流量传感器技术知识_电子电路_工程科技_专业资料PPT课件

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10.00—20.00 10.00—20.00
4.00—7.00 4.00—7.00
2.00—3.00 2.00—3.00
0.90—1.30 0.90—1.30
备注 任何 温度
20°C 20°C
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众所周知，空气的质量与其温度和大气压力有关。温度 越低或大气压力越高，空气密度越大，空气质量就越大；反 之，温度越高或大气压力越低，空气质量就越小。
翼片式流量传感器检测的是进气气流的体积流量，当进 气温度或大气压力发生变化时，相同体积的空气质量就会发 生变化。
为了避免环境温度和大气压力变化给流量检测带来的误 差，所有检测体积流量的空气流量传感器都采用了进气温度 传感器和大气压力传感器进行修正。
翼片式空气流量传感器已经持续生产使用多年。它具有 结构简单、价格便宜、可靠性高等优点，目前许多车型仍采 用翼片式空气流量传感器。
缓冲室
缓冲翼片
空气滤清器侧
进气岐管侧
测量翼片
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(2)电位计
安装在传感器壳体上部。由带平衡配重的滑臂和印制电
路板上的镀膜电阻组成，滑臂与翼片固定在同一转轴上并一 起转动。 电位计内设有片状螺旋形复位弹簧、调节齿圈。
1）平衡配重
起到平衡作 用，使滑臂平稳 偏摆。
平衡配重 燃油泵开关
复位弹簧 调节齿圈 电位计
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信号处理电路将频率信号输入ECU之后，ECU便可计算 出进气流量的大小。丰田皇冠3．0型轿车上实测光电检测涡 流式空气流量传感器的输出信号周期值，见表2-4。可见， 发动机转速越高，吸人气缸的进气量越大，产生涡流的频率 就越高。

汽车电子控制基础——第六章 空气流量传感
第三节 空气流量传感器的应用
卡曼涡流式空气流量传感器 热线式空气流量传感器
汽车电子控制基础——第六章 空气流量传感
图6-3 卡曼涡流式空气流量传感器的结构 1－整流网 2－涡流发生器 3、6－涡流数量测量装置 4－旋涡 5－至进气歧管
汽车电子控制基础——第六章 空气流量传感
汽车电子控制基础——
第六章 空气流量传感器
第一节 概述
空气流量传感器又称为空气流量计（AFM），用 于测量发动机吸入的空气量
图6-1 汽车电喷发动机进气系统结构图
汽车电子控制基础——第六章 空气流量传感
第二节 空气流量的测量方法
目前在汽车空气流量传感器的工作原理一般有： 流体振荡法 量热法
汽车电子控制基础——第六章 空气流量传感
图6-11 热膜式空气流量传感器的结构与原理
（a）结构 1－控制电路 2－至进气歧管 3－热膜
4－温补电阻 5－屏蔽网 6－空气
b）原理 1－温补电阻 2－热膜 3－屏蔽网 4－进气 5－电桥电路电阻 6－滤网
汽车电子控制基础——第六章 空气流量传感
汽车电子控制基础——第六章 空气流量传感
图6-8 热线式空气流量传感器的结构 1－防护网 2－取样管 3－白金热线 4－温度补偿
电阻 5－空气流 6－控制线路板 7－电连接器
汽车电子控制基础——第六章 空气流量传感
图6-9 热线式空气流量计工作原理图 汽车电子控制基础——第六章 空气流量传感
图6-10 热膜式空气流量计外形
图6-4 超声波式卡曼涡流空气流量传感器的结构
汽车电子控制基础——第六章 空气流量传感 Nhomakorabea a）结构

（4）温度体积膨胀系数：当流体的温度升高时，流体所占有的体积将会增加。温度体积膨胀系数是指流体温度每变化1℃时其体积的相对变化率。 （5）压缩系数：当作用在流体上的压力增加时，流体所占有的体积将会缩小。压缩系数是指当流体温度不变，所受压力变化时其体积的变化率。 10.1.2 流量测量方法 1．容积法 2．节流差压法 3．速度法 4．流体阻力法 5．流体振动法 6．质量流量测量法
2．流量检测中常用的物理量 （1）密度 ：表示单位体积中物质的量，其数学表达式为 对于液体，在常温常压下，压力变化对其容积影响甚微，所以工程上通常将液体视为不可压缩流体，即可不考虑压力变化对液体密度的影响，而只考虑温度对其密度的影响。对于气体，温度、压力对单位质量气体的体积影响很大，因此在表示气体密度时，必须指明气体的工作状态（温度和压力）。 （2）黏度：是表征流体流动时内摩擦黏滞力大小的物理量，有动力黏度和运动黏度。 二者之间的关系为：v =h/r。 （3）雷诺数Re：是表征流体情况的特征数。其计算公式为 式中， 为管径； 为流速；r为流体密度；h为动力黏度； 为运动黏度。
（2）管道条件。 ① 安装节流装置的管道应该是直的圆形管道，管道直度用目测法测量。上下游直管段的圆度按流量测量节流装置的国家标准规定进行检验，管道的圆度要求是在节流件上游至少2D（实际测量）长度范围内，管道应是圆的。在离节流件上游端面至少2D 范围内的下游直管段上，管道内径与节流件上游的管道平均直径D 相比，其偏差应在±3%之内。 ② 管道内表面上不能有凸出物和明显的粗糙不平现象，至少在节流件上游10D 和下游4D 的范围内应清洁、无积垢和其他杂质，并满足有关粗糙度的规定。 ③ 节流件前后应有足够长的直管段，在不同局部阻力情况下所需要的最小直管段长度。
10.2 容积式流量传感器

功用
• 检测发动机进气量大小，并将进气量信息转换成 电信号输入电控单元（ECU），以供ECU计算确 定喷油时间（即喷油量）和点火时间。
• 进气量信号是控制单元计算喷油时间和点火时间 的主要依据。
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类型
•体积流量型：叶片式、量芯式、涡流式； •质量流量型：热丝式、热膜式。
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内部电路
热丝（膜）式空气流量 传感器信号波形分析
• 波形检测方法 同叶片式空气 流量传感器。
• 热丝（膜）式 空气流量传感 器信号实测波 形如右图所示。
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波形的含义及相关说明
正常波形
• 通常热丝（膜）式空气流量传感器输出信号电压 范围是从怠速时超过0.2V变至节气门全开时超过 4V，当急减速时输出信号电压应比怠速时的电压
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电位计：
1-空气进口 2-油泵触点 3-平衡片 4-回位弹簧 5-电位计 6-空气出口
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• 在测量片轴上连着一个电位计，其滑动 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。
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• 进气量越大，叶片偏转角度也就越大。 • 信号电压上升型（随着进气量的增大信号电压升高），丰田皇冠2.8 5M-E、丰
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• 热丝（膜）式空气流量传感器没有任何运动部 件，它能快速的对空气流量的变化做出反应。 所以当发动机运转时，波形的幅值看上去在不 断地波动。
• 如果信号波形与上述情况不符,或空气流量传感 器在怠速时输出信号电压太高（应为0.25V）， 而节气门全开时输出信号电压又达不到4V，则 说明空气流量传感器已经损坏。

行业的发展提供有力支持。
未来发展的挑战与机遇
随着工业4.0、智能制造等新兴技术的发展，流量传感器面 临着技术更新换代、性能提升、智能化等挑战，需要不断 进行技术创新和产品升级。
环保意识的提高和能源消耗的日益增长，为流量传感器的 发展提供了广阔的市场空间和机遇，需要加大研发力度， 推出更加高效、节能、环保的产品。
技术创新与升级
微型化技术
随着微电子和纳米技术的发展， 流量传感器的体积不断缩小，性 能得到提升，便于集成和安装。
智能化技术
通过引入人工智能和机器学习算法 ，流量传感器能够实现自适应和自 校准功能，提高测量精度和稳定性 。
多功能化技术
开发出能够同时测量多种参数的流 量传感器，如温度、压力、流速等 ，满足复杂应用场景的需求。
精度等级
精度等级
是指流量传感器测量结果的准确度，通常以百分比或者绝对 误差表示。
精度等级的选择
需要根据实际应用需求，选择合适的精度等级。精度等级越 高，测量结果越准确，但价格也相对较高。
响应时间
响应时间
是指流量传感器对流体流量变化的反应速度，通常以时间常数或者上升时间表示 。
响应时间的选择
需要根据实际应用需求，选择合适的响应时间。如果响应时间过慢，可能无法及 时反映流量的变化；如果响应时间过快，则可能增加传感器的功耗和成本。
流量传感器的工作原理
总结词
理解流量传感器的工作原理有助于深入了解其性能特点和应用限制。
详细描述
不同类型的流量传感器具有不同的工作原理。例如，差压式流量传感器利用流体流经节 流元件时产生的压力差来测量流量；涡轮式流量传感器利用流体驱动涡轮的转速来测量 流量；超声波流量传感器利用声波在流体中的传播速度来测量流量。了解传感器的工作

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压力传感器的外形及内部结构
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弹簧管放大图
当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿 条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生 角位移。
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被测量通过敏感元件转换后，再经传感元件转
换成电参量
在右图 中， 电位器 为传感元件， 它将角位移 转换为电参 量-----电阻 的变化（ΔR）


用途：就是采集信息和信息量。
用在：工业，农业，医疗，卫生， 国防，军事，航天，航空，气象，安 检以及日常生活等等方面。
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在流水线上，边加工，边检验，可提 高产品的一致性和加工精度。
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传感器早已渗透到诸如工业生产、 宇宙开发、海洋探测、环境保护、 医学诊断、生物工程、甚至文物保 护等等极其之泛的领域。可以毫不 夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚 的海洋，以至各种复杂的工程系统， 几乎每一个现代化项目，都离不开 各种各样的传感器。

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二、传感器的组成 举例：测量压力的电位器式压力传感器
传感器 组成框图
1-弹簧管 2-电位器
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三、传感器分类
1.根据被测对象，可分为物理量传感器、 化学量传感器和生物量传感器三大类; 按被测量分类：可分为位移、力、力矩、 转速、振动、加速度、温度、压力、流量、 流速等传感器。 2. 按测量原理分类：可分为电阻、电容、 电感、光栅、热电耦、超声波、激光、红 外、光导纤维等传感器。 ……
m a x L L 1 0 0 % y y m a x m in
（ 1－ 2）
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多普勒效应： 当声音，光和无线 电波等振动源与观 测者以相对速度V相 对运动时，观测者 所收到的振动频率 与振动源所发出的 频率有所不同。
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超声的速度同时还受温度影响 一般来说，温度越高速度越快
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超声波流量计有着诸多的优点
它不会改变流体的流动状态，不 对流体产生附加阻力；它可适应 多种管径的流体测量，不会因管 径的不同增加仪表成本；它的换 能器可设计成夹装式，可作移动 性测量。
加热金属丝
阻值变化
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惠斯登电桥
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热丝式流量传感器
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流速越大
降温越快
维持180度
电量越大
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Drager公司的Savina和Evita系 列的呼吸机采用的是热丝式流 量传感器
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热膜式流 量传感器
呼吸机流量传感器
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流量传感器在呼 吸机中的应用已 有近30年的历史。 在呼吸机中被普 遍使用。
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气体流量 电信号
2
潮气量
潮气量（Tidal volume,TV）：是指平静呼吸 时每次吸入或呼出的气量。
分钟通气量
分钟通气量（Minute Ventilation ,MV）为 潮气量与呼吸频率（RR）的乘积（MV＝VT×RR）。
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压力感应 式式流量 传感器
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气流 电阻应变片

• 即导线连接器端子VC与E2接地端子间的电压，正常值为： 4.5～5.5V。用万用表测量搭铁端连接情况。是否有接触 不良。
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在路检测
• 当确定上述电压正常后，便可测量涡流空气流量传感器输出信 号端子KS与接地端子E2之间的电压值。测量时，分为两个步 骤， 第一步是在打开点火开关，发动机不启动时，KS与E2电 压值为：4～6V。 第二步，启动发动机，在怠速状态下（1000rad/min）， KS与E2端子之间的电压为脉冲电压，电压值在2～4V之间为 合适。进气量越大，电压越高。
I
2 H


qm
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惠斯登电桥
• 热线式空气流量传感器通过两个接线端子，分别给控制电 脑ECU输送热线电流变化的电压信号和冷线电阻变化的电 压信号（该信号相当于进气温度传感器THA信号）。
• 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。
• 这种空气流量计的结构简单，可靠性高；但进气阻力大， 响应较慢且体积较大。和热膜式空气流量计相比，测量精 度较低，实时响应性较差。
• （2）翼片完全关闭状态时，VS-E2端子之间的电阻值为 200~600Ω 。
• （3）翼片由完全关闭位置逐渐打开到完全开启位置时， VS与E2两端子之间的电阻应在200~1200Ω之间连续变化。
• 测量翼片式空气流量计信号端子电阻时，还需慢慢转动翼片， 观测电阻值有无忽大忽小，或有间断出现电阻很大等不良情 况。
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热线式空气流量计
• 热线式空气流量传感器安装在发动机的空气滤清器与进气 总管之间，其后端为节气门体。

第4章 流量传感器及其应用案例
第4章 流量(liúliàng)传感器及其应用案 例
4.1 流量(liúliàng)测量概述
4.2 差压式流量(liúliàng)传感器及
其应用
4.3 电磁流量(liúliàng)传感器
4.4 涡轮流量(liúliàng)传感器
4.5 漩涡式流量(liúliàng)传感器
法运算就可得到与质量流量成正比的信号。即
K 1 q vK 2 K 1 K 2q vKm q
(4-24)
3.差压式流量(liúliàng)传感器与体积流量 (liúliàng)传感器组合
差压式流量传感器的输出信号与ρqv2成正比，而体积流量传
感器的输出信号与qv成正比，将这两个传感器的输出信号进 行除法运算也可得到质量流量。即
(4-6)
根据流体流动(liúdòng)的连续性可知
A11 A22
(4-7)
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第4章 流量传感器及其应用案例
根据流量(liúliàng)的定义，我们可以得到体积流量(liúliàng)qv 与压差之间的公式为
qv A22
A2 1(A2/A1)2
2p
(4-9)
式(4-9)需要根据节流元件前后取压点位置和开孔面积进行
4.6.1 直接式质量(zhìliàng)流量传感器
1.科里奥利测量原理
如图4-9所示，当质量为m的质点，在绕P轴作角速度为ω 旋转的管道内以速度υ移动时，那么质点具有两个分量的加 速度及相应的力：
第二十一页，共35页。
第4章 流量传感器及其应用案例
① 法向加速(jiā sù)度：即向心加速(jiā sù)ar其量值为ω2r，方向朝 向P轴。
qm

❖ 15、壳体材料：碳钢；不锈钢（1Cr18Ni9Ti）。 16、规格（管道内径）20、25、32、40、50、65、 80、125、150、200、250、300(大于DN300口径 为插入式)。 17、环境温度 -25℃～+55℃；湿度≤85%RH。 18、防爆类型：隔爆型；防爆标志；iaIIcT4。
二、涡轮流量传感器
❖ LWGB涡轮流量计 ❖ LWGY涡轮流量传感器 ❖ 水处理液体涡轮流量计
LWGB涡轮流量计
❖ 一、用途： 涡轮流量计是一种速度式仪表，它具有精度高，
重复性好，结构简单，运动部件少，耐高压，测量 范围宽，体积小，重量轻，压力损失小，维修方便 等优点，用于封闭管道中测量低粘度气体的体积流 量和总量。在石油，化工，冶金，城市燃气管网等 行业中具有广泛的使用价值。
❖ 7、 温度信号输入: 0~10mA、4~20mA或PT100. 8、 信号输出: 4~20mA; 9、 测量精度:模拟量优于0.2%,频率量优于0.1%; 10、 工作电源:AC220V±15%; 11、 环境温度:-30~+55℃,环境湿度:5~95%RH; 12、 外形尺寸:160*80*150(宽*高*深,单位:mm) 13、 开空尺寸:152*76(宽*高,单位:mm)
1、 环境温度-20℃～50℃; 2、 相对温度：5%～95%; 3、 被测介质温度：-20℃～120℃; 4、 大气压力：86Kpa～106Kpa; 5、 防爆等级：ibⅡBT4. ★ 信号传输距离：传感器至显示器的距
离可达1000m。
❖ 五、 电气特性：
1、 显示方式： （1）LWGY 远传显示：脉冲输出（配显示
❖ 二、性能参数
❖ 适用介质:导电性液体(含固液二相) 1、 公称口径 DN10-DN1200 2、 电极材质:Mo2Ti,Hc,Hb,Ta,Pt 3、精度等级:±0.3%,±0.5%,±1.0%(按口径分) 4、内衬材料:聚四氟乙烯、F46、氯丁橡胶 5、电极形式:固定式、刮刀式、可拆卸式 6、介质电导率:a:在100口径内低电导率测量不低 于0.1μs/cm b: 正常测量不低于5μs/cm 7、流速范围:0.3-11m/s 8、介质温度温度: - 25℃～+180℃(视衬里材质分) 9、额定压力: 0.25Mpa-16Mpa(按口径 分)≥16Mpa称高压式)