[其他]热丝流率测量装置

说明书

本发明涉及采用热丝的流体流率测量装置，热丝为热敏电阻材料，尤其涉及测量汽车发动机入口空气流率的热丝流率测量装置。

汽车发动机需要准确控制空气-燃料比和点火时机，以便保持较低的排气污染物的毒性和燃料消耗率，为此，已经引入了微电子计算机化的发动机控制系统。在这种控制系统中，入口空气质量即入口空气流率的测量精确度决定发动机的运行性能，因此特别需要准确地测量流率。

为了测量流体的流率，已经有一种热丝流速测量技术可用于汽车发动机气流传感器。在这种测量技术中，一个被加热的热敏电阻元件置于流体的流通路径上与流体接触，从而基于与流体流率有关的热传导特性和电阻元件的加热量以电的方法检测流率。例如，在美国专利Nos。3，747，577和4，297，881中都公开了这种发明。

图1示出这种常规的流率测量装置的基本电路。直流电压源1通过晶体管2的集电极-发射极结向串联的热敏元件3和电阻器4提供电流。电阻器5，热补偿热敏电阻元件6和电阻器7组成另一个串联支路连接在晶体管2的发射极和电压源1的负极之间。热敏元件3和电阻器4的联结点和补偿敏感元件6与电阻器7的联结点为放大器8提供同相输入端和反相输入端，放大器8的输出端与晶体管2的基极相连。敏感元件3置于流动的流体中用于测量流率，而敏感元件6则置于流通路径上用以检测流体的温度。敏感元件3、电阻器4和5、补偿敏感元件6和电阻器7的电阻值分别为R₃，R₄，R₅，R₆和R₇，设敏感元件3和6具有相同的温度系数α，其电阻值表示如下：

R₃＝R₃₀（1+αT₃）（1）

R₆＝R60（1+αT₆）（2）

式中，T₃和T₆为元件3和6的温度，R₃₀和R₆₀为元件3和6在参考温度时的电阻值。

元件3-7组成的电桥电路的平衡条件由下式给出：

R₇·R₃＝R₄·（R₅+R₆）（3）

由上面的式（1），（2）和（3）得

（1-R₄·R₆₀/R₇·R₆₀）T₆+△T=1/α[R₄（R₅+R₆₀）/R₇R₃₀-1]（4）

式中，△T＝T₃-T₆

众所周知，当加热体（如敏感元件3）置于流动的流体中，电流流经它所产生的热量将被流体带走，可由下式表示：

Q=I2R2=（C1+C2U）ΔT（5）]]>

式中，C₁和C₂为常数，Q为热量，I是流过电阻器3的电流，U是单位时间的质量空气流率。这就是说，加热元件和流体之间的温度差△T为常数时，热量正比于空气流速的平方根。使方程（4）中T₆的系数等于0，即R₄·R₆₀/R₇·R₃₀＝1，则温度差△T成为由电路常数决定的恒量，从而有可能由测量热量Q来得到流率值。因此，方程（4）简化为：

△T=R₅/α·R₆₀=常数（6）