流量傳感器

　　結(jié)構(gòu)型式

　　電子控制汽油噴射系統(tǒng)的空氣流量傳感器有多種型式，目前常見的空氣流量傳感器按其結(jié)構(gòu)型式可分為葉片（翼板）式、量芯式、熱線式、熱膜式、卡門渦旋式等幾種。

　　葉片式

　　葉片式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理及檢測

　　結(jié)構(gòu)及工作原理

　　傳統(tǒng)的波許L型汽油噴射系統(tǒng)及一些中檔車型采用這種葉片式空氣流量傳感器，如豐田CAMRY（佳美）小轎車、豐田PREⅥA（大霸王）小客車、馬自達(dá)MPV多用途汽車等。其結(jié)構(gòu)如圖 1所示，由空氣流量計和電位計兩部分組成?？諝饬髁坑嬙谶M(jìn)氣通道內(nèi)有一個可繞軸擺動的旋轉(zhuǎn)翼片（測量片），如圖 2所示，作用在軸上的卷簧可使測量片關(guān)閉進(jìn)氣通路。發(fā)動機(jī)工作時，進(jìn)氣氣流經(jīng)過空氣流量計推動測量片偏轉(zhuǎn)，使其開啟。測量片開啟角度的大小取決于進(jìn)氣氣流對測量片的推力與測量片軸上卷簧彈力的平衡狀況。進(jìn)氣量的大小由駕駛員操縱節(jié)氣門來改變。進(jìn)氣量愈大，氣流對測量片的推力愈大，測量片的開啟角度也就愈大。在測量片軸上連著一個電位計，如圖 3所示。電位計的滑動臂與測量片同軸同步轉(zhuǎn)動，把測量片開啟角度的變化（即進(jìn)氣量的變化）轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。電位計通過導(dǎo)線、連接器與ECU連接。ECU根據(jù)電位計電阻的變化量或作用在其上的電壓的變化量，測得發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量，如圖 4所示。

　　在葉片式空氣流量傳感器內(nèi)，通常還有一電動汽油泵開關(guān)，如圖 5所示。當(dāng)發(fā)動機(jī)起動運(yùn)轉(zhuǎn)時，測量片偏轉(zhuǎn)，該開關(guān)觸點閉合，電動汽油泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)；發(fā)動機(jī)熄火后，測量片在回轉(zhuǎn)至關(guān)閉位置的同時，使電動汽油泵開關(guān)斷開。此時，即使點火開關(guān)處于開啟位置，電動汽油泵也不工作。

　　流量傳感器內(nèi)還有一個進(jìn)氣溫度傳感器，用于測量進(jìn)氣溫度，為進(jìn)氣量作溫度補(bǔ)償。

　　葉片式空氣流量傳感器導(dǎo)線連接器一般有7個端子，如圖 5中的39、36、6、9、8、7、27。但也有將電位計內(nèi)部的電動汽油泵控制觸點開關(guān)取消后，變?yōu)?個端子的。圖 6示出了日產(chǎn)和豐田車用葉片式空氣流量傳感器導(dǎo)線連接器端子的“標(biāo)記”。其端子“標(biāo)記”一般標(biāo)注在連接器的護(hù)套上。

　　檢測

　?、咆S田車葉片式空氣流量傳感器的檢測

　　圖 7所示為豐田PREⅥA（大霸王）車2TZ-FE發(fā)動機(jī)用葉片式空氣流量傳感器電路原理圖。其檢測方法有就車檢測和單件檢測兩種。

　　就車檢測

　　點火開關(guān)置“OFF”，拔下該流量傳感器導(dǎo)線連接器，用萬用表Ω檔測量連接器內(nèi)各端子間的電阻。其電阻值應(yīng)符合表 1所示；如不符，則應(yīng)更換空氣流量傳感器。

　　表 1 葉片式空氣流量傳感器各端子間的電阻（豐田PREⅥA車）

　　端子 標(biāo)準(zhǔn)電阻（kΩ） 溫度（℃）

　　VS-E2 0.2-0.60 -

　　VC-E2 0.20-0.60 -

　?、?0-20.00 -20

　?、?0-7.00 0

　　THA-E2 2.00-3.00 20

　　0.90-1.30 20

　　0.40-0.70 60

　　FC-E1 不定 -

　　單件檢測

　　點火開關(guān)置“OFF”，拔下空氣流量傳感器的導(dǎo)線連接器，拆下與空氣流量傳感器進(jìn)氣口連接的空氣濾清器，拆開空氣流量傳感器出口處空氣軟管卡箍，拆除固定螺栓，取下空氣流量傳感器。

　　首先檢查電動汽油泵開關(guān)，用萬用表Ω檔測量E1-FC端子：在測量片全關(guān)閉時，E1-FC間不應(yīng)導(dǎo)通，電阻為∞；在測量片開啟后的任一開度上，E1-FC端子間均應(yīng)導(dǎo)通，電阻為0。

　　然后用起子推動測量片，同時用萬用表Ω檔測量電位計滑動觸點Vs與E2端子間的電阻（如圖 8）：在測量片由全閉至全開的過程中，電阻值應(yīng)逐漸變小，且符合表 2所示；如不符，則須更換空氣流量傳感器。豐田CROWN 2.8小轎車5M-E發(fā)動機(jī)的葉片式空氣流量傳感器各端子間電阻標(biāo)準(zhǔn)值如表 3所示。

　　表 2 葉片式空氣流量傳感器各端子間的電阻（豐田PREⅥA車）

　　端子 標(biāo)準(zhǔn)電阻（Ω） 測量片位置

　　FC-E1 ∞ 測量片全關(guān)閉

　　0 測量片開啟

　　VS-E2 20-600 全關(guān)閉

　　20-1200 從全關(guān)到全開

　　表 3 葉片式空氣流量傳感器各端子間的電阻（豐田CROWN2.8小轎車5M-E發(fā)動機(jī)）

　　端子 溫度（℃） 測量片位置 標(biāo)準(zhǔn)電阻（kΩ）

　　E2-VS - 完全關(guān)閉 0.02

　　- 從關(guān)閉到全開 0.02-1.00

　　E1-FC - 完全關(guān)閉 ∞

　　- 任何開度 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 - - ∞

　?、迫债a(chǎn)車葉片式空氣流量傳感器的檢測

　　圖 9所示為日產(chǎn)車葉片式空氣流量傳感器電路的檢測（端子“標(biāo)記”有新舊兩種）。用萬用表Ω檔測量各端子之間的電阻時，舊“標(biāo)記”端子之間應(yīng)符合表 4所示的標(biāo)準(zhǔn)值，新“標(biāo)記”端子之間應(yīng)符合表 5所示的標(biāo)準(zhǔn)值。否則，應(yīng)更換空氣流量傳感器。

　　表 4 空氣流量傳感器舊“標(biāo)記”各端子間電阻值（日產(chǎn)車）

　　觸點 端子 標(biāo)準(zhǔn)電阻值（Ω） 測量片位置

　　電動汽油

　　泵開關(guān)

　　∞ 測量片關(guān)閉

　　（觸點打開）

　　36-39 0 測量片打開

　?。ㄓ|點關(guān)閉）

　　電位計 6-9 250-350 -

　　6-8 150-250 -

　　8-9 50-150 -

　　7-8 0- ∞ 測量片由全閉到全開

　　表 5 葉片式空氣流量傳感器新“標(biāo)記”各端子間電阻值（日產(chǎn)車） 端子 電阻值（Ω） 測量片位置

　　33-35 約100 -

　　33-34 約200 -

　　32-33 0-∞ 測量片滑動時

　　32-34 0-∞ 測量片滑動時

　　25-34 阻值隨外界溫度而定

　?、俏迨徿嚾~片式空氣流量傳感器的檢測

　　電位計與空氣流量計的內(nèi)部接線如圖 10所示。工作時，滑動臂在電位計的電阻片上滑動，端子7與8之間的電壓U和端子6與9之間的電壓UB作為輸入信號輸入電控單元中。

　　在檢查時，取下空氣流量傳感器的導(dǎo)線連接器，將萬用表（電阻檔）接在6、7端子上，使測量片平穩(wěn)地張開，其間的電阻值是逐漸變化的；6與9端子之間的阻值為350-400Ω，空氣溫度傳感器27與6之間的電阻值為0.30-1OKΩ。

　　電動汽油泵觸點39和36端子之間在測量片全閉時不導(dǎo)通（斷開）；測量片只要稍一轉(zhuǎn)動，39和36端子之間便導(dǎo)通。

　　工作原理

　　超聲波流量計的基本原理及類型超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。根據(jù)檢測的方式，可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關(guān)法等不同類型的超聲波流量計。起聲波流量計是近十幾年來隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開始應(yīng)用的一種

　　非接觸式儀表，適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。它與水位計聯(lián)動可進(jìn)行敞開水流的流量測量。使用超聲波流量比不用在流體中安裝測量元件故不會改變流體的流動狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線運(yùn)行因而是一種理想的節(jié)能型流量計。

　　眾所周知，目前的工業(yè)流量測量普遍存在著大管徑、大流量測量困難的問題，這是因為一般流量計隨著測量管徑的增大會帶來制造和運(yùn)輸上的困難，造價提高、能損加大、安裝不僅這些缺點，超聲波流量計均可避免。因為各類超聲波流量計均可管外安裝、非接觸測流，儀表造價基本上與被測管道口徑大小無關(guān)，而其它類型的流量計隨著口徑增加，造價大幅度增加，故口徑越大超聲波流量計比相同功能其它類型流量計的功能價格比越優(yōu)越。被認(rèn)為是較好的大管徑流量測量儀表，多普勒法超聲波流量計可測雙相介質(zhì)的流量，故可用于下水道及排污水等臟污流的測量。在發(fā)電廠中，用便攜式超聲波流量計測量水輪機(jī)進(jìn)水量、汽輪機(jī)循環(huán)水量等大管徑流量，比過去的皮脫管流速計方便得多。超聲被流量計也可用于氣體測量。管徑的適用范圍從2cm到5m，從幾米寬的明渠、暗渠到500m寬的河流都可適用。

　　另外，超聲測量儀表的流量測量準(zhǔn)確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響，又可制成非接觸及便攜式測量儀表，故可解決其它類型儀表所難以測量的強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測量問題。另外，鑒于非接觸測量特點，再配以合理的電子線路，一臺儀表可適應(yīng)多種管徑測量和多種流量范圍測量。超聲波流量計的適應(yīng)能力也是其它儀表不可比擬的。超聲波流量計具有上述一些優(yōu)點因此它越來越受到重視并且向產(chǎn)品系列化、通用化發(fā)展，現(xiàn)已制成不同聲道的標(biāo)準(zhǔn)型、高溫型、防爆型、濕式型儀表以適應(yīng)不同介質(zhì)，不同場合和不同管道條件的流量測量。

　　超聲波流量計目前所存在的缺點主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前中國只能用于測量200℃以下的流體。另外，超聲波流量計的測量線路比一般流量計復(fù)雜。這是因為，一般工業(yè)計量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m/s左右，被測流體流速（流量）變化帶給聲速的變化量最大也是10－3數(shù)量級．若要求測量流速的準(zhǔn)確度為1%，則對聲速的測量準(zhǔn)確度需為10-5～10-6數(shù)量級，因此必須有完善的測量線路才能實現(xiàn)，這也正是超聲波流量計只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前題下才能得到實際應(yīng)用的原因。

　　超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算。這樣就實現(xiàn)了流量的檢測和顯示。

　　超聲波流量計常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應(yīng)，采用適出的發(fā)射電路把電能加到發(fā)射換能器的壓電元件上，使其產(chǎn)生超聲波振勸。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然后由接收換能器接收，并經(jīng)壓電元件變?yōu)殡娔埽员銠z測。發(fā)射換能器利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，而接收換能器則是利用壓電效應(yīng)。

　　超聲波流量計換能器的壓電元件常做成圓形薄片，沿厚度振動。薄片直徑超過厚度的10倍，以保證振動的方向性。壓電元件材料多采用鋯鈦酸鉛。為固定壓電元件，使超聲波以合適的角度射入到流體中，需把元件故人聲楔中，構(gòu)成換能器整體（又稱探頭）。聲楔的材料不僅要求強(qiáng)度高、耐老化，而且要求超聲波經(jīng)聲楔后能量損失小即透射系數(shù)接近1。常用的聲楔材料是有機(jī)玻璃，因為它透明，可以觀察到聲楔中壓電元件的組裝情況。另外，某些橡膠、塑料及膠木也可作聲楔材料。

　　超聲波流量計的電子線路包括發(fā)射、接收、信號處理和顯示電路。測得的瞬時流量和累積流量值用數(shù)字量或模擬量顯示。

　　根據(jù)對信號檢測的原理，目前超聲波流量計大致可分傳播速度差法（包括：直接時差法、時差法、相位差法、頻差法）波束偏移法、多普勒法、相關(guān)法、空間濾波法及噪聲法等類型，如圖所示。其中以噪聲法原理及結(jié)構(gòu)最簡單，便于測量和攜帶，價格便宜但準(zhǔn)確度較低，適于在流量測量準(zhǔn)確度要求不高的場合使用。由于直接時差法、時差法、頻差法和相位差法的基本原理都是通過測量超聲波脈沖順流和逆流傳報時速度之差來反映流體的流速的，故又統(tǒng)稱為傳播速度差法。其中頻差法和時差法克服了聲速隨流體溫度變化帶來的誤差，準(zhǔn)確度較高，所以被廣泛采用。按照換能器的配置方法不同，傳播速度差撥又分為：Z法（透過法）、V法（反射法）、X法（交叉法）等。波束偏移法是利用超聲波束在流體中的傳播方向隨流體流速變化而產(chǎn)生偏移來反映流體流速的，低流速時，靈敏度很低適用性不大．多普勒法是利用聲學(xué)多普勒原理，通過測量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普

　　勒頻移來確定流體流量的，適用于含懸浮顆粒、氣泡等流體流量測量。相關(guān)法是利用相關(guān)技術(shù)測量流量，原理上，此法的測量準(zhǔn)確度與流體中的聲速無關(guān)，因而與流體溫度，濃度等無關(guān)，因而測量準(zhǔn)確度高，適用范圍廣。但相關(guān)器價格貴，線路比較復(fù)雜。在微處理機(jī)普及應(yīng)用后，這個缺點可以克服。噪聲法（聽音法）是利用管道內(nèi)流體流動時產(chǎn)生的噪聲與流體的流速有關(guān)的原理，通過檢測噪聲表示流速或流量值。其方法簡單，設(shè)備價格便宜，但準(zhǔn)確度低。

　　以上幾種方法各有特點，應(yīng)根據(jù)被測流體性質(zhì)．流速分布情況、管路安裝地點以及對測量準(zhǔn)確度的要求等因素進(jìn)行選擇。一般說來由于工業(yè)生產(chǎn)中工質(zhì)的溫度常不能保持恒定，故多采用頻差法及時差法。只有在管徑很大時才采用直接時差法。對換能器安裝方法的選擇原則一般是：當(dāng)流體沿管軸平行流動時，選用Z法；當(dāng)流動方向與管鈾不平行或管路安裝地點使換能器安裝間隔受到限制時，采用V法或X法。當(dāng)流場分布不均勻而表前直管段又較短時，也可采用多聲道（例如雙聲道或四聲道）來克服流速擾動帶來的流量測量誤差。多普勒法適于測量兩相流，可避免常規(guī)儀表由懸浮?；驓馀菰斐傻亩氯⒛p、附著而不能運(yùn)行的弊病，因而得以迅速發(fā)展。隨著工業(yè)的發(fā)展及節(jié)能工作的開展，煤油混合（COM）、煤水泥合（CWM）燃料的輸送和應(yīng)用以及燃料油加水助燃等節(jié)能方法的發(fā)展，都為多普勒超聲波流量計應(yīng)用開辟廣闊前景。

　?。諅H網(wǎng)暖通專家提供）

　　渦街流量

　　渦街流量傳感器主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量，如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。其特點是壓力損失小，量程范圍大，精度高，在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動機(jī)械零件，因此可靠性高，維護(hù)量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。渦街流量傳感器采用壓電應(yīng)力式傳感器，可靠性高，可在-20℃～+250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號，也有數(shù)字脈沖信號輸出，容易與計算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用，是一種比較先進(jìn)、理想的測量儀器。

　　渦街流量傳感器是基于卡門渦街原理研制出來的。在流體中設(shè)置三角柱型旋渦發(fā)生體，則從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡門旋渦。

　　設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)平均流速為 ，旋渦發(fā)生體迎流面寬度為d，表體通徑為D，即可得到以下關(guān)系式：

　　f=SrU1/d=SrU/md ⑴

　　式中　U1--旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速，m/s；

　　Sr--斯特勞哈爾數(shù)；

　　m--旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比

　　管道內(nèi)體積流量qv為 qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr ⑵

　　K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 ⑶

　　式中 K--流量計的儀表系數(shù)，脈沖數(shù)/m3（P/m3）。

　　由上式可以看出流量傳感器的輸出頻率只于旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。

　　卡門渦旋式

　　卡門渦旋式空氣流量傳感器的檢查

　　結(jié)構(gòu)工作原理

　　卡門渦旋式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖 11所示。在進(jìn)氣管道正中間設(shè)有一流線形或三角形的渦流發(fā)生器，當(dāng)空氣流經(jīng)該渦流發(fā)生器時，在其后部的氣流中會不斷產(chǎn)生一列不對稱卻十分規(guī)則的被稱為卡門渦流的空氣渦流。根據(jù)卡門渦流理論，這個旋渦行列是紊亂地依次沿氣流流動方向移動，其移動的速度與空氣流速成正比，即在單位時間內(nèi)通過渦流發(fā)生器后方某點的旋渦數(shù)量與空氣流速成正比。因此，通過測量單位時間內(nèi)渦流的數(shù)量就可計算出空氣流速和流量。

　　測量單位時間內(nèi)旋渦數(shù)量的方法有反光鏡檢出式和超聲波檢出式兩種。圖 12所示是反光鏡檢出式卡門渦旋流量傳感器，其內(nèi)有一只發(fā)光二極管和一只光敏三極管。發(fā)光二極管發(fā)出的光束被一片反光鏡反射到光敏三極管上，使光敏三極管導(dǎo)通。反光鏡安裝在一個很薄的金屬簧片上。金屬簧片在進(jìn)氣氣流旋渦的壓力作用下產(chǎn)生振動，其振動頻率與單位時間內(nèi)產(chǎn)生的旋渦數(shù)量相同。由于反光鏡隨簧片一同振動，因此被反射的光束也以相同的頻率變化，致使光敏三極管也隨光束以同樣的頻率導(dǎo)通、截止。ECU根據(jù)光敏三極管導(dǎo)通、截止的頻率即可計算出進(jìn)氣量（圖 11）。凌志LS400小轎車即用了這種型式的卡門渦旋式空氣流量傳感器。

　　圖 13所示為超聲波檢出式卡門渦旋式空氣流量傳感器。在其后半部的兩側(cè)有一個超聲波發(fā)射器和一個超聲波接收器。在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，超聲波發(fā)射器不斷地向超聲波接收器發(fā)出一定頻率的超聲波。當(dāng)超聲波通過進(jìn)氣氣流到達(dá)接收器時，由于受氣流中旋渦的影響，使超聲波的相位發(fā)生變化。ECU根據(jù)接收器測出的相應(yīng)變化的頻率，計算出單位時間內(nèi)產(chǎn)生的旋渦的數(shù)量，從而求得空氣流速和流量，然后根據(jù)該信號確定基準(zhǔn)空氣量和基準(zhǔn)點火提前角。

　　檢測

　　以豐田凌志LS400轎車1UZ-FE發(fā)動機(jī)用反光鏡檢出式空氣流量傳感器為例。該傳感器與ECU的連接電路如圖 14所示。

　　電阻檢測

　　點火開關(guān)置“OFF”，拔下空氣流量傳感器的導(dǎo)線連接器，用萬用表電阻檔(如圖 14所示）測量傳感器上“THA”與"El"端子之間的電阻，其標(biāo)準(zhǔn)值如表 6所示。如果電阻值不符合標(biāo)準(zhǔn)值，則更換空氣流量傳感器。

　　表 6 卡門渦旋式空氣流量傳感器THA-E1端子間的電阻（豐田凌志LS400轎車）

　　端子

　　標(biāo)準(zhǔn)電阻（kΩ） 溫度（℃)

　　THA-E1 10.0 -20

　?、?-7.0 0

　　⒉0-3.0 20

　　0.9-1.3 40

　　0.4-0.7 60

　　電壓檢測

　　插好此空氣流量傳感器的導(dǎo)線連接器，用萬用表電壓檔檢測發(fā)動機(jī)ECU端子THA-E2、Vc-E1、KS-E1間的電壓，其標(biāo)準(zhǔn)電壓值見表 7所示。若電壓不符合要求，則按圖 15所示進(jìn)行故障診斷。

　　表 7豐田凌志LS400轎車1UZ-FE發(fā)動機(jī) ECU THA-E2、VC-E1、KS-E1端子電壓

　　端子 電壓（V） 條件

　　THA-E2 0.5-3.4 怠速、進(jìn)氣溫度20℃

　?、?-5.5 點火開關(guān)ON

　　KS-E1 2.0-4.0（脈沖發(fā)生） 怠速

　　VC-E1 4.5-5.5 點火開關(guān)ON

　　熱線式

　　熱線式空氣流量傳感器的檢查

　　結(jié)構(gòu)和工作原理

　　熱線式空氣流量傳感器的基本結(jié)構(gòu)由感知空氣流量的白金熱線（鉑金屬線）、根據(jù)進(jìn)氣溫度進(jìn)行修正的溫度補(bǔ)償電阻（冷線）、控制熱線電流并產(chǎn)生輸出信號的控制線路板以及空氣流量傳感器的殼體等元件組成。根據(jù)白金熱線在殼體內(nèi)的安裝部位不同，熱線式空氣流量傳感器分為主流測量、旁通測量方式兩種結(jié)構(gòu)形式。圖 18所示是采用主流測量方式的熱線式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)圖。它兩端有金屬防護(hù)網(wǎng)，取樣管置于主空氣通道中央，取樣管由兩個塑料護(hù)套和一個熱線支承環(huán)構(gòu)成。熱線線徑為70μm的白金絲（RH），布置在支承環(huán)內(nèi)，其阻值隨溫度變化，是惠斯頓電橋電路的一個臂（圖 19）。熱線支承環(huán)前端的塑料護(hù)套內(nèi)安裝一個白金薄膜電阻器，其阻值隨進(jìn)氣溫度變化，稱為溫度補(bǔ)償電阻（RK），是惠斯頓電橋電路的另一個臂。熱線支承環(huán)后端的塑料護(hù)套上粘結(jié)著一只精密電阻（RA）。此電阻能用激光修整，也是惠斯頓電橋的一個臂。該電阻上的電壓降即為熱線式空氣流量傳感器的輸出信號電壓。惠斯頓電橋還有一個臂的電阻RB安裝在控制線路板上。

　　工作原理

　　熱線溫度由混合集成電路A保持其溫度與吸入空氣溫度相差一定值，當(dāng)空氣質(zhì)量流量增大時，混合集成電路A使熱線通過的電流加大，反之，則減小。這樣，就使得通過熱線RH的電流是空氣質(zhì)量流量的單一函數(shù)，即熱線電流IH隨空氣質(zhì)量流量增大而增大，或隨其減小而減小，一般在50-120mA之間變化。波許LH型汽油噴射系統(tǒng)及一些高檔小轎車采用這種空氣流量傳感器，如別克、日產(chǎn)MAⅪMA（千里馬）、沃爾沃等。

　　檢測

　?、湃债a(chǎn)MAⅪMA車VG3OE發(fā)動機(jī)熱線式空氣流量傳感器的檢測圖 20所示為日產(chǎn)VG3OE發(fā)動機(jī)熱線式空氣流量傳感器的電路。

　　A、檢查空氣流量傳感器輸出信號 拔下此空氣流量傳感器的導(dǎo)線連接器，拆下空氣流量傳感器；按圖 21所示，將蓄電池的電壓施加于空氣流量傳感器的端子D和E之間（電源極性應(yīng)正確），然后用萬用表電壓檔測量端子B和D之間的電壓。其標(biāo)準(zhǔn)電壓值為（1.6±0.5）V。如其電壓值不符，則須更換空氣流量傳感器。在進(jìn)行上述檢查之后，給空氣流量傳感器的進(jìn)氣口吹風(fēng)，同時測量端子B和D之間的電壓。在吹風(fēng)時，電壓應(yīng)上升至2-4V。如電壓值不符，則須更換空氣流量傳感器。

　　B、檢查自清潔功能 裝好熱線式空氣流量傳感器及其導(dǎo)線連接器，拆下此空氣流量傳感器的防塵網(wǎng)，起動發(fā)動機(jī)并加速到2500r/min以上。當(dāng)發(fā)動機(jī)停轉(zhuǎn)后5s，從空氣流量傳感器進(jìn)氣口處，可以看到熱線自動加熱燒紅（約1000℃）約1s。如無此現(xiàn)象發(fā)生，則須檢查自清信號或更換空氣流量傳感器。

　?、迫债a(chǎn)CA18E型發(fā)動機(jī)熱線式空氣流量傳感器的檢查

　　A、就車檢查先拆下空氣流量傳感器的導(dǎo)線連接器（如圖 22所示），檢查線束一側(cè)B端子與搭鐵間的電壓，其基準(zhǔn)電壓為12V。其次，則按單件檢查方法檢查端子31與搭鐵端之間的電壓。

　　B、單件檢查

　　如圖 23(a）所示，在B、C兩端子間加上12V電壓，然后檢查D、C兩端子間的輸出電壓。這時應(yīng)該注意，外加電壓的端子不能搞錯（B端子與蓄電池的正接線柱相連，C端子與蓄電池的負(fù)接線柱相連）。如果接錯就有可能損壞空氣流量傳感器。然后按圖 23(b）所示，在吹入空氣的情況下，測量空氣流量傳感器輸出電壓的變化，其標(biāo)準(zhǔn)為：當(dāng)沒有空氣吹入時，電壓約為0.8V；當(dāng)有空氣吹入時，電壓約為2.OV。

　　市場前景

　　咨詢公司INTECHNOCONSULTING的傳感器市場報告顯示，2008年全球傳感器市場容量為506億美元，預(yù)計2010年全球傳感器市場可達(dá)600億美元以上。調(diào)查顯示，東歐、亞太區(qū)和加拿大成為傳感器市場增長最快的地區(qū)，而美國、德國、日本依舊是傳感器市場分布最大的地區(qū)。就世界范圍而言，傳感器市場上增長最快的依舊是汽車市場，占第二位的是過程控制市場，看好通訊市場前景?！∫恍﹤鞲衅魇袌霰热?span id="ujmgljn" class='hrefStyle'>壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場規(guī)模最大，分別占到整個傳感器市場的21%、19%和14%。傳感器市場的主要增長來自于無線傳感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微機(jī)電系統(tǒng)）傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中，無線傳感器在2007-2010年復(fù)合年增長率預(yù)計會超過25%。

　　技術(shù)革新

　　目前，全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。有關(guān)專家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場份額的擴(kuò)大。

　　檢測要求

　　流量傳感器是一種測介質(zhì)管道中心流速的皮托管原理的流量計，其前身是清華大學(xué)教授發(fā)明的智能探針式流量傳感器。

　　是采用皮托管原理提取管道中心流體流速（全壓－靜壓 = 動壓）再換算成流體體積流量與質(zhì)量流量的差壓式流量計。皮托管原理很早就廣泛應(yīng)用在航天航空業(yè)中。如：飛機(jī)風(fēng)洞的測試和檢測、飛機(jī)發(fā)動機(jī)氣體動力測試、飛機(jī)飛行速度的測速桿等。 畢托巴流量計將探針插入管道中心，總壓孔對正流體的來流方向，靜壓孔對正流體的去流方向，總壓與靜壓之差即為管道中心的實測差壓，再由該探針的風(fēng)洞標(biāo)定曲線擬合出該點的標(biāo)準(zhǔn)差壓，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差壓來計算流體的流量。同時還需用迅爾儀表壓力變送器測出流體壓力，用熱電阻溫度計測出流體溫度，把標(biāo)準(zhǔn)差壓信號、壓力信號、溫度信號同時引入單片機(jī)構(gòu)成的流量積算儀或直接接入系統(tǒng)，一方面對探針的流量方程進(jìn)行解算，再一方面對蒸汽進(jìn)行壓力、溫度補(bǔ)償，以保證測量精度，并用數(shù)字顯示出差壓、壓力、溫度、瞬時流量、累積流量、熱量、速度等參數(shù)。

　　不要求直管段：清華大學(xué)幾十年吹風(fēng)實驗積累了各種工況下彎管段到15倍管徑之間修正系數(shù)數(shù)據(jù)庫，只要用戶提供直管段長度即可，即使在彎管處安裝同樣保證精度。 配有智能化二次儀表：既可數(shù)顯各項參數(shù)，又可進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，便于集中管理。

　　流量傳感器是國內(nèi)外目前最先進(jìn)的流量測量儀器，國外的儀表公司在網(wǎng)站上發(fā)表 認(rèn)同和推廣畢托巴流量計。流量傳感器節(jié)能：由于一次測量元件智能探針是Φ20mm不銹鋼制成，其截面積很小在介質(zhì)管道中幾乎無壓力損失，使運(yùn)行成本大大減小，與孔板等節(jié)流裝置相比較具有明顯的節(jié)能效果。是國家發(fā)改委推薦的第061號節(jié)能產(chǎn)品。相信伴隨著新材料、新工藝和新技術(shù)的應(yīng)用，流量傳感器的性能更趨完善也能夠滿足人們小型化、多功能性的綜合要求。相信隨著納米技術(shù)、薄膜技術(shù)等新材料研制成功，微機(jī)械與微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等的綜合應(yīng)用，具備多種氣體監(jiān)測功能的高性能智能化流量傳感器將會在不遠(yuǎn)的將來出現(xiàn)在我們身邊.

　　流體特性介紹

　　流體特性

　　流體類型流體分為液體、氣體、蒸汽。有些傳感器（如電磁式）不能測氣體；插入熱式則不能測液體。

　　溫度、壓力、密度它們是選擇傳感器提供的重要參數(shù)，特別是在工況下的參數(shù)，對于氣體流量還應(yīng)了解其體積流量是工作狀態(tài)，還是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。

　　粘性液體粘性相差較大會影響選型，如粘性大的液體宜用容積式流量傳感器，而不宜選用渦輪、浮子、渦街等流量傳感器。

　　腐蝕、結(jié)垢、臟污對于這類流體，不宜選用有轉(zhuǎn)動件及有檢測件的傳感器。即使對于超聲、電磁式流量傳感器，也會因腐蝕管道帶來誤差。如口徑50MM，結(jié)垢0.5～1MM，將帶來0.5～1%的誤差。

　　特殊參數(shù)某些流體參數(shù)會影響傳感器的工作，如壓縮性系數(shù)影響差壓式；比熱及熱傳導(dǎo)系數(shù)影響熱式；電導(dǎo)率影響電磁；聲速影響超聲。

　　單相、多相相是指在一個系統(tǒng)中具有相同的物理、化學(xué)性質(zhì)的物質(zhì)，不同的相有較明顯的界面，通常工業(yè)中大多為單相，隨著工業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)了多相流（氣固、氣液、液固或氣固液）等的流量測量問題。

　　應(yīng)用和技術(shù)革新

　　在呼吸機(jī)中的應(yīng)用已有近30年的歷史，在中高檔呼吸機(jī)中被普遍使用。它 作為呼吸機(jī)氣路系統(tǒng)的重要部件，負(fù)責(zé)將吸入和呼出的氣體流量轉(zhuǎn)換成電信號，送給信號處理電路完成對吸入和呼出潮氣量、分鐘通氣量、流 速的檢測和顯示。

　　根據(jù)呼吸機(jī)功能和設(shè)計的不同，流量傳感器的檢測值不僅僅提供顯示，還對呼吸機(jī)的控制、報警等起著決定作用，如流量傳感器將測量到 的實際值饋送到電子控制部分與面板設(shè)置值比較,利用兩者間的誤差控制伺服閥門來調(diào)節(jié)吸入和呼出氣體流量；安裝在吸氣系統(tǒng)前端的空氣和氧 氣流量傳感器生成的信號能幫助微處理器對閥門進(jìn)行控制，以提供病人所需要的氧濃度；流速和流量的檢測值還直接影響到呼氣與吸氣時相的 切換、分鐘通氣量上下限的報警、流量觸發(fā)靈敏度、氣流實時波形和P-V-環(huán)的監(jiān)測顯示等等，流量傳感器性能的好壞直接影響到呼吸機(jī)參數(shù)的 準(zhǔn)確性和可靠性。

　　技術(shù)革新

　　全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。有關(guān)專家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場份額的擴(kuò)大。

　　技術(shù)參數(shù)介紹

　　總量、流量總量（單位為M3或KG），多用于貿(mào)易核算，準(zhǔn)確度居于首位。流量（瞬時量單位為M3/H，KG/H），多用于流程工業(yè)，是控制系統(tǒng)的信息源頭，重復(fù)性是首位。

　　連續(xù)，開關(guān)一般流量傳感器的輸出為連續(xù)量，而開關(guān)量可用于簡單的二位式控制或設(shè)備保護(hù)，要求可靠性良好。

　　準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度不僅取決傳感器本身，還取決于校驗系統(tǒng)，是外加特性。要說明在什么流量范圍內(nèi)的準(zhǔn)確度，如果用于控制系統(tǒng)，還應(yīng)考慮與整個系統(tǒng)準(zhǔn)確度相匹配。注意：廠家注明的誤差是%FS（上限）；還是%RD（測值）。

　　重復(fù)性重復(fù)性是指環(huán)境條件介質(zhì)參數(shù)不變時，對某一流量值多次測量的一致性，是傳感器本身的特征。在流程工業(yè)控制系統(tǒng)中，重復(fù)性往往比準(zhǔn)確度還重要。不少廠家把重復(fù)性誤導(dǎo)為準(zhǔn)確度，準(zhǔn)確度應(yīng)包括重復(fù)性與標(biāo)定裝置的流量不確定度。

　　量程比在一定準(zhǔn)確度范圍內(nèi)，最大與最小流量之比。差壓式流量傳感器，從傳感器本身可以有較大量程比，但受二次表制約，一般只有3：1。

　　壓力損失流量傳感器（除電磁、超聲）都有檢測件（如孔板、渦輪等），以及強(qiáng)制改變流向（如彎頭、科氏）都將產(chǎn)生不可恢復(fù)壓力損失，它將額外增加輸送的動力，才能維持正常運(yùn)，有些數(shù)額很大，在提倡節(jié)能的今天應(yīng)引起重視。

　　輸出信號一般為標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號（0～10V，4～20MA等）已不能適應(yīng)系統(tǒng)發(fā)展要求。通訊要求數(shù)字信號，ROSEMOUNT推出了HART協(xié)議，RS232/RS485轉(zhuǎn)換器，RS232限于2KM以內(nèi)，RS485可達(dá)10KM。

　　響應(yīng)時間輸出信號隨流量參數(shù)變化反應(yīng)的時間，對控制系統(tǒng)來說，越短越好；對脈動流，則希望有較慢的輸出響應(yīng)。

　　綜合性能傳感器的性能指標(biāo)是相互制約的，如樣本中壓力上限為2MPA；溫度為250℃，口徑為1M；則當(dāng)口徑為1M時，壓力可能只能為1.5MPA，溫度只能是200℃，不可能同為極限值。

　　環(huán)境安裝介紹

　　環(huán)境給傳感器造成的影響主要有以下幾個方面：

　　（1）高溫環(huán)境對傳感器造成涂覆材料熔化、焊點開化、彈性體內(nèi)應(yīng)力發(fā)生結(jié)構(gòu)變化等問題。對于高溫

　　環(huán)境下工作的傳感器常采用耐高溫傳感器；另外，必須加有隔熱、水冷或氣冷等裝置。

　　（2）粉塵、潮濕對傳感器造成短路的影響。在此環(huán)境條件下應(yīng)選用密閉性很高的傳感器。不同的傳感

　　器其密封的方式是不同的，其密閉性存在著很大差異。

　　常見的密封有密封膠充填或涂覆；橡膠墊機(jī)械緊固密封；焊接（氬弧焊、等離子束焊）和抽真空充氮密封。

　　從密封效果來看，焊接密封為最佳，充填涂覆密封膠為最差。對于室內(nèi)干凈、干燥環(huán)境下工作的傳感器

　　，可選擇涂膠密封的傳感器，而對于一些在潮濕、粉塵性較高的環(huán)境下工作的傳感器，應(yīng)選擇膜片熱套

　　密封或膜片焊接密封、抽真空充氮的傳感器。

　?。?）在腐蝕性較高的環(huán)境下，如潮濕、酸性對傳感器造成彈性體受損或產(chǎn)生短路等影響，應(yīng)選擇外表

　　面進(jìn)行過噴塑或不銹鋼外罩，抗腐蝕性能好且密閉性好的傳感器。

　　（4）電磁場對傳感器輸出紊亂信號的影響。在此情況下，應(yīng)對傳感器的屏蔽性進(jìn)行嚴(yán)格檢查，看其是

　　否具有良好的抗電磁能力。

　?。?）易燃、易爆不僅對傳感器造成徹底性的損害，而且還給其它設(shè)備和人身安全造成很大的威脅。因

　　此，在易燃、易爆環(huán)境下工作的傳感器對防爆性能提出了更高的要求：在易燃、易爆環(huán)境下必須選用防

　　爆傳感器，這種傳感器的密封外罩不僅要考慮其密閉性，還要考慮到防爆強(qiáng)度，以及電纜線引出頭的防

　　水、防潮、防爆性等。

　　折疊選購方法介紹

　　方面的考慮因素如下：

　　1．儀表性能方面：精確度、重復(fù)性、線性度、范圍度、壓力損失、上下限流量、信號輸出特性、響應(yīng)

　　時間等；

　　2．流體特性方面：流體壓力、溫度、密度、粘度、潤滑性、化學(xué)性質(zhì)、磨損、腐蝕、結(jié)垢、臟污、氣

　　體壓縮系數(shù)、等熵指數(shù)、比熱容、電導(dǎo)率、聲速、混相流、脈動流等；

　　3．環(huán)境條件方面：環(huán)境溫度、濕度、安全性、電磁干擾等；

　　4．經(jīng)濟(jì)因素方面：購置費(fèi)、安裝費(fèi)、維修費(fèi)、校驗費(fèi)、使用壽命、運(yùn)行費(fèi)（能耗）、備品備件等。

　　選型步驟如下：

　　1．依據(jù)五個方面因素初選可用儀表類型；

　　2．采用淘汰法在比較中選出2-3種類型，排出次序；

　　3．再次按五個方面進(jìn)行仔細(xì)評比，最后淘汰至一種儀表類型。

　　選型能否成功很大程度上取決于選型人員對儀表性能質(zhì)量和測量對象特性的確切了解。對于儀表性能質(zhì)

　　量方面應(yīng)特別注意廠商的虛假宣傳及誤導(dǎo)成分。測量對象的確切了解非常重要，并非用戶對自己的測量

　　對象都有準(zhǔn)確了解，許多選型的失敗就是因為提供參數(shù)不準(zhǔn)確所致。有些對象特性是需要經(jīng)過深入調(diào)查

　　才能搞清楚的。