空气流量计的工作原理是什么

Question

供给与发动机负荷相适应的清洁空气，直接和间接计量空气质量，与喷油器喷出的汽油形成最佳混合气

Answer 1

　　空气流量传感器，也称空气流量计，是电喷发动机的重要传感器之一。它将吸入的空气流量转换成电信号送至电控单元(ECU），作为决定喷油的基本信号之一，是测定吸入发动机的空气流量的传感器。

　　结构原理

　　在电子控制燃油喷射装置上，测定发动机所吸进的空气量的传感器，即空气流量传感器是决定系统控制精度的重要部件之一。当规定发动机所吸进的空气、混合气的空燃比（A/F）的控制精度为±1.0时，系统的允许误差为±6[%]~7[%]，将此允许误差分配至系统的各构成部件上时，空气流量传感器所允许的误差为±2[%]~3[%]。

　　汽油发动机所吸进空气流量的最大值与最小值之比max/min在自然进气系统中为40~50，在带增压的系统的中为60~70，在此范围内的，空气流量传感器应能保持±2~3[%]的测量精度，电子控制燃油喷射装置上所用的空气流量传感器在很宽的测定范围上不仅应能保持测量精度，而且测量响应性也要优秀，可测量脉动的空气流，输出信号的处理应简单。

　　根据空气流量传感器特征的不同，将燃油控制系统按进气量的计量方式分为直接测量进气量的L型控制与间接计量进气量的D型控制（根据进气歧管负压与发动机的转速间接计量进气量。D型控制方式中的微机ROM内，预先储存着以发动机转速和进气管内的压力为参数的的各种状态下的进气量，微机根据所测的各运转状态下的进气压力与转速，参照ROM所记忆的进气量，可以算出燃油量L型控制所用的空气流量计与一般工业流量传感器基本相同，但它能适应汽车的苛环境，但对踏油门时出现的流量的急剧变化的响应要求及在传感器前后进气歧管的形状引起的不均匀气流中也能高精度检测的要求。

　　最初的电子燃油喷射控制系统的采用的不是微机。而是模拟电路，那时采用的是活门式的空气流量传感器，但随着微机用于控制燃油喷射，也出现了其他几种的空气流量传感器。

　　活门式空气流量传感器的的结构。

　　活门式空气流量传感器装在汽油发动机上，安装于空气滤清器与节气门之间，其功能是检测发动机的进气量，并把检测结果转换成电信号，再输入微机中。该传感器是由空气流量计与电位计两部分组成。

　　先看空气流量传感器的工作过程。由空气滤清器吸入的空气冲向活门，活门转到进气量与回位弹簧平衡的位置处停止，也就是说，活门的开度与进气量成成正比。在活门的转动轴还装有电位计，电位计的滑动臂与活门同步转动，利用滑动电阻的电压降把测量片的开度转换成电信号，然后输入到控制电路中。

　　卡曼涡旋式空气流量传感器

　　为了克服活门式空气流量传感器的缺点，即在保证测量精度的前提下，扩展测量范围，并且取消滑动触点，有开发出小型轻巧的空气流量传感器，即卡曼涡旋式空气流量传感器。卡曼涡旋是一种物理现象，涡旋的检测方法、电子控制电路与检测精度根本无关，空气的通路面积与涡旋发生柱的尺寸变化决定检测精度。又因为这种传感器的输出的是电子信号（频率），所以向系统的控制电路输入信号时，可以省去AD转换器。因此，从本质来看，卡曼涡旋式空气流量传感器是适用于微机处理的信号。这种传感器有以下三个优点：测试精度高，可以输出线形信号，信号处理简单；长期使用，性能不会发生变化；因为是检测体积流量所以不需要对温度及大气压力进行修正。

　　这种空气流量传感器的流量检测的原理电路如图，当有卡曼涡旋产生时，就随着速度及压力的变化，流量检测的基本原理就是利用其中速度的变化。空气流量传感器输出至控制组件的信号波形如图。信号为方波、数字信号。进气量越多，卡曼涡旋的频率越高，空气流量传感器输出信号的频率就越高。

　　温温压补偿空气流量传感器，主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小。仪表参数能长期稳定。本仪表采用压电应力式传感器，可靠性高，可在-10℃～+300℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号，也有数字脉冲信号输出，容易与计算机等数字系统配套使用，是一种比较先进、理想的流量。

　　空气流量传感器的最大优点是仪表系数不受测量介质物性的影响，可以由一种典型介质推广到其他介质上。但由于液、气的流速范围差别很大，导致频率范围亦差别很大。处理涡街信号的放大器电路中，滤波器的通带不同，电路参数亦不同，因此，同一电路参数不能用于测量不同介质。

Answer 2

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。 　　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。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)，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。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。

Answer 3

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。
　　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。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)，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。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。
　　在叶片式空气流量传感器内，通常还有一电动汽油泵开关。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。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。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。
　　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。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。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。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。
　　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。
　　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。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。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是: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。

Answer 4

补充下楼上的回复，你们说的差压原理的流量计测量的都是体积流量，如果不加温度和压力的补偿的话测量体积量是没有意义的，打个比方：一个体积为10立方米盒子按理说能装10立方米的空气，当盒子为0.1MPa、0°C的工况时这个盒子的空气为重12.9千克，当盒子为0.2MPa、0°C的工况时盒子的空气重25.8千克。质量流量等于工况体积流量乘以工况密度，所以单纯的测量体积流量是不够的，还必须加温度压力的补偿，然后根据气体状态方程计算出工况密度，才能实时的检测气体的质量流量。你说的就是一个燃烧配比的问题，必须要知道空气和汽油的质量流量才能进行合理的控制。目前有两种可以直接测量质量流量的流量计一种为科氏力质量流量计，一种为热式质量流量计，根据管径的大小及成本选择合理的流量计，目前没有哪一种流量计是通用的。如果是小管径的话（小于DN25)，热式还有质量流量控制器，将流量计和流量控制器做到一起的那种，你可以了解一下。如下的参考网址希望对你有帮助。

参考资料：www.sierra-asia.com

Answer 5

作用当然是对流通路径中的空气进行体积计量了.一般瞬时流量的单位为立方米/小时,累积流量的单位为立方米.
原理是在流通路径中串接一个比通常阻力大的通过装置,在此装置前后端当有空气流通时会产生一个较小的压力差,这个压力差会与通过的空气的速度成一定的比例,检测这个压力差就可以检测出空气的瞬时流量了.
用一个微差压变送器来检测装置两端的差压,变换成相应的电信号[一般是电流信号],传送到与之匹配的仪表装置上,通过设计好的比例关系可将实际的瞬时流量显示出来,根据瞬时流量值和它所持续的时间可显示出累积流量值了.本回答被提问者采纳