汽车电工电子技术：电位器式传感器

电位器是一种把机械的线位移或角位移输入量转换为与它成一定函数关系的电阻或电压输出的传感元件。电位器式传感器具有一系列优点，如结构简单、尺寸小、质量轻、精度高、输出信号大、性能稳定并容易实现任意函数等。其缺点是要求输入能量大，电刷与电阻元件之间容易磨损。电位器的种类很多，按其结构形式不同，可分为线绕式、薄膜式等；按特性不同，可分为线性电位器和非线性电位器。目前常用的以单圈线绕电位器居多。

线性电位器的理想空载特性曲线应具有严格的线性关系。图7-6 所示为电位器式位移传感器原理图。

图7-6　电位器式位移传感器原理图

1—电阻丝；2—骨架；3—电刷。

如果把线性电位器作为变阻器使用，假定全长为 xmax的电位器，其总电阻为 Rmax，电阻沿长度的分布是均匀的，则当滑臂由A 向B 移动x 后，A 点到电刷间的阻值为

若把它作为分压器使用，且假定加在电位器A、B 之间的电压为Umax，则输出电压为

图7-7 所示为电位器式角度传感器。若作为变阻器使用，其电阻与角度的关系为

图7-7　电位器式角度传感器

若作为分压器使用，则有

1.发动机机油压力传感器（电位器式）

发动机机油压力传感器用于检测发动机机油压力的大小，它一般通过螺钉拧入缸体的油道里，其内部有一个可变电阻，一端输出信号，一端与搭铁的滑动臂相连。当油压增大时，油压通过润滑油道接口推动膜片弯曲，膜片推动滑动臂移动到低电阻位置，使电路中的输出电流增大；反之，油压降低时，膜片推动滑动臂移动到高电阻位置，使电路中输出电流减小，最终在机油压力表上将机油压力的大小以指针指示出来，如图7-8 所示。

图7-8　发动机机油压力传感器工作原理

2.节气门位置传感器（电位器式）

节气门位置传感器又称为节气门开度传感器或节气门开关。其主要功能是检测发动机是处于怠速工况还是负荷工况，是加速工况还是减速工况。其实质是一只可变电阻器和几个开关，安装于节气门体上。

线性输出型节气门位置传感器也叫可变电阻式节气门位置传感器，其结构如图7-9 所示，由活动触点1、活动触点2、电阻器、节气门轴、接线插头等组成。传感器的两个活动触点与节气门轴联动，分别是用于测量节气门开度的活动触点1 和用于确定节气门全闭位置时的活动触点2。

当活动触点随节气门的打开而改变电位器的电阻值时，其输出电压与节气门的开度成正比例增大。

图7-9　线性输出型节气门位置传感器

节气门位置传感器的工作原理如图7-10 所示。当节气门逐渐（向右）打开时，活动触点也向右移动，电路中所串入的电阻值逐渐减小，输出电压增大；反之，输出电压减小。通过这种方式，将其输出信号送至电子控制装置输入端，由它来控制喷油器的开闭时间，以满足汽车加速时发动机所要求供给的燃油量。

图7-10　节气门位置传感器的工作原理

3.翼片式空气流量传感器（电位器式）

翼片式空气流量传感器又称翼片式或活门式空气流量传感器。它是利用力矩平衡原理和电位器原理开发研制的机械式传感器，已生产使用多年，具有结构简单、价格便宜、可靠性高等优点，广泛用于丰田皇冠、佳美、子弹头、马自达等轿车的燃油喷射系统中。它主要由翼片部分、电位计部分和接线端子三部分组成，其结构如图7-11 所示。

1）翼片部分(www.xing528.com)

翼片式空气流量传感器的翼片部分包括测量翼片（在主空气道内旋转）和缓冲翼片（在缓冲室内偏转，对翼片起阻尼作用，当发动机吸入的空气量急剧变化和气流脉动时，减小翼片的脉动），两者铸成一体，如图7-11 所示。

图7-11　翼片式空气流量传感器的结构

2）电位计部分

电位计位于空气流量传感器上壳体上方，内有平衡配重、滑臂、复位弹簧、调整齿圈和印制电路板等，其结构如图7-12 所示。

图7-12　翼片式空气流量传感器的电位计

4.温度传感器

汽车上的温度传感器多为负温度系数热敏电阻，如发动机的进气温度传感器、冷却液温度传感器、机油温度传感器，自动变速器和无级变速器的油温传感器，双离合器变速器负责监控变速器油底壳油温的G93 变速器油温度传感器、负责监控变速器离合器工作油温的G509温度传感器，空调的室内温度传感器、环境温度传感器、蒸发器温度传感器，悬架空气泵温度传感器等均为负温度系数热敏电阻。其特点是测量点的温度越高，传感器的电阻值越低，输出电压信号越低。

热敏电阻器属于敏感元件，热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的感温元件。通常采用重金属氧化物锰、钛、钴等材料，在高温下烧结混合而成，其常见结构和表示符号如图7-13 所示。

图7-13　热敏电阻的结构与符号

1—壳体；2—热敏探头；3—引线。

按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。

1）热敏电阻的温度特性

热敏电阻的温度特性是指半导体材料的电阻值随温度变化而变化的特性。用半导体材料制成的热敏电阻与金属热电阻相比，有如下特点：

（1）热敏电阻的温度系数值远大于金属热电阻，所以灵敏度很高。

（2）同温度情况下，热敏电阻阻值远大于金属热电阻。所以连接导线电阻的影响很小，适用于远距离测量。

（3）热敏电阻的阻值与温度变化呈非线性关系，其测量温度范围远小于金属热电阻。

2）冷却液温度传感器

这款传感器还可以称之为水温传感器，主要作用是检测发动机冷却液温度，向ECU 输入温度信号。ECU 收到信号后对喷油时间和点火时间进行修正。传感器一般安装在缸体水道上、缸盖水道上、上出水管等处和冷却液接触。它的内部是一个半导体的热敏电阻，具有负温度系数NTC，如图7-14 所示。

图7-14　冷却液温度传感器

3）进气温度传感器

进气温度传感器主要检测透入气管道中的空气温度，向EUC 输入进气温度信号，作为燃油喷射和点火正时的修正信号。进气温度传感器主要安装在空气滤清器的进气软管上和空气流量传感器上，其结构如图7-15 所示，工作特性如图7-16 所示。

图7-15　进气温度传感器的结构

1—绝缘套；2—塑料外壳；3—防水插座；4—铜垫圈；5—热敏电阻。

图7-16　进气温度传感器的工作特性