顧丹（四川城市職業(yè)學(xué)院汽車與信息工程學(xué)院，四川成都　610101）

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惠斯頓電橋電路在空氣流量傳感器中的應(yīng)用分析

顧丹
（四川城市職業(yè)學(xué)院汽車與信息工程學(xué)院，四川成都610101）

摘要：熱式空氣流量傳感器的基本原理是惠斯頓電橋電路，文章分析了惠斯頓電橋電路的原理以及在空氣流量傳感器中的應(yīng)用，結(jié)合汽車上的熱式空氣流量傳感器案例，分析了空氣流量傳感器的檢測(cè)方法。

關(guān)鍵詞：惠斯頓電橋；空氣流量傳感器；原理；檢測(cè)

1　惠斯頓電橋

惠斯頓電橋，英文名稱為Wheatstone bridge，是1843年Samuel Hunter Christie提出的一種電路的橋式結(jié)構(gòu)。電橋主要由四個(gè)首尾相連的阻抗構(gòu)成，其每條邊被稱為橋臂，主要用于實(shí)現(xiàn)電橋橋臂上某些電量的測(cè)量，現(xiàn)已得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。

如圖1所示，惠斯頓電橋就是一個(gè)由四個(gè)電阻R1、R2、R3、R4構(gòu)成的電橋，當(dāng)滿足相對(duì)的電阻乘積相等（即R2×R3=R1× R4）時(shí)，有a端到d端的電位差為0（即Uad=0）。電橋就是基于這種思想進(jìn)行測(cè)量的，當(dāng)四個(gè)橋臂中出現(xiàn)未知量時(shí)，基于該公式便可根據(jù)已知值實(shí)現(xiàn)對(duì)未知量的測(cè)量。

圖1　惠斯頓電橋

2　基于惠斯頓電橋原理的空氣流量傳感器

如圖2所示，電路圖中由以下電阻組成一個(gè)電橋。電橋的一個(gè)臂是圖中Rh，稱為熱線；另一個(gè)臂Rx，稱為冷線。再一個(gè)臂為精密電阻，最后一個(gè)臂Rb是一個(gè)可用修正的電阻。

在工作時(shí)熱線Rh有電流通過，因而溫度較高，和冷線Rx之間的溫差應(yīng)保持不變（一般為120°）。當(dāng)空氣流經(jīng)熱線Rh時(shí)，帶走熱量而使熱線Rh溫度下降，空氣流量越大，帶走熱量越多，熱線Rh溫度下降越多。熱線Rh是電橋的一個(gè)臂，它是一個(gè)具有正溫度系數(shù)的電阻，當(dāng)溫度下降時(shí)電阻值變小，此時(shí)電阻值的變小造成電橋不平衡，此不平衡對(duì)集成電路IC進(jìn)行了控制，集成電路是給電橋提供電流的，它控制電流使熱線Rh保持恒溫以達(dá)到Rh電阻恒定而使電橋不斷平衡，要想維持此平衡電路的變化應(yīng)隨空氣流量的大小而改變，空氣流量大時(shí)，電流增大；空氣流量小時(shí)，則電流減小。

Ra與Rh串聯(lián)，串聯(lián)電路的電流相等，Rh的電流同樣流經(jīng)Ra的電源負(fù)極，這時(shí)在Ra上產(chǎn)生一個(gè)電壓，這個(gè)電壓大小的變化和電流大小變化成正比，和空氣流量變化成正比。該電阻上的電壓作為空氣流量計(jì)的輸出信號(hào)。

在空氣流量計(jì)不變的情況下，進(jìn)氣溫度不一樣時(shí)，從熱線帶走的熱量也不一樣，為了解決這一問題，在電橋中用了Rx這個(gè)電阻，它也是鉑做成的，它的阻值變化是隨著空氣溫度變化而變化的，起一個(gè)補(bǔ)償作用，使空氣溫度不一樣造成的測(cè)量誤差得到補(bǔ)償，以保證空氣流量計(jì)的準(zhǔn)確性。

圖2　熱模式空氣流量傳感器原理

3　基于惠斯頓電橋原理的空氣流量傳感器檢測(cè)

以某熱模式空氣流量傳感器為例，檢測(cè)

方法與過程如下：來自以某車型熱模式空氣流量傳感器為例，傳感器有四根線，如圖3所示。

圖3熱模式空氣流量傳感器端子

（1）來自油泵繼電器12V的檢測(cè)。在點(diǎn)火開關(guān)完全關(guān)閉的情況下，拔下空氣流量傳感器插頭。萬用表選擇20V直流量程，黑色表筆在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體處選擇好搭鐵點(diǎn)。在起動(dòng)的工況下，測(cè)量紅色表筆所在位置，來自油泵繼電器送向傳感器“2”端子，應(yīng)該在11.5V以上。

（2）搭鐵的測(cè)量。在點(diǎn)火開關(guān)完全關(guān)閉的情況下，拔下空氣流量傳感器插頭。萬用表選擇嗡鳴檔，一支表筆在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體處選擇好搭鐵點(diǎn)，另一只表筆測(cè)量從傳感器“3”端子去往ECU的線路。如果萬用表顯示導(dǎo)通，則證明傳感器搭鐵線良好。

（3）5V常電的檢測(cè)。在點(diǎn)火開關(guān)完全關(guān)閉的情況下，拔下空氣流量傳感器插頭。萬用表選擇嗡鳴檔，紅色表筆在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體處選擇好搭鐵點(diǎn)，黑色表筆測(cè)量從ECU傳向傳感器“4”端子的線路，當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)處于打開狀態(tài)下，應(yīng)該能夠測(cè)得大于4.5V的電壓。

（4）信號(hào)線的檢測(cè)。連接好傳感器插頭，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，測(cè)量傳感器“5”端子的信號(hào)電壓，分為怠速和加速兩個(gè)工況測(cè)量，測(cè)量值應(yīng)符合規(guī)定范圍。萬用表選擇20V直流量程，測(cè)量由UCE輸送來的工作電壓。

Application of Wheatstone Bridge in Air flow Sensor

GU Dan
（Automobile and Information Engineering School，Sichuancity Vocational College，Chengdu，Sichuan 610101，China）

Abstract:The basic principle of thermal air flow sensor is Wheatstone bridge circuit.Based on the analysis of the principle of Wheatstone bridge circuit and its application in the air flow sensor，combined with heat air flow sensor case，this paper analyzes air flow sensor detection methods.

Key words:Wheatstone bridge；Air flow sensor；principle；detection

中圖分類號(hào)：TH814

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-980X（2016）05-0027-01

收稿日期：2016-04-15

作者簡(jiǎn)介：顧丹（1981-），女，重慶梁平人，碩士，講師，主要從事電子信息技術(shù)研究工作。