RU2086921C1

RU2086921C1 - Thermo-anemometric air flow transducer

Info

Publication number: RU2086921C1
Application number: RU94012333A
Authority: RU
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Краснодарский ЗИП"
Priority date: 1994-04-07
Filing date: 1994-04-07
Publication date: 1997-08-10
Also published as: RU94012333A

Abstract

FIELD: instrumentation engineering. SUBSTANCE: invention specifically can be used in systems of electron fuel injection in automobile internal combustion engines. Transducer has case 1, main air conduit 2, two ribs 3, chambers 4, 5, by-pass conduit 6 with narrowing device, ring slit 7, holes 8, instrumentation temperature-sensitive resistor 9 with working zone 10, conductors 11, output signal former 12, rectifier 18 in the form of channels 17, surfaces 13, 14 of narrowing device which face working planes 15, 16 of instrumentation temperature-sensitive resistor 9. EFFECT: expanded application field, improved functional reliability. 3 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению, а более конкретно к термоанемометрическим датчикам расхода воздуха и может быть использовано, например, в системах электронного впрыска топлива в автомобильных двигателях внутреннего сгорания (ДВС). The invention relates to instrumentation, and more particularly to thermoanemometric air flow sensors and can be used, for example, in electronic fuel injection systems in automotive internal combustion engines (ICE).

Известен термоанемометрический датчик расхода для двигателя внутреннего сгорания, содержащий основной воздуховод в виде трубы Вентури с кольцевыми камерами отбора повышенного и пониженного давления и байпасный канал, в котором расположен измерительный терморезистор проволочного или пленочного типа [1]
Недостатком датчика по указанному патенту является значительная шумовая составляющая выходного электрического сигнала, снимаемого с измерительного сопротивления, вследствие чего необходима довольно сложная и дорогостоящая электроника для обработки этого сигнала.Known hot-wire flow sensor for an internal combustion engine, containing the main duct in the form of a venturi with annular chambers for raising high and low pressure and a bypass channel in which there is a measuring thermistor wire or film type [1]
The disadvantage of the sensor according to the specified patent is a significant noise component of the output electrical signal, taken from the measuring resistance, which requires a rather complex and expensive electronics to process this signal.

Кроме того, на измерительный сигнал в этом датчике могут значительно влиять различные отклонения конструктивных параметров, связанные с погрешностями изготовления и загрязнением в процессе эксплуатации деталей датчика. In addition, the measuring signal in this sensor can be significantly affected by various deviations of the design parameters associated with manufacturing errors and contamination during operation of the sensor parts.

Наиболее близким аналогом изобретения является термоанемометрический датчик расхода воздуха, содержащий корпус, внутри которого расположен основной воздуховод в виде трубы Вентури, байпасный канал, имеющий сужающее устройство, внутри которого установлен измерительный терморезистор, при этом на входе в сужающее устройство предусмотрен спрямитель потока, например, сотового типа [2]
Такой датчик имеет сложную конструкцию в связи с использованием спрямителя потока, устанавливаемого перед входом в сужающее устройство.The closest analogue of the invention is a hot-wire air flow sensor containing a housing, inside of which there is a main duct in the form of a Venturi pipe, a bypass channel having a constriction device, inside which a measuring thermistor is installed, while a flow straightener, for example, a cellular one, is provided at the inlet of the constriction device type [2]
Such a sensor has a complex structure in connection with the use of a flow straightener installed in front of the entrance to the constricting device.

Техническим результатом от использования изобретения является устранение указанного выше недостатка, а именно упрощение конструкции датчика с сохранением преимущества прототипа. The technical result from the use of the invention is to eliminate the above drawback, namely, simplifying the design of the sensor while maintaining the advantages of the prototype.

Технический результат достигается тем, что в термоанемометрическом датчике расхода воздуха, содержащем корпус, внутри которого расположен основной воздуховод в виде трубы Вентури, байпасный канал с сужающим устройством, измерительный терморезистор, рабочая зона которого расположена в сужающем устройстве, и выпрямитель потока, последний выполнен в виде каналов на поверхностях сужающего устройства, обращенных к рабочим плоскостям измерительного терморезистора, ориентированных вдоль потока, при этом перегородки между каналами могут соприкасаться с рабочими поверхностями измерительного терморезистора или располагаться вблизи от них, а расстояние между перегородками каналов не превышает 0,5 ширины рабочей зоны измерительного терморезистора. The technical result is achieved by the fact that in a hot-wire anemometric air flow sensor containing a housing, inside of which the main duct is located in the form of a Venturi pipe, a bypass channel with a constricting device, a measuring thermistor, the working zone of which is located in the constricting device, and a flow rectifier, the latter is made in the form channels on the surfaces of the constricting device facing the working planes of the measuring thermistor, oriented along the flow, while the partitions between the channels can touch with work surfaces or measuring thermistor arranged near them, and the distance between the baffles channels does not exceed 0.5 times the width of the working area the measuring thermistor.

На фиг. 1 изображен продольный разрез заявляемого термоанемометрического датчика; на фиг. 2 продольный разрез сужающего устройства байпасного канала; на фиг. 3 поперечный разрез сужающего устройства байпасного канала. In FIG. 1 shows a longitudinal section of the claimed hot-wire sensor; in FIG. 2 is a longitudinal section of a narrowing device of the bypass channel; in FIG. 3 is a cross-sectional view of a bypass channel narrowing device.

Термоанемометрический датчик состоит из корпуса 1 с установленным внутри него основным воздуховодом 2 с вентуриобразной внутренней поверхностью (труба Вентури). The hot-wire anemometer sensor consists of a housing 1 with a main duct 2 installed inside it with a venturi-shaped inner surface (Venturi pipe).

На внешней поверхности основного воздуховода выполнены два круглых ребра 3, образующих совместно с цилиндрической внутренней поверхностью корпуса две кольцевые камеры отбора 4 и 5 повышенного и пониженного давления. On the outer surface of the main duct two round ribs 3 are made, which together with the cylindrical inner surface of the casing form two annular selection chambers 4 and 5 of high and low pressure.

Камеры 4 и 5 соединены байпасным каналом с сужающим устройством 6. Chambers 4 and 5 are connected bypass channel with a narrowing device 6.

Входом в байпасный канал является кольцевая щель 7, а выходом ряд отверстия 8, расположенных по окружности в самом узком месте воздуховода. The entrance to the bypass channel is an annular gap 7, and the output is a series of holes 8 located around the circumference at the narrowest point of the duct.

Внутри сужающего устройства установлен узел измерительного терморезистора 9 с рабочими зонами 10, где расположен собственно измерительный терморезистор 9. Измерительный терморезистор 9 посредством проводников 11 соединяется с электронной схемой формирователя выходного сигнала, выполненной на плате 12. Inside the narrowing device, a measuring thermistor 9 assembly with working zones 10 is installed, where the measuring thermistor 9 itself is located. The measuring thermistor 9 is connected via conductors 11 to the electronic circuit of the output signal shaper made on circuit board 12.

Поверхности 13 и 14 сужающего устройства байпасного канала, обращенные к рабочим плоскостям 15 и 16 измерительного терморезистора, выполнены с продольными каналами 17, 18 выпрямитель потока. The surfaces 13 and 14 of the narrowing device of the bypass channel facing the working planes 15 and 16 of the measuring thermistor are made with longitudinal channels 17, 18 of the flow rectifier.

Терморезисторы могут быть проволочного или пленочного плоского типа. В последнее время наметилась тенденция к использованию пленки. Пленочные терморезисторы обладают достаточно высокими статическими и динамическими характеристиками в условиях сильных механических воздействий (вибрация, удары). Это качество важно при использовании термоанемометрических датчиков в промышленных условиях моторного отсека автомобиля. К преимуществам таких терморезисторов следует отнести также возможность применения современных технологий массового изготовления при их производстве. Thermistors can be of wire or film flat type. Recently, there has been a tendency to use film. Film thermistors have a fairly high static and dynamic characteristics in conditions of strong mechanical stress (vibration, shock). This quality is important when using hot-wire sensors in industrial conditions of the engine compartment of a car. The advantages of such thermistors should also include the possibility of applying modern technologies of mass production in their production.

Измерительный терморезистор плоского типа может быть выполнен различными методами, например, методом фотолитографии в виде меандра, расположенного между двумя слоями тонкой полиамидной пленки или методом напыления на плоское керамическое основание. A measuring thermistor of a flat type can be performed by various methods, for example, by means of photolithography in the form of a meander located between two layers of a thin polyamide film or by spraying on a flat ceramic base.

Однако использование терморезисторов плоского типа связано и с определенными трудностями. However, the use of flat type thermistors is also associated with certain difficulties.

При натекании на измерительный терморезистор 9 поток воздуха может менять направление и скорость в рабочей зоне 10 из-за отклонений геометрических размеров и состояния поверхности терморезистора (риски, забоины и т.п.). When leaking onto the measuring thermistor 9, the air flow can change direction and speed in the working area 10 due to deviations in the geometric dimensions and surface condition of the thermistor (risks, nicks, etc.).

Кроме того, в пределах измерительного диапазона может меняться характер потока (от ламинарного к турбулентному или наоборот). In addition, the nature of the flow (from laminar to turbulent or vice versa) can change within the measuring range.

Указанные факторы приводят к изменениям теплоотвода от измерительного терморезистора, а следовательно, к изменению статической характеристики датчика. These factors lead to changes in the heat sink from the measuring thermistor, and therefore to a change in the static characteristics of the sensor.

Для устранения указанных недостатков в датчике поверхности 13 и 14 сужающего устройства байпасного канала, обращенные к рабочим плоскостями 15, 16 измерительного терморезистора, выполнены с продольными каналами 17. To eliminate these shortcomings in the surface sensor 13 and 14 of the narrowing device of the bypass channel, facing the working planes 15, 16 of the measuring thermistor, made with longitudinal channels 17.

Продольные каналы могут иметь различную форму в поперечном сечении (прямоугольную, треугольную, округленную в вершинах и впадинах канала). В качестве примера на фиг. 3 представлен вариант канала с сечением в виде усеченного с одной стороны треугольника. Longitudinal channels can have various cross-sectional shapes (rectangular, triangular, rounded at the tops and bottoms of the channel). As an example in FIG. 3 shows a variant of a channel with a cross section in the form of a triangle truncated on one side.

Таким образом достигается упрощение конструкции за счет конструктивного совмещения выпрямителя потока и сужающего устройства, а также исключение дестабилизирующих факторов, связанных с использованием терморезистора плоского типа за счет размещения выпрямителя потока непосредственно в области рабочих плоскостей измерительного терморезистора. Thus, simplification of the design is achieved due to the structural combination of the flow rectifier and the constricting device, as well as the elimination of destabilizing factors associated with the use of a flat type thermistor due to the location of the flow rectifier directly in the area of the working planes of the measuring thermistor.

Датчик работает следующим образом. The sensor operates as follows.

Протекающий внутри датчика измеряемый воздух через кольцевую щель 7 попадает в камеру повышенного давления 4. Под действием перепада давления между камерами 4 и 5 создается движение воздуха внутри сужающего устройства байпасного канала 6 с продольными каналами 17. При обтекании потоком воздуха измерительного терморезистора 9 происходит его охлаждение и связанное с этим изменение значения сопротивления терморезистора. В результате на выходе электронной схемы, выполненной на плате 12, формируется электрический сигнал, однозначно связанный с измеряемым расходом. The measured air flowing inside the sensor through the annular slot 7 enters the overpressure chamber 4. Under the action of the pressure differential between the chambers 4 and 5, air flows inside the narrowing device of the bypass channel 6 with the longitudinal channels 17. When the thermistor 9 flows around the air stream, it cools and a related change in the resistance value of the thermistor. As a result, at the output of the electronic circuitry executed on the board 12, an electrical signal is generated that is uniquely associated with the measured flow rate.

Использование предложенной конструкции сужающего устройства позволяет в значительной мере уменьшить влияние указанных выше дестабилизирующих факторов благодаря разделению потока на отдельные составляющие и, таким образом, ламинаризации потока. При этом создаются более определенные и стабильные условия теплоотвода в рабочей зоне 10 терморезистора 9. Using the proposed design of the constricting device can significantly reduce the influence of the above destabilizing factors due to the separation of the flow into separate components and, thus, the laminarization of the flow. This creates more specific and stable conditions for heat removal in the working area 10 of the thermistor 9.

Эффективность такого сужающего устройства повышается по мере увеличения количества каналов и уменьшения ширины перегородок в случае, когда они соприкасаются с рабочими поверхностями терморезисторов. Уменьшение площади контакта сужающего устройства с измерительным терморезистором способствует уменьшению дополнительной температурной погрешности, связанной с передачей тепла от корпуса датчика к терморезистору. The effectiveness of such a narrowing device increases as the number of channels increases and the width of the partitions decreases when they come in contact with the working surfaces of the thermistors. Reducing the contact area of the constricting device with the measuring thermistor helps to reduce the additional temperature error associated with the transfer of heat from the sensor housing to the thermistor.

Преимуществом такого датчика является простота и технологичность конструкции. The advantage of such a sensor is the simplicity and manufacturability of the design.

Claims

Thermoanemometric air flow sensor, comprising a housing, inside which the main duct is in the form of a Venturi pipe, a bypass channel with a constriction device, a measuring thermistor, the working zone of which is located in the constriction device, and a flow rectifier, characterized in that the flow rectifier is made in the form channels on the surface of the constricting device facing the working planes of the measuring thermistor, oriented along the flow, while the partitions between the channels can be in contact I worktops measurement thermistor or placed near them, and the distance between the baffles channels does not exceed 0.5 times the width of the working area the measuring thermistor.