傳感器 (1)汽車空氣質(zhì)量流量傳感器的研究文獻綜述

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1、 汽車空氣質(zhì)量流量傳感器的研究文獻綜述 摘要 汽車最核心的電子控制系統(tǒng)是電子燃油噴射系統(tǒng)（簡稱電噴系統(tǒng)）。該系統(tǒng)可以根據(jù)各傳感器的信號判斷整車工況, 并據(jù)此控制燃油噴射量及點火時間，從而使燃油在理論空燃比附近燃燒，達到節(jié)能環(huán)保的目的[1]。內(nèi)燃機進氣空氣流量是一個非常重要的測量參數(shù),因為汽油機空燃比的調(diào)節(jié)的方式是采用調(diào)整與進氣量相匹配的噴油量,所以現(xiàn)在電控汽油機噴射系統(tǒng)能否準確的測量發(fā)動機的進氣量,從而正確的將空燃比控制在所要求的范圍內(nèi),決定了發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和尾氣排放等性能指標[2]。良好發(fā)動機指標決定了其在全球市場的存在。全球環(huán)境的惡化以及能源危機促使人們對汽車消耗和排

2、放更加重視。因此，精準的汽車空氣質(zhì)量測量很有必要。空氣質(zhì)量流量傳感器是當前汽車發(fā)動機電子控制燃油噴射系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件之一,是對發(fā)動機的空氣進氣量的準確測量的器件?，F(xiàn)代汽車的快速發(fā)展對汽車空氣流量傳感器的要求越來越高，為了滿足需要新型的傳感器不斷被研制出來。 關(guān)鍵詞 空氣流量傳感器 空燃比 前言 自從十八世紀汽車誕生之后,汽車工業(yè)就走上了飛速發(fā)展的道路,經(jīng)過幾代汽車人的努力,現(xiàn)如今汽車工業(yè)已經(jīng)成為當今世界經(jīng)濟中的必不可少的一部分[3]。在二十世紀末期,世界開始走上科學(xué)技術(shù)的道路,汽車工業(yè)首當其沖,大量的新材料、新技術(shù)、新工

3、藝在汽車行業(yè)上得到了廣泛的使用?，F(xiàn)如今的汽車與之前的汽車大不相同,發(fā)生的質(zhì)地變化,汽車的結(jié)構(gòu)和性能都得到了極大的提升,汽車的飛速發(fā)展帶動整個汽車工業(yè)，使之走在了世界工業(yè)的前端。在眾多汽車新技術(shù)中,當屬汽車電子裝置及控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用最為受工程師的重視,從發(fā)動機燃油噴射系統(tǒng)到車身以及輔助裝置,從底盤的傳動系統(tǒng)到轉(zhuǎn)向與制動系統(tǒng)等汽車各個部分都普遍采用了電子控制系統(tǒng),這使得很多汽車零部件在工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計及使用維護等方面都發(fā)生了根本性的改變。而作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源的汽車傳感器,不但是汽車電子控制系統(tǒng)的核心部件,也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的重點內(nèi)容傳感器技術(shù)是綜合多種學(xué)科的復(fù)合型技術(shù)，是一門

4、正在蓬勃發(fā)展的現(xiàn)代化傳感器技術(shù)[4]。對于測量發(fā)動機進氣空氣質(zhì)量,其發(fā)展歷史并不長久,上個世紀七十年代風(fēng)門式空氣流量傳感器是第一個使用在汽車上的空氣流量傳感器[5]。傳感器技術(shù)的日益完善,在汽車上的應(yīng)用越來越普遍廣泛,而在我國受制于技術(shù)的限制,對汽車電子控制技術(shù)的研究起步相對比較落后,直到上個世紀末才開始研究。從總體來看,我國空氣質(zhì)量流量傳感器的研究,在科研方面基本上都是在借用國外比較成熟的技術(shù),但是同樣也是相當落后了的技術(shù),極少有新型的制作工藝和設(shè)備出現(xiàn)。在生產(chǎn)工藝方面,流量傳感器的生產(chǎn)工藝還未達到國外的先進水平,生產(chǎn)出來的產(chǎn)品可靠性和精確性還需要提高,因此,要想達到產(chǎn)品的批量生產(chǎn)的要求還有

5、很長的一段路要走。 翼片式空氣流量傳感器 翼片式汽車空氣流量傳感器由翼（葉）片、回位彈簧、電位器以及外圍信號 處理電路等部分組成。由于溫度、靜態(tài)氣壓不變時，汽車空氣流量與氣流動態(tài)壓力成正比，氣流動態(tài)壓力大小即可反應(yīng)空氣流量大小。傳感器翼片受進氣氣流的動態(tài)壓力及回位彈簧的彈力共同作用，處于力矩平衡狀態(tài)時旋轉(zhuǎn)到某個角度。當進氣量增大時，氣流動態(tài)壓力增大使得翼片偏轉(zhuǎn)到另一個角度，回位彈簧彈力相應(yīng)增大直到力矩重新平衡為止。同時，電位計滑臂隨翼片偏轉(zhuǎn)并改變電阻值，進而改變輸出電壓，檢測輸出電壓即可得到空氣流量。翼片式汽車空氣流量傳感器實質(zhì)上是將流動空

6、氣的流量轉(zhuǎn)化為翼片的偏轉(zhuǎn)量，再將偏轉(zhuǎn)量轉(zhuǎn)換為電位器的電阻值改變，最終以電壓形式輸出，實現(xiàn)汽車空氣流量測量[6]?！缎滦蛙囉靡砥娇諝饬髁總鞲衅餮芯俊芬晃闹兄饕榻B了翼片式空氣流量傳感器了。通過對常見的傳感器的比較，得出翼片式空氣流量傳感器具有其他傳感器所不具有優(yōu)勢。其結(jié)構(gòu)非常簡單、價格低廉，并且對生產(chǎn)設(shè)備和工藝的要求不高；而壓力損失和響應(yīng)時間的缺點來源于傳感器各種參數(shù)的影響，通過對參數(shù)的分析、調(diào)整是有可能得到改進的。因此，只要能分析出影響翼片式產(chǎn)品響應(yīng)時間的因素再加以改進，就能使其性能不下于其他產(chǎn)品，完全可以與其他同類產(chǎn)品競爭 超聲波檢測渦流式空氣流量傳感器 渦流式空氣流量傳感器是根據(jù)

7、卡爾曼渦流理論,利用超聲波或光電信號,通過檢測旋渦頻率來測量空氣流量的一種傳感器。眾所周知,當野外架空的電線被風(fēng)吹時,就會發(fā)出/嗡、嗡的響聲,且風(fēng)速越高聲音頻率越高,這是氣流流過電線后形成旋渦(即渦流)所致。液體、氣體等流體均會發(fā)生這種現(xiàn)象。在流體中放置一個柱狀物體(即渦流發(fā)生器)后,當雷諾數(shù)Red>40時,在其下游流體中就會形成2列平行狀旋渦,并且左右交替出現(xiàn),因此根據(jù)旋渦出現(xiàn)的頻率,就可測量出流體的流量[7]?！冻暡z測渦流式空氣流量傳感器》一文主要敘述了渦流式空氣流量傳感器的工作原理。渦流式空氣流量傳感器因為是所有流量傳感器中最快的一種，幾乎能同步反映空氣流速的變化等優(yōu)點，因此特別適用

8、于數(shù)字式計算處理。這是其他同類傳感器所不具有的特點。 熱線式空氣流量傳感器 熱膜式空氣質(zhì)量流量傳感器依據(jù)“托馬斯理論”氣體的放熱量或吸熱量與該氣體的質(zhì)量流量成正比，利用加熱電路對傳感器探頭加熱，氣體流動時帶走一部分熱量使探頭的溫度改變，從而測得氣體的質(zhì)量[8]。熱膜式空氣流量計利用熱膜做成傳感探頭，熱膜的電阻隨溫度變化，將熱膜作為惠斯通電橋的一部分，再通過加熱電路使熱膜的溫度高出周圍空氣溫度一定值，空氣流過時冷卻熱膜電阻，為了使熱膜的溫度和周圍的空氣溫度始終保持一定值而控制流過熱膜電阻的電流，再將電流轉(zhuǎn)換為電壓信號則得出空氣的流量[9]?！痘?Flotherm 的熱式汽車》一文中主要

9、是基于Flotherm軟件的對熱線式空氣流量傳感建立了兩種熱式汽車空氣流量計的三維模型,并對兩種方案進行熱模擬,比較不同方案對流量計散熱性能的影響,所得結(jié)果對于熱式汽車空氣流量計的設(shè)計有一定指導(dǎo)意義?！镀嚳諝赓|(zhì)量流量傳感器的研究》一文中詳細地介紹了熱膜式空氣流量傳感器的理論知識進行了一番深入的研究和分析,對其工作原理和結(jié)構(gòu)及其特點都有所了解和掌握，設(shè)計出了一種采用MEMS加工工藝制造 出來的集成式傳感器探頭,著重闡述傳感器傳感單元材料的選擇。同時還設(shè)計出了該傳感器的工作電路,傳感器的電路控制采用軟件控制傳感器的恒溫差補償,避免了硬件的加工不足[10]?？梢允沟脗鞲衅鞯臏y量精度更高，還對傳感

10、器的靜態(tài)和動態(tài)特性的標定方法作出了一番研究。后為使設(shè)計更為合理,對設(shè)計好的熱膜式空氣流量傳感器的溫度場進行了ANSYS仿真,通過仿真來確定了硅杯結(jié)構(gòu)的尺寸及位置、加熱電阻和檢測電阻的形狀及相互位置。 空氣流量計熱模擬分析。 總結(jié) 《汽車空氣質(zhì)量流量傳感器的研究》、《汽車智能化空氣流量傳感器的研究》和《新型車用翼片式空氣流量傳感器研究》這幾篇論文中都提及了熱膜式傳感器,并對熱膜式傳感器工作原理進行詳細的介紹，但是側(cè)重點不一樣。其中前兩者都是介紹了傳統(tǒng)的空氣流量傳感器，通過比較得出新型的熱膜式傳感器的優(yōu)點，文中都重點分析了該傳感器的基本原理和具體應(yīng)用。不是通的是前者主要是對熱膜式傳感器

11、原理分析，然后具體介紹了制作該傳感器的流程和制作過程中的選材。也就是說本文就是論述制作傳感的過程。而后者則是用熱膜式空氣流量傳感器的設(shè)計的測量汽車進氣量的智能系統(tǒng)?！缎滦蛙囉靡砥娇諝饬髁總鞲衅餮芯俊穭t主要闡述了翼片式空氣流量傳感器的原理，著重闡述了建立了翼片式汽車空氣流量傳感器的動力學(xué)模型。通過對動力學(xué)模型的分析，得到了造成翼片式汽車空氣流量傳感器壓力損失過大的主要因素是翼片面積過大，造成響應(yīng)時間長的主要因素是傳感器轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量過大。在此基礎(chǔ)上，提出了減小翼片面積，優(yōu)化翼片形狀，減小翼片材料密度等方法以減小壓 力損失、縮短傳感器響應(yīng)時間，并據(jù)此設(shè)計了新型翼片式汽車空氣流量傳感器方案。

12、 參考文獻 [1] 金敏福.車用傳感器空氣流量傳感器.進修學(xué)院,2007. [2] 吳克剛.熱膜空氣質(zhì)量流量傳感器的動態(tài)響應(yīng).長安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2005: [3]余柏林.應(yīng)用于汽車的溫差式空氣流量傳感器的研究.華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文.2008 [4] 胡 騰 新型車用翼片式空氣流量傳感器研究 .重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文.2010 [5] 董素榮, 超聲波檢測渦流式空氣流量傳感器. 2002 [6] 邱 燕,修吉平 基于 Flotherm 的熱式汽車空氣流量計熱模擬分析.2011 [7] 金躍川 汽車空氣質(zhì)量流量傳感器的研究 . 武漢理工大學(xué)碩士論文.2011 [8] 文 昊 汽車智能化空氣流量傳感器的研究.長安大學(xué)碩士論文.2013 [9] 李長武 車用熱線式空氣流量傳感器. 〔期刊論文8〕一傳感器技術(shù)2004 [10]常紅梅.汽車發(fā)動機進氣質(zhì)量流量傳感器田].長安大學(xué)碩士學(xué)位論文,2007. ..