空气流量传感器检测原理

在多点燃油喷射系统中，根据检测进气量的方式不同，空气流量计又分为“D”型（即压力型）和“L”型（即空气流量型）两种类型。“D” 型是利用压力传感器检测进气歧管内的压力，测量方法属于间接测量法。控制系统利用检测到的压力与发动机的转速来计算吸入气缸的空气量，又称为速度/密度型燃油喷射控制系统。由于空气在进气歧管内流动时会产生压力波动，发动机怠速（节气门关闭）时的进气量与汽车加速（节气门全开）时的进气量之差可达40倍以上，进气气流的zui大流速可达80m/s，因此，“D”型燃油喷射系统的测量精度不高，但控制系统的制造成本较低。“L”型是利用流量传感器直接测量吸入进气管的空气流量。由于采用直接测量的方法，因此进气量的测量精度较高，控制效果优于“D”型燃油喷射系统。当前各个车型采用的“L”型传感器分为体积流量型（如翼片式、量芯式、涡流式）传感器和质量流量型（如式和热膜式）传感器。质量流量型传感器工作性能稳定、测量精度高、使用效果好，但制造成本相对“D”型要高。由于热膜式空气流量传感器内没有运动部件，因此没有流动阻力，而且使用寿命远远高于式流量传感器。
1、热膜式空气流量传感器的结构特点
在传感器内部的进气通道上设有一个矩形护套（相当与取样管），热膜电阻设在护套中。为了防止污物沉积到热膜电阻上影响测量精度，在护套的空气入口一侧设有空气过滤层，用以过滤空气中的污物。为了防止进气温度变化使测量精度受到影响，在热膜电阻附近的气流上游设有铂金属膜式温度补偿电阻。温度补偿电阻和热膜电阻与传感器内部控制电路连接，控制电路与线束连接器插座连接，线束插座设在传感器壳体中部。与热丝式流量传感器相比，热膜电阻的阻值较大，所以消耗电流较小，使用寿命较长。但是，由于其发热元件表面制作有一层绝缘保护薄膜，存在辐射热传导作用，因此响应特性稍差。
2、热膜式空气流量传感器测量原理
通过控制发热元件温度ＴH与空气温度ＴG之差为一恒定值，就可根据发热元件的加热电流I求得空气气流的质量流量ＱM。在热丝式与热膜式流量传感器中，采用了恒温差控制电路来实现流量检测。
恒温差控制电路，发热元件电阻RH和温度补偿电阻（进气温度传感器）ＲT分别连接在惠斯登电桥电路的两个臂上。当发热元件的温度高于进气温度时，电桥电压才能达到平衡，并由具有电流放大作用的控制电路A控制加热电流（50-120mA）来保持发热元件温度ＴH与温度补偿电阻温度ＴT之差保持恒定（即△T=ＴH-ＴT=120℃）。
当空气气流经发热元件使其受到冷却时，发热元件温度降低，阻值减小，电桥电压失去平衡，控制电路将增大供给发热元件的电流，使其温度保持高于温度补偿电阻温度120℃。电流增量的大小，取决于发热元件受到冷却的程度，即取决于流过传感器的空气量。当电桥电流增大时，取样电阻ＲS上的电压就会升高，从而将空气流量的变化转换为电压信号ＵS的变化。输出电压与空气流量之间近似于4次方根的关系。信号电压输入ECU后，ECU便可根据该信号的高低计算出空气质量流量ＱM的大小。
当发动机怠速或空气为热空气时，因为怠速时节气门关闭或接近全闭，所以空气流速低，空气量少；又因空气温度越高，空气密度越小，所以在体积相同的情况下，热空气的质量小，因此发热元件受到冷却的程度小，阻值减小幅度小，保持电桥平衡需要的电流小，故取样电阻上的信号电压低。控制单元ECU根据信号电压即可计算出空气量，捷达AT、GTX型轿车怠速时的空气流量标准值为2.0-5.0g/s。
当发动机负荷增大或空气为冷空气时，因为节气门开度增大空气流速加快使空气流量增大；而冷空气密度大，在体积相同的情况下冷空气质量大，所以发热元件受到冷却的程度增大，阻值减小幅度大，保持电桥平衡需要的电流增大，因此当发动机负荷增大时，信号电压升高。
3、温度补偿原理
当进气温度变化时，发热元件的温度就会发生变化，测量进气量的精度就会受到影响。设置温度补偿电阻（温度传感器）后，从电桥电路上就可以看出，当进气温度降低使发热元件上的电流增大时，为了保持电桥平衡，温度补偿电阻上的电流相应增大，以保证发热元件温度与温度补偿电阻温度之差保持恒定，使传感器测量精度不受进气温度变化的影响。
文章来源：http://www.flow-sensor.cn/992011111710218.html