车用热膜式空气质量流量传感器的研究

摘要

空气流量计是测量空气流量的一种重要工具，它起源于20世纪初，一直广泛用于流体速度测量，并且在20世纪60年代以后曾一度是流体测速领域中的主要技术之一。随着近年来微电子技术和微加工技术的发展，采用微结构的热线(膜)式传感器的功耗大幅度降低，并具有更快的热动态响应速度，使得热线(膜)式传感器的研究和应用又一次受到了重视，汽车电子的发展给热线(膜)式空气流量传感器的应用带来了更广泛空间。在发动机进气量直接检测法中，由于热线(膜)式空气流量传感器的输出直接反映了空气质量流量的大小，无需进行空气密度补偿，因而被广泛用于汽车电控发动机。
　　本文采用恒温工作方式的测量原理，设计了一种低成本、热动态响应快的热膜式流量计。在自己搭建的流量计标定试验台上对所设计的热膜式流量计进行了静态标定，根据试验数据，对传感器非线性静态特性的建模方法进行了研究，为ECU(ElectronicControlUnit)根据传感器输出计算空气流量和进行控制算法的仿真研究和实际应用奠定了基础。本文分别采用了解析建模和数值建模的方法对所标定的流量计进行了非线性静态辨识。建模结果表明，基于传感器工作机理的建模方法中的5个模型，仅有一种拟合精度较高。基于多项式最小二乘法和基于函数连接型神经网络的建模方法都可以得到参数模型，模型参数基本相同，辨识精度可以满足使用要求；而基于BP神经网络的模型具有更高的辨识精度，但得到的是非参数模型，适用于发动机空燃比控制系统的仿真计算。

目录

车用热膜式空气质量流量传感器的研究

THE RESEARCH OF HOT-FILM MASS AIR FLOW SENSOR ON AUTOMOBILE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题的提出及其研究的意义

1.2 国内外发展水平综述

1.2.1 发动机进气流量的测量及其测量仪表

1.2.2 我国电控技术及空气质量流量计应用现状

1.3 本文主要任务

第2章 传感器设计

2.1 热膜式电阻的结构和工作原理

2.1.1 热膜电阻的结构

2.1.2 热膜电阻的传热分析

2.2 传感器的硬件电路设计

2.2.1 恒流工作方式的基本测量电路

2.2.2 恒温工作方式的基本测量电路

2.3 传感器的温度补偿

2.4 本章小结

第3章 传感器静态标定试验

3.1 热式流量计标定方法概述

3.1.1 标准音速文丘利喷嘴校验装置

3.1.2 标准流量计法

3.1.3 标准流量装置法

3.2 流量计输出特性标定试验

3.2.1 试验装置的选择及试验台的搭建

3.2.2 试验步骤

3.3 标定试验结果及校正

3.4 本章小结

第4章 传感器静态模型辨识

4.1 基于传感器工作机理的实验建模

4.2 基于最小二乘法的实验建模

4.3 基于BP神经网络的实验建模

4.3.1 构建BP网络结构

4.3.2 BP算法实现

4.3.3 曲线拟合仿真结果

4.4 基于函数连接型神经网络的实验建模

4.5 本章小结

结 论

参考文献

附 录

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致 谢