汽车传感器检测技术-汽车传感器的检测

重油和柴油等重碳氢化合物的不完全燃烧会形成大量炭烟，由于柴油机作为汽车的动力日益增加，虽然柴油机的一氧化碳和碳氢化合物的排放均很低，但排出的黑烟同样会导致周围空气的污染。所以，在柴油机的电子控制系统中，广泛采用一种可以连续测量柴油机排烟的传感器，用于检测发动机排气中形成的炭烟或未燃炭粒，并提供一种能表示炭烟存在的输出信号，通过电控单元ECU来自动调节空气和燃油的供给，以达到完全燃烧和避免形成过多的炭烟。连续测量柴油机排烟的烟度传感器的感应头是由绝缘材料和二种贵金属电极所组成，暴露在烟气中的电极周围涂有强催化剂材料，使得沉积在电极上的炭粒能迅速氧化掉，保持电极始终干净，满足连续测量的要求。

图7-38所示为这种传感器的工作原理图，传感器的感应头由绝缘体1、电极2和催化剂3所组成。绝缘体1中埋有两个电极2，电极2下端伸出绝缘体1，两电极之间保持很小的缝隙4，并涂有基本上是绝缘的强催化剂3，电极上端接入直流电源B中，一般可采用12V或24V直流电源，A为电流表（表盘上标有对应的烟度值），在电子控制系统中，A₁、A₂与电控单元ECU相连。

当感应头接入电路中时，由于电极之间的电阻很大，电流表A无电流指示或只指示极微小的电流，当感应头插入烟气中时，缝隙4中充满了炭烟，形成炭桥，电极之间的电阻就发生变化，炭烟少电阻大，炭烟多电阻小，电流表A的读数就随着炭烟的多少相应变化。同理，在电子控制系统中，供给电控单元ECU的信号也随炭烟的多少进行相应的变化。

由于感应头的电极端涂有催化剂3，加上烟气中有充足的氧气存在，沉积在电极上的炭烟能迅速氧化，不会因电极上的炭烟堆积而使测量失效，尤其是在排气温度较高的情况下，连续测量结果完全反映了排气中的炭烟量变化情况。

图7-38 柴油机排烟连续测量传感器的工作原理图

1—绝缘体 2—电极 3—催化剂 4—缝隙

图7-39 传感器的结构图

1—中间体 2—金属体 3—传感器感应头本体 4—其他金属丝 5—焊点 6—缝隙 7—催化剂 8—铂丝 9—陶瓷粉末与粘合剂 10—接线盒(https://www.xing528.com)

图7-39所示是该传感器的结构图，传感器的整体类似于汽油机的火花塞，感应头装在金属体2中，通过中间体1同接线盒10相连，金属体2的下端有螺纹可以方便地安装在排气管上。传感器感应头的本体一般制成陶瓷体，暴露在烟气中的电极一定要用贵金属铂或铂合金材料等做成；为了节省贵金属，降低制成本，电极常可采用组合结构，即用15mm左右长的铂丝8和其他金属丝4在焊点5处点焊在一起。

传感器的质量和性能完全取决于催化剂，如果没有催化剂，两电极相距仅0.1mm左右，很快就会因积炭而失效。催化剂的选料和配方必须满足两个条件，即具有良好的绝缘性能；能促进炭烟迅速地进行氧化反应。只有这样，才能保证传感器的测量准确性和灵敏性。催化剂一般可采用Cr203，Sn02或Fe203，也可采用氧化金属的混合物，例如Cr203（Fe203），但最好采用铂黑作为炭烟的催化剂。

表7-3为随柴油机负荷变化的排气温度、烟度和传感器的电流值的对照表（发动机转速保持在2000r/min，传感器用24V直流电源）。随着发动机负荷的增加，排温、烟度和传感器电流都相应增加，烟度和对应的传感器电流之间，满足下列关系式，即

R=KI

式中 R——博世烟度值；

I——传感器电流值；

K——比例常数。

表7-3 随柴油机负荷变化的排气温度、烟度和传感器电流值