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汽车空气质量流量传感器的研究

作　者: 金跃川
导　师: 何天明；王泽森
学　校: 武汉理工大学
专　业: 车辆工程
关键词: 空气流量传感器热膜式 MEMS 有限元分析
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 202次
引　用: 5次
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内容摘要

内燃机进气空气流量是一个非常重要的测量参数,因为汽油机空燃比的调节的方式是采用调整与进气量相匹配的喷油量,所以现在电控汽油机喷射系统能否准确的测量发动机的进气量,从而正确的将空燃比控制在所要求的范围内,决定了发动机的动力性、经济性和尾气排放等性能指标。空气质量流量传感器是当前汽车发动机电子控制燃油喷射系统中最关键的部件之一,是对发动机的空气进气量的准确测量的器件。在车用空气流传感器中,由于热式流量传感器具有无机械传动,无需对空气密度和压力进行补偿,响应速度快,测试灵敏度高,工作可靠性高等优点。因此,热膜式空气流量传感器发展非常迅速,且在汽车领域开始得到广泛的应用。本次设计的热膜式汽车空气流量传感器的研究主要内容如下：通过对目前比较常用的车用空气流量传感器的性能的分析和对比,不难看出热膜式空气流量质量传感器是其中性能最好的车用空气流量传感器。在下文中详细的分析了热膜式空气流量传感器工作过程中依据的理论基础和传热情况,并对传感器的工作原理以及基本构造进行了深入的研究。通过分析比较,阐述了该流量传感器在汽车上使用的优点和目前存在的一些问题,并对其将来的发展前景简单的做出了预测。在对热膜式空气流量传感器的理论分析充分了解并掌握的基础上,本论文采用MEMS工艺制作热膜式空气流量传感器,设计出了一种集成式传感头的传感器,使的传感器结构更加简单,并设计出采用微机直接控制加热电阻电流的电路图。着重阐述了传感单元芯片材料的选择和加工工艺的流程。设计出了热膜式空气质量流量传感器的静态和动态标定试验的方法,通过对传感器的静动态标定提高传感器的测量精度,特别是在传感器静态标定时,模拟了发动机在进气时的大气的不同湿度,从而解决了进气湿度对传感器测定的影响。最后利用有限元分析软件对设计出的传感器进行了温度场的热分析,通过仿真来确定了硅杯结构的尺寸及位置、加热电阻和检测电阻的形状及相互位置,优化了传感器芯片的结构设计。通过对热膜式空气质量流量传感器的研究,其目的在掌握传感器的制作过程和MEMS工艺,通过对传感器的结构和控制电路的改良,提高该产品的性能,推广该产品在国内的应用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章引言  9-14
  1.1 本课题研究的意义  9-10
  1.2 空气流量传感器的发展现状  10-13
  1.3 本文开展的主要工作  13-14
第2章热膜式空气流量传感器的概述  14-28
  2.1 空气流量传感器的分类  14-21
    2.1.1 空气流量传感器的结构与测量原理分类  14-19
    2.1.2 常见车用空气流量计的性能比较  19-21
  2.2 热膜式空气流量传感器的理论分析  21-24
    2.2.1 托马斯(Thomas)理论  21
    2.2.2 热膜传感器中的传热分析  21-24
  2.3 热膜式空气流量传感器的基本原理  24-26
    2.3.1 热膜式空气流量传感器的工作原理  24-25
    2.3.2 热膜式空气流量传感器的结构  25-26
  2.4 目前热膜式空气流量传感器存在的问题  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章热膜式空气质量流量传感器的设计  28-42
  3.1 热膜式空气质量流量传感器传感头设计  28-36
    3.1.1 热膜式空气质量流量传感器传感头电阻布局设计  29-30
    3.1.2 热膜式空气质量流量传感器传感头材料的选择  30-33
      3.1.2.1 传感器薄膜材料  30-32
      3.1.2.2 传感器薄膜材料的选择  32-33
      3.1.2.3 传感器基底材料的选择  33
    3.1.3 传感器芯片加工工艺的介绍  33-36
      3.1.3.1 MEMS简介  33-35
      3.1.3.2 MEMS技术在汽车上的应用  35-36
    3.1.4 传感器MEMS加工工艺的流程  36
  3.2 热膜式空气质量流量传感器电路设计  36-38
  3.3 热膜式空气质量流量传感器的结构设计  38-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章热膜式空气质量流量传感器的标定  42-46
  4.1 热膜式空气质量流量传感器的静态标定  42-43
  4.2 热膜式空气质量流量传感器的动态标定  43-45
  4.3 本章小结  45-46
第5章热膜式空气质量流量传感器的有限元分析  46-53
  5.1 有限元简介  46-48
    5.1.1 ANSYS简介  47-48
  5.2 热膜式空气质量流量传感器的仿真  48-52
    5.2.1 热膜式空气质量流量传感器的热分析  48-50
    5.2.2 空气流量传感器的流体动力学仿真  50-52
  5.3 本章小结  52-53
第6章总结与展望  53-55
  6.1 总结  53-54
  6.2 展望  54-55
参考文献  55-57
致谢  57

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