機油壓力感測器

汽車的機油壓力感測器是對車輛發動機的機油壓力進行檢測的重要裝置，檢測的數據可以幫助控制發動機的正常運轉。

基本介紹

• 中文名：機油壓力感測器
• 領域：汽車

結構

電子式機油壓力感測器由厚膜壓力感測器晶片、信號處理電路、外殼、固定線路板裝置以及2根引線(信號線和報警線) 等組成。信號處理電路由電源電路、感測器補償電路、調零電路、電壓放大電路、電流放大電路、濾波電路以及報警電路等組成。

圖1是感測器的結構圖，圖2是其原理框圖。厚膜壓力感測器是20世紀80年代出現的新型應變式壓力感測器, 利用印刷燒結在陶瓷彈性體上的厚膜電阻的壓阻效應研製而成。在陶瓷彈性膜片上直接印刷、燒結4個厚膜電阻，並通過導帶連線成惠斯頓電橋。當所測量的液位壓力作用在陶瓷彈性體上時, 彈性膜片產生撓曲變形，與此同時，印燒在彈性膜片上的厚膜電阻也產生同樣大小的應變，其中2個厚膜電阻受壓應變，阻值減小；另2個受拉應變，阻值增大。這樣，所測的壓力值即被轉換成橋路輸出信號，而且信號大小和壓力成正比。

圖1 電子式機油壓力感測器

圖2 信號處理電路

工作原理

機油壓力感測器安裝在發動機的主油道上，當發動機運行時，壓力測量裝置檢測機油的壓力，將壓力信號轉變為電信號送至信號處理電路，經過電壓放大和電流放大，通過信號線將放大後的壓力信號連線至油壓指示表，改變油壓指示表內部2個線圈通過的電流之比，從而指示出發動機的機油壓力。經過電壓放大和電流放大的壓力信號，同時還與報警電路中設定的報警電壓進行比較，當低於報警電壓時，報警電路則輸出報警信號，並通過報警線點亮報警燈。

電子式機油壓力感測器的接線方式與傳統的機械式感測器完全一致，能替代機械式壓力傳 感器，直接與汽車機油壓力指示表和低壓報警燈連線，指示柴油汽車發動機的機油壓力和提供低壓報警信號。與傳統的壓阻式油壓感測器相比，電子式汽車機油壓力感測器具有無機械 運動部件(即無觸點)、精度高、可靠性高、壽命長等優點，並且符合汽車電子化發展的要求。

由於汽車的工作環境十分惡劣，對感測器的要求十分嚴格，在電子式汽車機油力感測器的設計中，不僅需要選擇耐高溫、耐腐蝕、精度高的壓力測量裝置, 選用性能可靠、工作溫度範圍寬的元器件，而且在電路中還需要採取抗干擾措施，以提高感測器的可靠性。

分類

半導體壓阻感測器

此種感測器所利用的是半導體的壓阻效應。普通的半導體材料應變要優於金屬材料的應變靈敏係數。利用單晶矽的壓阻效應在單晶矽的基礎上利用半導體工藝製成的元件，當半導體受到壓力作用的時候，其電阻會發生變化，從而形成壓力變化的信號輸出。目前，普遍採用的壓阻感測器都是4個等值應變元件來形成一個電橋，當壓力作用變化的時候，分為兩對產生變化效果，一對變大一對變小，導致電橋出現失衡，輸入一個與壓力成正比的電壓信號。其最大的特點就是靈敏度高、測量範圍大、輸出信號強,容易實現集成。但是其抗油污和微粒影響的能力較差，必須利用介質對其進行隔離，才能達到準確的效果。

傳統彈性應變感測器

此種感測器的特點是測量範圍寬、精度高、穩定性好，且使用壽命長能夠抵禦高溫、高速、高壓和振動的影響，因此在汽車的檢測環境中較為適應。應變式感測器通常是由四個電橋電阻組成，相對的一組橋臂電阻在受到壓力是產生拉力變化，而另一種產生的是壓力變化，以此產生對電阻的影響，其信號的大小相等而符號相反，提高了感測器的靈敏度。此種感測器的輸出信號幅值變化小，在溫度環境變化劇烈的情況下，需要溫度補償，但是難度較大。

厚膜壓力感測器

此種感測器是新型的力敏性感測器。其利用的是厚膜電阻的壓阻效應所研製而成的，其應變電阻是具有壓阻效應的厚膜釕酸鹽電阻，採用厚膜工藝技術直接印刷和燒結在陶瓷彈性體上。經過高溫燒制，應變電阻和陶瓷體牢固的結合起來，不需要進行貼上。此種形式避免了常用的應力式力敏感測器因貼上工藝而容易產生老化的弊端。厚膜應變電阻性能穩定、耐高溫、溫度係數比擴散矽小一個量級以上。

陶瓷壓阻感測器

此種感測器採用的是陶瓷材料經過特殊工藝製成的，乾式陶瓷壓力感測器。陶瓷是一種具有較高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗震動的優質材料。陶瓷的熱穩定性要明顯優於厚膜電阻感測器的工作範圍，其溫度範圍可以達到-40℃～125℃，而且在高溫下仍然具有較高的精度和穩定性。電氣絕緣強度>2kV，輸出信號強且具有長期的穩定性。工作的原理是：被測壓力直接作用在陶瓷膜片表面上，使得陶瓷膜片產生變形，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，形成一個電橋，在壓敏電阻的作用下，電橋就會產生一個與壓力和電壓相關的正比電信號；同時信號根據壓力量程的差距進行劃分，並和感應式感測器進行兼容。通過雷射標定，感測器具有了溫度穩定性和時間穩定性，感測器自帶溫度補償，可以和絕大多數介質的接觸並保證檢測效果。但是其成本較高，推廣還需要時間。

需要適應問題

工作的可靠性

油壓檢測的過程需要在發動機工作中進行，其工作的條件溫度變化明顯，同時在車輛行駛過程中，路況條件也將對檢測產生影響。發動機所承擔的是巨大的熱量載荷、衝擊、振動等，所以感測器的工況也隨之受到高溫、濕度、衝擊、振動、腐蝕、油污等惡劣環境的負面影響。所以可靠性是產品設計首先考慮的問題，可靠性設計和產品的可靠性分析貫穿著整個研製的過程中。在滿足可靠性的時候，最為重要的就是產品元件的選擇和組合，發動機留給感測器的空間本來就很有限，所以感測器應儘量採用貼片型元件。如：常見的電解電容工作溫度為-20℃～70℃之間，所以長期的高溫將使其質量惡化，導致其可靠性下降，所以採用高溫電容是一個重要的可靠性保證措施。

經濟性保證

經濟性是制約產品推廣和使用的重要條件。一些廠家的電子式機油壓力感測器雖然工藝和使用效果都達到了較高的水平，但是價格的因素卻影響了其推廣的速度。因此開發經濟性和可靠性兼備的產品就成為了感測器的關鍵。

兼容性保證

汽車是一個複雜的系統，其中電子信息系統已經成為了汽車不可缺少的控制系統。電子感測器的套用需求實際上就是在電子控制的需求下發展起來的。因此其餘控制電路兼容的能力就成為了提高其使用效果的重要基礎。同時電子感測器也是一種有源的器件，必須有電源對其進行支撐。所以如何使之融入到整個電子線路中也是一個需要重點考慮的問題。因此，電子式機油壓力感測器的發展和改進的方向也包括了其兼容性的提高。