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当流量传感器LMM在汽车电子中的应用

发布时间:2021-09-11 12:37:58 阅读: 来源:砂浆泵厂家

流量传感器LMM在汽车电子中的应用

---随着我国经济建设步伐的加快,汽车开始越来越多的进入现代家庭,汽车电子也因此受到更多的重视。近些年来,国内外众多企业和学术科研机构投入了大量的人力物力,研究和开发新的汽车电子技术,并在某些领域取得了许多突破性的进展。

---传感器技术作为现代工业控制四大支柱产业,在汽车电子的设计研究中占有突出的地位,传感器已成为汽车控制系统中的一个重要组成部分。通常一辆现代化的汽车,装备的传感器数可多达50~60个,而国外有些高级轿车,其装备的传感器数已达到数百个,至于概念型汽车装备的传感器数就更多了。传感器已成为世界装备市场上增长最快的领域之一。[1

---事实上,应用于汽车上的传感器有很多种,目前主要有:温度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器以及速度、加速度传感器等[2 。这些汽车传感器的销售量约占有传感器总销售量的三分之一,其中流量传感器就是非常重要的一种传感器。

2. LMM的工作原理

---流量传感器主要用于检测发动机的空气进气量和燃油喷射量,从而将空燃比控制在最佳值附近,此外流量传感器还广泛利用于排气再循环、防滑驱动、刹车防抱死系统以及电控悬架等许多方面。目前市场上用于检测燃料流量的传感器主要有水轮式和循环球式,其动态范围为0~60kg/h,工作温度在-40℃~120℃,精度为 1%,响应时间为 10ms。

---而由于气体的可压缩性,通常我们检测气体质量流量,市场上主要使用的有式流量传感器。这种传感器采用热耗散原理,将一个式敏感元件安放在空气入口的旁路中,在辅助元件的温度补偿作用下,检测空气质量流量。但是这种传感器的缺点是不能检测空气流量的回流波动。此外检测气体流量的传感器还有热膜式流量传感器、卡尔曼旋涡式传感器和压力式传感器[3 。

---LMM流量传感器是一种基于传统的热膜片风力计原理的新型传3.彩色打印机1台;感器。该传感器是借助先进的薄膜片技术,将性能稳定的薄膜片电阻加工到一片薄膜上。由于采用了MEMS加工,因此一方面缩短了传感器响应时间,另一方面也能测量出回流流量。LMM的原理电路图可以参见图1所示,由于采用了前后桥电路,所以我们可以很方便的判断出流体流向,从而进一步测量出回流流量。

---为了防止温度变化对测量精度的影响,传感器中采用了两片热敏电阻分别对前后桥进行温度补偿。为了提高精度,两片用于测量温度的热敏电阻6、7与流体流向9平行布置,而用于测量流体流量的两片热电阻传感器4、5互相平行并与流向9垂直布置(如图2所示),其中3为传感部件,17、18都是1μm数量级的SiO2薄膜,19为Si底层,20为带状电导。

3. LMM在电喷系统中的应用研究

---汽车电子技术是从电子控制燃油喷射技术开始的。随着电子技术的发展,电控燃油喷射经历了从电子管、晶体管、集成电路到微处理器控制,从模拟电例如子喷射到数字电子喷射的发展过程。[4

---电控燃油喷射的目的是将空燃比控制在最佳值。所谓空燃比是指吸入到气缸里的工作混合气体中,空气质量和燃油质量的比值,通常最佳他带来的是具有“中国新4大发明”之称的高铁“黑科技”—— 展览会列车的悬浮架值在14.7左右。将空燃比控制在最佳值附近不仅能够减少有害废气的排放,而且能够提高燃油的经济性和车辆的动力性[5 。显而易见,控制空燃比最主要的是要检测并控制空气质量流量和燃油质量流量,因此流量传感器在电喷系统中是非常重要的传感器,其产品性能的优劣直接影响到控制效果的好坏。

---由于LMM仅仅是敏感部件,所以我们首先需要设计外围电路(如图3所示),再将LMM与外围电路加工到流量计的机械部件中,从而生产出流量计。

---图3中,21和22为跟随器,它可以给6提供稳定的电压,起解耦的作用,而23和24为工作放大器,其作用是分别放大前后桥输出电压Umv和Umh,从而放大它们的差值信号。

6和7分别为前后桥的温度传感器,起温度补偿作用,4和5则分别为前后桥的热传感器,它们和微处理器16均为流量计的核心部件。工作时,由于流体对4和5的冷却不一致,导致了它们的阻值变化不同,从而可以得到不同的输出信号。根据这些信号,我们可以确定流量的方向和大小。

---此外,前桥电路中,电阻R6和R7起分压作用,可以使跟随器21的输入电压钳制在一个稳定值,同理R16和R17也是起到在后桥电路的分压作用,而R4和R14分别协同4和5工作。

---微处理器16的作用主要是修正测量值,并进一步提供温度补偿。通过标定,我们可以确定算法程序中的参数值,并能确定特征曲线方程和特征曲面的表。

---由于微处理器16是直接给电喷系统的ECU对做了重大进的原有产品重新通过型式评价输出信号的部件,而前后桥输出的信号是模拟量,所以微处理器16硬件设计中包含了ADC。软件设计中,程序包括了以下几个子程序:

a. 温度测量子程序ST1;

b. 正向流量修正子程序ST2;

c. 反向流量修正子程序ST3;

d. 温度补偿子程序ST4。

---其中a、b、c均为单个自变量确定的特征曲线,而d却为两个自变量确定的特征曲面。因为两个自变量确定的特征曲面的测量和函数表示都非常困难,且计算量很大,所以该子程序用增多测量点和线性插值的

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