空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理
傳感器原理 / 2012-11-20
空氣流量傳感器是測定吸入發(fā)動機的空氣流量的傳感器。電子控制汽油噴射發(fā)動流量傳感器機為了在各種運轉(zhuǎn)工況下都能獲得最佳濃度的混合氣，必須正確地測定每一瞬間吸入發(fā)動機的空氣量，以此作為ECU計算(控制)噴油量的主要依據(jù)。如果空氣流量傳感器或線路出現(xiàn)故障，ECU得不到正確的進氣量信號，就不能正常地進行噴油量的控制，將造成混合氣過濃或過稀，使發(fā)動機運轉(zhuǎn)不正常。
電子控制汽油噴射系統(tǒng)的空氣流量傳感器有多種型式，目前常見的空氣流量傳感器按其結(jié)構(gòu)型式可分為葉片(翼板)式、量芯式、熱線式、熱膜式、卡門渦旋式等幾種。
傳統(tǒng)的波許L型汽油噴射系統(tǒng)及一些中檔車型采用這種葉片式空氣流量傳感器，如豐田CAMRY(佳美)小轎車、豐田PREVIA(大霸王)小客車、馬自達MPV多用途汽車等。其結(jié)構(gòu)由空氣流量計和電位計兩部分組成。空氣流量計在進氣通道內(nèi)有一個可繞軸擺動的旋轉(zhuǎn)翼片(測量片)，作用在軸上的卷簧可使測量片關閉進氣通路。發(fā)動機工作時，進氣氣流經(jīng)過空氣流量計推動測量片偏轉(zhuǎn)，使其開啟。測量片開啟角度的大小取決于進氣氣流對測量片的推力與測量片軸上卷簧彈力的平衡狀況。進氣量的大小由駕駛員操縱節(jié)氣門來改變。進氣量愈大，氣流對測量片的推力愈大，測量片的開啟角度也就愈大。在測量片軸上連著一個電位計電位計的滑動臂與測量片同軸同步轉(zhuǎn)動，把測量片開啟角度的變化(即進氣量的變化)轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。電位計通過導線、連接器與ECU連接。ECU根據(jù)電位計電阻的變化量或作用在其上的電壓的變化量，測得發(fā)動機的進氣量。
在葉片式空氣流量傳感器內(nèi)，通常還有一電動汽油泵開關。當發(fā)動機起動運轉(zhuǎn)時，測量片偏轉(zhuǎn)，該開關觸點閉合，電動汽油泵通電運轉(zhuǎn)；發(fā)動機熄火后，測量片在回轉(zhuǎn)至關閉位置的同時，使電動汽油泵開關斷開。此時，即使點火開關處于開啟位置，電動汽油泵也不工作。
流量傳感器內(nèi)還有一個進氣溫度傳感器，用于測量進氣溫度，為進氣量作溫度補償。
葉片式空氣流量傳感器導線連接器一般有7個端子，但也有將電位計內(nèi)部的電動汽油泵控制觸點開關取消后，變?yōu)?個端子的。
熱線式結(jié)構(gòu)和工作原理
熱線式空氣流量傳感器的基本結(jié)構(gòu)由感知空氣流量的白金熱線(鉑金屬線)、根據(jù)進氣溫度進行修正的溫度補償電阻(冷線)、控制熱線電流并產(chǎn)生輸出信號的控制線路板以及空氣流量傳感器的殼體等元件組成。根據(jù)白金熱線在殼體內(nèi)的安裝部位不同，熱線式空氣流量傳感器分為主流測量、旁通測量方式兩種結(jié)構(gòu)形式。它兩端有金屬防護網(wǎng)，取樣管置于主空氣通道中央，取樣管由兩個塑料護套和一個熱線支承環(huán)構(gòu)成。熱線線徑為70μm的白金絲(RH)，布置在支承環(huán)內(nèi)，其阻值隨溫度變化，是惠斯頓電橋電路的一個臂。熱線支承環(huán)前端的塑料護套內(nèi)安裝一個白金薄膜電阻器，其阻值隨進氣溫度變化，稱為溫度補償電阻(RK)，是惠斯頓電橋電路的另一個臂。熱線支承環(huán)后端的塑料護套上粘結(jié)著一只精密電阻(RA)。此電阻能用激光修整，也是惠斯頓電橋的一個臂。該電阻上的電壓降即為熱線式空氣流量傳感器的輸出信號電壓。惠斯頓電橋還有一個臂的電阻RB安裝在控制線路板上。
熱線式空氣流量傳感器的工作原理
熱線溫度由混合集成電路A保持其溫度與吸入空氣溫度相差一定值，當空氣質(zhì)量流量增大時，混合集成電路A使熱線通過的電流加大，反之，則減小。這樣，就使得通過熱線RH的電流是空氣質(zhì)量流量的單一函數(shù)，即熱線電流IH隨空氣質(zhì)量流量增大而增大，或隨其減小而減小，一般在50-120mA之間變化。波許LH型汽油噴射系統(tǒng)及一些高檔小轎車采用這種空氣流量傳感器，如別克、日產(chǎn)MAXIMA(千里馬)、沃爾沃等。
傳感器市場發(fā)展前景
咨詢公司INTECHNOCONSULTING的傳感器市場報告顯示，2008年全球傳感器市場容量為506億美元，預計2010年全球傳感器市場可達600億美元以上。調(diào)查顯示，東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場增長最快的地區(qū)，而美國、德國、日本依舊是傳感器市場分布最大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場上增長最快的依舊是汽車市場，占第二位的是過程控制市場，看好通訊市場前景。 一些傳感器市場比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場規(guī)模最大，分別占到整個傳感器市場的21%、19%和14%。傳感器市場的主要增長來自于無線傳感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微機電系統(tǒng))傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無線傳感器在2007-2010年復合年增長率預計會超過25%。
技術(shù)革新
目前，全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。有關專家指出，傳感器領域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場份額的擴大。
