CN111237071B - 一种空气流量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气流量传感器，包括：外壳，包括壳体，其底部设有贯穿孔一和贯穿孔二；上盖，其设于壳体的顶部并将其封闭；通气管一和通气管二，其分别穿过贯穿孔一和贯穿孔二；压力传感器，包括陶瓷基板，其固定在壳体的内底面并设有一定位贯穿孔，其与贯穿孔一正对设置；多个安装在陶瓷基板上的芯片，包括压差芯片，其压力感应端分别设置在顶面和底面；绝压芯片，其压力感应端位于顶面；两个调理芯片，其分别与压差芯片和绝压芯片电气连接；集成电路板，其设置在压力传感器的上方并固定在壳体的内侧壁。本发明通过设置压差芯片、绝压芯片和调理芯片，配合内部结构实现对压力参数的稳定测量并在信号调制后计算得出准确的空气流量。

Description

一种空气流量传感器

技术领域

本发明涉及气体流量传感器领域。更具体地说，本发明涉及一种空气流量传感器。

背景技术

空气流量传感器是用于测量发动机进气量的重要设备，根据其测量值控制发动机的进油量，以维持发动机的正常运转。当空气流量传感器的测量值不准确时，会导致发动机的进油量与其实际的进气量不匹配，从而影响发动机的工作效率，严重时甚至无法正常工作。基于压力检测的空气流量传感器具有体积小，测量精度高，测量范围广等特点，适用于各种型号的发动机空气进气量检测，但常用的具有压力检测功能的空气流量传感器，其测量的压力值易受到环境因素影响产生偏差，如地理环境变化、气体流通面积变化等。

发明内容

本发明的目的是提供一种空气流量传感器，通过设置压差芯片、绝压芯片和调理芯片，配合内部结构实现对压力参数的稳定测量并在信号调制后计算得出空气流量，该装置结构简单、易于安装，可实现对空气流量的准确测量。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种空气流量传感器，包括：

外壳，包括壳体，其为无盖的中空结构，且底部设有贯穿孔一和贯穿孔二；上盖，其设于所述壳体的顶部并将其封闭；通气管一和通气管二，其分别竖直穿过所述贯穿孔一和贯穿孔二并固定在所述壳体上；

压力传感器，其包括陶瓷基板，其固定在所述壳体的内部底面，所述陶瓷基板上设有一定位贯穿孔，其与所述贯穿孔一正对设置；压差芯片，其安装在所述陶瓷基板上且底面覆盖所述定位贯穿孔，所述压差芯片的两个压力感应端分别设置在所述压差芯片的顶面和底面，其中底面的压力感应端位于所述定位贯穿孔的内部；绝压芯片，其安装在所述陶瓷基板上且压力感应端位于所述绝压芯片的顶面；两个调理芯片，其安装在所述陶瓷基板上且分别与所述压差芯片和所述绝压芯片电气连接；

集成电路板，其设置在所述压力传感器的上方并通过支架水平固定在所述壳体的内侧壁上，所述集成电路板与所述陶瓷基板电连接。

优选的是，所述空气流量传感器，还包括密封罩，其设于所述压力传感器和所述集成电路板之间，所述密封罩覆盖在所述压力传感器的上方且固定在所述壳体的内部底面，所述密封罩覆盖所述压差芯片、所述绝压芯片和所述贯穿孔二，并与所述壳体的底部形成一封闭空间。

优选的是，所述空气流量传感器，还包括热敏电阻，其固定在所述通气管的底端，并通过电线与所述集成电路板连接；所述密封罩上有与所述贯穿孔二正对的小孔；所述热敏电阻通过电线经所述通气管、所述小孔后与所述集成电路板上对应的温度采样电路连接。

优选的是，所述空气流量传感器，所述压差芯片和绝压芯片外侧均设有保护罩，其固定在所述陶瓷基板上且分别覆盖所述压差芯片和所述绝压芯片的除顶面压力感应区以外的部分。

优选的是，所述空气流量传感器，所述上盖设有贯穿孔三，所述上盖的顶部固设有连接管，其通过所述贯穿孔三与所述壳体的内部连通，所述连接管的形状与所述贯穿孔三相匹配。

优选的是，所述空气流量传感器，还包括：两个把手，其分别相对设置于所述壳体的两个外侧壁，所述两个把手上均设有安装孔。

优选的是，所述空气流量传感器，所述贯穿孔一、所述贯穿孔二与所述壳体的底面之间分别设有密封圈。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本装置结构简单，无活动的机械结构，体积小，易于安装连接，可作为附属结构安装于各类布置空间有限的设备上，适用范围广。

2、通过多个芯片配合测试，结果准确性高，还设置有热敏电阻，通过实时测量的温度值对测试数据进行温度补偿修正，使计算得到的空气流量值不受温度变化的干扰，保证空气流量信号的准确性。

3、通过设置密封罩在需测试数据的芯片周围形成封闭环境，进一步减小环境变化对结果的影响；同时，流入装置的气体不会进入上部集成电路板所在的腔体内，避免了空气进入对电路板和电气元件的影响，保证各零件工作的稳定性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明一个实施例的一种空气流量传感器的整体结构示意图；

图2为上述实施例中所述空气流量传感器的仰视图；

图3为上述实施例中所述壳体的内部结构示意图；

图4为上述实施例中所述压力传感器和所述集成电路板的结构示意图；

图5为上述实施例中所述压力传感器的结构示意图；

图6为上述实施例中所述密封罩的连接结构示意图；

图7为上述实施例中所述陶瓷基板的内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-7所示，本发明提供一种空气流量传感器，包括：

外壳，包括壳体11，其为无盖的中空结构，且底部设有贯穿孔一14和贯穿孔二15；上盖12，其设于所述壳体11的顶部并将其封闭；通气管一和通气管二13，其分别竖直穿过所述贯穿孔一14和贯穿孔二15并固定在所述壳体11上；

压力传感器，其包括陶瓷基板2，其固定在所述壳体11的内部底面，所述陶瓷基板2上设有一定位贯穿孔，其与所述贯穿孔一14正对设置；压差芯片21，其安装在所述陶瓷基板2上且底面覆盖所述定位贯穿孔，所述压差芯片21的两个压力感应端分别设置在所述压差芯片的顶面和底面，其中底面的压力感应端位于所述定位贯穿孔的内部；绝压芯片22，其安装在所述陶瓷基板2上且压力感应端位于所述绝压芯片的顶面；两个调理芯片23，其安装在所述陶瓷基板2上且分别与所述压差芯片21和所述绝压芯片22电气连接；

集成电路板4，其设置在所述压力传感器的上方并通过支架42水平固定在所述壳体11的内侧壁上，所述集成电路板4与所述陶瓷基板2电连接。

上述技术方案中，所述陶瓷基板2内布置有电气线路将压差芯片21、绝压芯片22、和调理芯片23连接起来，陶瓷基板2上还设有多个连接孔，其分别通过插针41连接到集成电路板4的信号采样电路中。外壳与外部空气通过两个通气管连通，其中贯穿孔一14被陶瓷基板2和压差芯片21封闭，外部空气只能通过通气管一接触到压差芯片21的底部，无法进入空气流量传感器内部；贯穿孔二15通过通气管二13与空气传感器内部连通。所述空气流量传感器的通气管二13和通气管一沿气体流动方向分别接入待检测设备的进气管的A点和B点，其中通气管二13与空气流量传感器内部连通形成腔体，此时A点的气压作用在压差芯片21的上表面压力感应端，通气管一与压差芯片21的下表面压力感应端连通形成腔体，此时B点的气压作用在压差芯片21的下表面压力感应端，压差芯片21根据两个压力感应端实时测量数据得出A、B点之间的压差值。绝压芯片22的压力感应端在上表面，可测量得出A点的实时绝对压力。

本发明通过结构配合在外壳内部形成空腔，可在同一位置利用压差传感器测量两点之间的压差，该装置不需要整体设置在进风管道内部，避免了占用管道空间、影响气体流入的效率，测量结果不准确的问题；利用压差芯片、绝压芯片测试对应的压力参数值，通过调理芯片调制后得到准确的数值并传递给集成电路板用于控制发动机喷油速度。

在另一技术方案中，所述的空气流量传感器，还包括密封罩3，其设于所述压力传感器和所述集成电路板4之间，所述密封罩3覆盖在所述压力传感器的上方且固定在所述壳体11的内部底面，所述密封罩3覆盖所述压差芯片21、所述绝压芯片22和所述贯穿孔二15，并与所述壳体11的底部形成一封闭空间。通过设置密封罩，在壳体下部形成一体积更小的封闭腔，气体可流动空间缩小，所述封闭腔内部只包括有测试必需的两组压力芯片，最大可能的减少了气流和空气中的杂质对其他电子元器件及内部结构的影响，提高了装置在测量中的稳定性和耐久度。同时，压差芯片和绝压芯片位于同一条件的狭小环境中，可近似认为压力测试点相同，通过测量数据计算得出的结果误差小，进一步保证了空气流量值的准确性。

在另一技术方案中，所述的空气流量传感器，还包括热敏电阻5，其固定在所述通气管二13的底端，并通过电线与所述集成电路板4连接；所述密封罩3上有与所述贯穿孔二15正对的小孔；所述热敏电阻5通过电线经所述通气管二13、所述小孔后与所述集成电路板4上对应的温度采样电路连接。在上述技术方案中，热敏电阻5优选为NTC电阻，其测量进入通气管二13的空气温度，并将温度信号传递给集成电路板，对计算的空气流量值进行温度补偿，进一步保证得到的空气流量值的准确性。

在另一技术方案中，所述的空气流量传感器，所述压差芯片21和绝压芯片22外侧均设有保护罩24，其固定在所述陶瓷基板2上且分别覆盖所述压差芯片21和所述绝压芯片22的除顶面压力感应区以外的部分。所述保护罩为无底的盖子，其侧壁将压差芯片或绝压芯片完全包围，防止非正向的气流对芯片测量造成干扰，盖子顶部开有贯穿孔，其横截面积大于压差芯片或绝压芯片中任一的横截面积，以保证压力感应端能充分与气流接触，保证压力感应值的准确性。

在另一技术方案中，所述的空气流量传感器，所述上盖设有贯穿孔三，所述上盖的顶部固设有连接管16，其通过所述贯穿孔三与所述壳体11的内部连通，所述连接管的形状与所述贯穿孔三相匹配。所述连接管的形状和大小与所述空气流量传感器对应的接插件相匹配，所述接插件插入所述连接管中与所述集成电路板电气连接，外部低压电源通过接插件为集成电路板及其他电子元器件供电，并将计算后的空气流量值转化为信号通过接插件传送给发动机的控制器。设置连接管与接插件配合，一方面为装置供电并向外传输信号，另一方面，通过接插件与连接杆的密封设计，保证上盖被完全密封，不会有空气或水进入空气流量传感器上部的腔体，避免外界气体或水损坏集成电路板和其他电子元器件。

在另一技术方案中，所述的空气流量传感器，还包括：两个把手6，其分别相对设置于所述壳体11的两个外侧壁，所述两个把手6上均设有安装孔。通过安装孔可将整体装置安装在任意需要测量空气流量的附属设备结构中。

在另一技术方案中，所述的空气流量传感器，所述贯穿孔一14、所述贯穿孔二15与所述壳体11的底面之间分别设有密封圈7。通过设置密封圈，保证外界气体完全从通气管一和通气管二进入空气流量传感器，防止其他方向的气流或水与内部芯片接触后损坏空气流量传感器，使其无法正常工作。

在本实施例中，所述空气流量传感器的工作原理如下：

根据适用于理想流体的伯努利方程，各压力值存在如下关系：

根据理想气体方程：

根据质量守恒定律：m＝ρ·Aeff·v＝const；

其中Ps为参考压力，Pt为总压力，const为总能量项，ρ为气体密度，v为气体流速，ΔP为压力差，m为气体流量，T为实时温度，Rs为气体常数，Aeff为沿气体流动方向的有效截面面积。

根据以上方程式，可得出计算气体流量的方程：

因此，当实时测量出两点间的压差值、温度值和参考压力值时，根据气体流通的截面面积和气体常数值即可计算得出实时的空气流量。

在本实施例中，通气管二和通气管一分别沿空气流通方向接入发动机进气管中的A点和B点，根据进气管设计内径可得到有效截面面积Aeff；Rs为理想条件下的空气的气体常数，其为一固定值；通过压差芯片测量A、B点之间的实时压差ΔP；通过绝压芯片可实时测量A点的绝对压力Pa，此处设定参考压力Ps＝Pa；即可通过上述气体流量方程计算得出进入发动机进气口的实时空气流量。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种空气流量传感器，其特征在于，包括：

外壳，包括壳体，其为无盖的中空结构，且底部设有贯穿孔一和贯穿孔二；上盖，其设于所述壳体的顶部并将其封闭；通气管一和通气管二，其分别竖直穿过所述贯穿孔一和贯穿孔二并固定在所述壳体上；

压力传感器，其包括陶瓷基板，其固定在所述壳体的内部底面，所述陶瓷基板上设有一定位贯穿孔，其与所述贯穿孔一正对设置；压差芯片，其安装在所述陶瓷基板上且底面覆盖所述定位贯穿孔，所述压差芯片的两个压力感应端分别设置在所述压差芯片的顶面和底面，其中底面的压力感应端位于所述定位贯穿孔的内部；绝压芯片，其安装在所述陶瓷基板上且压力感应端位于所述绝压芯片的顶面；两个调理芯片，其安装在所述陶瓷基板上且分别与所述压差芯片和所述绝压芯片电气连接；

集成电路板，其设置在所述压力传感器的上方并通过支架水平固定在所述壳体的内侧壁上，所述集成电路板与所述陶瓷基板电连接；

密封罩，其设于所述压力传感器和所述集成电路板之间，所述密封罩覆盖在所述压力传感器的上方且固定在所述壳体的内部底面，所述密封罩覆盖所述压差芯片、所述绝压芯片和所述贯穿孔二，并与所述壳体的底部形成一封闭空间；

热敏电阻，其固定在所述通气管的底端，并通过电线与所述集成电路板连接；所述密封罩上有与所述贯穿孔二正对的小孔；所述热敏电阻通过电线经所述通气管、所述小孔后与所述集成电路板上对应的温度采样电路连接。

2.如权利要求1所述的空气流量传感器，其特征在于，所述压差芯片和绝压芯片外侧均设有保护罩，其固定在所述陶瓷基板上且分别覆盖所述压差芯片和所述绝压芯片的除顶面压力感应区以外的部分。

3.如权利要求1所述的空气流量传感器，其特征在于，所述上盖设有贯穿孔三，所述上盖的顶部固设有连接管，其通过所述贯穿孔三与所述壳体的内部连通，所述连接管的形状与所述贯穿孔三相匹配。

4.如权利要求1所述的空气流量传感器，其特征在于，还包括：两个把手，其分别相对设置于所述壳体的两个外侧壁，所述两个把手上均设有安装孔。

5.如权利要求1所述的空气流量传感器，其特征在于，所述贯穿孔一、所述贯穿孔二与所述壳体的底面之间分别设有密封圈。

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