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空气流量计检测原理

发布时间:2015-02-09   点击次数:321次

空气流量计检测原理


野外的架空电线被风吹时会呜呜发出声响.风速越高声音频率越高,这是因为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之后形成两列涡旋,根据涡旋出现的频率就可以测量流量.因为涡旋成两列平行状,并且左右交替出现,与街道两旁的路灯类似,所以有涡街之称.因为这种现象首先为卡曼发现,设有两个进气通道,主通道和旁通道,进气流量的检测部分就设在主通道上,设置旁通道的目的是为了能够调整主通道的流量,以便使主通道的检测特性呈理想状态.也就是说,对排气量不同的发动机来说,通过改变空气流量传感器通道截面大小的方法,就可以用一种规格的空气流量传感器来覆盖多种发动机.主通道上的三角柱和数个涡旋放大板构成卡曼涡旋发生器.在产生卡曼涡旋处的两侧,相对地设置了属于电子检测装置的超声波发送器和超声波接受器,也可以把这两个部件归入传感器,这两个电子传感器产生的电信号经空气流量传感器的控制电路(混合集成电路)整形、放大后成理想波形,再输入到微机中.为了利用超声波检查涡旋,在涡旋通道的内壁上都粘有吸音材料,目的是防止超声波出现不规则反射

这种空气流量传感器的流量检测的原理电路如图,当有卡曼涡旋产生时,就随着速度及压力的变化,流量检测的基本原理就是利用其中速度的变化.空气流量传感器输出至控制组件的信号波形如图.信号为方波、数字信号.进气量越多,卡曼涡旋的频率越高,空气流量传感器输出信号的频率就越高

压力变化检测型卡曼涡旋式空气流量传感器 

涡流是从涡旋发生器两端交替发生的,因此涡旋发生器两端交替产生的,因此涡旋发生器的两端的压力也是交替变化,这种压力的变化通过涡流发生器下游侧锥型柱上的导压孔引导到反光镜腔中,反光镜腔中的反光镜是用很细的张紧带张紧的,所以,张紧带上出现扭曲与振动,此外,利用板弹簧给张紧带加上适当的张力,由此,除振动与涡旋压力之外的压力变化等难以造成影响,从而可得到稳定的扭转与振动

因涡旋出现而形成的压力经导压孔到反光镜腔中,与反射腔中的压力变化同步、反光镜在张紧带上形成扭转、振动.反光镜非常轻巧,即使在低流量、压力变化非常小的状况下,也会动作.在反光镜的上部,相应配置有发光二极管与光敏三极管等构成的光传感器,二极管发出的光经反光镜反射,并射到光敏三极管上时,就会变成电流,经波形电路后输出

 

传感器的特性: 

当在30秒内使节气门从关闭到全打开,即快速打开时,这种传感器的响应特性如图所示,图下的曲线为经F/V变换后的卡曼涡旋空气流量传感器的输出特性,图上的曲线为节气门的开度特性,由图可知对节气门中流量的变化,空气流量传感器都能准确地反映出来(1~45毫秒)空气流速与频率关系:在非常宽的流速范围内空气流速与涡旋频率之间呈现直线关系

带微差压力传感器的超声波型卡曼涡旋空气流量传感器 

卡曼涡旋空气流量传感器的特点:精度高、寿命长,可靠性高.但是,高性能的发动机即进一步降低油耗、提高输出功率的发动机还要求扩展进气量的检测范围,但是老式超声波型卡曼涡旋空气流量传感器在高流量的区域将产生过调制的现象,受这一因素的影响,这种传感器有计量范围不足的缺点.为此,又研制出带微差压力传感器的空气流量传感器

1、采用压力损耗小的涡旋发生器:涡旋发生器的功能是在整个流量范围内形成稳定的涡旋
2、压力损耗较小的管道结构 
3、测量微小的涡旋压力 
4、带微差压力传感器的空气流量传感器 

热丝式空气流量传感器的结构 

作为发热体的热丝是用直径为70um的铂丝制成的,张紧装于管道内部,设计时就使其比进气温度高120.在温度传感器还有空气温度补偿电阻.它是由氧化铝陶瓷基片印刷的铂膜而形成的,它是于精密电阻一起设置在管道内.为防止附着在热丝上的灰尘等造成性能下降,设有灰尘燃烧电路,在点火开关置于断开档时,在一定的条件下,将热丝加热到1000度、1,烧掉灰尘等附着物.因为是用铂丝做发热元件,所以响应性好

与此类似的还有热膜丝空气流量传感器(H/F,H/W传感器类似,H/F也是采用平面形薄膜电阻器作为发热元件.制造方法是:在氧化铝基片上蒸发出的铂的薄膜,通过图形制作形成梳状电阻,再调节到所要求的电阻值,此后,作成保护膜,再接好电极引线.与热丝式相比,热膜式发热元件的响应性稍差,但因为它是通过图形法制成的,所以电阻值较高,消耗的电流小,可以做到小型、轻巧.此外,因其发热元件是平面型的,从上游观察时,可设法使其投影面积做的很小,这样的设置在计量通道内时就可以减少附着物,即提高抗污性.(end)