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(jié)構(gòu)與工作原理

1. 熱膜式空氣流量傳感器結(jié)構(gòu)

熱膜式空氣流量傳感器是熱線式空氣流量傳感器的改進(jìn)型，它的發(fā)熱體是熱膜（由發(fā)熱金屬鉑固定在薄的樹(shù)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(dòng)所產(chǎn)生的作用力，增加了發(fā)熱體的強(qiáng)度，提高了流量計(jì)的可靠性。同時(shí)與熱線式流量傳感器相比，熱膜式流量計(jì)的熱膜電阻的阻值較大，消耗電流較小，使用壽命較長(zhǎng)。但是由于其發(fā)熱元件表面的保護(hù)薄膜存在輻射熱傳導(dǎo)作用，因此響應(yīng)特性稍差。熱膜式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部元件如圖1-7所示。

圖1-7　熱膜式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部元件

熱膜式空氣流量傳感器內(nèi)部的進(jìn)氣通道上設(shè)有一個(gè)矩形護(hù)套（相當(dāng)于取樣管），熱膜電阻設(shè)在護(hù)套中。為了防止雜質(zhì)沉積到熱膜電阻上影響測(cè)量精度，在護(hù)套的空氣入口一側(cè)設(shè)有空氣過(guò)濾層，用于過(guò)濾空氣中的雜質(zhì)。為了防止空氣溫度變化使測(cè)量精度受到影響，在熱膜電阻附近的氣流上游設(shè)有鉑金屬膜式溫度補(bǔ)償電阻。溫度補(bǔ)償電阻和熱膜電阻與傳感器內(nèi)部控制電路連接，控制電路與線束連接器插座連接，線束設(shè)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(bǔ)償電阻RT、精密電阻R1及R2、信號(hào)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(dāng)空氣氣流流經(jīng)發(fā)熱元件并使其受到冷卻時(shí)，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(bǔ)償電阻溫度一個(gè)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(guò)傳感器的空氣量。當(dāng)電橋電流增大時(shí)，信號(hào)取樣電阻RS上的電壓就會(huì)升高，從而將空氣流量的變化轉(zhuǎn)化為信號(hào)電壓US的變化。信號(hào)電壓輸入ECU后，ECU可根據(jù)信號(hào)電壓的高低計(jì)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(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速或空氣為熱空氣時(shí)，因?yàn)榈∷贂r(shí)節(jié)氣門(mén)關(guān)閉或接近全閉，所以空氣流速低，空氣量少；又因?yàn)榭諝鉁囟仍礁撸諝饷芏仍叫。栽隗w積相同的情況下，熱空氣的質(zhì)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(hào)取樣電阻上的信號(hào)電壓低。ECU根據(jù)信號(hào)電壓即可計(jì)算出空氣量。

圖1-9　熱膜式空氣流量傳感器的測(cè)量原理

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增大或空氣為冷空氣時(shí)，因?yàn)楣?jié)氣門(mén)開(kāi)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(zhì)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(hào)電壓升高。