柴油發(fā)電機(jī)的壓力傳感器的工作原理
發(fā)布時(shí)間：2025-02-23 點(diǎn)擊：93
柴油發(fā)電機(jī)的壓力傳感器的工作原理
機(jī)油壓力傳感器信號(hào)主要用于柴油發(fā)電機(jī)保護(hù)。當(dāng)ecu計(jì)算進(jìn)氣量時(shí)，進(jìn)氣壓力信號(hào)和進(jìn)氣溫度信號(hào)一起被ecu調(diào)用。當(dāng)進(jìn)氣壓力信號(hào)失準(zhǔn)時(shí)，進(jìn)氣量計(jì)算會(huì)出現(xiàn)偏差，并直接影響噴油量。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)出現(xiàn)動(dòng)力不足、油耗過高故障時(shí)，需要檢查進(jìn)氣壓力傳感器的性能。
一、壓力傳感器分類
柴油機(jī)控制系統(tǒng)中典型的壓力傳感器包括機(jī)油壓力傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、燃油壓力傳感器、大氣壓力傳感器。
1、壓電式壓力傳感器
利用壓電晶體的壓電效應(yīng)，將壓力轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。壓電效應(yīng)指壓電晶體（如石英晶體）在壓力作用下，產(chǎn)生電壓信號(hào)的現(xiàn)象。
（1）特點(diǎn)：
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，小巧輕便，工作可靠，具有線性度高量程范圍大等優(yōu)點(diǎn)。
（2）缺點(diǎn)：
但是由于產(chǎn)生的電荷量少，因此后續(xù)需加高阻抗的直流放大器。由于晶體邊緣上存在漏電現(xiàn)象，因此不能用于穩(wěn)態(tài)測(cè)量。
2、電容式壓力傳感器
電容式壓力傳感器原理是使介質(zhì)壓力作用于電容的一個(gè)極板上，壓力的變化使極板移動(dòng)，兩極板間的電容隨之改變，再經(jīng)過集成電路將電容的改變轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。
電容式壓力傳感器通常是使用鍍金屬薄膜或者是圓形金屬薄膜來做電容器的其中一個(gè)電極。在薄膜感受到壓力的時(shí)候，電容式壓力傳感器會(huì)變形的，此時(shí)薄膜跟固定的電極間所產(chǎn)生的電容量就會(huì)發(fā)生改變。測(cè)量電路就可以輸出跟電壓形成一定的關(guān)系的電信號(hào)。電容式壓力傳感器的應(yīng)用非常廣泛，之所以應(yīng)用這么廣泛，是因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)有很多：電容式壓力傳感器的分辨率很高；可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)的檢測(cè)；結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，并不復(fù)雜；可以在很惡劣的工作環(huán)境下正常工作，解決人不可以測(cè)量的很多問題；可以是非接觸測(cè)量的，很方便。
3、壓阻式壓力傳感器
壓阻式壓力傳感器是由平面應(yīng)變傳感器發(fā)展而來的一種新型壓力傳感器。它以硅膜片作為彈性敏感元件，膜片上用集成電路擴(kuò)散工藝制成四個(gè)等值電阻，組成惠斯通電橋。當(dāng)膜片受壓力作用后，由于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)，電阻值會(huì)發(fā)生變化，使電橋輸出，進(jìn)而測(cè)得壓力的變化。利用這種方法制成的壓力傳感器叫壓阻式壓力傳感器。下面介紹壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)原理（圖1）。
（1）結(jié)構(gòu)
測(cè)量單元位于壓力傳感器的中心，由一片硅片2組成，其上有一片蝕刻的薄膜。四個(gè)電阻橋分布于膜片上，當(dāng)有機(jī)械壓力時(shí)，應(yīng)變片電阻就會(huì)發(fā)生變化。有的壓力傳感器和溫度傳感器集成在一起，完成溫度和壓力檢測(cè)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 壓電式壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖
圖2 壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖
（2）壓阻式壓力傳感器工作原理
測(cè)量壓力的變化，傳感器膜片在10～100m范圍內(nèi)彎曲。分布在膜片上的四個(gè)應(yīng)變電阻的阻值在機(jī)械應(yīng)力的作用下發(fā)生變化。當(dāng)膜片發(fā)生變形時(shí)，其中兩個(gè)應(yīng)變電阻的阻值增大，而另外兩個(gè)電阻值則減小，這使惠斯頓電橋的輸出電壓發(fā)生變化。傳感器芯片外部是基準(zhǔn)真空室，測(cè)量的是介質(zhì)的絕對(duì)壓力，因此，這種傳感器稱為絕對(duì)壓力傳感器。傳感器芯片外部氣室若與大氣相通，則測(cè)量壓力的是介質(zhì)相對(duì)于大氣的壓力差，這種傳感器稱為相對(duì)壓力傳感器。
信號(hào)處理電路集成在硅芯片上。它的作用是放大測(cè)量電壓，補(bǔ)償溫度影響。圖2所示為壓力傳感器工作特征曲線。這種壓力信號(hào)與壓力值成正比的壓力傳感器應(yīng)用廣泛。
圖3 壓力傳感器特性曲線圖
根據(jù)壓力傳感器測(cè)量壓力時(shí)參考?jí)毫Φ牟煌?，壓力傳感器又可以分為相?duì)壓力傳感器和絕對(duì)壓力傳感器2種。相對(duì)壓力傳感器測(cè)量壓力時(shí)的參考?jí)毫榇髿鈮毫?，因此其測(cè)量大氣時(shí)的測(cè)量值為零；絕對(duì)壓力傳感器測(cè)量壓時(shí)的參考?jí)毫κ钦婵?，其測(cè)得的壓力值為絕對(duì)壓力。
二、壓力傳感器工作原理
1、傳統(tǒng)壓力傳感器原理
壓力傳感器主要由硅片、真空室和電路組成，硅片由于受到進(jìn)氣壓力作用而變形，引起電阻值的變化，從而導(dǎo)致其輸出的電壓發(fā)生變化，壓力上升時(shí)，輸出電壓曾大，壓力下降時(shí)，則輸出電壓隨之下降。
大部分壓力傳感器無法通過測(cè)量電阻的方式來判斷好壞，而需要在壓力傳感器作時(shí)通過輸出的信號(hào)電壓來判斷。因此在檢測(cè)壓力傳感器時(shí)需要專用的檢測(cè)導(dǎo)線，保證傳感器正常工作的時(shí)將條線引出供檢測(cè)，不同的壓力傳感器需要不同的檢測(cè)導(dǎo)線。
2、共軌壓力傳感器
共軌壓力傳感器的作用是以足夠的精度，在相應(yīng)較短的時(shí)間內(nèi)，測(cè)定共軌中的實(shí)時(shí)壓力，并向ecu提供電信號(hào)。
（1）共軌壓力傳感器構(gòu)件組成
壓力敏感元件（焊接在壓力接頭上）；帶求值電路的電路板和帶電氣插頭的傳感器外殼，燃油經(jīng)一個(gè)小孔流向共軌壓力傳感器，傳感器的膜片將孔的末端封住。高壓燃油經(jīng)壓力室的小孔流向膜片。膜片上裝有半導(dǎo)體型敏感元件，可將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。通過連接導(dǎo)線將產(chǎn)生的電信號(hào)傳送到一個(gè)向ecu提供測(cè)量信號(hào)的求值電路。
（2）共軌壓力傳感器的工作原理
當(dāng)膜片形狀改變時(shí)，膜片上涂層的電阻發(fā)生變化。這樣，由系統(tǒng)壓力引起膜片形狀變化（150mpa時(shí)變化量約lmm），促使電阻值改變，并在用5v供電的電阻電橋中產(chǎn)生電壓變化。電壓在0-70mv之間變化（具體數(shù)值由壓力而定），經(jīng)求值電路放大到0.5-4.5v。精確測(cè)量共軌中的壓力是電控共軌系統(tǒng)正常工作的必要條件。為此，壓力傳感器在測(cè)量壓力時(shí)允許偏差很小。在主要工作范圍內(nèi)，測(cè)量精度約為最大值的2％。
三、安裝位置
1、進(jìn)氣壓力傳感器
進(jìn)氣壓力傳感器安裝在增壓器后的進(jìn)氣歧管上，用于測(cè)量進(jìn)氣歧管中的絕對(duì)壓力。該壓力值通常相對(duì)于真空而不是環(huán)境壓力，這可使空氣質(zhì)量和進(jìn)氣壓力得到精確控制，優(yōu)化柴油發(fā)電機(jī)性能。
2、大氣壓力傳感器
大氣壓力傳感器可集成在ecu內(nèi)，也可外置。它的作用是為ecu提供大氣壓力信號(hào)，ecu依據(jù)海拔高度對(duì)一些控制量進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，廢氣再循環(huán)（egr）和進(jìn)氣壓力控制都要利用大氣壓力信號(hào)。大氣壓力傳感器測(cè)量的是絕對(duì)壓力（60～150kpa）。大氣壓力傳感器發(fā)生故障時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)動(dòng)力會(huì)下降。
3、機(jī)油壓力傳感器
機(jī)油壓力傳感器安裝在主油道上或機(jī)油濾清器內(nèi)，用于測(cè)量機(jī)油的絕對(duì)壓力。機(jī)油壓力傳感器的測(cè)量范圍為0，5～10bar。
四、檢測(cè)方法
1、導(dǎo)線檢測(cè)
不同的壓力傳感器其插頭不同，所選用的專用測(cè)試導(dǎo)線不同，但其測(cè)試方法是一樣的。測(cè)試方法是：
①斷開傳感器與線路的插頭，插頭導(dǎo)線連接圖如圖4所示；
② 選擇正確的測(cè)試導(dǎo)線（即測(cè)試導(dǎo)線插頭與傳感器插頭相同）；
③ 用萬用表在測(cè)試端分別測(cè)出輸入電壓和輸出信號(hào)電壓。
把測(cè)得的電壓值分別與發(fā)電機(jī)廠給出的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范相比較，即可判斷該傳感器是否正常。
2、傳感器電壓的檢測(cè)
若檢查傳感器端不正常則應(yīng)進(jìn)一步檢查ecm端的5v輸出是否正常，若仍不正常則檢測(cè)或更換ecm。
3、傳感器信號(hào)電壓的檢測(cè)
接上傳感器連接頭，接通開關(guān)：
①在靜態(tài)下測(cè)量信號(hào)線與地線之間的電壓應(yīng)為：4v 左右；
②怠速時(shí)的電壓應(yīng)為：1.0~1.5v左右；
③ 大負(fù)荷時(shí)的電壓應(yīng)為：4.5~5.0v左右，信號(hào)變化如圖5所示。
圖4 柴油機(jī)壓力傳感器插口接線圖
圖5 柴油機(jī)壓力傳感器信號(hào)電壓
柴油發(fā)電機(jī)的燃油及潤(rùn)滑油的使用
柴油發(fā)電機(jī)組的安全操作規(guī)范
發(fā)電機(jī)的主要噪聲源是怎么產(chǎn)生的
維修柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)要注意避免這些錯(cuò)誤操作
柴油發(fā)電機(jī)組在市政道路施工中的優(yōu)勢(shì)以及作用
冬季來臨，用戶該怎樣確保玉柴發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行？
康明斯柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)是什么原因造成的
柴油發(fā)電機(jī)組哪些情況禁止強(qiáng)制開機(jī)及啟動(dòng)不了處理辦法
機(jī)油壓力傳感器信號(hào)主要用于柴油發(fā)電機(jī)保護(hù)。當(dāng)ecu計(jì)算進(jìn)氣量時(shí)，進(jìn)氣壓力信號(hào)和進(jìn)氣溫度信號(hào)一起被ecu調(diào)用。當(dāng)進(jìn)氣壓力信號(hào)失準(zhǔn)時(shí)，進(jìn)氣量計(jì)算會(huì)出現(xiàn)偏差，并直接影響噴油量。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)出現(xiàn)動(dòng)力不足、油耗過高故障時(shí)，需要檢查進(jìn)氣壓力傳感器的性能。
一、壓力傳感器分類
柴油機(jī)控制系統(tǒng)中典型的壓力傳感器包括機(jī)油壓力傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、燃油壓力傳感器、大氣壓力傳感器。
1、壓電式壓力傳感器
利用壓電晶體的壓電效應(yīng)，將壓力轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。壓電效應(yīng)指壓電晶體（如石英晶體）在壓力作用下，產(chǎn)生電壓信號(hào)的現(xiàn)象。
（1）特點(diǎn)：
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，小巧輕便，工作可靠，具有線性度高量程范圍大等優(yōu)點(diǎn)。
（2）缺點(diǎn)：
但是由于產(chǎn)生的電荷量少，因此后續(xù)需加高阻抗的直流放大器。由于晶體邊緣上存在漏電現(xiàn)象，因此不能用于穩(wěn)態(tài)測(cè)量。
2、電容式壓力傳感器
電容式壓力傳感器原理是使介質(zhì)壓力作用于電容的一個(gè)極板上，壓力的變化使極板移動(dòng)，兩極板間的電容隨之改變，再經(jīng)過集成電路將電容的改變轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。
電容式壓力傳感器通常是使用鍍金屬薄膜或者是圓形金屬薄膜來做電容器的其中一個(gè)電極。在薄膜感受到壓力的時(shí)候，電容式壓力傳感器會(huì)變形的，此時(shí)薄膜跟固定的電極間所產(chǎn)生的電容量就會(huì)發(fā)生改變。測(cè)量電路就可以輸出跟電壓形成一定的關(guān)系的電信號(hào)。電容式壓力傳感器的應(yīng)用非常廣泛，之所以應(yīng)用這么廣泛，是因?yàn)樗膬?yōu)點(diǎn)有很多：電容式壓力傳感器的分辨率很高；可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)的檢測(cè)；結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，并不復(fù)雜；可以在很惡劣的工作環(huán)境下正常工作，解決人不可以測(cè)量的很多問題；可以是非接觸測(cè)量的，很方便。
3、壓阻式壓力傳感器
壓阻式壓力傳感器是由平面應(yīng)變傳感器發(fā)展而來的一種新型壓力傳感器。它以硅膜片作為彈性敏感元件，膜片上用集成電路擴(kuò)散工藝制成四個(gè)等值電阻，組成惠斯通電橋。當(dāng)膜片受壓力作用后，由于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)，電阻值會(huì)發(fā)生變化，使電橋輸出，進(jìn)而測(cè)得壓力的變化。利用這種方法制成的壓力傳感器叫壓阻式壓力傳感器。下面介紹壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)原理（圖1）。
（1）結(jié)構(gòu)
測(cè)量單元位于壓力傳感器的中心，由一片硅片2組成，其上有一片蝕刻的薄膜。四個(gè)電阻橋分布于膜片上，當(dāng)有機(jī)械壓力時(shí)，應(yīng)變片電阻就會(huì)發(fā)生變化。有的壓力傳感器和溫度傳感器集成在一起，完成溫度和壓力檢測(cè)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 壓電式壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖
圖2 壓阻式壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖
（2）壓阻式壓力傳感器工作原理
測(cè)量壓力的變化，傳感器膜片在10～100m范圍內(nèi)彎曲。分布在膜片上的四個(gè)應(yīng)變電阻的阻值在機(jī)械應(yīng)力的作用下發(fā)生變化。當(dāng)膜片發(fā)生變形時(shí)，其中兩個(gè)應(yīng)變電阻的阻值增大，而另外兩個(gè)電阻值則減小，這使惠斯頓電橋的輸出電壓發(fā)生變化。傳感器芯片外部是基準(zhǔn)真空室，測(cè)量的是介質(zhì)的絕對(duì)壓力，因此，這種傳感器稱為絕對(duì)壓力傳感器。傳感器芯片外部氣室若與大氣相通，則測(cè)量壓力的是介質(zhì)相對(duì)于大氣的壓力差，這種傳感器稱為相對(duì)壓力傳感器。
信號(hào)處理電路集成在硅芯片上。它的作用是放大測(cè)量電壓，補(bǔ)償溫度影響。圖2所示為壓力傳感器工作特征曲線。這種壓力信號(hào)與壓力值成正比的壓力傳感器應(yīng)用廣泛。
圖3 壓力傳感器特性曲線圖
根據(jù)壓力傳感器測(cè)量壓力時(shí)參考?jí)毫Φ牟煌?，壓力傳感器又可以分為相?duì)壓力傳感器和絕對(duì)壓力傳感器2種。相對(duì)壓力傳感器測(cè)量壓力時(shí)的參考?jí)毫榇髿鈮毫?，因此其測(cè)量大氣時(shí)的測(cè)量值為零；絕對(duì)壓力傳感器測(cè)量壓時(shí)的參考?jí)毫κ钦婵?，其測(cè)得的壓力值為絕對(duì)壓力。
二、壓力傳感器工作原理
1、傳統(tǒng)壓力傳感器原理
壓力傳感器主要由硅片、真空室和電路組成，硅片由于受到進(jìn)氣壓力作用而變形，引起電阻值的變化，從而導(dǎo)致其輸出的電壓發(fā)生變化，壓力上升時(shí)，輸出電壓曾大，壓力下降時(shí)，則輸出電壓隨之下降。
大部分壓力傳感器無法通過測(cè)量電阻的方式來判斷好壞，而需要在壓力傳感器作時(shí)通過輸出的信號(hào)電壓來判斷。因此在檢測(cè)壓力傳感器時(shí)需要專用的檢測(cè)導(dǎo)線，保證傳感器正常工作的時(shí)將條線引出供檢測(cè)，不同的壓力傳感器需要不同的檢測(cè)導(dǎo)線。
2、共軌壓力傳感器
共軌壓力傳感器的作用是以足夠的精度，在相應(yīng)較短的時(shí)間內(nèi)，測(cè)定共軌中的實(shí)時(shí)壓力，并向ecu提供電信號(hào)。
（1）共軌壓力傳感器構(gòu)件組成
壓力敏感元件（焊接在壓力接頭上）；帶求值電路的電路板和帶電氣插頭的傳感器外殼，燃油經(jīng)一個(gè)小孔流向共軌壓力傳感器，傳感器的膜片將孔的末端封住。高壓燃油經(jīng)壓力室的小孔流向膜片。膜片上裝有半導(dǎo)體型敏感元件，可將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。通過連接導(dǎo)線將產(chǎn)生的電信號(hào)傳送到一個(gè)向ecu提供測(cè)量信號(hào)的求值電路。
（2）共軌壓力傳感器的工作原理
當(dāng)膜片形狀改變時(shí)，膜片上涂層的電阻發(fā)生變化。這樣，由系統(tǒng)壓力引起膜片形狀變化（150mpa時(shí)變化量約lmm），促使電阻值改變，并在用5v供電的電阻電橋中產(chǎn)生電壓變化。電壓在0-70mv之間變化（具體數(shù)值由壓力而定），經(jīng)求值電路放大到0.5-4.5v。精確測(cè)量共軌中的壓力是電控共軌系統(tǒng)正常工作的必要條件。為此，壓力傳感器在測(cè)量壓力時(shí)允許偏差很小。在主要工作范圍內(nèi)，測(cè)量精度約為最大值的2％。
三、安裝位置
1、進(jìn)氣壓力傳感器
進(jìn)氣壓力傳感器安裝在增壓器后的進(jìn)氣歧管上，用于測(cè)量進(jìn)氣歧管中的絕對(duì)壓力。該壓力值通常相對(duì)于真空而不是環(huán)境壓力，這可使空氣質(zhì)量和進(jìn)氣壓力得到精確控制，優(yōu)化柴油發(fā)電機(jī)性能。
2、大氣壓力傳感器
大氣壓力傳感器可集成在ecu內(nèi)，也可外置。它的作用是為ecu提供大氣壓力信號(hào)，ecu依據(jù)海拔高度對(duì)一些控制量進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，廢氣再循環(huán)（egr）和進(jìn)氣壓力控制都要利用大氣壓力信號(hào)。大氣壓力傳感器測(cè)量的是絕對(duì)壓力（60～150kpa）。大氣壓力傳感器發(fā)生故障時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)動(dòng)力會(huì)下降。
3、機(jī)油壓力傳感器
機(jī)油壓力傳感器安裝在主油道上或機(jī)油濾清器內(nèi)，用于測(cè)量機(jī)油的絕對(duì)壓力。機(jī)油壓力傳感器的測(cè)量范圍為0，5～10bar。
四、檢測(cè)方法
1、導(dǎo)線檢測(cè)
不同的壓力傳感器其插頭不同，所選用的專用測(cè)試導(dǎo)線不同，但其測(cè)試方法是一樣的。測(cè)試方法是：
①斷開傳感器與線路的插頭，插頭導(dǎo)線連接圖如圖4所示；
② 選擇正確的測(cè)試導(dǎo)線（即測(cè)試導(dǎo)線插頭與傳感器插頭相同）；
③ 用萬用表在測(cè)試端分別測(cè)出輸入電壓和輸出信號(hào)電壓。
把測(cè)得的電壓值分別與發(fā)電機(jī)廠給出的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范相比較，即可判斷該傳感器是否正常。
2、傳感器電壓的檢測(cè)
若檢查傳感器端不正常則應(yīng)進(jìn)一步檢查ecm端的5v輸出是否正常，若仍不正常則檢測(cè)或更換ecm。
3、傳感器信號(hào)電壓的檢測(cè)
接上傳感器連接頭，接通開關(guān)：
①在靜態(tài)下測(cè)量信號(hào)線與地線之間的電壓應(yīng)為：4v 左右；
②怠速時(shí)的電壓應(yīng)為：1.0~1.5v左右；
③ 大負(fù)荷時(shí)的電壓應(yīng)為：4.5~5.0v左右，信號(hào)變化如圖5所示。
圖4 柴油機(jī)壓力傳感器插口接線圖
圖5 柴油機(jī)壓力傳感器信號(hào)電壓
柴油發(fā)電機(jī)的燃油及潤(rùn)滑油的使用
柴油發(fā)電機(jī)組的安全操作規(guī)范
發(fā)電機(jī)的主要噪聲源是怎么產(chǎn)生的
維修柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)要注意避免這些錯(cuò)誤操作
柴油發(fā)電機(jī)組在市政道路施工中的優(yōu)勢(shì)以及作用
冬季來臨，用戶該怎樣確保玉柴發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行？
康明斯柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)是什么原因造成的
柴油發(fā)電機(jī)組哪些情況禁止強(qiáng)制開機(jī)及啟動(dòng)不了處理辦法