摘要：機(jī)油壓力傳感器是通過壓阻效應(yīng)將壓力信號轉(zhuǎn)化為電信號的裝置。本文通過對油壓傳感器的結(jié)構(gòu)介紹，分析不同的取壓器形式，提出各自的特點。同時結(jié)合某型柴油機(jī)油壓傳感器故障案例，通過對傳感器進(jìn)行特性檢測、振動分析、裝機(jī)復(fù)試等一系列措施，由淺及深地剖析并較終確定了問題的根本原因，提出改進(jìn)優(yōu)化方案，為柴油機(jī)上其他傳感器的故障分析提供了參考。

一、油壓傳感器原理和結(jié)構(gòu)組成

      油壓傳感器是通過壓阻效應(yīng)將壓力信號轉(zhuǎn)化為電信號的裝置，其作用是壓力傳感器用來進(jìn)行壓力測量及控制，它可以對待測的壓力進(jìn)行精確的測量并適時將參數(shù)結(jié)果傳送至控制器中。

      油壓傳感器主要由取壓器、變送電路及電氣輸出接口三大部分組成。取壓器的基本結(jié)構(gòu)均為通過條狀電阻感應(yīng)壓力變化，同時通過惠斯通電橋結(jié)構(gòu)將阻值變化放大轉(zhuǎn)化為壓差，然后傳送至變送電路內(nèi)進(jìn)行濾波、放大等處理。在油壓的檢測過程中，其溫度變化不可避免，通常在惠斯通電橋的四個電阻條以外單獨做一條溫敏電阻，以同步檢測敏感電阻所在區(qū)域的溫度變化，為后續(xù)的溫漂修正提供溫度值。同時，為了防止油壓的過沖擊的影響，有些產(chǎn)品在取壓器前端做一個倒漏斗式的入口，可以很明顯的避免和減少油壓過沖的影響。常用的油壓傳感器其主體結(jié)構(gòu)為阻尼器（可選）、螺紋接口、取壓器、變送電路、不銹鋼外殼、轉(zhuǎn)接頭、電氣接口等組成。

      未來的技術(shù)發(fā)展將對油壓傳感器提出更高的要求，其產(chǎn)品特性將向微型化、智能化、專業(yè)化的方向發(fā)展。微型化的發(fā)展方向有益于壓力傳感器的OEM，減小傳感器的體積將使得其在整機(jī)的設(shè)計中有更大的可選擇性；智能化的發(fā)展方向避免了后續(xù)設(shè)備對傳感器輸出結(jié)果的再處理；應(yīng)用于不同領(lǐng)域的專業(yè)化的油壓傳感器的發(fā)展，突出不同行業(yè)的應(yīng)用，對油壓傳感器的電路設(shè)計，整體設(shè)計提出了更好的要求（如應(yīng)用于柴油機(jī)燃燒室內(nèi)部的油壓傳感器要求傳感器工作溫度范圍高達(dá)700℃）。

圖1  機(jī)油壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

二、油壓傳感器種類

      根據(jù)不同的取壓器形式，可以分為應(yīng)變片式油壓傳感器、陶瓷式油壓傳感器以及濺射薄膜式油壓傳感器三種。

1、應(yīng)變片式油壓傳感器

      應(yīng)變片式油壓傳感器的特點是其成本低，且適宜于大批量生產(chǎn)。此種油壓傳感器利用單晶硅的壓阻效應(yīng)，通過惠斯通電橋結(jié)構(gòu)放大壓力導(dǎo)致的電阻量變化，從而轉(zhuǎn)化為較終的電壓或電阻輸出。對于應(yīng)變片材料本身來說，其壓阻效應(yīng)相較于金屬和陶瓷而言更加明顯，因此應(yīng)變片式油壓傳感器除了具有成本低及適宜于大批量生產(chǎn)的優(yōu)點意外，還具有測量范圍寬、靈敏度高、輸出信號強(qiáng)等特點，在低壓值的傳感器中應(yīng)用較廣。應(yīng)變片式油壓傳感器的一個顯著的缺點是，應(yīng)變片材料本身的強(qiáng)度不足，如果環(huán)境中有較強(qiáng)的壓力沖擊，容易直接將應(yīng)變片擊穿，對整個油壓控制系統(tǒng)造成損害。當(dāng)前的使用中，一般應(yīng)用油或真空將其隔離，以期保證后續(xù)電路系統(tǒng)的安全性。

2、陶瓷式油壓傳感器

       陶瓷式油壓傳感器的核心元件為陶瓷芯體。陶瓷為一種具有抗腐蝕和抗震動等特色的材料，同時其熱穩(wěn)定性要由于應(yīng)變片材料，其較優(yōu)工作溫度范圍可達(dá)-40℃到125℃（相比較而言，應(yīng)變片的較優(yōu)工作溫度范圍為-20℃到85℃），且具有長期熱穩(wěn)定性。其一般的測量原理為，將厚膜電阻片制作在陶瓷薄膜表面，陶瓷薄膜受壓變形后厚膜電阻的阻值相應(yīng)的發(fā)生變化，從而輸出端壓差的存在。通過一定的校準(zhǔn)后，陶瓷式油壓傳感器具有長期的溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性，同時其可應(yīng)用于氣壓和水壓的測量。

3、濺射薄膜式油壓傳感器

       濺射薄膜式油壓傳感器是將厚膜電路采用濺射的方法制作在不銹鋼薄片的表面。由于濺射本身技術(shù)的優(yōu)越性，厚膜電路和不銹鋼之間通過分子鍵鍵合，具有長期的穩(wěn)定性。當(dāng)前應(yīng)用廣泛的高壓油壓傳感器，大部分均為濺射薄膜式油壓傳感器，雖然其制造成本高，但由于其精度高，長期穩(wěn)定性好，溫度敏感性好，從而廣泛應(yīng)用于船舶、發(fā)電機(jī)組。

三、油壓傳感器實際案例分析

      機(jī)油壓力溫度傳感器利用壓力及熱敏電阻溫度傳感技術(shù)輸出電信號，信號被ECU采集從而實現(xiàn)測量機(jī)油壓力和機(jī)油溫度的功能。作為電子元件，機(jī)油壓力溫度傳感器故障類型主要表現(xiàn)為信號不連續(xù)、缺失、靈敏度下降和不能準(zhǔn)確反映實際參數(shù)值等，導(dǎo)致ECU控制柴油機(jī)進(jìn)入跛行回家狀態(tài)，并可能使其熄火進(jìn)行自我保護(hù)。前期出廠試驗過程中，多臺某型柴油機(jī)機(jī)油壓力溫度傳感器就出現(xiàn)此類故障，導(dǎo)致柴油機(jī)轉(zhuǎn)速突降，功率不足等問題。下面結(jié)合故障案例，逐層剖析，對該問題進(jìn)行了研究與分析。

      某型柴油機(jī)在出廠試驗過程中多次出現(xiàn)轉(zhuǎn)速突降、功率不足的問題，ECU故障報錯為傳感器供電錯誤，通過排查、更換機(jī)油壓力溫度傳感器后故障排除，但造成傳感器故障的具體原因不明確，存在較大質(zhì)量隱患。

1、傳感器特征點關(guān)系

       首先依據(jù)傳感器圖紙?zhí)峁┑奶匦詤?shù)對故障件進(jìn)行了檢測。特征點輸出關(guān)系如下：

（1）溫度特性在- 10℃時，其電阻為9395±380Ω；在20℃時，其電阻為2499±84Ω；在80℃時，其電阻為322.5±7.5Ω。

（2）壓力特性在絕對壓力50kPa下，其電壓為0.5V；在絕對壓力100kPa下，電壓為0.71V；在絕對壓力1000kPa下，電壓為4.5V。

圖2  機(jī)油壓力傳感器溫度特性曲線圖

圖3  機(jī)油壓力傳感器壓力特性曲線圖

2、特性輸出檢測結(jié)果

（1）1#油壓傳感器在下故障檢測結(jié)果：

① 在常溫25℃/壓力50kPa下，其電壓0.505V；在壓力366.7kPa下，其電壓1.818V；在壓力683.3kPa下，其電壓3.142V；在壓力1000kPa下，其電壓4.499V。

② 在常溫125℃/壓力50kPa下，其電壓0.526V；在壓力366.7kPa下，其電壓1.830V；在壓力683.3kPa下，其電壓3.123V；在壓力1000kPa下，其電壓4.506V。

（2）2#油壓傳感器在下故障檢測結(jié)果：

       在常溫25℃或125℃等任何情況下，其電壓均為零。

（3）3#油壓傳感器在下故障檢測結(jié)果：

① 在常溫25℃/壓力50kPa下，其電壓0.506V；在壓力366.7kPa下，其電壓1.819V；在壓力683.3kPa下，其電壓3.144V；在壓力1000kPa下，其電壓4.494V。

② 在常溫125℃/壓力50kPa下，其電壓0.529V；在壓力366.7kPa下，其電壓1.835V；在壓力683.3kPa下，其電壓3.114V；在壓力1000kPa下，其電壓4.496V。

      從以上數(shù)據(jù)分析，1、3號傳感器符合溫度及壓力特性；2號傳感器輸出信號異常，需要進(jìn)一步確認(rèn)分析。通過觀察發(fā)現(xiàn)2號傳感器柔性導(dǎo)電板有破損，但拆除柔性導(dǎo)電板后，對PCB線路板通電，輸出電壓依然為0，因此柔性導(dǎo)電板不是失效的原因，對電路圖進(jìn)行逐項排查，發(fā)現(xiàn)一個原5.1kΩ的電阻變?yōu)?/span>800kΩ，相當(dāng)于斷路，顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)電阻有裂痕，并聯(lián)5.1kΩ電阻后傳感器恢復(fù)正常。

       現(xiàn)場排查傳感器生產(chǎn)線，從分離前的線路板可以發(fā)現(xiàn)，分板工序手工操作風(fēng)險度高，若刻意按壓5.1kΩ的電阻確實會出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，在柴油機(jī)振動情況下電阻裂口逐漸加大，阻值隨之增大形成斷路，較終出現(xiàn)2號傳感器故障模式。

3、振動檢測與裝機(jī)復(fù)試

      因2號故障件電阻斷路與振動相關(guān)，將特性檢測沒有異常的1、3號傳感器做振動測試，第一次完成后傳感器輸出信號正常。為確定傳感器在柴油機(jī)上的狀態(tài)，進(jìn)行裝機(jī)測試。

      傳感器1在出廠試驗中，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速突然由15000r/min降至699r/min，柴油機(jī)扭矩由799.3N·m下降至107N·m，機(jī)油壓力由530kPa下降至286kPa(1號故障件故障碼：0235，故障描述：傳感器供電1錯誤)。前述故障更換機(jī)油壓力溫度傳感器后恢復(fù)正常。

      將1、3號傳感器安裝在振動臺上，再次進(jìn)行振動測試3，初始傳感器輸出信號正常，振動過程中兩個傳感器出現(xiàn)無信號輸出現(xiàn)象，故障再現(xiàn)但并非持續(xù)存在。在裝機(jī)測試過程中通過對傳感器故障件輸入、輸出端進(jìn)行實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)傳感器電源輸入端V+與地線GND間發(fā)生短路。

4、油壓傳感器故障維修注意事項

（1）機(jī)油壓力傳感器檢測溫度為-10℃~40℃；

（2）嚴(yán)格禁止帶電插拔機(jī)油壓力傳感器接插件，否則有可能造成機(jī)油壓力傳感器失效；

（3）嚴(yán)格禁止用扳手敲打機(jī)油壓力傳感器任何部位；

（4）禁止用手直接觸摸接插件端子；

（5）建議采用套筒扳手搭配規(guī)格為24mm的套筒頭拆卸機(jī)油壓力傳感器，不建議使用固定

開口扳手；

（6）拔出接插件時，請先往外輕拉卡鎖，再向上拔出接插件，禁止用手直接拉拽機(jī)油壓力傳感器接插件線束。

總結(jié)：

      本文分析了電控柴油機(jī)出廠試驗時的機(jī)油壓力傳感器故障，由于傳感器線路焊接不良引發(fā)短路，較終引起柴油機(jī)功率不足。鑒于柴油機(jī)及整車上各類傳感器使用較多，其故障模式與其他傳感器也有一定共性，其過程分析方法及解決措施可為今后快速排除此類故障提供一些參考，具有推廣借鑒意義。