传感器 (1)汽车空气质量流量传感器的研究文献综述

汽车空气质量流量传感器的研究文献综述摘要汽车最核心的电子控制系统是电子燃油喷射系统（简称电喷系统）。该系统可以根据各传感器的信号判断整车工况, 并据此控制燃油喷射量及点火时间，从而使燃油在理论空燃比附近燃烧，达到节能环保的目的1。内燃机进气空气流量是一个非常重要的测量参数,因为汽油机空燃比的调节的方式是采用调整与进气量相匹配的喷油量,所以现在电控汽油机喷射系统能否准确的测量发动机的进气量,从而正确的将空燃比控制在所要求的范围内,决定了发动机的动力性、经济性和尾气排放等性能指标2。良好发动机指标决定了其在全球市场的存在。全球环境的恶化以及能源危机促使人们对汽车消耗和排放更加重视。因此，精准的汽车空气质量测量很有必要。空气质量流量传感器是当前汽车发动机电子控制燃油喷射系统中最关键的部件之一,是对发动机的空气进气量的准确测量的器件。现代汽车的快速发展对汽车空气流量传感器的要求越来越高，为了满足需要新型的传感器不断被研制出来。关键词 空气流量传感器 空燃比 前言自从十八世纪汽车诞生之后,汽车工业就走上了飞速发展的道路,经过几代汽车人的努力,现如今汽车工业已经成为当今世界经济中的必不可少的一部分3。在二十世纪末期,世界开始走上科学技术的道路,汽车工业首当其冲,大量的新材料、新技术、新工艺在汽车行业上得到了广泛的使用。现如今的汽车与之前的汽车大不相同,发生的质地变化,汽车的结构和性能都得到了极大的提升,汽车的飞速发展带动整个汽车工业，使之走在了世界工业的前端。在众多汽车新技术中,当属汽车电子装置及控制技术的发展和应用最为受工程师的重视,从发动机燃油喷射系统到车身以及辅助装置,从底盘的传动系统到转向与制动系统等汽车各个部分都普遍采用了电子控制系统,这使得很多汽车零部件在工作原理、结构设计及使用维护等方面都发生了根本性的改变。而作为汽车电子控制系统的信息源的汽车传感器,不但是汽车电子控制系统的核心部件,也是汽车电子技术领域研究的重点内容传感器技术是综合多种学科的复合型技术，是一门正在蓬勃发展的现代化传感器技术4。对于测量发动机进气空气质量,其发展历史并不长久,上个世纪七十年代风门式空气流量传感器是第一个使用在汽车上的空气流量传感器5。传感器技术的日益完善,在汽车上的应用越来越普遍广泛,而在我国受制于技术的限制,对汽车电子控制技术的研究起步相对比较落后,直到上个世纪末才开始研究。从总体来看,我国空气质量流量传感器的研究,在科研方面基本上都是在借用国外比较成熟的技术,但是同样也是相当落后了的技术,极少有新型的制作工艺和设备出现。在生产工艺方面,流量传感器的生产工艺还未达到国外的先进水平,生产出来的产品可靠性和精确性还需要提高,因此,要想达到产品的批量生产的要求还有很长的一段路要走。 翼片式空气流量传感器翼片式汽车空气流量传感器由翼（叶）片、回位弹簧、电位器以及外围信号 处理电路等部分组成。由于温度、静态气压不变时，汽车空气流量与气流动态压力成正比，气流动态压力大小即可反应空气流量大小。传感器翼片受进气气流的动态压力及回位弹簧的弹力共同作用，处于力矩平衡状态时旋转到某个角度。当进气量增大时，气流动态压力增大使得翼片偏转到另一个角度，回位弹簧弹力相应增大直到力矩重新平衡为止。同时，电位计滑臂随翼片偏转并改变电阻值，进而改变输出电压，检测输出电压即可得到空气流量。翼片式汽车空气流量传感器实质上是将流动空气的流量转化为翼片的偏转量，再将偏转量转换为电位器的电阻值改变，最终以电压形式输出，实现汽车空气流量测量6。新型车用翼片式空气流量传感器研究一文中主要介绍了翼片式空气流量传感器了。通过对常见的传感器的比较，得出翼片式空气流量传感器具有其他传感器所不具有优势。其结构非常简单、价格低廉，并且对生产设备和工艺的要求不高；而压力损失和响应时间的缺点来源于传感器各种参数的影响，通过对参数的分析、调整是有可能得到改进的。因此，只要能分析出影响翼片式产品响应时间的因素再加以改进，就能使其性能不下于其他产品，完全可以与其他同类产品竞争超声波检测涡流式空气流量传感器涡流式空气流量传感器是根据卡尔曼涡流理论,利用超声波或光电信号,通过检测旋涡频率来测量空气流量的一种传感器。众所周知,当野外架空的电线被风吹时,就会发出/嗡、嗡的响声,且风速越高声音频率越高,这是气流流过电线后形成旋涡(即涡流)所致。液体、气体等流体均会发生这种现象。在流体中放置一个柱状物体(即涡流发生器)后,当雷诺数Red40时,在其下游流体中就会形成2列平行状旋涡,并且左右交替出现,因此根据旋涡出现的频率,就可测量出流体的流量7。超声波检测涡流式空气流量传感器一文主要叙述了涡流式空气流量传感器的工作原理。涡流式空气流量传感器因为是所有流量传感器中最快的一种，几乎能同步反映空气流速的变化等优点，因此特别适用于数字式计算处理。这是其他同类传感器所不具有的特点。热线式空气流量传感器热膜式空气质量流量传感器依据“托马斯理论”气体的放热量或吸热量与该气体的质量流量成正比，利用加热电路对传感器探头加热，气体流动时带走一部分热量使探头的温度改变，从而测得气体的质量8。热膜式空气流量计利用热膜做成传感探头，热膜的电阻随温度变化，将热膜作为惠斯通电桥的一部分，再通过加热电路使热膜的温度高出周围空气温度一定值，空气流过时冷却热膜电阻，为了使热膜的温度和周围的空气温度始终保持一定值而控制流过热膜电阻的电流，再将电流转换为电压信号则得出空气的流量9。基于 Flotherm 的热式汽车一文中主要是基于Flotherm软件的对热线式空气流量传感建立了两种热式汽车空气流量计的三维模型,并对两种方案进行热模拟,比较不同方案对流量计散热性能的影响,所得结果对于热式汽车空气流量计的设计有一定指导意义。汽车空气质量流量传感器的研究一文中详细地介绍了热膜式空气流量传感器的理论知识进行了一番深入的研究和分析,对其工作原理和结构及其特点都有所了解和掌握，设计出了一种采用MEMS加工工艺制造出来的集成式传感器探头,着重阐述传感器传感单元材料的选择。同时还设计出了该传感器的工作电路,传感器的电路控制采用软件控制传感器的恒温差补偿,避免了硬件的加工不足10。可以使得传感器的测量精度更高，还对传感器的静态和动态特性的标定方法作出了一番研究。后为使设计更为合理,对设计好的热膜式空气流量传感器的温度场进行了ANSYS仿真,通过仿真来确定了硅杯结构的尺寸及位置、加热电阻和检测电阻的形状及相互位置。空气流量计热模拟分析。总结 汽车空气质量流量传感器的研究、汽车智能化空气流量传感器的研究和新型车用翼片式空气流量传感器研究这几篇论文中都提及了热膜式传感器,并对热膜式传感器工作原理进行详细的介绍，但是侧重点不一样。其中前两者都是介绍了传统的空气流量传感器，通过比较得出新型的热膜式传感器的优点，文中都重点分析了该传感器的基本原理和具体应用。不是通的是前者主要是对热膜式传感器原理分析，然后具体介绍了制作该传感器的流程和制作过程中的选材。也就是说本文就是论述制作传感的过程。而后者则是用热膜式空气流量传感器的设计的测量汽车进气量的智能系统。新型车用翼片式空气流量传感器研究则主要阐述了翼片式空气流量传感器的原理，着重阐述了建立了翼片式汽车空气流量传感器的动力学模型。通过对动力学模型的分析，得到了造成翼片式汽车空气流量传感器压力损失过大的主要因素是翼片面积过大，造成响应时间长的主要因素是传感器转动系统的转动惯量过大。在此基础上，提出了减小翼片面积，优化翼片形状，减小翼片材料密度等方法以减小压力损失、缩短传感器响应时间，并据此设计了新型翼片式汽车空气流量传感器方案。参考文献1 金敏福.车用传感器空气流量传感器.进修学院,2007. 2 吴克刚.热膜空气质量流量传感器的动态响应.长安大学学报(自然科学版),2005:3余柏林.应用于汽车的温差式空气流量传感器的研究.华中科技大学博士学位论文.20084胡 腾 新型车用翼片式空气流量传感器研究 .重庆大学硕士学位论文.20105 董素荣, 超声波检测涡流式空气流量传感器. 20026 邱 燕,修吉平 基于 Flotherm 的热式汽车空气流量计热模拟分析.2011 7 金跃川 汽车空气质量流量传感器的研究 . 武汉理工大学硕士论文.20118 文 昊 汽车智能化空气流量传感器的研究.长安大学硕士论文.20139 李长武 车用热线式空气流量传感器. 期刊论文8一传感器技术200410常红梅.汽车发动机进气质量流量传感器田.长安大学硕士学位论文,2007. .