霍爾傳感器:目前汽車上應用的磁傳感器大多基于霍爾效應的原理,簡稱為霍爾傳感器。主要用來測量運動量,如位臵、角度、速度、電流等,分為霍爾開關、位臵霍爾(線性 / 角度 /3D)、轉速霍爾、電流霍爾及導航系統(tǒng)磁力計等類型。
霍爾傳感器的測量原理——霍爾效應是指當電流通過磁場中的霍爾元件時,磁場會對霍爾元件中的電子產生垂直于電子運動方向的作用力,使得在垂直導體與磁感線方向正負電荷聚集,形成霍爾電壓。
霍爾傳感器的測量原理是運動切割磁感線引起磁場以及感應電流的變化,最終導致霍爾電壓的變化,依據(jù)該變化來探測目標的運動狀態(tài)變化。
圖:霍爾效應原理圖
xMR 磁阻:AMR、 GMR、 TMR 均基于磁阻原理,作為下一代磁傳感器技術,憑借性能優(yōu)勢,滲透率正日益提升。目前 AMR/GMR 技術已經(jīng)在輪速、方向盤轉角 / 扭矩、電子節(jié)氣門位臵、曲軸和凸輪軸轉速等傳感器領域得到規(guī)?;瘧?。
TMR 傳感器的性能提升十分顯著,利用磁性多層膜材料的隧道磁電阻效應,與霍爾元件、 AMR、 GMR 相比, 優(yōu)勢突出:
第一, 溫度性能好,前端模塊電鍍了納米厚度的氧化層, 而不是半導體;
第二, 電流功耗小,從霍爾的 5-20mA 減少到 μA 級別;
第三, 敏感性很強,規(guī)模上量后成本更低, 霍爾元件需要用釹鐵硼等強力磁鐵。
TMR 傳感器將憑借突出的產品性能, 在高要求應用場景替代霍爾傳感器:
1、 角度、轉速、位臵類傳感器:包括 BLDC 轉子位臵、方向盤轉角、輪速、節(jié)氣門位臵、曲軸 / 凸輪軸角度等功能安全等級要求非常高的應用場合。
2、 液位傳感器:TMR 取代干簧管, 干簧管容易破裂、 一致性差、 成本較高, TMR 靈敏度高、成本低、克服破碎問題。
化學傳感器
氧傳感器:汽車中一般設臵前氧和后氧兩個氧傳感器。前氧傳感器檢測混合排氣中氧的含量, 并反饋給發(fā)動機 ECU修正噴油量,控制混合氣的空燃比在理論值附近,使三元催化達到效率最高。后氧傳感器檢測催化轉化后混合氣體中的氧含量,用來判定三元催化轉化器是否失效。
圖:氧傳感器工作原理
氮氧化物傳感器:氮氧化物傳感器主要應用在柴油車后處理 SCR 系統(tǒng)(Selective Catalytic Reduction System),用于檢測尾氣催化還原之后NOx 的含量是否滿足排放要求。
溫度傳感器
汽車上普遍用熱敏電阻來測量溫度,可分為 PTC 和 NTC 兩類。
NTC: 電阻隨溫度升高而降低,主要用來測量氣體、液體、環(huán)境溫度,包括冷卻液、進氣管、空調蒸發(fā)器出口、車內外等溫度檢測。
PTC: 超過一定溫度時,電阻明顯增大, 主要用于過流保護、溫度限制、加熱等場景,如電機保護傳感器。
面對高溫場合,如發(fā)動機排氣歧管、三元催化器溫度高達 800℃以上, 傳統(tǒng)的熱敏電阻無法滿足要求,通常采用鉑電阻溫度傳感器進行測量。