【正文】 控制信號(hào) ui 輸入，靜態(tài)時(shí)研究負(fù)反饋通道的電流關(guān)系，得 If=Ii+I0 (212) 即 01104 611 ui IRRR RRIL ?? (213) 圖中 4R 和 5R 為限流電阻， VD1， VD2 為導(dǎo)向二極管，為相應(yīng)的放大器提供正確的電壓極性， VD3 為泄放二極管。如果斷路檢測(cè)信號(hào)提供一個(gè)足夠大的正電壓，則 A1 的輸出電壓為負(fù)值， VD2 截止，導(dǎo)致功率放大管也截止，提供短線保護(hù)功能。 模擬比例放大器的優(yōu)點(diǎn)是控制精度高、響應(yīng)快速，適用于要求較高的系統(tǒng)；缺點(diǎn)是功率放大管工作在線性區(qū)，功率放大管的功耗很大，升溫高、效率較低 [2][3][7]。 20 第 三 章 柴油機(jī)電控系統(tǒng)中的傳感器 加速踏板位置傳感器 柴油機(jī)是質(zhì)調(diào)節(jié)，在轉(zhuǎn)速一定時(shí)，進(jìn)氣量基本不變，而噴油量隨 負(fù)荷的大小而變化，負(fù)荷增大，噴油量就增大，因此，加速踏板位置的大小就反映了柴油機(jī)負(fù)荷的大小。在傳統(tǒng)的機(jī)械式調(diào)節(jié)的噴油中，車輛的加速是駕駛員通過與加速踏板連接的拉桿直接調(diào)節(jié)噴油泵的循環(huán)噴油量，但是在電控噴油系統(tǒng)中，車輛的加速不再是通過加速踏板操縱加速踏板拉桿去調(diào)節(jié)噴油量，而是由裝在加速踏板上的傳感器獲取加速的信號(hào)，然后傳到電控單元，有由電控單元操縱電控噴油泵調(diào)節(jié)噴油量，因此加速踏板位置傳感器在電控柴油機(jī)中是非常重要的傳感器。 非接觸式（霍爾式）加速踏板位置傳感器 電位器式加速踏板位置傳感器，是依 靠可 以相互滑動(dòng)的電阻元件和滑臂之間的相互接觸工作的，因而壽命短。 采用非接觸式的角度位置傳感器，其壽命可以大大提高。常用的一種非接觸式加速踏板角度位置傳感器是利用霍爾元件制成的，如圖 。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，改變了軸與霍爾元件之間的相對(duì)位置，從而改變了在霍爾元件上的磁場(chǎng)強(qiáng)度，結(jié)果使霍爾元件的輸出電壓也發(fā)生變化。測(cè)量此電壓就可以測(cè)量得到加速踏板的相位角。 霍爾元件霍爾元件磁鐵磁鐵1 號(hào)放大器2 號(hào)放大器+ 5 VU1+ 5 VU2 圖 13 21 實(shí)際應(yīng)用中，磁場(chǎng) HZ都用磁感應(yīng)強(qiáng)度 B來表示，電流 IC用 I表示，因此有定義 磁感應(yīng)公式 IBRU HH d? （ 31） 從式中可知，霍爾電壓 UH與輸入電流 I和磁感應(yīng)強(qiáng)度 B都成線性關(guān)系。這線性關(guān)系便構(gòu)成三種傳感器的應(yīng)用方式。 （ 1） 當(dāng)輸入控制電流 I保持不變時(shí)，傳感器的輸出就正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度。 （ 2） 當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度也就是磁感應(yīng)強(qiáng)度 B保持不變時(shí)，傳感器的輸出則正比于輸入控制電流 I。 （ 3） 由于傳感器的輸出正比于輸入電流 I和磁感應(yīng)強(qiáng)度 B的乘積，所以凡是可以轉(zhuǎn)化為乘法或功率方面的物理量，也都可以測(cè)量。 一般而言霍爾元件本身輸出電壓與磁場(chǎng)的線性關(guān)系是良好的，只要放大器有很好的線性，就 能獲得良好的線性集成霍爾傳感器。線性集成的霍爾傳感器按輸出形式，可分為差分輸出型與單端輸出型兩種。差分輸出型電路如圖 14 霍爾傳感器的信號(hào)經(jīng)兩級(jí)差分放大后輸出。 V3V4V6V5V1V2R1 R2R3 R4R5R6R7R8霍爾元件9254731 圖 14 差分輸出型電路 22 壓力傳感器 柴油機(jī)電控系統(tǒng)中，很多地方需要用到壓力傳感器。進(jìn)氣壓力需要壓力傳感器，共軌噴油系統(tǒng)中的高壓共軌油道需要壓力傳感器，氣缸內(nèi)工作壓力也需要壓力傳感器?？傊?，柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)需要很多壓力傳感器，而且所測(cè)壓力變化范圍很大，也僅是零點(diǎn)幾兆帕。在家工作環(huán)境惡劣，例如氣缸內(nèi)工作壓力處在高溫環(huán)境下，壓力傳感器 還需要耐高溫。另外，像噴油嘴處壓力傳感器，處于震動(dòng)環(huán)境中，其工作可靠性也很重要。實(shí)際應(yīng)用中的壓力傳感器很多種類， 壓阻式壓力傳感器 壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)，是由外殼、硅膜片和引線組成。其核心部分是一圓形的硅膜片。在膜片上面，利用集成電路的方法擴(kuò)散了四個(gè)阻值相等的電阻，構(gòu)成平衡電橋。膜片周圍用一圓環(huán)（硅杯）固定，當(dāng)膜片上下壓力不同時(shí)，膜片各點(diǎn)存在應(yīng)力，四個(gè)電阻在應(yīng)力的作用下，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，輸出相應(yīng)電壓。這個(gè)電壓和膜片兩邊的壓力差成正比，這樣測(cè)得不平衡電橋的輸出，就可以求得膜片所受壓力差 的大小。 壓阻式壓力傳感器的測(cè)量電路，壓阻式壓力傳感器芯片上的四個(gè)擴(kuò)散電阻，常接成單臂電橋形式，使輸出信號(hào)與被測(cè)量成正比。為使電橋的靈敏度最大將一對(duì)增加的電阻對(duì)接，將另一對(duì)減少的電阻對(duì)接，如圖 15 a。電橋常采用恒壓源供電和恒流源供電兩種方式。 E FU s cB DACIE FU s cB DACI a b 恒壓源供電 恒流源供電 23 圖 15 （ 1）圖 a中設(shè)四個(gè)擴(kuò)散電阻起始值相等，且為 R當(dāng)有應(yīng)力作用時(shí)，兩個(gè)電阻值的增量分別為 R? ,兩個(gè)電阻阻值減少量分別為 R? ， 由于溫度的影響，每個(gè)電阻的該變量分別為 TR? ，電橋輸出的電壓應(yīng)為 TTTTTTBDSC RRRRRR RRRURRRRRR RRRUUU ????????? ?????????????? ????? ? )()( （ 32） 整理后得 RTR RUUSC ???? （ 33） (2)圖 b中恒流源供電時(shí)，設(shè)電橋兩支路電阻相等，即 ADCABC RR ? , 通過兩個(gè)支路的電流相等，即 III ADCABC 21?? （ 34） 因此，電橋的輸出電壓為 )(21)(21 TTSC RRRIRRRU ?????????? ， RIUSC ?? （ 35） 壓阻式傳感器應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)圖 16 如下： 24 87R 1 3 58 2 0889295R 1 3 7948991R V 25KA R 4L M 3 2 4A R 1 1L M 3 2 4A R 1 2L M 3 2 4A 1 3L M 3 2 41 0 0VD傳感器93R 1 3 6R 1 3 82KR 1 3 1V190壓阻式傳感器用用電路設(shè)計(jì)99V S 198V S 1 圖 16 該電路由 AR VS V1和 R1組成恒流源電路對(duì)電橋供電，輸出 恒流電流。 3． 3 熱敏電阻溫度傳感器 熱敏電阻的結(jié)構(gòu)形式：熱敏電阻是由一些金屬氧化 物，如鈷、錳、鎳等的氧化物，采用不同比例的配方，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成；然后采用不同的封裝形式，制成珠狀、片狀、桿狀、墊圈狀等各種形式。 熱敏電阻的溫度特性按半導(dǎo)體電阻隨溫度變化的典型特性可分三種類型：負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻 (NTC)；正電阻溫度系數(shù)熱敏電阻 (PTC)；在某一特定溫度下電阻值會(huì)發(fā)生突變的臨界溫度電阻值（ CTR）在溫度測(cè)量中，則主要采用 NTC或 PTC型熱敏電阻，但使用最多的是 NTC型熱敏電阻。 負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值與溫度的關(guān)系可表示為 )11(e xp 00 TTBRR T ?? （ 36） 式中 TR 、 0R T（ k）和 0T （ k）時(shí)的電阻值； B熱敏電阻的材料常數(shù)，一般 25 情況下 B=2021~60000k，在高溫下使用時(shí)， B值將增大。若定義dTdRR TT1 為熱敏電阻的溫度系數(shù) T? ，則可得 TT BBTTBRRdTdRR TTTT 2200 )1()11(e xp11 ??????? （ 37） 可 見 T? 隨溫度的降低而迅速增大。 柴油機(jī)內(nèi)常用溫度 頻率轉(zhuǎn) 電路 A2L M 3 2 4A4O P A M PA3L M 3 2 4R f 2641KC 1 1 578651 0 0 K731 0 K711 0 k80701K772 0 0 KA 1 2比較器V174U+Uc751 2 K R 1 2 6761 2 K79U T 1811 0 0 PC1821 2 K831 2 K840 . 0 0 1 uR 1 2 569C2720 . 0 0 1 uR T 2U r 2U A 1312L M 5 5 64567 891011121314312L M 5 5 64567 891011121314L M 3 2 4L M 3 2 4+ 5 V 圖 17 柴油機(jī)內(nèi)常用溫度 頻率轉(zhuǎn)電路 該電路是利用 RC電路充放電過程的指數(shù)函數(shù)和熱敏電阻的指數(shù)函數(shù)相比 26 較的方法，來改善熱敏電阻的非線性。該轉(zhuǎn)換器是由溫度 電壓轉(zhuǎn)換電路（ AA A3）、 RC充放電電路、電壓比較器 A4和延時(shí)電路組成。其改善熱敏電阻RT的非線性原理是：溫度 電壓轉(zhuǎn)換電路由熱敏電阻 RT和運(yùn)算放大器 A1~A3組成，產(chǎn)生一個(gè)與溫度相對(duì)的電壓 U+,加到比較器 A4的正端。運(yùn)算放大 器 A1為差動(dòng)放大器 A2提供一個(gè)底電壓1001 EUA ??的輸出信號(hào)，其目的是減小熱敏電阻自身發(fā)熱引起的誤差 [9][10]。 柴油機(jī)電子控系統(tǒng)溫度測(cè)量及報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 柴油機(jī)在工作時(shí)，吸入柴油機(jī)氣缸內(nèi)的空氣，因活塞的運(yùn)動(dòng)而受到較高程度的壓縮，達(dá)到 500～ 700℃ 的高溫。然后將燃油以霧狀噴入高溫空氣中，與高溫空氣混合形成可燃混合氣，自動(dòng)著火燃燒。燃燒中釋放的 熱能需要我們?cè)O(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以免柴油機(jī)在負(fù)載過高的情況下或噴油量增加的時(shí)候溫度快速升高將會(huì)影響內(nèi)燃機(jī)的工作效率及一 些燃機(jī)結(jié)構(gòu)器械的材質(zhì)性能損耗，提高柴油機(jī)的耐用壽命，下面就是利用單片機(jī)為主控制芯片來設(shè)計(jì)一個(gè)常用測(cè)量及過溫報(bào)警的電子控制系統(tǒng)。 27 P 1 .0P 1 .2P 1 .3P 1 .4P 1 .5P 1 .6P 1 .7R S TP 3 .0P 3 .1P 3 .2P 3 .3P 3 .4P 3 .5P 3 .6P 3 .7X T A L 2X T A L 1G N D12345678P 1 .191011121314151617181920 2122232425262728293031323334353637383940V C CP 0 .0P 0 .1P 0 .2P 0 .3P 0 .4P 0 .5P 0 .6P 0 .7E A / V P PA L E / P R O MP S E NP 2 .0P 2 .1P 2 .2P 2 .3P 2 .4P 2 .5P 2 .6P 2 .7V C CJ Z 31 2 M H z C 1 1 72 7 p FC 1 1 62 7 p FR _ E C 11 0 u F / 1 6 VR _ R 11 0 KR _ K E Y 2復(fù)位12345678910A S P 2I S PR S TNC1234J P 31 8B 20 接口D Q ( 接單片機(jī) P 3. 7)R 1 2 74 . 7 KP 0 .0V C C B U Z Z E R 2蜂鳴器Q 1 19 0 1 2R Q 24 . 7 K67A C 266J D 14 0 0 7JDQP1.3Q39 0 1 2R Q 14 . 7 K12J D Q 1跳線P 0 .1P 0 .2P 0 .3 V C CLD1C L K2S D I3C L R4G N D5V o u t6V D D7V R E F8U2A D 7 3 9 0P 0 .4M C 1 4 03 的 2 . 5 V 電壓參考VCC21X12X23GND4RST5I/O6SCLK7VCC18U4D S 1 3 0 2C R Y 13 2 7 6 8 H zP0.7P3.6P3.5E C 11 0