2.4.1　转速传感器

1.转速传感器的作用及类型

（1）作用。转速传感器是对汽车上检测各类转动部件运转情况的传感器的统称，其大致的功能主要包括两个方面：①检测运动部件的转速或转角；②判定运动部件的转动位置。在发动机上主要检测曲轴和凸轮轴的转速及其位置，以确定喷油时刻和点火时刻。

（2）类型。无论是应用在哪一个系统中的转速传感器，按照工作原理的不同，通常可以将其分为磁感应式、霍尔效应式、磁阻效应式和光电式等几种类型。现代发动机上主要采用磁感应式和霍尔效应式转速传感器。

2.磁感应式转速传感器

磁感应式转速传感器的结构如图2-69所示，主要由信号发生器和信号转子组成。信号发生器由磁头和线圈组成，信号转子就是具有一定齿数的齿轮。在发动机上主要测量曲轴的转速和位置。

磁感应式转速传感器是利用电磁感应原理制成的，其工作原理如图2-69所示。当信号转子转动时，信号转子的凸齿与传感器磁头的空气隙发生变化，使通过传感线圈的磁通发生变化，因此传感线圈中便产生感应的交变电动势。这个连续交变的电动势属于模拟信号，需要信号处理电路（A/D）对其进行信号处理，将其变成数字信号后，电控单元就可以计算出转速。

图2-69　磁感应式转速传感器

磁感应式转速传感器无需外供电源，因此只需传感线圈引出两个端子即可。但在有些车辆上，为了防止信号的干扰，会在磁感应式转速传感器传感线圈的外围加上屏蔽的金属接地线，这样的传感器就有三个端子。

3.霍尔效应式转速传感器

霍尔效应式转速传感器是根据霍尔效应原理制成的。霍尔效应产生的电压值很小，无法直接应用，所以通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，这样就构成一个霍尔传感器。霍尔传感器有线型和开关型两种，其工作磁铁和霍尔集成电路间的运动方式有对移、侧移、旋转和遮断四种。在转速传感器的应用领域，通常采用开关型霍尔传感器，工作磁铁和霍尔集成电路间的运动方式则多采用遮断和旋转两种方式，如图2-70和图2-71所示。

图2-70　遮断式霍尔转速传感器结构示意

（a）叶片进入气隙，磁场被旁路　（b）叶片离开气隙，磁场饱和

图2-71　旋转式霍尔转速传感器结构示意

采用遮断运动方式的霍尔转速传感器的工作方式如图2-70所示，它由触发叶片和霍尔传感器组成。当发动机运转时，触发叶片随之旋转，不断地在霍尔集成电路片与永久磁铁之间穿过。当叶片位于霍尔电路片和永久磁铁之间[见图2-70（a）]时，切断磁通，此时无霍尔电压产生；当叶片离开霍尔电路片和永久磁铁之间的空气隙[见图2-70（b）]时，磁通建立，霍尔电压产生。

采用旋转运动方式的霍尔转速传感器工作方式如图2-71所示，当触发齿圈位于图2-71（a）所示的位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱。而当齿轮位于图2-71（b）所示的位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。齿轮转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔电压的变化。无论哪种方式运动的霍尔转速传感器，其生成的霍尔电压都要经过放大后，通过施密特触发器对霍尔集成电路中的输出极（开关三极管）进行通断控制，如图2-72所示，最终以数字方波的信号形式发送给电控单元。(www.daowen.com)

图2-72　霍尔转速传感器原理

通过图2-72所示的霍尔转速传感器原理可以看出，当霍尔元件产生霍尔电压Ub时，传感器输出信号U0为低电平；当霍尔电压Ub为零或较低时，传感器输出信号U0为高电平。

与磁感应式转速传感器不同的是，由于霍尔转速传感器需要外供电源，因此，我们通常见到的霍尔转速传感器都有3个端子：①电源端子，由电控单元提供；②搭铁端子；③信号端子。

随着技术的发展，一种二线制的霍尔转速传感器也已经用于汽车上了。其结构如图2-71所示，与旋转式霍尔转速传感器结构基本一样。其基本原理如图2-73所示。该转速传感器依然需要外供电源，只不过通过电路的改进将接地端子与信号输出端子并为一条线路，该线路上传递的是电流信号，通过电阻R便可将输出电流转换成电压信号Uo，并以数字信号的形式被ECU接收。

图2-73　TLE4941型二线制霍尔转速传感器原理示意

二线制霍尔转速传感器其内部电路框图如图2-74所示，主要包括电源调节器，振荡器，两个霍尔传感器，差分放大器，运算器，比较器，可调电流源，可编程放大器，高速ADC，数字信号处理器（DSP），偏置DAC。电源调节器起稳压作用，给各单元电路提供稳定电压。振荡器为数字电路提供时钟。差分放大器有两个作用：①对两个霍尔传感器所产生的信号进行差分放大；②利用自带的低通滤波器滤除噪声。差分放大器的输出分成两路，一路经过比较器去控制输出级可调电流源，另一路依次通过PGA和高速ADC，转换成数字量并送至DSP。利用DSP分别计算出输入信号的最小值、最大值及算术平均值，进而确定算术平均值的偏移量，然后送至偏置DAC转换成模拟量，再通过运算器完成失效校准后才开始正常输出。

图2-74　TLE4941型二线制霍尔转速传感器电路示意

4.磁阻效应式转速传感器

还有一种转速传感器，这就是磁阻效应式转速传感器。顾名思义，磁阻效应式转速传感器是利用磁阻效应的原理制成的。所谓磁阻效应，就是指当外加的磁场发生变化时，磁阻元件的阻值也会随之变化的现象。但仅仅阻值的变化还无法用于对转速的检测，因此一个完整的磁阻效应式转速传感器是由外供电源、接地线路、信号感应磁环、磁阻元件及集成电路组合而成的，其工作原理如图2-75所示。传感器的信号磁环在其圆周方向上交替均匀排列着若干组N、S磁极，当磁环旋转时，固定不动的磁阻元件所处空间的磁场发生周期性变化，这使得磁阻元件的电阻也随之发生周期性变化（与转速成正比），变化的阻值通过外供电源和集成电路的共同作用，最终将其转化为数字信号并输出。

图2-75　磁阻效应式转速传感器电路原理

2.4.2　温度传感器

为了判定发动机的热状态、计算进气空气的质量流量以及进行排气净化处理，需要有能够连续精确地测量冷却液温度、进气温度与排气温度的传感器。

温度传感器有绕线电阻式、热敏电阻式、扩散电阻式、半导体晶体管式、金属芯式和热电耦式等。现代车上应用最广泛的是热敏电阻式温度传感器，用于检测冷却液和进气温度。

热敏电阻式温度传感器是利用半导体的电阻随温度变化而改变的特性，其灵敏度高。有NTC（负温度系数）和PTC（正温度系数）两种，常用的是NTC热敏电阻式。其结构如图2-76所示。当温度升高时，NTC热敏电阻阻值减小；反之温度降低时，其阻值增大。当温度发生变化时，传感器输出电压也将随之变化。

图2-76　热敏电阻式温度传感器