基础知识

一、结构

热膜式空气流量传感器是热丝式传感器的改进产品，其发热元件采用平面形铂金属膜电阻器，故称热膜电阻。热膜电阻的制作方法：首先在氧化铝陶瓷基片上采用蒸发工艺沉积金属薄膜，然后通过光刻工艺制作成梳状图形电阻，将电阻值调节到设计要求的阻值后在其表面覆盖一层绝缘保护膜，再引出电极引线而制成。

热膜式空气流量传感器的结构如图5-2所示。

图5-2 热膜式空气流量传感器

图5-3 热膜式空气流量传感器的内部元件示意图

在传感器内部的进气通道上设有一个矩形护套（相当于取样套），热膜电阻设在护套中（图5-3）。为了防止污物沉积到热膜电阻上影响测量精度，在护套的空气入口一侧设有空气过滤层，用以过滤空气中的污物。为了防止进气温度变化使测量精度受到影响，在热膜电阻附近的气流上游设有铂金属膜式温度补偿电阻。温度补偿电阻和热膜电阻与传感器内部控制电路连接，控制电路与线束插接器插座连接，线束设在传感器壳体中部。与热丝式流量传感器相比，热膜电阻的阻值较大，所以消耗电流较小，使用寿命较长。但是由于其发热元件表面制作有一层保护薄膜，存在辐射热传导作用，因此响应特性稍差。

二、工作原理

在热膜式流量传感器中，采用了恒温差控制电路来实现流量检测。恒温差控制电路如图5-4所示，发热元件电阻R_H和温度补偿电阻（进气温度传感器）R_T分别连接在惠斯顿电桥电路的两个臂上。当发热元件的温度高于进气温度时，电桥电压才能达到平衡，并由具有电流放大作用的控制电路A控制加热电流（50～120mA）来使发热元件温度T_H与补偿电阻温度升之差保持恒定（即ΔT=T_H-T_T=120℃）。

当空气流经发热元件并使其受到冷却时，发热元件温度降低，阻值减小，电桥电压失去平衡，控制电路将增大供给发热元件的电流，使其温度保持高于温度补偿电阻温度120℃。电流增量的大小，取决于发热元件受到冷却的程度，即取决于流过传感器的空气量。当电桥电流增大时，取样电阻R_s上的电压就会升高，从而将空气流量的变化转化为电压信号U_s的变化。输出电压与空气流量之间近似于4次方根的关系，其特征曲线如图5-5所示。信号电压输入ECU后，ECU可根据信号电压的高低计算出空气质量流量Q_M的大小。

图5-4 热膜式流量传感器电路原理

R_T—温度补偿电阻（进气温度传感器） R_H—发热元件（热丝或热膜）电阻R_S—信号取样电阻 R₁、R₂ 精密电阻 U_CC—电源电压 U_S—信号电压 A—控制电路

图5-5 热膜式空气流量传感器输出特性曲线

　　当发动机怠速或空气为热空气时，因为怠速时节气门关闭或接近全闭，所以空气流速低，空气量少；又因空气温度越高，空气密度越小，所以在体积相同的情况下，热空气的质量小，因此发热元件受到冷却的程度小，阻值减小的幅度小，所以电桥平衡需要的电流小，故取样电阻上的信号电压低。控制单元ECU根据信号电压即可计算出空气量。

当发动机负荷增大或空气为冷空气时，因为节气门开度增大，空气流速加快使空气流量增大；而冷空气密度大，在体积相同的情况下冷空气质量大，所以发热元件受到冷却的程度增大，阻值减小幅度大，保持电桥平衡需要的电流增大，如图5-5所示。因此，当发动机负荷增大时，信号电压升高。

图5-6 热膜式空气流量传感器测量原理