機油壓力傳感器結(jié)構(gòu)

電子式機油壓力傳感器由厚膜壓力傳感器芯片、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、傳感器補償電路、調(diào)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是傳感器的結(jié)構(gòu)圖，圖2是其原理框圖。厚膜壓力傳感器是20世紀80年代出現(xiàn)的新型應(yīng)變式壓力傳感器, 利用印刷燒結(jié)在陶瓷彈性體上的厚膜電阻的壓阻效應(yīng)研制而成。在陶瓷彈性膜片上直接印刷、燒結(jié)4個厚膜電阻，并通過導(dǎo)帶連接成惠斯頓電橋。當所測量的液位壓力作用在陶瓷彈性體上時, 彈性膜片產(chǎn)生撓曲變形，與此同時，印燒在彈性膜片上的厚膜電阻也產(chǎn)生同樣大小的應(yīng)變，其中2個厚膜電阻受壓應(yīng)變，阻值減小;另2個受拉應(yīng)變，阻值增大。這樣，所測的壓力值即被轉(zhuǎn)換成橋路輸出信號，而且信號大小和壓力成正比。

機油壓力傳感器安裝在發(fā)動機的主油道上，當發(fā)動機運行時，壓力測量裝置檢測機油的壓力，將壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査椭列盘柼幚黼娐罚?jīng)過電壓放大和電流放大，通過信號線將放大后的壓力信號連接至油壓指示表，改變油壓指示表內(nèi)部2個線圈通過的電流之比，從而指示出發(fā)動機的機油壓力。經(jīng)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(shè)定的報警電壓進行比較，當?shù)陀趫缶妷簳r，報警電路則輸出報警信號，并通過報警線點亮報警燈。

電子式機油壓力傳感器的接線方式與傳統(tǒng)的機械式傳感器完全一致，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接，指示柴油汽車發(fā)動機的機油壓力和提供低壓報警信號。與傳統(tǒng)的壓阻式油壓傳感器相比，電子式汽車機油壓力傳感器具有無機械 運動部件(即無觸點)、精度高、可靠性高、壽命長等優(yōu)點，并且符合汽車電子化發(fā)展的要求。

由于汽車的工作環(huán)境十分惡劣，對傳感器的要求十分嚴格，在電子式汽車機油力傳感器的設(shè)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、工作溫度范圍寬的元器件，而且在電路中還需要采取抗干擾措施，以提高傳感器的可靠性。

此種傳感器所利用的是半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。普通的半導(dǎo)體材料應(yīng)變要優(yōu)于金屬材料的應(yīng)變靈敏系數(shù)。利用單晶硅的壓阻效應(yīng)在單晶硅的基礎(chǔ)上利用半導(dǎo)體工藝制成的元件，當半導(dǎo)體受到壓力作用的時候，其電阻會發(fā)生變化，從而形成壓力變化的信號輸出。目前，普遍采用的壓阻傳感器都是4個等值應(yīng)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(chǎn)生變化效果，一對變大一對變小，導(dǎo)致電橋出現(xiàn)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、測量范圍大、輸出信號強,容易實現(xiàn)集成。但是其抗油污和微粒影響的能力較差，必須利用介質(zhì)對其進行隔離，才能達到準確的效果。

此種傳感器的特點是測量范圍寬、精度高、穩(wěn)定性好，且使用壽命長能夠抵御高溫、高速、高壓和振動的影響，因此在汽車的檢測環(huán)境中較為適應(yīng)。應(yīng)變式傳感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(chǎn)生拉力變化，而另一種產(chǎn)生的是壓力變化，以此產(chǎn)生對電阻的影響，其信號的大小相等而符號相反，提高了傳感器的靈敏度。此種傳感器的輸出信號幅值變化小，在溫度環(huán)境變化劇烈的情況下，需要溫度補償，但是難度較大。

此種傳感器是新型的力敏性傳感器。其利用的是厚膜電阻的壓阻效應(yīng)所研制而成的，其應(yīng)變電阻是具有壓阻效應(yīng)的厚膜釕酸鹽電阻，采用厚膜工藝技術(shù)直接印刷和燒結(jié)在陶瓷彈性體上。經(jīng)過高溫燒制，應(yīng)變電阻和陶瓷體牢固的結(jié)合起來，不需要進行粘貼。此種形式避免了常用的應(yīng)力式力敏傳感器因粘貼工藝而容易產(chǎn)生老化的弊端。厚膜應(yīng)變電阻性能穩(wěn)定、耐高溫、溫度系數(shù)比擴散硅小一個量級以上。

此種傳感器采用的是陶瓷材料經(jīng)過特殊工藝制成的，干式陶瓷壓力傳感器。陶瓷是一種具有較高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗震動的優(yōu)質(zhì)材料。陶瓷的熱穩(wěn)定性要明顯優(yōu)于厚膜電阻傳感器的工作范圍，其溫度范圍可以達到-40℃~125℃，而且在高溫下仍然具有較高的精度和穩(wěn)定性。電氣絕緣強度>2kV，輸出信號強且具有長期的穩(wěn)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(chǎn)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(chǎn)生一個與壓力和電壓相關(guān)的正比電信號;同時信號根據(jù)壓力量程的差距進行劃分，并和感應(yīng)式傳感器進行兼容。通過激光標定，傳感器具有了溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補償，可以和絕大多數(shù)介質(zhì)的接觸并保證檢測效果。但是其成本較高，推廣還需要時間。

油壓檢測的過程需要在發(fā)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(chǎn)生影響。發(fā)動機所承擔的是巨大的熱量載荷、沖擊、振動等，所以傳感器的工況也隨之受到高溫、濕度、沖擊、振動、腐蝕、油污等惡劣環(huán)境的負面影響。所以可靠性是產(chǎn)品設(shè)計首先考慮的問題，可靠性設(shè)計和產(chǎn)品的可靠性分析貫穿著整個研制的過程中。在滿足可靠性的時候，最為重要的就是產(chǎn)品元件的選擇和組合，發(fā)動機留給傳感器的空間本來就很有限，所以傳感器應(yīng)盡量采用貼片型元件。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(zhì)量惡化，導(dǎo)致其可靠性下降，所以采用高溫電容是一個重要的可靠性保證措施。

經(jīng)濟性是制約產(chǎn)品推廣和使用的重要條件。一些廠家的電子式機油壓力傳感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(fā)經(jīng)濟性和可靠性兼?zhèn)涞漠a(chǎn)品就成為了傳感器的關(guān)鍵。

汽車是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，其中電子信息系統(tǒng)已經(jīng)成為了汽車不可缺少的控制系統(tǒng)。電子傳感器的應(yīng)用需求實際上就是在電子控制的需求下發(fā)展起來的。因此其余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(chǔ)。同時電子傳感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，電子式機油壓力傳感器的發(fā)展和改進的方向也包括了其兼容性的提高。