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空气湿度对热式空气流量计计量误差的影响

2019-03-13 16:15:28

空气湿度对热式空气流量计计量误差的影响,介绍了汽车空气流量计在现代汽车汽油喷射系统中的具体任务、对流量计的要求及重要的类型。重点阐述了汽车空气流量计性能测试台的系统设计原理和方法,并通过控制卡和软件VC++测试及显示了具体流量计的动态和静态性能曲线,与BOSCH公司生产的空气流量计动态和静态性能曲线进行对比,得到了比较好的测试结果,同时实现了汽车空气流量计测试系统的自动化和智能化。

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汽车空气流量传感器用于现代汽车汽油喷射系统中,安装在空气滤清器和节气门体之间,用来测定吸入发动机中的空气量的多少,作为决定基本喷油量的参数。研究生产高精度的空气流量传感器和高性能的空气流量传感器性能测试台是十分的。

1、汽车空气流量计特性

汽车空气流量传感器是用于现代汽车汽油喷射系统中控制喷油量的电子器件。安装在空气滤清器和节气门体之间,用来测定吸入发动机中的空气量的多少,作为决定基本喷油量的参数。电子控制汽油喷射式发动机为了在各种运转工况下都能获得浓度(空燃比)的混合气,正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量,作为电控单元(ECU)计算并控制喷油量的主要依据。在汽车电子控制燃油喷射装置上,空气流量传感器是决定系统控制精度的重要元件之一。空气流量传感器又称空气流量计,空气流量计的规格随燃油喷射系统及发动机的不同而不同,对空气流量计的一般要求:空气流量计应有较宽的温度范围、动态范围及能对质量流量进行检测,而且在苛刻的工作条件下,性能变化小,对脉动气流也可测试。

在燃油喷射系统中,进气量的测量可分为体积流量测量和质量流量测量两种。体积流量型空气流量计有叶片式、量心式、卡门涡旋式;质量流量型空气流量计有热丝式和热膜式两种。比较而言,质量流量型空气流量计的工作性能好,但生产成本高。

热丝式空气流量计,按其铂金热线安装位置的不同可分为主流测量方式和旁通测量方式两种。主流式空气流量计的热丝是一根直径为70μm的铂金丝,安装在取样管中,取样管则安装在主进气道的部位。而旁通式空气流量计的铂金热丝则缠绕在陶瓷螺旋管上,安装在旁通空气道上。

热丝式和热膜式空气流量计的响应速度快,能在几毫秒内反映出空气流量的变化,所以它的测量精度不会受进气气流脉动的影响。特别是发动机在大负荷、低转速时进气气流脉动大,由于使用了热丝式或热膜式空气流量计测量进气量,空气计量准确,在任何工况下都能保证空燃比,发动机的起动性能和加速性能好。

2、汽车空气流量计测试系统

本系统以被测空气流量计为测试对象,以德国BOSCH公司生产的空气流量计作为比较标准进行测试。以上两种流量计的输入为空气的流量大小,输出为与流量对应的0~5V的电压值。

如图1所示,测试系统由工控机、测试管道、传感器、数据采集系统、VC++软件和接口电缆几部分组成。其中工控机为PCI-1711数据采集卡提供方便的接口,并为软件运行提供特定的环境,在软件的支持下成为过程通信、数据采集与分析处理的中心。信号可由传感器提取,数据采集卡在软件的控制下采样,再经过计算机加以保存或处理。

本系统采用吸气装置对管道进行吸气来模拟汽车发动机的吸气过程,空气流过管道,软件通过采集卡控制阀门的渐变或者快速动作,使流量发生改变,此时各流量传感器感应到了静态变化或者动态变化的流量信号并将之转化为相应的电压信号。经过流量计转化的标准产品电压信号和一个或多个被测试产品的电压信号分别连接到数据采集卡外置端子的模拟多输入通道,通过数据采集卡的多通道数据采集,计算机读入多路电压信号,将得到数据通过VC++程序绘制成曲线显示出来,通过编程使所得到的数据储存到硬盘的相应文件中,以便对空气流量计的综合性能进行分析。

从图中系统信号的流向可以看出,数据采集系统中VC++软件占主导地位。软件支持使计算机具有信号采集控制、处理及结果输出的能力。系统的核心功能是由其完成的,而硬件为整个系统的正常运行提供了基层平台。

3、数据结果及分析

对空气流量计的测试分为静态性能测试和动态性能测试两部分来进行,该两种测试的控制及显示都由软件来完成,我们通过来分析测量曲线和标准曲线的差别来分析产品的性能的好坏。

在静态性能测试中,通过软件控制电控阀门缓慢的渐变,使空气流量平稳的变化。在图2中,被测流量计的两条静态性能曲线(1号和2号曲线)和中间的标准流量计测得曲线(3号曲线)差值在0.2V以内,说明该产品的静态性能   符合要求。

在动态性能的测试中,通过软件控制电控阀门产生一个脉冲信号,图3和图4中显示的分别为被测空气流量计的动态响应性能曲线和BOSCH公司空气流量计的动态响应性能曲线。可以看出,开始测试时,两种流量计反应都比较灵敏,而且保持部分都为600ms左右,由此可知此处它们的性能基本保持一致。但是在下降部分,图3的曲线会下降到1V以下,而且在此处有产生   的震荡,虽然震荡过后终会趋于平缓,但是震荡时间大概在600ms这段时间内将会产生比较大的误差。相对而言BOSCH的空气流量计性能曲线较好,则BOSCH空气流量计产品的动态性能良好,对比BOSCH产品的动态性能被测空气流量计性能还有些许不足。

在此基础上,通过对产生震荡误差的深入研究,对空气流量计内部结构的适当变换,生产出了一批具有稳定性能的空气流量计。下面这幅图是对改进后的空气流量计进行的动态性能测试。

对比可以发现,后者比前者的震荡要小很多,表明在空气流量计的动态性能上后者要比前者稳定很多,也越来越接近于BOSCH空气流量计的动态性能。该测试台体现出空气流量计改进前后的性能变化特点,很形象地反映在对应的图形上。由此可以说明该测试台对空气流量计测试具有良好的稳定性和灵敏性,达到了预期的效果,能很好地反映和检测空气流量计各方面的性能特性。