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（5）传感器的特性
1mmHg=133.322Pa
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3.3.4 带微差压力传感器的超声波型卡曼涡旋 空气流量传感器
（1）采用压力损失小的涡旋发生器 功能：在整个流量范围内形成稳定的 涡旋 形状参数：三角柱的截面高度h、宽 度w、间隔G、稳定板的厚度t、稳定 板后部的曲率R
3、电路图
当有卡曼 涡旋产生时， 超声波就伴随 有速度及压力 的变化，利用 其中速度的变 化检测流量。
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3.3.2.、光学检测（压力变化检测型）卡曼涡流式 空气流量传感器
1、结构
主要有涡流发生器、发光二极管、光敏三极管、反光 镜、张紧带、集成厚度控制电路和进气温度传感器及整流 栅网组成。
图2-11 光学检测式卡曼流量传感器结构
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2、工作原理
原理：利用卡门旋涡引起 的空气压力变化测量进气 流量。 卡门旋涡发生→涡流 发生器两侧压力周期性变 化→导压孔→反光镜产生 振动，反射发光管的光信 号→光电管→引起反射光 产生周期变化，ECU根据 所监测的反光信号的频率 可感知系统进气量。
（线径70μm铂金丝） 其阻值随温度变化 （铂金薄膜热敏电阻） 其阻值随进气温度变化
精密电阻 （可激光修整）
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调零电阻 （装在控制线路板 上，可用激光修整 对输出特性校正） 惠斯顿电桥
测量原理



在流动空气中放置一发热体，因向周围空气放热 而冷却。流经发热体的空气量越多，则发热体的传热 量越大。热线式空气流量计就是利用发热体和空气传 热这种现象来测量发动机进气量的。 置于进气气流中的发热体(铂金热线电阻)向空气散热时的传 热系数表达式： h=α+β√G 式中：h——传热系数； α、β——常数； G——空气的质量流量，kg／s。
取样管 金属防护网 铂金热线 塑料护套 温度补偿电阻
空气流
电连接器
控制线路板
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2）分类：
“主流式”热线空气流量计是将整个流量计安装在进气系统 主流通道上； “旁通式”热线空气流量计是将铂金热线和温度补偿电阻安 装在空气旁通道上。 南昌大学科技学院
3）热线式空气流量计测量原理 热线电阻 温度补偿电阻
热膜式空气流量计
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3.4.3 质量流量检测精度

（1）温度特性
流量>40g/s时， 由于进行了温度 丝下游产生涡 旋，热传递状况 发生很大变化， 导致流量误差。 1atm=101325Pa
2、工作原理
图2-10 超声波式卡曼流量传感器检测原理
在发动机运行时， 发生器不断地向接受器 发出一定频率的超声波 （垂直空气流方向）且 穿过卡门旋涡，由于受 卡门旋涡影响造成超声 波空气密度的相位发生 相应偏移，由此形成疏 密波。ECU根据所监测 的超声波疏密的频率便 可感知系统进气量。

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测得的是吸入空气的体积，故还需根据 进气温度等信息，由电控单元计算出空 气质量。
直接测量吸入空气的 质量，故其精度更高。
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2、速度密度型


定义：
利用进气歧管压力传感器测出进气歧管压力，然后电 控单元根据该压力和发动机转速，推算出发动机每一循环 吸入的空气量，并据此空气量计算汽油的喷射量。
为了防止反光镜倾斜过 度而损坏
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（4）光学系统


功能要求： ①即便反光镜的工作角度为 最小值，系统具有高灵敏度； ②即便反光镜有污浊，也可 得到稳定的信号。
当反光镜被进气中所含 杂质、碳粉等污染后， 光敏三极管发射极的输 出电流会减小。
控制光电部分的电流， 保证得到稳定的信号。

设旋涡的发生频率为f，被测介质流体的平均速度为 v1，管道内流体的平均流速为v，旋涡发生体迎面宽度为d， 表体直径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式
f St

式中
v1--旋涡发生体两侧平均流速，m/s； St--斯特劳哈尔数；
v1 d
qv Kf
其中：

2

nd K 4D St n=v/v1 南昌大学科技学院
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（2）压力损失较小的管道结构
主通道整流器： 生成稳定的卡 曼涡旋； 旁通道整流器（长 度是主通道的三 倍）：
降低低流量区 分流比，使主通道 流量增大形成强力 的卡曼涡旋。
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（3）测量微小的涡旋压力
功用：保证卡曼涡旋压 力作用到膜片上，而进 气管脉动压力不会产生 影响 膜片工作方式：差压式 （膜片的内、外表面分 别设有导压口） 原理：膜片上形成桥式 压电效应的应力计，通 过阻值的变化测出涡旋 压力。

I G

与空气质量流量G有关，不 需空气密度修正
热线式空气流量计 的输出特性:
输 出 电 压 （ V ）
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流量（kg/s）

热线式空气流量计控制电路的作用： 利用惠斯顿电桥平衡原理，使热线电阻温度与 进气温度的差值保持恒定。 工作原理： 空气流量↑→铂金热线上被带走的热量↑→热 线电阻值↓→惠斯顿电桥失去平衡。 控制电路→热线的电流↑→使热线恢复原设定 的温度和电阻→电桥恢复平衡。 电子控制回路所增加的电流大小取决于热线被 冷却的程度，即空气质量流量，此增加的电流通过 电桥中的RA转换成电压输出的。ECU根据该电压信 号便可测定空气的质量流量。 南昌大学科技学院
流量计
流量计
差压式 流量计 流体阻力 式流量计 测速式 流量计 流体振动 式流量计
流量传感器分为气体流量传感器和液体流量传感器 两大类。 汽车电子控制系统所用流量传感器主要是空气流量 传感器。
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三、空气流量传感器的作用




空气流量计的作用是将吸入发动机的空气量转 换成电信号送至ECU，作为确定基本喷油量的 主要依据之一。 按结构形式分：
三、工作原理：
若将一个参考电 压UB加在电位器上 （即端子Va端子E2之 间），当空气量增大 时，其端子Vc和Vs之 间的电阻值减小、两 端子之间输出的信号 电压Us降低。反之则 反。
图2-5 动片式空气流量传感器的工作原理
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电路图：
图2-6 动片式空气流量传感器电路图
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卡曼涡街原理
在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生 体两侧交替地产生有规则（两列平行状，左右交替出现） 的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图所示，旋涡列在旋 涡发生体下游非对称地排列。
当比值h/l为0.281时，所 图2-8 涡旋产生原理 形成的涡旋是稳定的并且 南昌大学科技学院 是周期性的
电压比检测
图2-7 检测方法
电压值检测
进气量=电位计滑动引起的电压变化
进气量 电位计滑动引起的电压变化（VC -VS） 加在电位计上的电压（VB -E 2）
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四、特点


1、体积流量型； 2、测量范围大； 3、进气量增大测量精度降低； 4、电位计滑动触头影响精度； 5、体积大； 6、响应慢。


特点：
间接测量进气量；由于空气在进气歧管内的压力是 变化的，因此不易精确地检测吸入的空气量。
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7
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§3.2 动片式空气流量传感器

又称翼片式或叶片式空气流量传感器

一、结构
同轴安装
由空气流量计和电位计两部分组成。 安装： 位于空气滤清器与节 气门之间
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由于流量计基于热线表面与空气的热传 导，铂金热线上的任何污染都会造成测量 误差，因此控制电路中设置自动“清污” 功能。 每当发动机熄火后的4s内，控制电路会 自动提供自净电流，使热线迅速升高到 1000℃的高温并保持1s，可将粘附在热线 表面污物完全清除干净。
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4）热线式空气流量传感器的特点:
第三章 空气流量传感器
§3.1 概述
一、流量的概念
流体在单位时间内流经某一有效截面的体积或质量， 前者称体积流量qv（m3/s)，后者称质量流量qm(kg/s)。

如果在截面AF上速度v分布是均匀的，则：
qv vAF 如果介质的密度为，那么质量流量 qm = qv
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流过管道某截面的流体的速度在截面上各处不可能是均 匀的，假定在这个截面上某一微小单元面积上dAF速度 是均匀的，流过该单元面积上的体积流量为
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（1）空气通道的构成
锥度通道（减少 压力损失） 主通道：矩形截面（可获 得稳定的涡旋）
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（2）涡旋发生器
前边的剖面形状为三角形，后面的剖面为梯形， 目的：得到稳定的卡曼涡旋。
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用耐腐蚀的整块金属箔 制成
（3）反光镜振动系统


三点要求： ①耐疲劳的寿命长； ②低流速时应具有足 够的工作角，高流速 时应出现稳定的振动； ③过渡时期也应有稳 定的振动。
叶片式空气流量计 卡门涡旋式空气流量计 热线式空气流量计 热膜式空气流量计

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四、空气流量传感器的分类


空气流量传感器根据检测方式不同可以分为： 流量型和速度密度型两大类型。 1、流量型 流量方式是利用空气流量传感器直接测量吸入发动机的空 气量。 流量型空气流量传感器主要有： 翼片式、卡尔曼涡流式、热线式和热膜式等几种。
K除与旋涡发生体、管道的几何尺 寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关。 斯特劳哈尔数为无量纲参数，它与 旋涡发生体形状及雷诺数有关。