流量传感器

目录

1流量传感器

2热线式

3传感器市场发展…

4技术革新

编辑本段流量传感器

　　空气流量传感器是测定吸入发动机的空气流量的传感器。电子控制汽油喷射发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气，必须正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为ECU计算(控制)喷油量的主要依据。如果空气流量传感器或线路出现故障，ECU得不到正确的进气量信号，就不能正常地进行喷油量的控制，将造成混合气过浓或过稀，使发动机运转不正常。
　　电子控制汽油喷射系统的空气流量传感器有多种型式，目前常见的空气流量传感器按其结构型式可分为叶片(翼板)式、量芯式、热线式、热膜式、卡门涡旋式等几种。
　　一、叶片式空气流量传感器的结构、工作原理及检测
　　1、叶片式空气流量传感器结构及工作原理
　　传统的波许L型汽油喷射系统及一些中档车型采用这种叶片式空气流量传感器，如丰田CAMRY(佳美)小轿车、丰田PREVIA(大霸王)小客车、马自达MPV多用途汽车等。其结构如图 1所示，由空气流量计和电位计两部分组成。空气流量计在进气通道内有一个可绕轴摆动的旋转翼片(测量片)，如图 2所示，作用在轴上的卷簧可使测量片关闭进气通路。发动机工作时，进气气流经过空气流量计推动测量片偏转，使其开启。测量片开启角度的大小取决于进气气流对测量片的推力与测量片轴上卷簧弹力的平衡状况。进气量的大小由驾驶员操纵节气门来改变。进气量愈大，气流对测量片的推力愈大，测量片的开启角度也就愈大。在测量片轴上连着一个电位计，如图 3所示。电位计的滑动臂与测量片同轴同步转动，把测量片开启角度的变化(即进气量的变化)转换为电阻值的变化。电位计通过导线、连接器与ECU连接。ECU根据电位计电阻的变化量或作用在其上的电压的变化量，测得发动机的进气量，如图 4所示。
　　在叶片式空气流量传感器内，通常还有一电动汽油泵开关，如图 5所示。当发动机起动运转时，测量片偏转，该开关触点闭合，电动汽油泵通电运转；发动机熄火后，测量片在回转至关闭位置的同时，使电动汽油泵开关断开。此时，即使点火开关处于开启位置，电动汽油泵也不工作。
　　流量传感器内还有一个进气温度传感器，用于测量进气温度，为进气量作温度补偿。
　　叶片式空气流量传感器导线连接器一般有7个端子，如图 5中的39、36、6、9、8、7、27。但也有将电位计内部的电动汽油泵控制触点开关取消后，变为5个端子的。图 6示出了日产和丰田车用叶片式空气流量传感器导线连接器端子的“标记”。其端子“标记”一般标注在连接器的护套上。
　　2、叶片式空气流量传感器的检测
　　（1）丰田车叶片式空气流量传感器的检测
　　图 7所示为丰田PREVIA(大霸王)车2TZ-FE发动机用叶片式空气流量传感器电路原理图。其检测方法有就车检测和单件检测两种。
　　A、就车检测
　　点火开关置“OFF”，拔下该流量传感器导线连接器，用万用表Ω档测量连接器内各端子间的电阻。其电阻值应符合表 1所示；如不符，则应更换空气流量传感器。
　　表 1 叶片式空气流量传感器各端子间的电阻（丰田PREVIA车）
　　端子 标准电阻(kΩ) 温度(℃)
　　VS-E2 0.2-0.60 -
　　VC-E2 0.20-0.60 -
　　10.00-20.00 -20
　　4.00-7.00 0
　　THA-E2 2.00-3.00 20
　　0.90-1.30 20
　　0.40-0.70 60
　　FC-E1 不定 -
　　B、单件检测
　　点火开关置“OFF”，拔下空气流量传感器的导线连接器，拆下与空气流量传感器进气口连接的空气滤清器，拆开空气流量传感器出口处空气软管卡箍，拆除固定螺栓，取下空气流量传感器。
　　首先检查电动汽油泵开关，用万用表Ω档测量E1-FC端子:在测量片全关闭时，E1-FC间不应导通，电阻为∞；在测量片开启后的任一开度上，E1-FC端子间均应导通，电阻为0。
　　然后用起子推动测量片，同时用万用表Ω档测量电位计滑动触点Vs与E2端子间的电阻(如图 8):在测量片由全闭至全开的过程中，电阻值应逐渐变小，且符合表 2所示；如不符，则须更换空气流量传感器。丰田CROWN 2.8小轿车5M-E发动机的叶片式空气流量传感器各端子间电阻标准值如表 3所示。
　　表 2 叶片式空气流量传感器各端子间的电阻（丰田PREVIA车）
　　端子 标准电阻(Ω) 测量片位置
　　FC-E1 ∞ 测量片全关闭
　　0 测量片开启
　　VS-E2 20-600 全关闭
　　20-1200 从全关到全开
　　表 3 叶片式空气流量传感器各端子间的电阻(丰田CROWN2.8小轿车5M-E发动机)
　　端子 温度(℃) 测量片位置 标准电阻(kΩ)
　　E2-VS - 完全关闭 0.02
　　- 从关闭到全开 0.02-1.00
　　E1-FC - 完全关闭 ∞
　　- 任何开度 0
　　E2-THA 0 - 4.00-7.00
　　20 - 2.00-3.00
　　40 - 0.90-1.30
　　60 - 0.40-0.70
　　E2-VC - - 0.10-0.30
　　E2-VB - - 0.20-0.40
　　E2-FC - - ∞
　　（2）日产车叶片式空气流量传感器的检测
　　图 9所示为日产车叶片式空气流量传感器电路的检测(端子“标记”有新旧两种)。用万用表Ω档测量各端子之间的电阻时，旧“标记”端子之间应符合表 4所示的标准值，新“标记”端子之间应符合表 5所示的标准值。否则，应更换空气流量传感器。
　　表 4 空气流量传感器旧“标记”各端子间电阻值（日产车）
　　触点 端子 标准电阻值(Ω) 测量片位置
　　电动汽油
　　泵开关
　　∞ 测量片关闭
　　(触点打开)
　　36-39 0 测量片打开
　　(触点关闭)
　　电位计 6-9 250-350 -
　　6-8 150-250 -
　　8-9 50-150 -
　　7-8 0- ∞ 测量片由全闭到全开
　　表 5 叶片式空气流量传感器新“标记”各端子间电阻值（日产车） 端子 电阻值(Ω) 测量片位置
　　33-35 约100 -
　　33-34 约200 -
　　32-33 0-∞ 测量片滑动时
　　32-34 0-∞ 测量片滑动时
　　25-34 阻值随外界温度而定
　　（3）五十铃车叶片式空气流量传感器的检测
　　电位计与空气流量计的内部接线如图 10所示。工作时，滑动臂在电位计的电阻片上滑动，端子7与8之间的电压U和端子6与9之间的电压UB作为输入信号输入电控单元中。
　　在检查时，取下空气流量传感器的导线连接器，将万用表(电阻档)接在6、7端子上，使测量片平稳地张开，其间的电阻值是逐渐变化的；6与9端子之间的阻值为350-400Ω，空气温度传感器27与6之间的电阻值为0.30-1OKΩ。
　　电动汽油泵触点39和36端子之间在测量片全闭时不导通(断开)；测量片只要稍一转动，39和36端子之间便导通。
　　二、卡门涡旋式空气流量传感器的检查
　　1、卡门涡旋式空气流量传感器结构和工作原理
　　卡门涡旋式空气流量传感器的结构和工作原理如图 11所示。在进气管道正中间设有一流线形或三角形的涡流发生器，当空气流经该涡流发生器时，在其后部的气流中会不断产生一列不对称却十分规则的被称为卡门涡流的空气涡流。根据卡门涡流理论，这个旋涡行列是紊乱地依次沿气流流动方向移动，其移动的速度与空气流速成正比，即在单位时间内通过涡流发生器后方某点的旋涡数量与空气流速成正比。因此，通过测量单位时间内涡流的数量就可计算出空气流速和流量。
　　测量单位时间内旋涡数量的方法有反光镜检出式和超声波检出式两种。图 12所示是反光镜检出式卡门涡旋流量传感器，其内有一只发光二极管和一只光敏三极管。发光二极管发出的光束被一片反光镜反射到光敏三极管上，使光敏三极管导通。反光镜安装在一个很薄的金属簧片上。金属簧片在进气气流旋涡的压力作用下产生振动，其振动频率与单位时间内产生的旋涡数量相同。由于反光镜随簧片一同振动，因此被反射的光束也以相同的频率变化，致使光敏三极管也随光束以同样的频率导通、截止。ECU根据光敏三极管导通、截止的频率即可计算出进气量(图 11)。凌志LS400小轿车即用了这种型式的卡门涡旋式空气流量传感器。
　　图 13所示为超声波检出式卡门涡旋式空气流量传感器。在其后半部的两侧有一个超声波发射器和一个超声波接收器。在发动机运转时，超声波发射器不断地向超声波接收器发出一定频率的超声波。当超声波通过进气气流到达接收器时，由于受气流中旋涡的影响，使超声波的相位发生变化。ECU根据接收器测出的相应变化的频率，计算出单位时间内产生的旋涡的数量，从而求得空气流速和流量，然后根据该信号确定基准空气量和基准点火提前角。
　　2、卡门涡旋式空气流量传感器的检测
　　以丰田凌志LS400轿车1UZ-FE发动机用反光镜检出式空气流量传感器为例。该传感器与ECU的连接电路如图 14所示。
　　（1）电阻检测
　　点火开关置“OFF”，拔下空气流量传感器的导线连接器，用万用表电阻档(如图 14所示)测量传感器上“THA”与"El"端子之间的电阻，其标准值如表 6所示。如果电阻值不符合标准值，则更换空气流量传感器。
　　表 6 卡门涡旋式空气流量传感器THA-E1端子间的电阻（丰田凌志LS400轿车）
　　端子
　　标准电阻(kΩ) 温度(℃)
　　THA-E1 10.0 -20
　　4.0-7.0 0
　　2.0-3.0 20
　　0.9-1.3 40
　　0.4-0.7 60
　　（2）空气流量传感器的电压检测
　　插好此空气流量传感器的导线连接器，用万用表电压档检测发动机ECU端子THA-E2、Vc-E1、KS-E1间的电压，其标准电压值见表 7所示。若电压不符合要求，则按图 15所示进行故障诊断。
　　表 7丰田凌志LS400轿车1UZ-FE发动机 ECU THA-E2、VC-E1、KS-E1端子电压
　　端子 电压（V） 条件
　　THA-E2 0.5-3.4 怠速、进气温度20℃
　　4.5-5.5 点火开关ON
　　KS-E1 2.0-4.0(脉冲发生) 怠速
　　VC-E1 4.5-5.5 点火开关ON

编辑本段热线式

　　热线式空气流量传感器的检查

结构和工作原理

　　热线式空气流量传感器的基本结构由感知空气流量的白金热线(铂金属线)、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻(冷线)、控制热线电流并产生输出信号的控制线路板以及空气流量传感器的壳体等元件组成。根据白金热线在壳体内的安装部位不同，热线式空气流量传感器分为主流测量、旁通测量方式两种结构形式。图 18所示是采用主流测量方式的热线式空气流量传感器的结构图。它两端有金属防护网，取样管置于主空气通道中央，取样管由两个塑料护套和一个热线支承环构成。热线线径为70μm的白金丝(RH)，布置在支承环内，其阻值随温度变化，是惠斯顿电桥电路的一个臂(图 19)。热线支承环前端的塑料护套内安装一个白金薄膜电阻器，其阻值随进气温度变化，称为温度补偿电阻(RK)，是惠斯顿电桥电路的另一个臂。热线支承环后端的塑料护套上粘结着一只精密电阻(RA)。此电阻能用激光修整，也是惠斯顿电桥的一个臂。该电阻上的电压降即为热线式空气流量传感器的输出信号电压。惠斯顿电桥还有一个臂的电阻RB安装在控制线路板上。

热线式空气流量传感器的工作原理

　　热线温度由混合集成电路A保持其温度与吸入空气温度相差一定值，当空气质量流量增大时，混合集成电路A使热线通过的电流加大，反之，则减小。这样，就使得通过热线RH的电流是空气质量流量的单一函数，即热线电流IH随空气质量流量增大而增大，或随其减小而减小，一般在50-120mA之间变化。波许LH型汽油喷射系统及一些高档小轿车采用这种空气流量传感器，如别克、日产MAXIMA(千里马)、沃尔沃等。

热线式空气流量传感器的检测

　　（1）日产MAXIMA车VG3OE发动机热线式空气流量传感器的检测图 20所示为日产VG3OE发动机热线式空气流量传感器的电路。　

　　A、检查空气流量传感器输出信号 拔下此空气流量传感器的导线连接器，拆下空气流量传感器；按图 21所示，将蓄电池的电压施加于空气流量传感器的端子D和E之间(电源极性应正确)，然后用万用表电压档测量端子B和D之间的电压。其标准电压值为(1.6±0.5)V。如其电压值不符，则须更换空气流量传感器。在进行上述检查之后，给空气流量传感器的进气口吹风，同时测量端子B和D之间的电压。在吹风时，电压应上升至2-4V。如电压值不符，则须更换空气流量传感器。

　　B、检查自清洁功能 装好热线式空气流量传感器及其导线连接器，拆下此空气流量传感器的防尘网，起动发动机并加速到2500r/min以上。当发动机停转后5s，从空气流量传感器进气口处，可以看到热线自动加热烧红(约1000℃)约1s。如无此现象发生，则须检查自清信号或更换空气流量传感器。

　　（2）日产CA18E型发动机热线式空气流量传感器的检查

　　A、就车检查先拆下空气流量传感器的导线连接器(如图 22所示)，检查线束一侧B端子与搭铁间的电压，其基准电压为12V。其次，则按单件检查方法检查端子31与搭铁端之间的电压。

　　B、单件检查

　　如图 23(a)所示，在B、C两端子间加上12V电压，然后检查D、C两端子间的输出电压。这时应该注意，外加电压的端子不能搞错(B端子与蓄电池的正接线柱相连，C端子与蓄电池的负接线柱相连)。如果接错就有可能损坏空气流量传感器。然后按图 23(b)所示，在吹入空气的情况下，测量空气流量传感器输出电压的变化，其标准为:当没有空气吹入时，电压约为0.8V；当有空气吹入时，电压约为2.OV。

编辑本段传感器市场发展前景

　　咨询公司INTECHNOCONSULTING的传感器市场报告显示，2008年全球传感器市场容量为506亿美元，预计2010年全球传感器市场可达600亿美元以上。调查显示，东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区，而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。就世界范围而言，传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场，占第二位的是过程控制市场，看好通讯市场前景。　一些传感器市场比如压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大，分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%。传感器市场的主要增长来自于无线传感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微机电系统)传感器、生物传感器等新兴传感器。其中，无线传感器在2007-2010年复合年增长率预计会超过25%。

编辑本段技术革新

　　目前，全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。