Термоанемометрический датчик расхода воздуха

 

Изобретение относится к приборостроению, а более конкретно к термоанемометрическим датчикам расхода воздуха и может быть использовано, например, в системах электронного впрыска топлива в автомобильных двигателях внутреннего сгорания. Сущность изобретения: датчик содержит корпус 1, основной воздуховод 2, два ребра 3, камеры 4, 5, байпасный канал 6 с сужающим устройством, кольцевую щель 7, отверстия 8, измерительный терморезистор 9 с рабочей зоной 10, проводники 11, формирователь выходного сигнала 12, выпрямитель 18 в виде каналов 17, поверхности 13, 14 сужающего устройства обращены к рабочим плоскостям 15, 16 измерительного терморезистора 9. 3 ил.

Изобретение относится к приборостроению, а более конкретно к термоанемометрическим датчикам расхода воздуха и может быть использовано, например, в системах электронного впрыска топлива в автомобильных двигателях внутреннего сгорания (ДВС).

Известен термоанемометрический датчик расхода для двигателя внутреннего сгорания, содержащий основной воздуховод в виде трубы Вентури с кольцевыми камерами отбора повышенного и пониженного давления и байпасный канал, в котором расположен измерительный терморезистор проволочного или пленочного типа [1] Недостатком датчика по указанному патенту является значительная шумовая составляющая выходного электрического сигнала, снимаемого с измерительного сопротивления, вследствие чего необходима довольно сложная и дорогостоящая электроника для обработки этого сигнала.

Кроме того, на измерительный сигнал в этом датчике могут значительно влиять различные отклонения конструктивных параметров, связанные с погрешностями изготовления и загрязнением в процессе эксплуатации деталей датчика.

Наиболее близким аналогом изобретения является термоанемометрический датчик расхода воздуха, содержащий корпус, внутри которого расположен основной воздуховод в виде трубы Вентури, байпасный канал, имеющий сужающее устройство, внутри которого установлен измерительный терморезистор, при этом на входе в сужающее устройство предусмотрен спрямитель потока, например, сотового типа [2] Такой датчик имеет сложную конструкцию в связи с использованием спрямителя потока, устанавливаемого перед входом в сужающее устройство.

Техническим результатом от использования изобретения является устранение указанного выше недостатка, а именно упрощение конструкции датчика с сохранением преимущества прототипа.

Технический результат достигается тем, что в термоанемометрическом датчике расхода воздуха, содержащем корпус, внутри которого расположен основной воздуховод в виде трубы Вентури, байпасный канал с сужающим устройством, измерительный терморезистор, рабочая зона которого расположена в сужающем устройстве, и выпрямитель потока, последний выполнен в виде каналов на поверхностях сужающего устройства, обращенных к рабочим плоскостям измерительного терморезистора, ориентированных вдоль потока, при этом перегородки между каналами могут соприкасаться с рабочими поверхностями измерительного терморезистора или располагаться вблизи от них, а расстояние между перегородками каналов не превышает 0,5 ширины рабочей зоны измерительного терморезистора.

На фиг. 1 изображен продольный разрез заявляемого термоанемометрического датчика; на фиг. 2 продольный разрез сужающего устройства байпасного канала; на фиг. 3 поперечный разрез сужающего устройства байпасного канала.

Термоанемометрический датчик состоит из корпуса 1 с установленным внутри него основным воздуховодом 2 с вентуриобразной внутренней поверхностью (труба Вентури).

На внешней поверхности основного воздуховода выполнены два круглых ребра 3, образующих совместно с цилиндрической внутренней поверхностью корпуса две кольцевые камеры отбора 4 и 5 повышенного и пониженного давления.

Камеры 4 и 5 соединены байпасным каналом с сужающим устройством 6.

Входом в байпасный канал является кольцевая щель 7, а выходом ряд отверстия 8, расположенных по окружности в самом узком месте воздуховода.

Внутри сужающего устройства установлен узел измерительного терморезистора 9 с рабочими зонами 10, где расположен собственно измерительный терморезистор 9. Измерительный терморезистор 9 посредством проводников 11 соединяется с электронной схемой формирователя выходного сигнала, выполненной на плате 12.

Поверхности 13 и 14 сужающего устройства байпасного канала, обращенные к рабочим плоскостям 15 и 16 измерительного терморезистора, выполнены с продольными каналами 17, 18 выпрямитель потока.

Терморезисторы могут быть проволочного или пленочного плоского типа. В последнее время наметилась тенденция к использованию пленки. Пленочные терморезисторы обладают достаточно высокими статическими и динамическими характеристиками в условиях сильных механических воздействий (вибрация, удары). Это качество важно при использовании термоанемометрических датчиков в промышленных условиях моторного отсека автомобиля. К преимуществам таких терморезисторов следует отнести также возможность применения современных технологий массового изготовления при их производстве.

Измерительный терморезистор плоского типа может быть выполнен различными методами, например, методом фотолитографии в виде меандра, расположенного между двумя слоями тонкой полиамидной пленки или методом напыления на плоское керамическое основание.

Однако использование терморезисторов плоского типа связано и с определенными трудностями.

При натекании на измерительный терморезистор 9 поток воздуха может менять направление и скорость в рабочей зоне 10 из-за отклонений геометрических размеров и состояния поверхности терморезистора (риски, забоины и т.п.).

Кроме того, в пределах измерительного диапазона может меняться характер потока (от ламинарного к турбулентному или наоборот).

Указанные факторы приводят к изменениям теплоотвода от измерительного терморезистора, а следовательно, к изменению статической характеристики датчика.

Для устранения указанных недостатков в датчике поверхности 13 и 14 сужающего устройства байпасного канала, обращенные к рабочим плоскостями 15, 16 измерительного терморезистора, выполнены с продольными каналами 17.

Продольные каналы могут иметь различную форму в поперечном сечении (прямоугольную, треугольную, округленную в вершинах и впадинах канала). В качестве примера на фиг. 3 представлен вариант канала с сечением в виде усеченного с одной стороны треугольника.

Таким образом достигается упрощение конструкции за счет конструктивного совмещения выпрямителя потока и сужающего устройства, а также исключение дестабилизирующих факторов, связанных с использованием терморезистора плоского типа за счет размещения выпрямителя потока непосредственно в области рабочих плоскостей измерительного терморезистора.

Датчик работает следующим образом.

Протекающий внутри датчика измеряемый воздух через кольцевую щель 7 попадает в камеру повышенного давления 4. Под действием перепада давления между камерами 4 и 5 создается движение воздуха внутри сужающего устройства байпасного канала 6 с продольными каналами 17. При обтекании потоком воздуха измерительного терморезистора 9 происходит его охлаждение и связанное с этим изменение значения сопротивления терморезистора. В результате на выходе электронной схемы, выполненной на плате 12, формируется электрический сигнал, однозначно связанный с измеряемым расходом.

Использование предложенной конструкции сужающего устройства позволяет в значительной мере уменьшить влияние указанных выше дестабилизирующих факторов благодаря разделению потока на отдельные составляющие и, таким образом, ламинаризации потока. При этом создаются более определенные и стабильные условия теплоотвода в рабочей зоне 10 терморезистора 9.

Эффективность такого сужающего устройства повышается по мере увеличения количества каналов и уменьшения ширины перегородок в случае, когда они соприкасаются с рабочими поверхностями терморезисторов. Уменьшение площади контакта сужающего устройства с измерительным терморезистором способствует уменьшению дополнительной температурной погрешности, связанной с передачей тепла от корпуса датчика к терморезистору.

Преимуществом такого датчика является простота и технологичность конструкции.

Формула изобретения

Термоанемометрический датчик расхода воздуха, содержащий корпус, внутри которого расположен основной воздуховод в виде трубы Вентури, байпасный канал с сужающим устройством, измерительный терморезистор, рабочая зона которого расположена в сужающем устройстве, и выпрямитель потока, отличающийся тем, что в нем выпрямитель потока выполнен в виде каналов на поверхности сужающего устройства, обращенных к рабочим плоскостям измерительного терморезистора, ориентированных вдоль потока, при этом перегородки между каналами могут соприкасаться с рабочими поверхностями измерительного терморезистора или располагаться вблизи от них, а расстояние между перегородками каналов не превышает 0,5 ширины рабочей зоны измерительного терморезистора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2