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    孔板流量計的原理與檢測

    作者: 來源: 發布時間:2017-12-15 13:27:52

     孔板流量計的原理與檢測

        孔板流量計按傳感器信號類型分類分為2種,包括模擬信號型流量計和數字信號型流量計。模擬信號型流量計包括葉片式、熱絲式、熱膜式和熱阻式孔板流量計。數字信號型流量計包括卡門漩渦式、熱絲式和熱膜式孔板流量計。其中模擬信號型熱絲式、熱膜式和熱阻式孔板流量計與數字信號型熱絲式和熱膜式孔板流量計結構形式類似,但數字型加裝了數字轉換電路,把信號轉換成數字信號輸入給電控單元(ECU),而模擬式孔板流量計是把電壓信號直接輸送給電控單元(ECU)。
     
    1、模擬信號型孔板流量計原理及檢測
        (1)、可動葉片式孔板流量計由2個大部分組成,一是擔任檢測任務的葉片部分,二是擔任轉換任務的電位計。在葉片軸上安裝有1個電位計,它與葉片同軸旋轉,電位計上滑片電阻的變化轉變成電壓信號輸入ECU。此電壓與進氣量成正比,且呈線性關系。此傳感器為三線傳感器,其中兩條是參考電壓的正負端,另一條是滑動電阻活動觸點臂。
     
        葉片式孔板流量計特點是將燃油泵控制開關、孔板溫度傳感器、CO調節器及孔板流量計等功能融為一體,結構較復雜,但精度較高。不過由于葉片具有彈簧阻力增加了進氣阻力,使它對發動機在急加速時的響應不夠理想,故現在很少使用。
     
        (2)、熱絲式孔板流量計是將加熱絲均勻分布在計量通道內。傳感器用一根鉑絲作為熱絲電阻和檢測環境溫度的熱敏電阻,安裝在進氣道檢測區域中。熱絲通電后產生熱量,氣流通過熱絲時,熱絲的熱量被冷卻,控制熱絲上的電流,可以保持熱絲上的溫度恒定。這樣控制電流與進氣量有著相應的比例關系,即氣流可以改變孔板流量計的輸出電壓。各汽車廠生產的熱線式孔板流量計輸出信號略有差異。德國博世熱絲式孔板流量計輸出信號:怠速時約為2V, 3500r/min時約為3V。福特車用熱絲式孔板流量計輸出信號:未起動時為0-0.5V ,熱怠速時為0.5V-1V,熱車經濟車速時為1.5V-2.5V,節氣門全開時為3V-4.7V。
     
        熱絲式孔板流量計利用熱耗散原理制成,其結構簡單,沒有機械轉動零件,使用耐久,精度高,可精確計量孔板量。但由于熱絲很細(0.010.05mm)且暴露在孔板中,在孔板高速流動時,孔板中的沙粒很容易擊斷熱絲。
     
        (3)、熱膜式孔板流量計的工作原理與熱絲式孔板流量計類似,都是用惠斯登電橋工作的。所不同的是:熱膜式不使用鉑絲作為熱線,而是將熱線電阻、補償電阻及橋路電阻用厚膜工藝制作在同一陶瓷基片上構成的。
     
        熱膜電阻通電后產生熱量,氣流通過熱膜電阻時,熱膜電阻的熱量被冷卻,控制熱膜電阻上的電流,可以保持熱膜電阻上的溫,度恒定。這樣控制電流與進氣量有著相應的比例關系,即氣流可以改變孔板流量計的輸出電壓,信號電壓輸入電控單元ECU后,ECU便可根據信號電壓的高低計算孔板流量的大小。熱膜式孔板流量計輸出信號在0-5V間變化。桑塔納3000型使用的孔板流量計即為熱膜式孔板流量計,桑塔納3000電路孔板流量計接線圖和插頭端子如圖4所示。
     
        (4)、熱阻式—將加熱絲繞成線圈形式固定在石英玻璃管內或暴露在孔板通道內。由于熱阻式孔板流量計熱絲被固定,故熱線壽命延長,但由于熱阻面積很小,只能部分采孔板流量,要求孔板通道內孔板流速均勻,所以常在進氣側安裝梳流格柵。
     
        熱絲式、熱膜式與熱阻式孔板流量傳感器的響應速度很快,能在幾毫秒時間內反映出孔板流量的變化,因此其測量精度不會受到進氣氣流脈動的影響(氣流脈動在發動機大負荷、低轉速運轉時zui為明顯),此外還具有進氣阻力小、無磨損部件等優點。熱膜式傳感器熱膜的面積遠比熱線大,并與熱電阻制作在一起,因此不會因沾染污物而影響測量精度。
     
        由于熱膜式和熱阻式孔板流量計均是部分采集孔板計量孔板量,故精度較熱絲式較差。另外,熱絲式、熱膜式和熱阻式孔板流量計還都易受孔板中水分及灰塵的污染,所以在控制電路上都做了專門的設計,每次打開點火開關或關閉點火開關后,流量計中的熱絲會由電路提供瞬時大電流加熱,使熱絲瞬間產生高溫(700-1000℃),燒掉污染在熱絲、熱膜或熱阻表面的雜質,保持孔板流量計測量精度。
     
    2、數字信號型孔板流量計原理及檢測
        (1)、卡門旋渦孔板流量計分為2種,一種為光電式,一種為超聲波式。它是通過采集渦流頻率完成孔板流速測量,主要是通過光電(如豐田車型)和超聲波采集(如韓國現代、日本三菱等)進氣渦流,具有進氣阻力小、計量準確的特點,但因其結構復雜、不耐振動且造價高,現已逐步被熱線式孔板流量計取代。
     
        光電式是指在產生卡門旋渦的過程中,旋渦發生器兩側的孔板壓力會發生變化,通過導孔作用在金屬箔上,從而使其振動,發光二極管的光照在振動的金屬箔上時,光敏三極管接收到的金屬箔上的反射光是被旋渦調制的光,其輸出經解調得到代表孔板流量的頻率信號。
     
        超聲波式是指卡門渦流發生器下游管路兩側相對安裝超聲波發射探頭和接收探頭。因卡門渦流對孔板密度的影響,就會使超聲波從發射探頭到接收探頭的時間較無旋渦變晚而產生相位差。對此相位信號進行處理,就可得到旋渦脈沖信號。
     
        卡門渦旋式孔板流量計與其它數字式孔板流量計不同之處在于他不但改變頻率,同時還改變脈沖寬度。當孔板流量變化時,電壓始終不變,而輸出的脈沖頻率發生變化,因此不能根據測量電壓高低確定流量變化。
     
        (2)、數字信號型熱線式和熱膜式孔板流量計結構與模擬信號性型熱線式和熱膜式孔板流量計結構和工作原理類似。區別是數字型輸出的是數字信號而模擬式輸出的是電壓信號,電腦不用轉換可直接使用。通常數字式孔板流量計在孔板流量增大時頻率也隨之增加。上海通用別克轎車使用的孔板流量計即為數字型熱膜式孔板流量計,此流量計為三導線型;安裝在進氣歧管中,流量計通過測量該電流的電壓確定孔板流量的大小。并通過電路把電壓信號轉換成頻率信號輸出給電控單元(ECU),所以電控單元(ECU)接收到的流量計信號分辨率高且性能好。有些車型頻率變化范圍高,由怠速時的2000Hz左右到發動機zui大負荷時的8000Hz左右,例如奇瑞東方之子怠速時3000Hz到節氣門全開時7000Hz。有些車型頻率較低,范圍是10Hz -r150Hz,例如現代伊蘭特轎車怠速頻率為30Hz-40Hz 。
     
        數字信號型孔板流量計信號電壓一般是5V或12V。當孔板流量變化時,電壓始終不變,而輸出的脈沖頻率發生變化,因此不能根測量電壓高低確定流量變化。檢測時用萬用表找到流量計的頻率信號輸出線,將汽車萬用表打到“DC”擋,按SELECT功、能選擇鍵轉換成“DC+Hz”擋。起動發動機逐漸加速觀察,主顯示直流電壓和副顯示上的頻率,是否隨轉速變化而變化,一般的數字信號型的孔板流量計隨著進氣量的增加頻率也在改變,但脈沖寬度不變。如檢測卡門渦旋式孔板流量計需注意它不但改變頻率,同時還改變脈沖寬度。
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