第二節(jié)　熱膜式空氣流量傳感器

一、熱膜式空氣流量傳感器結構與工作原理

1. 熱膜式空氣流量傳感器結構

熱膜式空氣流量傳感器是熱線式空氣流量傳感器的改進型，它的發(fā)熱體是熱膜（由發(fā)熱金屬鉑固定在薄的樹脂膜上制成），而不是熱線。熱膜式空氣流量傳感器的發(fā)熱體不直接承受空氣流動所產生的作用力，增加了發(fā)熱體的強度，提高了流量計的可靠性。同時與熱線式流量傳感器相比，熱膜式流量計的熱膜電阻的阻值較大，消耗電流較小，使用壽命較長。但是由于其發(fā)熱元件表面的保護薄膜存在輻射熱傳導作用，因此響應特性稍差。熱膜式空氣流量傳感器的結構及內部元件如圖1-7所示。

圖1-7　熱膜式空氣流量傳感器的結構及內部元件

熱膜式空氣流量傳感器內部的進氣通道上設有一個矩形護套（相當于取樣管），熱膜電阻設在護套中。為了防止雜質沉積到熱膜電阻上影響測量精度，在護套的空氣入口一側設有空氣過濾層，用于過濾空氣中的雜質。為了防止空氣溫度變化使測量精度受到影響，在熱膜電阻附近的氣流上游設有鉑金屬膜式溫度補償電阻。溫度補償電阻和熱膜電阻與傳感器內部控制電路連接，控制電路與線束連接器插座連接，線束設在傳感器殼體中部。

2. 熱膜式空氣流量傳感器工作原理

熱膜式空氣流量傳感器與熱線式空氣流量傳感器的工作原理大致一樣。傳感器的熱膜電阻RH、溫度補償電阻RT、精密電阻R1及R2、信號取樣電阻RS在電路板上以惠斯通電橋的方式連接，如圖1-8所示。當空氣氣流流經(jīng)發(fā)熱元件并使其受到冷卻時，發(fā)熱元件即熱膜電阻溫度降低，阻值減小，電橋失去平衡，控制電路A將增大供給發(fā)熱元件的電流，使其溫度保持高于溫度補償電阻溫度一個固定值（一般為100℃）。電流增量的大小取決于發(fā)熱元件受到冷卻的程度，即取決于流過傳感器的空氣量。當電橋電流增大時，信號取樣電阻RS上的電壓就會升高，從而將空氣流量的變化轉化為信號電壓US的變化。信號電壓輸入ECU后，ECU可根據(jù)信號電壓的高低計算出空氣流量的大小。

圖1-8　熱膜式空氣流量傳感器電路

當發(fā)動機怠速或空氣為熱空氣時，因為怠速時節(jié)氣門關閉或接近全閉，所以空氣流速低，空氣量少；又因為空氣溫度越高，空氣密度越小，所以在體積相同的情況下，熱空氣的質量小，因此發(fā)熱元件受到冷卻的程度小，阻值減小的幅度小，電橋平衡需要的電流小，如圖1-9（a）所示，故信號取樣電阻上的信號電壓低。ECU根據(jù)信號電壓即可計算出空氣量。

圖1-9　熱膜式空氣流量傳感器的測量原理

當發(fā)動機負荷增大或空氣為冷空氣時，因為節(jié)氣門開度增大，空氣流速加快使空氣流量增大；冷空氣密度大，在體積相同的情況下冷空氣質量大，所以發(fā)熱元件受到冷卻的程度增大，阻值減小的幅度大，保持電橋平衡需要的電流增大，如圖1-9（b）所示，故信號電壓升高。