压力传感器故障与检测要点详解

学习目标

1.掌握压力传感器工作原理

2.了解压力传感器主要应用

3.了解压力传感器常见故障原因

4.掌握压力传感器检测方法

一、压力传感器的工作原理

压力传感器有压电式、压阻式和电容式等多种类型。

压电式压力传感器利用压电晶体的压电效应，将压力转换为电压信号。压电效应指压电晶体（如石英晶体）在压力作用下，产生电压信号的现象。

电容式压力传感器原理是使介质压力作用于电容的一个极板上，压力的变化使极板移动，两极板间的电容随之改变，再经过集成电路将电容的改变转换为电压信号。

压阻式压力传感器是由平面应变传感器发展而来的一种新型压力传感器。它以硅膜片作为弹性敏感元件，膜片上用集成电路扩散工艺制成四个等值电阻，组成惠斯通电桥。当膜片受压力作用后，由于半导体的压阻效应，电阻值会发生变化，使电桥输出，进而测得压力的变化。利用这种方法制成的压力传感器叫压阻式压力传感器。下面介绍压阻式压力传感器的结构原理（图8-20）。

1.结构

测量单元位于压力传感器的中心，由一片硅片2组成，其上有一片蚀刻的薄膜。四个电阻桥分布于膜片上，当有机械压力时，应变片电阻就会发生变化。

有的压力传感器和温度传感器集成在一起，完成温度和压力检测，其结构如图7-21所示。

图7-20 压阻式压力传感器

1—膜片 2—硅片 3—真空室 4—材料 5—惠斯通电桥

P—测量压力 U₀—供电电压 U_N—测量电压 R₁—应变电阻（受压） R₂—应变电阻（受拉）

2.压阻式压力传感器工作原理

测量压力的变化，传感器膜片在10～1000μm范围内弯曲。分布在膜片上的四个应变电阻的阻值在机械应力的作用下发生变化。当膜片发生变形时，其中两个应变电阻的阻值增大，而另外两个电阻值则减小，这使惠斯顿电桥的输出电压发生变化。传感器芯片外部是基准真空室，测量的是介质的绝对压力，因此，这种传感器称为绝对压力传感器。传感器芯片外部气室若与大气相通，则测量压力的是介质相对于大气的压力差，这种传感器称为相对压力传感器。

信号处理电路集成在硅芯片上。它的作用是放大测量电压，补偿温度影响。图7-22所示为压力传感器工作特性曲线。这种压力信号与压力值成正比的压力传感器应用广泛。

图7-21 进气压力温度传感器

a）传感器结构 b）传感器外观

1—温度传感器 2—壳体 3—进气歧管壁 4—密封环 5—插头 6—密封外盖 7—测量单元及真空室

图7-22 压力传感器的特性曲线

二、压力传感器的应用

1.进气压力传感器

进气压力传感器安装在增压器后的进气歧管上，用于测量进气歧管中的绝对压力。该压力值通常相对于真空而不是环境压力，这可使空气质量和进气压力得到精确控制，优化发动机性能。

当ECU计算进气量时，进气压力信号和进气温度信号一起被ECU调用。当进气压力信号失准时，进气量计算会出现偏差，并直接影响喷油量。当发动机出现动力不足、油耗过高故障时，需要检查进气压力传感器的性能。

2.大气压力传感器

大气压力传感器可集成在ECU内，也可外置。它的作用是为ECU提供大气压力信号，ECU依据海拔高度对一些控制量进行调节。例如，废气再循环（EGR）和进气压力控制都要利用大气压力信号。大气压力传感器测量的是绝对压力（60～150kPa）。大气压力传感器发生故障时，发动机动力会下降。

3.机油压力传感器

机油压力传感器安装在主油道上或机油滤清器内，用于测量机油的绝对压力。机油压力传感器的测量范围为0.5～10bar。机油压力传感器信号主要用于发动机保护。

三、压力传感器的故障与检测

1.信号电压过高故障

（1）故障原因 压力传感器电路如图7-23所示，它与ECU间共有三条导线连接：5V电源线、信号线和回路线。信号电压过高的常见原因如下：

①回路线断路，或ECU（ECM）搭铁不良。

②信号线与5V电源线间短路。

③压力传感器故障。

④ECU故障。(www.xing528.com)

（2）万用表检测

①断开传感器插接器，检查触针是否松动、脏污或折断。检查重点是回路线触针。

②打开点火开关，用万用表直流电压档检测电源线与回路线间电压，如为（5±0.25）V，则供电正常；如果电压高于5.25V，则说明电源线与高压电源短路。如果电源线与回路线间电压为0，而电源线对搭铁间电压在（5±0.25）V范围内，则说明回路线开路。

图7-23 压力传感器电路

③如果供电正常，则应检测信号线绝缘性。在断开传感器插接器及ECU传感器插接器的条件下，将一表笔接于ECU传感器插接器信号线端孔中，另一表笔逐一与ECU传感器插接器其他端孔连接，用电阻档检测线间电阻，阻值大于100kΩ为合格。如果测量结果小于100kΩ，则说明线间短路，应维修或更换线束。

2.信号电压过低故障

（1）故障原因

①电源线断路或搭铁。

②信号线搭铁或与回路线短路。

③压力传感器故障。

④ECU故障。

⑤信号线断路。

提示：由于ECU内压力传感器信号线与回路线间接有47kΩ下拉电阻，当信号线断线时，ECU内部的信号线通过其搭铁，ECU会报出信号电压过低的故障码。大多数的压力传感器信号线断线时，均报出信号电压过低故障。需要注意的是，多数共轨柴油机的轨压传感器与之相反：信号线断线时，报出信号电压过高故障。

（2）万用表检测

①断开传感器插接器，检查触针是否松动、脏污或折断。检查重点是电源线和信号线触针。

②打开点火开关，用万用表直流电压档检测电源线与回路线间电压，如为（5±0.25）V，则供电正常；如果电压为0，则说明电源线故障，需要检查电源线是否开路或搭铁。

③如果供电正常，则应检测信号线通断情况。首先断开传感器插接器及ECU传感器插接器，检查ECU传感器插接器触针是否松动、脏污或折断；用万用表一端接传感器插接器信号线端子，另一端接ECU传感器插接器信号线端孔，用电阻档检测导线电阻，如果阻值小于10Ω，则说明导线导通性正常。

④信号线绝缘性检查。在断开传感器插接器及ECU传感器插接器的条件下，将一表笔接于ECU传感器插接器信号线端孔中，另一表笔逐一与ECU传感器插接器其他端孔连接，用电阻档检测线间电阻，阻值大于100kΩ为合格。如果测量结果小于100kΩ，则说明线间短路，应维修或更换线束。

⑤信号线搭铁检查。在断开传感器插接器及ECU传感器插接器的条件下，将一表笔接于传感器插接器信号线端孔中，另一表笔搭铁，测量信号线与搭铁间电阻，阻值大于100kΩ为合格。如果测量结果小于100kΩ，则说明线间短路，应维修或更换线束。

四、压力传感器的ECM响应测试

下面以康明斯ISM发动机进气歧管压力传感器为例，介绍压力传感器的ECM响应测试方法。

1.现行故障：122（进气歧管压力信号高电压）的响应测试

康明斯ISM发动机（CM570电控系统）的进气歧管压力传感器电路如图7-24所示。

图7-24 进气歧管压力传感器线路

响应测试，按图7-25所示步骤进行。

图7-25 进气歧管压力信号高电压响应测试

2.现行故障：123（进气歧管压力信号低电压）的响应测试

响应测试，按图7-26所示步骤进行。

五、故障案例

故障现象：一台潍柴WP12共轨柴油机重载时冒黑烟，空载时正常，无故障码。

故障排除：停车时，检查空气滤清器滤芯及气路、增压器，均正常。检查油路与油品正常。起动发动机，用故障诊断仪监测柴油机的进气压力、转速、轨压等参数，发现重载加速时进气压力达到1.5bar（绝对压力），之后瞬间降到0.6bar，转速下降、冒黑烟。对进气管路检查发现，空滤器之后的橡胶软管较软，高档加速时被吸瘪。更换进气软管后，故障排除。

图7-26 进气歧管压力信号低电压响应测试

你学会了吗？

1.压力传感器信号电压过低故障的原因有哪些？如何进行响应测试？

2.压力传感器信号电压过高故障的原因有哪些？如何进行响应测试？