空气流量传感器的发展现状

空气流量传感器的发展现状

对于测量发动机进气空气质量,其发展历史并不长久,上个世纪七十年代风门式空气流量传感器是第一个使用在汽车上的空气流量传感器〔8]。其基本原理是通过间接的测量出发动机进气空气的体积,再将测得的空气体积换算成相对应的进气空气质量流量〔9]。由于风门式空气流量传感器测量的是进气空气的体积,因此,测量出来的信号必须对其空气密度的变化进行修正,而且其测量精度也不高,安装和维修都不方便。因此,很快就被接着出现了热式空气流量传感器所代替。

热式空气流量传感器应用于汽车燃油喷射系统中约有三四十年左右,第1代车用热式空气流量传感器采用一根细铂线作为加热电阻,放在传感器的气道中作为传感器单元;第2代车用热式空气流量传感器在第一代的产品上对传感单元稍微做了一些改进,将加热铂线电阻缠绕在陶瓷或玻璃圆柱体加强了铂丝的强度,提高的产品的工作可靠性和寿命;第3代车用热式空气流量传感器与前两代产品有了很大的改变,采用薄膜式传感器,最初工程师们把加热铂电阻通过印刷的方式固定在玻璃或陶瓷基底上,后随着技术和工艺的进步,把加热铂电阻固定在微硅片基底上,例如BOSCH公司利用MEMS技术研发的热膜式空气流量传感器HFM系列产品。HFM系列产品通过不断的试验,性能得到极大的提高,在上个世纪末就已经开始批量生产,因为其良好的性能得到广泛的推广应用,目前在国内很多汽车都装配了此类传感器。

对比第1、第2代热线式空气流量传感器(HFM系列),第2代传感器的使用寿命和工作可靠性都比第1代产品提高了很多,由于进气空气中含有大量的颗粒污染物,沉淀在铂热线上,这将会大大的影响到测量结果的准确性,因此,第2代传感器还增加了自洁功能,每次当发动机停止工作时,会对铂热线供电几秒,使铂热线产生高温去除铂热线上沉淀的污染物;虽然第二代传感器可以去除一部分的污染物,但是效果不是很理想,而且通过电加热也会对测量结果产生一定的影响,为了解决污染物对测量结果的影响,设计师们研制出了基于硅基薄膜技术的第3代热膜式空气流量传感器,在传感器的气体流道中采用过滤整流等设计,使得在热膜表面极少会产生沉积物,传感器的整体可靠性、稳定性又得到了进一步的提高。基于硅基薄膜式传感器与之前的空气流量传感器相比,它对气体流量变化的响应更快,反应灵敏度更高,在进气过程的脉动气流测量上精度也更高,而且还可以识别气道内气体的流动方向,另外其控制单元中的故障诊断系统还可以识别某些流量传感器的故障。

如今的汽车传感器发展的总趋势是小型化、多功能化、集成化、智能化和系统化。热膜式空气质量流量传感器在汽车方面的应用,可以在世界范围内以很高的速度装备于电控喷射系统上,因此有着它现实的推广意义和广阔的发展市场。

近几年随着科学技术的进步特别是微机电系统(MEMS)的诞生和高速发展,给汽车传感器带来了飞速的发展,汽车传感器和电子系统也在高速的向着采用MEMS传感器的方向发展。两大汽车传感器生产巨头,PhilipSEleetr。nies公司和ContinentalTreveS公司10年销售用于汽车ABS系统的传感器芯片就达到了1亿只之多,生产上达到了一个新的里程碑。两个公司共同合作开发的有源磁场传感器,具有前瞻性技术,ContinentalTreveS公司用这种磁阻式转速传感器制作了轮速传感器,用于ABS系统,制动防滑系统等。MEMS传感器不但成本低、尺寸小、可靠性好、工作寿命就,而且可以集成在新的系统中,因此天生就十分适用于汽车传感器。MEMS传感器已经广泛应用于汽车电子:如轮胎压力监测系统(TPMS)、发动机机油压力传感器、汽车空气质量流量传感器、汽车刹车系统空气压力传感器、汽车发动机进气歧管压力传感器(TMAP)、柴油机共轨压力传感器;在其它工业应用方面也有着广阔的应用前景,对于测量管道内的流体流量这种流量传感器也同样适用,只需对传感器单元和控制电路方面进行一些改动或处理就可测量其他气体甚至液体的质量流量。例如,通过控制流量传感器加热电阻的工作温度就可以用于测量其它种类的气体的质量流量;又如,在传感器单元上镀一层二氧化硅

或其他薄膜进行绝缘处理,并对传感器整体进行密封处理,可进行管内多种液体的瞬态或稳态质量流量的测量〔21〕。由于MEMS微型传感器在降低汽车电子系统成本及提高其性能方面具有明显的优势,它们已开始逐步取代了传统的机电技术的传感器。我们相信MEMS传感器在今后的5一7年MEMS器件将大量应用到汽车系统中,成为世界汽车电子的重要构成部分。而热膜式空气质量流量传感器正是其中的一个重要代表。

相对于国外电喷技术的日益完善,在汽车上的应用越来越普遍广泛,而在我国受制于技术的限制,对汽车电子控制技术的研究起步相对比较落后,直到上个世纪末,由于电子控制技术的优点十分明显,国内一些汽车厂家开始引进和研究电控技术,他们生产的汽车也开始采用电子控制燃油喷射发动机,但是相对于国外的电控技术研究不彻底,技术也不先进〔10]。也与电喷技术类似,在国内由于受到技术和科研经费的限制,对热式空气流量传感器的研究还很少,只是在一些高校作一些研究,国家对很多传感器没有制定一个具体的规定和标准,致使大多数型号尚未实国产化[11〕

近些年来,在空气流量传感器普遍的被应用于汽车上,国内对其的研究也开始越来越重视,随着研究的深入取得了初步的进展,中国产的流量传感器大体经过四个发展阶段:

第一阶段是采用钨丝做的,由于钨丝寿命短,并且易断,所以第一阶段做的流量传感器很快就被淘汰了。

第二阶段是采用铂电阻pt20和pt1000做的流量传感器。由于铂电阻性能稳定,所以这种电路在很多厂家得到了推广,目前大多数厂家都采用第二阶段的流量传感器。由于铂电阻厚度较厚,且有一层陶瓷做基板,所以反应速度比较慢,当汽车刚启动时,车子会抖动一下,并且在一些高端汽车上不能正常使用,比如宝来车采用这种流量传感器就不能正常运转。另外铂电阻价格高,增加了流量传感器成本,因此在竟争激烈的市场,利润在一点一点的降低。

第三阶段的流量传感器是采用热膜做的流量传感器。这种探头厚度只有0.02mm,与Bosch原装流量传感器探头一样厚,反应时间小于IOmS。加40mA的电流就能升一温到

200度,因此功耗很低,寿命长。

第四阶段是采用b。Sch探头做的流量传感器,这种流量传感器的探采用复合铂电阻做成,上面有七个电阻,一个做环境温度测量用,两个做温度平衡用,另外四个组成慧斯登桥路。它能测回风,反应速度快,测量精度高。目前在国内流量计厂一家还只有一家采用这种探头设计,专做配套生产。

对于热膜式空气质量流量传感器国外一些发达国家发展的十分迅速,他们凭借着先进的半导体技术大力发展热式空气流量传感器,对其进行深入的研究并取得了很大的成果。但在国内由于受到技术和科研经费的限制,对热式空气流量传感器的研究还很少,只是在一些高校作一些研究,在国内市场上还未形成产业化,因此,为了满足国内对传感器的需求,国内很多汽车公司只好每年都要花大量资金从国外公司购买传感器零部件,回来后在国内进行组装,也有直接购买成品流量传感器。

从总体来看,我国热模式空气质量流量传感器的研究,在科研方面,基本上都是在借用国外比较成熟的技术,但是同样也是相当落后了的技术,极少有新型的制作工艺和设备出现;在生产工艺方面,流量传感器的生产工艺还未达到国外的先进水平,生产出来的产品可靠性和精确性还需要提高,因此,要想达到产品的批量生产的要求还有很长的一段路要走。据有有关资料显示与国外传感器相比,我国传感器在科研水平方面落后有5一10年,在生产技术方面落后有10一20年,而且产量低、品种不全以及产品的质量也没法保证,尚未形成系列化、标准化及产业化,现如今还不能满足国内市场的需求。

总之,随着优化传感器设计,提高传感器的性能及其效率,缩小尺寸并降低整体成本,这种新型的流量传感器在未来的发展和应用还有着其广泛的应用前景。

第2章热膜式空气流量传感器的概述

2.1空气流量传感器的分类

2.1.1空气流量传感器的结构与测量原理分类

目前,各种不同类型的电控汽油喷射系统中所使用的进气空气流量传感器的种类十分繁多,其测量方法按测量目的可以分为两大类,第一类是对进气空气流量的间接测量法,其方法是通过间接测量进气歧管绝对压力,然后通过进气空气流量与进气温度、空气密度以及发动机转速的相关关系来计算得出相应的进气空气质量流量,不过由于此方法属于间接测量,其测量得到的结果精度较低;第二类是对进气流量直接测量的方法,直接测量进气空气的流量与流体的温度、压力和密度等参数的变化无关,测量值直接反映了空气流量值,因此,其测量比较准确,精度相对较高。而根据其测量原理的不同,又可以将进气空气流量测量分为体积流量测量和质量流量测量两种〔13〕。体积流量测量的有翼片(风门)式空气流量传感器和卡门涡旋式空气流量传感器;质量流量测量有热线式空气流量传感器和热膜式空气流量传感器。

(l)翼片(风门)式空气流量传感器

在上个世纪八十年代以前德国、日本、和美国各大汽车公司生产的汽车大多都是安装了翼片(风门)式空气流量传感器〔14]。该传感器由叶片、电阻计和接线插头这三个部分组成,结构如图1一1所示,在气缸进气时被吸入的空气会推动挡流板转动,挡流板叶片的开度与进气量成正比,挡流板转动的角度与回位弹簧力平衡时,进气量越大气体流速越快,挡流板的转动开度越大。在挡流板叶片转轴的另一头连接有一个滑动可变电阻,滑动式可变电阻的电阻值随着叶片的转动而改变,此时电阻值的变化会导致电路中电压值的变化,微机通过电压值的变化计算出相应的进气空气流量,由此可见连接于挡流板转轴上的滑动可变电阻计实际上起着气体流量测量的作用。

对于滑动可变电阻计部分的工作电路输出量为电压信号,目前有两种表示方式:一种是用电压差表示法,另一种为用电压值表示法,在第一种情况下所检测的电压值大小与进气量成线性关系所以在全程范围内测量精度校高〔15。

图1一1翼片(风门)式空气流量传感器构造图

1一怠速调节螺钉,2一挡流板叶片,3一补偿板叶片,4一阻尼腔,

5一滑动可变电阻,6一信号输出电路,7一进气温度传感器,8一旁通气道

(2)卡门涡流式空气流量传感器

在气体以一定的速度流过障碍物时,在阻碍物后面将会形成一个涡流,气体的流动速度越快,此涡流的波动程度就越大,因为是科学家卡尔曼第一个发现了这一规律,所以人们将这种涡流命名为卡尔曼涡流或卡尔曼波,参见图1一2。

图1一2卡尔曼涡流产生的原理

根据卡尔曼的研究,这种涡流的频率f与气体的流速v成正比,与阻碍物直径d成反比,即如下式表示:

f=0.2*v/d(1一1)

倘若在空气流量传感器内的气道中央设置一个阻碍物,则当发动机进气时一定会发生上述的涡流,通过测定涡流频率数,再通过相关的转换就可以得到发动机的进气空气流量〔'日。目前在汽车上使用的涡流式空气流量传感器主要有两种,主要是根据测量的发生器的不同分为光学式和超声波式。

光学式卡尔曼空气流量传感器的组成和结构如图1一3所示,这种传感器的工作原理如下所述,在发动机进气管道内设置一阻碍物,即涡流发生器。当空气流过传感器的气体流道时,在涡流发生体的后面会产生空气涡流。这时在涡流发生体前后会产生一气压差,此时由金属膜片构成的镜片在气压差的作用下产生振动,并反射出一光学信号,设置于金属镜片前的发光晶体管和感光晶体管感应出这一信号,将这一信号与储存在微机中的原始信号相对比,通过传感器内的调制电路进行调制处理之后,测出与进气量相对应的空气流量信号〔17〕。

图1一3光学式卡尔曼空气流量传感器组成图

1一空气进口,2一管道,3一光电式晶体管,4一弹簧销,5一导孔,

6一涡流发生体,7一卡门涡流,8一整流栅

超声波是指超出人类耳朵的听力范围之外的高频声波,其反射及衰减率较高,其特点是会因为介质的性质不同,传播速度而发生变化。超声波式卡尔曼涡流空气流量传感器正是利用超声波在不同空气密度区的传播速度会不同这一特点,通过测量涡流强度来测量进气空气流量。这种传感器的组成及其原理与光学式卡尔曼空气流量传感器大同小异,只是由发生器发射出的不是光而是一超声波。当空气流过涡流管时,超声波发生器会向接收器发射一超声波,此时由于涡流的影响使空气密度会发生变化,则超声波的传播速度也会随着变化,导致了超声波到达接收器的时间会不同〔18〕。这一微小变化被测得并传输到电控电路输往微机ECU,经过ECU演算和调制处理后转变成一个脉冲信号,用以调节发动机的空燃比。

卡门涡流式空气流量传感器比较适应于数字计算机的处理,因为其输出信号是与漩涡频率对应的脉冲数字信号,几乎是同步反映空气流速的变化,与其他几种空气流量传感器相比其效应速度是最快的〔19〕。另外,涡流式空气流量传感器还具有进气阻力小、无磨损、测量精度高等一系列优点,其可靠性也十分良好,长期使用时,性能不会发生变化。但其缺点是,其一,该流量传感器也是检测气体体积流量的,所以也需要对空气温度和大气压进行修正;其二,由于传感器内部零件制造成本较高,导致整个传感器的成本升高,故目前只有一些少数高档轿车中才会使用,如长丰猎豹吉普、丰田凌志LS4OO型轿车、日本三菱吉普车、皇冠3.0型轿车和现代轿车。

(3)热线式空气流量传感器

热线式空气流量传感器主要由感知空气流量的加热铂电阻、温度补偿电阻(冷线)、环境温度测试电阻、传感器控制电路板以及空气流量传感器的壳体等元件组成。热线式空气流量传感器根据铂金属电阻在传感器壳体中的安装位置的不同分为两种结构形式,主流测量和旁通测量方式。

由于主流测量和旁通测量的工作原理完全相同,本文选择主流测量方式的热线式空气流量传感器对其的结构和原理进行简单的介绍,热线式空气流量传感器的基本构成如图1一4所示。它前端有金属防护网,后端有防止逆转的屏蔽网。为使进气空气流速适合传感器的测量速度,在传感器主空气通道中央设有取样流道,取样流道由一个热线支承环和两个塑料护套构成。加热电阻被设置在热线支承环内,由一个热线铂金丝构成,其是一个温敏电阻,即阻值随温度的变化而变化。加热电阻的温度补偿电阻也是一个铂金电阻,是被安装在热线支承环前端的塑料护套内,其电阻值跟进气温度相关。传感器的精密电阻安装在热线支承环后端的塑料护套上,该电阻上的电压值的变化即为热线式空气流量传感器的输出信号电压。

图1一4热线式空气流量传感器

1一防止逆转屏蔽,2一取样管,3一铂金热线,

4一上游温度传感器电阻,5一电子回路,6一连接器

热线式传感器的工作原理是通过测量通电的铂金丝电阻在流体中由于气流带走的热量损失来测量进气空气流量的,根据热平衡原理,在不考虑铂金丝电阻热传导的情况下,加热电流在铂金丝电阻中产生的热量应该等于流体所带走的热量,其工作原理如图1一5所示,图中RS为铂金加热电阻,RC为温度补偿电阻,R1、R2和R3为都为电阻,Rs、Rc、Rl、R2和R3共同组成了一个惠斯通电桥。在空气通道中取样流道中放置加热探头(铂电阻)RS,热线温度由控制电路控制其温度与吸入空气温度相差一定值,当空气通过RS时,RS被冷却,温度下降,其电阻阻值会随之变小,惠斯通电桥失去了平衡。此时为了恢复电桥的平衡,控制电路会自动增加Rs 的电流15,使RS恢复到平衡时的温度和电阻值。随着控制电路控制铂金热线通过的电流加大,因为RS与R3是并联电路,故R3上的电流也增加,而R3的阻值不变,使得R3两端的电压增加, 这样只需测量R3两端的电压,通过转换就能得到相应的进气空气流量的信号。将热线传感器的输出电压信号和储存在传感器ECU中的原始数据相分析对比,计算机就能确定此时发动机所需的喷油量。

图1一5热线式空气流量传感器的基本原理

1一进气,2一集成运算放大器,3一传感器输出信号

如BOSH研发的LH型燃油喷射系统、飞度、尼桑千里马、通用别克、瑞典沃尔沃等轿车采用了热线式空气流量传感器。

(4)热膜式空气流量传感器

热膜式空气流量传感器的结构和工作原理与热线式空气流量计基本相同,如图所示1一6所示,只不过将发热体由热线改为了热膜,即将环境温度检测电阻、加热电阻、加热电阻温度检测电阻等通过特殊的加工工艺镀在一块微硅基片上。

1一6热膜式空气流量传感器

1一控制回路,2一通往节气门体,3一热膜,

4一气流温度传感器,5一金属网

热膜式空气质量流量传感器其实是热线式空气流量传感器的改进产品,在性能上比热线式空气流量传感器有了大大的提升,其采用硅微机械加工技术制作出传感器的芯片的,这使其具有体积小、兼容性强、精确度高、稳定性好、成本低、功耗低等一系列的特点。这种热膜式空气质量流量传感器出现在上个世纪九十年代,当时美国通用汽车公司和日本多家汽车制造公司生产的汽车很多都安装了这种传感器。现如今随着制造加工工艺和技术的不断提高,热膜式空气质量流量传感器的巨大优势使这种空气质量流量传感器大量装配用于各种电控汽油喷射系统中。

捷达都市先锋、新捷达王、捷达前卫、帕萨特、桑塔纳时代超人、马自达626和红旗等轿车都采用了热膜式空气流量传感器。

2.2热膜式空气流量传感器的理论分析

2.2.1托马斯(Thomas)理论

热膜式空气流量传感器属于量热式传感器,其原理是对传感器的传感单元进行加热,由于测量流体的流动导致传感单元上的热量会被气流带走,通过测量传感单元的热损耗来反映气体的质量流量〔20]。由于是科学家托马斯(ThomaS)首次提出了气体的放热量或吸热量与该气体的质量流量成正比的理论,还提出了可以通过测量传感单元的热消耗量来测量气体的质量流量的测量方法,因此该理论被人们命名为托马斯理论。根据托马斯理论流量方程可简述如下仁21〕:

E=C*■T*q(2一l)

式中:E为单位时间内消耗的电能;C为气体的定压比热;q为流体的质量流量;■T为气体流动导致的电热丝温度差。

由上式可得到气体的质量流量表达式

q=E/C*■T(2一2)

从(2一2)式可知:式中定压比热C是一个常数,则流体质量流量q是关于电能消耗E和温度差■T的函数,保持其中一个量为定值测得另外一个函数值,通过(2一2)式就可以求得流体质量流量q。若保持热线的温度差■T为恒定值,即采用恒定温差法,要想得到质量流量q的值,测量电能消耗量E代入(2一2)式即可求得质量流量q;若保持单位时间内消耗的电能E为常数,即采用恒定功率法,通过测量温度差■T可求得质量流量q。

实际上,无论从特殊性关系或现实测量的方法来看,恒定温差法与恒定功率法相比,恒定温差法具有频率响应高,低噪声等一系列的优点,且简单易行。

2.2.2热膜传感器中的传热分析〔22〔23}

由传热学的理论可知,在热膜式传感器的传感单元中存在着很多种不同形式的传热,其中有加热电阻的强迫对流传热、加热电阻的自然对流传热、加热电阻的热辐射和加热电阻的热传导【24。我们可以根据托马斯理论对传感器加热电阻建立相关的热平衡方程:

(1)强迫对流是指空气流动时,气流带走的热量。因此它对传感器加热电阻的

热损耗中的影响最大,起主要作用。强迫对流传热的表达式如下:

式中,h强迫对流传热系数(W*(mZ*K)一,);AS为对流传热的表面积(m,);Th为

加热电阻的表面温度(℃);Tk为流体环境的温度(℃)。

在式(2.5)中,对流传热表面积AS是一个常数,于是加热电阻的强迫对流Qrc

转换为关于强迫对流传热系数h的函数,而强迫对流传热系数h可以用下式表示:

h=姆秒m了,(AcLu)一,/2二c衅,(2一6)

式中,Pr为普朗特尔系数(Prantl),是反映流体物性的参数,对于在一50℃一

100℃的空气中,Pr=0.7一0.71;L为散热体的特征长度(m);C为比例系数;ma为流

过传感器的空气质量流量。将式(2.6)带入式(2.5)可得到下式:

Q,c=c衅,凡(兀一爪)(2一7)

由式(2.7)可知,在固体的结构参数和流体的物理特性一定的情况下,强迫对流

主要与流体的质量流量的平方根成正比。

(2)自然对流是因为存在温度差导致的,热从传感单元温度高的区域向周围温

度较低的区域传递,可以由下式表示: Qn。=气式(几一双)(2一8)

式中,Q。为自然对流平均传热系数(w(m2*K)一`);AS为对流传热的表面积(m,);

Th为加热电阻的表面温度(℃);Tk为流体环境的温度(℃)。

因为空气流量传感器是在层流状态中测量质量流量的,故自然对流平均传热系

数可以用下式表示:

a,=1.36*(■犷/L),“(2一9)

将式(2一10)代入到式(2一8)中可得:

么。=l.36*(■T/灯/4*人*(兀一T^)(2一10)

在热膜传感器单元传热中自然对流传热任何时候都是存在的,但是自然对流传

热与强迫对流传热比较起来就显得不那么重要,只有当进气道内空气静止或气体流

速很低时,强迫对流传热可视为不存在,此时自然对流传热才会成主要考虑对象。

(3)热膜传感电阻的辐射传热是指电阻向外发射辐射能,从而导致热能的损耗,

可由下式表达:

Qra、=As(。刀一aH)

式中,AS为对流传热的表面积(mZ);

(2一11)

为加热电阻Rh表面的总发射系数;。为

斯台芬一波尔兹曼常数(Stefen一B。ltzman常数),。=5.67又10一8(W*m一2*k一`);H为单位面积、单位时间的入射辐射热;。为传感电阻吸收比。由于加热电阻的温度一般

比环境温度高100一150℃,由于他们之间的温度差始终保持在一恒定值,故加热电阻

的辐射传热量也为一定值。辐射传热量相对于其他形式的传热极少,故可忽略不计。

(4)热膜传感器中导热主要发生在加热电阻Rh通过基底向电阻周围环境的热传

导,可用下式表示:

Qc=兄A■兀/占(2一13)

式中,入为基底的导热传热系数(w*(m*K)一);■Tw为加热电阻Rh的温度与环境

温度检测电阻Rt的温度之差,■兀=兀一兀;6为传感头基板导热壁面的厚度(m)。

对于传感器的导热,相对于对流传热的而言是微不足道的,故可忽略不计。

2.3热膜式空气流量传感器的基本原理

2.3.1热膜式空气流量传感器的工作原理

由上文我们可知热膜式空气流量传感器的测定方法可分为恒定温差法和恒定功率法,而且恒定温差法与恒定功率法相比,具有简单易行,频率响应高,低噪声等一系列的优点。故下文重点恒定温差式传感器的工作原理进行分析。

恒定温差式流量传感器的核心部件是传感器的传感头,其传感头的基本构件的示意图如图2.3所示,主要是由加热电阻Rh、加热电阻的温度检测电阻Rt、环境温度检测电阻Rk以及加热电阻上下游的温度测试电阻RSI、Rs2构成,其中环境温度检测电阻Rk处于气流的上游,并且远离加热电阻,检测发动机进气道内空气温度。其基本工作原理为加热电阻由加热电路控制加热,保持其温度始终高于周围环境温度,而周围环境温度由集成于芯片上或者外部的环境温度检测电阻来测量,这样通过驱动加热电阻的电压就可以测量空气流量。当发动机进气管道内的气体是静止时,加热电阻向四周散热量应该是一样的,因此在电阻的上下方的温度应该是相等的,温度场以加热电阻为中心成对称分布;当发动机进气管道内气体有一定的流速时,由于强迫热对流的存在,气流将加热电阻产生的热量带向下游,导致处在加热电阻上游电阻RSI的温度下降,而处在下游的电阻RSZ温度上升一,从而使上下游产生了一个温度差■T,气体流速的流速越大,上下游的温度差■T也越大。通过检测上下游的温度测试电阻的电压变化,

再通过传感器标定实验就可以得到输出电压信号与气体流量之间的关系,即可以得到响应的进气空气流量的大小。

图2一1热膜式空气质量流量传感器传感头的结构示意图

2.3.2热膜式空气流量传感器的结构

汽车空气流量传感器安装在空气滤清器与进气歧管之间,如图2一2所示。热膜式空气质量流量传感器的结构取决于很多方面的因素影响。例如,传感器使用在不同汽车发动机上,发动机进气道的形状决定了传感器的安装结构,还有传感器传感器单元、电路板、进气取道和连接器的支架的如何排列和封装等等。虽然传感器的结构因为安装因素及设计因素的需要而有所变化,但是整体的结构不会出现太大的变化。

图2一2空气流量传感器的安装位置

如图2一3所示是热膜式空气质量流量传感器的结构示意图,其主要组成有:机体、设置在机体内的空气通道及安装在空气通道中的空气流量传感器的传感单元和空气流量传感器的驱动电路,空气流量传感器的传感单元通过螺钉连接在机体上,包括有安置于空气通道内的传感头,传感头电信号连接驱动电路板以及固定传感头及其电路板的支撑架。

图2一3热膜式空气质量流量传感器结构示意图

1一机体,2一传感单元,3一驱动电路,4一传感头,5一空气通道

2.4目前热膜式空气流量传感器存在的问题

(1)低功耗问题,由于热膜式探头需一定的电流对加热电阻进行加热,但是先阶段很难做到电池供电的低功耗运行。

(2)湿度的影响和修正问题,由于湿度环境的调节与检测都有困难,所以湿度热膜式空气流量传感器的影响,实验数据与修正方法目前尚无有效方法。

(3)粉尘影响问题,由于汽车发动机经常会在肮脏的空气环境中工作,被吸进发动机进气管道的空气会含有大量的粉尘,会对传感器芯片产生比较严重的污染,如果热式探头长期工作在含粉尘的气流环境中,探头表面将被污染,其散热性能也将受到影响,从而改变流量传感器的输出信号,但具体影响量目前尚无法用数据描述。

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实训项目一空气流量传感器的检测

实训项目一空气流量传感器的检测 空气流量传感器的功用是检测发动机进气量大小，并将进气量信息转换成电信号输入电单元（ECU），以供ECU计算确定喷油时间（即喷油量）和点火时间。进气量信号是控制单元计算喷油时间和点火时间的主要依据。 一、实训目的和要求 1、掌握空气流量传感器的结构特性，了解其工作原理； 2、掌握空气流量传感器及其控制电路的检测方法（电阻检测、电压检测、波形检测等）； 3、掌握空气流量计数据分析的方法。 二、实训课时 实训共安排2课时。 三、器材工具 1、工具：扳手、螺丝刀、电吹风、温度计。 2、设备：桑塔纳AJR发动机故障实验台。 3、仪器：数字万用表、金德K81故障诊断仪。 4、教具：AJR发动机教学挂图一套，空气流量计解剖教具一只，测量用桑塔纳2000Gsi型轿车空气流量计5只。 四、成绩评定 成绩评定的等级为优、良、中、及格和不及格。 五、实训原理 在多点燃油喷射系统中，根据检测进气量的方式不同，空气流量计又分为“D”型(即压力型)和“L”型(即空气流量型)两种类型。“D”型是利用压力传感器检测进气歧管内的绝对压力，测量方法属于间接测量法。控制系统利用检测到的绝对压力与发动机的转速来计算吸入气缸的空气量，又称为速度/密度型燃油喷射控制系统。由于空气在进气歧管内流动时会产生压力波动，发动机怠速（节气门关闭）时的进气量与汽车加速（节气门全开）时的进气量之差可达40倍以上，进气气流的最大流速可达80m/s，因此，“D”型燃油喷射系统的测量精度不高，但控制系统的制造成本较低。“L”型是利用流量传感器直接测量吸入进气管的空气流量。由于采用直接测量的方法，因此进气量的测量精度较高，控制效果优于“D”型燃油喷射系统。当前各个车型采用的“L”型传感器分为体积流量型（如翼片式、量芯式、涡流式）传感器和质量流量型（如热线式和热膜式）传感器。质量流量型传感器工作性能稳定、测量精度高、使用效果好，但制造成本相对“D”型要高。由于热膜式空气流量传感器内没有运动部件，因此没有流动阻力，而且使用寿命远远高于热线式流量传感器。 本次实训选用的是桑塔纳2000Gsi型轿车使用的空气流量计，属“L”型热膜式空气流量计。

空气流量计的检测方法

空气流量计的检测方法 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】

空气流量计的检测方法空气流量计基本结构及性能特点随着对发动机汽车尾气排放要求的提高，越来越多的发动机采用精密的空气计量传感器计量进入发动机的空气量，发动机ECU根据空气计量传感器信号初步设定基本供油量，以满足发动机各种工况空燃比，进而保证发动机各种工况对混合气的要求。 空气流量计分类：按测量空气流量的方法可分为两种：①直接测量方法传感器——空气流量计。②间接测量方法传感器——进气歧管压力传感器(负压传感器)。直接测量方法传感器按其测量信号转化形式又可分为3种。 (1)机械式空气流量计，即可动叶片式空气流量计。其特点是将燃油泵控制开关、空气温度传感器、CO调节器及空气流量计等功能融为一体，结构较复杂，但精度较高。不过由于叶片具有弹簧阻力增加了进气阻力，使它对发动机在急加速时的响应不够理想，故现在很少使用。 (2)卡尔曼涡流式空气流量计。它是通过采集涡流频率完成空气流速测量，主要是通过光电(如丰田车型)和超声波采集(如韩国现代、日本三菱等)进气涡流，具有进气阻力小、计量准确的特点，但因其结构复杂、不耐振动且造价高，现已逐步被热线式空气流量计取代。 (3)热线式空气流量计。热线式空气流量计按其热线形又分为3种。 ①热丝式——将加热丝均匀分布在计量通道内。热丝式空气流量计(图1)精度高、分布均匀，可精确计量空气量，但由于热丝很细~且暴露在空气中，在空气高速流动时，空气中的沙粒很容易击断热丝。

②热膜式——将加热丝印刷在一块线路板上，并将线路板固定在空气通道中间。由于热丝被固定且受到保护膜的保护，寿命提高，但由于保护膜热传导较差，影响计量精度。 ③热阻式——将加热丝绕成线圈形式固定在石英玻璃管内或暴露在空气通道内。由于热阻式空气流量计热丝被固定，故热线寿命延长，但由于热阻面积很小，只能部分采空气流量，要求空气通道内空气流速均匀，所以常在进气侧安装梳流格栅。 由于热膜式和热阻式空气流量计均是部分采集空气计量空气量，故精度较热丝式较差。另外，热丝式、热膜式和热阻式空气流量计还都易受空气中水分及灰尘的污染，所以在控制电路上都做了专门的设计，每次打开点火开关或关闭点火开关后，流量计中的热丝会由电路提供瞬时大电流加热，使热丝瞬间产生高温(700-1 000℃)，烧掉污染在热丝、热膜或热阻表面的杂质，保持空气流量计量精度。 轿车使用的空气流量计，属“L”型热膜式空气流量计，安装在空气滤清器壳体与进气软管之间。其核心部件是流量传感元件和热电阻(均为铂膜式电阻)组合在一起构成热膜电阻。在传感器内部的进气通道上设有一个矩形护套，相当于取样管，热膜电阻设在护套中。为了防止污物沉积到热膜电阻上而影响测量精度，在护套的空气入口一侧设有空气过滤层，用以过滤空气中的污物。为了防止进气温度变化使测量精度受到影响，在护套内还设有一个铂膜式温度补偿电阻，温补电阻设置在热膜电阻前面靠近空气入口一侧。温度补偿电阻和热膜电阻与传感器内部控制电路连接，

空气流量传感器1

四、汽车维修电子故障诊断与分析
［发动机电子］
空气流量传感器的故障分析
主讲：天津市优耐特汽车电控技术有限公司 王征

空气流量传感器故障诊断与分析 教学目的与要求
了解空气流量传感器的结构与工作原理。 了解空气流量传感器故障对整个电控系统的影响。 掌握空气流量传感器的检测方法（电阻测试、电压测试、 波形测试、数据流测试），工艺流程，技术规范。 掌握空气流量传感器数据分析的方法。

空气流量传感器故障诊断与分析 概述
空气流量传感器负责测 量发动机进气空气质量流 量。 通过测量该流量可以对 发动机的排放和输出功率 的工作点进行优化。 进气量信号是电控单元 精确计算喷油量的主要依 据，如果空气流量传感器 发生故障，电控单元将启 动备用模式，把空气流量 值 设 定 在 5g/s （ 暖 机 时），同时记录故障代 码。此时，将造成怠速不 稳、发动机喘抖、怠速游 车、怠速转速偏高、燃油 脉宽增加、行驶费油、点 火推迟、尾气排放恶劣 等。
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空气流量传感器故障诊断与分析 工作原理
在空气质量流量计工作时，若无气流通过，加 热区域两侧温度梯度呈对称分布，两个测量点温 度一致。
当气流单向流过时，由于气流通过中心的加热区时被 加热，从而与两侧热膜的热交换情况不同，使流量计中 的两个传感元件测量点温度发生不同变化，产生温差。 温度差随着流量增大而增大。温度差的大小和正负反映 了空气质量流的流量和方向。
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内置的评估电路相应地将温差转化为电压信号 输出，电控单元便是根据该电压信号确定空气流 量和质量。
1－无流量时温度分布，2－有流量时温度分布，3－ 传感元件，4－加热区，5－无流量时温度分布热膜，6－ 带测量外套管的HFM5，7－空气流。M1、M2－测量点， T1、T2－对应点的温度，ΔT－用以产生信号的两点间温 度差。

空气流量计的检测方法

空气流量计的检测方法 空气流量计基本结构及性能特点随着对发动机汽车尾气排放要求的提高，越来越多的发动机采用精密的空气计量传感器计量进入发动机的空气量，发动机ECU 根据空气计量传 感器信号初步设定基本供油量，以满足发动机各种工况空燃比，进而保证发动机各种工况对混合气的要求。 空气流量计分类：按测量空气流量的方法可分为两种：①直接测量方法传 感器一一空气流量计。②间接测量方法传感器一一进气歧管压力传感器(负压传感器)。直接测量方法传感器按其测量信号转化形式又可分为3种。 (1) 机械式空气流量计，即可动叶片式空气流量计。其特点是将燃油泵控制开关、空气温度传感器、CO 调节器及空气流量计等功能融为一体，结构较复杂，但精度较高。不过由于叶片具有弹簧阻力增加了进气阻力，使它对发动机在急加速时的响应不够理想，故现在很少使用。 (2) 卡尔曼涡流式空气流量计。它是通过采集涡流频率完成空气流速测量，主要是通过光电(如丰田车型)和超声波采集(如韩国现代、日本三菱等)进气涡流，具有进气阻力小、计量准确的特点，但因其结构复杂、不耐振动且造价高，现已逐步被热线式空气流量计取代。 (3) 热线式空气流量计。热线式空气流量计按其热线形又分为 3 种。 ①热丝式一一将加热丝均匀分布在计量通道内。热丝式空气流量计(图1) 精度高、分布均匀，可精确计量空气量，但由于热丝很细(0.01~0.05mm)且暴露在空气中，在空气高速流动时，空气中的沙粒很容易击断热丝。 ②热膜式——将加热丝印刷在一块线路板上，并将线路板固定在空气通道中间。由 于热丝被固定且受到保护膜的保护，寿命提高，但由于保护膜热传导 较差，影响计量精度。

空气流量传感器原理

空气流量传感器原理 车用空气流量传感器（或称空气流量计）是用来直接或间接检测进入发动机气缸空气量大小，并将检测结果转变成电信号输入电子控制单元ECU。电子控制汽油喷射发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气，必须正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为ECU计算(控制)喷油量的主要依据。如果空气流量传感器或线路出现故障，ECU得不到正确的进气量信号，就不能正常地进行喷油量的控制，将造成混合气过浓或过稀，使发动机运转不正常。电子控制汽油喷射系统的空气流量传感器有多种型式，目前常见的空气流量传感器按其结构型式可分为翼片(叶片)式、卡尔曼涡流式、热膜式等几种。 1、翼片式空气流量传感器 图9-9是翼片式空气流量计工作原理图，该空气流量传感器在主进气道内安装有一个可绕轴旋转的翼片。在发动机工作时，空气经空气滤清器过滤清器过滤后进入空气流量传感器并推动翼片旋转，使其开启。翼片开启角度由进气量产生的推力大小和安装在翼片轴上复位弹簧弹力的平衡情况决定。当驾驶员操纵加速踏板来改变节气门开度时，进气量增大，进气气流对翼片的推力也增大，这时翼片开启的角度也增大。在翼片轴上安装有一个与翼片同轴旋转的电位计，这样在电位计上滑片的电阻的变化转变成电压信号。 当空气量增大时，其端子VC和VS之间的电阻值减小，两端子之间输出的信号电压降低；当进气量减小时，进气气流对翼片的推力减小，推力克服弹簧弹力使翼片偏转的角度也减小，端子VC与VS之间的电阻值增大，使两端子间输 图9-9 翼片式空气流量计工作原理 出的信号电压升高。ECU通过变化的信号电压控制发动机的喷油和点火时间。2、卡曼涡旋式空气流量传感器 为了克服动片式空气流量传感器的缺点，即在保证测量精度的前提下，扩展测量范围、并且取消滑动触点，人们又开发出小型轻巧的空气流量传感器，即卡曼涡旋式空气流量传感器。野外的架空电线被风吹时会嗡嗡发出声响，风速越高声音频率越高，这是因气流流过电线后形成涡旋所致，液体、气体等流体中均会发生这种现象，利用这一现象可以制成涡旋式流量传感器。在管道里设置柱状物，使流体流过柱状物之后形成两列涡旋，根据涡旋出现的

热线式空气流量传感器的检测与诊断

热线式空气流量传感器的检测与诊断 热线式空气流量传感器的信号是ECU确定发动机基本喷油量的重要信号之一，它的好坏直接影响了电喷发动机的运行是否正常。因此，掌握热线式空气流量传感器的检测方法是成为一个合格汽车维修人员的必备条件。 标签：热线式检测诊断 热线式空气流量传感器是空气流量传感器众多类型中的一种，其作用是将吸入气缸内的空气量转变成电信号发送给ECU。该信号是ECU确定发动机基本喷油量的重要信号之一。 热线式空气流量传感器主要由感知空气流量的白金热线、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻、控制热线电流并产生输出信号电压的控制线路板和壳体等组成。 1 热线式空气流量传感器的工作原理 热线式空气流量传感器的工作原理采用的是惠斯顿电桥。白金热线电阻RH 和温度补偿电阻RK分别是惠斯顿电桥的一个臂，热线支撑环后端的塑料护套上安装有一个精密电阻RA，作为惠斯顿电桥的一个臂，该电阻上的电压即是热线式空气流量传感器的输出信号电压。惠斯顿电桥的另一个臂RB安装在控制线路板上。 将点火开关置于ON位置，白金热线电阻周围的空气没有流动，此时的惠斯顿电桥处于平衡状态。启动发动机，在进气真空度的作用下，当空气流过白金热线时，热线的热量被空气吸收，使其变冷。热线周围通过的空气流量越大，被带走的热量就越多。在工作中将热线温度与吸入空气温度差保持在100℃，热线温度由混合集成电路控制，当空气流量增大时，由于空气带走的热量增多，为保持热线温度，混合集成电路使热线电阻通过的电流增大，反之，则减小。这样，使得通过热线电阻的电流是空气流量的单一函数，即热线电流随着空气流量的增大而增大，随空气流量的减小而减小。此时就可以使ECU根据热线电流的变化计算出空气流量的大小。 2 热线式空气流量传感器的检测 热线式空气流量传感器出现故障一般有两种情况：一种是电路短路或者断路，导致传感器完全失效。此时ECU内部的自诊断电路会将故障信息以故障码的形式存储起来并使仪表板上的故障指示灯常亮。另一种情况是白金热线赃污，传感器信号失准，不能提供正确的进气流量信号，但ECU自诊断系统检测不出故障信息。 热线式空气流量传感器的故障将导致传感器计量的进气量与实际进气量不

气体流量测定与流量计标定

实验二气体流量测定与流量计标定 一、实验目的 气体属于可压缩流体。气体流量的测量，虽然有一些与用于不可压缩流体相同的测量仪表但也有不少专用于气体的测量仪表，在测量方法和检定方法上也有一些特殊之处。显然，气体流量的测量与液体一样，在工业生产上和科学研究中，都是十分重要的。尤其是在近代，工业生产规摸的大型化和科学实验的微型化，往往这些流量、温度、压力等的检测仪表就成为关键问题。 目前，工业用有LZB系列转子流量计，实验室用有LZW系列微型转子流量计，可供选用。对于市售定型仪表，若流体种类和使用条件都按照规格规定，则读出刻度就能知道流量。但从精度上考虑，仍有必要重新进行校正。转子流量计自制是有困难的，因锥形玻璃管的锥度手工难于制作。但是，在科学研究中或其它某种场合，有时，不免还要根据某种特殊需要，创制一些新型测量仪表和自制一些简易的流量计。不论是市售的标准系列产品还是自制的简易仪表，使用前，尤其是使用一段时间后，都需要进行校正，这样才能保证计量的准确、可靠。 气体流量计的标定，一般采用容积法，用标准容量瓶量体积，或者用校准过的流量计作比较标定。在实验室里，一般采用湿式气体流量计作为标准计量器。它属于容积式仪表，事先应经标准容量瓶校准。实验用的湿式流量计的额定流量，一般有 0.2m3·h—1和0.5m3·h—1两种。若要标定更大流量的仪表，一般采用气柜计量体积。实验室往往又需用微型流量计，现时一般采用皂膜流量计来标定。 本实验采用标准系列中的转子流量计和自制的毛细管流量计来测量空气流量。并用经标准容量瓶直接校准好的湿式流量作为标准，用比较法对上述两种流量计进行检定，标定出流量曲线.，对毛细管流量计标定。通过本实验学习气体流量的测量方法，以及气体流量计的原理、使用方法和检定方法。同时，这些知识和实验方法对学习者在进行以下各项实验时，肯定会有帮助，尤其时对今后所从事的各种实验研究工作，也是有益处的。 二、实验原理 1．湿式气体流量计 该仪器属于容积式流量计。它是实验室常用的一种仪器，其构造主要由圆鼓形壳

空气流量传感器的主要功能特性

空气流量传感器的主要功能特性 在很多领域里，空气流量传感器的流量准确测量非常重要，在环境监测、医疗卫生、安全防护以及贸易结算等经济领域内被广泛应用。 空气流量传感器可测量吸入发动机的空气，空气流量传感器是测定吸入发动机的空气流量的传感器。电子控制汽油喷射发动流量传感器机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气，必须正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为ECU计算(控制)喷油量的主要依据。如果空气流量传感器或线路出现故障，ECU得不到正确的进气量信号，就不能正常地进行喷油量的控制，将造成混合气过浓或过稀，使发动机运转不正常。因此检定规程和流量仪表标准是流量传感器可以准确进行测量的保障。 空气流量传感器的主要功能特性 1、可以根据水流量的大小设计挡板，减少水流通过流量传感器产生的水阻力，减少水系统压头损失，但由于挡板式长期受水流的冲击仍然有疲劳的问题，即使在工厂标定好流量值的也会发生设定点飘移。 2、通常在保护流量值不要求精确的地方使用，即用于水管内的水流突然中断的断流保护。https://www.sodocs.net/doc/7710948676.html,在国内针对水源热泵机组设计的非常少。 3、挡板式是专门针对水环/地源热泵空调机组的水流量监控而开发的，它针对不同的管径配有不同的挡片，每种挡片的水阻不超过0.5米水柱，相比靶式水阻已大大降低。

4、每个挡板式空气流量传感器都配有与水环热泵机组水管相同的管件，现场只需连接上水管即可，不需对挡片做任何改变，另外挡板式水流开关的承压大于25bar，在对水流量要求不高的水环热泵机组是一个低成本的水流开关。 5、经过在水环/地源热泵机组上使用的反馈来看，压差开关能有效判断水环热泵机组现场安装的水管路的问题，能彻底避免水流量少造成换热器冻坏的情况，空气流量传感器也可以保护由于水过滤器堵塞造成的水流量下降时换热器冻坏的情况，另外水管路压差开关没有靶流开关疲劳破坏的风险。 空气流量传感器可测量多种介质，即使在水管路有少量空气时，工作仍然非常稳定，不会出现类似靶流开关的漂浮情况。

空气流量传感器的万用表检测

空气流量传感器的万用表检测 空气流量传感器的检测 空气流量传感器是测定吸入发动机的空气流量的传感器。电子控制汽油喷射发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气，必须正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为ECU计算(控制)喷油量的主要依据。如果空气流量传感器或线路出现故障，ECU得不到正确的进气量信号，就不能正常地进行喷油量的控制，将造成混合气过浓或过稀，使发动机运转不正常。 电子控制汽油喷射系统的空气流量传感器有多种型式，目前常见的空气流量传感器按其结构型式可分为叶片(翼板)式、量芯式、热线式、热膜式、卡门涡旋式等几种。 一、叶片式空气流量传感器的结构、工作原理及检测 1、叶片式空气流量传感器结构及工作原理 传统的波许L型汽油喷射系统及一些中档车型采用这种叶片式空气流量传感器，如丰田CAMRY(佳美)小轿车、丰田PREVIA(大霸王)小客车、马自达MPV多用途汽车等。其结构如图1所示，由空气流量计和电位计两部分组成。空气流量计在进气通道内有一个可绕轴摆动的旋转翼片(测量片)，如图2所示，作用在轴上的卷簧可使测量片关闭进气通路。发动机工作时，进气气流经过空气流量计推动测量片偏转，使其开启。测量片开启角度的大小取决于进气气流对测量片的推力与测量片轴上卷簧弹力的平衡状况。进气量的大小由驾驶员操纵节气门来改变。进气量愈大，气流对测量片的推力愈大，测量片的开启角度也就愈大。在测量片轴上连着一个电位计，如图3所示。电位计的滑动臂与测量片同轴同步转动，把测量片开启角度的变化(即进气量的变化)转换为电阻值的变化。电位计通过导线、连接器与ECU连接。ECU根据电位计电阻的变化量或作用在其上的电压的变化量，测得发动机的进气量，如图4所示。 在叶片式空气流量传感器内，通常还有一电动汽油泵开关，如图5所示。当发动机起动运转时，测量片偏转，该开关触点闭合，电动汽油泵通电运转；发动机熄火后，测量片在回转至关闭位置的同时，使电动汽油泵开关断开。此时，即使点火开关处于开启位置，电动汽油泵也不工作。 流量传感器内还有一个进气温度传感器，用于测量进气温度，为进气量作温度补偿。 叶片式空气流量传感器导线连接器一般有7个端子，如图5中的39、36、6、9、8、7、27。但也有将电位计内部的电动汽油泵控制触点开关取消后，变为5个端子的。图6示出了日产和丰田车用叶片式空气流量传感器导线连接器端子的“标记”。其端子“标记”一般标注在连接器的护套上。

空气流量传感器的发展现状

空气流量传感器的发展现状 对于测量发动机进气空气质量,其发展历史并不长久,上个世纪七十年代风门式空气流量传感器是第一个使用在汽车上的空气流量传感器〔8]。其基本原理是通过间接的测量出发动机进气空气的体积,再将测得的空气体积换算成相对应的进气空气质量流量〔9]。由于风门式空气流量传感器测量的是进气空气的体积,因此,测量出来的信号必须对其空气密度的变化进行修正,而且其测量精度也不高,安装和维修都不方便。因此,很快就被接着出现了热式空气流量传感器所代替。 热式空气流量传感器应用于汽车燃油喷射系统中约有三四十年左右,第1代车用热式空气流量传感器采用一根细铂线作为加热电阻,放在传感器的气道中作为传感器单元;第2代车用热式空气流量传感器在第一代的产品上对传感单元稍微做了一些改进,将加热铂线电阻缠绕在陶瓷或玻璃圆柱体加强了铂丝的强度,提高的产品的工作可靠性和寿命;第3代车用热式空气流量传感器与前两代产品有了很大的改变,采用薄膜式传感器,最初工程师们把加热铂电阻通过印刷的方式固定在玻璃或陶瓷基底上,后随着技术和工艺的进步,把加热铂电阻固定在微硅片基底上,例如BOSCH公司利用MEMS技术研发的热膜式空气流量传感器HFM系列产品。HFM系列产品通过不断的试验,性能得到极大的提高,在上个世纪末就已经开始批量生产,因为其良好的性能得到广泛的推广应用,目前在国内很多汽车都装配了此类传感器。 对比第1、第2代热线式空气流量传感器(HFM系列),第2代传感器的使用寿命和工作可靠性都比第1代产品提高了很多,由于进气空气中含有大量的颗粒污染物,沉淀在铂热线上,这将会大大的影响到测量结果的准确性,因此,第2代传感器还增加了自洁功能,每次当发动机停止工作时,会对铂热线供电几秒,使铂热线产生高温去除铂热线上沉淀的污染物;虽然第二代传感器可以去除一部分的污染物,但是效果不是很理想,而且通过电加热也会对测量结果产生一定的影响,为了解决污染物对测量结果的影响,设计师们研制出了基于硅基薄膜技术的第3代热膜式空气流量传感器,在传感器的气体流道中采用过滤整流等设计,使得在热膜表面极少会产生沉积物,传感器的整体可靠性、稳定性又得到了进一步的提高。基于硅基薄膜式传感器与之前的空气流量传感器相比,它对气体流量变化的响应更快,反应灵敏度更高,在进气过程的脉动气流测量上精度也更高,而且还可以识别气道内气体的流动方向,另外其控制单元中的故障诊断系统还可以识别某些流量传感器的故障。 如今的汽车传感器发展的总趋势是小型化、多功能化、集成化、智能化和系统化。热膜式空气质量流量传感器在汽车方面的应用,可以在世界范围内以很高的速度装备于电控喷射系统上,因此有着它现实的推广意义和广阔的发展市场。 近几年随着科学技术的进步特别是微机电系统(MEMS)的诞生和高速发展,给汽车传感器带来了飞速的发展,汽车传感器和电子系统也在高速的向着采用MEMS传感器的方向发展。两大汽车传感器生产巨头,PhilipSEleetr。nies公司和ContinentalTreveS公司10年销售用于汽车ABS系统的传感器芯片就达到了1亿只之多,生产上达到了一个新的里程碑。两个公司共同合作开发的有源磁场传感器,具有前瞻性技术,ContinentalTreveS公司用这种磁阻式转速传感器制作了轮速传感器,用于ABS系统,制动防滑系统等。MEMS传感器不但成本低、尺寸小、可靠性好、工作寿命就,而且可以集成在新的系统中,因此天生就十分适用于汽车传感器。MEMS传感器已经广泛应用于汽车电子:如轮胎压力监测系统(TPMS)、发动机机油压力传感器、汽车空气质量流量传感器、汽车刹车系统空气压力传感器、汽车发动机进气歧管压力传感器(TMAP)、柴油机共轨压力传感器;在其它工业应用方面也有着广阔的应用前景,对于测量管道内的流体流量这种流量传感器也同样适用,只需对传感器单元和控制电路方面进行一些改动或处理就可测量其他气体甚至液体的质量流量。例如,通过控制流量传感器加热电阻的工作温度就可以用于测量其它种类的气体的质量流量;又如,在传感器单元上镀一层二氧化硅

空气流量传感器的检测

1空气流量传感器的检测 空气流量传感器是测定吸入发动机的空气流量的传感器。电子控制汽油喷射发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气，必须正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为ECU计算(控制)喷油量的主要依据。如果空气流量传感器或线路出现故障，ECU得不到正确的进气量信号，就不能正常地进行喷油量的控制，将造成混合气过浓或过稀，使发动机运转不正常。 电子控制汽油喷射系统的空气流量传感器有多种型式，目前常见的空气流量传感器按其结构型式可分为叶片(翼板)式、量芯式、热线式、热膜式、卡门涡旋式等几种。 一、叶片式空气流量传感器的结构、工作原理及检测 1、叶片式空气流量传感器结构及工作原理 传统的波许L型汽油喷射系统及一些中档车型采用这种叶片式空气流量传感器，如丰田CAMRY(佳美)小轿车、丰田PREVIA(大霸王)小客车、马自达MPV多用途汽车等。其结构如图 1所示，由空气流量计和电位计两部分组成。空气流量计在进气通道内有一个可绕轴摆动的旋转翼片(测量片)，如图 2所示，作用在轴上的卷簧可使测量片关闭进气通路。发动机工作时，进气气流经过空气流量计推动测量片偏转，使其开启。测量片开启角度的大小取决于进气气流对测量片的推力与测量片轴上卷簧弹力的平衡状况。进气量的大小由驾驶员操纵节气门来改变。进气量愈大，气流对测量片的推力愈大，测量片的开启角度也就愈大。在测量片轴上连着一个电位计，如图 3所示。电位计的滑动臂与测量片同轴同步转动，把测量片开启角度的变化(即进气量的变化)转换为电阻值的变化。电位计通过导线、连接器与ECU连接。ECU根据电位计电阻的变化量或作用在其上的电压的变化量，测得发动机的进气量，如图 4所示。 在叶片式空气流量传感器内，通常还有一电动汽油泵开关，如图 5所示。当发动机起动运转时，测量片偏转，该开关触点闭合，电动汽油泵通电运转；发动机熄火后，测量片在回转至关闭位置的同时，使电动汽油泵开关断开。此时，即使点火开关处于开启位置，电动汽油泵也不工作。 流量传感器内还有一个进气温度传感器，用于测量进气温度，为进气量作温度补偿。 叶片式空气流量传感器导线连接器一般有7个端子，如图 5中的39、36、6、9、8、7、27。但也有将电位计内部的电动汽油泵控制触点开关取消后，变为5 个端子的。图 6示出了日产和丰田车用叶片式空气流量传感器导线连接器端子的 1西安新敏电子科技有限公司提供https://www.sodocs.net/doc/7710948676.html, 欢迎您加入云逸商城、、云亿商城、、http://www.y https://www.sodocs.net/doc/7710948676.html,/敬请期待

汽车进气流量传感器讲解

对空燃比控制起决定性作用的传感器是空气计量系统。空气计量系统告诉ECU进多少空气ECU就配多少燃油，喷多少油作重要依据。所以说能导致汽车混合器漂移量过大非常大的就是空气计量系统问题。如果车喷油量偏差非常多一般就是空气流量传感器问题，因为一般其它传感器只是辅助没有权限控制那么大的喷油量，偏差也只是稍稍进行一些错误修正产生的。其它传感器做不到那么大的控制范围。控制程序中的喷油计算公式，进气量是主要决定因子，其它的只是修正因子。 全世界的所有发动机对混合器的需求都是一样的，区别不会太大。但是到故障诊断的时候要区分控制系统。 目前的汽车发动机电控系统主要分为两大类，即以空气流量计为代表的L型系统和以进气压力传感器为代表的D型系统。这两种系统的工作方式不同，故障现象不同。 空气流量计（L型）和进气压力传感器（D型）都属于空气计量装置，但是空气流量计属于直接测量进气量。进气压力传感器属于间接测量进气量。 空气流量计种类：（翼板式-基本淘汰）、（卡门涡旋式-使用率1%）、（热线热膜式-使用率99%）。 流量计和压力传感器的区别： 1、安装位置不同：空气流量计安装在空滤后面节气门前的管道中，进入进气管的空气都要 经过空气流量计。进气压力传感器安装在节气门后进气门前，靠检测进气管道中的气压力（负压、真空度检测为负值）间接判断空气流量。 2、反应速度不同：空气流量计响应速度快，因空气流量计的安装位置比较靠前。当空气进

入进气管后马上就能得出空气量。进气压力传感器反应相对较慢，因为当空气流量计得出测量结果的时候相对于进气压力传感器空气都还没有进入到节气门后面。 空气流量计 流量传感器优缺点：响应快，测量准。收油门时对进气量的测量没有进气压力传感器准确。价格昂贵一般400-20000.一般用在中高端车。 压力传感器优缺点：加油门的时候测量不准，反应较慢。但优点是收油门的时候测量节气门后的压力，判断空气流量比较准。价格相对便宜最多400，一般用在低端车。 有的车也有空气流量计和进气压力传感器同时安装的。如别克。但应该还是归为L型为主。因为L型控制精度更高。但有进气压力传感器的优点。 空气流量计工作原理 翼板式空气流量计 翼板式空气流量计工作原理：进入气管的空气流经流量计翼板推动翼板翼板带动电位器动作，电位器中心抽头处输出计量检测电压。 优缺点：（接触式的都容易磨损）电位器容易磨损（容易造成车突然熄火，突然加油等问题不受控制）。 卡门涡漩空气流量传感器：流体流经障碍物，在障碍后方会产生一些漩涡，这个漩涡大小不同但外形相同，而且漩涡的数量与流经障碍物的流体流量成正比。 光电式卡门涡旋流量计

MAF 空气流量传感器的检测

空气流量传感器的检测 空气流量传感器是测定吸入发动机的空气流量的传感器。电子控制汽油喷射发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气，必须正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为ECU 计算(控制)喷油量的主要依据。如果空气流量传感器或线路出现故障，ECU得不到正确的进气量信号，就不能正常地进行喷油量的控制，将造成混合气过浓或过稀，使发动机运转不正常。 电子控制汽油喷射系统的空气流量传感器有多种型式，目前常见的空气流量传感器按其结构型式可分为叶片(翼板)式、量芯式、热线式、热膜式、卡门涡旋式等几种。 一、叶片式空气流量传感器的结构、工作原理及检测 1、叶片式空气流量传感器结构及工作原理 传统的波许L型汽油喷射系统及一些中档车型采用这种叶片式空气流量传感器，如丰田CAMRY(佳美)小轿车、丰田PREVIA(大霸王)小客车、马自达MPV多用途汽车等。其结构如图 1 所示，由空气流量计和电位计两部分组成。空气流量计在进气通道内有一个可绕轴摆动的旋转翼

片(测量片)，如图 2 所示，作用在轴上的卷簧可使测量片关闭进气通路。发动机工作时，进气气流经过空气流量计推动测量片偏转，使其开启。测量片开启角度的大小取决于进气气流对测量片的推力与测量片轴上卷簧弹力的平衡状况。进气量的大小由驾驶员操纵节气门来改变。进气量愈大，气流对测量片的推力愈大，测量片的开启角度也就愈大。在测量片轴上连着一个电位计，如图 3所示 。电位计的滑动臂与测量片同轴同步转动，把测量片开启角度的变化(即进气量的变化)转换为电阻值的变化。电位计通过导线、连接器与ECU连接。ECU根据电位计电阻的变化量或作用在其上的电压的变化量，测得发动机的进气量，如图 4所示。