CN201060013Y - 热膜式空气质量流量传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种热膜式空气质量流量传感器。它包括空气采样支路外壳、驱动电路和连接驱动电路的传感器头，传感器头为铂薄膜电阻器，电阻器包括加热电阻和测温电桥，测温电桥包括两组，加热电阻位于两组测温电桥之间，两组测温电桥分别连接驱动电路，驱动电路连接外界控制单元。本实用新型具有测得的空气质量流量数值的精确度高，在空气质量流量突变下的瞬变响应特性好等优点。

Description

热膜式空气质量流量传感器

(一)技术领域

本实用新型涉及一种汽车流量传感器，具体涉及一种适用于测量机动车内燃机进入的空气质量流量的热膜式空气质量流量传感器。

(二)背景技术

内燃机进气空气流量是一个非常重要的测量参数。现代电控汽油喷射系统能否正确地将空燃比控制在所要求的范围内，决定了发动机的动力性、经济性和排放性能指标，而汽油机空燃比的调节是采用调整与进气量相匹配的喷油量的方式。因此，进气空气流量的测量是控制空燃比的基础。目前，各种不同类型的电控汽油喷射系统中所使用的进气空气流量测量方法可分为两大类：一类是间接测量法，即测量进气歧管绝对压力，然后通过进气温度、空气密度和发动机转速来计算出进气空气质量流量，由于此方法属于间接测量，其精度较低；第二类是直接测量法，可分为体积流量测量和质量流量测量两种。体积流量测量有卡门涡旋式空气流量计和翼板式空气流量计，质量流量测量有热线式空气流量计和热膜式空气流量计。喷油量是根据进气的空气质量决定喷油量的，所以，体积流量的测量结果还要乘以通过测量大气压力和大气温度计算出的空气密度，这样其进气空气质量流量测量精度也稍低。用热线或热膜式质量流量计测量的直接是进气空气质量流量，毋须进行计算或修正，测量精度较高。热线式空气流量计和热膜式空气流量计相比，热线式空气流量计的热丝在使用中易被污染，影响传热，使测量精度降低，热膜式空气流量计的热膜在使用中不易被污染，可以保持较高的测量精度。

(三)发明内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单，使用方便，能够提高空气质量流量测定的灵敏度，使用寿命长的热膜式空气质量流量传感器。

本实用新型的目的是这样实现的：它包括空气采样支路外壳、驱动电路和连接驱动电路的传感器头，传感器头为铂薄膜电阻器，电阻器包括加热电阻和测温电桥，测温电桥包括两组，加热电阻位于两组测温电桥之间，两组测温电桥分别连接驱动电路，驱动电路连接外界控制单元。

本实用新型还有这样一些技术特征：

1、所述的每组测温电桥包括电桥连接的四个测温电阻；

2、所述的驱动电路部分由加热控制电路和信号调节电路组成，加热控制电路分别连接第一组测温电桥和加热电阻，信号调节电路分别连接外界参考电压和第二组测温电桥；

3、所述的加热控制电路包括三极管Q1、运放AR1和电阻R3-R9，电阻R6和R4的一端连接运放AR1的反向输入端，另一端分别连接电源和地，电阻R7和R8的一端连接运放AR1的同向输入端，另一端分别连接电源和地，电阻R5的一端连接运放AR1的反向输入端，另一端连接三极管Q1的射级，运放AR1的输出端连接三极管Q1的基级，三极管Q1的集电极接电源，射级连接电阻R3和R9接地。

本实用新型是根据托马斯(Thomas)提出的“气体的放热量或吸热量与该气体的质量流量成正比”的理论，利用先进的MEMS技术，在硅片上制作出性能稳定的铂薄膜电阻器。电阻器的组成包括中心加热区的加热电阻和在加热区上游和下游的测温电桥，加热电阻由加热器控制电路来控制的，保持其温度高于周围环境温度，加热区上游和下游的测温电阻共同组成测温电桥。当被测气体从热膜芯片流过时，在加热区上游的热量被气体带走使温度降低，在加热区下游的温度相对变高，加热区上下游温度差导致测温电桥的失衡，从而输出与气体流量相对应的差动信号。

本实用新型的有益效果是：本实用新型取代了原有的热线式空气流量传感器，因此进一步增强了空气流量传感器的测量精确度。提高了在空气质量流量突变下的瞬变相应特性，且金属薄膜传感器头为平板式垂直面与空气接触，面积小，使得传感器头保持清洁且寿命长。

(四)附图说明

图1为本实用新型结构分解示意图；

图2为本实用新型电路方框示意图；

图3为本实用新型加热控制电路原理图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明：

结合图1，本实施例包括空气采样支路外壳2、驱动电路3和连接驱动电路3的传感器头1，传感器头1为铂薄膜电阻器，电阻器包括加热电阻和测温电桥，测温电桥包括两组，加热电阻位于两组测温电桥之间，两组测温电桥分别连接驱动电路3，驱动电路3连接外界控制单元。

当处在工作状态时，金属薄膜传感器头设置有一固定的温度，空气经空气通道通过金属薄膜传感器头时，使传感器头的温度发生变化，而引起传感器头的电流发生变化，通过空气流量传感器的驱动电路就会输出一与空气流量成正比的输出电压，来实现对内燃机燃油比的控制。

结合图2，本实施例测温电桥主要是作为电阻温度计使用。为了测量气体质量流量，在气流方向上依次设置第一测温电桥，加热电阻和第二测温电桥。气体在加热电阻的作用下的温度变化取决于其气流质量流量。在加热电阻的加热功率范围内，根据第一个测温电桥和第二个测温电桥所测得的温度值的不同可以确定气体的质量流量。加热电阻的电压供给和测温电桥测量数据获得借助于传感器的驱动电路来实现。

传感器头主要是由硅基板层、二氧化硅绝缘层和加工成栅状的金属铂膜电阻层构成。由于采用了这样的结构，增强了空气质量流量传感器测得的空气质量流量数值的精确度，提高了在空气质量流量突变下的瞬变响应特性，降低了热量在传递的过程中的损耗。

结合图3，驱动电路部分由加热控制电路和信号调节电路组成，加热电路通过测量环境温度控制加热电阻的温度实现恒温，通过信号调节电路可以实现对传感器差分信号的放大，零点偏移的调整及温度偏移的补偿。加热控制电路包括三极管Q1、运放AR1和电阻R3-R9，电阻R6和R4的一端连接运放AR1的反向输入端，另一端分别连接电源和地，电阻R7和R8的一端连接运放AR1的同向输入端，另一端分别连接电源和地，电阻R5的一端连接运放AR1的反向输入端，另一端连接三极管Q1的射级，运放AR1的输出端连接三极管Q1的基级，三极管Q1的集电极接电源，射级连接电阻R3和R9接地。本实施例采用专用的信号调节器对差分信号进行放大，温度补偿，和偏移量调整，方便了校准过程，提高了测量精度。

Claims (5)

1.一种热膜式空气质量流量传感器，它包括空气采样支路外壳、驱动电路和连接驱动电路的传感器头，其特征在于：所述的传感器头为铂薄膜电阻器，电阻器包括加热电阻和测温电桥，测温电桥包括两组，加热电阻位于两组测温电桥之间，两组测温电桥分别连接驱动电路，驱动电路连接外界控制单元。

2.根据权利要求1所述的热膜式空气质量流量传感器，其特征在于：所述的每组测温电桥包括电桥连接的四个测温电阻。

3.根据权利要求1或2所述的热膜式空气质量流量传感器，其特征在于：所述的驱动电路部分由加热控制电路和信号调节电路组成，加热控制电路分别连接第一组测温电桥和加热电阻，信号调节电路分别连接外界参考电压和第二组测温电桥。

4.根据权利要求1或2所述的热膜式空气质量流量传感器，其特征在于：所述的加热控制电路包括三极管Q1、运放AR1和电阻R3-R9，电阻R6和R4的一端连接运放AR1的反向输入端，另一端分别连接电源和地，电阻R7和R8的一端连接运放AR1的同向输入端，另一端分别连接电源和地，电阻R5的一端连接运放AR1的反向输入端，另一端连接三极管Q1的射级，运放AR1的输出端连接三极管Q1的基级，三极管Q1的集电极接电源，射级连接电阻R3和R9接地。

5.根据权利要求3所述的热膜式空气质量流量传感器，其特征在于：加热控制电路包括三极管Q1、运放AR1和电阻R3-R9，电阻R6和R4的一端连接运放AR1的反向输入端，另一端分别连接电源和地，电阻R7和R8的一端连接运放AR1的同向输入端，另一端分别连接电源和地，电阻R5的一端连接运放AR1的反向输入端，另一端连接三极管Q1的射级，运放AR1的输出端连接三极管Q1的基级，三极管Q1的集电极接电源，射级连接电阻R3和R9接地。

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