[发明专利]热式流量传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种热式流量传感器，特别涉及一种汽车用的热式流量传感器。

背景技术

热式流量传感器是利用气流中的发热物质与被测空气之间热量交换关系来测量当前的空气质量流量的一种传感器，空气质量流量是指单位时间内流过的空气质量。其中，热式流量传感器是以金属丝绕线制成的发热电阻作为发热物质的。发热电阻被放置于气流当中，其表面与空气发生热交换，通过传感器电路对热交换的某些参数进行检测，并得到发热电阻附近的气体流量，从而推算出整个管道的气体流量。

另外，在发热电阻与空气发生热交换的同时，还需要保持发热电阻温度的稳定，因此在热式流量传感器中，通常要利用电桥来对发热电阻的温度进行补偿，使测量值不因温度或压力的波动而失准。

然而，由于空气流量的不稳定性，使空气流量与电信号的对应关系也是非线性的，从而也使得对发热电阻的温度补偿具有较大的难度。近年来，随着各种补偿技术不断提高，使热式流量传感器的精度有了很大的提高，测量范围也不断扩大。但是，因为发热电阻存在差异性，使得产品批量生产时较为困难。这种困难主要体现在需要对电桥的下桥臂电阻进行微调才能使电桥自动平衡后的各点电参数满足精度要求。目前一些国外知名厂家一般采用碳膜电阻作为电桥的下桥臂电阻，利用“光蚀”对碳膜电阻进行细调，从而调整发热电阻的工作点。这种工艺的精度高，可以实现对碳膜电阻进行精细调整，但是其设备技术要求高，价格较贵。

2003年1月22日公告的CN1392393A中国发明专利公开了一种“测温式流速流量测量的方法和测温式流速流量计电路”。其方法是利用时间记数电路测量出经加温后的测温电阻在流体中的温度下降的降温曲线，从而确定流体的流速和流量。同时还提供了实现该方法的电路。虽然这种方法的电路，容易实现，但是由于需要对各种流量的介质的降温曲线进行测量，数据量大，使得对控制芯片的要求增大。另外，流量计的响应速度受测温元件分辩率限制。

2007年8月8日公告的CN101013043A中国发明专利公开了一种“热式流量传感器”，在该发明中涉及到一种电路，对多个发热电阻体中温度低的发热电阻体的电阻变化进行检测，并按照该电阻变化的检测值来控制向所述多个发热电阻体的供给电流。但是在这些方案中，电桥电压的放大采用了传统方法的开环放大，信号输出的稳定性无法保证。

综上所述，现有的热式流量传感器由于在对发热电阻的温度补偿具有较大的难度，因此存在着精度低、信号输出的稳定性差等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种热式流量传感器，以解决现有的热式流量传感器精度低、信号输出的稳定性差的缺点。

本发明提出一种热式流量传感器，设置于汽车发动机进气口，用于对汽车发动机进气口的空气质量流量进行测量，包括电源电路、场效应管、惠斯登电桥、运算放大器电路、微控制器以及快速启动电路。场效应管的漏极与电源电路相连。惠斯登电桥包括分别设置有发热电阻及感温电阻的两个桥臂，且两个桥臂的公共点与场效应管的源极相连，并作为反映当前空气质量流量的检测电压输出点。运算放大器电路分别与惠斯登电桥的两个桥臂中间节点相连，且其输出端连接至场效应管的栅极，用于通过控制场效应管源极流出的电流，来调节流经发热电阻的电流，并使发热电阻的表面温度保持稳定。微控制器的输入端与场效应管的源极相连，用于对场效应管源极上的检测电压进行处理，并输出一个表示当前空气质量流量的频率信号。快速启动电路用于通过微控制器的控制使发热电阻在热式流量传感器刚运行时能够快速加热到工作温度，其中，快速启动电路又包括二极管及保护电阻，二极管与保护电阻串联后设置在微控制器及运算放大器电路之间。

依照本发明较佳实施例所述的热式流量传感器，微控制器包括模数转换模块、寄存器及频率信号调取模块。模数转换模块与微控制器的输入端相连，用于将反映当前空气质量流量的检测电压转换为数字量。寄存器用于存放检测电压与其对应频率信号的数据表格。频率信号调取模块分别与模数转换模块及寄存器相连，用于根据转换后的数字量调取出寄存器中对应的频率信号，并传输给微控制器的输出端。

依照本发明较佳实施例所述的热式流量传感器，惠斯登电桥的一个桥臂包括发热电阻、第一分压电阻及第二分压电阻，第一分压电阻与第二分压电阻串联后与发热电阻并联，且第一分压电阻与第二分压电阻之间作为桥臂的中间节点与运算放大器电路相连。惠斯登电桥的另一桥臂包括感温电阻、工作点调节电阻及下桥臂电阻，感温电阻与工作点调节电阻及下桥臂电阻串联，且工作点调节电阻与下桥臂电阻之间作为桥臂的中间节点与运算放大器电路相连。