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德國(guó)KRACHT克拉克渦旋流量計(jì)TM 0,55 T R 320 X型矩形脈沖的方角及垂直沿
KRACHT渦旋流量計(jì)（Vortex flowmeter）是測(cè)定吸入發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量的傳感器裝置，屬于卡曼渦旋式空氣流量計(jì)類型，安裝于空氣濾清器與進(jìn)氣軟管之間。其核心功能為實(shí)時(shí)采集進(jìn)氣量信息并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，為ECU計(jì)算噴油量及點(diǎn)火時(shí)刻提供基礎(chǔ)參數(shù) [1] [4]。若傳感器發(fā)生故障或信號(hào)異常，將導(dǎo)致ECU無(wú)法準(zhǔn)確控制噴油量，可能引發(fā)混合氣濃度異常，造成發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)或功率下降。
該流量計(jì)采用渦旋發(fā)生管產(chǎn)生與空氣流速成正比的渦旋，測(cè)量方式分為反光鏡檢出式和超聲波檢出式兩類：前者通過導(dǎo)壓孔將壓力變化傳導(dǎo)至反光鏡腔，利用發(fā)光二極管與光敏三極管檢測(cè)反光鏡扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率 [3]；后者通過發(fā)射超聲波檢測(cè)相位變化頻率，計(jì)算旋渦數(shù)量及空氣流量。其輸出為數(shù)字信號(hào)頻率，具備直接脈沖寬度調(diào)制特征。測(cè)量系統(tǒng)集成于空氣濾清器總成，在三菱發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用較多
空氣流量傳感器是測(cè)定吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量的傳感器。電子控制汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)為了在各種運(yùn)轉(zhuǎn)工況下都能獲得最佳濃度的混合氣，必須正確地測(cè)定每一瞬間吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量，以此作為ECU計(jì)算控制噴油量的主要依據(jù)。如果空氣流量傳感器或線路出現(xiàn)故障，ECU得不到正確的進(jìn)氣量信號(hào)，就不能正常地進(jìn)行噴油量的控制，將造成混合氣過濃或過稀，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常。
卡曼渦旋式空氣流量計(jì)，是在進(jìn)氣道中安裝渦旋發(fā)生管，流經(jīng)的空氣速度不同，在管的出口端附近產(chǎn)生頻率不同的渦旋，在渦旋附近安裝一金屬薄片。薄片隨渦旋發(fā)生振動(dòng)，就像人的耳膜受聲波的激勵(lì)發(fā)生振動(dòng)。薄片上涂有反光材料，對(duì)發(fā)光二極管發(fā)出的光線進(jìn)行反射，當(dāng)反射光線經(jīng)過光電晶體管時(shí)產(chǎn)生電脈沖信號(hào)。通過計(jì)算脈沖的頻率可以知道渦旋的頻率，從而得到空氣的流速。這個(gè)過程像人的眼睛，是靠感受光線來(lái)獲得信息的。卡曼渦旋空氣流量傳感器具有如下特點(diǎn):精度高、壽命長(zhǎng)，可靠性高。
為了克服活門式空氣流量傳感器的缺點(diǎn)，即在保證測(cè)量精度的前提下，擴(kuò)展測(cè)量范圍，并且取消滑動(dòng)觸點(diǎn)，開發(fā)出小型輕巧的空氣流量傳感器，即卡曼渦旋式空氣流量傳感器。卡曼渦旋是一種物理現(xiàn)象，渦旋的檢測(cè)方法、電子控制電路與檢測(cè)精度根本無(wú)關(guān)，空氣的通路面積與渦旋發(fā)生柱的尺寸變化決定檢測(cè)精度。又因?yàn)檫@種傳感器的輸出的是電子信號(hào)頻率。所以向系統(tǒng)的控制電路輸入信號(hào)時(shí)，可以省去AD轉(zhuǎn)換器。因此，從本質(zhì)來(lái)看，卡曼渦旋式空氣流量傳感器是適用于微機(jī)處理的信號(hào)。這種傳感器因?yàn)槭菣z測(cè)體積流量所以不需要對(duì)溫度及大氣壓力進(jìn)行修正。
在進(jìn)氣管道正中間設(shè)有線形或三角形的渦流發(fā)生器，當(dāng)空氣流經(jīng)該渦流發(fā)生器時(shí)，在其后部的氣流中會(huì)不斷產(chǎn)生一列不對(duì)稱卻十分規(guī)則的被稱為卡曼渦流的空氣渦流。根據(jù)卡曼渦流理論，這個(gè)旋渦行列是紊亂地依次沿氣流流動(dòng)方向移動(dòng)，其移動(dòng)的速度與空氣流速成正比，即在單位時(shí)間內(nèi)通過渦流發(fā)生器后方某點(diǎn)的旋渦數(shù)量與空氣流速成正比。因此，通過測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)渦流的數(shù)量就可計(jì)算出空氣流速和流量。
測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)旋渦數(shù)量的方法有反光鏡檢出式和超聲波檢出式兩種。反光鏡檢出式卡曼渦旋流量傳感器，其內(nèi)有一只發(fā)光二極管和一只光敏三極管。發(fā)光二極管發(fā)出的光束被一片反光鏡反射到光敏三極管上，使光敏三極管導(dǎo)通。反光鏡安裝在一個(gè)很薄的金屬簧片上。金屬簧片在進(jìn)氣氣流旋渦的壓力作用下產(chǎn)生振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的旋渦數(shù)量相同。由于反光鏡隨簧片一同振動(dòng)，因此被反射的光束也以相同的頻率變化，致使光敏三極管也隨光束以同樣的頻率導(dǎo)通、截止。
超聲波檢出式卡曼渦旋式空氣流量傳感器在其后半部的兩側(cè)有一個(gè)超聲波發(fā)射器和一個(gè)超聲波接收器。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，超聲波發(fā)射器不斷地向超聲波接收器發(fā)出一定頻率的超聲波。當(dāng)超聲波通過進(jìn)氣氣流到達(dá)接收器時(shí)，由于受氣流中旋渦的影響，使超聲波的相位發(fā)生變化。根據(jù)接收器測(cè)出的相應(yīng)變化的頻率，計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的旋渦的數(shù)量，從而求得空氣流速和流量，然后根據(jù)該信號(hào)確定基準(zhǔn)空氣量和基準(zhǔn)點(diǎn)火提前
這種空氣流量傳感器的流量檢測(cè)的原理:當(dāng)有卡曼渦旋產(chǎn)生時(shí)，就隨著速度及壓力的變化，流量檢測(cè)的基本原理就是利用其中速度的變化。空氣流量傳感器輸出至控制組件信號(hào)波形。信號(hào)為方波、數(shù)字信號(hào)。進(jìn)氣量越多，卡曼渦旋的頻率越高，空氣流量傳感器輸出信號(hào)的頻率就越高.
壓力變化檢測(cè)型卡曼渦旋式空氣流量傳感器:
渦流是從渦旋發(fā)生器兩端交替發(fā)生的，因此渦旋發(fā)生器的兩端的壓力也是交替變化，這種壓力的變化通過渦流發(fā)生器下游側(cè)錐型柱上的導(dǎo)壓孔引導(dǎo)到反光鏡腔中，反光鏡腔中的反光鏡是用很細(xì)的張緊帶張緊的，所以，張緊帶上出現(xiàn)扭曲與振動(dòng)，此外，利用板彈簧給張緊帶加上適當(dāng)?shù)膹埩Γ纱耍駝?dòng)與渦旋壓力之外的壓力變化等難以造成影響，從而可得到穩(wěn)定的扭轉(zhuǎn)與振動(dòng)。
因渦旋出現(xiàn)而形成的壓力經(jīng)導(dǎo)壓孔到反光鏡腔中，與反射腔中的壓力變化同步、反光鏡在張緊帶上形成扭轉(zhuǎn)、振動(dòng)。反光鏡非常輕巧，即使在低流量、壓力變化非常小的狀況下，也會(huì)動(dòng)作。在反光鏡的上部，相應(yīng)配置有發(fā)光二極管與光敏三極管等構(gòu)成的光傳感器，二極管發(fā)出的光經(jīng)反光鏡反射，并射到光敏三極管上時(shí)，就會(huì)變成電流，經(jīng)波形電路后輸出
曼渦旋式空氣流量計(jì)通常與空氣濾清器組成一體，這種類型常見用在三菱發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，它的輸出方式是數(shù)字式，但它與其它的數(shù)字式輸出的空氣流量計(jì)不同，大多數(shù)數(shù)字式輸出的空氣流量計(jì)隨空氣流量的改變，輸出頻率將隨之改變，而卡曼渦旋式空氣流量計(jì)不僅改變頻率，同時(shí)還改變脈沖寬度，通常數(shù)字式空氣流量計(jì)在空氣流量增大時(shí)頻率也隨之增加，在加速時(shí)，卡曼渦旋式空氣流量計(jì)與其它數(shù)字式空氣流量計(jì)不同之處在于它不但頻率增加，同時(shí)它的脈沖寬度也改變，因?yàn)榇蠖鄶?shù)卡曼渦旋式空氣流量計(jì)有提供與空氣流量對(duì)應(yīng)的頻率參數(shù)，所以測(cè)試卡曼渦旋式空氣流量計(jì)時(shí)，波形圖就十分有用
起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，試驗(yàn)不同轉(zhuǎn)速時(shí)的情況，把較多的時(shí)間用在測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)性能有問題的轉(zhuǎn)速段內(nèi)，看示波器;確信在任何給定的運(yùn)行方式下，波形的重復(fù)性和精確性幅值、頻率、形狀脈沖寬度等幾個(gè)方面關(guān)鍵參數(shù)都是不相同的;確信在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的空氣流量的情況下，空氣流量計(jì)能產(chǎn)生穩(wěn)定頻率
在大多數(shù)情況下，波形的振幅應(yīng)該滿5V。同時(shí)也要按照一致原則看波形的正確形狀，矩形脈沖的方角及垂直沿。
在穩(wěn)定的空氣流量下流量計(jì)產(chǎn)生的頻率也應(yīng)該是穩(wěn)定的，無(wú)論是什么樣的值都應(yīng)該是一致的。當(dāng)這種型號(hào)的空氣流量計(jì)工作正常時(shí)，脈沖寬度將隨加速的變化而變化，這是為了加速加濃時(shí)，能夠向控制電腦提供非同步加濃及額外噴射脈沖信號(hào)。所看到的可能的缺陷和不正確的關(guān)鍵參量是脈沖寬度縮短，不應(yīng)該有峰尖以及圓角的產(chǎn)生，這些都會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能和造成排放等問題
