基本介紹
- 中文名：進氣壓力感測器
- 外文名：Manifold Absolute Pressure Sensor
- 類別：航空部件
原理,內部結構,類型,輸出特性,
原理
進氣壓力感測器檢測的是節氣門後方的進氣歧管的絕對壓力，它根據發動機轉速和負荷的大小檢測出歧管內絕對壓力的變化，然後轉換成信號電壓送至發動機控制單元（ECU），ECU依據此信號電壓的大小，控制基本噴油量的大小。
進氣壓力感測器種類較多，有壓敏電阻式、電容式等。由於壓敏電阻式具有回響時間快、檢測精度高、尺寸小且安裝靈活等優點，因而被廣泛用於D型噴射系統中。
圖1是壓敏電阻式進氣壓力感測器與電腦的連線。圖2是壓敏電阻式進氣壓力感測器的工作原理，圖1中的R是圖2中的應變電阻R1、R2、R3、R4，它們構成惠斯頓電橋並與矽膜片粘接在一起。矽膜片在歧管內絕對壓力作用下可以變形，從而引起應變電阻R阻值的變化，歧管內的絕對壓力越高，矽膜片的變形越大，從而電阻R的阻值變化也越大。即把矽膜片機械式的變化轉變成了電信號，再由積體電路放大後輸出至ECU。
內部結構
壓力感測器對於壓力的測量採用的是壓力晶片，而壓力晶片在可發生壓力形變的矽膜片上集成的惠斯通電橋。壓力晶片是壓力感測器的核心，各大生產壓力感測器的廠商都有各自的壓力晶片，有的是感測器廠商直接生產，有的是委外生產的專用晶片（ASC），再者就是直接購買晶片專業廠家的通用晶片。感測器廠商直接生產的晶片或定製的ASC晶片一般都只用在自身產品上，這類晶片集成度高，往往把壓力晶片、放大電路、信號處理晶片、EMC保護電路及用於標定感測器輸出曲線的ROM都集成到一塊晶片上，整個感測器就是一個晶片，晶片通過引線和接外掛程式PIN腳相連。
如圖2的壓力感測器就是將除壓力晶片(Sensorchip)外的其他處理電路集成為Circuitchip，也有的壓力感測器廠家將兩者完全結合為一體。
壓力感測器的這種設計及生產工藝，其實就是MEMS技術（microelectromechanicalsystems的縮寫，即微電子機械系統）的實際套用，MEMS建立在微米/納米技術（micro/nanotechnology)基礎上的21世紀前沿技術，使之對微米/納米材料進行設計、加工、製造和控制的技術。它可將機械構件、光學系統、驅動部件、電控系統、數字處理系統集成為一個整體單元的微型系統。這種微電子機械系統不但能夠採集、處理與傳送信息或指令，還能夠按照所獲取的信息自主地或根據外部指令採取行動。它用微電子技術和微加工技術（包括矽體微加工、矽表面微加工、LIGA和晶片鍵合等）相結合的製造工藝，製造出各種性能優異、價格低廉、微型化的感測器、執行器、驅動器和微系統。MEMS強調利用先進工藝實現微系統，突出集成系統的能力。
壓力感測器就是MEMS技術的典型代表，另外一個常用的MEMS技術是微機電陀螺儀。目前幾大EMS系統供應商，如BOSCH，DENSO，CONTI等公司，都有各自設計的專用晶片，結構也類似。優點：集成度高，感測器尺寸小，配合小尺寸的接外掛程式感測器尺寸很小，便於布置安裝。感測器內部的壓力晶片完全封裝在矽膠中，起到耐腐蝕、耐震動等作用，大幅提高感測器使用壽命。大規模批量生產成本低，成品率高，性能優異。
另有些進氣壓力感測器廠家使用通用的壓力晶片，再通過PCR板將壓力晶片，EMC保護電路等外圍電路及接外掛程式PIN腳集成，如圖3所示，壓力晶片安裝在PCB板背面，PCB為雙面PCB板。
此類壓力感測器由於集成度較低，製造物料成本高。PCB板無全密封封裝，零件通過傳統的錫焊工藝集成在PCB板上，存在虛焊風險。在高振動，高溫高濕的環境下，PCB應注意保護，質量風險高。
類型
進氣壓力感測器是將發動機進氣管的壓力轉變為相應的電信號，發動機電子控制器根據此信號計算基本噴油時間、確定基本點火提前角等。
壓力感測器有多種形式，根據其信號產生的原理可分為壓電式、半導體壓敏電阻式、電容式、差動變壓器式及表面彈性波式等。
1.半導體壓敏電阻式進氣壓力感測器
(1)半導體壓敏電阻式壓力感測器測量原理半導體壓敏電阻式壓力感測器是利用半導體的壓阻效應將壓力轉換為相應的電壓信號，其原理如圖8-21所示。
半導體應變片是一種受拉或受壓時其電阻值會相應改變的敏感元件。將應變片貼在矽膜片上，並連線成惠斯頓電橋，當矽膜片受力變形時，各應變片受拉或受壓而其電阻發生變化，電橋就會有相應的電壓輸出。
(2)壓敏電阻式進氣壓力感測器的結構半導體壓敏電阻式進氣壓力感測器的組成如圖8-22所示。感測器的壓力轉換元件中有矽膜片，矽膜片受壓變形會產生相應的電壓信號。矽膜片的一面是真空，另一面導入進氣管壓力，當進氣管內的壓力變化時，矽膜片的變形量就會隨之改變，並產生與進氣壓力相對應的電壓信號。進氣壓力越大，矽膜片的變形量也越大，感測器的輸出壓力也就越大。
半導體壓敏電阻式進氣管壓力感測器的線性度好，且具有結構尺寸小、精度髙、回響特性好的優點。
2.電容式進氣壓力感測器
(1)電容式壓力感測器的測量原理電容式壓力感測器利用膜片構成一個電容值可變的壓力敏感元件，膜片受力變形時，其電容值相應改變，由感測器測量電路將與壓力相對應的電容變化轉換為相應的電信號。電容式壓力感測器測量電路主要有頻率檢測式和電壓檢測式兩種，如圖8-23所示。
1)頻率檢測式：振盪電路的振盪頻率隨壓力敏感元件電容值的大小變化而改變，經整流、放大後輸出頻率與壓力相對應的脈衝信號。
2)電壓檢測式：壓力敏感元件電容值的大小變化，經載波與交流放大電路的調製、檢波電路的解調後，再經濾波電路的濾波，輸出與壓力變化相對應的電壓信號。
(2)電容式進氣壓力感測器的結構電容式進氣壓力感測器的結構示意圖如圖8-24所示，氧化鋁膜片與中空的絕緣介質構成一個內部為真空的電容式壓力敏感元件，並連線感測器混合積體電路。感測器導入進氣管的壓力後，氧化鋁膜片在進氣壓力的作用下產生變形，使其電容值發生改變，經混合積體電路處理後，輸出與進氣壓力變化相對應的電信號。
相比於起相同作用的進氣流量感測器，進氣壓力感測器對進氣無干擾，安裝位置靈活（可利用真空管的引導，將進氣壓力感測器安裝在遠離發動機進氣管的地方）。因此，現代發動機電子控制系統使用進氣壓力感測器的日漸增多。
輸出特性
發動機工作時，隨著節氣門開度的變化，進氣歧管內的真空度、絕對壓力以及輸出信號特性曲線均在變化。
D型噴射系統檢測的是節氣門後方進氣歧管內的絕對壓力。節氣門後方既反映了真空度又反映了絕對壓力，因而有人認為真空度與絕對壓力是一個概念，其實這種理解是片面的。在大氣壓力不變的條件下（標準大氣壓力為101.3kPa），歧管內的真空度越高，反映歧管內的絕對壓力越低，真空度等於大氣壓力減去歧管內絕對壓力的差值。而歧管內的絕對壓力越高，說明歧管內的真空度越低，歧管內絕對壓力等於歧管外的大氣壓力減去真空度的差值。即大氣壓力等於真空度和絕對壓力之和。理解了大氣壓力、真空度及絕對壓力的關係後，進氣壓力感測器的輸出特性就明確了。
發動機工作中，節氣門開度越小，進氣歧管的真空度越大，歧管內的絕對壓力就越小，輸出信號電壓也越小。節氣門開度越大，進氣歧管的真空度越小，歧管內的絕對壓力就越大，輸出信號電壓也越大。輸出信號電壓與歧管內真空度的大小呈反比，與歧管內絕對壓力的大小呈正比。
