汽车检测设备中的常用传感器_图文

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汽 车检 测 设 备 中的常 用传 感 器 
文 /李 洪 王 岩 峰 




传 感器的构造 与工作原理 

身物 理性质 的 变化来 实现信号 变换 的 。  

传感器是现代 检测设 备 中不可缺少  如 :水 银温度测 量计 .是 利用水银 的热  的重要 组成部分 . 是连接被 测对象与检  胀冷缩现 象;压 电测力计 是利用 了石英  测系统 的接 1 它为系统提供 进行处理  晶体 的压电效应 。有的传感器 是依靠 传  3. 和决策 所必须 的原 始信息 .因此它在很  感器 结 构 参数 的变化 来 实 现信 号 转 变 
大 程 度 上 决 定 了检 测 设 备 的性 能 。  



的 。 如电容式 传感器依 靠极板 间距 离  例
的 变化 引 起 电容 量 的 变 化 :电 感 式 传 感  器 是 依 靠 衔 铁 位 移 引 起 自感 或 互 感 的 变 

传 感 器的 定 义 

化。有的传感器是 直接 由被测 对象输入  能量 使其工 作 的 .例如 热 电偶 温度计 .   弹性压 力计等 。有的传感器 是从外部供  给辅 助能量 。由被测量控制 外部供给能  量的 变化 来使传感器 工作的 。由于上述  区别 .传感器还 有一些其他分 类方法 。   = 、检测设备 中经常使用 的几种传 
感器 

图 3 压力传感器构 造 
l _横置 应 变 片 2 一纵 置 应变 片 

示 。各 部 分 的 作 用 是 :敏 感 栅 可 以把 应 

变量转换 成电 阻的变化:基 底的作 用是 
固 定 敏 感 栅 .并使 敏 感 栅 与 弹 性 元 件 互 

相绝缘 :盖层是 用来保 护敏 感栅使其避 

图 1压力 传感 器外形 
将被 测 物理 量 转换 为 与之 相对 应  的、容易检测 、传输和处理 的信号 的装  置 .称为传感器 。检测设备 上常用的传  感器 有电流传感器 、电压传感 器 、缸压 
传 感 器 、油 压 传 感 器 、振 动 传 感 器 、位  

免受到机 械损伤或 防止高温氧化 的.引  线是连接敏感栅 和测量 电路的丝状或 带 
状金属 线。  
应 变 效 应 

应变效应是指金 属线的电阻值随其  变形而发 生改变 的一 种物理现 象。由物 
理 学 可 知 .金 属 丝 的 电 阻值 R与 其 长 度  L 电 阻 率 Y成 正 比 . 公 式 表 示 为: = 和 用 R  YL A   / 。如 果 金 属 丝 沿 轴 线 方 向 受 力而 

移传感 器 、其他压 力传感器 、转速传感  器 和光电池等 。传感器处 于测试装置 的 
输入端 。  

2 、传感器的分类方法 
机 械 工程 中应 用的 传 感器 种类 繁  多. 往往一种物 理量可 以用 几种类型 的 
传 感 器 来 检 测 ,而 一 种 传 感 器 也 可 以测 

图 2应变片 基本结构 
卜 引线 2 一盖 层 3 一基 底  4 一敏感 栅 5 一粘合 剂 

变形 . 其电阻也发 生变化 。应 变式传  则
感器正是 利用金属丝 的这种特 性 . 力 把  

量 多种 物理量 。为了对传感器 有一个大 
概 的 认 识 . 下 面 介 绍 一 下 传 感 器 的 分  类。  

1 、轴重 实验 台使 用的传感 器 
称 重 传 感 器 为 电 阻应 变 片 式 压 力 传  感 器 .其 外 形 如 图 1 示 。 所  

最 常用的分类 方法是下面 两种:第 


其采 用圆筒形 弹性测力元件 . 具有 

出 

种是 按工作原理分 类 .如应 变式 、压  较 高 的结 构强 度 和抗 振 、抗 冲 击稳 定 

阻式 、压 电式 光 电式等等 。第二种按  性 .结 构简单 .安装方便 。该传感器 与  被测量分 类 .如 力 、位 移 、速度  加速  放 大器配合 .构成称重 、测力 的自动控  度等 。在许 多情况 下 .往往将上 述两种  制元件 。其基 本要素 为应 变片 。  
分类方法综 合使用 .如应变式压 力传感  器 、压 电式速 度传感器 等。   有的传感器是依靠敏感 元件材料 本  ( )应 变片的工作原 理  1 应 变片 的基本结 构  应变片共 由五部分组成 。如 图 2所 

图 4 直 流 电桥 

4  6 

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}  
r   l  

定载荷 的 7% 选用  5
★ 被 测 力 作 用 线 必 须 与 传 感 器 轴  线重合 。  

I  

l  

( )力传感器好坏 的简单 判别  4
判别 力传 感器好 坏 的方法 有两种 。  


【  
-  

种方法是 没加激励 电压时 ,用万用表 

测量各管脚 间的 电阻值 ,输出阻抗 ( 额  定阻值 )和绝缘 电阻 ;另一种 方法是加 


、   . .
、  

应 

激励 电压后 ,测 量输 出电压值 ,一般输 
出 为 mV 。 过 两种 办 法 的任 何 一 种 都  级 通

l  
l  

变 
  I

l  
l  

片 

可简单地判 别出传感器 是否有故障 。  



制 动 试 验 台 用传 感 器 

目前检测站使 用的制动试验 台有两 
() b 

种 ,一种 是平板 式制动试验 台 ,另一种  是滚 筒式制动试 验台 。  
平 板 式 制 动 试 验 台 所 用 的传 感 器 为  应 变式 压 力 传 感 器 。其 使 用 的 弹 性 元 件 

图 5s   形和 中心环式 压力传感器 
a S形传感 器 ) b )中心环 式传 感器 

为 s形剪切 梁式和 中心 环式结构 ,如图  所   转换 成应 变片 电 阻的 变化 ,以便 于测  输 出 端 有 不 平 衡 电 压 输 出 , 电 压 正 比  5 示。再 把应 变片连 接成桥式 电路 。 该 滚 筒式制动试验 台 目前使用较 多的  量。   于作 用在传感器 上被 测的 力。   ( )压 力传感器构造 和工作原理  2
压 力传 感器 主 要 利用 电 阻应 变原 

( )使用 和保 养时的注意 事项  3 ★ 传 感器工作环 境要保持 清洁干 

是 S形 剪 切 梁 应 变 式 压 力 传 感 器 。  

此 外 ,还有三种 传感器 ,即电位计  式 、差动 变压器 式和 自整角电极式 传感 
I   , .   ,  

理 . 圆筒形 弹性体 的外壁 上对称粘贴  燥 .附近 无热源 ,严禁 与酸 、碱接触  在
四块 规格  型 号基 本 一致 的 电阻应 变 

★ 传 感 器 供 电 电 源 电 压 最 大 不 超  器 。其 中电位 计 式 也 叫 滑 变电 阻 传感  器 ,后 两 种 为 电 感 式 传 感 器 。 目前 电位   片 , 个 沿 轴 向粘 贴 . 个 沿 径 向 粘 贴 。 过 规 定 电 压 指 标  两 两   如图 3 示 。再把 四个应 变片连成直流  所 ★ 做 远距 离测量 时 ,连 接 电缆 、 计式测量 装置已很 少使用 ,多采用 自整    电桥 .如 图 4所 示 。其 中 :R 、R 、R   传感器 。放 大器及被测对 象均接地 . 1 2 3 布  角 电机 式 测 量 装 置 和 差 动 变压 器 式 传 感 

R 为测 量用电阻应 变片。 d 4 R 为初始不平  线尽量 远离噪声源 ;   衡补 偿电阻 。R 为零点温度补 偿电阻 。 t   贴有 电阻应 变片的空心 圆柱体的应变筒  上 ,应 变筒 受压 时 ,其轴向压缩 ,径 向  膨胀 ,相应轴 向应变片阻值 减小 .径 向  应 变片阻值增加 .电桥失去平 衡 .对角  ★ 传感器 外接应 变仪 ( 或放大器 )  
★ 传 感 器 的 量 程 选 择 ,建 议 按 额 

器 。在计算机 联网的检测 中,大多选用  应变式压 力传感器和差动 变压 器式传感 
器 。下 面 分 别 加 以介 绍 。  

当被测力 F通过压头直 接作用于粘  后 . 须 预 热 . 仪 器 稳 定 后 方 可 工 作   必 待

( )电位计式传 感器  1

[=] 二  =
)  

() a 

图 7 差动变压器式 传感器 示意 图 
图 6 电位计式传感器示意图 
1 上部 一 a结 构 简 图 ) 2 一衔铁 b 电路 示 意 图  ) 4 一线 圈 5 一下部  3 一变 形部

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磁 脉 冲 式 传 感 器 。下 面 主 要 介 绍 光 电 式 
传感器 。  

( )构 造 及 工 作 原 理  1

光 电转速传感器 是一个采用红外光 
电器 结 构 的 传 感 器 。其 内部 构 造 如 图 9  
所示 。  

当转盘 1 随试验 台滚筒转动 时 ,红 
外 线 发 生 器 发 出 的 红 外 线 不 断 通 过 转 盘  的 / r射 向 接 收 器 .假 定 孔 数 为 m .滚  JL q

筒旋 转一圈红外线 接收器收 到m个脉冲  信号 。滚 筒的线 速度等 于汽 车的速 度 .   这样 通 过脉 冲 数 即 可计 算 出汽 车 的速  () b 
度。   ( ) 主 要 性 能 指 标  2 ★ 输 出脉   数 I 中/转 ) 中 脉  :一 般 
为 6. O 

图 8 自整角 电机 示意 图  ( )产生 信号 的 自整 角 电机 ( )接 收信 号 的 自整 角电 机  a b
电 位计 式 传 感器 工 作 原 理 : 压 力 把   通 过 机 械 传 递 机 构 转 化 为 电 刷 的 运 动 

★ 转 速 范 围 :0 3 0 rri ( ~ 0 0/ n 连  a 续使用 ) ;   ★ 供 电 电 源 :直 流 5 ± 0 V. v  5  
2 0m A 

检测站使用 的侧滑试验 台有单板侧  滑试 验 台和 双 板联 动 式侧 滑 试 验 台两 
电 气 式 。 械 式 测 量 装 置 是 把 测 量 装 置  机 与 指 示 装 置 机 械 地 连 接 在 一 起 . 过 连  通

电刷 在 变 阻 器 上 滑 动 , 过 改 变 接 入 电  种 。 滑 量 的 测 量 装置 可 分 为机 械 式 和  通 侧

★ 工作 环境 :温度 0 5c.相  ~4 。
对 湿 度 8 % .无 腐 蚀 性 气体 。 5   ( ) 主 要 特 点 及 注 意 事 项  3

桥 电路 的电阻大 小 ,得 到相应 的输 出。  
如 图 6所 示 。  

( )差 动 变压 器 式 传 感 器   2 差 动 变 压 器 式 传 感 器 工 作 原 理 :当  

杆和杠杆 等零件 , 滑动板 的滑移 量传  将

这种 传感器功耗 小 .寿命长 .抗干 

递给指示装置来直接指 示的一种结构形  扰 能 力强 ,传 送 距 离 远 。   力作用于传感器 时 , 具有 缸体 状空心截  式 。这种测 量 方法精 度低 ,目前 已基本  使 用 时 应 注 意 :传 感 器 应 放 在 干  面 的弹性元件发 生变形 , 带动衔 铁相对  上 不 使 用 。电气 式 测 量 装 置 是 通 过 传 感  燥 、 酸 性 气 体 及 其 他 不 会 引起 仪 表 腐  无 于线 圈运动 ,便 产生输 出电压 ,其大小  器 把 滑 板 移 量 测 量 出来 , 传 递 给 电气  蚀 的 地 方 。传 感 器 应 固 定 .避 免 因振 动  再 反 映 了 受 力 的 大 小 。 如 图 7 示 ,a 为  指示装置 ,检测精度 高 ,测量 装置 和指  产 生 测 量 误 差 。 所 )   差动 变压 器式传 感器 的结构简 图 , ) b 为  示装置可 以分开 ,进行 远距离传送 。目   差动 变压 器式传感 器的 电路简 图。  
( ) 自整 角 电机 式 传 感 器  3 前普遍使 用电气式测量 装置 。  

电气式测量 装置使 用的传感器有三 

自 整 角 电机 应 用 于 不 同 轴 而 同 角 度  种 ,即电位 计式 、差动 变压器式 和 自整  旋 转 的 情 况 。 如 图 8 示 ,产 生 信 号 的  角电机式位 移传感器 . 所 上面 已将 这三种  自整 角 电机 和 接 受信 号 的 自整 角 电 机 两  传感器 的工 作原理作 了简单介绍 。其 中  

者 的线圈都通 以交变电流 【 1V) 定子  使 用较 多 的是 差 动 变压 器式 位 移 传感  10 .   线 圈的三个接线柱分 别对应相连 , 当制  器 。   动滚筒 受到来 自轮胎 的制动 力 . 通过变  速器减速 齿轮轴传给 测力臂 . 力臂通  测



车 速 表 试 验 台 用传 感 器 

车速表 试验 台的测 量方法 为:通过 

过齿条把压 力转换 为旋 转运动 , 由安装  汽 车驱动轮 带动滚筒旋 转 , 传感器 和滚 

在 自整 角电机轴端 的小齿轮带动 自整角  筒轴 连 在一 起 .滚筒 把转 速 传 给传 感 
电 机 ( 生 信 号 的 自 整 角 电 机 )转 动 一  器 , 感 器 再 把 输 出信 号 传 递 给 指 示 装  产 传
  定角度 , 并把 同样 大小的 电信号 传递给  置 。

指 示机构 的 自整角 电机 ( 接受信号 的 自  

常 用 的 测 速 传 感 器 有 三 种 , 种 是  一

整角 电机 ) ,输 出电机 轴也转 过 同样 的  测 速 发 电 机 . 一 种 是 光 电 转 速 传 感 器 .  
角 度 。自 整 角 电机 式 传 感 器 适 合 于 驱 动  另一 种是磁 脉冲传感器 。测速发 电机 有  远 距 离 的指 针 式 仪 表 。   交 流 和 直 流 两 种 。交 流 发 电 机 又 分 同 步 

图 9光 电转速传感 器 

以 上 三 种 传 感 器 输 出 的 电信 号 经 过  式和异步式 。在 目前生产 的车速表试验  l _多 孔转 盘 2 一红 外线 发 生器 ( 发光 管 )   放 大器放大后 送入指示仪表 显示 。   台上 已 很 少 使 用 .因为 其 体 积 较 大 ,耗   3 一红 外 线接 收 器  3 侧滑试验 台用传感器   

能较 高。使用较 多的是光 电式传感器和 

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