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201110/29

微型传感器在汽车工程方面的成功应用(2)


  (3)流量传感器
  流量传感器主要用于发动机空气流量和燃料流量的测量。进气量是燃油喷射量计算的基本参数之一。空气流量传感器的功能:感知空气流量的大小,并转换成电信号传输给发动机的电子控制单元。空气流量的测量用于发动机控制系统确定燃烧条件、控制空燃比、起动、点火等。空气流量传感器有旋转翼片式、卡门涡旋式、热线式、热膜式等4种类型。空气流量传感器的主要技术指标:工作范围为0.11~103m3/min,工作温度为—40~120℃,精度≤1%。燃料流量传感器用于检测燃料流量,主要有水轮式和循环球式,其动态范围为0~60kg/h,工作温度为—40~12℃,精度为±1%,响应时间<10ms。
  Honeywell的下属微开关(microswitch)公司用热微细加工技术制作出了微桥式空气流量传感器芯片,它用微细加工技术在硅圆片上加工出空腔,铂电阻悬挂在空腔之上。当空气流过器件时,发生了从空气流动方向下方到上方的热传输,因而,下方电阻被冷却,上方电阻被加热,由电桥电阻变化可测量出空气流量。
  (4)位置和转速传感器
  曲轴位置与转速传感器主要用于检测发动机曲轴转角、发动机转速、节气门的开度、车速等,为点火时刻和喷油时刻提供参考点信号,同时,提供发动机转速信号。目前,汽车使用的位置和转速传感器主要有交流发电机式、磁阻式、霍尔效应式、簧片开关式、光学式、半导体磁性晶体管式等,其测量范围为0°~360°,精度优于±0.5°,测弯曲角达±0.1°。
  车速传感器种类繁多,有敏感车轮旋转的、也有敏感动力传动轴转动的,还有敏感差速从动轴转动的。当车速高于100km/h时,一般测量方法误差较大,需采用非接触式光电速度传感器,测速范围为0.5—250km/h,重复精度为0.1%,距离测量误差优于为0.3%。
  (5)气体浓度传感器
  气体浓度传感器主要用于检测车体内气体和废气排放。其中,最主要的是氧传感器,它检测汽车尾气中的氧含量,根据排气中的氧浓度测定空燃比,向微机控制装置发出反馈信号,以控制空燃比收敛于理论值。常用的有氧化锗传感器(使用温度为-40~900℃,精度为1%)、氧化铬浓差电池型气体传感器(使用温度为300~800℃)、固体电解贡式氧化铬气体传感器(使用温度为0~400℃.精度为0.5%),另外,还有二氧化钛氧传感器以及二氧化锆氧传感器。和氧化锗传感器相比,二氧化钛氧传感器具有结构简单、轻巧、便宜,且抗铅污染能力强的特点:二氧化锆微离子传感器由氧化钙稳定氧化锆离子体、多孔铂厚膜工作电极、钯/氧化钯厚膜参数电极、不透水层、电极接触和保护层构成。其中,氧化钙稳定氧化锆由反应溅射法积淀。工作电极和参考电极都由厚膜工艺制作。在理想的A/F点附近的输出电压发生骤变,当空燃比变高,废气中的氧浓度增加时,氧传感器的输出电压减小;当空燃比变低,废气中的氧浓度降低时,氧传感器的输出电压增大。电子控制单元识别这一突变信号,对喷油量进行修正,从而相应地调节空燃比,使其在理想空燃比附近变动。
2.3车辆监控和自诊断用传感器
  在车辆监控和自诊断方面,MEMS技术的一个主要应用将是轮胎压力监测;其次是应用于冷却、刹车等系统的传感器。此外,还有如像在亮度控制系统中使用光传感器;在电子驾驶系统中使用磁传感器、气流速度传感器;在自动空调系统中使用室内温度传感器、吸气温度传感器、风量传感器、日照传感器、湿度传感器;在导向行驶系统中使用方位传感器、车速传感器等。
  2.4高温微电子在汽车中的应用
  高温微电子在汽车发动机控制、气缸和排气管、电子悬架和刹车、动力管理及分配等方面的监控中都起着非常重要的作用。例如:用于发动机控制的高温微电子传感器和控制器将有助于燃烧的更好监测和控制,它将使燃烧的更加彻底,提高燃烧效率。但是,用传统的硅半导体技术制作的微电子器件由于不能在很高的温度下工作,已不能胜任。为了解决在高温环境下温度测量问题,必须研制一种新的材料来取代传统的半导体材料。第三代宽能带半导体材料SiC具有高击穿电场、高饱和电子漂移速率、高热导率及抗辐照能力强等一系列优点,特别适合制作高温、高压、高功率、耐辐照等半导体器件。集成的SiC传感器可以直接与高温油箱和排气管接触,这样,能进一步获得有关燃料燃烧效率和减少废气排放的更多信息。研究表明:一旦SiC半导体技术能解决好材料、封装等技术而得到进一步的发展,SiC功率器件的工作范围将超过传统的硅功率器件,而且,其体积比Si功率器件也要小。

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