空气流量传感器原理
卡门旋涡式空气流量传感器的工作原理
卡门旋涡式空气流量传感器的工作原理
一、涡流产生
卡门旋涡式空气流量传感器利用了流体在经过特定形状的截面时会产生旋涡的原理。
当空气经过一个圆柱形的传感器时，会形成交替的旋涡，这些旋涡被称为卡门旋涡。
二、信号检测
卡门旋涡式空气流量传感器的核心部分是一个热感应元件，其位于产生卡门旋涡的区域。
当卡门旋涡经过热感应元件时，会改变热感应元件周围的空气流动状态，导致其散热速度发生变化，进而引起热感应元件的温差变化。
这个温差变化可以被转换为电信号，从而检测到卡门旋涡的存在。
三、信号处理
检测到的电信号会进一步被处理，以消除噪音和干扰，提高信号的稳定性。
信号处理部分通常包括放大、滤波、调制等环节，以便更好地识别和测量卡门旋涡的数量和强度。
四、输出信号
经过处理的信号被传输到控制单元，控制单元将根据接收到的信号判断空气流量的大小，并将结果以电信号的形式输出。
输出的电信号可以直接用于驱动仪表盘或控制其他执行机构。
五、计算和控制
控制单元中的微处理器会对接收到的信号进行计算，根据计算结果调整发动机的供油量或气体的供应量，以实现发动机的最佳性能和排放
控制。
综上所述，卡门旋涡式空气流量传感器通过检测卡门旋涡的存在和强度，实现了对空气流量的精确测量。
在汽车发动机控制系统中，这种传感器发挥着至关重要的作用，有助于提高发动机的性能和效率，并降低排放。
空气流量计传感器工作原理
空气流量计传感器工作原理
空气流量计传感器是汽车发动机的关键部件，其主要作用是测量空气流量，其性能好坏直接影响发动机的工作性能和使用寿命。
目前使用最多的是风包式空气流量计。
风包式空气流量计工作原理：
1.进气系统：由进气道、进气管、中冷器、节气门等组成。
进气道又称主气道，它的作用是引导气流进入燃烧室，并使其在燃烧室内充分燃烧，同时也使进入的空气与进入的混合气混合均匀。
当汽车处于怠速时，发动机曲轴箱中的温度较低，进入气缸的混合气在未充分燃烧时就被排出燃烧室。
而这时发动机曲轴箱中的温度较高，由于膨胀作用会导致进气歧管内温度上升，从而使进入气缸内的混合气温度升高。
这样就使空气和混合气之间形成了一种压力差，根据这个压力差就可以计算出混合气在燃烧室中燃烧所需要的空气量。
2.增压系统：由增压器、节气门、中冷器等组成。
增压器的作用是提高进入气缸内的空气压力和速度，同时也将发动机曲轴箱中多余的空气排除到燃烧室内；节气门是控制发动机进气量，并调节发动机输出功率的重要部件。
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空气流量传感器
一、空气流量传感器（MAF）结构与原理
（一）空气计量器的主要类型
— —进气压力传感器（ MAP） 压力型（D型） — —空气流量传感器（ MAF） 流量型（L型）
1、压力型——绝对压力测量方式
根据用压力传感器测量的进气歧
管内的绝对压力和发动机转速， 推算出进气流量，从而确定燃油 喷射量。 特点：采用间接测量方式的汽油 喷射系统结构简单，进气阻力小， 但是测量精度低，受外界条件影 响大，需要对大气压力和进气温 度进行修正。
温度补偿电阻的阻值 也随进气温度的变化而变 化，起到一个参照标准的 作用，用来消除进气温度 的变化对空气流量测量结 果的影响。一般将铂金热 线通电加热到高于温度补 偿电阻温度100℃。 总之：测量进气量的 精度不会受到进气温度的 影响。
3、热线式空气流量计的常见故障
（1）热线沾污→热线散热下降，空气流量计信号 电压下降，喷油器喷油量减小，使发动机怠速不 稳，动力不足。 （2）热丝断路→传感器无信号输出，发动机怠速 不稳易熄火。 （3）温度补偿电阻不良→空气流量计信号电压不 准确，使发动机油秏过高或运转不正常。
输出信号电压与空气流量之间的关系
当空气质量流量增大 时，由于空气带走的热量 增多，为保持热线温度， 混合集成电路使热线电阻 通过的电流增大，反之， 则减小。这样，使得通过 热线电阻的电流是空气质 量流量的单一函数，即热 线电流随着空气质量流量 的增大而增大，随空气质 量流量减小而减小。
温度补偿电阻的作用：
（三）热线式空气流量计
1、基本组成
（1）铂金热线电阻RH——感 知空气流量 （2）温度补偿电阻（冷线） RK——温度补偿 （3）控制电路板——控制热 线电流并产生输出信号
2、工作原理
第2章-空气流量传感器全解
第三节 热线式和热膜式空气流量传感器
一、热线式和热膜式空气流量传感器结构、原理
(一)热线式空气流量传感器 热线式空气流量传感器，按其铂金热线安装位置的不同
分为主流测量方式和旁通测量方式两种。
1.结构主要组成部件
如图所示为主流测 量方式传感器的结构组 成。
取样管安装在主进 气道中央，取样管安装 有一根直径为70m的 铂金丝，两端有金属防 护网固定在壳体上。
1）超声波发生器：用于产生和发射超声波信号
2）超声波接收器：用于接收超声波信号。
2.传感器工作原理
当40kHz频率超声波穿过进气气流到达超声波接收器 时，由于受到气流移动速度及压力变化的影响，因此从超 声波接收器接收到的超声波信号的相位(时间间隔)及相位 差(时间间隔之差)就会发生变化，控制电路根据相位或相 位差的变化情况就可计量出涡流频率。涡流频率信号输入 ECU后，ECU就可计算出进气量。
(3)其他部件 1）燃油泵开关
控制电动燃油泵。发动机运转时翼片稍微偏转，其触点 闭合，接通泵油。当发动机熄火后翼片关闭，触点顶开，燃 油泵停止转动，在汽车发生事故而油管破裂时，可以防止燃 油泵继续泵油导致燃油外溢而发生火灾。 2） CO调整螺钉
旁通进气道上设有改变旁通进气量的CO(一氧化碳)调整 螺钉，用来调节发动机怠速时CO排放量。
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。
空气流量传感器
空气流量传感器空气流量传感器一、引言空气流量传感器是一种用于测量流体（包括气体和液体）流动速度的装置。
其应用范围非常广泛，从工业生产中的流程控制到车辆排放监测都离不开空气流量传感器的支持。
本文将从空气流量传感器的基础工作原理、分类及应用领域等方面进行详细介绍。
二、基础原理1. 空气流动测量原理空气流量传感器通过测量流体通过传感器的时间或速度来确定流体的流量。
常见的测量方法有热膜、热线、压差和超声波等。
其中，热膜和热线的原理是通过测量流体传感器上的温度变化来计算流量。
压差传感器通过测量流体在传感器前后产生的压差来计算流量。
而超声波传感器则通过测量超声波在流体中传播的时间来计算流量。
2. 空气流量传感器的组成空气流量传感器一般由传感器元件、信号处理电路和输出模块等组成。
传感器元件是核心部分，负责测量流体的特性，并将信号转化为电信号。
信号处理电路负责对传感器测量的信号进行放大和滤波等处理，以提高测量的精度和稳定性。
输出模块将经过处理的信号转化为用户可识别的形式，如电流、电压、模拟信号或数字信号等。
三、分类与工作原理1. 热膜空气流量传感器热膜空气流量传感器是利用薄膜材料的热电效应来测量流体流速的。
该传感器利用电流通过薄膜时，薄膜自身的电阻会发生变化，从而使薄膜温度上升。
通过测量温度的变化，可以计算出流体流速。
2. 热线空气流量传感器热线空气流量传感器是利用热线的电阻变化来测量流体流速的。
传感器将一根细丝加热到一定温度，当流体通过细丝时，细丝上散失的热量会导致电阻发生变化。
通过测量电阻的变化，可以计算出流体流速。
3. 压差空气流量传感器压差空气流量传感器是利用流体在传感器中产生的压差来测量流速的。
传感器中设置有压力传感器，测量传感器前后的压差。
通过压差的变化，可以计算出流体的流速。
4. 超声波空气流量传感器超声波空气流量传感器是利用超声波在流体中传播的时间来测量流速的。
传感器发射超声波信号，并接收超声波信号的反射。
氧化锆式空气流量传感器的工作原理
氧化锆式空气流量传感器的工作原理氧化锆式空气流量传感器是一种基于化学反应原理来检测气体流
量的传感器。
通常用于汽车和工业领域中的燃烧过程中测量空气流量。
氧化锆式空气流量传感器是基于电化学反应的原理工作的。
它利
用氧化锆作为电解质，通过氧化还原反应来测量空气中氧的浓度，从
而推算出流量。
氧化锆电解质通常被加热以保证反应的稳定性。
氧化锆式空气流量传感器的工作原理基于两个半电池，一个是参
考电极，一个是测量电极。
参考电极在供氧条件下，始终保持固定的
氧浓度。
测量电极则通过氧化还原反应来测量氧浓度。
这种电化学反
应主要发生在氧化锆电解质表面的双电层上。
当空气流过测量电极表面的时候，氧分子会被电解质表面的电子
氧化成氧离子。
然后，这些氧离子会通过电解质离开测量电极，也可
以从参考电极中反应麻烦的氧分子补充。
两个电极之间的电势差测量
并与参考电极的电势差相比较，从而得出空气流量。
总之，氧化锆式空气流量传感器依靠电化学反应来测量氧气浓度，进而推算出空气流量。
它的优点包括精度高、响应快、可靠性好等。
同时，它也有一些局限性，比如需要加热以保证反应的稳定性，不能
用于强氧化性和还原性气体中测量，以及氧化锆波动的排除等。
空气流量传感器全解课件
04
空气流量传感器的未来发 展与趋势
技术创新与改进
微型化设计
随着微电子和纳米技术的发展， 空气流量传感器的尺寸将进一步 缩小，提高集成度和空间利用率
。
高精度测量
采用更先进的材料和制造工艺，提 高传感器的测量精度和响应速度， 以满足更严格的排放标准和性能要 求。
智能化技术
结合人工智能、机器学习等技术， 实现空气流量传感器的自适应调整 、故障诊断和预测性维护等功能。
作用
为发动机控制系统提供精确的空气流量信号，帮助控制燃油喷射和点火时刻， 提高发动机的性能和燃油经济性。
工作原理简介
工作原理
空气流量传感器通过测量空气流过传感器的速度或质量来计算空气流 量。常见的空气流量传感器有热式、涡流式、超声波式等。
热式传感器
利用热电阻或热电偶的原理，将空气流量转化为电信号输出。
应用领域的拓展
新能源汽车
智能家居
随着新能源汽车市场的不断扩大，空 气流量传感器在电动汽车和混合动力 汽车中的应用将更加广泛。
在智能家居领域，空气流量传感器可 用于智能空调、空气净化器等设备中 ，实现室内空气质量的监测和控制。
工业自动化
在工业自动化领域，空气流量传感器 将应用于各种自动化设备和生产线上 ，提高生产效率和节能减排。
涡流式传感器
利用空气流过传感器的涡流效应，通过测量涡流产生的磁场变化来计 算空气流量。
超声波式传感器
利用超声波在空气中传播的速度与空气流速的关系，通过测量超声波 传播时间来计算空气流量。
分类与应用
分类
根据工作原理和应用场景，空气流量传感器可分为体积流量型和质量流量型两类 。体积流量型传感器主要测量空气的体积流量，如热线式、涡街式等；质量流量 型传感器主要测量空气的质量流量，如卡门涡街式、超声波式等。
空气流量传感器的测量原理
空气流量传感器的流量计量原理
空气流量传感器也可被称为涡街流量传感器，是用途极其广泛的一种流量计量传感器。
空气流量传感器的流量计量原理介绍如下：当管道中流体介质通过旋涡发生体(三角柱)时，由于局部流速加速而产生旋涡现象，此旋涡分成两列交替地出现，这种旋涡列被称为卡门涡街。
卡门涡街空气流量传感器的释放频率与三角柱宽度尺寸和流体的流动速度有关，而与介质的温度、压力等特性参数无关。
可用下式表示：f=StV/d
式中：f—卡门涡街无释放频率；St—斯特罗哈尔数；V—介质流速；d—三角柱的宽度；
斯特罗哈尔数是空气流量传感器的重要参数，它只与介质的雷诺数Re有关。
只要管道内介质的雷诺数保持在2×104至7×106范围内，斯特罗哈尔数St便保持为一个常数，这样，便可通过测量旋涡频率信号检测出流体介质的流速，再通过介质的流速计算出介质的流量。
空气流量传感器的功能特点介绍，空气流量传感器具有测量精度高，量程宽；测量介质广泛，空气流量传感器可测量液体、气体和蒸汽；工作温度高，介质温度可达350℃；运动部件，无磨损，可靠性高；空气流量传感器的表体采用不锈钢材料，美观、耐腐蚀。
空气流量传感器的种类繁多，其中的应力式涡街流量计是速度式流量计的一种，它以卡门涡街理论为基础，采用压电晶体检测流体通过管道内三角柱时所产生的旋涡频率，从而测量出流体的流量。
涡街流量计广泛应用于石油、化工、轻工、动力供热等行业。
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空气流量传感器原理
车用空气流量传感器（或称空气流量计）是用来直接或间接检测进入发动机气缸空气量大小，并将检测结果转变成电信号输入电子控制单元ECU。
电子控制汽油喷射发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气，必须正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为ECU计算(控制)喷油量的主要依据。
如果空气流量传感器或线路出现故障，ECU得不到正确的进气量信号，就不能正常地进行喷油量的控制，将造成混合气过浓或过稀，使发动机运转不正常。
电子控制汽油喷射系统的空气流量传感器有多种型式，目前常见的空气流量传感器按其结构型式可分为翼片(叶片)式、卡尔曼涡流式、热膜式等几种。
1、翼片式空气流量传感器
图9-9是翼片式空气流量计工作原理图，该空气流量传感器在主进气道内安装有一个可绕轴旋转的翼片。
在发动机工作时，空气经空气滤清器过滤清器过滤后进入空气流量传感器并推动翼片旋转，使其开启。
翼片开启角度由进气量产生的推力大小和安装在翼片轴上复位弹簧弹力的平衡情况决定。
当驾驶员操纵加速踏板来改变节气门开度时，进气量增大，进气气流对翼片的推力也增大，这时翼片开启的角度也增大。
在翼片轴上安装有一个与翼片同轴旋转的电位计，这样在电位计上滑片的电阻的变化转变成电压信号。
当空气量增大时，其端子VC和VS之间的电阻值减小，两端子之间输出的信号电压降低；当进气量减小时，进气气流对翼片的推力减小，推力克服弹簧弹力使翼片偏转的角度也减小，端子VC与VS之间的电阻值增大，使两端子间输
图9-9 翼片式空气流量计工作原理
出的信号电压升高。
ECU通过变化的信号电压控制发动机的喷油和点火时间。
2、卡曼涡旋式空气流量传感器
为了克服动片式空气流量传感器的缺点，即在保证测量精度的前提下，扩展测量范围、并且取消滑动触点，人们又开发出小型轻巧的空气流量传感器，即卡曼涡旋式空气流量传感器。
野外的架空电线被风吹时会嗡嗡发出声响，风速越高声音频率越高，这是因气流流过电线后形成涡旋所致，液体、气体等流体中均会发生这种现象，利用这一现象可以制成涡旋式流量传感器。
在管道里设置柱状物，使流体流过柱状物之后形成两列涡旋，根据涡旋出现的
频率就可以测量流量。
因为涡旋呈两列平行状，并且交替出现，与街道两旁的路灯类似，所以有“涡街”之称。
因为这种现象首先为卡曼发现，所以也称为卡曼涡街。
图9-10 卡曼涡街原理图
(a)卡曼涡街形成图 (b)涡流发生体 (c) f 与v 关系图
如图9-10 (a)所示在流动的流体中放入一个非流线形的对称形状的物体，则在其下游会出现很规律的卡曼涡街当涡街稳定时，涡街发生频率（单侧）和流速这间有如下关系：
（9-4）
式中 f 为频率；为流速； 为旋涡发生体宽度； 为无量纲数，在旋涡发生体形状确定后，在一定的雷诺数范围内为常数，称为斯特劳哈尔数。
由式（9-4）可知，流速与频率成正比，测出旋涡的发生频率，便可测得流量，利用这种原理制成的流量计称为旋涡流量计或涡街流量计。
例如运用光学、超声波可以检测流场内局部速度或压力的变化获得涡街频率，制成卡曼涡旋式空气流量传感器。
3、热式空气流量传感器
20世纪80年代后生产的日本日产公爵轿车和美国福特车系轿车多采用热式空气流量传感器。
热式空气流量传感器的主要元件是热线电阻，可分为热线式和热膜式两种类型，其结构和工作原理基本相同。
下面以热线式空气流量传感器为例进行阐述。
图9-11 热线式空气流量传感器工作原理图
热线式空气流量传感器的工作原理如图9-11所示。
安装在控制电路板上的精密电阻RA 和RB 与热线电阻RH 及和温度补偿电阻RK 组成惠斯登电桥电路。
当空气流经热线电阻RH 时，使热线温度降低，热线电阻值减小，则RA 分压增高，a 点电位升高,运算放大器A 的同相端电位也就升高，于是运算放大器的输出电压U0升高（即b 点的电压升高），这就使得桥体的电流增加；其作用一是补偿RH 的电流，使其不至于因空气流量增加造成温度过低，二是可使RA 的分压进一步升高，增加信号电压U0的值，增强了测量电路的灵敏度。
反之，过程与上述相反。
流经热线的空气量不同，热线的温度变化量不同，热线电阻的变化量也就不同。
控制电路将电阻RA 两端变化的电压输送给ECU ，便可计算出进气量。
r v f S d。