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      AFE-01流量芯片在汽車發動機進氣量檢測應用

      2023-03-27 15:01
      工采網
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      內燃機進氣空氣流量是一個非常重要的測量參數,因為汽油機空燃比的調節的方式是采用調整與進氣量相匹配的噴油量,所以現在電控汽油機噴射系統能否準確的測量發動機的進氣量,從而正確的將空燃比控制在所要求的范圍內,決定了發動機的動力性、經濟性和尾氣排放等性能指標?諝赓|量流量傳感器是當前汽車發動機電子控制燃油噴射系統中最關鍵的部件之一,是對發動機的空氣進氣量的準確測量的器件。在車用空氣流傳感器中,由于熱式流量傳感器具有無機械傳動,無需對空氣密度和壓力進行補償,響應速度快,測試靈敏度高,工作可靠性高等優點。因此,熱式空氣流量傳感器發展非常迅速,且在汽車領域開始得到廣泛的應用。

      熱式空氣流量計主要有熱線式空氣流量計和熱膜式空氣流量計兩種。

      熱線式空氣流量計:在發動機進氣量直接檢測法中,由于熱線式空氣流量傳感器的輸出直接反映了空氣質量流量的大小,無需進行空氣密度補償,無運動部件,不但工作可靠,而且響應快,缺點是在流速分布不均時誤差較大。而且熱線式空氣流量計由于鉑絲線細(約為70 u m),進氣通道中氣流變化大,因而鉑絲易斷,現在汽車上應用較少。

      (2)熱膜式空氣流量計:雖然熱膜式空氣流量計的工作原理和熱線式空氣流量計類似,但由于熱膜式傳感器不使用白金線作為熱線,而是將熱線電阻、補償電阻等用厚膜工藝制作,在同一陶瓷基片上,使發熱體不直接承受空氣流動所產生的作用力,從而增加了發熱體的強度,不但使空氣流量計的可靠性進一步提高,也使誤差減小,性能更好,體積少,適合大批量生產,成本低。由以上對比可知選擇熱膜式空氣流量計更合適。

      如圖-1所示是熱膜式空氣質量流量傳感器的結構示意圖,其主要組成有:機體、設置在機體內的空氣通道及安裝在空氣通道中的空氣流量傳感器的傳感單元和空氣流量傳感器的驅動電路,空氣流量傳感器的傳感單元通過螺釘連接在機體上,包括有安置于空氣通道內的傳感頭,傳感頭電信號連接驅動電路板以及固定傳感頭及其電路板的支撐架。

      熱線式空氣流量計安裝位置:空氣濾清器和節氣門體之間。

      原理:

      熱膜式空氣流量傳感器屬于量熱式傳感器,其原理是對傳感器的傳感單元進行加熱,由于測量流體的流動導致傳感單元上的熱量會被氣流帶走,通過測量傳感單元的熱損耗來反映氣體的質量流量。如下圖-2,下面是一個電橋平衡的電路,R1為鉑金薄膜發熱電阻,電風速吹過R1時,熱量被帶走,溫度下降導致R1阻值下降,為了保持電橋平衡,電路需要加大電流保持R1溫度,導致輸出電壓Ua也升高。

      發動機進氣系統的組成:

      進氣系統的作用是根據發動機的不同工況,提供足夠的干凈新鮮空氣與噴入進氣歧管內的燃油按一定的比例混合后,供發動機燃燒。它由空氣濾清器、空氣流量計、節氣門體、進氣管、進氣室、進氣歧管、怠速控制閥(IAC)以及各種傳感器、配線、控制氣體量及真空度的軟管組成。

      進氣系統將一定量的新鮮空氣經空氣濾清器和空氣流量計的測定后,進入發動機進氣室,然后經由每缸的進氣歧管被吸入發動機燃燒室。流入進氣室的空氣量由位于節氣門體內的節氣門開度和發動機轉速確定。

      由于發動機工作在高溫(發動機表面溫度可達150℃、排氣歧管可達650℃)、振動(加速度30g)、沖擊(加速度50g)、潮濕(100%RH,-40℃-120℃)以及蒸汽、鹽霧、腐蝕和油泥污染的惡劣環境中,因此發動機控制系統用傳感器耐惡劣環境的技術指標要比一般工業用傳感器高1-2個數量級,其中最關鍵的是測量精度和可靠性。否則,由傳感器帶來的測量誤差將最終導致發動機控制系統難以正常工作或產生故障?諝饬髁總鞲衅鞯闹饕夹g指標為:工作范圍0.11~103立方米/min,工作溫度-40℃~120℃,精度≤2%。

      工采傳感器網上有一款采用MEMS技術的流量芯片傳感器可以很好的作為發動機進氣量系統中的流量計核心傳感器。主要參數性能如下:ISWEEK公司品牌AFE-01的流量芯片,是歐洲原始生產廠家代工的公司。開發了裝配有流速檢測元件的MEMS流量傳感器。擁有引以為傲的高級別靈敏度,可以精確檢測達到0.001m/s的氣體流速變化。生產出體積只有5 mm x 3.5 mm x 0.2 mm的芯片。AFE-01流量傳感器由四個鉑薄膜電阻組成,基于流速的函數,通過了解熱傳遞,可以從維持恒定溫度所需的電壓補償量來確定流速。同時AFE-01流量芯片因為體積小且耐高溫(-20°C~150°C的工作環境),很好的溫度補償電路,非常適合應用在發動機進氣流量計中使用。

      AFE-01具有以下特點:

      體積非常小,雙流向檢測、檢測小質量物體的流動、簡單的信號處理電路和標定、完全固定的機械元件、優異的重復性、優異的長期穩定性、適用于多種行業或安裝到不同外殼、最優的性價比。如圖:

      特性:測量原理:熱量原理

      檢測量程:0 ... 50 m/s (以CTA模式的電路為例)

      靈敏度:0.001 m/s

      精 度:< 2%測量值(取決于電路和標定)

      響應時間:T63% < 0.5 S

      溫度范圍:-20…… +150 °C

      電氣連接:絕緣漆包銅線 (一般長度25 mm)

      加熱元件:RH (25°C) = 34Ω± 10%

      檢測元件:Rs_i (25°C) = 425Ω±10%

      參考元件:RR (25°C) = 710Ω± 10%

      供電電壓:一般為 2~5 V(取決于氣體流速)

             原文標題 : AFE-01流量芯片在汽車發動機進氣量檢測應用

      聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權或其他問題,請聯系舉報。

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