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第3章 空气流量传感器 3.1 动片式空气流量传感器 3.2 卡曼涡旋式空气流量传感器 3.3 热丝式空气流量传感器 3.4 各种空气流量传感器的比较 3.5 MEMS空气流量传感器的传感部件 3.6 微型空气流量传感器 3.1 动片式空气流量传感器 3.1.1动片式空气流量传感器的结构 动片式空气流量传感器装在汽油发动机上，它安装于空气滤清器与节气门之间，其功能是检测发动机的进气量，并把检测结果转换成电信号，再输入到微机中。该传感器由空气流量计与电位计两部分组成，其结构的剖面图与示意图分别如图3一1与图3一2所示。 3.1 动片式空气流量传感器 先来看空气流量传感器的工作过程。由空气滤清器吸入的空气冲向动片，动片转动到进气量与回位弹簧平衡的位置处停止，也就是说，动片的开度与进气量成正比。在动片的转动轴上还装有电位计，电位计的滑动臂与动片同步转动，利用滑动电阻的电压降把测量片的开度转换成电信号，然后输入到控制电路中。 3.1 动片式空气流量传感器 电位计上设有燃油泵触点，当发动机工作时，动片张开一定角度，燃油泵触点闭合(ON ) ,燃油泵工作;当发动机停止时，燃油泵触点断开(OFF )，燃油泵停止。 电位计的内部电路与输出特性的一个例子如图3一3所示。空气流量计与电位计共同将动片的转动状况变换成电压来反映出进气量的多少。进气量与电压之间的关系有两种，一种是电压比检测，另一种是电压值检测，如图3一4所示。采用电压比检测方式时，因电压比与进气量成反比。 3.1 动片式空气流量传感器 3.1.2动片式空气流量传感器的测试原理 动片式空气流量传感器的原理图如图3一5所示，设空气流量为Q. 在回位弹簧的弹簧常数很小时，因为可以把p1—p2:看成是一定值，所以可认为Q∝A。此外，动片的开口面积与打开角度相对应，即与电位计的输出电压Us相关，所以在设定电位计时就要保证空气流量Q与输出电压Us的关系符合Q ∝(1/Us)。而且为了消除蓄电池电压UB变化对测试值的影响，将Us/UB作为空气流量传感器的输出。从上述可知，输出Us/UB与体积流量Q成函数关系，所以采用进气温度热敏电阻修正空气密度ρ随温度产生的变化，采用大气压传感器对高原行车引起的变化加以修正。 3.2 卡曼涡旋式空气流量传感器 3. 2. 1检测原理 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，所以也叫作卡曼涡街。 3.2 卡曼涡旋式空气流量传感器 管路中设置了圆柱状物之后，就会形成涡旋，若两列平行的涡旋相距为h，同一列中先后出现的两个涡旋的间隔距离为l，当比值h/l为0.281时，所形成的涡旋是稳定的并且是周期性的，这时，单侧涡旋的产生频率f与流体速度v1之间有如下关系: 在管道尺寸及柱状体尺寸都已确定时，上式中f之前的各量均为常数，即qv与f成正比. 3.2 卡曼涡旋式空气流量传感器 柱状体几何形状的设计，一方面与涡旋频率的检测手段有关，另一方面要使涡旋尽量沿柱状物的长方向同时产生，且同时与柱状物分离，这样才容易得到稳定的涡列，而且信噪比强，容易检测。但是柱状体的长度是有限的，靠近管道轴线处的流速高，靠近管壁处的流速低，而且沿柱状物长方向的各处产生的涡旋也不容易同步，由此，应采用几何形状合理的柱状物。 关于涡旋频率的检测，目前已有多种方法。无非是利用涡旋的局部压力、密度、流速等的变化作用于敏感元件，产生周期性电信号，再经放大整形，得到方形脉冲。本节先来介绍超声波式卡曼涡旋空气流量传感器。 3.2 卡曼涡旋式空气流量传感器 3. 2. 2超声波式卡曼涡旋空气流量传感器 超声波式卡曼涡旋空气流量传感器的结构如图3-6所示，它安装于空气滤清器的内部。 超声波空气流量传感器设有两个进气通道: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旁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。 3.2 卡曼涡旋式空气流量传感器 在产生卡曼涡旋处的两侧，相对地设