污染物对热膜式流量传感器测量精度影响的研究

摘要

热膜式流量传感器具有响应速度快、测量精度高等优点，广泛应用于汽车发动机电喷系统。虽然空气在流入传感器之前经过过滤，但是经过一段时间的使用后空气内的微型颗粒物会沉积在芯片表面，影响传感器的测量，导致空燃比误差。研究污染物对传感器测量精度的影响对于保证发动机的正常运转、提高燃油经济性、节能减排、保护环境都有着重要的意义。 目前关于流量传感器，并没有针对污染物对传感器输出值影响的有关研究。研究污染物在芯片表面的分布规律，分析污染物的形状、大小、位置等参数对传感器输出值的影响，找出主要影响因素，对于提高传感器的测量精度，降低废气排放有着实际意义。 本文介绍了热膜式流量传感器的内部结构及检测原理，并结合热力学基本原理推导了热膜式流量传感器的理论模型。选用某公司的PFM725型流量传感器进行了分阶段的自然沉积试验，分析了污染物在芯片表面的分布规律，并得出不同沉积阶段传感器的输入-输出关系。结合试验结果简化污染物模型，建立了污染物的仿真模型，利用数值模拟的方法研究污染物的形状、大小、位置等参数对芯片表面流场与温度场的影响，根据流场与温度场的变化找出主要影响因素。 通过微喷成型的方式在芯片表面的不同位置建立了不同类型的污染物模型。通过对比四种污染物模型的试验结果，结合数值模拟结果分析了污染物的高度、位置、长度等因素对传感器输出值的影响。本课题的研究内容有助于理解污染物对传感器测量值的影响机理，对提高传感器的工作稳定性及测量精度打下了理论基础。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1课题的研究背景及意义

1．2热式流量传感器的发展现状

1．2．1热损失式流量传感器

1．2．2热分布式流量传感器

1．2．3热脉冲式流量传感器

1．3国内外研究现状

1．4本文的主要研究内容

2热膜式流量传感器基本理论

2．1．1热传递的方式

2．1．2导热

2．1．3热对流

2．2热膜式流量传感器数学模型

2．2．1传感器二维模型

2．2．2传热学模型

2．2．3边界条件与模型求解

2．3试验验证

2．3．1传感器芯片电阻的温度-阻值特性

2．3．2上下游温差与流量的关系

2．4本章小结

3热膜式流量传感器及污染物的影响

3．1热膜式流量传感器

3．1．1热膜式流量传感器的结构

3．1．2热膜式流量传感器的测量原理

3．2热膜式流量传感器内部流动特性

3．2．1层流与湍流

3．2．2平均速度

3．2．3边界层

3．2．4充分发展段和入口段

3．3污染物的分布规律及其对传感器输出的影响

3．3．污染物沉积试验平台

3．3．2测量方法

3．3．3污染物沉积试验

3．3．4污染物对传感器输出的影响

3．4仿真分析及对比

3．4．1热膜式流量传感器的几何模型

3．4．2仿真模型

3．4．3芯片表面温度场分析

3．4．4污染物对芯片表面流场的影响

3．4．5污染物对芯片表面温度场的影响

3．6本章小结

4试验分析

4．1微喷成型试验平台

4．2试验结果

4．2．1污染物形态

4．2．2污染物对传感器输出的影响

4．2．3污染物对上下游测温电阻温度差的影响

4．3本章小结

5总结与展望

5．1总结

5．2展望

致谢

参考文献

附录