[發(fā)明專利]熱式流量傳感器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910056188.0
• 申請(qǐng)日: 2009-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN101995279A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周愛(ài)國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海捷程機(jī)電有限公司
• 主分類號(hào): G01F1/76
• 分類號(hào): G01F1/76
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國(guó)中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種熱式流量傳感器，特別涉及一種汽車用的熱式流量傳感器。

背景技術(shù)

熱式流量傳感器是利用氣流中的發(fā)熱物質(zhì)與被測(cè)空氣之間熱量交換關(guān)系來(lái)測(cè)量當(dāng)前的空氣質(zhì)量流量的一種傳感器，空氣質(zhì)量流量是指單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)的空氣質(zhì)量。其中，熱式流量傳感器是以金屬絲繞線制成的發(fā)熱電阻作為發(fā)熱物質(zhì)的。發(fā)熱電阻被放置于氣流當(dāng)中，其表面與空氣發(fā)生熱交換，通過(guò)傳感器電路對(duì)熱交換的某些參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并得到發(fā)熱電阻附近的氣體流量，從而推算出整個(gè)管道的氣體流量。

另外，在發(fā)熱電阻與空氣發(fā)生熱交換的同時(shí)，還需要保持發(fā)熱電阻溫度的穩(wěn)定，因此在熱式流量傳感器中，通常要利用電橋來(lái)對(duì)發(fā)熱電阻的溫度進(jìn)行補(bǔ)償，使測(cè)量值不因溫度或壓力的波動(dòng)而失準(zhǔn)。

然而，由于空氣流量的不穩(wěn)定性，使空氣流量與電信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系也是非線性的，從而也使得對(duì)發(fā)熱電阻的溫度補(bǔ)償具有較大的難度。近年來(lái)，隨著各種補(bǔ)償技術(shù)不斷提高，使熱式流量傳感器的精度有了很大的提高，測(cè)量范圍也不斷擴(kuò)大。但是，因?yàn)榘l(fā)熱電阻存在差異性，使得產(chǎn)品批量生產(chǎn)時(shí)較為困難。這種困難主要體現(xiàn)在需要對(duì)電橋的下橋臂電阻進(jìn)行微調(diào)才能使電橋自動(dòng)平衡后的各點(diǎn)電參數(shù)滿足精度要求。目前一些國(guó)外知名廠家一般采用碳膜電阻作為電橋的下橋臂電阻，利用“光蝕”對(duì)碳膜電阻進(jìn)行細(xì)調(diào)，從而調(diào)整發(fā)熱電阻的工作點(diǎn)。這種工藝的精度高，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)碳膜電阻進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，但是其設(shè)備技術(shù)要求高，價(jià)格較貴。

2003年1月22日公告的CN1392393A中國(guó)發(fā)明專利公開了一種“測(cè)溫式流速流量測(cè)量的方法和測(cè)溫式流速流量計(jì)電路”。其方法是利用時(shí)間記數(shù)電路測(cè)量出經(jīng)加溫后的測(cè)溫電阻在流體中的溫度下降的降溫曲線，從而確定流體的流速和流量。同時(shí)還提供了實(shí)現(xiàn)該方法的電路。雖然這種方法的電路，容易實(shí)現(xiàn)，但是由于需要對(duì)各種流量的介質(zhì)的降溫曲線進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)量大，使得對(duì)控制芯片的要求增大。另外，流量計(jì)的響應(yīng)速度受測(cè)溫元件分辯率限制。

2007年8月8日公告的CN101013043A中國(guó)發(fā)明專利公開了一種“熱式流量傳感器”，在該發(fā)明中涉及到一種電路，對(duì)多個(gè)發(fā)熱電阻體中溫度低的發(fā)熱電阻體的電阻變化進(jìn)行檢測(cè)，并按照該電阻變化的檢測(cè)值來(lái)控制向所述多個(gè)發(fā)熱電阻體的供給電流。但是在這些方案中，電橋電壓的放大采用了傳統(tǒng)方法的開環(huán)放大，信號(hào)輸出的穩(wěn)定性無(wú)法保證。

綜上所述，現(xiàn)有的熱式流量傳感器由于在對(duì)發(fā)熱電阻的溫度補(bǔ)償具有較大的難度，因此存在著精度低、信號(hào)輸出的穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種熱式流量傳感器，以解決現(xiàn)有的熱式流量傳感器精度低、信號(hào)輸出的穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。

本發(fā)明提出一種熱式流量傳感器，設(shè)置于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口，用于對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口的空氣質(zhì)量流量進(jìn)行測(cè)量，包括電源電路、場(chǎng)效應(yīng)管、惠斯登電橋、運(yùn)算放大器電路、微控制器以及快速啟動(dòng)電路。場(chǎng)效應(yīng)管的漏極與電源電路相連。惠斯登電橋包括分別設(shè)置有發(fā)熱電阻及感溫電阻的兩個(gè)橋臂，且兩個(gè)橋臂的公共點(diǎn)與場(chǎng)效應(yīng)管的源極相連，并作為反映當(dāng)前空氣質(zhì)量流量的檢測(cè)電壓輸出點(diǎn)。運(yùn)算放大器電路分別與惠斯登電橋的兩個(gè)橋臂中間節(jié)點(diǎn)相連，且其輸出端連接至場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，用于通過(guò)控制場(chǎng)效應(yīng)管源極流出的電流，來(lái)調(diào)節(jié)流經(jīng)發(fā)熱電阻的電流，并使發(fā)熱電阻的表面溫度保持穩(wěn)定。微控制器的輸入端與場(chǎng)效應(yīng)管的源極相連，用于對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管源極上的檢測(cè)電壓進(jìn)行處理，并輸出一個(gè)表示當(dāng)前空氣質(zhì)量流量的頻率信號(hào)。快速啟動(dòng)電路用于通過(guò)微控制器的控制使發(fā)熱電阻在熱式流量傳感器剛運(yùn)行時(shí)能夠快速加熱到工作溫度，其中，快速啟動(dòng)電路又包括二極管及保護(hù)電阻，二極管與保護(hù)電阻串聯(lián)后設(shè)置在微控制器及運(yùn)算放大器電路之間。

依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的熱式流量傳感器，微控制器包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、寄存器及頻率信號(hào)調(diào)取模塊。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與微控制器的輸入端相連，用于將反映當(dāng)前空氣質(zhì)量流量的檢測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。寄存器用于存放檢測(cè)電壓與其對(duì)應(yīng)頻率信號(hào)的數(shù)據(jù)表格。頻率信號(hào)調(diào)取模塊分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊及寄存器相連，用于根據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量調(diào)取出寄存器中對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)，并傳輸給微控制器的輸出端。

依照本發(fā)明較佳實(shí)施例所述的熱式流量傳感器，惠斯登電橋的一個(gè)橋臂包括發(fā)熱電阻、第一分壓電阻及第二分壓電阻，第一分壓電阻與第二分壓電阻串聯(lián)后與發(fā)熱電阻并聯(lián)，且第一分壓電阻與第二分壓電阻之間作為橋臂的中間節(jié)點(diǎn)與運(yùn)算放大器電路相連。惠斯登電橋的另一橋臂包括感溫電阻、工作點(diǎn)調(diào)節(jié)電阻及下橋臂電阻，感溫電阻與工作點(diǎn)調(diào)節(jié)電阻及下橋臂電阻串聯(lián)，且工作點(diǎn)調(diào)節(jié)電阻與下橋臂電阻之間作為橋臂的中間節(jié)點(diǎn)與運(yùn)算放大器電路相連。