热膜式空气流量传感器:热线式/热膜式空气流量计的原理及应用电路

2021/12/25 07:23 · 传感器知识资讯 ·  · 热膜式空气流量传感器:热线式/热膜式空气流量计的原理及应用电路已关闭评论
摘要:

热膜式空气流量传感器:热线式/热膜式空气流量计的原理及应用电路空气流量计的作用是在发动机所有运行状态下准确地测量吸入气体,从而更好地进行发动机管理并降低废气排放。一、基本作用与安装位置热膜式和热线式空气流量计都是热式流量计。通过空气流量计壳体中的一个测量通

热膜式空气流量传感器:热线式/热膜式空气流量计的原理及应用电路  第1张

热膜式空气流量传感器:热线式/热膜式空气流量计的原理及应用电路

空气流量计的作用是在发动机所有运行状态下准确地测量吸入气体,从而更好地进行发动机管理并降低废气排放。

一、基本作用与安装位置
热膜式和热线式空气流量计都是热式流量计。通过空气流量计壳体中的一个测量通道,来测量进气管中流过传感器单元的部分气流。在电子分析装置中对测量的温度值进行分析,空气流量计传输给发动机电子控制单元一个与空气质量相对应的电压,有了该电压信号才能计算喷油时间和发动机的实际扭矩。

空气流量传感器故障时发动机会通过一条特性曲线(节气门角度和发动机转速)计算空气质量,此时发动机会出现功率不正常。

空气流量计一般安装在空气滤清器后节气门体前的位置;也可以安装在空气滤清器上或节气门体上。

二、结构原理与检测
1. 热线式空气流量计
(1)基本结构
热丝式空气流量传感器的电热体是铂丝,有热丝主流式和热丝旁通式两种结构形式。

热丝主流式空气流量传感器的结构如下图所示。空气流量计内有一个暴露在进气气流中的加热式铂丝。通过向铂丝施加规定的电流,ECM 即可将其加热到指定的温度。进气气流可冷却铂热丝和内部热敏电阻,从而改变它们的电阻值。为保持稳定的电流值,ECM 改变施加到铂丝和内部热敏电阻的电压。电压值与通过传感器的空气流量成比例,并且 ECM 会利用该值来计算进气量。

铂热丝和温度传感器形成桥式电路,并且通过控制晶体管,使 A 和 B 之间的压差保持相等来维持预定温度。

(2)典型电路连接
丰田凯美瑞 1ZR-FE、2ZR-FE、5AR-FE 发动机采用了热线式空气流量计,5AR-FE 发动机空气流量计电路连接如下图所示。

传感器 3#为 1 号继电器提供的 12V 工作电源,传感器 4#、5#为信号输出端,分别连接发动机控制单元 E26 端子的 92#和 91#。

(3)空气流量传感器单体检测
拆下空气流量传感器总成,目视检查质量空气流量计分总成的铂热丝(加热器)上是否有异物。如有异物则更换传感器总成。

检查内置于空气流量传感器中的进气温度传感器电阻。插头 E14 的 1#为进气温度传感器信号输出端,2#为接地端。

2. 热膜式空气流量计
(1)基本原理
热膜式空气流量传感器的工作原理与热线式空气流量传感器类似,所不同的是:热膜式不使用铂金丝作为热线,而是将热线电阻、补偿电阻及桥路电阻用厚膜工艺制作在同一陶瓷基片上构成的。这种结构可使发热体不直接承受空气流动所产生的作用力,增加了发热体的强度,提高了空气流量计的可靠性,误差小,成本较低,电阻值较高,消耗的电流小,可以做到小型、轻巧。信号输出电压在 0~5v 间线性变化。但热膜式发热元件的响应性稍差。

2016 款丰田凯美瑞混合动力车系 6AR-FSE 发动机采用新型硅片式热模式空气流量传感器(HMF6),传感器内部集成数字处理电路使传感器输出更加精确。传感器结构如下图所示。

空气流量传感器具有内置进气温度传感器。进气气流经过旁通管中硅片传感器的温度传感器(加热器前)、加热器、温度传感器(加热器后)。由于进气接触加热器时温度升高,因此进气流经温度传感器(加热器后)时的温度高于其流经温度传感器(加热器前)时的温度。 根据流经硅片传感器的进气速率,在各温度传感器的进气温度差不同。 温度传感器桥接电路检测温度差,且控制电路将其转化为脉冲信号并将其输出至 ECM。 温度传感器(加热器前)检测的温度高于温度传感器(加热器后)检测的温度时,判定进气回流。

传感器内部电路

传感器与 ECU 连接电路图

(2)传感器单体检测
断开点火开关拆出传感器目视检查空气流量传感器的温度传感器(热敏电阻)上是否有异物。如有异物更换传感器;检查用万用表检查传感器 E78 的 2#、3#之间电阻(进气温度传感器),检测应符合下图所示,如不符合则更换传感器 。

热膜式空气流量传感器:热膜式空气流量计的作用及安装位置

1、氧传感器:当氧传感器故障时,ECU无法获取这些信息,就不知道喷射的汽油量是否正确,而不合适的油气空燃比会导致发动机功率降低,增加排放污染。
2、轮速传感器:它主要是收集汽车的转速来判断汽车有没有打滑的征兆,所以,就有一一个专门收集汽车轮速的传感器来完成这项工作,一般安装在每个车轮的轮毂上,而一旦传感器损坏,ABS会失效。
热丝式空气流量传感器的结构:
作为发热体的热丝是用直径为70um的铂丝制成的,张紧装于管道内部,设计时就使其比进气温度高120度。在温度传感器还有空气温度补偿电阻。它是由氧化铝陶瓷基片印刷的铂膜而形成的,它是于精密电阻一起设置在管道内。
车辆的种类虽然多,构造却大同小异。这应该说是标准化的功劳,也是大型生产流水线的需要。随着社会的发展、科技的进步和需求的变化,铁路车辆的外形开始有了改变,尤其是客车车厢不再是清一色的老面孔。但是它们的基本构造并没有重大的改变,只是具体的零部件有了更科学先进的结构设计。
一般来说,车辆的基本构造由车体、车底架、走行部、车钩缓冲装置和制动装置五大部分组成。
车体是车辆上供装载货物或乘客的部分,又是安装与连接车辆其他组成部分的基础。早期车辆的车体多以木结构为主,辅以钢板、弓形杆等来加强。近代的车体以钢结构或轻金属结构为主。

1、氧传感器:当氧传感器故障时,ECU无法获取这些信息,就不知道喷射的汽油量是否正确,而不合适的油气空燃比会导致发动机功率降低,增加排放污染;
2、轮速传感器:它主要是收集汽车的转速来判断汽车有没有打滑的征兆,所以,就有一一个专门收集汽车轮速的传感器来完成这项工作,一般安装在每个车轮的轮毂上,而一旦传感器损坏,ABS会失效;
3、水温传感器:当水温传感器故障后,往往冷车启动时显示的还是热车时的温度信号,ECU得不到正确的信号,只能供给发动机较稀薄的混合气,所以发动机冷车不易启动,且还会伴随怠速运转不稳定,加速动力不足的问题;
4、电子油门踏板位置传感器:当传感器失效后,ECU无法测得油门位置信号,无法获得油门门踏板的正确位置,所以会出现发动机加速无力的现象,甚至出现发动机不能加速的情况;
5、进气压力传感器:进气压力传感器顾名思义就是随着发动机不同的转速负荷,感应一系列的电阻和压力变化,转换成电压信号,供ECU修正喷油量和点火正时角度。一般安装在节气门边上,假如故障了会引起点火困难、怠速不稳、加速无力等问题。曲轴位置传感器工作原理
主要有三种类型:磁电感应式、霍尔效应式和光电式。三种类型的工作原理分别为:
1、磁电感应式:
磁电感应式转速传感器和曲轴位置传感器分上、下两层安装在分电器内。传感器由永磁感应检测线圈和转子(正时转子和转速转子)组成,转子随分电器轴一起旋转。正时转子有一、二或四个齿等多种形式,转速转子为 24个齿。永磁感应检测线圈固定在分电器体上。若已知转速传感器信号和曲轴位置传感器信号,以及各缸的工作顺序,就可知道各缸的曲轴位置。磁电感应式转速传感器和曲轴位置传感器的转子信号盘也可安装在曲轴或凸轮轴上。
2、 霍尔效应式:
霍尔效应式转速传感器和曲轴位置传感器是一种利用霍尔效应的信号发生器。霍尔信号发生器安装在分电器内,与分火头同轴,由封装的霍尔芯片和永久磁铁作成整体固定在分电器盘上。触发叶轮上的缺口数和发动机气缸数相同。当触发叶轮上的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间,霍尔触发器的磁场被叶片旁路,这时不产生霍尔电压,传感器无输出信号;当触发叶轮上的缺口部分进入永久磁铁和霍尔元件之间时,磁力线进入霍尔元件,霍尔电压升高,传感器输出电压信号。
3、光电式:
光电式曲轴位置传感器一般装在分电器内,由信号发生器和带光孔的信号盘组成。其信号盘与分电器轴光电式一起转动,信号盘外圈有 360条光刻缝隙,产生曲轴转角 1 °的信号;稍靠内有间隔 60 °均布的 6 个光孔,产生曲轴转角 120 °的信号,其中 1 个光孔较宽,用以产生相对于 1 缸上止点的信号。信号发生器安装在分电器壳体上,由二只发光二极管、二只光敏二极管和电路组成。发光二极管正对着光敏二极管。信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间,由于信号盘上有光孔,则产生透光和遮光交替变化现象。当发光二极管的光束照到光敏二极管时,光敏二极管产生电压;当发光二极管光束被档住时,光敏二极管电压为0 。这些电压信号经电路部分整形放大后,即向电子控制单元输送曲轴转角为 1 °和 120°时的信号,电子控制单元根据这些信号计算发动机转速和曲轴位置。
曲轴位置传感器通常安装在分电器内,是控制系统中最重要的传感器之一。其作用有:检测发动机转速,因此又称为转速传感器;检测活塞上止点位置,故也称为上止点传感器,包括检测用于控制点火的各缸上止点信号、用于控制顺序喷油的第一缸上止点信号。

空气流量计的主要作用是检测发动机的进气量或进气温度,有一些还有检测大气压力。根据进气量的大小,转换成电信号,到ECU里面运算,跟节气门位置传感器一同控制发动机的转速(喷油时间和点火时间控制)。空气流量计有多种形式:阀门式(根据进气时推动阀门的开度来检测流量)、卡门漩涡式(根据进气时扰动的气流强度来判断进气量)、热线式(根据进气的空气流过热敏电阻散热来检测流量)、热膜式(根据空气吹过热膜散热而检测进气的流量)、超声波式(根据进气大小干扰超声波来检测进气流量)、真空压力式(根据膜片的移动来检测进气压力)等。安装在空气滤清器和进气软管之间。

热膜式空气流量计
(1)基本原理
热膜式空气流量传感器的工作原理与热线式空气流量传感器类似,所不同的是:热膜式不使用铂金丝作为热线,而是将热线电阻、补偿电阻及桥路电阻用厚膜工艺制作在同一陶瓷基片上构成的。这种结构可使发热体不直接承受空气流动所产生的作用力,增加了发热体的强度,提高了空气流量计的可靠性,误差小,成本较低,电阻值较高,消耗的电流小,可以做到小型、轻巧。信号输出电压在 0~5v 间线性变化。但热膜式发热元件的响应性稍差。
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2016 款丰田凯美瑞混合动力车系 6AR-FSE 发动机采用新型硅片式热模式空气流量传感器(HMF6),传感器内部集成数字处理电路使传感器输出更加精确。传感器结构如下图所示。
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空气流量传感器具有内置进气温度传感器。进气气流经过旁通管中硅片传感器的温度传感器(加热器前)、加热器、温度传感器(加热器后)。由于进气接触加热器时温度升高,因此进气流经温度传感器(加热器后)时的温度高于其流经温度传感器(加热器前)时的温度。 根据流经硅片传感器的进气速率,在各温度传感器的进气温度差不同。 温度传感器桥接电路检测温度差,且控制电路将其转化为脉冲信号并将其输出至 ECM。 温度传感器(加热器前)检测的温度高于温度传感器(加热器后)检测的温度时,判定进气回流。

热膜式空气流量传感器:热膜式空气质量流量传感器

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热膜式空气质量流量传感器
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1?
热膜式空气质量流量传感器的基本原理
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1.1?
传感器的理论基础
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1.2?
传感器的基本工作原理
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1.3?
流量传感器的信号处理
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1.4?
流量计的特点
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2?
热膜式空气质量流量传感器的基本工作原理分析
?......................................................................?2?
3?
测量电桥及其电路原理
?..................................................................................................................?3?
3.1?
测量电桥
?...............................................................................................................................?4?
3.2?
测量电桥的电路原理
?...........................................................................................................?4?
4?
传感器的特性分析
?..........................................................................................................................?5?
4.1?
静态特性
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4.2?
动态特性
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4.3?
灵敏度
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4.4?
工作温度
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1?
热膜式空气质量流量传感器的基本原理
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1.1?
传感器的理论基础
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热膜式空气流量计传感器属于量热式传感器,
根据托马斯
(
Thomas
)
提出的
“气
体的放热量或吸热量与该气体的质量流量成正比”的理论,利用外热源对传感器
探头加热,气体流动时会带走一部分热量,使探头温度改变,通过测量因气体流
动而造成的温度变化来反映气体的质量流量。
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1.2?
传感器的基本工作原理
?
采用热膜式空气质量流量传感器对空气的质量流量进行直接测量。空气流量
计中的传感元件是热膜,热膜的电阻值随温度而变化,将其作为桥式测量电路的
一部分,通过控制流过热膜的电流,使热膜的温度比空气温度高出一定值,由于
进气流经热膜时会对其产生冷却作用,所以,根据由测量桥式电路的加热电流转
换得到的电压信号,就可以直接测定发动机的进气质量流量。
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1.3?
流量传感器的信号处理
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热膜式空气质量流量传感器的信号经过控制单元中微处理器的处理,就可计
算出发动机每一个工作循环吸入的空气质量。
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热膜式空气流量传感器:热线式/热膜式空气流量计的原理及应用电路  第2张

热膜式空气流量传感器:空气流量计坏了的表现是什么?

空气流量计损坏主要有以下表现:空气流量信号不准确,空气流量信号中断或有时缺失,喷油量过大,燃油泵工作不良,导致发动机功率下降,运行不稳定,油耗增加发动机运行中断或不稳定,发动机油耗增加,发动机启动困难或启动后熄火。
空气流量信号的电压下降,导致供油减少,空气流量信号无输出,空气流量信号电压不准确,导致发动机启动困难,怠速不稳,油耗增加。
初步判断空气流量传感器的性能,拔下传感器接头判断其性能:
1.当出现的故障现象保持不变的时候,这就证明传感器已经被损坏了。
2.当出现的故障现象稍微减轻的时候,这就证明传感器的性能在一定的程度上漂移,信号就会出现偏值的现象。
3.当出现的故障现象已经开始恶化的时候,这就证明传感器没有被损坏,是属于正常的。
叶片式空气流量传感器坏了的故障表现现象:
故障原因:电位计上滑片电阻值不准确、电位计滑动臂与碳膜电阻接触不良、回位弹簧弹力不足、油泵开关点接触不良。
故障现象:空气流量信号不准确、空气流量信号中断或时有时无、喷油量过多、燃油泵工作不良。
故障症状:发动机功率下降、运转不稳、油耗增加发动机运转中断或工作不稳、发动机耗油增加、发动机启动困难或启动后熄火,卡曼涡旋式空气流量传感器坏了的故障表现现象。
故障原因:电子元器件电路故障传递频率信号不正确。
故障现象:发动机启动困难、息速不稳、油耗增加,热线式或热膜式空气流量传感器坏了的故障表现现象。
故障原因:热线或热膜脏污、热线或热膜损坏、热敏电阻工作不良故障现象,空气流量信号电压下降、导致供油量减少、无空气流量信号输出、空气流量信号电压不准确故障症状,发动机运转不稳、功率下降、加速不良、发动机不能工作、发动机运转不稳、油耗增加。
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