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科普‖一文读懂应用于严苛工况下的压差传感器

   2022-11-25 网易1590
核心提示:在体积小、重量轻的MEMS传感器中,有这么一类产品,可用于发动机低压废气再循环EGR和颗粒捕集器GPF系统中,它们就是压差传感器系
 在体积小、重量轻的MEMS传感器中,有这么一类产品,可用于发动机低压废气再循环EGR和颗粒捕集器GPF系统中,它们就是压差传感器系列。在压差传感器领域,最大的玩家当属森萨塔科技了,它是一家发展历史超过一百年的全球先进的工业科技公司,为关键任务类型传感器提供解决方案,在压差传感器上积累了20年的经验,从工程研发到测试验证和失效分析全方位的能力都得到了市场的充分检验和认可。

 

压差传感器的分类

森萨塔科技的压差传感器分为单模压差传感器DPS和双模压差传感器,双模压差传感器又分为两类:双表压压差传感器DRS、双绝压压差传感器DAS。这三种压差传感器所使用的敏感元件都是由森萨塔科技自主设计并独家定制的,它们测量的介质都是高腐蚀性的废气,除此之外,三种压差传感器又稍有不同。

 

 

单模压差传感器

 

 

双模压差传感器

 

单模压差传感器DPS仅使用一个相对压力敏感元,敏感元的两侧分别接触上下游压力并直接测量压差信号。

双表压压差传感器DRS采用两个相对压力敏感元,这两个敏感元的背面面向相同的环境压力,正面分别感应上游相对压力和下游相对压力,经ASIC处理后,可以选择输出压差加下游相对压力或者上游相对压力加下游相对压力两种信号组合。

双绝压压差传感器DAS采用两个绝对压力敏感元,这两个敏感元的背面面向相同的环境压力,正面分别感应上游绝对压力和下游绝对压力,经ASIC处理后,可以选择输出压差加下游绝对压力或者上游绝对压力加下游绝对压力两种信号组合。

 

压差传感器的应用

压差传感器的主要应用场景有两种:颗粒捕集器GPF应用以及低压废气再循环EGR应用。

 

针对颗粒捕集器GPF应用,单模压差传感器DPS仅提供颗粒捕集器上下游的压差信号,用于GPF的再生判断和一些故障诊断,比如GPF堵塞或者泄露等,目前被一些日本和欧洲主机厂广泛采用。双模压差传感器DRS/DAS除了能输出压差信号外,还能直接输出下游压力信号,对GPF系统故障诊断能力增强,目前被国内主机厂普遍采用。

 

针对低压废气再循环EGR应用,单模压差传感器DPS仅提供低压废气再循环上下游的压差信号。双模压差传感器DAS可以输出压差加下游压力或者上游压力加下游压力两种组合信号。

 

相对于GPF应用而言,低压EGR应用里的压差传感器面临几个新的挑战:

•取气通常在GPF过滤之前,因此传感器低压端的介质腐蚀性比GPF下游强。

•由于EGR参与发动机工况更加复杂,一些取气位置和EGR阀开闭状态组合下可能会对传感器内部造成更严重的颗粒物污染。

•相比于GPF,EGR应用里传感器的工作温度和所处冷凝状况也会有所差异甚至更恶劣。

•EGR应用对传感器提出了更高的精度要求,关键工况下必须达到±0.5kpa,收严了一半。

 

压差传感器的特性

鉴于废气应用中面临的严峻挑战,对压差传感器提出了严苛的要求。森萨塔科技的压差传感器具备以下特性:

 

第一,优越的排水和抗结冰性能。由于尾气应用中会出现冷凝水,因此需要优化压力腔体设计,实现靠重力自排水,并且通过管路系统的压力波动,传感器内壁的水膜能够自动破裂,这样即使有少量残余液体结冰,也能防止传感器输出错误或者永久损坏。

第二,强耐酸性能。由于尾气中含有酸性介质,会导致保护胶变质或者感压元件受损,因此,要求传感器能够通过不同的酸性介质耐受测试,比如酸液滴落、酸液蒸发和酸液压力循环测试等。

第三,对碘甲烷耐受性能。由于与传感器连接的胶管中可能存在对碘甲烷,也会导致保护胶变质或者感压元件受损,因此,要求传感器能够顺利通过对碘甲烷蒸发耐受测试。

第四,强耐温度冲击性能。由于应用中路况和环境的不同会导致产品的工作温度恶化(比如温度急剧变化或者出现持续高温等),因此,传感器需要经受住不同类型的长时间的温度耐受试验(比如-40度到140度的温度冲击耐久和140度高温耐久等测试)。

 

以上提到的四个方面并非森萨塔科技压差传感器设计和验证的所有要点,但足可见其挑战性。

 

压差传感器的选型关键

无论是单模压差还是双模压差传感器,选型的时候都可以从压力端口直径尺寸、接插件类型、固定螺钉数量、测量压力范围和输出信号类型等几个方面考虑。

 

森萨塔科技通过利用丰富的工程应用经验和持续优化技术创新,不断满足客户对压差传感器的更多需求。

 
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