專利名稱：帶自檢的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輛的空氣流量測(cè)量裝置及方法，尤其是涉及一種能自動(dòng)檢測(cè)并顯示的帶自檢的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量裝置及方法。
背景技術(shù)：
熱式氣體質(zhì)量流量測(cè)量是利用傳熱原理，即流動(dòng)中的流體與熱源流體中加熱的物體或測(cè)量管外加熱體之間熱量交換關(guān)系來(lái)測(cè)量流量的技術(shù)。
傳統(tǒng)測(cè)熱式原理中，通常采用熱流體傳感器包括加熱器和溫度傳感器兩部分，在加熱絲上下游對(duì)稱分布一對(duì)或數(shù)對(duì)鉑質(zhì)溫度敏感絲，且為了提高單元器件之間的隔熱性，加熱絲與溫度敏感絲之間采用微橋式懸空結(jié)構(gòu)。
流量計(jì)用來(lái)測(cè)量機(jī)動(dòng)車吸入空氣流量，進(jìn)而用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)確定燃燒條件、控制空然比、起動(dòng)和點(diǎn)火等，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)則根據(jù)空氣流量計(jì)測(cè)出的進(jìn)氣量及當(dāng)時(shí)的引擎轉(zhuǎn)速來(lái)和預(yù)先設(shè)定的供油程序比較后，算出所需的供油量和相對(duì)的噴射時(shí)間，通常這種空氣流量計(jì)有一組不帶外套的熱線，懸掛在內(nèi)燃機(jī)吸入氣流經(jīng)過(guò)的旁路之中，以測(cè)量空氣流量。雖然不帶外套的熱線具有響應(yīng)速度高的優(yōu)點(diǎn)，但有缺陷，因?yàn)榭諝馀月分械哪婊?，容易使它們受到損壞。
為了克服這一缺陷，已提出過(guò)幾種方案，例如日本專利公布號(hào)16259/82中所述，采用一種具有文氏管的熱線式空氣流量計(jì)，文氏管裝在內(nèi)燃機(jī)吸入氣流經(jīng)過(guò)的主氣道的，旁路與主氣道相通，使得通過(guò)住氣道的一部分空氣能分流，利用文氏管主氣道上流部分與靠近文氏管最窄部位的主氣道之間壓力差，使經(jīng)過(guò)的氣流形成一股旁流。此外，還有一個(gè)裝在旁路內(nèi)的熱線式空氣流量傳感器，來(lái)監(jiān)測(cè)旁路氣流，根據(jù)空氣流量傳感器獲得的流速，確定吸入內(nèi)燃室全部空氣的流量。采用有旁路的熱線式空氣流量計(jì)有一個(gè)問(wèn)題當(dāng)被測(cè)氣流為脈動(dòng)流時(shí)，熱線的響應(yīng)延遲，使測(cè)得結(jié)果小于實(shí)際平均空氣流量。
為了解決這一問(wèn)題，日本專利公布號(hào)135916/83中曾提出一個(gè)方案，使得旁路中進(jìn)氣口與出氣口之間的距離，與測(cè)量主氣道軸向距離得到的距離相比，有所增加，以補(bǔ)償測(cè)量中的誤差。在這種熱線式空氣流量計(jì)中，進(jìn)入空氣流量計(jì)的氣流在旁路的進(jìn)氣口或聯(lián)接口分成兩股，有一股氣流繼續(xù)通過(guò)主氣道，另一股氣流通過(guò)旁路，最后這兩股氣流在旁路的出氣口或匯流口相匯合，流出空氣流量計(jì)。但是，這種熱線式空氣流量計(jì)也存在缺點(diǎn)。當(dāng)空氣流量計(jì)的管壁受熱時(shí)經(jīng)過(guò)旁路的空氣流量將小于經(jīng)過(guò)主氣道的空氣流量，從而使旁路中的空氣溫度高于主氣道中的空氣溫度。其結(jié)果是，旁路中的空氣膨脹，旁路對(duì)氣流的阻力增加，最后使經(jīng)過(guò)旁路的空氣流量小于經(jīng)過(guò)主氣道的空氣流量。因此，上述結(jié)構(gòu)的熱線式空氣流量計(jì)有這樣一個(gè)缺陷空氣流量計(jì)通道壁的冷熱使空氣流量計(jì)測(cè)得的空氣流量的數(shù)值精度降低。
為克服上述原來(lái)設(shè)計(jì)的缺陷，發(fā)明專利公布號(hào)CN 85 1 06537A提出的空氣流量計(jì)有一支裝在主氣道內(nèi)的空氣流量測(cè)定管，此空氣流量測(cè)定管有一個(gè)進(jìn)氣口與出氣口，用作旁路；此外，還有一個(gè)裝在空氣流量測(cè)定管內(nèi)的熱線或空氣流量傳感器，這個(gè)空氣流量傳感器實(shí)際上裝在主氣道斷面的中心部分，用以檢測(cè)經(jīng)過(guò)旁路的空氣流速。這樣，就有可能使經(jīng)過(guò)旁路的空氣流量與經(jīng)過(guò)主氣道的空氣流量之比值實(shí)際上保持不變，不論吸氣管是否受熱，消除了發(fā)生測(cè)量誤差的危險(xiǎn)。
根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)及使用情況，還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)傳感器測(cè)量精度下降時(shí)的有效自檢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法在傳感器測(cè)量空氣流量前進(jìn)行有效自檢的不足，提供一種通過(guò)對(duì)比檢測(cè)零點(diǎn)位置的帶自檢的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量裝置及方法。
本發(fā)明還解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于傳感器被污染或是有異物附著在傳感器上而導(dǎo)致傳感器采集的數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差或數(shù)據(jù)無(wú)法處理的不足，提供一種能有效解決傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，無(wú)需考慮是否傳感器被污染而導(dǎo)致問(wèn)題的帶自檢的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量裝置及方法。
本發(fā)明還解決了現(xiàn)有技術(shù)對(duì)空氣流通造成阻礙降低流速，可能產(chǎn)生紊流的問(wèn)題，提供一種有效解決紊流，減小空氣流通的阻力的帶自檢的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量裝置及方法。
本發(fā)明的再一目的解決了現(xiàn)有技術(shù)中熱絲式測(cè)量在低速測(cè)量中，測(cè)量性能不穩(wěn)定的不足，提供一種采用熱分布原理、測(cè)量穩(wěn)定的帶自檢的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量裝置及方法。
本發(fā)明還解決了現(xiàn)有技術(shù)中制造不方便，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，生產(chǎn)成本及維護(hù)成本較低的帶自檢的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量裝置及方法。
本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的一種帶自檢的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量裝置及方法，該測(cè)量裝置設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣主管道中，裝置內(nèi)部設(shè)有傳感器，其特征是所述的傳感器由若干個(gè)加溫元件和若干個(gè)電熱堆元件排列而成；傳感器與內(nèi)燃機(jī)控制系統(tǒng)和車載微處理器控制單元(簡(jiǎn)稱MCU)之間連接有測(cè)量和自檢電路，所述的測(cè)量和自檢電路帶獨(dú)立的中央處理器，中央處理器上設(shè)有信號(hào)輸入裝置、信號(hào)輸出裝置和自檢顯示裝置。當(dāng)氣體流過(guò)時(shí)，沿氣體流動(dòng)方向位于加溫元件上游的電熱堆元件的溫度變化隨流量的變大而增大，在上游陣列分布的N個(gè)電熱堆分別測(cè)定氣體流動(dòng)通過(guò)其所在區(qū)域表面所產(chǎn)生的溫度變化并且把溫度分布變化轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，N個(gè)電熱堆產(chǎn)生的電壓信號(hào)串聯(lián)后綜合輸出和氣體流量為單值非線性曲線關(guān)系的電壓信號(hào)，測(cè)量空氣流量；如果MCU允許，自檢顯示裝置可以設(shè)置在汽車儀表盤上，如果不允許則可以自行在合適的位置設(shè)置自檢顯示裝置，裝置的形式可以采用多種形式，如屏幕字幕顯示或與車輛水溫表顯示方式相同的標(biāo)注顯示或直接就是采用信號(hào)燈顯示。
作為優(yōu)選，所述的傳感器為基于熱分布測(cè)量原理采用微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)(簡(jiǎn)稱MEMS)制造的全硅集成微結(jié)構(gòu)器件，其中，設(shè)置在島形單晶硅一側(cè)的加溫元件為電熱絲，設(shè)置在另一側(cè)與電熱絲平行的為電熱堆，在電熱絲和電熱堆的兩端各設(shè)有一個(gè)觸角。只在一側(cè)設(shè)置電熱堆，在溫度變化時(shí)只需測(cè)量一側(cè)的溫度變化模擬信號(hào)，在后續(xù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換和信號(hào)差動(dòng)運(yùn)算及比較運(yùn)算時(shí)，只需運(yùn)算少量的數(shù)據(jù)，出錯(cuò)幾率小，電路簡(jiǎn)單，運(yùn)算的速度提高；MEMS技術(shù)的最大特點(diǎn)是通過(guò)將器件或系統(tǒng)的尺度微型化來(lái)提高其靈敏度與頻響特性，并大幅度降低器件質(zhì)量與慣量，實(shí)現(xiàn)大批量低成本制造，將MEMS工藝引入到熱式流量傳感器的設(shè)計(jì)中，可以輕易實(shí)現(xiàn)溫度敏感器件的微型化并精確控制電熱絲與電熱堆之間的微米級(jí)間距，與此同時(shí)，MEMS器件的微型化特征可大幅度降低芯片的熱慣性，實(shí)現(xiàn)低功耗、高頻響要求。
或者采用另一種方案，所述的傳感器為基于熱分布測(cè)量原理采用MEMS制造的全硅集成微結(jié)構(gòu)器件，其中，設(shè)置在島形單晶硅中間的加溫元件為電熱絲，電熱堆設(shè)置在加溫元件的兩側(cè)并與電熱絲平行，在電熱絲和電熱堆的兩端各設(shè)有一個(gè)觸角。采用對(duì)稱布置電熱堆，在空氣流量為零時(shí)傳感器測(cè)得的零點(diǎn)數(shù)據(jù)信號(hào)，通過(guò)兩側(cè)電熱堆的電壓信號(hào)絕對(duì)值的和運(yùn)算與原始零點(diǎn)數(shù)據(jù)比較，測(cè)量空氣流量時(shí)可以提高流量測(cè)量范圍。
其中，所述的測(cè)量裝置為呈圓柱形的直通連接體，連接體上設(shè)有端部帶接頭的插盤，設(shè)置在插盤上的傳感器直接裸露在空氣通道中。直通的目的是使空氣流通順暢，不會(huì)產(chǎn)生紊流的現(xiàn)象，傳感器放置在通道上可以第一時(shí)間作出反應(yīng)，減少響應(yīng)時(shí)間，提高響應(yīng)精度，而且直通結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，成本低；傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理需通過(guò)傳輸線傳遞到MCU和發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，在插盤的端部設(shè)置街頭，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用和維護(hù)方便。
作為優(yōu)選，所述的連接體中間設(shè)有滑道，插盤呈長(zhǎng)條形，中間設(shè)有與連接體同軸的通孔?；澜Y(jié)構(gòu)可以方便傳感器因失靈或損壞及時(shí)更換；通孔與連接體同軸不會(huì)擾亂空氣的流動(dòng)，傳感器在測(cè)量時(shí)測(cè)得的數(shù)據(jù)與實(shí)際相符，滯后時(shí)間短；與連接體同軸的通孔使空氣流通順暢。
所述的插盤上設(shè)有與傳感器相連的測(cè)量和自檢電路的線路板。測(cè)量和自檢電路與傳感器距離短，減小了信號(hào)在電路中傳輸?shù)乃p。
其中，所述的測(cè)量和自檢電路包括與傳感器連接的電熱堆信號(hào)運(yùn)算處理模塊，內(nèi)部設(shè)有信號(hào)運(yùn)算電路和信號(hào)預(yù)處理放大電路；處理后的電熱堆信號(hào)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換連接到中央處理器(E)。傳感器在空氣流量為零時(shí)測(cè)得的零點(diǎn)數(shù)據(jù)與有空氣流量時(shí)的流量數(shù)據(jù)無(wú)法直接進(jìn)行比較，首先需通過(guò)處理才能在獨(dú)立的中央處理器中分別與輸入的零點(diǎn)數(shù)據(jù)和標(biāo)定曲線數(shù)據(jù)比較。
采用第一種傳感器結(jié)構(gòu)，其中，所述的傳感器上連有恒功率源，傳感器設(shè)置在插盤中間的孔壁上，呈電熱堆遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門，電熱絲靠近發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門布置?？諝鈴碾姛岫淹姛峤z吹進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，電熱堆靠近電熱絲的那邊溫度高于遠(yuǎn)離電熱絲的那邊，電熱堆的兩邊會(huì)產(chǎn)生溫差，通過(guò)溫差的變化獲得電壓的變化，從而測(cè)量出空氣流量；傳感器上設(shè)置恒功率源保證了傳感器工作的穩(wěn)定性。
所述的方法包括下列步驟a.初始設(shè)置時(shí)給獨(dú)立的中央處理器提供一個(gè)原始零點(diǎn)數(shù)據(jù)和電壓信號(hào)與氣體流量對(duì)比關(guān)系的標(biāo)定曲線；b.當(dāng)MCU顯示發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣主管道空氣流量為零時(shí)，傳感器檢測(cè)零點(diǎn)數(shù)據(jù)；c.電路獨(dú)立的中央處理器比較測(cè)得的零點(diǎn)數(shù)據(jù)與原始零點(diǎn)數(shù)據(jù)，得出變化是否在允許的范圍內(nèi)；d.若是變化超出了允許的范圍在顯示裝置上顯示變化超出范圍需更換傳感器；e.若是變化在允許的范圍內(nèi)，通過(guò)獨(dú)立中央處理器實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)校正；f.當(dāng)氣體流過(guò)傳感器時(shí)，電熱堆所在區(qū)域溫度分布產(chǎn)生變化；g.傳感器測(cè)量電熱堆溫度的變化而引起的電壓的變化，形成電壓與空氣流量對(duì)比關(guān)系；h.通過(guò)運(yùn)算和流動(dòng)氣流流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系測(cè)量出流經(jīng)傳感器的氣流流量。
其中，所述的信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算及信號(hào)放大，并通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)在獨(dú)立的中央處理器中與原始數(shù)據(jù)對(duì)比并通過(guò)對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算處理。
在上游陣列分布的N個(gè)電熱堆分別測(cè)定氣體流動(dòng)通過(guò)其所在區(qū)域表面所產(chǎn)生的溫度變化，輸出加溫元件上游的溫度變化產(chǎn)生的的電壓信號(hào)，測(cè)量空氣流量，電壓信號(hào)輸出和氣體流量為單值非線性曲線關(guān)系，可用以下數(shù)學(xué)模型描述，對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的一維熱式流體傳感器，加熱絲的溫度可表述為
Th=PkFwh(lhδ+vδ24α2+4k)---(1)]]>式中Th—加熱絲溫度P—加熱功率kF—流體熱導(dǎo)率wh—加熱絲寬度lh—加熱絲長(zhǎng)度δ—熱邊界層v—平均流速α—流體熱擴(kuò)散率其中k可表述為k=12+ksitdkFδ---(2)]]>式中ksi—襯底材料熱導(dǎo)率td—橫膈膜厚度則上游電熱堆冷端和熱端之間的溫度差表述為ΔTup＝Th[exp(γ1lu1)-exp(γ1lu2)](3)γ1=v-v2+16α2k/δ24αk---(4)]]>式中l(wèi)u1—加熱絲到上游電熱堆冷端的距離lu2—加熱絲到上游電熱堆熱端的距離加溫元件上游的溫度變化產(chǎn)生的總信號(hào)可表示為ΔT=Σi=1,NΔTup(i)---(7)]]>從上式可以得出，如果傳感器表面受到污染時(shí)，以下參數(shù)發(fā)生變化δ—熱邊界層α—流體熱擴(kuò)散率所以，氣體流速為靜止時(shí)的零點(diǎn)電壓信號(hào)和原始零點(diǎn)數(shù)據(jù)相比會(huì)有漂移。
如果傳感器內(nèi)部微結(jié)構(gòu)器件被損傷，無(wú)論是加溫元件或者是陣列分布N個(gè)位置不同的電熱堆元件中任何一個(gè)或多個(gè)異常，同樣會(huì)出現(xiàn)氣體流速為靜止時(shí)的零點(diǎn)電壓信號(hào)和原始零點(diǎn)數(shù)據(jù)相比會(huì)有漂移。從而，能夠有效地通過(guò)監(jiān)測(cè)傳感器零點(diǎn)電壓信號(hào)漂移來(lái)自檢查所述微結(jié)構(gòu)熱分布式空氣流量傳感器是否因?yàn)榭諝怆s質(zhì)沖擊導(dǎo)致微結(jié)構(gòu)元件異常，或者因?yàn)榭諝庥托猿煞謱?dǎo)致流量傳感器表面污染，以便及時(shí)給出調(diào)整或更換維護(hù)汽車內(nèi)空氣流量測(cè)量部件的提示。
因此，本發(fā)明的有益效果是連接體中間的通道設(shè)置成通孔，減少了空氣流動(dòng)時(shí)的阻力和繞流，制造簡(jiǎn)單，成本低，自檢電路使傳感器在使用中不會(huì)因?yàn)槭軅鞲衅鞅砻娴奈廴径a(chǎn)生誤差，保證了傳感器的準(zhǔn)確度，而且可以通過(guò)顯示裝置知道傳感器的工作情況，傳感器是否超出了允許范圍需要更換，采用熱分布原理測(cè)量，改善了熱絲式測(cè)量的低速不穩(wěn)定性，依靠MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)器件使得空氣流量測(cè)量范圍和響應(yīng)速度明顯提高，具備通過(guò)零點(diǎn)電壓信號(hào)漂移來(lái)自檢的特性，從而能夠進(jìn)行空氣流量的測(cè)量。


附圖1是本發(fā)明的一種使用狀態(tài)圖；附圖2是本發(fā)明的一種傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；附圖3是本發(fā)明的一種電熱堆信號(hào)運(yùn)算處理模塊的原理示意圖；附圖4是本發(fā)明的一種測(cè)量裝置的剖視圖；附圖5是本發(fā)明的一種測(cè)量裝置的俯視圖；附圖6是本發(fā)明的一種電壓信號(hào)輸出和氣體流量的典型曲線圖；附圖7是本發(fā)明的一種傳感器測(cè)量原理圖；圖中1、內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣主管道，2、傳感器，3、測(cè)量裝置，4、測(cè)量和自檢電路，5、電熱堆，6、島形單晶硅，7、電熱絲，8、觸角，9、電熱堆輸出，10、輸入，11、連接體，12、線路板，13、接頭，14、工業(yè)陶瓷基片，15、插盤，B、恒功率源，C、運(yùn)算處理模塊，D、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，E、中央處理器，G、、顯示裝置，I、輸入裝置，O、輸出裝置，X、變化曲線，Y、原始曲線，U、電壓輸出信號(hào)，L、空氣流量。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。
實(shí)施例1在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣主管道中設(shè)有測(cè)量裝置3，裝置上設(shè)有傳感器2，傳感器與恒功率源B相連，傳感器的輸出端與測(cè)量和自檢電路4相連，測(cè)量和自檢電路上包括處理傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理模塊C，處理模塊經(jīng)過(guò)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊D與中央處理器E相連，中央處理器上連有輸出裝置O與顯示裝置G，中央處理器還連有輸入裝置I，運(yùn)算電路處理傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)后通過(guò)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換傳輸?shù)街醒胩幚砥?，與輸入裝置輸入的數(shù)據(jù)相比較在相應(yīng)的輸出裝置或顯示裝置輸出(參見(jiàn)附圖1)；所述的傳感器為島形單晶硅6上設(shè)置相應(yīng)的加溫元件和電熱堆5，所述的加溫元件為電熱絲7，電熱絲設(shè)置在島形單晶硅的一側(cè)，電熱堆設(shè)置在另一側(cè)與電熱絲平行，電熱絲和電熱堆的兩端分別設(shè)有連接觸角8，傳感器整體為采用微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)的微結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)附圖2)；測(cè)量裝置為呈圓柱形的直通連接體11，連接體中間設(shè)有滑道，滑道上設(shè)有端部帶接頭13的插盤15，插盤與連接體之間設(shè)有密封裝置保證管道的密封，插盤呈長(zhǎng)條形，設(shè)置在插盤上的傳感器固定在工業(yè)陶瓷基片14上，直接裸露在空氣通道中，插盤的中間設(shè)有與連接體同軸的通孔，工業(yè)陶瓷基片設(shè)置在通孔的壁上，傳感器按照電熱絲端朝向發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門，電熱堆遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門布置(參見(jiàn)附圖4附圖5)；帶自檢的發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量方法a.初始設(shè)置時(shí)給獨(dú)立的中央處理器提供一個(gè)原始零點(diǎn)數(shù)據(jù)和電壓信號(hào)與氣體流量對(duì)比關(guān)系的曲線信號(hào)；通過(guò)輸入裝置I輸入10；b.當(dāng)MCU顯示發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣主管道空氣流量為零時(shí)，傳感器測(cè)得零點(diǎn)數(shù)據(jù)；c.電路獨(dú)立的中央處理器比較測(cè)得的電熱堆輸出9數(shù)據(jù)與原始零點(diǎn)數(shù)據(jù)，得出變化是否在允許的范圍內(nèi)；d.若是變化超出了允許的范圍在顯示裝置上顯示變化超出范圍需更換傳感器；e.若是變化在允許的范圍內(nèi)，通過(guò)獨(dú)立的中央處理器實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)校正；f.當(dāng)氣體流過(guò)傳感器時(shí)，電熱堆所在區(qū)域溫度分布產(chǎn)生變化，溫度的變化曲線X在有空氣通過(guò)時(shí)，與原始曲線Y相比較零點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生漂移(參見(jiàn)附圖7)；g.傳感器測(cè)量因電熱堆溫度的變化而引起的電壓的變化；h.通過(guò)運(yùn)算和流動(dòng)氣流流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系測(cè)量出流經(jīng)傳感器的氣流流量，電壓輸出信號(hào)U會(huì)隨空氣流量L的增大而減小(參見(jiàn)附圖3附圖6)。
實(shí)施例2所述的傳感器為采用微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)的微結(jié)構(gòu)，島形單晶硅中間設(shè)有加溫元件電熱絲7，電熱堆5布置在電熱絲的兩側(cè)并與電熱絲平行，由于兩側(cè)布置電熱堆，為得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，在所述的運(yùn)算電路中增加絕對(duì)值和的運(yùn)算電路，通過(guò)測(cè)得的和值與輸入的零點(diǎn)和值相比較，得出零點(diǎn)的漂移，從而實(shí)現(xiàn)自檢并在顯示裝置上顯示；其他與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
1.一種帶自檢的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣主管道中，裝置內(nèi)部設(shè)有傳感器，其特征是所述的傳感器由若干個(gè)加溫元件和若干個(gè)電熱堆元件排列而成；傳感器與內(nèi)燃機(jī)控制系統(tǒng)和車載單片機(jī)之間連接有測(cè)量和自檢電路(4)，所述的測(cè)量和自檢電路帶獨(dú)立的中央處理器(E)，中央處理器上設(shè)有信號(hào)輸入裝置(I)、信號(hào)輸出裝置(O)和自檢顯示裝置(G)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶自檢的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量裝置，其特征在于所述的傳感器為基于熱分布測(cè)量原理采用微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)制造的全硅集成微結(jié)構(gòu)器件，其中，設(shè)置在島形單晶硅(6)一側(cè)的加溫元件為電熱絲(7)，設(shè)置在另一側(cè)與電熱絲平行的為電熱堆(5)，在電熱絲和電熱堆的兩端各設(shè)有一個(gè)觸角(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶自檢的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量裝置，其特征在于所述的傳感器為基于熱分布測(cè)量原理采用微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)制造的全硅集成微結(jié)構(gòu)器件，其中，設(shè)置在島形單晶硅中間的加溫元件為電熱絲，電熱堆設(shè)置在加溫元件的兩側(cè)并與電熱絲平行，在電熱絲和電熱堆的兩端各設(shè)有一個(gè)觸角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶自檢的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量裝置，其特征在于所述的測(cè)量裝置為呈圓柱形的直通連接體(11)，連接體上設(shè)有端部帶接頭(13)的插盤(15)，設(shè)置在插盤上的傳感器(2)直接裸露在空氣通道中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶自檢的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量裝置，其特征在于所述的連接體中間設(shè)有滑道，插盤呈長(zhǎng)條形，中間設(shè)有與連接體同軸的通孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶自檢的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量裝置，其特征在于所述的插盤上設(shè)有與傳感器相連的測(cè)量和自檢電路的線路板(12)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶自檢的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量裝置，其特征在于所述的測(cè)量和自檢電路包括與傳感器連接的電熱堆信號(hào)運(yùn)算處理模塊(C)，內(nèi)部設(shè)有信號(hào)運(yùn)算電路和信號(hào)預(yù)處理放大電路；處理后的電熱堆信號(hào)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換連接到中央處理器(E)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或5或6或7所述的帶自檢的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量裝置，其特征在于所述的傳感器上連有恒功率源，傳感器設(shè)置在插盤中間的通孔壁上，呈電熱堆遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門，電熱絲靠近發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門布置。
9.一種帶自檢的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量方法，其特征在于所述的方法包括下列步驟a.初始設(shè)置時(shí)給獨(dú)立的中央處理器提供一個(gè)原始零點(diǎn)數(shù)據(jù)和電壓信號(hào)與氣體流量對(duì)比關(guān)系的標(biāo)定曲線；b.當(dāng)MCU顯示發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣主管道空氣流量為零時(shí)，傳感器測(cè)得零點(diǎn)數(shù)據(jù)；c.電路獨(dú)立的中央處理器比較測(cè)得的零點(diǎn)數(shù)據(jù)與原始零點(diǎn)數(shù)據(jù)，得出變化是否在允許的范圍內(nèi)；d.若是變化超出了允許的范圍在顯示裝置上顯示變化超出范圍需更換傳感器；e.若是變化在允許的范圍內(nèi)，通過(guò)獨(dú)立中央處理器實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)校正；f.當(dāng)氣體流過(guò)傳感器時(shí)，電熱堆所在區(qū)域溫度分布產(chǎn)生變化；g.傳感器測(cè)量電熱堆溫度的變化而引起的電壓的變化，形成電壓與空氣流量對(duì)比關(guān)系；h.通過(guò)運(yùn)算和流動(dòng)氣流流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系測(cè)量出流經(jīng)傳感器的氣流流量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的帶自檢的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量方法，其特征在于所述的信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算及信號(hào)放大，并通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)在獨(dú)立的中央處理器中與原始數(shù)據(jù)對(duì)比并通過(guò)對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶自檢的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量測(cè)量裝置及方法，包括設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣主管道中的測(cè)量裝置與測(cè)量和自檢電路，測(cè)量裝置呈直通連接體形狀，傳感器固定在工業(yè)陶瓷基片上設(shè)置在插片的通孔壁上，裸露在空氣中，測(cè)量和自檢電路包括獨(dú)立的中央處理器和設(shè)置其上的輸入裝置、顯示裝置和輸出裝置及與傳感器相連的運(yùn)算處理模塊；通過(guò)測(cè)量的零點(diǎn)數(shù)據(jù)與輸入的零點(diǎn)數(shù)據(jù)相比得出零點(diǎn)的漂移并修正，測(cè)量空氣流動(dòng)時(shí)電壓的變化，再通過(guò)運(yùn)算與電壓信號(hào)輸出和氣體流量關(guān)系得出空氣的流量。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，制造成本與維護(hù)成本低，采用微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)提高測(cè)量精度，縮短響應(yīng)時(shí)間，大幅降低芯片的熱慣性。
文檔編號(hào)G01F1/68GK1944990SQ20061005331
公開(kāi)日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月8日
發(fā)明者毛巨林 申請(qǐng)人:杭州中矽微電子機(jī)械技術(shù)有限公司