任务2认知汽车基本电气元件文档格式.docx
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0.00013
铁铝铬合金
1.4
0.00008
铂
0.106
0.00389
电阻率ρ是反映材料导电性能大小的系数。
由表1-1可见,银、铜、铝的电阻率很小,表示其对电流的阻碍小,导电能力强。
因此,常用铜或铝来制造导线和电器设备的线圈。
银的电阻率最小,但因价格昂贵,因而只有在特殊要求的场合使用,如电器触头等。
镍铬、铁铬铝合金的电阻率很大,而且耐高温,常用来制造发热器件的电阻丝。
2.电阻与温度的关系
人们在生产实践或科学实验中发现,导体的电阻还与温度的变化有关。
一般可分为三种情况。
第一类导体电阻随温度的升高而增加,如银、铝、铜、铁、钨等金属。
第二类导体电阻随温度升高而减小,如电解液、碳素和半导体材料,第三类导体的电阻几乎不随温度改变而变化,如康铜、锰钢、镍铬合金等。
因此用电阻温度系数来反映材料电阻受温度影响的程度。
常见材料的电阻温度系数见表1-1。
工程上,通常用电阻温度系数极小的康铜、锰铜制造标准电阻、电阻箱以及电工仪表中的分流电阻和附加电阻等。
金属导体的电阻随温度变化的特性还可用于温度的测量。
例如金属铂,它是一种贵重金属,电阻温度系数较大,且熔点高,因而常用于制造铂电阻温度计,一般测温范围为-200℃~+850℃。
通常金属导体的电阻随温度的升高而增加,它们的关系是
R2=R1
(1-9)
t1—参考温度(通常为20℃)
t2—导体实际温度(℃)
R1—t1时的电阻(Ω)
R2—t2时的电阻(Ω)
α—电阻温度系数(1/℃)
3.线性电阻与非线性电阻
电阻元件的端电压u与通过该元件的电流i之间的函数关系,用u=f(i)来表示,在坐标平面上表示电阻元件的电压电流关系曲线称为伏安特性曲线。
根据伏安特性的不同,电阻元件分两大类:
线性电阻和非线性电阻。
线性电阻元件的端电压u与电流i符合欧姆定律,即u=Ri,其中R是一个常数,其伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线,如图1-11(a)所示。
该直线的斜率只与元件的电阻R有关,与元件两端的电压u和通过该元件的电流i无关。
非线性电阻元件的端电压u与电流i的关系是非线性关系,其阻值R不是一个常数,随着电流或电压的变化而变化,其伏安特性曲线是一条通过坐标原点的曲线。
如图1-11(b)所示的是一个例子。
非线性电阻种类繁多,常见的如白炽灯丝、普通二极管、稳压二极管等。
(a)线性电阻的伏安特性
(b)非线性电阻的伏安特性举例
图1-11电阻元件的伏安特性
4.电阻的特性
图1-12电阻关联参考方向
在关联参考方向下,如图1-12所示,电阻元件的功率
P=ui=Ri2=
≥0(1-10)
由式(1-10)可知:
电阻总是消耗能量的。
5.电阻的分类
(1)按阻值特性分为固定电阻、可调电阻、特种电阻(敏感电阻)。
不能调节的,我们称之为定值电阻或固定电阻,而可以调节的,我们称之为可调电阻。
常见的可调电阻是滑动变阻器,例如收音机音量调节的装置是个圆形的滑动变阻器。
主要应用于电压分配的,我们称之为电位器.
(2)按制造材料分为碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻,无感电阻,薄膜电阻等。
薄膜电阻是用蒸发的方法将一定电阻率材料蒸镀于绝缘材料表面制成。
(3)按安装方式分为插件电阻、贴片电阻。
(4)按功能分分为负载电阻,采样电阻,分流电阻,保护电阻等。
6.电阻器的标称方法
在使用电阻器时,需要了解它的主要参数。
对电阻器需知道其标称阻值、功率、允许偏差。
电阻器的标称值和允许偏差一般都标在电阻体上,而在电路图上通常只标出标称值。
按部颁标准规定,电阻值的标称值为表1-2所列数字乘以10n欧,其中,n为正整数、负整数或零。
表1-2电阻器的标称值
系列
允许误差
电阻器的标称值
E24
I(±
5%)
1.0,1.1,1.2,1.3,1.5,1.6,1.8,2.0,2.2,2.4,2.7,3.0,3.3,3.6,3.9,4.3,4.7,5.1,5.6,6.2,6.8,7.5,8.2,9.1
E12
Ⅱ(±
10%)
1.0,1.2,1.5,1.8,2.2,3.0,3.9,4.7,5.6,6.8,8.2
E6
Ⅲ(±
20%)
1.0,1.5,2.2,3.3,4.7,6.8
电阻的标称方法分为下列4种。
(1)直标法。
直标法是将一种常见的标注方法,特别是在体积较大(功率大)的电阻器上经常采用此法。
它将该电阻器的标称值和允许偏差、型号、功率等参数直接标注在电阻器表面,如图1-13(a)所示。
在4种表示方法中,直标法使用最为方面。
(2)文字符号法。
文字符号法和直标法相同,也是直接将有关参数标电阻器上,如将5.7KΩ电阻器标成5K7,其中K既做单位,又做小数点。
文字表示法中,偏差通常用百分数表示,如图1-13(b)所示,该电阻器阻值为100KΩ,偏差为±
1%。
附图1-13(c)所示为碳膜电阻,阻值为1.8KΩ,偏差为±
20%,其中用级别符号Ⅱ表示偏差。
△RJ1W
51KΩ±
5%
RJ7
100K1%
RT
1K8Ⅱ
(a)直标法
(b)文字符号法Ⅰ
(c)文字符号法Ⅱ
图1-13电阻器的直标法和文字符号法
(3)数码法。
数码法是指在电阻器上用三位数码表示标称值的标志方法。
数码从左到右,第一、二位为有效值,第三位为指数,即零的个数,单位为欧姆。
允许误差通常采用文字符号表示。
(4)色环表示法。
色环表示法就是将不同的颜色的色环涂在电阻上来表示电阻的值及允许的误差。
四色环电阻表示如图1-14所示。
紧靠电阻端的为第一色环,其余依次为第二、三、四色环。
第一道色环表示阻值的第一位有效数字,第二道色环表示阻值的第二位有效数字,第三道色环表示阻值的阻值末尾加几个零。
第四道色环表示阻值的误差。
图1-14四色环电阻
四色环电阻色环各位的含义如表1-3所示。
表1-3四色环电阻色环各位的含义
颜色
一环
二环
三环
四环
棕
1
101
±
1%
红
2
102
2%
橙
3
103
黄
4
104
绿
5
105
0.5%
蓝
6
106
0.25%
紫
7
107
0.1%
灰
8
108
白
9
109
黑
100
金
10-1
5%
10-2
10%
无色
20%
速记口决:
棕1、红2、橙为3、4黄、5绿、6为蓝、紫7、灰8、9雪白、黑色为0、须牢记。
例如,某电阻的四色环分别是棕、红、红、金,则其电阻值为12×
102=1.2KΩ;
误差为±
5%,表示电阻值在标准值1200Ω上下5%范围内波动是允许的,即在1140Ω∽1260Ω之间都是合格的电阻。
五环电阻:
五环电阻器为精密电阻,它属于金属膜电阻,误差环颜色有棕、红、绿、蓝、紫、金、银、7种颜色,在五环电阻中两端色环总有一个色环离电阻体的边缘更近些,这条色环就是第一道色环,其余依次为第二、三、四、五色环。
第一、二、三环是有效数字,第四环是0的个数(或倍乘数),第五为误差,注意“黑色不能在第一环”。
五环电阻表示如图1-15所示。
图1-15五环电阻表示法
五色环电阻色环各位的含义如表1-4所示。
表1-4五色环电阻色环各位的含义
五环
例如,某电阻的五色环分别是红、红、黑、棕、金,则其电阻值为220×
101=2.2KΩ;
5%。
7.电阻器额定功率的识别
电阻器额定功率指电阻器在直流或交流电路中,长期连续工作所允许消耗的最大功率,有两种标志方法:
功率1W或大于1W的电阻器,一律以阿拉伯数字标出;
1W以下的电阻,以自身体积大小来表示功率。
常用的有0.05W、0.125W、0.25W、0.5W、1W、2W、3W、5W、7W、10W,在电路图中非线绕电阻器额定功率的符号采用如图1-16所示的符号。
图1-16电阻器额定功率电路符号
8.电位器
电位器是常用的电子元件之一,种类较多,特性不同。
电位器的阻值是可调的,它所用的材料与固定电阻器相同。
每个电位器的外壳上都标有阻值,这是电位器的标称值,它是指电位器的最大电阻值。
常见的电位器有直线式(X型)、指数式(Z型)、对数式(D型)。
三种形式的电位器其阻值随活动触点的旋转角度变化的曲线如图1-17所示。
图中纵坐标表示当某一角度时的实际电阻数值与电位器总电阻值的百分数,横坐标是旋转角与最大旋转角的百分数。
图1-17电位器旋转角与实际阻值的变化关系
X型电位器,其阻值变化与转角成直线关系,也就是电阻体上导电物质的分部是均匀的,所以单位长度的阻值相等。
它适用于一些要求均匀调节的场合,如分压器、偏流调整等电路。
Z型电位器在开始转动时阻值变化较小而在转角接近最大转角一端时,阻值的变化就比较显著,适合与音量控制电路,因为人耳对较小的声音稍有增加时,感觉很灵敏,但声音大到某一值后,即使声音功率有了较大的增加,人耳的感觉却变化不大。
因此,采用这种电位器作音量控制,可获得音量与电位器转角近似于线性的关系。
D型电位器的阻值变化与Z型正好相反,它在开始转动时阻值变化很大,而在转角接近最大值附近时,阻值变化就比较缓慢。
它适用于音量控制等电路。
1.2.2特殊电阻器及其在汽车上的应用
1.热敏电阻
热敏电阻是一种用陶瓷半导体制成的温度系数很大的电阻体,在工作温度范围内,按陶瓷半导体的电阻与温度的特性关系,热敏电阻可分为三种类型,如图1-18所示。
图1-18热敏电阻的温度特性
(1)负温度系数热敏电阻(NTC)。
其电阻值随温度升高而减小。
这种电阻是由镍、铜、钴、锰等金属氧化物按适当比例混合后,高温烧结而成的,现广泛用于汽车发动机冷却水温度传感器、进气温度传感器、机油温度传感器和空调用温度传感器中。
(2)正温度系数热敏电阻(PTC)。
其电阻值随温度升高而按指数函数增加。
这种电阻在汽车发动机、仪器、仪表等测温感温部件中广泛应用。
(3)临界温度系数热敏电阻(CTR)。
其电阻值随温度升高而按指数函数减小。
现以红旗轿车冷却液温度传感器为例来了解热敏电阻。
红旗轿车冷却温度传感器用一个负温度系数的热敏电阻作为检测元件的。
当冷却液温度升高时.传感器的电阻值随之减小;
反之,当冷却液温度降低时,传感器的电阻值增大。
红旗轿车的冷却液温度传感器电阻与温度的关系如表1-5所示。
表1-5红旗轿车冷却温度传感器与温度的关系
温度(℃)
-20
60
80
120
电阻(Ω)
15080
5800
603
327
187
114
热敏电阻式温度传感器,具有体积小、灵敏度高、安装简单、价格低廉的特点。
因此,在汽车电子控制系统中,这种温度传感器是应用最广泛的传感器之—。
2.光敏电阻
光敏电阻是利用半导体光电导效应制成的一种特殊电阻,对光线十分敏感,它的电阻值能随着外界光照强弱(明暗)变化而变化。
它在无光照射时,呈高阻状态;
当有光照射时,其电阻值迅速减小。
汽车中的光电式光量传感器中就采用了光敏电阻——硫化镉(CdS)光导电元件,应用了光照强度能引起电阻值变化的特性。
当光线照射硫化镉(CdS)时,若周围环境暗时则电阻值大,若周围环境亮时电阻值则变小。
光量传感器通过硫化镉(CdS)光导电元件,将周围光照的变化转换为电阻值的变化,并以电信号的形式输入给控制器。
光电元件硫化镉特性如图1-19所示。
图1-19硫化镉的特性
光电式光量传感器在汽车上可用于各种灯具亮、熄的自动控制。
光电式光量传感器的结构如图1-20所示。
在该传感器中,光电元件硫化镉为多晶硅结构,在传感器中把硫化镉作成曲线形状,目的是增大与电极的接触面积,从而提高该传感器的灵敏度。
灯光控制器安装在仪表板的上方,到傍晚时,它使尾灯点亮,当天色变得更暗时,前照灯被点亮。
当对方来车时,还具有变光功能,这些都是自动完成的。
图1-20光电式光量传感器的结构
1.2.3电容
1.电容元件及其特性
电容元件是从实际电容器抽象出来的电路模型。
实际电容器通常由两块金属板中间充满介质构成,电容器加上电压后,两块极板上将出现等量异种电荷,并在两极间形成电场,储存电荷和电场能。
电容器极板上储存的电荷量q与外加电压u成正比,即
C=
(1-10)
C—电容,是表征电容元件特性的参数。
在国际单位制里,电容的单位是法拉,简称法,符号是F,由于法拉这个单位太大,所以常用的电容单位有毫法(mF)、微法(μF)、纳法(nF)和皮法(pF)等,换算关系是:
1法拉(F)=103毫法(mF)=106微法(μF)
1微法(μF)=103纳法(nF)=106皮法(pF)。
图1-21电容元件
如图1-19所示,当电容上的电压与电流取
关联参考方向时,有
i=
=C
(1-11)
式(1-11)表明,电容元件上通过的电流与元件
两端的电压对时间的变化率成正比。
电压变化越快,电流越大。
当电容元件两端加恒定电压时,因
=0,i=0,这时电容元件相当于开路,所以电容元件有隔直流的作用。
将式(1-11)两边乘以u并积分,可得电容元件极板间储存的电场能量为
WC=
=
Cu2(1-12)
式(1-12)说明,电容元件在某一时刻储存的电场能量与元件在该时刻所承受的电压的平方成正比,与电流无关。
电容元件不消耗能量,是储能元件。
2.电容器的标称方法
就是在电容器的表面上直接标出容量大小和耐压值。
如某电容“CD11——10μF25V”该电容为电解电容,容量为10μF,耐压25V。
用2~4位数字与字母混合表示电容的容量的,字母有时表示小数点(字母放在数字中间)。
例:
2P2容量为2.2PF,1F2容量为1.2F,15p容量为15pF。
(3)三位数表示法。
前两位数表示有效数字,第三位表示有效数字后面零的个数,它们的单位都是pF。
103容量为10000pF,201容量为200pF,683容量为68000pF,104容量为10000pF。
(4)色表法。
电容器的色标法与电阻的色标法大致相同。
各颜色对应的参数值见表1-2或1-3。
例子如图1-22所示。
图1-22电容器的色标表示法
3.电容器的两个重要特性
(1)阻隔直流电通过而允许交流电通过的特性。
(2)充电和放电特性。
①电容器的充电。
充电过程中,随着电容器两极板上所带的电荷量的增加,电容器两端电压逐渐增大,充电电流逐渐减小,当充电结束时,电流为零,电容器两端电压等于电源电压。
②电容器的放电。
放电过程中,电路中的电流从最大逐渐变成零,电容器两端的电压从最大慢慢变成零。
4.电容器的额定直流工作电压
额定直流工作电压指在线路上能够长期可靠地工作而不被击穿时所能承受的最大直流电压(又称耐压)。
额定直流工作电压的大小与介质的种类和厚度有关。
如果电容器用在交流电路中,则应注意所加的交流电压的最大值不能超过额定直流工作电压。
电容器所承受的电压不能超过额定电压。
在汽车上,虽然蓄电池的电压是12V,但有些电路上有超过300V的高电压,因此选用电容器时要认真研究工作状态,选用额定电压有足够余量的电容,当环境温度很高时,电容器会加速老化,所以在可靠性有要求的部件上,一般要选用云母、聚酯电容器。
5.电容器在汽车上的典型应用
电容器是广泛应用于汽车电气系统的电路元件之一,用于隔直流、耦合交流、旁路交流、滤波、定时和组成振荡电路等。
1)电容式中控门锁系统
电容式中控门锁电路如图1-23所示。
其工作原理如下:
正常状态时,蓄电池给电容器C1充电。
其电路为蓄电池→熔断器2→电阻R1→电容器C1→搭铁→蓄电池负极。
(1)车门锁定。
当按下门锁开关4时,电容器C1放电,使锁门继电器线圈5有电流通过,继电器触点闭合;
此时,门锁执行器L1的电路接通而动作,通过操纵机构将车门锁定。
当电容器C1放电到一定程度时,锁门继电器线圈断电,门锁执行器的电路被切断。
另外,当按下门锁开关4时,电容器C2开始充电。
(2)车门开锁。
当按回门锁开关后,电容器C2放电,使开门继电器线圈6有电流通过,继电器触点闭合;
此时,门锁执行器L2的电路接通而动作,通过操纵机构将车门开启。
当电容器C2放电到一定程度时,开门继电器线圈断电,门锁执行器的电路被切断。
另外,当按回门锁开关时,电容器C1开始充电,回到原始状态。
1-接蓄电池;
2-熔断器;
3-热敏断电器;
4-门锁开关;
5-锁门继电器;
6-开门继电器;
7-接其他门锁(锁);
8-接其他门锁(开);
9-门锁执行器
图1-23电容式中控门锁电路
2)电容式闪光器
电容式闪光器主要由继电器和电容器组成。
电路结构如图1-24所示。
继电器铁心上绕有串联线圈3和并联线圈4,电容器是大容量电解电容器5(约1500μF)。
电容式闪光器是根据电容器充电、放电特性使继电器串联线圈和并联线圈的电磁力时而相加,时而相减,致使触点2周期性的开和闭,从而使转向信号灯和转向指示灯闪烁。
1-弹簧片;
2-触点;
3-串联线圈;
4-并联线圈;
5-电容器;
6-灭弧电阻;
7-转向灯开关;
8-右转向信号灯;
9-右转向指示灯;
10-左转向指示灯;
11-左转向信号灯
图1-24电容式闪光电路
1.2.4电感
1.电感元件及其特性
电感元件是从实际电感线圈抽象出来的电路模型。
当电感线圈通以电流时,将产生磁通,在其内部及周围建立磁场,储存磁场能量。
当忽略导线电阻及线圈匝及匝之间的电容时,可将其抽象为只具备储存磁场能量性质的电感元件。
电感上的磁链与电流成正比,即
L=
(1-13)
L—电感,是表征电感元件的特征参数。
电感的单位是亨利(H),也常用毫亨(mH)或微亨(μH)做单位。
1H=103mH,1H=106μH。
如图1-25所示,当纯电感电路中有交变电流通过时,根据电磁感应定律,线圈L上将产生自感电动势,其表达式为
eL=-L
(1-14)
其电动势e与端电压uL总是大小相等,方向相反。
即
u=-eL=-(-L
)=L
(1-15)
图1-25电感元件
式(1-15)表明,电感元件两端的电压与电流对时间
的变化率成正比。
电流变化越快,电感元件产生的自感电动势越大,与其平衡的电压也越大。
当电感元件中流过稳定的直流电流时,因
=0,eL=0,故u=0,这是电感元件相当于短路。
将(1-15)两边乘上i并积分,可得电感元件中储存的磁场能量为
WL=
Li2(1-16)
式(1-16)说明,电感元件在某一时刻储存的磁场能量,只与该时刻流过的电流的平方成正比,与电压无关。
电感元件不消耗能量,是储能元件。
2.电感元件的标称方法
为了表明电感器的不同参数,便于在生产、维修时识别和应用,常在小型固定电感器的外壳上涂上标识,其标志方法有直标法、色标法和数码法三种。
1)直标法
电感量用数字直接标注,用字母表示额定电流,用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示允许误差(允许误差含义同表1-2)。
其表示方法如表1-6所示。
表1-6电感量用数字直接标注
字母
A
B
C
D
E
意义
50mA
150mA
300mA
0.7A
1.6A
例如:
C、Ⅱ、330µ
H表示标称电感量为330µ
H、最大工作电流300mA,允许误差为±
10%。
2)色标法
色标法是指在电感器的外壳涂上各种不同颜色的环,用来标注其主要参数。
第一条色环表示电感量的第一位有效数字,第二条色环表示第二位有效数字,第三条色环表示倍乘数,第四条表示允许偏差。
数字与颜色的对应关系和色环电阻标注法相同。
例如,某电感器的色环标志分别为色环颜色分别为棕、黑、金、金的电感器的电感量为1mH,误差为5%。
3)线圈命名
(1)用拼音字母表示,如LGX型,表示小型高频电感线圈;
(2)是用字母和阿拉伯数字并列组成。
如固定电感线圈LG1系列标注方法中LG1一B一560µ
H±
10%,表示LG1型号、最大工作电流组别为B,标称电感量为560µ
H、允许误差为±
4.电感的作用
(1)做为滤波线圈阻止交流干扰(隔交通直)。
(2)可起隔离作用。
(3)与电容组成谐振电路。
(4)构成各种滤波器、选频电路等,这是电路中应用最多的方面。
(5)利用电磁感应特性制成磁性元件。
如磁头和电磁铁。
(6)制成变压器传递交流信号,并实现电压的升、降。
在电子线路中,电感线圈有通直流阻交流、通低频阻高频、变压、传送信号等作用,它与电阻器或电容器能组成高通或低通滤波器及谐振电路等;
变压器可以进行交流耦合、变压、变流和阻抗变换等。
电感在电路最常见的作用就是与电容一起,组成LC滤波电路。
我们已经知道,电容具有“阻直流,通交流”的本领,而电感则有“通直流,阻交流”的功能。
如果把伴有许多干扰信号的直流电通过LC滤波电路,如图1-26所示,那么,交流干扰信号将被电容变成热能消耗掉;
变得比较纯净的直流电流通过电感时,其中的交流干扰信号也被变成磁感和热能,频率较高的最容易被电感阻抗,这就可以抑制较高频率的干扰信号。
图1-26LC滤波电路
5.电感在汽车上的典型应用
在车内、尾灯、牌照灯及停车灯的灯丝是否断开是无法确认的,而电流传感器就可用于检测这类灯具的灯丝是否断开。
舌簧开关式电流传感器的结构原理如图1-27所示,在电流线圈的周围绕有电压线圈,在线圈的中央设置舌簧开关。
电压线圈的功能是防止电压变化时引起传感
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