第九章汽车用传感器原理PPT.ppt

三、空气流量传感器原理 车用空气流量传感器（或称空气流量计）是用来直接或间接检测进入发动机气缸空气量大小，并将检测结果转变成电信号输入电子控制单元ECU。电子控制汽油喷射发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气，必须正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为ECU计算(控制)喷油量的主要依据。如果空气流量传感器或线路出现故障，ECU得不到正确的进气量信号，就不能正常地进行喷油量的控制，将造成混合气过浓或过稀，使发动机运转不正常。电子控制汽油喷射系统的空气流量传感器有多种型式，目前常见的空气流量传感器按其结构型式可分为翼片(叶片)式、卡尔曼涡流式、热膜式等几种。 1、翼片式空气流量传感器 图9-9是翼片式空气流量计工作原理图，该空气流量传感器在主进气道内安装有一个可绕轴旋转的翼片。在发动机工作时，空气经空气滤清器过滤清器过滤后进入空气流量传感器并推动翼片旋转，使其开启。翼片开启角度由进气量产生的推力大小和安装在翼片轴上复位弹簧弹力的平衡情况决定。当驾驶员操纵加速踏板来改变节气门开度时，进气量增大，进气气流对翼片的推力也增大，这时翼片开启的角度也增大。在翼片轴上安装有一个与翼片同轴旋转的电位计，这样在电位计上滑片的电阻的变化转变成电压信号 。 当空气量增大时，其端子VC和VS之间的电阻值减小，两端子之间输出的信号电压 降低；当进气量减小时，进气气流对翼片的推力减小，推力克服弹簧弹力使翼片偏转的角度 也减小，端子VC与VS之间的电阻值增大，使两端子间输 图9-9 翼片式空气流量计工作原理 出的信号电压 升高。ECU通过变化的信号电压 控制发动机的喷油和点火时间。 2、卡曼涡旋式空气流量传感器 为了克服动片式空气流量传感器的缺点，即在保证测量精度的前提下，扩展测量范围、并且取消滑动触点，人们又开发出小型轻巧的空气流量传感器，即卡曼涡旋式空气流量传感器。野外的架空电线被风吹时会嗡嗡发出声响，风速越高声音频率越高，这是因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，使流体流过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。因为涡旋呈两列平行状，并且交替出现，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，所以也称为卡曼涡街。 图9-10 卡曼涡街原理图 (a)卡曼涡街形成图 (b)涡流发生体 (c) f 与v关系图 如图9-10 (a)所示在流动的流体中放入一个非流线形的对称形状的物体，则在其下游会出现很规律的卡曼涡街当涡街稳定时，涡街发生频率（单侧）和流速这间有如下关系： （9-4） 式中 为频率；为流速； 为旋涡发生体宽度； 为无量纲数，在旋涡发生体形状确定后，在一定的雷诺数范围内为常数，称为斯特劳哈尔数。由式（9-4）可知，流速与频率成正比，测出旋涡的发生频率，便可测得流量，利用这种原理制成的流量计称为旋涡流量计或涡街流量计。例如运用光学、超声波可以检测流场内局部速度或压力的变化获得涡街频率，制成卡曼涡旋式空气流量传感器。 3、热式空气流量传感器 20世纪80年代后生产的日本日产公爵轿车和美国福特车系轿车多采用热式空气流量传感器。热式空气流量传感器的主要元件是热线电阻，可分为热线式和热膜式两种类型，其结构和工作原理基本相同。下面以热线式空气流量传感器为例进行阐述。 图9-11 热线式空气流量传感器工作原理图 热线式空气流量传感器的工作原理如图9-11所示。安装在控制电路板上的精密电阻RA和RB与热线电阻RH及和温度补偿电阻RK组成惠斯登电桥电路。当空气流经热线电阻RH时，使热线温度降低，热线电阻值减小，则RA分压增高，a点电位升高,运算放大器A的同相端电位也就升高，于是运算放大器的输出电压U0升高（即b点的电压升高），这就使得桥体的电流增加；其作用一是补偿RH的电流，使其不至于因空气流量增加造成温度过低，二是可使RA的分压进一步升高，增加信号电压U0的值，增强了测量电路的灵敏度。反之，过程与上述相反。流经热线的空气量不同，热线的温度变化量不同，热线电阻的变化量也就不同。控制电路将电阻RA两端变化的电压输送给ECU，便可计算出进气量。 四、转速传感器原理 1、电磁式转速传感器原理 图9-12 电磁式转速传感器的工作原理及输出波形图 图9-12（a）为电磁式转速传感器的工作原理图，它由