xingfeng321的博客

1　机械式机油压力传感器存在的问题

机油压力传感器是在汽车和柴油车上普遍使用的传感器。其产品设计原理是利用金属膜片受压变形，通过一套复杂的机械装置推动滑臂在滑线电阻上滑动，使滑线电阻值变化，来改变压力表线圈的电流以检测压力。其结构设计的缺陷为：由于传感元件金属膜片的塑性与记忆恢复特性，其稳定性和抗疲劳性较差；滑线板部分采用Φ0．08康铜丝，电刷为Φ0．12银白铜，该结构使线板滑动部分的耐磨性较差；压力报警部分采用滑动接触形式，报警灯泡冷态电阻很小，瞬时冲击电流很大，频繁通断电时易产生电弧而烧坏报警触点。

这些设计的先天不足，加上我国的发动机制造水平和道路条件等多种因素的影响，导致了机械式机油压力传感器机械故障多（如电刷、滑线电阻磨损和烧蚀、报警触点磨损，抗振动性能差），标准化程度低，寿命有限等。目前，这种传感器的故障已经成为各个车厂十分头痛的问题。机械式机油压力传感器的设计寿命为3万公里，故障率应该低于7‰。但根据无锡柴油机厂的统计，运行1万公里时故障率已经远高于7‰。因此，一汽质量保证部门已经将机油压力传感器列入必须解决的 4大配套产品质量问题之一。

2　几种电子式机油压力传感器的原理

目前国内研究开发的电子式机油压力传感器主要采用如下几种器件：半导体压敏元件、应变片、厚膜力敏器件，陶瓷压敏元件等。

半导体压阻传感器利用半导体的压阻效应制成。一般半导体材料的应变效应要比金属应变的灵敏度系数大50～100倍。利用单晶硅的压阻效应，在单晶硅的基片上用半导体工艺制成一定的应变元件，当它受到压力作用时，应变元件的电阻发生变化，从而使输出电压发生变化。目前，比较多的压阻传感器皆用4个等值的应变元件（利用P型硅材料切向压阻系数大，而N型硅材料纵向压阻系数大的特点）形成一个电桥，当受压力作用时，一对桥臂电阻变大，一对桥臂变小，导致桥臂失去平衡，输出一个与压力成正比的电压。它的最大特点是灵敏度高，测量范围宽，输出信号大，易于集成。但使用在汽车发动机的机油循环系统中，抗油污和机油中的微型金属颗粒摩擦和冲击的能力差，必须通过其他液体介质进行隔离检测，在工艺上有一定的难度。另外，在汽车发动机较恶劣的温度环境下工作（－40～125℃），传感器的输出需温度补偿和校正。上海英恒公司利用Atmel公司的集成硅压阻传感器芯片TPS11研究成功电子式机油压力传感器。该芯片将传感器芯片和温度补偿部分与信号放大、处理电路集成在一起，较好地解决了压力检测问题。但成本较高。

弹性应变片是传统的压力检测器件。它的特点是测量范围宽、精度高、性能稳定可靠，使用寿命长，能够在高温、高速、高压、强烈振动和有化学腐蚀的恶劣环境条件下工作，因此该传感器可以直接应用于机油压力检测环境中。应变式传感器一般也由4个桥臂电阻组成，相对的一组桥臂电阻在受压时产生拉力变化，而另一对桥臂电阻产生压力变化，由此引起的电阻变化大小相等而符号相反，相对提高了传感器的灵敏度。此种传感器目前的主要问题是输出信号幅度小，在较大的温度变化环境下进行温度补偿有一定的难度。我国已有多家汽车传感器和仪表厂家，如东风汽车仪表公司利用该传感器研究成功此类产品。

厚膜压力传感器是国外近十年来出现的新型力敏传感器。它利用厚膜电阻的压阻效应研制而成，其应变电阻为具有压阻效应的厚膜钌酸盐电阻，采用厚膜工艺技术直接印刷、烧结在陶瓷弹性体上。经高温烧结，应变电阻和陶瓷弹性体牢固地键合在一起，不需要粘贴。这就避免了常用应变计式力敏传感器因粘贴老化变质所引起的蠕变和迟滞。厚膜钌酸盐应变电阻性能稳定、耐高低温，温度系数比扩散硅小一个数量级以上。此外，弹性体采用95％Al2O3加工而成的高铝瓷，力学性能好，并且耐腐蚀，不用隔离即可与被测腐蚀性介质直接接触。厚膜压力传感器具有精度高、漂移小、蠕变小、耐高温、耐腐蚀、性能／价格比高等技术优势。此项具有自有知识产权的产品由中科院合肥智能机器研究所研究。该所研究解决了厚膜压力传感器的大批量印刷、烧结及质量控制技术、高可靠封装技术、传感器表面保护技术等关键技术，提高了产品一致性、系列化及合格率。目前，此产品进入汽车传感器市场的主要问题是成本偏高。

陶瓷压阻传感器是采用陶瓷材料经特殊工艺精制而成的干式陶瓷压阻压力传感器。陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达－40～125℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。它的电气绝缘强度>2kV，输出信号强，长期稳定性好。其工作原理为：被测压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯顿电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力、激励电压成正比的电压信号；标准的信号根据压力量程的不同，标定为2．0／3．0／3．3mV／V，并可和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿（0～70℃），并可以和绝大多数介质直接接触。目前，这种传感器主要靠进口，其使用的主要问题也是成本较高，难以让汽车用户接受。