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德國KRACHT克拉克渦旋流量計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（Vortex flowmeter）是測定吸入發(fā)動機空氣流量的傳感器裝置，屬于卡曼渦旋式空氣流量計類型，安裝于空氣濾清器與進氣軟管之間。其核心功能為實時采集進氣量信息并轉(zhuǎn)換為電信號，為ECU計算噴油量及點火時刻提供基礎(chǔ)參數(shù) [1] [4]。若傳感器發(fā)生故障或信號異常，將導致ECU無法準確控制噴油量，可能引發(fā)混合氣濃度異常，造成發(fā)動機運轉(zhuǎn)不穩(wěn)或功率下降。
該流量計采用渦旋發(fā)生管產(chǎn)生與空氣流速成正比的渦旋，測量方式分為反光鏡檢出式和超聲波檢出式兩類：前者通過導壓孔將壓力變化傳導至反光鏡腔，利用發(fā)光二極管與光敏三極管檢測反光鏡扭轉(zhuǎn)振動頻率 [3]；后者通過發(fā)射超聲波檢測相位變化頻率，計算旋渦數(shù)量及空氣流量。其輸出為數(shù)字信號頻率，具備直接脈沖寬度調(diào)制特征。測量系統(tǒng)集成于空氣濾清器總成，在三菱發(fā)動機中應用較多
空氣流量傳感器是測定吸入發(fā)動機的空氣流量的傳感器。電子控制汽油噴射發(fā)動機為了在各種運轉(zhuǎn)工況下都能獲得最佳濃度的混合氣，必須正確地測定每一瞬間吸入發(fā)動機的空氣量，以此作為ECU計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得不到正確的進氣量信號，就不能正常地進行噴油量的控制，將造成混合氣過濃或過稀，使發(fā)動機運轉(zhuǎn)不正常。
卡曼渦旋式空氣流量計，是在進氣道中安裝渦旋發(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，就像人的耳膜受聲波的激勵發(fā)生振動。薄片上涂有反光材料，對發(fā)光二極管發(fā)出的光線進行反射，當反射光線經(jīng)過光電晶體管時產(chǎn)生電脈沖信號。通過計算脈沖的頻率可以知道渦旋的頻率，從而得到空氣的流速。這個過程像人的眼睛，是靠感受光線來獲得信息的?？鼫u旋空氣流量傳感器具有如下特點:精度高、壽命長，可靠性高。
為了克服活門式空氣流量傳感器的缺點，即在保證測量精度的前提下，擴展測量范圍，并且取消滑動觸點，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，渦旋的檢測方法、電子控制電路與檢測精度根本無關(guān)，空氣的通路面積與渦旋發(fā)生柱的尺寸變化決定檢測精度。又因為這種傳感器的輸出的是電子信號頻率。所以向系統(tǒng)的控制電路輸入信號時，可以省去AD轉(zhuǎn)換器。因此，從本質(zhì)來看，卡曼渦旋式空氣流量傳感器是適用于微機處理的信號。這種傳感器因為是檢測體積流量所以不需要對溫度及大氣壓力進行修正。
在進氣管道正中間設(shè)有線形或三角形的渦流發(fā)生器，當空氣流經(jīng)該渦流發(fā)生器時，在其后部的氣流中會不斷產(chǎn)生一列不對稱卻十分規(guī)則的被稱為卡曼渦流的空氣渦流。根據(jù)卡曼渦流理論，這個旋渦行列是紊亂地依次沿氣流流動方向移動，其移動的速度與空氣流速成正比，即在單位時間內(nèi)通過渦流發(fā)生器后方某點的旋渦數(shù)量與空氣流速成正比。因此，通過測量單位時間內(nèi)渦流的數(shù)量就可計算出空氣流速和流量。
測量單位時間內(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，使光敏三極管導通。反光鏡安裝在一個很薄的金屬簧片上。金屬簧片在進氣氣流旋渦的壓力作用下產(chǎn)生振動，其振動頻率與單位時間內(nèi)產(chǎn)生的旋渦數(shù)量相同。由于反光鏡隨簧片一同振動，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)有一個超聲波發(fā)射器和一個超聲波接收器。在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，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。當超聲波通過進氣氣流到達接收器時，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)接收器測出的相應變化的頻率，計算出單位時間內(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)該信號確定基準空氣量和基準點火提前
這種空氣流量傳感器的流量檢測的原理:當有卡曼渦旋產(chǎn)生時，就隨著速度及壓力的變化，流量檢測的基本原理就是利用其中速度的變化?？諝饬髁總鞲衅鬏敵鲋量刂平M件信號波形。信號為方波、數(shù)字信號。進氣量越多，卡曼渦旋的頻率越高，空氣流量傳感器輸出信號的頻率就越高.
壓力變化檢測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)錐型柱上的導壓孔引導到反光鏡腔中，反光鏡腔中的反光鏡是用很細的張緊帶張緊的，所以，張緊帶上出現(xiàn)扭曲與振動，此外，利用板彈簧給張緊帶加上適當?shù)膹埩?，由此，除振動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。
因渦旋出現(xiàn)而形成的壓力經(jīng)導壓孔到反光鏡腔中，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。反光鏡非常輕巧，即使在低流量、壓力變化非常小的狀況下，也會動作。在反光鏡的上部，相應配置有發(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，就會變成電流，經(jīng)波形電路后輸出
曼渦旋式空氣流量計通常與空氣濾清器組成一體，這種類型常見用在三菱發(fā)動機系統(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不同，大多數(shù)數(shù)字式輸出的空氣流量計隨空氣流量的改變，輸出頻率將隨之改變，而卡曼渦旋式空氣流量計不僅改變頻率，同時還改變脈沖寬度，通常數(shù)字式空氣流量計在空氣流量增大時頻率也隨之增加，在加速時，卡曼渦旋式空氣流量計與其它數(shù)字式空氣流量計不同之處在于它不但頻率增加，同時它的脈沖寬度也改變，因為大多數(shù)卡曼渦旋式空氣流量計有提供與空氣流量對應的頻率參數(shù)，所以測試卡曼渦旋式空氣流量計時，波形圖就十分有用
起動發(fā)動機，試驗不同轉(zhuǎn)速時的情況，把較多的時間用在測試發(fā)動機性能有問題的轉(zhuǎn)速段內(nèi)，看示波器;確信在任何給定的運行方式下，波形的重復性和精確性幅值、頻率、形狀脈沖寬度等幾個方面關(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，空氣流量計能產(chǎn)生穩(wěn)定頻率
在大多數(shù)情況下，波形的振幅應該滿5V。同時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產(chǎn)生的頻率也應該是穩(wěn)定的，無論是什么樣的值都應該是一致的。當這種型號的空氣流量計工作正常時，脈沖寬度將隨加速的變化而變化，這是為了加速加濃時，能夠向控制電腦提供非同步加濃及額外噴射脈沖信號。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，不應該有峰尖以及圓角的產(chǎn)生，這些都會影響發(fā)動機性能和造成排放等問題
