結(jié)構(gòu)型式　　電子控制汽油噴射系統(tǒng)的空氣流量傳感器有多種型式，目前常見的空氣流量傳感器按其結(jié)構(gòu)型式可分為葉片（翼板）式、量芯式、式、熱膜式、卡門渦旋式等幾種。

葉片式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理及檢測(cè)

　　傳統(tǒng)的波許L型汽油噴射系統(tǒng)及一些中檔車型采用這種葉片式空氣流量傳感器，如豐田CAMRY（佳美）小轎車、豐田PREVIA（大霸王）小客車、馬自達(dá)MPV多用途汽車等。其結(jié)構(gòu)如圖 1所示，由空氣流量計(jì)和電位計(jì)兩部分組成?？諝饬髁坑?jì)在進(jìn)氣通道內(nèi)有一個(gè)可繞軸擺動(dòng)的旋轉(zhuǎn)翼片（測(cè)量片），如圖 2所示，作用在軸上的卷簧可使測(cè)量片關(guān)閉進(jìn)氣通路。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，進(jìn)氣氣流經(jīng)過空氣流量計(jì)推動(dòng)測(cè)量片偏轉(zhuǎn)，使其開啟。測(cè)量片開啟角度的大小取決于進(jìn)氣氣流對(duì)測(cè)量片的推力與測(cè)量片軸上卷簧彈力的平衡狀況。進(jìn)氣量的大小由駕駛員操縱節(jié)氣門來改變。進(jìn)氣量愈大，氣流對(duì)測(cè)量片的推力愈大，測(cè)量片的開啟角度也就愈大。在測(cè)量片軸上連著一個(gè)電位計(jì)，如圖 3所示。電位計(jì)的滑動(dòng)臂與測(cè)量片同軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，把測(cè)量片開啟角度的變化（即進(jìn)氣量的變化）轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。電位計(jì)通過導(dǎo)線、連接器與ECU連接。ECU根據(jù)電位計(jì)電阻的變化量或作用在其上的電壓的變化量，測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量。

　　在葉片式空氣流量傳感器內(nèi)，通常還有一電動(dòng)汽油泵開關(guān)，如圖 5所示。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，測(cè)量片偏轉(zhuǎn)，該開關(guān)觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)汽油泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)；發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后，測(cè)量片在回轉(zhuǎn)至關(guān)閉位置的同時(shí)，使電動(dòng)汽油泵開關(guān)斷開。此時(shí)，即使點(diǎn)火開關(guān)處于開啟位置，電動(dòng)汽油泵也不工作。

　　流量傳感器內(nèi)還有一個(gè)進(jìn)氣溫度傳感器，用于測(cè)量進(jìn)氣溫度，為進(jìn)氣量作溫度補(bǔ)償。

　　葉片式空氣流量傳感器導(dǎo)線連接器一般有7個(gè)端子，如圖 5中的39、36、6、9、8、7、27。但也有將電位計(jì)內(nèi)部的電動(dòng)汽油泵控制觸點(diǎn)開關(guān)取消后，變?yōu)?個(gè)端子的。圖 6示出了日產(chǎn)和豐田車用葉片式空氣流量傳感器導(dǎo)線連接器端子的“標(biāo)記”。其端子“標(biāo)記”一般標(biāo)注在連接器的護(hù)套上。

超聲波流量計(jì)的工作原理　　

      超聲波流量計(jì)的基本原理及類型超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測(cè)出流體的流速，從而換算成流量。根據(jù)檢測(cè)的方式，可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關(guān)法等不同類型的超聲波流量計(jì)。起聲波流量計(jì)是近十幾年來隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開始應(yīng)用的一種

　　非接觸式儀表，適于測(cè)量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。它與水位計(jì)聯(lián)動(dòng)可進(jìn)行敞開水流的流量測(cè)量。使用超聲波流量比不用在流體中安裝測(cè)量元件故不會(huì)改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線運(yùn)行因而是一種理想的節(jié)能型流量計(jì)。

　　*，目前的工業(yè)流量測(cè)量普遍存在著大管徑、大流量測(cè)量困難的問題，這是因?yàn)橐话懔髁坑?jì)隨著測(cè)量管徑的增大會(huì)帶來制造和運(yùn)輸上的困難，造價(jià)提高、能損加大、安裝不僅這些缺點(diǎn)，超聲波流量計(jì)均可避免。因?yàn)楦黝惓暡髁坑?jì)均可管外安裝、非接觸測(cè)流，儀表造價(jià)基本上與被測(cè)管道口徑大小無關(guān)，而其它類型的流量計(jì)隨著口徑增加，造價(jià)大幅度增加，故口徑越大超聲波流量計(jì)比相同功能其它類型流量計(jì)的功能價(jià)格比越*。被認(rèn)為是較好的大管徑流量測(cè)量?jī)x表，多普勒法超聲波流量計(jì)可測(cè)雙相介質(zhì)的流量，故可用于下水道及排污水等臟污流的測(cè)量。在發(fā)電廠中，用便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量水輪機(jī)進(jìn)水量、汽輪機(jī)循環(huán)水量等大管徑流量，比過去的皮脫管流速計(jì)方便得多。超聲被流量計(jì)也可用于氣體測(cè)量。管徑的適用范圍從2cm到5m，從幾米寬的明渠、暗渠到500m寬的河流都可適用。

　　另外，超聲測(cè)量?jī)x表的流量測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎不受被測(cè)流體溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響，又可制成非接觸及便攜式測(cè)量?jī)x表，故可解決其它類型儀表所難以測(cè)量的強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測(cè)量問題。另外，鑒于非接觸測(cè)量特點(diǎn)，再配以合理的電子線路，一臺(tái)儀表可適應(yīng)多種管徑測(cè)量和多種流量范圍測(cè)量。超聲波流量計(jì)的適應(yīng)能力也是其它儀表不可比擬的。超聲波流量計(jì)具有上述一些優(yōu)點(diǎn)因此它越來越受到重視并且向產(chǎn)品系列化、通用化發(fā)展，現(xiàn)已制成不同聲道的標(biāo)準(zhǔn)型、高溫型、防爆型、濕式型儀表以適應(yīng)不同介質(zhì)，不同場(chǎng)合和不同管道條件的流量測(cè)量。

　　超聲波流量計(jì)目前所存在的缺點(diǎn)主要是可測(cè)流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測(cè)流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前我國(guó)只能用于測(cè)量200℃以下的流體。另外，超聲波流量計(jì)的測(cè)量線路比一般流量計(jì)復(fù)雜。這是因?yàn)?，一般工業(yè)計(jì)量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m/s左右，被測(cè)流體流速（流量）變化帶給聲速的變化量zui大也是10－3數(shù)量級(jí)．若要求測(cè)量流速的準(zhǔn)確度為1%，則對(duì)聲速的測(cè)量準(zhǔn)確度需為10-5～10-6數(shù)量級(jí)，因此必須有完善的測(cè)量線路才能實(shí)現(xiàn)，這也正是超聲波流量計(jì)只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前題下才能得到實(shí)際應(yīng)用的原因。

　　超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測(cè)流體中，接收器接收到的超聲波信號(hào)，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號(hào)供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算。這樣就實(shí)現(xiàn)了流量的檢測(cè)和顯示。

　　超聲波流量計(jì)常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應(yīng)，采用適出的發(fā)射電路把電能加到發(fā)射換能器的壓電元件上，使其產(chǎn)生超聲波振勸。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然后由接收換能器接收，并經(jīng)壓電元件變?yōu)殡娔?，以便檢測(cè)。發(fā)射換能器利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，而接收換能器則是利用壓電效應(yīng)。

　　超聲波流量計(jì)換能器的壓電元件常做成圓形薄片，沿厚度振動(dòng)。薄片直徑超過厚度的10倍，以保證振動(dòng)的方向性。壓電元件材料多采用鋯鈦酸鉛。為固定壓電元件，使超聲波以合適的角度射入到流體中，需把元件故人聲楔中，構(gòu)成換能器整體（又稱探頭）。聲楔的材料不僅要求強(qiáng)度高、耐老化，而且要求超聲波經(jīng)聲楔后能量損失小即透射系數(shù)接近1。常用的聲楔材料是有機(jī)玻璃，因?yàn)樗该鳎梢杂^察到聲楔中壓電元件的組裝情況。另外，某些橡膠、塑料及膠木也可作聲楔材料。

　　根據(jù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)的原理，目前超聲波流量計(jì)大致可分傳播速度差法（包括：直接時(shí)差法、時(shí)差法、相位差法、頻差法）波束偏移法、多普勒法、相關(guān)法、空間濾波法及噪聲法等類型，如圖所示。其中以噪聲法原理及結(jié)構(gòu)zui簡(jiǎn)單，便于測(cè)量和攜帶，價(jià)格便宜但準(zhǔn)確度較低，適于在流量測(cè)量準(zhǔn)確度要求不高的場(chǎng)合使用。由于直接時(shí)差法、時(shí)差法、頻差法和相位差法的基本原理都是通過測(cè)量超聲波脈沖順流和逆流傳報(bào)時(shí)速度之差來反映流體的流速的，故又統(tǒng)稱為傳播速度差法。其中頻差法和時(shí)差法克服了聲速隨流體溫度變化帶來的誤差，準(zhǔn)確度較高，所以被廣泛采用。按照換能器的配置方法不同，傳播速度差撥又分為：Z法（透過法）、V法（反射法）、X法（交叉法）等。波束偏移法是利用超聲波束在流體中的傳播方向隨流體流速變化而產(chǎn)生偏移來反映流體流速的，低流速時(shí)，靈敏度很低適用性不大．多普勒法是利用聲學(xué)多普勒原理，通過測(cè)量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普

　　勒頻移來確定流體流量的，適用于含懸浮顆粒、氣泡等流體流量測(cè)量。相關(guān)法是利用相關(guān)技術(shù)測(cè)量流量，原理上，此法的測(cè)量準(zhǔn)確度與流體中的聲速無關(guān)，因而與流體溫度，濃度等無關(guān)，因而測(cè)量準(zhǔn)確度高，適用范圍廣。但相關(guān)器價(jià)格貴，線路比較復(fù)雜。在微處理機(jī)普及應(yīng)用后，這個(gè)缺點(diǎn)可以克服。噪聲法（聽音法）是利用管道內(nèi)流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪聲與流體的流速有關(guān)的原理，通過檢測(cè)噪聲表示流速或流量值。其方法簡(jiǎn)單，設(shè)備價(jià)格便宜，但準(zhǔn)確度低。

　　以上幾種方法各有特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)被測(cè)流體性質(zhì)．流速分布情況、管路安裝地點(diǎn)以及對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的要求等因素進(jìn)行選擇。一般說來由于工業(yè)生產(chǎn)中工質(zhì)的溫度常不能保持恒定，故多采用頻差法及時(shí)差法。只有在管徑很大時(shí)才采用直接時(shí)差法。對(duì)換能器安裝方法的選擇原則一般是：當(dāng)流體沿管軸平行流動(dòng)時(shí)，選用Z法；當(dāng)流動(dòng)方向與管鈾不平行或管路安裝地點(diǎn)使換能器安裝間隔受到限制時(shí)，采用V法或X法。當(dāng)流場(chǎng)分布不均勻而表前直管段又較短時(shí)，也可采用多聲道（例如雙聲道或四聲道）來克服流速擾動(dòng)帶來的流量測(cè)量誤差。多普勒法適于測(cè)量?jī)上嗔?，可避免常?guī)儀表由懸浮?；驓馀菰斐傻亩氯⒛p、附著而不能運(yùn)行的弊病，因而得以迅速發(fā)展。隨著工業(yè)的發(fā)展及節(jié)能工作的開展，煤油混合（COM）、煤水泥合（CWM）燃料的輸送和應(yīng)用以及燃料油加水助燃等節(jié)能方法的發(fā)展，都為多普勒超聲波流量計(jì)應(yīng)用開辟?gòu)V闊前景。

　　渦街流量傳感器主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量，如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。其特點(diǎn)是壓力損失小，量程范圍大，精度高，在測(cè)量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動(dòng)機(jī)械零件，因此可靠性高，維護(hù)量小。儀表參數(shù)能長(zhǎng)期穩(wěn)定。渦街流量傳感器采用壓電應(yīng)力式傳感器,可靠性高，可在-20℃～+250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),也有數(shù)字脈沖信號(hào)輸出，容易與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用，是一種比較*、理想的測(cè)量?jī)x器。

　　渦街流量傳感器是基于卡門渦街原理研制出來的。在流體中設(shè)置三角柱型旋渦發(fā)生體，則從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡門旋渦。

　　設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測(cè)介質(zhì)平均流速為 ，旋渦發(fā)生體迎流面寬度為d，表體通徑為D，即可得到以下關(guān)系式：

　　f=SrU1/d=SrU/md （1）

　　式中　U1--旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速，m/s；

　　Sr--斯特勞哈爾數(shù)；

　　m--旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比

　　管道內(nèi)體積流量qv為 qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr （2）

　　K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1 （3）

　　式中 K--流量計(jì)的儀表系數(shù)，脈沖數(shù)/m3（P/m3）。

　　由上式可以看出流量傳感器的輸出頻率只于旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸等有關(guān)。

卡門渦旋式

　　卡門渦旋式空氣流量傳感器的檢查

結(jié)構(gòu)工作原理

　　卡門渦旋式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖 11所示。在進(jìn)氣管道正中間設(shè)有*線形或三角形的渦流發(fā)生器，當(dāng)空氣流經(jīng)該渦流發(fā)生器時(shí)，在其后部的氣流中會(huì)不斷產(chǎn)生一列不對(duì)稱卻十分規(guī)則的被稱為卡門渦流的空氣渦流。根據(jù)卡門渦流理論，這個(gè)旋渦行列是紊亂地依次沿氣流流動(dòng)方向移動(dòng)，其移動(dòng)的速度與空氣流速成正比，即在單位時(shí)間內(nèi)通過渦流發(fā)生器后方某點(diǎn)的旋渦數(shù)量與空氣流速成正比。因此，通過測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)渦流的數(shù)量就可計(jì)算出空氣流速和流量。

　　測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)旋渦數(shù)量的方法有反光鏡檢出式和超聲波檢出式兩種。反光鏡檢出式卡門渦旋流量傳感器，其內(nèi)有一只發(fā)光二極管和一只光敏三極管。發(fā)光二極管發(fā)出的光束被一片反光鏡反射到光敏三極管上，使光敏三極管導(dǎo)通。反光鏡安裝在一個(gè)很薄的金屬簧片上。金屬簧片在進(jìn)氣氣流旋渦的壓力作用下產(chǎn)生振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的旋渦數(shù)量相同。由于反光鏡隨簧片一同振動(dòng)，因此被反射的光束也以相同的頻率變化，致使光敏三極管也隨光束以同樣的頻率導(dǎo)通、截止。ECU根據(jù)光敏三極管導(dǎo)通、截止的頻率即可計(jì)算出進(jìn)氣量（圖 11）。凌志LS400小轎車即用了這種型式的卡門渦旋式空氣流量傳感器。

　　超聲波檢出式卡門渦旋式空氣流量傳感器。在其后半部的兩側(cè)有一個(gè)超聲波發(fā)射器和一個(gè)超聲波接收器。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，超聲波發(fā)射器不斷地向超聲波接收器發(fā)出一定頻率的超聲波。當(dāng)超聲波通過進(jìn)氣氣流到達(dá)接收器時(shí)，由于受氣流中旋渦的影響，使超聲波的相位發(fā)生變化。ECU根據(jù)接收器測(cè)出的相應(yīng)變化的頻率，計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的旋渦的數(shù)量，從而求得空氣流速和流量，然后根據(jù)該信號(hào)確定基準(zhǔn)空氣量和基準(zhǔn)點(diǎn)火提前角。