空氣質(zhì)量流量計的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種空氣質(zhì)量流量計，包括熱膜傳感器，設(shè)于熱膜傳感器的熱電阻，其特征在于：所述熱膜傳感器電連接于控制電路，所述控制電路包括惠斯登電橋電路、電橋平衡電路、功率放大器、微處理器、D/A轉(zhuǎn)換、信號輸出電路，所述惠斯登電橋電路的輸出端電連接所述電橋平衡電路的輸入端，所述電橋平衡電路的輸出端電連接所述功率放大電路的輸入端，所述功率放大器的輸出端反饋至所述惠斯登電橋電路的輸入端，所述微處理器的輸入端電連接于所述惠斯登電橋電路的輸出端，所述微處理器的輸出端電連接所述D/A轉(zhuǎn)換的輸入端，所述D/A轉(zhuǎn)換的輸出端電連接于所述信號輸出電路的輸入端；該空氣質(zhì)量流量計工作穩(wěn)定，能輸出準(zhǔn)確地流量信號。
【專利說明】空氣質(zhì)量流量計

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及車用設(shè)備，尤其涉及一種空氣質(zhì)量流量計。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代汽車發(fā)動機的控制系統(tǒng)一般采用電子控制系統(tǒng)，其中噴油量的控制也由之前 的化油器噴油改為電控噴油。電子控制汽油噴射系統(tǒng)（EFI)就是由計算機控制噴油量的汽 油供給系統(tǒng)，其由信號采集及輸入裝置（各種傳感器及控制開關(guān)）檢測發(fā)動機的工況，并將 信息傳遞給電子控制單元（ECU)，經(jīng)ECU處理后，發(fā)出控制指令，決定執(zhí)行器件（噴油器）的 噴油量。為了在各種運轉(zhuǎn)工況下都能獲得最佳空燃比的混合氣，發(fā)動機必須準(zhǔn)確地測定每 一瞬間吸入發(fā)動機的空氣量。
[0003] 發(fā)動機的電控系統(tǒng)中，傳感器作為輸入信號，檢測并傳遞給ECU相應(yīng)的流量、溫 度、壓力等信號。電子噴油系統(tǒng)的傳感器即為目前廣泛使用的空氣流量計，一般安裝在空氣 濾清器和節(jié)氣門體之間，用它來測量吸入發(fā)動機中的空氣量的多少。電子控制單元（ECU) 接受來自空氣流量計的流量信號，結(jié)合發(fā)動機的不同運轉(zhuǎn)工況信息，通過空燃比計算來控 制燃油噴射器的噴射量，所以空氣流量計作為控制噴油量的主要參數(shù)，其性能與可靠性對 電噴發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)和排放控制至關(guān)重要?？諝赓|(zhì)量流量計的精度決定了輸入ECU的空氣 質(zhì)量流量信號是否正確，從而對空燃比、噴油量產(chǎn)生著影響，進而對發(fā)動機的油耗和排放性 能也造成影響。
[0004] 熱線（膜）式空氣流量計是建立在熱平衡原理基礎(chǔ)上的，其工作原理為在空氣通 道中放置熱線（膜），當(dāng)空氣通過流量計時，熱線（膜）被冷卻，工作溫度下降，周圍流過 的空氣質(zhì)量流量越大被帶走的熱量也就越多，其電阻值隨之減小，電橋失去平衡，此時集 成運算放大器會自動增加供給熱線（膜）的電流，使熱線恢復(fù)原來的工作溫度和電阻值， 直至電橋恢復(fù)平衡。熱線（膜）電流與空氣質(zhì)量流量存在相對應(yīng)關(guān)系，可計算出空氣質(zhì)量 流量，也可以測量恒定電流條件下熱線（膜）電阻與檢測實際空氣溫度的參考電阻差值， 來計算空氣質(zhì)量流量。
[0005] 對于汽車空氣流量計的研究，是隨著汽車工業(yè)與傳感器、微處理器的發(fā)展而不斷 進行的。近年來，汽車發(fā)動機多采用可變氣門定時控制的發(fā)動機，這種發(fā)動機中的進氣空氣 流量變化更大，要求流量計的測量范圍廣泛，測量效果穩(wěn)定，對流量計提出了更高要求。具 體到熱膜式流量傳感器與流量計，國內(nèi)外學(xué)者的研究多集中于其動態(tài)特性上。針對熱膜式 MAF傳感器存在的非線性問題，國內(nèi)外學(xué)者采用多種方法進行了研究。Buehler等提出以綜 合信息方法分析熱膜/熱線式MAF傳感器，得到空氣質(zhì)量流量傳感器在不同進氣量下的特 性，用于進氣量的控制。I. Mrad等提出用時變自回歸滑動平均RMA均模型描述MAF傳感器 的動態(tài)非線性特性，預(yù)測傳感器的響應(yīng)。但是，這些方法計算復(fù)雜，難以實現(xiàn)，也不利于傳感 器的動態(tài)校正。國內(nèi)的吳克剛等人對MAF傳感器進行動態(tài)非線性建模，結(jié)論表明，熱式流量 傳感器的動態(tài)性能具有很明顯的非線性特性。非線性導(dǎo)致的傳感器輸出會造成誤差，從而 引起發(fā)動機噴油量過大或者過小，不利于節(jié)能環(huán)保。國內(nèi)學(xué)者僅從機理上研究和證明，尚未 提出過相應(yīng)的解決思路。
[0006] 美國專利號為 4986243 的專利：Mass air flow engine control system with mass air event integrator對熱膜式傳感器的校正提供了一種思路。其采用電控單元中的查表 式（Look-up Table)算法，對于特定的傳感器應(yīng)用提供一種線性校正的方法。上述的改進思 路是在發(fā)動機控制算法上進行控制，對于不同傳感器，其控制效果并不能得以很好的體現(xiàn)。 而且，針對某一型號的轎車，不易實現(xiàn)通用化和產(chǎn)品化。 實用新型內(nèi)容
[0007] 本實用新型的目的在于克服上述不足，提供一種空氣質(zhì)量流量計，該空氣質(zhì)量流 量計對現(xiàn)有空氣質(zhì)量流量計改動較小，其能夠較準(zhǔn)確地檢測到汽車進氣的實時流量值，以 使電子控制單元準(zhǔn)確計算出噴油量。
[0008] 為了達到上述技術(shù)目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案：
[0009] -種空氣質(zhì)量流量計，包括熱膜傳感器，設(shè)于熱膜傳感器的熱電阻，所述熱膜傳感 器電連接于控制電路，所述控制電路包括惠斯登電橋電路、電橋平衡電路、功率放大器、微 處理器、D/A轉(zhuǎn)換、信號輸出電路，所述惠斯登電橋電路的輸出端電連接所述電橋平衡電路 的輸入端，所述電橋平衡電路的輸出端電連接所述功率放大電路的輸入端，所述功率放大 器的輸出端反饋至所述惠斯登電橋電路的輸入端，所述微處理器的輸入端電連接于所述惠 斯登電橋電路的輸出端，所述微處理器的輸出端電連接所述D/A轉(zhuǎn)換的輸入端，所述D/A轉(zhuǎn) 換的輸出端電連接于所述信號輸出電路的輸入端。
[0010] 所述電橋平衡電路包括四個運算放大器，所述運算放大器的其中兩個分別電連接 一個反饋濾波器，所述兩個運算放大器的輸入端接入所述惠斯登電橋電路的輸出端，所述 兩個運算放大器的輸出端電連接第三個所述運算放大器的輸入端，所述第三個運算放大器 的輸出端電連接第四個所述運算放大器的輸入端，所述第四個運算放大器的輸出端電連接 所述功率放大器。
[0011] 第一運算放大器（A)的正相輸入端（3)電連接所述惠斯登電橋電路的輸出端，所 述第一運算放大器（A)的反相輸入端（2)電連接電容（C1)和電阻（R4)，所述電容（C1)、電 阻（R4)相互連接，所述第一運算放大器（A)的反相輸入端（2)通過反饋電阻（R9)電連接 所述第一運算放大器（A)的輸出端（1)，所述第二運算放大器（B)的正相輸入端（5)電連接 所述惠斯登電橋電路的輸出端，所述第二運算放大器（B)的反相輸入端（6)電連接所述電 容（C1)和電阻（R4)，所述第二運算放大器（B)的反相輸入端（6)通過反饋電阻（R8)電連 接所述第二運算放大器（B)的輸出端（7)，所述第一運算放大器（A)的輸出端（1)電連接第 三運算放大器（C)的反相輸入端（9)，所述第二運算放大器（B)的輸出端（7)電連接所述 第三運算放大器（C)的正相輸入端（10)，所述第三運算放大器（C)的輸出端（8)通過電阻 (R7)電連接第四運算放大器（D)的反相輸入端（13)，所述第四運算放大器（D)的正相輸入 端（12)通過電阻（R10)接地，所述第四運算放大器⑶的輸出端（14)通過電阻（R11)電 連接所述功率放大器。
[0012] 所述功率放大器包括二極管（E)、電容（C2)、第一三極管（F)、第二三極管（G)，電 阻（R12)，所述二極管（E)正極電連接電源（VCC)，負(fù)極電連接電容（C2)、第一三極管（F)、 第二三極管（G)的集電極，所述電容（C2)的一端接地，所述第二三極管（G)的基極電連接 所述電橋平衡電路的輸出端，所述第二三極管（G)的發(fā)射極電連接所述第一三極管（F)的 基極，所述第一三極管（F)的發(fā)射極電連接所述惠斯登電橋電路的輸入端，所述電阻（R12) 一端電連接所述二極管（E)的負(fù)極，另一端電連接所述第二三極管（G)的發(fā)射極。
[0013] 本實用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點：
[0014] (1)本實用新型空氣質(zhì)量流量計，其僅對現(xiàn)有流量計增加了電橋平衡電路、功率放 大器、微處理器，對于現(xiàn)有流量計的改動較小，實現(xiàn)成本較低。
[0015] (2)本實用新型空氣質(zhì)量流量計，其采用電橋平衡電路、功率放大器對惠斯登電橋 電路的輸出信號做出調(diào)整及放大，使輸出信號準(zhǔn)確性大大提高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本實用新型實施例的控制電路的模塊示意圖。
[0017] 圖2為本實用新型實施例的電橋平衡電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖3為本實用新型實施例的功率放大器的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型進行進一步的說明：
[0020] 本實用新型提供的一種空氣質(zhì)量流量計，包括熱膜傳感器，設(shè)于熱膜傳感器的熱 電阻，所述熱膜傳感器電連接于控制電路，如圖1所示，所述控制電路包括惠斯登電橋電 路、電橋平衡電路、功率放大器、微處理器、D/A轉(zhuǎn)換、信號輸出電路，所述惠斯登電橋電路的 輸出端電連接所述電橋平衡電路的輸入端，所述電橋平衡電路的輸出端電連接所述功率放 大電路的輸入端，所述功率放大器的輸出端反饋至所述惠斯登電橋電路的輸入端，所述微 處理器的輸入端電連接于所述惠斯登電橋電路的輸出端，所述微處理器的輸出端電連接所 述D/A轉(zhuǎn)換的輸入端，所述D/A轉(zhuǎn)換的輸出端電連接于所述信號輸出電路的輸入端。
[0021] 所述電橋平衡電路包括四個運算放大器，所述運算放大器的其中兩個并聯(lián)接入所 述惠斯登電橋電路的輸出端，其余兩個所述運算放大器相互串聯(lián)后與兩個并聯(lián)的運算放大 器電連接。
[0022] 具體來說，如圖2所示，第一運算放大器A的正相輸入端3電連接所述惠斯登電橋 電路的輸出端，所述第一運算放大器（A)的反相輸入端2電連接電容C1和電阻R4,所述電 容C1、電阻R4相互連接，所述第一運算放大器A的反相輸入端2通過反饋電阻R9電連接所 述第一運算放大器A的輸出端1，所述第二運算放大器B的正相輸入端5電連接所述惠斯登 電橋電路的輸出端，所述第二運算放大器B的反相輸入端6電連接所述電容C1和電阻R4， 所述第二運算放大器B的反相輸入端6通過反饋電阻R8電連接所述第二運算放大器B的 輸出端7,所述第一運算放大器A的輸出端1電連接第三運算放大器C的反相輸入端9,所 述第二運算放大器B的輸出端7電連接所述第三運算放大器C的正相輸入端10,所述第三 運算放大器C的輸出端8通過電阻R7電連接第四運算放大器D的反相輸入端13,所述第四 運算放大器D的正相輸入端12通過電阻R10接地，所述第四運算放大器D的輸出端14通 過電阻R11電連接所述功率放大器。當(dāng)然，所述運算放大器A、B、C、D均一端接電源VCC，另 一端接地，此為本領(lǐng)域常識，在此不在詳述。
[0023] 所述功率放大器包括二極管E、電容C2、第一三極管F、第二三極管G，電阻R12,所 述二極管E正極電連接電源VCC，負(fù)極電連接電容C2、第一三極管F、第二三極管G的集電 極，所述電容C2的一端接地，所述第二三極管G的基極電連接所述電橋平衡電路的輸出端， 所述第二三極管G的發(fā)射極電連接所述第一三極管F的基極，所述第一三極管F的發(fā)射極 電連接所述惠斯登電橋電路的輸入端，所述電阻R12 -端電連接所述二極管E的負(fù)極，另一 端電連接所述第二三極管G的發(fā)射極。
[0024] 上述結(jié)構(gòu)的空氣質(zhì)量流量計，安裝于汽車發(fā)動機進氣口時，當(dāng)發(fā)動機進風(fēng)時，熱膜 傳感器的溫度變化而導(dǎo)致熱電阻阻值發(fā)生變化，惠斯登電橋電路輸出電壓，該輸出電壓經(jīng) 所述電橋平衡電路的濾波、調(diào)整，以及功率放大器的放大、反饋至惠斯登電橋電路后，再由 惠斯登電橋電路將調(diào)整后的輸出電壓信號發(fā)送至所述微處理器，所述微處理器將該電壓信 號處理后經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后傳輸至信號輸出電路，再由信號輸出電路輸出至汽車的電子控制單 元（ECU)。
[0025] 通過上述結(jié)構(gòu)的空氣質(zhì)量流量計，能夠有效地將經(jīng)過調(diào)整的惠斯登電橋電路的輸 出信號經(jīng)信號輸出電路輸出至電子控制單元，單子控制單元根據(jù)這個比較準(zhǔn)確的輸出值， 來計算需要的噴油量，從而控制汽車的噴油機構(gòu)進行相應(yīng)噴油，使發(fā)動機得到較好的空燃 比。
【權(quán)利要求】
1. 一種空氣質(zhì)量流量計，包括熱膜傳感器，設(shè)于熱膜傳感器的熱電阻，其特征在于：所 述熱膜傳感器電連接于控制電路，所述控制電路包括惠斯登電橋電路、電橋平衡電路、功率 放大器、微處理器、D/A轉(zhuǎn)換、信號輸出電路，所述惠斯登電橋電路的輸出端電連接所述電橋 平衡電路的輸入端，所述電橋平衡電路的輸出端電連接所述功率放大電路的輸入端，所述 功率放大器的輸出端反饋至所述惠斯登電橋電路的輸入端，所述微處理器的輸入端電連接 于所述惠斯登電橋電路的輸出端，所述微處理器的輸出端電連接所述D/A轉(zhuǎn)換的輸入端， 所述D/A轉(zhuǎn)換的輸出端電連接于所述信號輸出電路的輸入端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣質(zhì)量流量計，其特征在于：所述電橋平衡電路包括四個 運算放大器，所述運算放大器的其中兩個分別電連接一個反饋濾波器，所述兩個運算放大 器的輸入端接入所述惠斯登電橋電路的輸出端，所述兩個運算放大器的輸出端電連接第三 個所述運算放大器的輸入端，所述第三個運算放大器的輸出端電連接第四個所述運算放大 器的輸入端，所述第四個運算放大器的輸出端電連接所述功率放大器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣質(zhì)量流量計，其特征在于：第一運算放大器（A)的正相 輸入端（3)電連接所述惠斯登電橋電路的輸出端，所述第一運算放大器（A)的反相輸入端 ⑵電連接電容（C1)和電阻（R4)，所述電容（C1)、電阻（R4)相互連接，所述第一運算放 大器㈧的反相輸入端⑵通過反饋電阻（R9)電連接所述第一運算放大器㈧的輸出端 (1)，所述第二運算放大器（B)的正相輸入端（5)電連接所述惠斯登電橋電路的輸出端，所 述第二運算放大器（B)的反相輸入端（6)電連接所述電容（C1)和電阻（R4)，所述第二運算 放大器（B)的反相輸入端（6)通過反饋電阻（R8)電連接所述第二運算放大器（B)的輸出 端（7)，所述第一運算放大器（A)的輸出端（1)電連接第三運算放大器（C)的反相輸入端 (9) ，所述第二運算放大器（B)的輸出端（7)電連接所述第三運算放大器（C)的正相輸入端 (10) ，所述第三運算放大器（C)的輸出端（8)通過電阻（R7)電連接第四運算放大器（D)的 反相輸入端（13)，所述第四運算放大器（D)的正相輸入端（12)通過電阻（R10)接地，所述 第四運算放大器（D)的輸出端（14)通過電阻（R11)電連接所述功率放大器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的空氣質(zhì)量流量計，其特征在于：所述功率放大器包括二極管 (E)、電容（C2)、第一三極管（F)、第二三極管（G)，電阻（R12)，所述二極管（E)正極電連接 電源（VCC)，負(fù)極電連接電容（C2)、第一三極管（F)、第二三極管（G)的集電極，所述電容 (C2)的一端接地，所述第二三極管（G)的基極電連接所述電橋平衡電路的輸出端，所述第 二三極管（G)的發(fā)射極電連接所述第一三極管（F)的基極，所述第一三極管（F)的發(fā)射極 電連接所述惠斯登電橋電路的輸入端，所述電阻（R12) -端電連接所述二極管（E)的負(fù)極， 另一端電連接所述第二三極管（G)的發(fā)射極。
【文檔編號】G01F1/692GK203881390SQ201420224823
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月4日
【發(fā)明者】董良雄 申請人:浙江海洋學(xué)院