專利名稱：熱膜式空氣質(zhì)量流量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種汽車流量傳感器，具體涉及一種適用于測量機動車內(nèi)燃機進入的空
氣質(zhì)量流量的熱腆式空氣質(zhì)量流量傳感器。
(二)
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機進氣空氣流量是一個非常重要的測量參數(shù)?，F(xiàn)代電控汽油噴射系統(tǒng)能否正確地將 空燃比控制在所要求的范圍內(nèi)，決定了發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排放性能指標，而汽油機 空燃比的調(diào)節(jié)是采用調(diào)整與進氣量相匹配的噴油量的方式。因此，進氣空氣流量的測量是控 制空燃比的基礎(chǔ)。目前，各種不同類型的電控汽油噴射系統(tǒng)中所使用的進氣空氣流量測量方 法可分為兩大類:一類是間接測量法，即測量進氣歧管絕對壓力，然后通過進氣溫度、空氣密 度和發(fā)動機轉(zhuǎn)速來計算出進氣空氣質(zhì)量流量，由于此方法屬于間接測量，其精度較低;第二類 是直接測量法，可分為體積流量測量和質(zhì)量流量測量兩種。體積流量測量有卡門渦旋式空氣 流量計和翼板式空氣流量計，質(zhì)量流量測量有熱線式空氣流量計和熱膜式空氣流量計。噴油 量是根據(jù)進氣的空氣質(zhì)量決定噴油量的，所以，體積流量的測量結(jié)果還要乘以通過測量大氣 壓力和大氣溫度計算出的空氣密度，這樣其進氣空氣質(zhì)量流量測量精度也稍低。用熱線或熱 膜式質(zhì)量流量計淵量的直接是進氣空氣質(zhì)量流量，毋須進行計算或修正，測量精度較高。熱 線式空氣流量計和熱膜式空氣流量計相比，熱線式空氣流量計的熱絲在使用中易被污染，影 響傳熱，使測量精度降低，熱膜式空氣流量計的熱膜在使用中不易被污染，可以保持較高的
測量精度。
(三) 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，能夠提高空氣質(zhì)量流量測定的靈 敏度，使用壽命長的熱膜式空氣質(zhì)量流量傳感器。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的它包括空氣采樣支路外殼、驅(qū)動電路和連接驅(qū)動電路 的傳感器頭，傳感器頭為鉑薄膜電阻器，電阻器包括加熱電阻和測溫電橋，測溫電橋包括兩 組，加熱電阻位于兩組測溫電橋之間，兩組測溫電橋分別連接驅(qū)動電路，驅(qū)動電路連接外界 控制單元。
本實用新型還有這樣一些技術(shù)特征
1、 所述的每粗測溫電橋包括電橋連接的四個測溫電阻；
2、 所述的驅(qū)動電路部分由加熱控制電路和信號調(diào)節(jié)電路組成，加熱控制電路分別連接第 一組測溫電橋和加熱電阻，信號調(diào)節(jié)電路分別連接外界參考電壓和第二組測溫電橋；
3、 所述的加熱控制電路包括三極管Q1、運放AR1和電阻R3-R9，電阻R6和R4的一端 連接運放AR1的反向輸入端，另一端分別連接電源和地，電阻R7和R8的一端連接
運放AR1的同向輸入端，另一端分別連接電源和地，電阻R5的一端連接運放AR1 的反向輸入端，另一端連接三極管Q1的射級，運放AR1的輸出端連接三極管Q1的 基級，三極管Q1的集電極接電源，射級連接電阻R3和R9接地。 本實用新型是根據(jù)托馬斯(Thomas)提出的"氣體的放熱量或吸熱量與該氣體的質(zhì)量流量 成正比"的理論，利用先進的MEMS技術(shù)，在硅片上制作出性能穩(wěn)定的鉑薄膜電阻器。電阻 器的組成包括中心加熱區(qū)的加熱電阻和在加熱區(qū)上游和下游的測溫電橋，加熱電阻由加熱器 控制電路來控制的，保持其溫度高于周圍環(huán)境溫度，加熱區(qū)上游和下游的測溫電阻共同組成 測溫電橋。當被測氣體從熱膜芯片流過時，在加熱區(qū)上游的熱量被氣體帶走使溫度降低，在 加熱區(qū)下游的溫度相對變高，加熱區(qū)上下游溫度差導(dǎo)致測溫電橋的失衡，從而輸出與氣體流 量相對應(yīng)的差動信號。
本實用新型的有益效果是本實用新型取代了原有的熱線式空氣流量傳感器，因此進一 步增強了空氣流量傳感器的測量精確度。提高了在空氣質(zhì)量流量突變下的瞬變相應(yīng)特性，且
金屬薄膜傳感器頭為平板式垂直面與空氣接觸，面積小，使得傳感器頭保持清潔且壽命長。


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)分解示意圖； 圖2為本實用新型電路方框示意圖3為本實用新型加熱控制電路原理圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圉和具體實施例對本實用新型作進一步的說明
結(jié)合圖1,本實施例包括空氣采樣支路外殼2、驅(qū)動電路3和連接驅(qū)動電路3的傳感器頭
1,傳感器頭1為鉑薄膜電阻器，電阻器包括加熱電阻和測溫電橋，測溫電橋包括兩組，加熱
電阻位于兩組測溫電橋之間，兩組測溫電橋分別連接驅(qū)動電路3，驅(qū)動電路3連接外界控制 單元。
當處在工作狀態(tài)時，金屬薄膜傳感器頭設(shè)置有一固定的溫度，空氣經(jīng)空氣通道通過金屬 薄膜傳感器頭時，使傳感器頭的溫度發(fā)生變化，而引起傳感器頭的電流發(fā)生變化，通過空氣 流量傳感器的驅(qū)動電路就會輸出一與空氣流量成正比的輸出電壓，來實現(xiàn)對內(nèi)燃機燃油比的 控制。
結(jié)合圖2，本實施例測溫電橋主要是作為電阻溫度計使用。為了測量氣體質(zhì)量流量，在 氣流方向上依次設(shè)置第一測溫電橋，加熱電阻和第二測溫電橋。氣體在加熱電阻的作用下的 溫度變化取決于其氣流質(zhì)量流量。在加熱電阻的加熱功率范圍內(nèi)，根據(jù)第一個測溫電橋和第 二個測溫電橋所測得的溫度值的不同可以確定氣體的質(zhì)量流量。加熱電阻的電壓供給和測溫 電橋測量數(shù)據(jù)獲得借助于傳感器的驅(qū)動電路來實現(xiàn)。
傳感器頭主要是由硅基板層、二氧化硅絕緣層和加工成柵狀的金屬鉑膜電阻層構(gòu)成。由
于采用了這樣的結(jié)構(gòu)，增強了空氣質(zhì)量流量傳感器測得的空氣質(zhì)量流量數(shù)值的精確度，提高 了在空氣質(zhì)量流量突變下的瞬變響應(yīng)特性，降低了熱量在傳遞的過程中的損耗。
結(jié)合圖3，驅(qū)動電路部分由加熱控制電路和信號調(diào)節(jié)電路組成，加熱電路通過測量環(huán)境 溫度控制加熱電阻的溫度實現(xiàn)恒溫，通過信號調(diào)節(jié)電路可以實現(xiàn)對傳感器差分信號的放大， 零點偏移的調(diào)整及溫度偏移的補償。加熱控制電路包括三極管Q1、運放AR1和電阻R3-R9， 電阻R6和R4的一端連接運放AR1的反向輸入端，另一端分別連接電源和地，電阻R7和 R8的一端連接運放AR1的同向輸入端，另一端分別連接電源和地，電阻R5的一端連接運放 AR1的反向輸入端，另一端連接三極管Q1的射級，運放AR1的輸出端連接三極管Q1的基 級，三極管Q1的集電極接電源，射級連接電阻R3和R9接地。本實施例采用專用的信號調(diào) 節(jié)器對差分信號進行放大，溫度補償，和偏移量調(diào)整，方便了校準過程，提高了測量精度。
權(quán)利要求1、一種熱膜式空氣質(zhì)量流量傳感器，它包括空氣采樣支路外殼、驅(qū)動電路和連接驅(qū)動電路的傳感器頭，其特征在于所述的傳感器頭為鉑薄膜電阻器，電阻器包括加熱電阻和測溫電橋，測溫電橋包括兩組，加熱電阻位于兩組測溫電橋之間，兩組測溫電橋分別連接驅(qū)動電路，驅(qū)動電路連接外界控制單元。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱膜式空氣質(zhì)量流量傳感器，其特征在于所述的每組測溫電 橋包括電橋連接的四個測溫電阻。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱膜式空氣質(zhì)量流量傳感器，其特征在于所述的驅(qū)動電 路部分由加熱控制電路和信號調(diào)節(jié)電路組成，加熱控制電路分別連接第一組測溫電橋和加熱 電阻，信號調(diào)節(jié)電路分別連接外界參考電壓和第二組測溫電橋。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱膜式空氣質(zhì)量流量傳感器，其特征在于所述的加熱控 制電路包括三極管Ql、運放AR1和電阻R3-R9，電阻R6和R4的一端連接運放AR1的反向 輸入端，另一端分別連接電源和地，電阻R7和R8的一端連接運放AR1的同向輸入端，另 一端分別連接電源和地，電阻R5的一端連接運放AR1的反向輸入端，另一端連接三極管Q1 的射級，運放AR1的輸出端連接三極管Q1的基級，三極管Q1的集電極接電源，射級連接 電阻R3和R9接地。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱膜式空氣質(zhì)量流量傳感器，其特征在于加熱控制電路包括 三極管Q1、運放AR1和電阻R3-R9，電阻R6和R4的一端連接運放AR1的反向輸入端，另 一端分別連接電源^I地，電阻R7和R8的一端連接運放AR1的同向輸入端，另一端分別連 接電源和地，電阻R5的一端連接運放AR1的反向輸入端，另一端連接三極管Q1的射級， 運放AR1的輸出端連接三極管Q1的基級，三極管Q1的集電極接電源，射級連接電阻R3和 R9接地。
專利摘要本實用新型提供了一種熱膜式空氣質(zhì)量流量傳感器。它包括空氣采樣支路外殼、驅(qū)動電路和連接驅(qū)動電路的傳感器頭，傳感器頭為鉑薄膜電阻器，電阻器包括加熱電阻和測溫電橋，測溫電橋包括兩組，加熱電阻位于兩組測溫電橋之間，兩組測溫電橋分別連接驅(qū)動電路，驅(qū)動電路連接外界控制單元。本實用新型具有測得的空氣質(zhì)量流量數(shù)值的精確度高，在空氣質(zhì)量流量突變下的瞬變響應(yīng)特性好等優(yōu)點。
文檔編號G01F1/692GK201060013SQ20072011641
公開日2008年5月14日 申請日期2007年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月15日
發(fā)明者吳亞林, 張濱華, 鵬 王 申請人:哈爾濱市東北汽車電子工程技術(shù)研究開發(fā)中心