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關(guān)于流量傳感器的一些分類信息及原理

2021-5-12  閱讀(1520)

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【詳細(xì)說明】

 

     按照流量傳感器的結(jié)構(gòu)型式可分為葉片(翼板)式、量芯式、熱綫式、熱膜式、卡門渦旋式等幾種類型
     葉片式
     葉片式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理及檢測,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。其結(jié)構(gòu)如圖 1所示,由空氣流量計(jì)和電位計(jì)兩部分組成。空氣流量計(jì)在進(jìn)氣通道內(nèi)有一個(gè)可繞軸擺動(dòng)的旋轉(zhuǎn)翼片(測量片),如圖 2所示,作用在軸上的卷簧可使測量片關(guān)閉進(jìn)氣通路。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),進(jìn)氣氣流經(jīng)過空氣流量計(jì)推動(dòng)測量片偏轉(zhuǎn),使其開啟。測量片開啟角度的大小取決于進(jìn)氣氣流對(duì)測量片的推力與測量片軸上卷簧彈力的平衡狀況。進(jìn)氣量的大小由駕駛員操縱節(jié)氣門來改變。進(jìn)氣量愈大,氣流對(duì)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(gè)電位計(jì),如圖 3所示。電位計(jì)的滑動(dòng)臂與測量片同軸同步轉(zhuǎn)動(dòng),把測量片開啟角度的變化(即進(jìn)氣量的變化)轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。電位計(jì)通過導(dǎo)線、連接器與ECU連接。ECU根據(jù)電位計(jì)電阻的變化量或作用在其上的電壓的變化量,測得發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量。
    在葉片式空氣流量傳感器內(nèi),通常還有一電動(dòng)汽油泵開關(guān),如圖 5所示。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),測量片偏轉(zhuǎn),該開關(guān)觸點(diǎn)閉合,電動(dòng)汽油泵通電運(yùn)轉(zhuǎn);發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后,測量片在回轉(zhuǎn)至關(guān)閉位置的同時(shí),使電動(dòng)汽油泵開關(guān)斷開。此時(shí),即使點(diǎn)火開關(guān)處于開啟位置,電動(dòng)汽油泵也不工作。流量傳感器內(nèi)還有一個(gè)進(jìn)氣溫度傳感器,用于測量進(jìn)氣溫度,為進(jìn)氣量作溫度補(bǔ)償。葉片式空氣流量傳感器導(dǎo)線連接器一般有7個(gè)端子,如圖 5中的39、36、6、9、8、7、27。但也有將電位計(jì)內(nèi)部的電動(dòng)汽油泵控制觸點(diǎn)開關(guān)取消后,變?yōu)?個(gè)端子的。圖 6示出了日產(chǎn)和豐田車用葉片式空氣流量傳感器導(dǎo)線連接器端子的"標(biāo)記"。其端子"標(biāo)記"一般標(biāo)注在連接器的護(hù)套上。
    渦街式
    渦街流量傳感器主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量,如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。其特點(diǎn)是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動(dòng)機(jī)械零件,因此可靠性高,維護(hù)量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。渦街流量傳感器采用壓電應(yīng)力式傳感器,可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),也有數(shù)字脈沖信號(hào)輸出,容易與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種比較先進(jìn)、理想的測量儀器。
渦街流量傳感器是基于卡門渦街原理研制出來的。在流體中設(shè)置三角柱型旋渦發(fā)生體,則從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦,這種旋渦稱為卡門旋渦。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f,被測介質(zhì)平均流速為 ,旋渦發(fā)生體迎流面寬度為d,表體通徑為D,即可得到以下關(guān)系式:
f=SrU1/d=SrU/md ⑴
式中 U1--旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速,m/s;
Sr--斯特勞哈爾數(shù);
m--旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比;
管道內(nèi)體積流量qv為 qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr ;
K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 ;
式中 K--流量計(jì)的儀表系數(shù),脈沖數(shù)/m3(P/m3)。由上式可以看出流量傳感器的輸出頻率只于旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。
    卡門渦旋式
    卡門渦旋式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖 11所示。在進(jìn)氣管道正中間設(shè)有流線型或三角形的渦流發(fā)生器,當(dāng)空氣流經(jīng)該渦流發(fā)生器時(shí),在其后部的氣流中會(huì)不斷產(chǎn)生一列不對(duì)稱卻十分規(guī)則的被稱為卡門渦流的空氣渦流。
    測量單位時(shí)間內(nèi)旋渦數(shù)量的方法有反光鏡檢出式和超聲波檢出式兩種。圖 12所示是反光鏡檢出式卡門渦旋流量傳感器,其內(nèi)有一只發(fā)光二極管和一只光敏三極管。發(fā)光二極管發(fā)出的光束被一片反光鏡反射到光敏三極管上,使光敏三極管導(dǎo)通。反光鏡安裝在一個(gè)很薄的金屬簧片上。金屬簧片在進(jìn)氣氣流旋渦的壓力作用下產(chǎn)生振動(dòng),其振動(dòng)頻率與單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的旋渦數(shù)量相同。由于反光鏡隨簧片一同振動(dòng),因此被反射的光束也以相同的頻率變化,致使光敏三極管也隨光束以同樣的頻率導(dǎo)通、截止。ECU根據(jù)光敏三極管導(dǎo)通、截止的頻率即可計(jì)算出進(jìn)氣量(圖 11)。凌志LS400小轎車即用了這種型式的卡門渦旋式空氣流量傳感器。
    超聲波檢出式卡門渦旋式空氣流量傳感器。在其后半部的兩側(cè)有一個(gè)超聲波發(fā)射器和一個(gè)超聲波接收器。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),超聲波發(fā)射器不斷地向超聲波接收器發(fā)出一定頻率的超聲波。當(dāng)超聲波通過進(jìn)氣氣流到達(dá)接收器時(shí),由于受氣流中旋渦的影響,使超聲波的相位發(fā)生變化。ECU根據(jù)接收器測出的相應(yīng)變化的頻率,計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的旋渦的數(shù)量,從而求得空氣流速和流量,然后根據(jù)該信號(hào)確定基準(zhǔn)空氣量和基準(zhǔn)點(diǎn)火提前角。
    熱綫式
    熱綫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綫(鉑金屬線)、根據(jù)進(jìn)氣溫度進(jìn)行修正的溫度補(bǔ)償電阻(冷線)、控制熱綫電流并產(chǎn)生輸出信號(hào)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)白金熱綫在殼體內(nèi)的安裝部位不同,熱綫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。圖 18所示是采用主流測量方式的熱綫式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)圖。它兩端有金屬防護(hù)網(wǎng),取樣管置于主空氣通道中央,取樣管由兩個(gè)塑料護(hù)套和一個(gè)熱綫支承環(huán)構(gòu)成。熱綫線徑為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(gè)臂(圖 19)。熱綫支承環(huán)前端的塑料護(hù)套內(nèi)安裝一個(gè)白金薄膜電阻器,其阻值隨進(jìn)氣溫度變化,稱為溫度補(bǔ)償電阻(RK),是惠斯頓電橋電路的另一個(gè)臂。熱綫支承環(huán)后端的塑料護(hù)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(gè)臂。該電阻上的電壓降即為熱綫式空氣流量傳感器的輸出信號(hào)電壓?;菟诡D電橋還有一個(gè)臂的電阻RB安裝在控制線路板上。工作原理:熱綫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(dāng)空氣質(zhì)量流量增大時(shí),混合集成電路A使熱綫通過的電流加大,反之,則減小。這樣,就使得通過熱綫RH的電流是空氣質(zhì)量流量的單一函數(shù),即熱綫電流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。



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