2023學(xué)年完整公開課版CGWC53壓力傳感器02

高等職業(yè)教育數(shù)字化學(xué)習(xí)中心連鑄自動化崗位培訓(xùn)壓力傳感器6.1傳感器的種類與特點對發(fā)動機進氣量的測定，一般采用的方法是測定通過進氣管的空氣量，市場上銷售的采用電子燃油控制的汽車幾乎都采用這種方法，作為檢測通過進氣管的空氣量的方法，可以分為采用壓力傳感器的間接檢測方式和利用空氣流量計的直接檢測方式。每種方式各有長短，從裝車性與價格上看，優(yōu)秀的是壓力傳感器，從測試精度上看，優(yōu)秀的是空氣流量傳感器。壓力傳感器6、發(fā)動機控制用小型壓力傳感器6.2小型壓力傳感器(1)檢測原理。壓力檢測部位的工作原理是利用了半導(dǎo)體壓電電阻效應(yīng)，在硅片表面的特定方向上，利用離子注入法等形成四個應(yīng)變片電阻，在其內(nèi)部利用異向蝕刻法形成膜片部分。在硅片的膜片部分的表面和里面產(chǎn)生壓力差的場合下，硅片內(nèi)所產(chǎn)生的壓縮、拉伸張力，使膜片處的測量電阻的阻值發(fā)生變化。壓力傳感器6、發(fā)動機控制用小型壓力傳感器(2)檢測元件部分.形成有膜片的硅片在減少封裝產(chǎn)生的熱應(yīng)力的玻璃底座上形成陽極，同時由于在膜片內(nèi)部空間形成了真空封裝，同時也形成了基準壓力腔，也就是說，過去要構(gòu)成壓力腔還需要金屬封裝，現(xiàn)在則可以取消金屬封裝，因此，就可以減少部件的數(shù)量與實現(xiàn)小型化。此外，從結(jié)構(gòu)上來看，因為被測壓力是從與真空腔相反的一側(cè)加上來的，因此與過去不同，在傳感器元件的表面需要經(jīng)涂敷與膠凝形成表面的保護層，以便確保和原來具有同等水平的耐環(huán)境性。利用鉆結(jié)法將底座鉆結(jié)到注塑成型的傳感器模塊上。(3)電路的構(gòu)成.壓力傳感器6、發(fā)動機控制用小型壓力傳感器6.3特點(1)小型化(2)無焊錫結(jié)構(gòu)(3)耐污損特性與防堵塞性壓力傳感器6、發(fā)動機控制用小型壓力傳感器7.1高壓傳感器的特點(1)采用微控制器結(jié)構(gòu)，將所有部件都布置在一片管芯上。(2)采用受壓面積最小的封裝結(jié)構(gòu)。(3)最大限度利用上述(1)、(2)兩點制成體積最小的產(chǎn)品。(4)通過獨特的膜片加工工藝提高部件的耐壓性能。(5)傳感器的使用場合:相對壓力或測量壓力最大為5MPa。壓力傳感器7、利用微控制器技術(shù)的高壓傳感器7.2高壓傳感器的構(gòu)成對于制造高壓傳感器來說，一般都是把批量生產(chǎn)低壓傳感器(100~400kPa)的技術(shù)，加以總結(jié)提高，再應(yīng)用到高壓傳感器的生產(chǎn)上。高壓傳感器的信號處理器是由高精度放大器和調(diào)整電路構(gòu)成的，高精度放大器的作用是放大惠斯頓電橋輸出的電壓信號，調(diào)整電路的作用是修正傳感器的特性。此外，對汽車發(fā)動機控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的過電壓波形、總成生產(chǎn)工序內(nèi)產(chǎn)生的靜電、還有外部進入的電磁波等，都靠在CMOS內(nèi)所形成的內(nèi)部電路加以保護，相關(guān)的保護元件都設(shè)置在微控制器內(nèi)。壓力傳感器7、利用微控制器技術(shù)的高壓傳感器為了測定相對壓力或者相對大氣壓下的應(yīng)變片壓力，在硅片的內(nèi)面設(shè)置了通孔，并將下部金屬底板與為緩和下部接合層產(chǎn)生的應(yīng)力而設(shè)置的底座玻璃利用靜電接合工藝接合在一起，以確保具有高可靠性的密封性。為了確保高壓檢測組件與金屬底板在高溫下的強度，采用了接合式結(jié)構(gòu)。即使在用于汽車的嚴酷環(huán)境下，也可以確保傳感器的高可靠性。壓力傳感器7、利用微控制器技術(shù)的高壓傳感器共軌系統(tǒng)內(nèi)的燃油壓力是利用電磁閥控制高壓泵的燃油噴射量，利用壓縮機進行加壓來調(diào)整的，其燃油壓力是通過設(shè)置在共軌上的壓力傳感器(共軌壓傳感器)檢測，利用高壓泵油泵上的電磁閥，按發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負荷所設(shè)定的最佳值進行反饋控制。壓力傳感器8、共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器以前所采用的高壓傳感器為密封式結(jié)構(gòu)，密封膜片上受壓，以封入的機油作為壓力媒體，在單晶硅壓力傳感器元件上實施壓力一電氣變換為了達到更低的排放，應(yīng)實現(xiàn)采用共軌壓力傳感器系統(tǒng)整體的高壓力化和高精度化，因此就要求傳感器能夠承受160MPa的高耐壓并具有11%的高精度。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高壓傳感器從耐壓與精度兩個方面都難以達到上述要求，因此廠家開始著手設(shè)計全新結(jié)構(gòu)的超高壓傳感器。下面就對滿足上述要求的新結(jié)構(gòu)的超高壓傳感器加以介紹。壓力傳感器8、共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器8.2高精度設(shè)計金屬軸桿上鉆結(jié)的硅單晶壓電電阻元件的應(yīng)變系數(shù)是薄膜硅多晶壓電電阻元件的3~10倍，靈敏度可以達到3~10倍，這很有利于傳感器特性的高精度化。本節(jié)所述的超高壓傳感器為了精度在一30℃~120℃的工作溫度范圍內(nèi)達到±1%F.S*，所以采用了下述的元件結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法①采用(100)的單晶Si底板②采用最佳的測量配置設(shè)計(1)壓力傳感器的輸出誤差成分。(2)Si基板的面方位(3)最佳測量電阻的布置壓力傳感器8、共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器8.3結(jié)論以上對滿足160MPa的高耐壓與±1%精度要求的共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理作了說明。總結(jié)起來有如下四點。(1)關(guān)于耐高壓的問題。(2)關(guān)于高精度的問題。(3)采用(100)的單晶硅基板，通過測量電阻的最佳布置，從而使壓力的非線性成分大致為零。(4)所介紹的共軌系統(tǒng)用壓力傳感器的壓力精度可達到±1%，這種傳感器可以滿足達160MPa的壓力循環(huán)耐久性試驗。壓力傳感器8、共軌系統(tǒng)用超高壓傳感器9.2關(guān)于壓粉鐵芯(復(fù)合軟磁性材料)(1)開發(fā)目的(2)復(fù)合軟磁性材料的特點(3)復(fù)合軟磁性材料的選擇(4)與傳統(tǒng)部件的比較(5)壓粉鐵芯線圈總成在殼體上的裝配(6)匯總壓力傳感器9采用壓粉鐵芯的電動助力轉(zhuǎn)向用非接觸式扭矩傳感器在對車輛操縱時的舒適性與安全性的要求不斷提高的背景下，停車、低速、高速行車時，無論在任何時候都可以調(diào)整轉(zhuǎn)向助力的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，已經(jīng)成為必不可少的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方式為油壓式，因為必須時時驅(qū)動油泵，所以總要產(chǎn)生4一5馬力*左右的能量損耗。從油耗的角度來看，大約形成3%的損耗，而電動式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)僅在操縱轉(zhuǎn)向系統(tǒng)時才驅(qū)動助力電動機，所以能量的損失比較小，而且結(jié)構(gòu)簡單，還可以節(jié)省占地。壓力傳感器10、接觸式轉(zhuǎn)向角度/扭矩傳感器由于這一系列的優(yōu)點，今后對電動式動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的需求將會不斷地增大。在EPS上，操縱轉(zhuǎn)向裝置時，檢測出加在旋轉(zhuǎn)軸的扭桿部位的旋轉(zhuǎn)扭矩與轉(zhuǎn)向裝置的旋轉(zhuǎn)角度，由電子控制器(ECU)控制助力電動機的扭矩輸出，就需要決定其控制量的扭矩與轉(zhuǎn)向角度信號的傳感器。就是在這種背景下，才進一步開發(fā)與設(shè)計了轉(zhuǎn)向角度/扭矩傳感器。壓力傳感器10、接觸式轉(zhuǎn)向角度/扭矩傳感器(1)車令向操縱性:在運轉(zhuǎn)過程中，應(yīng)當(dāng)賦予轉(zhuǎn)向器以舒適的操縱感，并供給其響應(yīng)性好、高精度的信號。(2)耐久性:在行駛數(shù)十萬千米之后，仍穩(wěn)定地供給無干擾的輸出信號(3)靜音性能:傳感器產(chǎn)生的機械噪聲非常小。下面就對這種傳感器的操縱性能與靜音性能的開發(fā)與改善的內(nèi)容加以說明。壓力傳感器10、接觸式轉(zhuǎn)向角度/扭矩傳感器根據(jù)技術(shù)條件所采取的措施及結(jié)果：(1)操縱性①操縱性的目標②提高信號響應(yīng)性的措施③車令向管一側(cè)轉(zhuǎn)子(聯(lián)軸節(jié))的設(shè)計(2)靜音性①關(guān)于靜音的設(shè)計②為減輕滑動噪聲的電刷的設(shè)計③為減輕滑動噪聲的底板(電鍍面)的設(shè)計④采取的對策壓力傳感器10、接觸式轉(zhuǎn)向角度/扭矩傳感器近幾年以來，各相關(guān)部門都在盡全力對電動助力轉(zhuǎn)向裝置(EPS)的動力助力控制以及各種電動機控制用的扭矩傳感器進行研究與開發(fā)，今后在動力傳輸系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)，利用控制發(fā)動機及變速器以及扭矩的最佳分配實現(xiàn)車輛運動控制等時，將會需要大量的扭矩傳感器。

壓力傳感器11、動力傳輸系統(tǒng)用磁致伸縮式扭矩傳感器目前，動力傳輸系統(tǒng)的控制是根據(jù)發(fā)動機的空燃比實施扭矩推測控制的，但這樣的控制將產(chǎn)生110%一20%的過量輸出。如果能夠?qū)崿F(xiàn)直接檢測發(fā)動機的輸出軸或變速器的輸入軸的扭矩的話，就可以減小這一過量輸出，降低油耗。另外，根據(jù)實際產(chǎn)生的扭矩，通過更精細的控制，還可以改善乘坐的舒適性以及在發(fā)動機診斷上得到應(yīng)用。壓力傳感器11、動力傳輸系統(tǒng)用磁致伸縮式扭矩傳感器因為動力傳輸系統(tǒng)的軸是高速旋轉(zhuǎn)的，而且需要傳輸較大的扭矩，所以就要求其上采用響應(yīng)速度快、檢測范圍寬的扭矩傳感器。此外，為了在實際的發(fā)動機與變速器上應(yīng)用扭矩傳感器，也需要實現(xiàn)傳感器的工作溫度范圍寬、體積小。本節(jié)下面將說明小型且容易安裝的磁致伸縮式扭矩傳感器的檢測原理及性能評價結(jié)果，而