【空氣流量傳感器的原理及應(yīng)用案例3700字】

空氣流量傳感器的原理及應(yīng)用案例目錄TOC\o"1-2"\h\u18948一、引言（發(fā)展現(xiàn)狀）、 127196二、傳感器/采集系統(tǒng)的具體原理、 229391三、結(jié)構(gòu) 36741熱膜式空氣流量傳感器采用厚膜工藝 510544四、市場(chǎng)主流產(chǎn)品及生產(chǎn)產(chǎn)商、 520676生產(chǎn)廠商：廣州奧松電子股份有限公司 528746五、性能指標(biāo)及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)、 522245六、應(yīng)用領(lǐng)域及實(shí)際應(yīng)用案例。 6一、引言（發(fā)展現(xiàn)狀）、早期的汽車上只裝有溫度傳感器、機(jī)油壓力傳感器等幾個(gè)最基本的信息采集單元，隨著汽車工業(yè)發(fā)展和電子技術(shù)的不斷更新，大量的傳感器應(yīng)用在汽車上，21世紀(jì)以來無論是我國(guó)還是世界上汽車傳感器市場(chǎng)都在大幅度增長(zhǎng)。目前世界上的傳感器種類在2000種以上，而運(yùn)用在汽車上的傳感器數(shù)量占總的傳感器數(shù)量的73%以上，加之能源消耗、生態(tài)環(huán)境和人們對(duì)汽車功用要求的進(jìn)一步提高，使得運(yùn)用在汽車上的傳感器的數(shù)量逐年增長(zhǎng)，所以汽車傳感器市場(chǎng)存在著很大的發(fā)展?jié)摿ΑＦ嚳諝饬髁總鞲衅髦饕锌ㄩT渦旋式空氣流量傳感器、翼片式空氣流量傳感器和熱式空氣流量傳感器，由于卡門渦旋式空氣流量傳感器和翼片式空氣流量傳感器是對(duì)進(jìn)氣體積的測(cè)量，在得出進(jìn)氣質(zhì)量的時(shí)候需要測(cè)量大氣壓力和進(jìn)氣溫度計(jì)算出進(jìn)氣的密度，因此其測(cè)量精度不高，所以很快被熱式空氣流量傳感器代替。熱式空氣流量傳感器大約經(jīng)歷了三十多年的發(fā)展，最初在BOSCH公司開發(fā)的LH-Jetronic系統(tǒng)中應(yīng)用了熱線式空氣流量傳感器，其測(cè)量結(jié)果與大氣的壓力和進(jìn)氣溫度無關(guān)，不需要進(jìn)行密度修正，因此測(cè)量精度明顯提高。由于進(jìn)氣中含有大量的污染物在經(jīng)過熱線時(shí)會(huì)沉淀在熱線上，所以熱線式空氣流量傳感器增加自潔功能，發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作時(shí)，對(duì)熱線供電，產(chǎn)生瞬時(shí)高溫去除熱線上的沉淀物，但是其效果不是很理想。1996年BOSCH研制出熱膜式空氣流量傳感器，最初將加熱鉑電阻印刷在玻璃或者陶瓷上，最后發(fā)展到將加熱電阻固定在微硅片上，這類傳感器的響應(yīng)速度明顯增快，測(cè)量精度有所提高，測(cè)量范圍廣，所以被廣泛的應(yīng)用于汽車電控燃油噴射系統(tǒng)。隨著電控燃油噴射系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的廣泛應(yīng)用，空氣流量傳感器的研究在國(guó)內(nèi)也越來越重視，國(guó)內(nèi)的空氣流量傳感器大致經(jīng)歷了以鎢絲作為傳感單元的空氣流量傳感器，因其壽命短所以很快就被淘汰了，接著出現(xiàn)鉑電阻做的空氣流量傳感器，鉑電阻性能穩(wěn)定，但是國(guó)內(nèi)鉑電阻工藝相對(duì)落后，因此限制了在高端車上使用?，F(xiàn)如今國(guó)內(nèi)采用BOSCH探頭做的空氣流量傳感器，探頭跟其他幾個(gè)電阻組成惠斯通電橋，這種傳感器反應(yīng)速度快，測(cè)量精度高，目前在國(guó)內(nèi)用的這類傳感器大都依靠進(jìn)口來滿足市場(chǎng)需求。二、傳感器/采集系統(tǒng)的具體原理、熱線式空氣流量傳感器主要由感知空氣流量的加熱鉑絲電阻、空氣溫度補(bǔ)償電阻、環(huán)境溫度測(cè)試電阻、流量計(jì)殼體、空氣濾網(wǎng)、插接器等組成。汽車上使用的熱線式空氣流量傳感器分為主流熱線式和旁流熱線式。主流熱線式空氣流量傳感器和旁流熱線式空氣流量傳感器的工作原理相同，其工作原理如圖2-1所示。圖2-1熱線式空氣流量傳感器工作原理圖1-進(jìn)氣2-集成運(yùn)算放大器3-輸出信號(hào)在圖2-1中，Rs為傳感器的加熱鉑絲電阻，該電阻置于空氣氣流中，其阻值隨著溫度的增高而變大，Rc為溫度補(bǔ)償電阻用于消除環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，R1、R2、R3與前兩個(gè)電阻共同組成惠斯通電橋。流量計(jì)工作時(shí)Rs置于進(jìn)氣道的氣流中并且使加熱鉑絲的溫度高于周圍環(huán)境溫度100℃左右，溫度過高會(huì)使傳感器的壽命降低且耗電，如果溫度過低會(huì)降低傳感器的靈敏度。在惠斯通電橋中當(dāng)有空氣流過加熱鉑絲Rs時(shí)，加熱鉑絲周圍的溫度降低，使加熱鉑絲的電阻值降低，從而電橋失去平衡，為了使電橋保持平衡運(yùn)算放大器將電壓放大后供給電橋，從而提高流過加熱鉑絲Rs的電流，加熱鉑絲的溫度升高阻值增大，從而使電橋恢復(fù)平衡。由于Rs與R3為并聯(lián)電路，所以當(dāng)流過Rs的電流變化時(shí)通過R3的電流也相應(yīng)的發(fā)生變化，而R3的阻值始終為固定值，因此R3兩側(cè)的電壓隨著流過加熱鉑絲Rs的空氣流量的變化而變化。熱線式空氣流量傳感器的測(cè)量無需進(jìn)氣密度的修正，因此熱線式空氣流量傳感器的輸出電壓與進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣體的流量成單一的函數(shù)關(guān)系。熱膜式空氣流量傳感器主要由控制回路、集成熱膜、環(huán)境溫度傳感器、金屬網(wǎng)等組成，其工作原理與熱線式空氣流量傳感器相同。熱膜式空氣流量傳感器由熱膜電阻代替了熱線式空氣流量傳感器中的加熱鉑絲，熱膜電阻采用平面形鉑金屬膜電阻，在微硅片上采用蒸發(fā)沉淀工藝鍍上一層鉑金屬薄膜，再通過光刻制成梳狀電阻并在表面覆上一層絕緣保護(hù)膜引出電極制成熱膜電阻。熱膜式傳感器的發(fā)熱體不直接承受氣流的作用力，所以使發(fā)熱體的強(qiáng)度大幅度提高，從而使空氣流量傳感器的使用壽命和可靠性有所改善，因此熱膜式空氣流量傳感器逐漸取代了熱線式空氣流量傳感器并廣泛應(yīng)用于現(xiàn)在的電子燃油噴射系統(tǒng)中。三、結(jié)構(gòu)熱線式空氣流量傳感器結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1熱線式空氣流量傳感器結(jié)構(gòu)圖1－空氣濾網(wǎng)，２－熱線支架，３－加熱鉑絲，４－溫度傳感器，５流量計(jì)殼體，６－插接器熱膜式空氣流量傳感器結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。圖3-2熱膜式空氣流量傳感器結(jié)構(gòu)圖1－控制回路，２－熱膜，３－環(huán)境溫度傳感器，４－金屬網(wǎng)熱膜式空氣流量傳感器采用厚膜工藝四、市場(chǎng)主流產(chǎn)品及生產(chǎn)產(chǎn)商、生產(chǎn)廠商：廣州奧松電子股份有限公司主流產(chǎn)品：ADP2100傳感器、ADP2000傳感器、AFM3001生產(chǎn)廠商：武漢南控儀表科技有限公司：主流產(chǎn)品：LWGQ氣體渦輪流量計(jì)、LLGQ智能氣體羅茨流量計(jì)、LMF5600系列氣體質(zhì)量流量計(jì)生產(chǎn)廠商：杭州逸控科技有限公司主流產(chǎn)品：熱式氣體質(zhì)量流量器、氣體渦輪流量器、五、性能指標(biāo)及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)、在汽車電子燃油噴射系統(tǒng)中常用的空氣流量傳感器有卡門渦旋式空氣流量傳感器、翼片式空氣流量傳感器、熱線式空氣流量傳感器和熱膜式空氣流量傳感器，這幾種常見的空氣流量傳感器的性能比較如表5-1所示?？ㄩT渦旋式空氣流量傳感器在其測(cè)量結(jié)構(gòu)上無可動(dòng)件，無機(jī)械磨損，工作可靠性高，壽命長(zhǎng)，體積小、質(zhì)量輕、便于安裝，而且其輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，特別適用于電控系統(tǒng)中。但是卡門渦旋式空氣流量傳感器屬于體積流量測(cè)量式傳感器，在計(jì)算進(jìn)氣質(zhì)量流量時(shí)需要大氣壓修正和進(jìn)氣溫度修正，所以使其測(cè)量精度有所下降。翼片式空氣流量傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性好，翼片式空氣流量傳感器同卡門渦旋式空氣流量傳感器一樣都屬于體積流量測(cè)量計(jì)，同樣需要進(jìn)氣溫度和大氣壓的補(bǔ)償，所以測(cè)量精度較低，而且其體積大安裝不方便，對(duì)進(jìn)氣有較大的阻力，響應(yīng)性差，所以已被其他的空氣流量傳感器所代替。熱線式和熱膜式空氣流量傳感器都屬于質(zhì)量流量測(cè)量計(jì)，與體積測(cè)量計(jì)不同在于不需要進(jìn)氣的氣壓和溫度進(jìn)行修正，因此測(cè)量精度高，除此還有體積小、質(zhì)量輕、響應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。熱線式空氣流量傳感器相比于熱膜式空氣流量傳感器在測(cè)量過程中更容易被污染，使測(cè)量精度降低，因此在熱線式空氣流量傳感器中增加了自潔功能，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)給加熱鉑絲一定的電流，使鉑絲產(chǎn)生大約1s左右1000℃的高溫?zé)舫练e在上面的污染物，從而達(dá)到自潔作用。熱膜式空氣流量傳感器在使用過程中不存在污染現(xiàn)象，并且其用加熱電阻代替加熱鉑絲使可靠性和測(cè)量精度都有所改善，所以現(xiàn)在的電控燃油噴射系統(tǒng)中基本都采用熱膜式空氣流量傳感器。表5-1空氣流量傳感器的性能比較六、應(yīng)用領(lǐng)域及實(shí)際應(yīng)用案例。隨著新技術(shù)、新工藝、新材料的發(fā)展人們對(duì)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、和舒適性等有了更高的要求，加之汽車對(duì)能源危機(jī)和生態(tài)環(huán)境所產(chǎn)生問題使汽車新技術(shù)的發(fā)展迫在眉睫。電子燃油噴射系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用對(duì)汽車的各方面的性能都有大幅度的改善。在電子燃油噴射系統(tǒng)中發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量作為燃油噴射量的基本決定參數(shù)，因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量的精確測(cè)量顯得尤為重要。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量測(cè)量精確度要求的提高使空氣流量傳感器經(jīng)歷了翼片式空氣流量傳感器、卡門渦旋式空氣流量傳感器到現(xiàn)在的熱式空氣質(zhì)量流量傳感器，現(xiàn)在所采用的熱式空氣質(zhì)量流量傳感器克服了以前流量計(jì)需要溫度補(bǔ)償和壓差補(bǔ)償導(dǎo)致測(cè)量不精確的缺點(diǎn)，所以熱式空氣質(zhì)量流量傳感器在電控燃油噴射系統(tǒng)中得到了普遍的應(yīng)用。豐田5NR-FE發(fā)動(dòng)機(jī)裝配一汽豐田的威馳等車型上。豐田5NR-FE發(fā)動(dòng)機(jī)使用的是熱線式空氣流量計(jì)，目前這個(gè)類型的空氣流量計(jì)應(yīng)用廣泛，大多數(shù)L型進(jìn)氣系統(tǒng)都采用了此類傳感器。熱線式空氣流量計(jì)可以通過電阻溫度的上升下降，改變電壓，通過空氣流量計(jì)電壓信號(hào)、進(jìn)氣溫度傳感器的信號(hào)、水溫傳感器的信號(hào)、氧傳感器的信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，即可作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油基準(zhǔn)信號(hào)，豐田5NR-FE發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量計(jì)的故障碼主要由三個(gè)PT0100、PT0102、PT0103。一汽產(chǎn)CA7200E3型豪華轎車,裝用日本VGZOE電控多點(diǎn)汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī),進(jìn)氣系統(tǒng)采用熱膜式(LH型)空氣流量傳感器。參考文獻(xiàn)[1]趙寶平.空氣流量傳感器工作原理及其檢測(cè)[J].汽車維修,2018,(09):45-48.[2]邵萬曙,薄膜式空氣流量傳感器.浙江省,溫州市日益機(jī)車部件有限公司,2017-12-03.[3]汪余景.基于熱式流量變送器的列車折關(guān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[D].東南大學(xué),2017.[4]任錦玲,劉冰冰,孫健,牟軒.熱絲式與熱膜式空氣流量傳感器的檢修[J].農(nóng)機(jī)使用與維修,2016,(07):14-15.[5]郭騰云.大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵參數(shù)的光纖式傳感設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究[D].山東大學(xué),2016.[6]朱必武.基于LabVIEW的汽車空氣流量傳感器檢測(cè)系統(tǒng)研究[D].長(zhǎng)安大學(xué),2016.[7]王婷旺.汽車空氣流量計(jì)系