自制傳感器模型在汽車運用與維修專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

許文強

摘要：現(xiàn)代汽車采用了許多機電一體化自動控制技術(shù)，如EFI發(fā)動機燃油噴射技術(shù)、ASR防滑系統(tǒng)、SRS輔助安全氣囊等，這些高新技術(shù)對中職學(xué)校的學(xué)生來說在接受過程中存在一定困難，在掌握傳感器的工作原理上會有一定的壓力。我們制作幾款簡單傳感器，揭開傳感器神秘的面紗，突破汽修專業(yè)課教學(xué)難點。

關(guān)鍵詞：中職汽修;自制傳感器;動手制作;解決難點

中圖分類號：G712 ? ? 文獻標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）06-0215-02

一、汽車傳感器現(xiàn)狀

對于汽車而言現(xiàn)在任何一種類型電子自動控制系統(tǒng)，一般都有三大組成部分：把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的傳感部分，也就是傳感器;接受信號并計算處理信號，按照程序發(fā)出指令的控制部分，也就是我們平時說的電子控制單元（ECU）;接收控制信息并對受控對象施加控制作用的裝置，也就是執(zhí)行器。汽車自動控制系統(tǒng)中的傳感器就好像人的五官，時時感受外界的變化信息。如汽車電子燃油噴射系統(tǒng)（EFI）中就有專門用于探測溫度的進氣溫度傳感器（IATS）、用于測量空氣流量和壓力的空氣流量計（MAF）、用于探測混合氣濃度的氧傳感器、用來檢測曲軸轉(zhuǎn)角位移的曲軸位置傳感器（CKPS）。這些傳感器把發(fā)動機的各種工況以電信號傳輸給汽車電子控制單元（ECU），然后通過電子控制單元（ECU）的對比、邏輯分析，最后計算出噴油器通電時間（即噴油量），并接通噴油器電磁閥電路（噴油器是電磁閥類執(zhí)行器，安裝在燃油軌上）精確控制噴油器噴油與否、噴油量和噴油時刻。

汽車傳感器的種類很多，根據(jù)傳感器的作用，分為測量溫度、壓力、流量、位置、速度、光亮度、干濕度、距離的、有熱式的、葉片式、磁感應(yīng)式的、霍爾式的等等。基于每一種傳感器的原理與結(jié)構(gòu)各不相同，又加上近年來車型層出不窮，以至于功能相同的傳感器也有著各種各樣的差異，使得中職學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會對傳感器的工作過程產(chǎn)生一種神秘感。我們制作了幾件簡單的傳感器裝置，目的是讓中職學(xué)生明白傳感器的原理就是運用我們?nèi)粘Ｊ煜さ幕疚锢碓恚绱判?yīng)、熱效應(yīng)、電阻、電流等，并不是我們想象的那樣神秘莫測，同時讓學(xué)生明白只有動手才能學(xué)到真正的汽修知識。

二、車用電磁感應(yīng)式傳感器

很多汽車用的速度傳感器是采用了電磁感應(yīng)的原理制作而成：當(dāng)輸出軸轉(zhuǎn)動時，停車鎖定齒輪的凸齒不斷地靠近或離開車速傳感器，使線圈內(nèi)的磁通量發(fā)生改變，從而產(chǎn)生交流電，車速越高，輸出軸轉(zhuǎn)速也越高，感應(yīng)電壓脈沖也越高，電控組件根據(jù)感應(yīng)電壓脈沖的大小計算汽車行駛的速度。再如凸輪軸/曲軸位置傳感器（CPS）就是利用電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生脈沖信號的，當(dāng)發(fā)動機工作時轉(zhuǎn)子隨分電器一起轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的突齒與感應(yīng)線圈靠近時，突齒阻擋一部分磁通，減少的磁通使線圈兩端產(chǎn)生大小變化的感應(yīng)電動勢，ECU即根據(jù)變化的感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的脈沖信號確定發(fā)動機轉(zhuǎn)速和各缸工作情況。我們設(shè)計了一個演示磁感應(yīng)原理的簡單模型，如下圖1所示。

1.演示材料：演示模型支架一個;直徑和長度均相等的管子三根，其中一根為完好的鋁管，一根為側(cè)面縱向有一縱槽的鋁管，一根為塑料管;三根透明橡膠短管;三個球形永磁鐵;三個發(fā)光二極管;塑料底板和木塊若干;細(xì)線和橡皮筋各三根;三個發(fā)光二極管并聯(lián)的完整電路，三個裝有常開磁性開關(guān)的底座。

2.演示設(shè)計：先將長度均為70厘米的三根管子最上部分別套上三根橡膠短管，并用橡皮筋垂直固定在安裝有金屬底座的模型支架上，三根管子之間的距離依次為20厘米;然后選取相同的球形強磁性磁鐵三個，大小適中，能在管子中無阻礙下落，把這三個永磁鐵放在三根管子的最上方，也就是管子和透明橡膠管之間的擋片（擋片上有細(xì)線做成的拉線）上，使永磁鐵暫時不下落;最后把三個發(fā)光二極管并聯(lián)接入電路中，在管子的正下方安裝三個裝有常開磁性開關(guān)的底座（開關(guān)控制二極管電路的通斷）。

3.演示過程：同時拉動木塊做成的擋片上的拉線，讓三個永磁鐵同時分別沿著各自的管子自由落下。

4.演示現(xiàn)象：三個球形永磁鐵同時開始下落，但下落的快慢各不一樣，與塑料管相連的二極管最先發(fā)光，說明塑料管中的磁鐵最先落下，也就是下落最快;接著是與縱向有一縱槽的鋁管相連的二極管發(fā)光，說明這個管子中的永磁鐵下落較快;最后發(fā)光的是與完好鋁管相連的二極管，說明完好二極管中的永磁鐵下落最慢。

5.演示分析：通過這個模型演示，我們分析球形磁鐵在下落的過程中會使各管中的磁通量發(fā)生變化，但因為管子的材料和材質(zhì)不同，磁通量的變化產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也不一樣。對于塑料管而言，磁通量的變化不能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，因為只有金屬在變化的磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，所以塑料管就不會產(chǎn)生阻礙磁鐵下落的磁通，這個管中的磁鐵完全做自由落體運動。而完好的鋁管能夠在變化的磁場中產(chǎn)生一個較大的感應(yīng)電動勢，相應(yīng)地也就會產(chǎn)生較多的阻礙磁鐵下落的磁通，使磁鐵在下落的過程中受到與重力相反的阻力，所以在該管中下落時間變長了。同理，有一縱槽的鋁管也能產(chǎn)生一個感應(yīng)電動勢，但這個感應(yīng)電動勢要比完好鋁管產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢小，較小的感應(yīng)電動勢產(chǎn)生較少的阻礙磁鐵下落的磁通，因此該管中磁鐵下落速度比完好的鋁管要快一些，但比塑料管又要慢一些。通過底座上發(fā)光二極管發(fā)光的先后次序指示，我們可以清楚地明白電磁感應(yīng)原理在這個模型中的應(yīng)用。

6.演示意義：我們通過這個電磁感應(yīng)演示模型既能使中職學(xué)生體會電磁感應(yīng)把外界的信號轉(zhuǎn)變成電信號的原理，又是一堂很好的實訓(xùn)課。從更大的意義上來講培養(yǎng)了中職生實訓(xùn)操作能力，從而能夠更加全面提高中職學(xué)生的動手能力。

三、汽車溫度傳感器

現(xiàn)代汽車使用的溫度傳感器種類很多，有進氣溫度傳感器（IATS）、冷卻液溫度傳感器（ECTS），工作原理非常類似。用得最多的是熱敏電阻式溫度傳感器，它由熱敏電阻和引出導(dǎo)線組成，由半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻，其電阻具有隨溫度變化而改變的特性，由電阻的變化來轉(zhuǎn)變成溫度的變化。我們結(jié)合教學(xué)制作了下面這套溫度傳感器的演示教具，利用生活中的實例讓學(xué)生理解溫度傳感器的工作原理。

上圖2是自動滅火模型，用一句話簡單概括就是把日光燈的啟輝器當(dāng)作溫度傳感器制作的一款簡單溫控裝置。這個模型取材方便，制作過程也相當(dāng)簡單，我們只需要一臺電風(fēng)扇、一個啟輝器、一根蠟燭和一些電線就可以了。它的原理是這樣的：當(dāng)燃燒的蠟燭給啟輝器加熱時，啟輝器受熱膨脹，從而使它內(nèi)部的觸點開關(guān)閉合，而這個開關(guān)剛好是控制電風(fēng)扇電路的，電路接通電風(fēng)扇開始工作，再利用電風(fēng)扇把蠟燭吹滅，蠟燭滅了以后就不能給啟輝器加熱了，這時啟輝器中的雙金屬絲發(fā)生冷縮，因為雙金屬的冷縮性能不一樣，就會向加熱時相反的方向彎曲，當(dāng)達(dá)到一定程度時觸點斷開，相應(yīng)的電路也斷開，風(fēng)扇停止運轉(zhuǎn)。這里的啟輝器雙金屬絲就相當(dāng)于溫度傳感器中的熱敏電阻。雖然實驗原理和設(shè)備非常簡單，但學(xué)生聽起來覺得很新鮮又有趣，傳感器就在身邊，理解了溫度的變化通過傳感器（日光燈啟輝器）能夠轉(zhuǎn)換成電信號輸送給控制元件，然后執(zhí)行某項動作。

教師自己動手自制傳感器教具，不但能使教學(xué)內(nèi)容更加形象、生動，而且能使學(xué)生觸類旁通，解決了專業(yè)教學(xué)理論的抽象性，也激發(fā)了中職學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識的興趣，活躍了課堂教學(xué)氣氛，實實在在理解了看似神秘復(fù)雜其實簡單的傳感器原理，在汽修專業(yè)教學(xué)中發(fā)揮了很好的作用。

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