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《车辆MEMS传感器技术》课程论文车用空气流量传感器研究综述 专业： 车辆工程 姓名： 翟晓娟 班级： 汽硕1603 学号: 用空气流量传感器研究综述引言 现代社会，人们对汽车动力性、经济性、安全性的要求越来越高。随着汽车保有量日渐增大，汽车尾气带来的污染日渐严重，能源消耗量不断增加。为减少尾气污染，节约能源，汽车电喷系统于上世纪 50 年代起逐渐取代了化油器系统。如今的汽车已经不再是纯机械的产品，而是融入了越来越多的电子控制系统。常见的有电喷系统、自动空调系统、ABS（Anti-lock Braking System，防抱死刹车系统）等，汽车电喷系统无疑是这些电子控制系统中最重要的。 电喷系统的全称是汽车电子燃油喷射系统（Auto Electronic Fuel Injection System），它由多种传感器、ECU（Electronic Control Unit，电子控制单元）和执行器（喷油和点火系统）组成。电喷系统实现喷油量和点火时间精确控制的理论基础是理论空燃比，即将燃料完全燃烧所需要的空气质量和燃料质量之比。ECU 以理论空燃比为依据，通过空气流量传感器获得的进气量（空气质量）计算出所需的喷油量（燃料质量），进气量的任何偏差都将直接影响到喷油量这一电喷系统最主要的控制目标。因此，汽车电喷系统对空气流量传感器的精度、响应时间等都有很高的要求。汽车空气流量测量技术是实现汽车电喷系统功能的基础和关键技术，对其进行研究具有非常重要的意义。2.汽车空气流量传感器研究现状 由于汽车具有工作环境复杂、控制精度和实时性高、成本控制严格等特点，所以对汽车空气流量的测量提出了精度高、响应快、范围度大、压损低、管径小、流速高、工作环境复杂、价格低、可靠性高等极高的要求。汽车空气流量传感器的研究开始于 20 世纪 50 年代，与电喷系统的使用同步。翼片式汽车空气流量传感器最早得到应用，之后热线式汽车空气流量传感器成为应用最广泛的技术。20 世纪 80 年代，日本公司最早将超声式涡街流量测量技术应用到汽车上。上世纪 90 年代，随着生产工艺的进步出现了采用厚膜工艺的热膜式汽车空气流量传感器。进入 21 世纪，原有热膜式测量技术得到进一步改进，如博世公司就研究出具有流体分离元件的热膜式测量技术，通过在测量前对气流进行稳定和分离处理，进一步提高测量精度。得到实际应用的翼片式、涡街式和热线（膜）式三大类汽车空气流量传感器在工作原理上有较大的差异。 ①翼片式汽车空气流量传感器 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。 图 2.1 翼片式汽车空气流量传感器结构图 ②热线（膜）式汽车空气流量传感器 热线式汽车空气流量传感器以热线电阻、冷线电阻和另两个固定电阻组成电桥，通过放大器调节电桥平衡。空气流过热线电阻使其热量散失，电阻阻值变化，电桥失去平衡。此时放大器增大电流直到热线电阻恢复初始温度和电阻值，电桥重新平衡。空气流速越快，热量散失越多，阻值变化越大，电流的变化也越大。电流的改变造成固定电阻上的电压改变，这一电压的改变即可反映空气流量的变化。实际应用中，空气自身温度的改变会影响测量精度，因此额外设置冷线电阻以感应外界空气温度，对热线电阻温度值的恒定控制也转变为使其与冷线电阻保持恒定的温度差。热线式汽车空气流量传感器是利用流动空气对热金属线的冷却作用实现流量测量的，得到空气的质量流量。热膜式汽车空气流量传感器的工作原理与热线式一样，只是将热线电阻、补偿电阻和固定电阻采用厚膜工艺集成到一块陶瓷片上。热线（膜）式汽车空气流量传感器实质上是将流量信号转化为电热丝的温度改变，再将温度改变转化为电压信号。 ③涡街式汽车空气流量传感器 涡街式汽车空气流量传感器利用涡街原理测量汽车空气流量，涡街原理中的涡街频率与流速成正比，再根据流量与流速的关系即可计算出空气流量。涡街频率的检测方法有热敏、压电、超声、应变、电容等多种。由于汽车空气流量测量的条件限制，目前只有光电检测和超声检测两种方法在汽车空气流量测量上得到应用。 图 2.2 光电检测法结构图 图 2.3 超声检测法结构图