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第3章汽车检测诊断基础理论.ppt

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汽车 检测 诊断 基础理论
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学习目标,了解汽车检测诊断参数及标准。了解检测系统的基本组成和测量误差。掌握汽车检测设备中常用传感器的工作原理。掌握常用传感器的应用。,第3章 汽车检测诊断基础理论,第3章 汽车检测诊断基础理论,汽车的检测诊断,是确定汽车技术状况的技术,不仅要求有完善的检测、分析、判断的手段和方法,而且要有正确的理论指导。为此,在检测诊断汽车的技术状况时,必须选择合适的检测诊断参数,确定合理的检测参数标准,掌握一定的检测诊断基础理论知识。,3.1 检测诊断参数及标准,3.1.1 检测诊断参数,第3章 汽车检测诊断基础理论,1.检测诊断参数概述检测诊断参数是汽车检测诊断技术的重要组成部分。在汽车或总成不解体的条件下,直接测量汽车结构参数(如磨损量、间隙量等)变化的检测对象是极少的,甚至是不可能。如气缸间隙、气缸磨损量、曲轴和凸轮轴各轴承间隙、各齿轮间隙及磨损量等。因此,在进行汽车检测时,需要采用一些与结构参数有关,又能反映汽车技术状况的间接指标(量),这些间接指标(量)就叫做“检测诊断参数”,它是供汽车检测诊断用的,表征汽车、总成及机构技术状况的参数。2.检测诊断参数的类型汽车检测诊断参数分为工作过程参数、伴随过程参数和几何尺寸参数。(1)工作过程参数。指汽车工作时输出的一些可供测量的物理量、化学量,或指体现汽车或总成功能的参数,如发动机功率、油耗、汽车制动距离等。从工作参数本身就可确定发动机或汽车某一方面的功能。汽车不工作时,工作过程参数无法测得。(2)伴随过程参数。该参数是伴随工作过程输出的一些可测量,伴随过程参数一般并不直接体现汽车或总成的功能,但却能通过其在汽车工作过程中的变化,间接反映检测对象的技术状况,如振动、噪声、发热等。伴随过程参数常用于复杂系统的深入诊断。汽车不工作或工作后停驶较长时间的情况下,工作过程参数无法测得。(3)几何尺寸参数。几何尺寸参数能够反映检测对象的具体结构要素是否满足要求,如间隙、自由行程、角度等。虽提供的信息量有限,但却能表征检测对象的具体状态。,3.1.1 检测诊断参数,3.汽车常用检测诊断参数汽车常用检测诊断参数见表,第3章 汽车检测诊断基础理论,3.1.1 检测诊断参数,3.汽车常用检测诊断参数汽车常用检测诊断参数见表,第3章 汽车检测诊断基础理论,3.1.1 检测诊断参数,第3章 汽车检测诊断基础理论,4.检测诊断参数的选择原则在汽车的使用过程中,检测参数的变化规律与汽车技术状况变化规律之间有一定的关系。能够表征汽车技术状况的参数有很多,为了保证检测结果的可信性和准确性,应该选择那些符合下列要求或具有下列特性的检测诊断参数。选用原则如下:(l)灵敏性。灵敏性亦称为灵敏度,是指检测对象的技术状况在从正常状态到进入故障状态之前的整个使用期内,检测诊断参数相对于技术状况参数的变化率。选用灵敏度高的检测诊断参数检测汽车的技术状况时,可使检测诊断的可靠性提高。(2)单值性。单值性是指汽车技术状况参数从开始值变化到终了值的范围内,检测诊断参数的变化不应出现极值;否则,同一检测诊断参数将对应两个不同的技术状况参数,给检测诊断技术状况带来困难。(3)稳定性。稳定性指在相同的测试条件下,多次测得同一检测诊断参数的测量值,具有良好的一致性(重复性)。检测诊断参数的稳定性越好,其测量值的离散度(或方差)越小。(4)信息性。信息性是指检测诊断参数对汽车技术状况具有的表征性。表征性好的检测诊断参数,能表明、揭示汽车技术状况的特征和现象,反映汽车技术状况的全部信息。所以,检测诊断参数的信息性越好,包含汽车技术状况的信息量越高,得出的检测诊断结论越可靠。(5)经济性。经济性是指获得检测诊断参数的测量值所需要的检测诊断作业费用的多少,包括人力、工时、场地、仪器、设备和能源消耗等项费用。经济性高的检测诊断参数,所需要的检测诊断作业费用低。,3.1.2 检测诊断参数的标准,第3章 汽车检测诊断基础理论,1.检测诊断参数标准的类型检测诊断参数标准可分为四类:(1)国家标准它是由国家机关制定和颁布的检验标准,冠以中华人民共和国国家标准字样。国家标准一般由某行业部委提出,由国家技术监督局发布,全国各级各有关单位和个人都要贯彻执行,具有强制性和权威性。(2)行业标准行业标准也称为部委标准,是部级或国家委员会级制定并发布的标准,在部、委系统内或行业系统内贯彻执行,一般冠以中华人民共和国某某行业标准,也在一定范围内具有强制性和权威性,有关单位和个人也必须贯彻执行。(3)地方标准地方标准是省级、市地级、县级制定并发布的标准,在地方范围内贯彻执行,也在一定范围内具有强制性和权威性,所属范围内的单位和个人必须贯彻执行。(4)企业标准企业标准包括汽车制造厂推荐的标准,汽车运输企业和汽车维修企业内部制定的标准,检测仪器设备制造厂推荐的参考性标准三种类型。汽车制造厂推荐的标准是汽车制造厂在汽车使用说明书中公布的汽车使用性能参数、结构参数、调整数据和使用极限等,可以把它们作为诊断参数标准来使用。汽车运输企业和维修企业的标准是汽车运输企业、汽车维修企业内部制定的标准,只在企业内部贯彻执行。检测仪器设备制造厂推荐的参考性标准是检测仪器或检测设备制造厂,针对本仪器或设备所检测的诊断参数,以判断汽车、总成及机构的技术状况。任何一级标准的制定,都既要考虑技术性和经济性,又要考虑先进性,并尽量靠拢同类型国际标准。,3.1.2 检测诊断参数的标准,第3章 汽车检测诊断基础理论,2.检测诊断参数标准的组成检测诊断参数标准一般由初始值、许用值和极限值三部分组成。(1)初始值此值相当于无故障新车和大修车检测诊断参数值的大小,往往是最佳值,可作为新车和大修车的检测诊断标准。当检测诊断参数测量值处于初始值范围内时,表明检测对象技术状况良好,无需维修便可继续运行。(2)许用值检测诊断参数测量值若在此值范围内,则公检法诊断对象技术状况虽发生变化但尚属正常,无需修理(但应按时维护)可继续运行。超过此值,勉强许用,但应及时安排维修;否则,汽车带病行车,故障率上升,可能行驶不到了一个诊断周期。(3)极限值检测诊断参数测量值超过此值后,检测对象技术状况严重恶化,汽车须立即根据汽车维修工艺的需要停驶修理,否则将造成更大损失。,3.1.3 国家检测诊断相关标准和法规,第3章 汽车检测诊断基础理论,为了保证交通安全、减小环境污染、保证在用汽车处于良好的技术状况,国家公安、交通、环保等部门先后发布过多项法律和相关标准,对在用汽车进行严格的管理。我国与检测诊断相关的标准和法规,包括汽车维护、汽车修理、交通安全、环保等各个方面,主要如下所列:GB/T15746.1.3—1995《汽车修理质量检查评定标准》GB/T3798—1983《汽车大修竣工出厂技术条件》GB/T7258—2004《机动车运行安全技术条件)GB/T4599—1994《汽车前照灯配光性能)GB/T7454—1987《机动车前照灯使用和光束调整技术规定》GB/T12480—1990《客车防雨密封性试验方法》JT/T201—1995《汽车维护工艺规范》JT/T198—1995《汽车技术等级评定标准》JT/T199—1995《汽车技术等级评定的检测方法》交通部《汽车运输业车辆技术管理规定》交通部《道路运输车辆维护管理规定》交通部《汽车维修质量管理办法》交通部《汽车运输车辆综合性能检测站管理办法》公安部《机动车辆安全技术检测站管理办法》GB/T17692—1999《汽车用发动机净功率测试方法》GB/T17993—1999《汽车综合性能检测站通用技术条件》GB18285—2005《点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法(双怠速法及简易工况法)》GB3847—2005《车用压燃式发动机和压燃式发动机汽车排气烟度排放限值及测量方法》GB14763—2005《装用点燃式发动机重型汽车燃油蒸发污染物排放限值》GB11340—2005《装用点燃式发动机重型汽车曲轴箱污染物排放限值》,第3章 汽车检测诊断基础理论,为了获得有关研究汽车的状态、运动和特征等方面的信息,就要选择合适的测量仪表组成检测系统,采用一定的检测方法去进行测量。,3.2 检测系统,第3章 汽车检测诊断基础理论,目前,汽车检测参数大多是非电量。非电量的检测多采用电测量法进行检测,即首先将各种非电量转变为电量,然后经过一系列的处理,将非电量参数显示出来。一个具体的检测系统,通常是由传感器、变换及测量装置、记录及显示装置、实验结果的分析处理装置等组成,有时还有试验激发装置,如图所示。,3.2.1 检测系统的基本组成,第3章 汽车检测诊断基础理论,1.传感器传感器是一种能把被测对象的非电量信息检测出来,并将其转换成电信号的装置。传感器也有称为变送器、发送器或检测头,在生物医学及超声检测仪器中,常被称为换能器。2.变换及测量装置变换及测量装置,其作用是把传感器送来的电信号变换成具有一定功率的电压或电流信号,以便推动下一级的记录和显示装置。3.记录及显示装置记录及显示装置,其作用是把变换及测量装置送来的电压和电流信号不失真地记录下来和显示出来。这类装置有光线示波器;电子示波器;磁记录器。记录和显示的方式一般有模拟和数字两种,前者是记录一条或一组曲线,后者是记录一组数字或代码。4.数据处理装置数据处理装置,是用来对检测所得的结果进行分析、运算、处理等。5.试验激发装置试验激发装置,是人为地模拟某种条件把被测系统中的某种信息激发出来,以便检测。,3.2.1 检测系统的基本组成,第3章 汽车检测诊断基础理论,1.智能化仪表的含义智能化仪表一般是指以微处理器为基础而设计制造出来的一代新型仪表。现代汽车检测中常用的仪表设备,如制动、车速、侧滑、轴重、废气、烟度、声级、灯光试验等测试设备以及滑动、动平衡、发动机综合诊断等设备,已逐步用智能化仪表来取代传统仪表,可克服传统的指针式仪表的精度低、分辨力差和寿命短等缺点。2.智能化仪表的结构如图为智能化仪表结构的简单框图。智能化仪表主要包括传感器、放大器、A/D转换、CPU和显示器等基本部分,键盘和其它必要的输入、输出控制端口以及串行通信接口等。它是以微处理器作为控制单元,把仪表中的各个测量环节有机地结合起来,克服了数字仪表离不开人为操作的缺点,赋予了它某些计算机所特有的功能,它们大多都是可编程的,因此具有数据处理和故障诊断等能力。,3.2.2 智能化仪表简介,第3章 汽车检测诊断基础理论,3.智能化仪表的特点智能化仪表的功能要比数字仪表的功能强得多,主要体现在以下几点:(1)自动零位校准和自动精度校准;(2)自动量程切换;(3)功能自动选择;(4)自动数据处理和误差修正;(5)自动定时控制;(6)自动故障诊断。4.智能化仪表在汽车检测中的应用举例近年来智能化仪表的应用得到迅速的发展,如汽车检测的稳态加载ASM工况法中的底盘有负荷测功器、智能五气体分析仪、智能侧滑试验台、汽车轴重测试仪及车速试验仪等,都用上了智能化技术。,3.2.2 智能化仪表简介,第3章 汽车检测诊断基础理论,1.检测工作的任务汽车技术性能的检测工作是为了获取有关研究汽车的状态、运动和特征等方面的信息,是其客观存在或运动状态的特征,信号则是信息的载体。某些信息是可以直接检测的,而另外一些信息却不容易直接检测。检测工作的具体任务包括有以下几点内容。(1)正确了解和使用汽车常用传感器、中间变换电路和记录仪器的工作原理和性能,并能根据实际条件和需要,较正确地选择相关检测仪器设备。(2)对汽车动态、静态测试工作的基本需求和技术条件应有一个完整的概念,并能运用于汽车技术性能中重要参数的测试。(3)能正确测试出与汽车的研究任务有关的信息。(4)能排除干扰,获取有用的信号。,3.2.3 检测工作的任务和检测方法分类,第3章 汽车检测诊断基础理论,2.检测方法分类检测的方法多种多样,分类方法也各不相同。常见的有偏差式检测、零位式检测和微差式检测。(1)偏差式检测在检测过程中,被测量作用于仪表的比较装置,使该比较装置产生偏移量,直接以仪表的偏移量表示被测量的检测方式。偏差式检测易产生灵敏度漂移和零点漂移。偏差式检测虽然过程简单、迅速,但精度不高。(2)零位式检测在检测过程中,被测量作用于仪表的比较装置,并被比较装置中的标准量所抵消,当检测系统达到平衡时,用已知标准量的值决定被测量的值,这种测量方式称为零位式检测。零位式检测的特点是精度高,但平衡复杂,多适用于缓慢信号的检测。(3)微差式检测微差式检测是检测技术中运用较多的检测方式,它综合了偏差式检测迅速和零位式检测精度高的优点。,3.2.3 检测工作的任务和检测方法分类,第3章 汽车检测诊断基础理论,数据处理和误差分析是测试工作的最后一个环节,对汽车进行动态和静态测试的结果不外乎获得真实的有用的数据,并以此作为判断汽车技术性能的重要依据。通过对数据处理与误差分析,可把测试当中从仪表直读的数据或各种记录仪录得的曲线进行去粗取精、去伪存真的处理,找出被测量的变化规律,拿到真实而有用的数据。,3.3 误差分析与数据处理,第3章 汽车检测诊断基础理论,1.误差的分类误差通常可以按其产生的原因、性质或表示方法分类。(l)按误差产生的原因分类①仪器误差;②人为误差;③环境误差。(2)按误差的特性分类①系统误差;②偶然误差;③过失误差。(3)按误差数值表示的形式分类①绝对误差;②相对误差2.误差的表示方法常用的误差表示方法有四种:(1)范围误差:范围误差是指一组测量中的最高值与最低值之差,以此做为误差变化的范围。(2)算术平均误差。(3)标准误差。(4)或然误差。上述四种误差表示方式中,使用较多的是第三种,即标准误差,它对一组测量中的较大误差或较小误差感觉比较灵敏,所以标准误差是一种表示精确度的较好方法。,3.3.1 误差分析的基础知识,第3章 汽车检测诊断基础理论,1.数据的分类在汽车检测工作所接触到的数据,一般可分为确定性数据与随机性数据(见图3.3)。(1)确定性数据:是指能用明确的数学关系式描述的数据,如果一个产生数据的实验能够重复多次获得在一定的误差范围内相同的结果,则可认为该数据是确定性的。(2)随机性数据:指很多测量记录得到的数据不是确定性的,不能用明确的数学关系式来描述,也无法预测未来时刻的精确值,一般只能用概率术语和统计平均的概念去描述它,若不能设计出一种实验,在重复进行后,不能获得相同的实验结果,则认为这些数据是随机的。确定性数据与随机性数据二者的区分:判断数据是确定的还是随机的,通常以实验能否重复产生这些数据为根据。,3.3.2 数据处理的基本方法,第3章 汽车检测诊断基础理论,2.有效数字概念高于或低于测量所能达到的准确度都是错误的。(1)有效数字的正确写法有效数字的正确写法应是:除末位数字是可疑的或不确定以外,其余各数字都是准确的,通常认为末位数字有不超过正负一个单位的误差。(2)有效数字与欠准数字以水银温度计测量室温为例当测量结果在21.6℃到21.8℃之间,通常记作21.7±0.1℃。前三位数字都是有意义的,因此称为有效数字,而对其中最末位又称为欠准数字。 (3)数字0的用法在确定有效数字时,关于数字0需要特别说明一下,它可以是有效数字,也可以不是有效数字,须根据具体情况而定。,3.3.2 数据处理的基本方法,第3章 汽车检测诊断基础理论,3.有效数字的计算法则在数据处理中对有效数字的处理基本法则归纳如下:(1)记录测量值时只保留一位欠准数字,通常欠准数字表示末位有±1个单位的误差。(2)当有效数字确定之后,其余的数字应一律舍弃,其原则是:凡末位有效数字即欠准数字后面的第一位数大于5时,则须在欠准数字上加1;而小于5时,则舍弃不计;若等于5时,当欠准数字为奇数,则加1;若为偶数时,则舍弃不计。对于第一位有效数字大于或等于8时,在计算有效数字位数时,可多计一位。(3)在做加减法计算时,通常所保留的小数点后面的位数应与所给各数中,小数点后位数最少的相同。(4)在作乘除计算中,各因子保留的位数应以相对误差最大或有效数字位数最少的标准,所得积或商的准确度不应大于准确度最小的那个因子。(5)在对数计算中,所取对数位数应与其真数的有效数字的位数相等;在计算平均值时,若为4个数或超过4个数相平均时,则平均值的有效数字的位数可增加一位。(6)表示精确度时,在大多数情况下,一般只取一位有效数字就够了,特殊需要时可最多取二位有效数字。,3.3.2 数据处理的基本方法,第3章 汽车检测诊断基础理论,1.传感器定义传感器是一种以测量为目的,以一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、便于处理的另一种物理量的测量器件。传感器的输出信号多为易于处理的电量,如电压、电流、频率等。传感器由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成,如图所示。敏感元件是在传感器中直接感受被测量的元件。即被测量通过传感器的敏感元件转换成一与之有确定关系、更易于转换的非电量。这一非电量通过传感元件后就被转换成电参量。测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。应该指出,不是所有的传感器都有敏感、传感元件之分,有些传感器将两者合二为一了。,3.4 汽车检测设备中常用传感器3.4.1常用传感器的分类,第3章 汽车检测诊断基础理论,2.传感器的分类传感器的种类名目繁多,分类不尽相同。(1)按被测量分类。可分为位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、流量、流速等传感器。(2)按测量原理分类。可分为电阻、电容、电感、光栅、热电偶、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。(3)按输入/输出特性的线性与否分类。可分为线性传感器和非线性传感器两大类。,3.4.1常用传感器的分类,第3章 汽车检测诊断基础理论,1.电阻应变式传感器(1)组成及工作原理电阻应变式传感器主要由电阻应变片及测量转换电路等组成,它是用直径约0.025mm左右的具有高电阻率的电阻丝制成的,其规格一般以有效使用面积及电阻值来表示。电阻应变式传感器的工作原理是将电阻丝应变片粘贴在承受外力的零件之上,当零件受力变形时,应变片内电阻丝也随之变形,从而使电阻值发生变化,通过测量转换电路将电阻的变化转换成电压或电流的变化,达到测量零件变形、受力等目的。应变片具有体积小、价格便宜、精度高、线性好、测量范围大、便于记录和处理等一系列优点,因而被广泛应用于机械工程测量及科学实验中,用来测量位移、力、压力和加速度等参数。(2)电阻应变式传感器的应用①测加速度。传感器由质量块、弹性悬臂梁、应变片和基座组成。测量时,将其固定于被测物上。当被测物作水平加速度运动时,由于质量块的惯性力(F=ma)使悬臂梁发生变形,通过应变片检测出悬臂梁的应变量,当振动频率小于传感器的固有振动频率时,应变量是与加速度成正比的。安全气囊传感器常采用这种形式。②测力和称。测力和称重传感器绝大部分是电阻应变式传感器。测量时,由于车辆重量压在传感器上,圆柱体变形使应变片电阻改变,从而检测出车辆重量或车轴重量。反力式制动试验台在测量车辆制动力时也采用电阻应变式传感器。,3.4.2 汽车检测设备中常用传感器的工作原理及应用,第3章 汽车检测诊断基础理论,2.热电阻传感器(1)组成及工作原理热电阻传感器主要用于测量温度和与温度有关的参量。按热电阻性质不同可分为金属热电阻和半导体热电阻两类。前者通常称为热电阻,后者称为热敏电阻。①热电阻热电阻主要是利用电阻随温度升高而增大这一特性来测量温度的。温度升高,金属内部原子晶格的振动加剧,从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻力增大,宏观上表现出电阻率变大,总电阻值增大。目前,较为广泛应用的热电阻材料是铂、铜、镍。②热敏电阻热敏电阻是一种新型的半导体测温元件。按温度系数可分为负温度系数热敏电阻(NTC)和正温度系数热敏电阻(PTC)两大类。负温度系数热敏电阻研制得较早,也较成熟。最常见的是锰、钴,铁、镍、铜等多种氧化物混合烧结而成。根据不同的用途,负温度系数热敏电阻又可分为两大类。第一类用于测量温度。另一类为负的突变型,当其温度上升到某设定值时,其电阻值突然下降,多用于各种电子电路中,起保护作用。(2)热电阻传感器的应用热电阻传感器应用在发动机时常用来检测发动机水温、进气温度、排气温度,应用在空调系统时用来检测车外温度、车内温度、蒸发器出口温度等。,3.4.2 汽车检测设备中常用传感器的工作原理及应用,第3章 汽车检测诊断基础理论,3.电感式传感器电感式传感器是一种以电磁感应原理为基础,把被测物理量转换为电感量变化,再通过测量电路转换成电压或电流的装置。可用于测量位移、加速度、压力、流量等物理量。(1)组成及工作原理电感式传感器可分为自感式和互感式两大类。①自感式电感传感器自感式传感器主要由线圈、铁心、衔铁及测杆等组成。工作时,衔铁通过测杆与被测物体相接触,被测物体的位移将引起线圈电感量的变化,当传感器线圈接入测量转换电路后,电感的变化将被转换成电压、电流或频率的变化,从而完成非电量到电量的转换。自感式电感传感器常见的有变隙式、变截面式和螺管式三种。②互感式电感传感器互感式电感传感器由两个完全相同的单个线圈的电感传感器并用一根活动衔铁就构成了互感式电感传感器。在互感式电感传感器中,当街铁随被测量移动而偏离中间位置时,两个线圈的电感量一个增加,一个减小,测量两线圈中电压或电流变化的差值,即可测得位移量的变化。电感式传感器的测量转换电路一般采用电桥电路。转换电路的作用是将电感量的变化转换成电压或电流信号,以便送入放大器进行放大,然后用仪表指示出来或记录下来。,3.4.2 汽车检测设备中常用传感器的工作原理及应用,第3章 汽车检测诊断基础理论,(2)电感式传感器的应用①测量位移测量时测端10接触被测体,被测体的位移使衔铁3在差动线圈中移动,造成线圈电感值的变化,此电感变化通过电缆接到电桥,电桥的电压变化就反映了被测体的变化。汽车侧滑试验台常采用轴向式电感位移测量仪测量前轮侧滑量。②测量压力当压力变化时,膜盒变形,互感式电感传感器的铁心移动,传感器的输出端子上有电压产生,将电压输入到计算机中便可确定进气量的多少。③测量转速汽车及检测设备上用来测量发动机曲轴、车轮转速常用自感式传感器。当发动机、车轮转动时,传感器齿轮旋转,在电感线圈中会产生交流电压。交流电压的频率与发动机转速、车速成正比。将这些交流电压放大、整形后就可以使转速表指示出发动机和车轮转速。,3.4.2 汽车检测设备中常用传感器的工作原理及应用,第3章 汽车检测诊断基础理论,4.压电式传感器压电式传感器是一种自发电式传感器。它以某些电介质的压电效应为基础,在外力作用下,电介质表面产生电荷,从而使非电量转化成为电量进行测量。当外力去掉后电介质又重新回到不带电的状态。压电传感元件是力敏感元件,它可以测量最终能变换为力的那些非电物理量。主要用于动态作用力、压力、加速度的测量。如图所示为采用压电式传感器制造的发动机爆震传感器结构图。作为振动检测元件的压电元件粘接固定在振动板上,振动板通过焊接固定在基板上,采用压入法将基板和插座做成一个整体;压电元件的一个电极通过引线端子连接到插座上,另一个电极由振动板、基板与外壳相连搭铁。发动机内产生的爆震通过气缸壁传递至壳体,通过基板再传到振动板上,将变形加到压电元件上,使压电元件出现拉伸及压缩,由此,将爆震时产生的特征频率变换成电信号经接线柱输送出来。,3.4.2 汽车检测设备中常用传感器的工作原理及应用,第3章 汽车检测诊断基础理论,5.超声波传感器(1)组成及工作原理超声波是一种频率超过20kHz的机械波,由于它具有遇到杂质或分界面产生显着反射的特点,因此,在汽车及检测设备中应用广泛,常用于测量速度、流量、厚度及工件内部隐伤等。超声波检测的基本原理是利用某些非声量的物理量(如密度、流量等)与描述超声波媒质声学特性的超声量(声速、衰减、声阻抗等)之间存在着直接或间接的关系。探索到这些规律,通过超声量的测定来测出某些物理量。超声波由超声波换能器(或称为超声波探头)产生和接收,主要有以固体为传导介质的探头和以空气为传导介质的探头(如图所示),3.4.2 汽车检测设备中常用传感器的工作原理及应用,第3章 汽车检测诊断基础理论,①探伤超声波探伤方法多种多样,最常用的是脉冲反射法。测试前,先将探头插入探伤仪的连接插座上。探伤仪面板上有一个荧光屏,通过荧光屏可知工件中是否存在缺陷、缺陷大小及缺陷的位置。工作时探头放于被测工件上,并在工件上来回移动进行检测。探头发出的超声波,以一定速度向工件内部传播,如工件中没有缺陷,则超声波传到工件底部便产生反射,在荧光屏上只出现始脉冲T和底脉冲。如工件中有缺陷,一部分声脉冲在缺陷处产生反射,另一部分继续传播到工件底部产生反射,在荧光屏上除出现始脉冲T和底脉冲B外,还出现缺陷脉冲F。通过缺陷脉冲在荧光屏上的位置可确定缺陷在工件中的位置。亦可通过缺陷脉冲幅度的高低来判别缺陷当量的大小。如缺陷面积大,则缺陷脉冲的幅度就高,通过移动探头还可确定缺陷大致长度。利用上述原理也可进行物体厚度的测量。②测量流量如图为超声波检出式卡门涡旋式空气流量传感器。在其后半部的两侧有一个超声波发射器和一个超声波接收器。在发动机运转时,超声波发射器不断地向超声波接收器发出一定频率的超声波。当超声波通过进气气流到达接收器时,由于受气流中旋涡的影响,使超声波的相位发生变化。发动机控制电脑根据接收器测出的相应变化的频率,计算出单位时间内产生的旋涡数量,从而求得空气流速和流量,然后确定喷油量和点火时刻。,3.4.2 汽车检测设备中常用传感器的工作原理及应用,第3章 汽车检测诊断基础理论,6.霍尔传感器图3.20 霍尔效应原理图(1)组成及工作原理将金属或半导体薄片垂直放置于磁感应强度为B的磁场中,此时若有电流流过金属或半导体薄片,在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势,这种现象称为霍尔效应,所产生的电动势称为霍尔电势。利用这一原理制作而成的传感器称为霍尔传感器。霍尔元件通常做成正方形薄片,有两对引出线,其中一对为霍尔元件输入电流,另一对输出霍尔电势。(2)霍尔传感器的应用①测量转速在被测转速的转轴上安装一个齿盘,也可选取机械系统中的一个齿轮,将霍尔器件及磁路系统靠近齿盘,随着齿盘的转动,磁路的磁阻也周期性地变化,测量霍尔器件输出的脉冲频率经隔直、放大、整形后就可以确定被测物的转速。②检测发动机曲轴如图所示,霍尔元件制成的发动机曲轴位置传感器由永久磁铁、导磁板和霍尔集成电路等组成。信号轮转动时,每当叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙时,霍尔集成电路中的磁场即被触发叶片所旁路(或称隔磁),如图a)所示,这时不产生霍尔电压;当触发叶片离开空气隙时,永久磁铁的磁通便通过导磁板穿过霍尔元件(图b)),这时产生霍尔电压。将霍尔元件间歇产生的霍尔电压信号经霍尔集成电路放大整形后,即向发动机控制电脑输送电压脉冲信号,控制发动机点火时刻等。,3.4.2 汽车检测设备中常用传感器的工作原理及应用,第3章 汽车检测诊断基础理论,7.光电传感器(1)工作原理光电传感器是将光信号转换为电信号的一种传感器。使用这种传感器测量其它非电量(如转速、液体浊度)时,只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。此种测量方法具有结构简单、精度高、反应快、非接触等优点,故广泛应用于汽车及汽车检测技术中。光电效应通常可分为三类:①在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应,基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。②在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应,基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管及光敏晶闸管等。③在光线作用下,物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应,基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。第一类光电元件属于真空管元件,第二、三类属于半导体元件。(2)光电传感器分类根据被测物、光源、光电元件三者之间的关系、可以将光电传感器分为下述四种类型:①光源本身是被测物。②恒光源发射的光通量穿过被测物,一部分由被测物吸收,剩余部分投射到光电元件上,吸收量决定于被测物的某些参数。③恒光源发出的光通量投射到被测物上,然后从被测物表面反射到光电元件上。光电元件的输出反映了被测物的某些参数。④从恒光源发出的光通量在到达光电元件的途中遇到被测物,因此照射到光电元件上的光通量被遮蔽掉一部分,光电元件的输出反映了被测物的尺寸。典型的例子如振动测量、工件尺寸测量等。,3.4.2 汽车检测设备中常用传感器的工作原理及应用,第3章 汽车检测诊断基础理论,(3)光电传感器的应用①测量液体浊度光源发出的光线经过半反半透镜分成两束强度相等的光线,一路光线穿过标准液体8(有时也采用标准衰减板),到达光电池9,产生作为被测液体浊度的参比信号。另一路光线穿过被测样品液体5到达光电池6,其中一部分光线被样品介质吸收,样品液体越混浊,光线的衰减量越大,到达光电池6的光通量就越小。两路光信号均转换成电压信号U1、U2,由运算电路11计算出U1、U2的比值,并进一步算出被测液体的浊度。②测量转速光电式转速表原理如图所示。光源1发出的光线经透镜2会聚成平行光束,照射到旋转物3上,光线经事先粘贴在旋转物体上的反光纸4反射回来,经透镜5聚焦后落在光敏二极管6上。旋转物体每转一圈,光敏二极管就产生一个脉冲信号,经放大整形电路8得到的脉冲信号,与秒信号发生器发出的1秒脉冲信号进行比较即可得出旋转物体的每秒转数,再经数据处理电路9处理后,由显示器10显示出每分钟的转数即转速。随检测技术的发展,汽车及汽车检测设备中采用的传感器越来越多,在此不一一介绍。,3.4.2 汽车检测设备中常用传感器的工作原理及应用,
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