永磁铁 2、传感器壳体 3、发动机外壳 4、软铁芯 5、线圈 6、传感线圈
◆电磁感应：
传感器安装正对着铁磁体的触发轮，它们之间被较小的空气间隙隔开。在传感器内部有一个软铁芯，该铁心被线圈包围，并与一个永久磁铁相连。
永久磁铁发出的磁场通过软铁芯传到触发轮，磁场的强度受到触发轮与传感器间的磁隙的影响（磁阻发生变化）：
◆当触发轮轮齿向传感器接近时，磁隙减小，磁阻减小，磁场强度变强；
◆当触发轮轮齿远离传感器时，磁隙增大，磁阻增大，磁场强度变弱；
◆因此，当触发轮旋转时，将会产生一个交变的磁场，从而使得电磁线圈产生一个正弦感应电压，交变电压的振幅随着触发轮转速的提高而增加（mV…>100V）,要求至少30rpm时就能产生合适的信号电压。
2、曲轴传感器：
作用：发动机转速和曲轴位置的测量。曲轴位置传感器信号是发动机管理系统中最重要的参数之一，用于喷油时刻和喷油量计算、转速计算。
参数：
①静态电阻值：860Ω ± 10% @ 20℃（博世）
②输出电压：≥1650 mV（交流档测量）
◆曲轴传感器连接方式：
① 传感器线束必须采用双绞形式；
② 曲轴传感器共有两个针脚，分别是信号正和信号负；
③ 传感器与线束连接时有防插错卡槽，禁止线束接头对传感器反插；
④ 凸齿信号和凹齿信号的传感器工作原理相同，但是传感器针脚正负信号不同，应急时可以相互替换，但是注意调换线束正负极；
◆常见失效模式：
① 传感器上吸附了铁屑影响了磁通量，导致信号不准；
② 信号线屏蔽线破损，与整车电器产生电磁干扰，影响传递信号的准确性，线路插头氧化、锈蚀，传感器针脚锈蚀、氧化；
③ 传感器安装位置不当，间隙超差，导致信号不准确;
④ 飞轮齿圈节距不等，在某一个转速点时测得的转速不准确，导致发动机抖动（极少）；
⑤ 线路断路、飞轮安装错误或其他原因导致飞轮将转速传感器打坏。
四、霍尔效应相位传感器：
1、传感器工作原理：
霍尔线型传感器使用霍尔效应原理，一个铁磁体的触发轮随凸轮轴一起转动，霍尔效应的集成电路安装于触发轮和永久磁铁间，永久磁铁产生垂直于霍尔元件的磁场。
如果其中一个触发轮齿通过载流线型传感器元件（半导体晶片），它改变了垂直于霍尔元件的磁场强度，这将使得在长轴方向电压下驱动的电子向垂直于电流的方向偏离，从而在该方向产生mV级电压信号，其幅值与传感器相对于触发轮的转速有关。与传感器霍尔集成电路制成一体的计算电路对信号进行处理并以方波信号输出。
2、霍尔式凸轮轴位置传感器（又叫相位传感器）
◆作用：凸轮轴传感器用于判断气缸冲程是压缩还是排气冲程。曲轴位置转速传感器也可判缸，信号盘上2个缺齿可以明确的通知ECU这是1缸的2个上止点，但单独靠它还不能准确判断，曲轴传感器只能确定气缸在上止点，但不知道是压缩上止点还是排气上止点，凸轮轴位置传感器与转速传感器配合，可区分1缸的压缩上止点和排气上止点，从而实现正确判缸，另外在曲轴传感器失效时用于跛脚回家。
◆霍尔式凸轮轴传感器连接方式：
凸轮轴传感器共有3个针脚，分别是5V电压，信号和地。
◆相关控制策略：
① 判别气缸(点火或喷油时序控制)；
② 瞬态转速计算；
③ 喷油时刻计算；
④ 喷油脉宽(喷油量)计算；
◆曲轴/凸轮轴传感器失效控制策略 （曲轴/凸轮轴信号出现故障时，ECU处理措施。）
① 点亮故障灯、产生故障码；
② 发动机依靠单传感器继续工作；
③ 起动时间稍长；
④ 油门感觉正常；
对发动机动力性没有明显影响，但发动机油耗或排放可能会变差；
五、位置传感器：
1、电位计型位置传感器工作原理：
电位计型位置传感器以分压电路原理工作，电脑板ECU供给传感器电路5V电压。转轴与传感器内部的滑动变阻器的电刷连接，传感器的位置改变时，电刷与接地端的电压发生改变，电脑板内部的受压电路将该电压转变成传感器的位置信号。
2、霍尔效应型位置传感器原理：
由转动的磁环和许多固定的软磁感应元件组成，转动的磁场直接通过位于两个半圆感应元件间的霍尔元件，流经霍尔元件的磁场的强度为一个转角函数。
1-磁轭 2-定子（1,2软铁）3-转子 4-空气气隙 5-霍尔感应元件 φ-转角
◆霍尔效应转角传感器ARS1：
1-盖板 2-转子（永久磁铁） 3-带有霍尔感应传感器的计算电路 4-壳体 5-回位弹簧 6-连接元件
1-转子（永久磁铁） 2-极靴 3-感应元件 4-空气气隙 5-霍尔效应传感器 6-踏板轴（软磁）
◆霍尔转角传感器ARS2：
1-霍尔感应传感器 2-踏板轴 3-永久磁铁
3、油门踏板位置传感器：
◆作用：驾驶员的加速信号由油门踏板位置传感器检测记录并传给ECU。在油门踏板位置传感器中电位计上（或霍尔计算电路）形成的电压是油门踏板设定值的函数。通过程序特性曲线就可以计算出该电压的踏板位置。
注：详细介绍请您阅读往期内容（电控发动机系统--电子油门踏板传感器）
六、热膜式空气流量计：
1、空气流量计原理工作原理：
热膜式空气流量计是一个带有逻辑输出的空气质量传感器。传感器元件上的薄膜片被中间安装的加热电阻加热，膜片上的温度分配被与加热电阻平行安装的温度电阻测量。通过HFM的气流改变了膜片上的温度分布，从而使得两个温度电阻的电阻值发生差异，电阻值的差异取决于气流的方向和流量，HFM内部电路将该变化转换成占空比信号并传送给ECU。同时HFM上还集成了大气温度传感器，ECU通过对这两种信号的监控和处理得到准确的进气量，进而精确控制喷油量。
◆传感器HFM内部电路：
2、HFM空气流量计：
◆作用：热膜式空气流量计用于测量进入气缸的空气量，一般安装在空滤后的进气管路上。同时还集成了大气温度传感器，ECU通过对这两种信号的监控和处理得到准确的进气量，进而精确控制喷油量。
◆安装要求：
① 安装时必须保证空气进入的流向和传感器上所标示的箭头方向一致；
② 空气管路和传感器的连接必须保证密封不漏气；
③ 栅格内感应元件禁止被油、水、脏物污染；
④ 禁止用水或汽油、酒精等清洗传感器；
◆HFM空气流量计连接方式：
空气流量计共有4个针脚，分别是供电线，接地线，空气流量信号和空气温度信号。
七、油中有水传感器：
◆作用：燃油中若含有杂质，将导致油泵零部件、出油阀、喷油嘴的损坏。因此必须装用燃油滤清器，燃油滤清器必须符合喷射系统的特定要求，否则燃油供给系统正常运转和相关元件的使用寿命将无法得到保证。柴油中含有可溶于乳状或者自由水，若这种水进入喷射系统，将会引起燃油系统元件的穴蚀。油中有水传感器用于检测燃油滤清器内的含水量；当含水量达到一定程度时ECU将控制发动机运转。
◆原理：
① 安装在燃油滤清器的底部；根据油、水密度不同的物理特性使水沉于滤清器底部。当水的量超过滤清器设计的规定限度，即水位达到两探测针脚时，由于水的导电性使两探测针脚导通，从而传感器内部输出信号点亮仪表盘上的报警灯，使系统做出相应的反应；
② 传感器刚上电时会有自检过程，自检会使报警灯闪亮一次；
③ 如传感器中水已满，则上电后报警灯会常亮。
◆连接方式
八、车速传感器：
◆作用：车速传感器信号向ECU提供车速信号，ECU用来计算车速，用于整车驱动控制。
◆原理：车速传感器信号向ECU提供车速信号，减速断油功能、控制巡航和限制最高车速功能都依靠该信号为判断依据。在发动机标定时，车速信息是很重要参数；失去车速信息后车辆的换档过渡平稳控制，减速断油控制都无数值参考，会出现加速无力、油耗上升、无故障熄火、换档过渡工况舒适性差等现象。
◆相关控制策略：
① 车速计算及输出（可由组合仪表硬线连接ECU或CAN总线向整车输出）
② 最高车速限制
③ 巡航控制
九、CAN总线式传感器：
国五阶段CAN总线传感器有氮氧传感器，国六发动机CAN线传感器应用的更多，例如：PM颗粒物传感器、尿素液位温度浓度传感器、排温传感器模块等。
◆传感器诊断：
CAN总线式传感器故障，除了检查传感器供电，务必检查CAN线的阻值和电压。
更多的国六发动机传感器，敬请期待后期详细介绍。
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