汽车电子的压力传感器电路设计_压力传感器电路

　　汽车传感器是汽车电子化、智能化的基础和关键， 而其中使用较多、发展最快的是压力传感器。汽车压力传感器应用在汽车的很多系统中，如电子检测系统、保安防撞系统等。其中应用在轮胎气压方面的目的在于最大限度地减少或消除高压爆胎和低压辗胎造成的轮胎早期的损坏， 使轮胎经常保持标准气压， 延长轮胎的寿命，降低轮胎的消耗，提高经济效益。有报道说，将微型压力传感器埋置于汽车轮胎中，测量其中气压， 以控制对轮胎的充气量，避免过量和不够，由此可节省百分之十的汽油。

　　简单的信号调节电路应该允许放大器的输出与所使用的传感器相互独立，提供互换性和高电平输出并且成本低廉。传感器补偿板上的激光调整电阻调节外部放大器的增益使之与压力灵敏度变化归一化。

　　图 1 所示信号调节电路提供了用作传感器激励的精密恒流源和由传感器中反馈电阻 R 控制增益的仪用放大器。

　　电流源是由±1%带隙的基准二级管 VR 控制，基准电流 I0 由下式定义： I0=（E0-e0）/R2

　　其中：E0-二级管基准电压：1.235V±1%（LM385）eo---放大器 A1 的偏移；R2---反馈电阻值

　　选用失调电压小于 1mV 的放大器 A1 和公差为±1%的电阻 R2，则可产生电流 I0=0.996MA，其典型精度为±1.4%。 增益调节电阻 r 调节为 R3=R4=100K 一个 2V 的差压输出。

　　如果要求零位调节，使用 OP227 代替 LT1013放大器并加上零位电位器 P1。零位电压相对于差动偏听偏差小于 0.5mV 的输入为±4mV，，这对传感器偏移的典型值（小于±1mV）而言就约有±3.5mV 的零位需要补偿。

　　放大器提供另外的放大R8/R5，并将第一级的不同漂移电压转换为一个单端输出电压，整个的输出电压的等式为：Vout=2&TImes;A&TImes;R8/R5=5.000V@A=I 。A是实际激励电流I0和指定电流的比例。

　　输出幅度的总精度受反馈电阻 R3至R8的精度的影响，±0.1%精度的电阻如 Mepco/Electra5063Z，典型的增益误差约为±0.24%。如果使用匹配较好的薄膜电阻，如 Bechman694-3-A，精度误差可进一步减小，在不加任何调试和压强测试的情况下，整个信号调节电路在某个参考温度下的幅度综合误差的典型值为 1.1%，这个误差将叠加在传感器的精度±1%之上。

　　如果没有压力源，可用下面的步骤来减小放大器的增益误差，采用以下方法则电阻 R2 至 R8 可不用精密电阻，同样能达到 1%的传感器幅度误差。

　　校准步骤：

　　1)用精度为 0.1%的 7.50K 电阻代替电阻 r

　　2)检查放大器的增益 K 并计算增益比 X （与理想增益 K0=69.028V/V 相比），其中 X=K/K0

　　3)通过调节电位器设置电流 I0=0.996/X（A）。

　　假设电桥电阻的最大值为 6.4KΩ（50℃）时，电桥电阻为 0.996mA，二级管参考电压是 1.2V，这样放大器 A1 的最大输出电压是 7.4V，而且对于LTC1051 放大器，在 1A 输出电流时正向饱和压降为0.5V，因而与所用电流源和放大器 LTC1051 有关的最小激励电压是 7.9V（7.4V+0.5V）。对于 LT1490，最大激励电压应是 7.6V。最大激励电压受控于指定放大器的电压调整特性。

　　轮胎气压测量及电路设计

　　下面以测量轮胎气压为例详细阐述气压传感器在汽车轮胎方面的应用。此种设计可做成一种便携式的装置，测量时将气压传感器的表置于轮胎气门嘴上，这时胎压作用于传感器的膜片上， 通过压阻效应和系列变换输出微弱的电压信号，将电压信号进行相应处理显示电压值。由此可知不同的气压对应着不同的电压值，即气压值和电压值是一一对应的，从而间接测量了气压值。胎压测量电路方框图如图2所示。

图2：:胎压测量电路方框图

　　电压信号放大电路

　　我们选用的高精度低噪声仪用放大器AD620，可以用在传感器输出信号小的放大器中，如光电池传感器、应变片传感器以及压力传感器等。由于它具有低噪声、增益精度高、增益温度系数小和高线性度等优良性能。用于此系统中是非常理想的。AD620是一种只用一个外部电阻就能设置放大倍数为1-1000的仪表放大器，具有良好的直流性能和交流性能，AD620的体积小、功耗低成为应用在压力传感器中的重要因素，传感器信号放大电路如图3所示。

　　图3： 传感器信号放大电路

　　编辑点评：本文简单介绍了压力传感器应用于汽车电子上的设计，汽车压力传感器在轮胎方面的应用正在不断地改进，其中有很多种方式，如采用无线电发射和接受方式来测量气压的高低。

　　直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。由于直流电动机具有良好的调速性能，在电力拖动中被广泛应用，直流电动机分为两部定子与转子两部分。本文将详解直流电动机的常见故障以及故障排除方法。

　直流电动机的常见故障及排除见表1.1

　　表1.1

　　直流电动机最常见故障的检修

　　1电枢绕组接地故障

　　这是直流电动机绕组最常见的故障。电枢绕组接地故障一般常发生在槽口处和槽内底部，对其的判定可采用绝缘电阻表法或校验灯法，用绝缘电阻表测量电枢绕组对机座的绝缘电阻时，如阻值为零则说明电枢绕组接地；或者用图所示的毫伏表法进行判定，将36V低压电源通过额定电压为36V的低压照明灯后，连接到换向器片上及转轴一端，若灯泡发亮，则说明电枢绕组存在接地故障。具体到是哪个糟的绕组元件接地，则可用图所示的毫伏表法进行判定。将6～12V低压直流电源的两端分别接到相隔K／2或K／4的两换向片上（K为换向片数），然后用毫伏表的一支表笔触及电动机轴，另一支表笔触在换向片上，依次测量每个换向片与电动机轴之间的电压值。若被测换向片与电动机轴之间有一定电压数值（即毫伏表有读数），则说明该换向片所连接的绕组元件未接地；相反，若读数为零，则说明该换向片所连接的绕组元件接地。最后，还要判明究竟是绕组元件接地还是与之相连接的换向片接地，还应将该绕组元件的端都从换向片上取下来，再分别测试加以确定。

a）校验灯法 b）毫伏表法

　　电枢绕组接地点找出来后，可以根据绕组元件接地的部位，采取适当的修理方法。若接地点在元件引出线与换向片连接的部位，或者在电枢铁心槽的外部槽口处，则只需在接地部位的导线与铁心之间重新进行绝缘处理就可以了。若接地点在铁心槽内，一般需要更换电枢绕组。如果只有一个绕组元件在铁心槽内发生接地，而且电动机又急需使用时，可采用应急处理方法，即将该元件所连接的两换向片之间用短接线将该接地元件短接，此时电动机仍可继续使用，但是电流及火花将会有所加大。

　　2电枢绕组短路故障

　　若电枢绕组严重短路，会将电动机烧坏。若只有个别线圈发生短路时，电动机仍能运转，只是使换向器表面火花变大，电枢绕组发热严重，若不及时发现并加以排除，则最终也将导致电动机烧毁。因此，当电枢绕组出现短路故障时，就必须及时予以排除。

　　电枢绕组短路故障主要发生在同槽绕组元件的匝间短路及上下层绕组元件之间的短路，查找短路的常用方法有：

　　①短路测试器法与前面查找三相异步电动机定子绕组匝问短路的方法一样，将短路测试器接通交流电源后，置于电枢铁心的某一槽上，将断锯条在其他各槽口上面平行移动，当出现较大幅度的振动时，则该槽内的绕组元件存在短路故障。

　　②毫伏表法如图所示，将6.3V交流电压（用直流电压也可以）加在相隔K/2或K／4两换向片上，用毫伏表的两支表笔依次接触到换向器的相邻两换向片上，检测换向器的片间电压。在检测过程中，若发现毫伏表的读数突然变小，例如，图中4与5两换向片间的测试读数突然变小，则说明与该两换向片相连的电枢绕组元件有匝问短路。若在检测过程中，各换向片问电压相等，则说明没有短路故障。

　　电枢绕组短路故障可按不同情况分别加以处理，若绕组只有个别地方短路，且短路点较为明显，则可将短路导线拆开后在其间垫入绝缘材料并涂以绝缘漆，待烘干后即可使用。若短路点难以找到，而电动机又急需使用时，则可用前面所述的短接法将短路元件所连接的两换向片短接即可。如短路故障较严重，则需局部或全部更换电枢绕组。

　　图2

　　3电枢绕组断路故障

　　这也是直流电动机常见故障之一。实践经验表明，电枢绕组断路点一般发生在绕组元件引出线与换向片的焊接处。造成的原因有：一是焊接质量不好，二是电动机过载、电流过大造成脱焊。这种断路点一般较容易发现，只要仔细观察换向器升高片处的焊点情况，再用螺钉旋具或镊子拨动各焊接点，即可发现。

　　若断路点发生在电枢铁心槽内部，或者不易发现的部位，则可用图所示的方法来判定。将6～12Ⅴ的直流电源连接到换向器上相距K／2或K／4的两换向片上，用笔伏表测量各相邻两换向片间的电压，并逐步依次进行测E。有断路的绕组所连接的两换向片（如图中的4、5两换向片）被毫伏表跨按时，有读数指示，而且指针发生剧烈跳动。若毫伏表跨接在完好的绕组所连接的两换向片上时，指针将无读数指示。

　　图3

　　电枢绕组断路点若发生在绕组元件与换向片的焊接处，只要重新焊接好即可使用。若断路点不在槽内，则可以先焊接短线，再进行绝缘处理即可。如果断路点发生在铁心槽内，且断路点只有一处，则将该绕组元件所连接的两换向片短接后，也可继续使用；若断路点较多，则必须更换电枢绕组。

　　换向器故障的检修

　　1片间短路故障

　　按下图所示方法进行检测，如判定为换向器片间短路时，可先仔细观察发生短路的换向片表面的具体状况，一般均是由于电刷炭粉在槽口将换向片短路或是由于火花烧灼所致。

　　图4

　　可用图所示的拉槽工具刮去造成片问短路的金属屑末及电刷粉末即可。若用上述方法仍不能消除片间短路，即可确定短路发生在换向器内部，一般需要更换新的换向器。

　　图5

　　2换向器接地故障

　　接地故障一般发生在前端的云母环上，该环有一部分裸露在外面，由于灰尘、油污和其他杂物的堆积，很容易造成接地故障。当接地故障发生时，这部分的云母环大都已烧损，而且查找起来也比较容易。修理时，一般只要把击穿烧坏处的污物清除干净，并用虫胶漆和云母材料填补烧坏之处，再用可塑云母板覆盖l～2层即可。

　　3云母片凸出

　　由于换向器上换向片的磨损比云母片要快，因此直流电动机使用较长一段时间后，有可能出现云母片凸起。在对其进行修理时，可用拉槽工具，把凸出的云母片刮削到比换向片约低lmm即可。

　　电刷中性线位置的确定及电刷的研磨

　　1确定电刷中性线的位置

　　常用的是感应法，如图4.6所示，励磁绕组通过开关接到l.5～3V的直流电源上，毫伏表连接到相邻两组电刷上（电刷与换向器的接触一定要良好）。当断开或闭合开关时（即交替接通和断开励磁绕组的电流），毫伏表的指针会左右摆动，这时将电刷架顺电动机转向或逆电动机转向缓慢移动，直到毫伏表指针几乎不动为止，此时刷架的位置就是中性线所在的位置。

　　图6

　　2电刷的研磨

　　电刷与换向器表面接触面积的大小将直接影响到电刷下火花的等级，对新更换的电刷必须进行研磨，以保证其接触面积在80％以上。研磨电刷的接触面时，—般采用0号砂布，砂布的宽度等于换向器的长度，砂布应能将整个换向器表面包住，再用橡皮胶布或胶带将砂布固定在换向器上，如图4.7所示，将待研磨的电刷放入刷握内，然后按电动机旋转的方向转动电枢，即可进行研磨。

　　图7

　　l一胶带 2一电刷 3一换向器 4一砂布 5—砂布末端

　　3.结束语

　　随着科学技术不断发展，电动机及控制设备的技术性能也日益完善。在工作中如何正确的使用和掌握其性能，还需要我们在实际工作中不断积累经验，判断电动机及控制设备存在的问题与故障处理，找出故障原因并加以分析，及时采取对策，以保证电动机及传动设备的正常运行。