汽車用傳感器空氣流量傳感器全解PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1汽車用傳感器空氣流量傳感器全解汽車用傳感器空氣流量傳感器全解2021-8-72種類（按傳感器的特征）（1）L型：直接監(jiān)測進(jìn)氣量的流量傳感器；直接測量空氣體積流量的傳感器 ，如葉片式空氣流量傳感器、卡門渦流式空氣流量傳感器；直接測量空氣質(zhì)量流量的傳感器，如熱線式空氣流量傳感器、熱膜式空氣流量傳感器。 特點：L型控制方式采用的L型傳感器能夠適應(yīng)汽車使用的苛刻條件；但對踏油門時出現(xiàn)的流量急劇變化的響應(yīng)要求及在傳感器前后進(jìn)氣歧管形狀所引起的不均勻氣流中的高精度監(jiān)測要求較高。第1頁/共37頁2021-8-73（2）D型：間接計量進(jìn)氣量的流量傳感器；根據(jù)歧管負(fù)壓與發(fā)動機轉(zhuǎn)速間接計量進(jìn)氣量。如：進(jìn)氣

2、管半導(dǎo)體壓力傳感器。 特點：D型控制方式中的微機ROM內(nèi)，預(yù)先儲存著以發(fā)動機轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣管內(nèi)的壓力為參數(shù)的的各種狀態(tài)下的進(jìn)氣量，微機根據(jù)所測的各運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的進(jìn)氣壓力與轉(zhuǎn)速，參照ROM所記憶的進(jìn)氣量，可以算出燃油量 。該傳感器的內(nèi)容在第4章介紹。第2頁/共37頁2021-8-743.1 動片式空氣流量傳感器 3.1.1動片式空氣流量傳感器結(jié)構(gòu) 該傳感器裝在汽油發(fā)動機上，安裝于空氣濾清器與節(jié)氣門之間，其功能是檢測發(fā)動機的進(jìn)氣量，并把檢測結(jié)果轉(zhuǎn)換成電信號，再輸入微機中。 結(jié)構(gòu)：由空氣流量計與電位計兩部分組成，見圖。 第3頁/共37頁2021-8-75工作過程： 由空氣濾清器吸入的空氣沖向動片，動片轉(zhuǎn)到

3、進(jìn)氣量與回位彈簧平衡的位置處停止（動片的開度與進(jìn)氣量成成正比）。在動片的轉(zhuǎn)動軸還裝有電位計，電位計的滑動臂與動片同步轉(zhuǎn)動，利用滑動電阻的電壓降把測量片的開度轉(zhuǎn)換成電信號，然后輸入到控制電路中。 電位計上設(shè)有燃油泵觸點，當(dāng)發(fā)動機工作時，動片張開一定角度，觸點閉合，燃油泵工作。第4頁/共37頁2021-8-76電位計的內(nèi)部電路與輸出特性如下圖所示：第5頁/共37頁2021-8-77進(jìn)氣量與電壓的關(guān)系有兩種：電壓比檢測和電壓值監(jiān)測 。電壓比檢測：）加在電位計上的電壓（）變化（電位計滑動引起的電壓進(jìn)氣量2BSCEVVV可以減少因電壓變化引起的誤差第6頁/共37頁2021-8-78電壓值檢測：進(jìn)氣量=電

4、位計滑動引起的電壓變化（VS-E2）第7頁/共37頁2021-8-79兩種檢測方法特性對比：電壓比檢測：輸出特性為折線電壓值監(jiān)測：輸出特性為直線 Q1/VS)/(1BSUUQ第8頁/共37頁2021-8-7103.1.2 動片式空氣流量傳感器的測試原理原理圖如右圖所示。（P2-P1）可看成定值，所以QA，為了消除蓄電池電壓UB變化對測試值影響，將US/UB作為傳感器的輸出。由于輸出US/UB的值與體積流量Q成函數(shù)關(guān)系，所以采用進(jìn)氣溫度傳感器修正空氣密度隨溫度產(chǎn)生的變化，采用大氣壓傳感器對高原行車引起的變化加以修正。)(221ppgAQ第9頁/共37頁2021-8-711輸出特性：如右圖量化誤差

5、：為了把信號輸入到微機中，還要利用AD變換器把信號作數(shù)字化處理，將此時最低位所示的空氣流量稱為量化誤差。進(jìn)氣量越大，量化誤差越大。特點：測量范圍受到制約；電位計的觸頭要保證長期使用的可靠性；為了使響應(yīng)特性穩(wěn)定，需增設(shè)阻尼結(jié)構(gòu)，從而造成體積增大、重量增加，而且響應(yīng)性能偏低。第10頁/共37頁2021-8-7123.2 卡曼渦旋式空氣流量傳感器相比較動片式空氣流量傳感器，擴(kuò)展了測量范圍，取消了滑動觸點，體積小巧，重量輕；渦旋的檢測方法、電子控制電路與檢測精度根本無關(guān)，抗干擾性強；傳感器輸出的是數(shù)字信號（頻率），向控制系統(tǒng)（ECU）輸入信號時，可以省去AD轉(zhuǎn)換器；優(yōu)點：測試精度高，可以輸出線性數(shù)字信

6、號，信號處理簡單； 長期使用時，性能不會發(fā)生變化 ；檢測體積流量，不需要對溫度及大氣壓進(jìn)行修正。第11頁/共37頁2021-8-7133.2.1 檢測原理卡曼渦街 卡門渦街是流體力學(xué)中重要的現(xiàn)象,在自然界中?？捎龅?，在一定條件下流體繞過非流線形物體時，物體尾流左右兩側(cè)會周期性產(chǎn)生成對的、交替排列的、旋轉(zhuǎn)方向相反的反對稱渦旋。 如右圖所示，當(dāng)h/l=0.281時，所形成的渦旋是穩(wěn)定且周期性的。產(chǎn)生頻率f與流體速度v1有如下關(guān)系：dvStf1KfqV第12頁/共37頁2021-8-7143.2.2 超聲波式卡曼渦旋空氣流量傳感器結(jié)構(gòu)如右圖所示：安裝于空氣濾清器內(nèi)部。兩個進(jìn)氣通道。主通道：進(jìn)氣流量的

7、檢測部分設(shè)在主通道；旁通道：為了能夠調(diào)整主通道的流量，以便使主通道的監(jiān)測特性呈理想狀態(tài)?？鼫u旋發(fā)生器：4和5 。超聲波發(fā)送器和接收器：通道內(nèi)壁有吸音材料，防止超聲波的不規(guī)則反射。第13頁/共37頁2021-8-715流量檢測原理電路：超聲波檢測原理：超聲波與進(jìn)氣氣流成垂直方向傳播，受卡曼渦旋的作用，僅與垂直的速度成分才被調(diào)制，調(diào)制造成的相位的提前與滯后和交替產(chǎn)生的渦旋是同步的，因此通過相位的變化就可以測量出渦旋的頻率。 超聲波的頻率一般為40KHz，其原因是在沒有渦旋的通道上發(fā)送的超聲波和接收到的超聲波相位相同。第14頁/共37頁2021-8-716輸出信號波形： 進(jìn)氣量越多，卡曼渦旋的頻率

8、越高，空氣流量傳感器輸出信號的頻率越高，控制組件根據(jù)此信號計算進(jìn)氣量。第15頁/共37頁2021-8-7173.2.3 壓力檢測型卡曼渦旋式空氣流量傳感器1、原理：在通道內(nèi)渦旋交替產(chǎn)生，渦旋發(fā)生器兩端的壓力也交替變化，這種變化經(jīng)導(dǎo)壓孔引導(dǎo)到反光鏡腔體中，固定反光鏡的張緊帶會發(fā)生同頻率的扭曲和變形，如右圖。 在反光鏡的上部由發(fā)光二極管和光敏三極管構(gòu)成的光傳感器，會因為反光鏡的震動，而使發(fā)光二極管發(fā)出的光反射到光敏三極管，并形成電流，經(jīng)整形電路后輸出。第16頁/共37頁2021-8-7182、結(jié)構(gòu)：如右圖設(shè)計時確定流速與渦旋頻率之間為正比例關(guān)系，以保證在很寬的流量范圍上渦旋發(fā)生器都會產(chǎn)生穩(wěn)定的強烈

9、的渦旋。（1）空氣通道的構(gòu)成：錐度通道：減少壓力損耗矩形通道：獲得穩(wěn)定渦旋（2）渦旋發(fā)生器：前面剖面形狀為三角形，后面剖面形狀為梯形。目的：得到穩(wěn)定的卡曼渦旋。第17頁/共37頁2021-8-719（3）反光鏡振動系統(tǒng)三點要求：耐疲勞的使用壽命要長；低流速時應(yīng)具有足夠的工作角，高流速時應(yīng)出現(xiàn)穩(wěn)定的振動；過渡時期也應(yīng)有穩(wěn)定的振動。反光鏡與張緊帶：耐腐蝕的整塊金屬箔制成；反光室腔：設(shè)置有斜面；為了防止反光鏡傾斜過度而損壞；利用反光鏡和斜面形成阻尼效果； 最高流速時反光鏡的工作角取決于反光鏡扭轉(zhuǎn)方向的慣性矩、空氣的阻尼作用和渦旋壓力的大小，而傾斜面的角度取決于最大流速時的反光鏡的工作角。第18頁/共

10、37頁2021-8-720（4）光學(xué)系統(tǒng)即便反光鏡的工作角度為最小值，系統(tǒng)應(yīng)具有高靈敏度： 如圖所示，反光鏡工作角設(shè)定在曲線上大致直線位置，反光鏡的最小工作角最小可達(dá)光敏器件所占角度的1/4，即可輸出高靈敏信號。第19頁/共37頁2021-8-721即便反光鏡有污濁，也可得到穩(wěn)定的信號： 如圖虛線所示，當(dāng)反光鏡污濁后，光敏三極管發(fā)出的電流會減小，這時利用電流反饋電路控制放大電路輸出的電流，使得進(jìn)入整形電路之前的電流平均值為一定值，以保證的得到穩(wěn)定信號。第20頁/共37頁2021-8-722（5）傳感器的特性30mS內(nèi)節(jié)氣門從關(guān)閉到全打開響應(yīng)特性如圖所示：上曲線為節(jié)氣門開度特性；下曲線為經(jīng) f

11、/V（電壓）變換后的傳感器輸出特性。從圖3-26、3-27可以看出測量范圍寬、壓力損耗小，在非常寬的流速范圍內(nèi)，空氣流速與渦旋頻率呈直線關(guān)系。第21頁/共37頁2021-8-7233.3 熱絲式空氣流量傳感器 3.3.1 熱絲式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)（簡稱H/W） 如圖3-31所示：作為發(fā)熱體的熱絲是用直徑為70um的鉑絲制成的，張緊裝于管道內(nèi)部，設(shè)計時就使其比進(jìn)氣溫度高120度。 在溫度傳感器內(nèi)有空氣溫度補償電阻。由氧化鋁陶瓷基片印刷的鉑膜而形成的，與精密電阻一起設(shè)置在管道內(nèi)。 第22頁/共37頁2021-8-724為防止附著在熱絲上的灰塵等造成性能下降，設(shè)有灰塵燃燒電路，在點火開關(guān)置于斷開檔

12、時，在一定的條件下，將熱絲加熱到1000度、1秒，燒掉灰塵等附著物。因為是用鉑絲做發(fā)熱元件，所以響應(yīng)性好。p熱膜絲空氣流量傳感器（H/F） 與H/W傳感器類似，H/F也是采用平面形薄膜電阻器作為發(fā)熱元件。制造方法是：在氧化鋁基片上蒸發(fā)出的鉑的薄膜，通過圖形制作形成梳狀電阻，再調(diào)節(jié)到所要求的電阻值，此后，作成保護(hù)膜，再接好電極引線。與熱絲式相比，熱膜式發(fā)熱元件的響應(yīng)性稍差，但電阻值較高，消耗的電流小，可以做到小型、輕巧。此外，因其發(fā)熱元件是平面型的，設(shè)置在計量通道內(nèi)時就可以減少附著物，即提高抗污性。 第23頁/共37頁2021-8-7253.3.2 工作原理 在進(jìn)氣通道上設(shè)有用電流加熱的鉑金屬絲

13、（熱絲），當(dāng)氣流通過已加熱的熱絲，熱絲溫度下降，氣流速度越高，奪走熱量越多。為了保證熱絲的溫度為一定值，就必須控制加熱電流，根據(jù)加熱電流的大小，即可檢測出空氣的流量。 加熱電流I與質(zhì)量流量Qm的關(guān)系：2/1)(HnmCHTRQTTKKImpnmmTCK1 通過保證發(fā)熱元件與空氣溫度差和RH的比為一定值的辦法，就可以根據(jù)發(fā)熱元件的加熱電流求出質(zhì)量流量Qm。然而系數(shù)KT隨溫度值的變化而變化，可采用恒溫差控制電路進(jìn)行溫度漂移的補償。第24頁/共37頁2021-8-726恒溫差溫度補償電路（1）組成：由發(fā)熱元件、空氣溫度補償電阻（溫度傳感器）分別作為要素的惠斯通電橋以及具有電流放大作用的運算放大器構(gòu)成

14、。（2）工作原理： 當(dāng)發(fā)熱元件的溫度高于空氣溫度時，電橋才能達(dá)到平衡，通過向橋式電路輸入加熱電流才能保持發(fā)熱元件的溫度為恒定值。此時，精密電阻R3輸出與進(jìn)氣量相應(yīng)的電壓。第25頁/共37頁2021-8-727（3）如何抵消系數(shù)KT的溫度漂移： 加熱電流I與質(zhì)量流量Qm的關(guān)系：溫度系數(shù)KT=0.150.18%/當(dāng)橋式電路處于平衡狀態(tài)時，發(fā)熱元件與空氣的溫度差和發(fā)熱元件的電阻值RH的比值為：通過設(shè)置R1，則溫度差與RH的比值就與溫度值有關(guān)系：隨著溫度的升高，RH增大，比值則減小。因此，可以利用R1調(diào)整發(fā)熱元件與空氣溫度之差的溫度系數(shù)KT，就可以用（TH-TC）/RH抵消系數(shù)KT的溫度漂移。2/1)

15、(HnmCHTRQTTKKI010)1 ()(KHHHCHRRRRkRTT式中，k為常數(shù)。第26頁/共37頁2021-8-7283.4 各種空氣流量傳感器的比較3.4.1 輸出特性（圖3-42）（1）動片時和熱絲式是非線性輸出，需做線性處理。 （2）在制造過程中所以類型傳感器的測試精度都是按3%的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整的，這就是空氣流量傳感器的雜散性（不按指定部件產(chǎn)生誤差）和重復(fù)精度（在一個確定的測量點位置上，每次被測量的量變化到這個位置時傳感器表現(xiàn)出來的測量差值）。第27頁/共37頁2021-8-7293.4.2 怠速時流量的測定精度評價空氣流量傳感器的工作穩(wěn)定性時的兩大要求：（1）對怠速時的測量精度

16、的要求；（2）發(fā)動機罩下的溫度達(dá)到最高時的工作區(qū)域的要求。溫度特性難以補償?shù)目諝饬髁總鞲衅鞯牡∷贉y試精度較低：（1）利用熱量的熱絲式空氣流量傳感器容易受熱影響；（2）半導(dǎo)體壓力傳感器對溫度敏感容易受到影響。（半導(dǎo)體對溫度敏感）第28頁/共37頁2021-8-7303.4.3 加速時的響應(yīng)特性產(chǎn)生響應(yīng)滯后原因：慣性（動片式的可動部分的慣性、熱絲式的熱慣性）卡曼渦旋式是靠自身形成渦旋，基本不存在響應(yīng)滯后。各種空氣流量傳感器響應(yīng)性能比較：壓力式卡曼渦旋式熱絲式動片式。第29頁/共37頁2021-8-7313.4.4 減速時的流量測試能力配有渦輪增壓發(fā)動機特別是裝有中間冷卻器的進(jìn)氣系統(tǒng)，由于節(jié)氣門上游的管路比較長，所以在急減速時，因水錘現(xiàn)象產(chǎn)生氣柱振動。在急減速時進(jìn)氣管壓力傳感器與熱絲式空氣流量傳感器的輸出變化情況如圖所示。上游設(shè)置空氣流量傳感器無法測量這類減速時的進(jìn)氣量。設(shè)置在節(jié)氣門下游的進(jìn)氣壓力傳感器可輸出發(fā)動機減速信號。第30頁/共37頁2021-8-7323.4.5 脈動氣流的測定功能發(fā)動機在節(jié)氣門全開狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，進(jìn)氣是脈動氣流，要想精確的測定此時氣流，要求傳感器的響應(yīng)性能好?？鼫u旋式和熱絲式空氣流量傳感器具有相應(yīng)的功能。3.4.6 管道阻力（壓力損耗）進(jìn)氣壓力傳感器最低；其次是熱絲式；再次是卡曼渦旋式；最后是動片式。第31頁/共37