流量传感器LMM在汽车电子中的应用电脑电池

流量传感器LMM在汽车电子中的应用

流量传感器LMM在汽车电子中的应用 2011年12月10日 来源： ---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热线式流量传感器。这种传感器采用热耗散原理，将一个热线式敏感元件安放在空气入口的旁路中，在辅助热线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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