Дмрв термоанемометрического типа определяет расход воздуха на основании
Изобретения могут быть использованы для измерения расхода воздуха, потребляемого двигателем внутреннего сгорания (ДВС) автомобиля. Датчик содержит корпус, внутри которого расположено установочное кольцо с нитью нагрева, подвешенной на закрепляющих элементах в виде крючков, и термокомпенсирующим резистором. В сечении кольца, перпендикулярном оси датчика, нить нагрева выполнена в виде правильного многоугольника с 2+n сторонами, где n не меньше 2, центр которого расположен на оси датчика. В варианте выполнения нить нагрева в виде ломаной линии подвешена по направлению потока под углом от вертикали, составляющим 0 o o . Начало и конец нити нагрева соединены со схемой управления. Изобретения обеспечивают снижение погрешности измерения за счет уменьшения влияния несимметричности теплового потока воздуха относительно оси датчика при его установке в воздушный тракт ДВС автомобиля. 2 с.п.ф-лы, 11 ил.
Изобретение относится к приборостроению, в часности к датчикам массового расхода воздуха, потребляемого двигателем внутреннего сгорания (ДВС) автомобиля в составе комплексной микропроцессорной системы управления.
Известно устройство [1] , которое представляет собой термоанемометрический датчик для измерения расхода воздуха в канале трубы, где нагреваемая проволока располагается в пределах участка трубы, ограниченного сотообразными ячеистыми струевыпрямителями, и представляет собой пространственную ломаную линию, прикрепленную в точках излома к крючкам, установленным на стенках трубы и на проходящей по оси канала трубы тонкой центральной трубке, соединяющей два струевыпрямителя. Прямые отрезки ломаной линии располагаются в направлениях, не перпендикулярных к оси датчика.
Особенностью данного устройства является то, что оно предназначено для измерения переменных в пространстве и во времени воздушных потоков. Однако скорость, а следовательно, и расход измеряется в некотором объеме пространства, что влечет за собой необходимость усреднения результатов измерений, что в значительной степени усложняет схемотехнику данного устройства. Также ломаная пространственная кривая в проекции на плоскость, перпендикулярную к оси трубы, образует неправильный многоугольник, что ведет к увеличению погрешности измерения массового расхода воздуха при наличии осенесимметричности теплового воздушного потока в воздушном тракте ДВС автомобиля.
Известно устройство для измерения массы протекающей среды, в частности всасываемого воздуха в ДВС автомобиля [2].Оно содержит зонд в виде изогнутой в кольцо тонкой пластины, который располагается в воздушном потоке. В зонде установлена нить нагрева, выполненная в виде проволочки Y-образной формы, которая подвешена на трех опорных точках, установленных в зонде. К двум опорным точкам крепятся концы проволоки, например, с помощью сварки или пайки, а через третью точку она проходит свободно с образованием петли.
Недостатком данной конструкции является увеличение погрешности измерения массового расхода за счет увеличения влияния осенесимметричности теплового воздушного потока при установке датчика в воздушный тракт ДВС автомобиля.
Наиболее близким является устройство для измерения массового расхода воздуха [3], включающее в себя пластмассовое кольцо, ограничивающее течение воздуха и нагреваемую нить в сечении этого пластмассового кольца. Температура или сопротивление нагреваемой нити регулируются и меняются в зависимости от измеряемой массы потока воздуха. Нагреваемая нить окружена поддерживающими элементами, укрепленными на кольце, которые направлены вдоль оси пластмассового кольца. Концы нити через поддерживающие элементы связаны со схемой управления. Нагреваемая нить имеет не менее трех закрепляющих элементов.
Особенность этого устройства такова, что в проекции на плоскость, перпендикулярную оси датчика, нагреваемая нить представляет собой неправильный многоугольник, что в условиях осенесимметричного теплового потока является недостаточным для достижения необходимой точности измерения расхода воздуха, т. к. при установке на ДВС автомобиля осенесимметричность воздушного потока резко возрастает. В реальных условиях при установке датчика в криволинейный воздушный тракт ДВС автомобиля суммарный вектор скорости воздушного потока на входе в датчик перпендикулярен по отношению к нити нагрева и, что важно отметить, смещен относительно геометрического центра оси датчика. По этой причине нить нагрева неправильного многоугольника прощупывает осенесимметричную эпюру скоростей набегающего потока воздуха неравномерно.
Причем этот неправильный многоугольник в сечении кольца, перпендикулярном относительно продольной оси датчика, является разомкнутым, что еще в большей степени увеличивает погрешность измерения расхода.
Целью предлагаемого изобретения является уменьшение погрешности измерения массового расхода воздуха за счет уменьшения влияния осенесимметричности теплового потока воздуха в воздушном тракте ДВС автомобиля относительно геометрического центра оси датчика.
Указанная цель достигается тем, что в термоанемометрическом датчике массового расхода воздуха, включающем в себя корпус, внутри которого расположено установочное кольцо с нитью нагрева и термокомпенсирующим резистором, основание, сопряженное с корпусом, на котором установлена схема управления, при этом нить нагрева выполнена либо в виде проволочки, либо в виде металлической ленты, представляющей собой ломаную линию в сечении кольца, перпендикулярном оси датчика, подвешенную на закрепляющих элементах, выполненных в виде крючков, установленных на внутренней поверхности кольца, причем начало и конец нити нагрева соединены со схемой управления, при этом нить нагрева пропущена через кольца, расположенные каждое на закрепляющих элементах, кроме элементов, поддерживающих начало и конец нити, при этом начало и конец нити нагрева находятся на расстоянии, достаточном для безопасной работы датчика, кольца, через которые пропущена нить нагрева, выполнены из материала, соответствующего материалу нити, при этом диаметр проволочки кольца соответствует диаметру нити нагрева в виде проволочки, нить нагрева выполнена в виде правильного многоугольника с 2+n сторонами, где n= 2, 3. с центром многоугольника, лежащим на оси датчика.
Существенным отличительным признаком предлагаемого изобретения от прототипа является то, что нить нагрева расположена в пространстве установочного кольца правильным почти замкнутым многоугольником. Это позволяет при установке датчика в криволинейный воздушный тракт ДВС автомобиля, при любом условии воздушного потока на входе датчика добиваться меньшей погрешности измерения расхода воздуха из-за уменьшения влияния осенесимметричности воздушного потока относительно геометрического центра датчика.
Другой разновидностью термоанемометрического датчика массового расхода среды является устройство с иным расположением нити нагрева в установочном датчике.
Известен чувствительный преобразователь [4] с нагреваемой проволокой для комплексного измерения массовых или объемных расходов в трубе, в которую введена одна нагретая проволока. Диаметр этой проволоки меньше диаметра трубы. Чувствительный элемент устанавливают в требуемом положении относительно продольной оси трубы.
Недостатком такой конструкции является возникновение дополнительной погрешности из-за увеличения явления осенесимметричности теплового воздушного потока относительно оси датчика при установке датчика в криволинейный воздушный тракт ДВС автомобиля, так как из описания явствует статическое расположение нити, невозможность варьирования размерами в пространстве, чтобы тем самым уменьшить погрешность.
Усложнение схемы данного устройства вызывает необходимость осреднения результатов измерений скорости воздушного потока по всему проходному сечению датчика.
Наиболее близким является устройство [5], представляющее собой термоанемометрический датчик для измерения массы потока воздуха, в котором сопротивление терморезистора является мерой контролируемого массового расхода. Терморезистор представляет собой горячий элемент, снабженный тремя точками опоры, расположенный в чувствительной середине, две из этих точек опоры расположены на плоскости, перпендикулярной направлению потока. Горячий элемент наклонен по отношению к потоку под углом к вертикали от 45 до 90 o .
Недостатком этого устройства является то, что в процессе регулировки, испытаний датчика весьма трудно уменьшить влияние осенесимметричности теплового воздушного потока между геометрической осью датчика и центром ядра теплового потока, когда датчик при установке на ДВС автомобиля повернут к входящему потоку воздуха под некоторым углом.
Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения массового расхода воздушного потока, смещенного относительно геометрической оси датчика при его установке в криволинейный воздушный тракт ДВС автомобиля.
Данная цель достигается тем, что в термоанемометрическом датчике массового расхода воздуха, включающем в себя корпус, внутри которого расположено установочное кольцо с нитью нагрева и термокомпенсирующим резистором, основание, сопряженное с корпусом, на котором установлена схема управления, при этом нить нагрева выполнена либо в виде проволочки, либо в виде металлической ленты, представляющей собой ломаную линию, подвешенную на закрепляющих элементах под углом к потоку, при этом по меньшей мере два из мест крепления нити нагрева на закрепляющих элементах расположены в плоскости, перпендикулярной оси датчика, а закрепляющие элементы установлены на внутренней поверхности установочного кольца, нить нагрева наклонена по отношению к потоку под углом к вертикали, составляющим 0 o o .
Существенным отличительным признаком является наклон нити нагрева по направлению потока под углом от вертикали, составляющим 0 o o , что позволяет уменьшить влияние осенесимметричности ядра теплового потока и геометрической осью датчика, тем самым уменьшая погрешность измерения расхода.
На фиг.1-11 изображены примеры выполнения предлагаемого изобретения. На фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 дан пример выполнения устройства с нитью нагрева, выполненной в виде правильного многоугольника; на фиг.8, 9 дан пример выполнения устройства с наклонной нитью нагрева; на фиг.2, 3, 8 дан пример упругого крепления нити нагрева на закрепляющих элементах. На фиг.3 показано отдельно крепление нити в кольце, на фиг.6 - разрез кольца с нитью по диаметру.
Устройство (фиг.1, 2) состоит из корпуса 1, установочного кольца 2, внутри которого расположена нить нагрева в виде правильного многоугольника 3 с термокомпенсирующим резистором 4, основание 5, сопряженное с корпусом 1, в котором находится схема управления 7, а с внешней стороны расположен электрический разъем 6 (фиг.1). Начало 8 и конец 9 нити нагрева (фиг.2) электрически сопряжены со схемой управления 7 (фиг.2) и установлены друг относительно друга на расстояние Н (фиг.6), необходимом для безопасной работы датчика. В сечении, перпендикулярном продольной оси датчика (фиг.2, 3, 6), правильный многоугольник 3 как бы замкнут, остальные точки излома нити, кроме начала и конца, подвешены на закрепляющих элементах 10, установленных на внутренней поверхности кольца 2. Для уменьшения влияния отвода тепла на закрепляющие элементы 10 нить нагрева 3 на закрепляющие элементы 10 крепится с помощью колец 11, диаметр проволочки которых равен диаметру проволочки нити нагрева 3 (фиг.3, 7).
Другой пример выполнения термоанемометрического датчика измерения массового расхода воздуха дан на фиг.8, 9.
Устройство состоит из корпуса 1, включающего в себя установочное кольцо 2 с нитью нагрева 3, закрепленной в установочном кольце 2, причем верхний конец нити (фиг.8) укреплен на меньшее расстояние Н2 от торца установочного кольца 2, чем ниже конец нити 3 на Н3, при этом Н2 o o . В кольце 2 установлен термокомпенсирующий резистор 4. С корпусом 1 сопряжено основание 16, на котором установлена электрическая схема управления 7 с разъемом 6. Начало 8 и конец 9 нити нагрева 3 электрически соединены со схемой управления 7. Нить нагрева 3 пропущена через закрепляющий элемент 10.
Принцип работы термоанемометрических датчиков массового расхода воздуха, представленных конструкцией, основан на поддержании постоянной температуры нити нагрева 3, помещенной в поток воздуха, который поступает в корпус 1 при установке датчиков в воздушный тракт ДВС автомобиля. Количество тепла, уносимого потоком воздуха с нагретой нити, пропорционально массе прошедшего через датчик потока воздуха.
Предполагаемые конструкции нити 3 в виде правильного почти замкнутого многоугольника и нити, имеющей угол наклона от вертикали, способствуют уменьшению погрешности измерения массового расхода воздуха при установке датчиков в кривоколенный воздушный тракт ДВС автомобиля, так как в значительной мере уменьшается влияние осенесимметричности между продольной осью действия теплового воздушного потока и геометрической осью датчика (фиг.10, 11).
Нить нагрева, выполненная в виде правильного почти замкнутого многоугольника, у которой места излома подстрахованы колечками из того же диаметра, полностью охватывает ядро теплового воздушного потока, смещение которого обусловлено конфигурацией воздушного тракта ДВС автомобиля (фиг.10,б). таким образом происходит уменьшение погрешности измерения расхода от влияния осенесимметричности ядра теплового потока относительно геометрического центра датчика.
На фиг.10,a изображен прототип датчика [3] в виде натянутой нити нагрева с двумя точками излома (в сечении, перпендикулярном оси датчика или вектору максимальной скорости набегающего потока воздуха Vmах), при этом распределение векторов теплового потока Сmах воздушного тракта ДВС автомобиля неравномерно и получается угол несовпадения между векторами Vmax и Сmaх, что приводит к увеличению погрешности измерения массового расхода воздуха.
Нить нагрева, выполненная в виде переменного угла 0 o o , также позволяет достичь такого же эффекта, как и у нити, выполненной в виде правильного почти замкнутого многоугольника (фиг.11). На фиг.11,а изображен один наклон нити датчика относительно вертикали, а по фиг.11,б из-за увеличения высоты крепления нижней части нити на кольце получен другой наклон нити нагрева датчика, при этом 12 и 1 o o .
Нагрузка на мотор, состояние дорожного покрытия, загруженности автомобиля – одни из немногих факторов, которые определяют режимы работы двигателя внутреннего сгорания. Самое первое и строгое правило, определяющее оптимальные условия для работы двигателя, является правильное соответствие количества воздуха к топливу, эталон которого составляется 14.7 кг воздуха на 1 литр бензина.
Главная задача датчика – измерять идеальное количество поступившего воздуха, чтобы КПД двигателя был максимально высоким.
ДМВР: что это такое?
ДМРВ – датчик термоанемометрического типа, считывающий информацию о количестве воздуха, который поступает во впускной коллектор, что позволяет электронной системе управления двигателем рассчитать правильное соотношение топливно-воздушной смеси. Устанавливается данный датчик между корпусом воздушного фильтра и впускного коллектора, а соединяет их гофра.
ДМВР – датчик термоанемометрического типа
Перед обслуживанием и ремонтом необходимо понимать устройство данного датчика.
ДМРВ состоит из 6 частей:
[stextbox деталью ДМРВ является никелевая сеть или проволка (чувствительный элемент), к которому подведен ток, нагревающий нить. Средняя температура нитей 75-100 градусов либо выше температуры воздуха, проходящего мимо датчика.[/stextbox]
Непосредственно перед проверкой неисправности следует разобраться в симптомах. Таковых выявлено 5:
- 1.На панели приборов загорается Check Engine (говорит о какой либо неисправности в двигателе).
- 2.Резкое увеличение расхода бензина.
- 3.Запоздалая реакция на педаль газа, динамика снижается.
- 4.При рабочей температуре двигатель не запускается.
- 5.Потеря мощности.
Возникает вопрос: можно ли ездить когда выявлена неисправность датчика массового расхода воздуха?
При отключении от питания датчика работа двигателя начинает осуществляться в аварийном режиме. Соотношение топлива и воздуха теперь зависит от угла открытия дроссельной заслонки, что способствует увеличению расхода бензина. Минимальная частота оборотов коленчатого вала начинается от 1500 об/мин.
Существуют 5 способов проверить работу датчика.
Способ №1: отсоединить питание от ДМРВ
Спoсоб №2: Перепрошивка блока управления.
Способ №3: Проверка датчика при помощи мультиметра
Данный способ действует не на всех ДМРВ. Нужно выставить тестер в измерение постоянного тока и поставить максимум 2 V.
К датчику подходят 4 провода, каждый обозначен своим цветом, начинается от ближнего к лобовому стеклу:
- Желтый провод – отвечает за вхождение сигнала датчика расхода воздуха.
- Серый провод (белый) – выходной канал напряжения питания.
- Зеленый провод – заземление.
- Черный провод (с розовой полосой) – отвечает за выход к главному реле.
Цвета на ДМРВ могут быть различными, но во всех расположение выводов одинаково.
Далее следует включить зажигание, но не запускать двигатель. Прикоснуться красным щупом к первому проводу (желтому), черный щуп на массу (зеленый провод). Данный метод показывает напряжение между двумя проводами.
Не рекомендуется использовать острые предметы для соединения, так как они вносят погрешность в показаниях!
Напряжение нового датчика должно быть от 0.99 до 1.01. Если напряжение начинает со временем расти, то это означает что происходит быстрый износ датчика.
– 1,01 – 1,02 V – ДМРВ находится в отличном состоянии;
– 1,02- 1,03 V – удовлетворительное состояние;
– 1,03 – 1,04 V – ресурс детали практически исчерпан;
– 1,04 – 1,05 V и выше – требуется замена ДМРВ.
Способ №4: осмотр датчика
Необходимо демонтировать ДМРВ из посадочного места, отсоединив его от корпуса воздушного фильтра и гофры. Внутренняя пoверхность датчика должна быть сухой, без следов конденсата и масла. Частая поломка датчика происходит от того, что воздушный фильтр меняется редко, грязь попадает на чувствительный элемент, и он дает ошибочные показания. Наличие масла в датчике свидетельствует о повышенном уровне масла в двигателе, либо о засорении вентиляции картера.
Далее нужно убедиться, что уплотнительное кольцо на посадочном месте, куда одевается гофра, не застряло на кoрпусе вoздушного фильтра. Если такое произошло, то с посадочного места происходит подсос воздуха, который тянет за собой пыль, что вызывает скорый износ датчика.
Способ №5: монтаж аналогичного датчика.
[stextbox есть возможность взять такое же ДМРВ, то на примере работы его можно сделать выводы о работоспособности вашего датчика.[/stextbox]
Чем грозят неисправности
- Повышенным расходом бензина.
- Нестабильной работой двигателя.
- Двигатель не будет работать при температуре свыше 90 градусов.
Исправление неисправностей
Можно ли установить датчик с другой марки автомобиля
Расходомеры изготавливаются конкретно под каждый двигатель, вследствие чего они так же имеют разное напряжение на выходе. При установке инородного датчика блок управления двигателем не сможет актуально обработать посылаемые сигналы, что скажется на стабильности работы двигателя.
[stextbox /> Как правильно красить автомобиль подготовка, покраска, прочие нюансы.
Проверка диагностической карты: детально рассмотрим в нашем материале.
Процесс утилизации автомобилей: обновляем авто в соответствии с законом.
[/stextbox]
Если нет другого выхода, то ЭБУ можно прошить под чужой расходомер, при условии что данную операцию будет проводить специалист.
Видео: как проверить дмрв мультиметром
Итог
Датчик массового расхода воздуха – это неотъемлемая часть впускной и топливной системы, который указывает, сколько подать топлива в определенный момент. Его неисправность может пагубным образом сказываться на работе мотора. Для того, чтобы максимально увеличить ресурс датчика, необходимо в первую очередь следить за деталями, которые непосредственно связаны с ним (состояние воздушного фильтра, уровень масла и состояние засорения отсоса картерных газов). Средний срок службы ДМРВ при правильном уходе может составлять свыше 50 000 км либо двух лет.
Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) – устройство для определения количества воздуха, который поступает в двигатель. Расходомер воздуха передает ЭБУ информацию о расходе воздуха, благодаря чему удается добиться стехиометрического соотношения компонентов топливно-воздушной смеси. Расходомер воздуха расположен во впускной системе ДВС. Местом установки является отрезок от воздушного фильтра до дроссельной заслонки.
Расход воздуха может измеряться:
- механическим расходомером по объему;
- тепловым расходомером по массе;
Датчик расхода воздуха по объему является механическим объемным воздухорасходомером, который измеряет объем воздуха путем оценки перемещения заслонки в пропорциональном отношении к той величине, которую имеет воздушный поток. На современных автомобилях не устанавливается.
Измерение расхода воздуха по массе выполняет ДМРВ (другие названия: термоанемометрический расходомер, датчик массового расхода воздуха). В основе таких устройств лежат терморезисторы. Терморезистор представляет собой чувствительный элемент, который подвержен нагреву. По этой причине устройство также получило название тепловой расходомер воздуха.
Тепловой расходомер конструктивно может являться устройством:
- проволочного типа с платиновой нитью нагрева;
- пленочного типа с кремниевым кристаллом, который покрыт слоями платины;
Принцип работы различных типов ДМРВ основан на поддержании постоянной температуры терморезистора в результате нагрева электрическим током. Главные отличия состоят в устройстве самого чувствительного элемента.
Прохождение воздуха через терморезистор вызывает охлаждение нагретого элемента. Массовый расход воздуха измеряется благодаря тому, что преобразователь напряжения осуществляет преобразование тока нагрева в напряжение на выходе. Такое напряжение и массовый расход воздуха имеют нелинейную зависимость. Полученные данные от датчика поступают в ЭБУ двигателем в виде аналогового или цифрового сигнала, что зависит от конструкции датчика. Наиболее широко сегодня применяются устройства пленочного типа.
В бензиновых силовых агрегатах ДМРВ в основном используется для определения момента топливного впрыска и количества подаваемого горючего, момента образования искры системой зажигания. В дизельных двигателях ДМРВ определяет время топливного впрыска, а также участвует в регулировании рабочих процессов системы EGR.
Изобретения могут быть использованы для измерения расхода воздуха, потребляемого двигателем внутреннего сгорания (ДВС) автомобиля. Датчик содержит корпус, внутри которого расположено установочное кольцо с нитью нагрева, подвешенной на закрепляющих элементах в виде крючков, и термокомпенсирующим резистором. В сечении кольца, перпендикулярном оси датчика, нить нагрева выполнена в виде правильного многоугольника с 2+n сторонами, где n не меньше 2, центр которого расположен на оси датчика. В варианте выполнения нить нагрева в виде ломаной линии подвешена по направлению потока под углом от вертикали, составляющим 0 o o . Начало и конец нити нагрева соединены со схемой управления. Изобретения обеспечивают снижение погрешности измерения за счет уменьшения влияния несимметричности теплового потока воздуха относительно оси датчика при его установке в воздушный тракт ДВС автомобиля. 2 с.п.ф-лы, 11 ил.
Формула изобретения
1. Термоанемометрический датчик массового расхода воздуха, включающий в себя корпус, внутри которого расположено установочное кольцо с нитью нагрева и термокомпенсирующим резистором, основание, сопряженное с корпусом, на котором установлена схема управления, при этом нить нагрева выполнена либо в виде проволочки, либо в виде металлической ленты, представляющей собой ломаную линию в сечении кольца, перпендикулярном оси датчика, подвешенную на закрепляющих элементах, выполненных в виде крючков, установленных на внутренней поверхности кольца, причем начало и конец нити нагрева соединены со схемой управления, при этом нить нагрева пропущена через кольца, расположенные каждое на закрепляющих элементах, кроме элементов, поддерживающих начало и конец нити, нить нагрева в сечении кольца, перпендикулярном оси датчика, выполнена в виде правильного многоугольника с 2+n сторонами, где n= 2, 3. . . , с центром многоугольника, лежащим на оси датчика.
2. Термоанемометрический датчик массового расхода воздуха, включающий в себя корпус, внутри которого расположено установочное кольцо с нитью нагрева и термокомпенсирующим резистором, основание, сопряженное с корпусом, на котором установлена схема управления, при этом нить нагрева выполнена либо в виде проволочки, либо в виде металлической ленты, представляющей собой ломаную линию, подвешенную под углом к потоку, при этом по меньшей мере два из мест крепления нити нагрева на закрепляющих элементах расположены в плоскости, перпендикулярной оси датчика, а закрепляющие элементы установлены на внутренней поверхности установочного кольца, отличающийся тем, что нить нагрева наклонена по направлению потока под углом от вертикали, составляющим 0 o o .
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к приборостроению, в часности к датчикам массового расхода воздуха, потребляемого двигателем внутреннего сгорания (ДВС) автомобиля в составе комплексной микропроцессорной системы управления.
Известно устройство [1] , которое представляет собой термоанемометрический датчик для измерения расхода воздуха в канале трубы, где нагреваемая проволока располагается в пределах участка трубы, ограниченного сотообразными ячеистыми струевыпрямителями, и представляет собой пространственную ломаную линию, прикрепленную в точках излома к крючкам, установленным на стенках трубы и на проходящей по оси канала трубы тонкой центральной трубке, соединяющей два струевыпрямителя. Прямые отрезки ломаной линии располагаются в направлениях, не перпендикулярных к оси датчика.
Особенностью данного устройства является то, что оно предназначено для измерения переменных в пространстве и во времени воздушных потоков. Однако скорость, а следовательно, и расход измеряется в некотором объеме пространства, что влечет за собой необходимость усреднения результатов измерений, что в значительной степени усложняет схемотехнику данного устройства. Также ломаная пространственная кривая в проекции на плоскость, перпендикулярную к оси трубы, образует неправильный многоугольник, что ведет к увеличению погрешности измерения массового расхода воздуха при наличии осенесимметричности теплового воздушного потока в воздушном тракте ДВС автомобиля.
Известно устройство для измерения массы протекающей среды, в частности всасываемого воздуха в ДВС автомобиля [2].Оно содержит зонд в виде изогнутой в кольцо тонкой пластины, который располагается в воздушном потоке. В зонде установлена нить нагрева, выполненная в виде проволочки Y-образной формы, которая подвешена на трех опорных точках, установленных в зонде. К двум опорным точкам крепятся концы проволоки, например, с помощью сварки или пайки, а через третью точку она проходит свободно с образованием петли.
Недостатком данной конструкции является увеличение погрешности измерения массового расхода за счет увеличения влияния осенесимметричности теплового воздушного потока при установке датчика в воздушный тракт ДВС автомобиля.
Наиболее близким является устройство для измерения массового расхода воздуха [3], включающее в себя пластмассовое кольцо, ограничивающее течение воздуха и нагреваемую нить в сечении этого пластмассового кольца. Температура или сопротивление нагреваемой нити регулируются и меняются в зависимости от измеряемой массы потока воздуха. Нагреваемая нить окружена поддерживающими элементами, укрепленными на кольце, которые направлены вдоль оси пластмассового кольца. Концы нити через поддерживающие элементы связаны со схемой управления. Нагреваемая нить имеет не менее трех закрепляющих элементов.
Особенность этого устройства такова, что в проекции на плоскость, перпендикулярную оси датчика, нагреваемая нить представляет собой неправильный многоугольник, что в условиях осенесимметричного теплового потока является недостаточным для достижения необходимой точности измерения расхода воздуха, т. к. при установке на ДВС автомобиля осенесимметричность воздушного потока резко возрастает. В реальных условиях при установке датчика в криволинейный воздушный тракт ДВС автомобиля суммарный вектор скорости воздушного потока на входе в датчик перпендикулярен по отношению к нити нагрева и, что важно отметить, смещен относительно геометрического центра оси датчика. По этой причине нить нагрева неправильного многоугольника прощупывает осенесимметричную эпюру скоростей набегающего потока воздуха неравномерно.
Причем этот неправильный многоугольник в сечении кольца, перпендикулярном относительно продольной оси датчика, является разомкнутым, что еще в большей степени увеличивает погрешность измерения расхода.
Целью предлагаемого изобретения является уменьшение погрешности измерения массового расхода воздуха за счет уменьшения влияния осенесимметричности теплового потока воздуха в воздушном тракте ДВС автомобиля относительно геометрического центра оси датчика.
Указанная цель достигается тем, что в термоанемометрическом датчике массового расхода воздуха, включающем в себя корпус, внутри которого расположено установочное кольцо с нитью нагрева и термокомпенсирующим резистором, основание, сопряженное с корпусом, на котором установлена схема управления, при этом нить нагрева выполнена либо в виде проволочки, либо в виде металлической ленты, представляющей собой ломаную линию в сечении кольца, перпендикулярном оси датчика, подвешенную на закрепляющих элементах, выполненных в виде крючков, установленных на внутренней поверхности кольца, причем начало и конец нити нагрева соединены со схемой управления, при этом нить нагрева пропущена через кольца, расположенные каждое на закрепляющих элементах, кроме элементов, поддерживающих начало и конец нити, при этом начало и конец нити нагрева находятся на расстоянии, достаточном для безопасной работы датчика, кольца, через которые пропущена нить нагрева, выполнены из материала, соответствующего материалу нити, при этом диаметр проволочки кольца соответствует диаметру нити нагрева в виде проволочки, нить нагрева выполнена в виде правильного многоугольника с 2+n сторонами, где n= 2, 3. с центром многоугольника, лежащим на оси датчика.
Существенным отличительным признаком предлагаемого изобретения от прототипа является то, что нить нагрева расположена в пространстве установочного кольца правильным почти замкнутым многоугольником. Это позволяет при установке датчика в криволинейный воздушный тракт ДВС автомобиля, при любом условии воздушного потока на входе датчика добиваться меньшей погрешности измерения расхода воздуха из-за уменьшения влияния осенесимметричности воздушного потока относительно геометрического центра датчика.
Другой разновидностью термоанемометрического датчика массового расхода среды является устройство с иным расположением нити нагрева в установочном датчике.
Известен чувствительный преобразователь [4] с нагреваемой проволокой для комплексного измерения массовых или объемных расходов в трубе, в которую введена одна нагретая проволока. Диаметр этой проволоки меньше диаметра трубы. Чувствительный элемент устанавливают в требуемом положении относительно продольной оси трубы.
Недостатком такой конструкции является возникновение дополнительной погрешности из-за увеличения явления осенесимметричности теплового воздушного потока относительно оси датчика при установке датчика в криволинейный воздушный тракт ДВС автомобиля, так как из описания явствует статическое расположение нити, невозможность варьирования размерами в пространстве, чтобы тем самым уменьшить погрешность.
Усложнение схемы данного устройства вызывает необходимость осреднения результатов измерений скорости воздушного потока по всему проходному сечению датчика.
Наиболее близким является устройство [5], представляющее собой термоанемометрический датчик для измерения массы потока воздуха, в котором сопротивление терморезистора является мерой контролируемого массового расхода. Терморезистор представляет собой горячий элемент, снабженный тремя точками опоры, расположенный в чувствительной середине, две из этих точек опоры расположены на плоскости, перпендикулярной направлению потока. Горячий элемент наклонен по отношению к потоку под углом к вертикали от 45 до 90 o .
Недостатком этого устройства является то, что в процессе регулировки, испытаний датчика весьма трудно уменьшить влияние осенесимметричности теплового воздушного потока между геометрической осью датчика и центром ядра теплового потока, когда датчик при установке на ДВС автомобиля повернут к входящему потоку воздуха под некоторым углом.
Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения массового расхода воздушного потока, смещенного относительно геометрической оси датчика при его установке в криволинейный воздушный тракт ДВС автомобиля.
Данная цель достигается тем, что в термоанемометрическом датчике массового расхода воздуха, включающем в себя корпус, внутри которого расположено установочное кольцо с нитью нагрева и термокомпенсирующим резистором, основание, сопряженное с корпусом, на котором установлена схема управления, при этом нить нагрева выполнена либо в виде проволочки, либо в виде металлической ленты, представляющей собой ломаную линию, подвешенную на закрепляющих элементах под углом к потоку, при этом по меньшей мере два из мест крепления нити нагрева на закрепляющих элементах расположены в плоскости, перпендикулярной оси датчика, а закрепляющие элементы установлены на внутренней поверхности установочного кольца, нить нагрева наклонена по отношению к потоку под углом к вертикали, составляющим 0 o o .
Существенным отличительным признаком является наклон нити нагрева по направлению потока под углом от вертикали, составляющим 0 o o , что позволяет уменьшить влияние осенесимметричности ядра теплового потока и геометрической осью датчика, тем самым уменьшая погрешность измерения расхода.
На фиг.1-11 изображены примеры выполнения предлагаемого изобретения. На фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 дан пример выполнения устройства с нитью нагрева, выполненной в виде правильного многоугольника; на фиг.8, 9 дан пример выполнения устройства с наклонной нитью нагрева; на фиг.2, 3, 8 дан пример упругого крепления нити нагрева на закрепляющих элементах. На фиг.3 показано отдельно крепление нити в кольце, на фиг.6 - разрез кольца с нитью по диаметру.
Устройство (фиг.1, 2) состоит из корпуса 1, установочного кольца 2, внутри которого расположена нить нагрева в виде правильного многоугольника 3 с термокомпенсирующим резистором 4, основание 5, сопряженное с корпусом 1, в котором находится схема управления 7, а с внешней стороны расположен электрический разъем 6 (фиг.1). Начало 8 и конец 9 нити нагрева (фиг.2) электрически сопряжены со схемой управления 7 (фиг.2) и установлены друг относительно друга на расстояние Н (фиг.6), необходимом для безопасной работы датчика. В сечении, перпендикулярном продольной оси датчика (фиг.2, 3, 6), правильный многоугольник 3 как бы замкнут, остальные точки излома нити, кроме начала и конца, подвешены на закрепляющих элементах 10, установленных на внутренней поверхности кольца 2. Для уменьшения влияния отвода тепла на закрепляющие элементы 10 нить нагрева 3 на закрепляющие элементы 10 крепится с помощью колец 11, диаметр проволочки которых равен диаметру проволочки нити нагрева 3 (фиг.3, 7).
Другой пример выполнения термоанемометрического датчика измерения массового расхода воздуха дан на фиг.8, 9.
Устройство состоит из корпуса 1, включающего в себя установочное кольцо 2 с нитью нагрева 3, закрепленной в установочном кольце 2, причем верхний конец нити (фиг.8) укреплен на меньшее расстояние Н2 от торца установочного кольца 2, чем ниже конец нити 3 на Н3, при этом Н2 o o . В кольце 2 установлен термокомпенсирующий резистор 4. С корпусом 1 сопряжено основание 16, на котором установлена электрическая схема управления 7 с разъемом 6. Начало 8 и конец 9 нити нагрева 3 электрически соединены со схемой управления 7. Нить нагрева 3 пропущена через закрепляющий элемент 10.
Принцип работы термоанемометрических датчиков массового расхода воздуха, представленных конструкцией, основан на поддержании постоянной температуры нити нагрева 3, помещенной в поток воздуха, который поступает в корпус 1 при установке датчиков в воздушный тракт ДВС автомобиля. Количество тепла, уносимого потоком воздуха с нагретой нити, пропорционально массе прошедшего через датчик потока воздуха.
Предполагаемые конструкции нити 3 в виде правильного почти замкнутого многоугольника и нити, имеющей угол наклона от вертикали, способствуют уменьшению погрешности измерения массового расхода воздуха при установке датчиков в кривоколенный воздушный тракт ДВС автомобиля, так как в значительной мере уменьшается влияние осенесимметричности между продольной осью действия теплового воздушного потока и геометрической осью датчика (фиг.10, 11).
Нить нагрева, выполненная в виде правильного почти замкнутого многоугольника, у которой места излома подстрахованы колечками из того же диаметра, полностью охватывает ядро теплового воздушного потока, смещение которого обусловлено конфигурацией воздушного тракта ДВС автомобиля (фиг.10,б). таким образом происходит уменьшение погрешности измерения расхода от влияния осенесимметричности ядра теплового потока относительно геометрического центра датчика.
На фиг.10,a изображен прототип датчика [3] в виде натянутой нити нагрева с двумя точками излома (в сечении, перпендикулярном оси датчика или вектору максимальной скорости набегающего потока воздуха V mах ), при этом распределение векторов теплового потока С mах воздушного тракта ДВС автомобиля неравномерно и получается угол несовпадения между векторами V max и С maх , что приводит к увеличению погрешности измерения массового расхода воздуха.
Нить нагрева, выполненная в виде переменного угла 0 o o , также позволяет достичь такого же эффекта, как и у нити, выполненной в виде правильного почти замкнутого многоугольника (фиг.11). На фиг.11,а изображен один наклон нити датчика относительно вертикали, а по фиг.11,б из-за увеличения высоты крепления нижней части нити на кольце получен другой наклон нити нагрева датчика, при этом 1 2 и 1 2 .
Таким образом предлагаемые варианты конструкций термоанемометрического датчика массового расхода воздуха позволяют значительно уменьшить погрешность измерения расхода воздуха в воздушном тракте ДВС автомобиля.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент США 4326412 G 01 F 1/68, НКИ 73-204, ИЭР N2, вып.103, стр.64.
Читайте также: