車(chē)用節(jié)氣門(mén)傳感器綜合測(cè)試方法研究

摘 要：目前傳感器越來(lái)越多地集成應(yīng)用到汽車(chē)上，其中進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力傳感器也集成到了車(chē)用節(jié)氣門(mén)上了。因而設(shè)計(jì)一套適應(yīng)性強(qiáng)的綜合測(cè)試系統(tǒng)對(duì)節(jié)氣門(mén)溫度及壓力傳感器進(jìn)行測(cè)試是十分必要的。文章針對(duì)這兩種傳感器的測(cè)試方法進(jìn)行了分析，提出了一種新的綜合測(cè)試、檢測(cè)方案，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了初步驗(yàn)證。通過(guò)這套系統(tǒng)能夠方便、快捷地得到這兩種傳感器的性能參數(shù)，并且能提高設(shè)備的利用率。

關(guān)鍵詞：進(jìn)氣溫度傳感器；進(jìn)氣壓力傳感器；測(cè)試

引言

目前控制發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的節(jié)氣門(mén)上除了安裝有節(jié)氣門(mén)位置傳感器外，通常還安裝有進(jìn)氣溫度和進(jìn)氣壓力傳感器。傳感器主要由PCB板、傳感元件、支架、密封圈、不銹鋼襯套和殼體等組成[1]。進(jìn)氣溫度傳感器是以熱敏電阻為檢測(cè)元件的傳感器，通常是負(fù)溫度系數(shù)（NTC）傳感器[2]。進(jìn)氣壓力傳感器的作用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)測(cè)出進(jìn)氣歧管內(nèi)絕對(duì)壓力的變化，并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸送到電控單元（ECU）中，作為決定電動(dòng)噴油器基本噴油量的依據(jù)[3]。兩個(gè)傳感器輸出的信號(hào)將和確定發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況下噴油量的精度有密切關(guān)系。因此常常要對(duì)這兩種傳感器進(jìn)行測(cè)試。

這里設(shè)計(jì)了一套比較系統(tǒng)的方案，能夠方便地解決這一問(wèn)題。該套測(cè)試方法有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：傳感器無(wú)需移動(dòng)，安裝好之后就可以對(duì)兩種參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，避免了頻繁挪動(dòng)過(guò)程中造成的各種誤差；可以利用控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)外界環(huán)境條件的控制調(diào)節(jié)，操作方便快捷；兩種傳感器共用同一設(shè)備，設(shè)備的利用率提高，減少了資源的浪費(fèi)。

1 車(chē)用節(jié)氣門(mén)傳感器綜合測(cè)試方法

現(xiàn)有進(jìn)氣溫度傳感器和進(jìn)氣壓力傳感器大多是整合在同一個(gè)封裝里，統(tǒng)稱(chēng)為節(jié)氣門(mén)傳感器，安裝在節(jié)氣門(mén)體上。進(jìn)行綜合測(cè)試時(shí)將傳感器安裝在測(cè)試容器外表面上，利用控制器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改變?nèi)萜鲀?nèi)的壓力、溫度環(huán)境，測(cè)試傳感器和標(biāo)準(zhǔn)傳感器采集信號(hào)變化送入數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)信息最后送入控制器供實(shí)驗(yàn)人員調(diào)用分析。其測(cè)試系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

測(cè)試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由傳感器部分、提供測(cè)試環(huán)境容器部分和控制部分組成。傳感器部分有檢測(cè)實(shí)際溫度、壓力的標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器、標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器。另外還有待檢測(cè)的節(jié)氣門(mén)傳感器。容器部分為該測(cè)試方法提供了可變化的外界條件，包含了可布置各種傳感器及閥門(mén)的容器、真空泵、冷卻水容器、加熱器等?？刂撇糠种饕蓴?shù)據(jù)采集卡、控制器，及其電磁閥、泄壓閥組成。該部分主要對(duì)三種傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理，以供上位機(jī)分析，另外可以控制各種閥門(mén)的開(kāi)閉，以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境變化的人為控制。

對(duì)溫度傳感器進(jìn)行檢測(cè)、標(biāo)定時(shí)，控制器開(kāi)啟電磁閥時(shí)，水泵開(kāi)始工作，將冷卻水容器中的冷水通過(guò)進(jìn)水口送入試驗(yàn)容器中，當(dāng)水量足夠時(shí)，斷開(kāi)閥門(mén)停止向容器中注水。完成此項(xiàng)后控制加熱器工作，使水溫達(dá)到85℃左右，停止對(duì)容器加熱。讓容器中的熱水慢慢從最高溫度冷卻到室溫。標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器每隔一段時(shí)間采集水溫的變化，而節(jié)氣門(mén)傳感器中的進(jìn)氣溫度傳感器則將得到對(duì)應(yīng)的阻值的大小，這兩組數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)采集卡。對(duì)溫度傳感器檢測(cè)完畢后，開(kāi)啟水流出口，將容器中的液體排盡。

對(duì)壓力傳感器進(jìn)行檢測(cè)標(biāo)定，將容器的所有通道關(guān)閉，打開(kāi)真空泵對(duì)容器做抽空氣的處理，至容器接近真空狀態(tài)。此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器采集到壓力信號(hào)，節(jié)氣門(mén)傳感器中的進(jìn)氣壓力傳感器將得到相應(yīng)的電壓信號(hào)，同樣也將這兩組數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)采集卡。接下來(lái)，保持真空泵處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，調(diào)節(jié)泄壓閥的開(kāi)度，使容器中的真空度發(fā)生一定的變化，等到容器中的壓力值較為穩(wěn)定后，繼續(xù)采集此時(shí)的壓力、電壓的大小。如此往復(fù)，即可得到壓力傳感器的輸出特性曲線(xiàn)。

2 測(cè)試方法的驗(yàn)證

由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限，在這里我們采用兩套系統(tǒng)分別對(duì)上述系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可實(shí)施性進(jìn)行了驗(yàn)證。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，對(duì)一部分設(shè)備進(jìn)行了簡(jiǎn)化。

進(jìn)氣壓力傳感器測(cè)試驗(yàn)證如圖2所示。

這里將標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器改換成了負(fù)壓表，同樣用來(lái)監(jiān)測(cè)壓力的變化。

測(cè)試過(guò)程：用真空泵對(duì)密封容器做抽空處理，讀取負(fù)壓表數(shù)值和萬(wàn)用表的電壓值，控制容器泄壓閥開(kāi)度大小，繼續(xù)測(cè)量多次，轉(zhuǎn)換得到絕對(duì)氣壓和電壓的關(guān)系如圖3所示。

壓力傳感器的輸出特性曲線(xiàn)決定了傳感器在不同壓力輸出的電壓值，是壓力傳感器最重要的特性。傳感器能否和發(fā)動(dòng)機(jī)ECU匹配也是和其輸出特性密切相關(guān)的。傳感器輸出為Y=KX+B的K為斜率的直線(xiàn)[4]。從實(shí)測(cè)的MAP圖電壓隨壓力變化的曲線(xiàn)可以看出，隨著壓力的升高，電壓值也相應(yīng)增大，但由于各種誤差的影響，因此最終實(shí)際得到的曲線(xiàn)并非是理想的直線(xiàn)。和圖4的理論輸出特性曲線(xiàn)相比較，走勢(shì)吻合，能大致反應(yīng)實(shí)際的電壓和壓力的變化趨勢(shì)。

進(jìn)氣溫度測(cè)驗(yàn)證試原理圖如圖5所示。

在這里使用溫度計(jì)代替標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器監(jiān)測(cè)溫度變化情況，用熱水棒對(duì)冷卻水加熱。測(cè)試過(guò)程：將容器中的水加熱，使空氣溫度升高。讀取溫度計(jì)讀數(shù)和萬(wàn)能表阻值，繼續(xù)冷卻，得到下一組值。如此重復(fù)，從而得到溫度和阻值的關(guān)系如圖6所示。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，隨著溫度的升高，熱敏電阻的電阻值隨之減小，并且減小的速率會(huì)放緩。在溫度為60℃時(shí)，可能是由于環(huán)境變化引起的誤差，使得局部變化有些異常，可以在數(shù)據(jù)分析的時(shí)候?qū)⒋它c(diǎn)忽略掉，因此是不影響整體的曲線(xiàn)走向的。和理論ATC輸出特性如圖7相比，基本吻合。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)車(chē)用節(jié)氣門(mén)傳感器綜合測(cè)試方法的理論研究，以及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終可以達(dá)到使該測(cè)試系統(tǒng)變得簡(jiǎn)潔方便、提高設(shè)備的利用率的目的，為實(shí)際的系統(tǒng)平臺(tái)的搭建提供了可實(shí)施的方案。雖然通過(guò)實(shí)驗(yàn)及采集的數(shù)據(jù)證明了方案的可行性，但是在實(shí)際的應(yīng)用中，還會(huì)出現(xiàn)諸多實(shí)際問(wèn)題：比如說(shuō)傳感器和各個(gè)部件在密封容器上的布置；傳感器采樣頻率的設(shè)定等等。因此，這一些問(wèn)題還需要在實(shí)際應(yīng)用中再加以進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣浩豐.進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力和溫度傳感器的結(jié)構(gòu)原理與檢修[J].學(xué)習(xí)園地，2011（9）：83-84.

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[3]朱彩云.進(jìn)氣壓力傳感器輸出特性及溫度補(bǔ)償分析[J].汽車(chē)電器， 2008（10）：9-13.

[4]姜楠.車(chē)用進(jìn)氣壓力傳感器的原理及應(yīng)用[J].輕型汽車(chē)技術(shù)，2013（10）：29-33.

指導(dǎo)老師：楊燕紅。