По виду выдаваемой информации датчики расхода жидкостей и газов подраз­деляют на две группы — на расходомеры и массметры.

► Если расход жидкости или газа (например воздуха) определяется по объему пропущенной среды, то датчик называется объемным расходомером. К таким датчикам относятся расходомеры воздуха для автомобильных систем впрыска бензина.

В свою очередь расходомеры воздуха подразделяются на механические — с круглым плавающим ротаметром; потенциометрические — с парусной измерите­льной заслонкой; вихревые (датчики Кармана) — с рассекателем воздушного по­тока, выполняющего функцию генератора воздушных завихрений, частота или ва­риации давления в которых несут информацию об объеме пропущенного воздуха.

При измерении расхода жидкости (например бензина) чаще применяются бо­лее простые расходомеры с вращающейся турбиной в подвижном потоке, по час­тоте вращения турбины определяется объем пропущенной жидкости. Так как объ­ем жидкостей под действием температуры изменяется незначительно, то с неболь­шой погрешностью можно считать, что значению этого параметра соответствует и масса (вес) жидкости.

► Если расход текучей среды (жидкости или газа) определяется непосредствен­но по массе, то измерительный датчик называется массметром.

Массметры, в отличие от расходомеров, выдают более качественную метроло­гическую информацию. Особенно это касается воздушных массметров, т. к. объем газообразных сред, в отличие от жидкостей, в значительной степени зависит от температуры и давления. Так, в расходомерах воздуха, работающих в системах впрыска бензина, приходится устанавливать дополнительные (корректирующие) датчики температуры и давления в атмосферном воздухе. Массметры в системах впрыска работают без таких датчиков.

Основной принцип действия воздушных массметров основан на применении платиновой нити, разогретой электрическим током, в качестве датчика информа­ции о массе проходящего воздушного потока, охлаждающего разогретую нить. Та­кой принцип измерения массы воздуха пришел в технику из метеорологии и на­зывается термоанемометрическим.

Термоанемометрический массметр, а также все вышеописанные расходомеры, кроме датчиков Кармана, подробно описаны в [3].

А.3.3. Датчик Кармана

Датчики Кармана относятся к вихревым расходомерам воздуха. Если узкий стержень (рассекатель) разместить поперек равномерного воздушного потока, то за стержнем начнут образовываться завихрения. Принцип работы датчика Карма­на основан на измерении частоты вращения вихревых потоков, которые образу­ются за поперечным стержнем в потоке всасываемого воздуха. Скорость V потока воздуха определяется уравнением:

V =f-(d/St),

где d — константа, зависящая от геометрии стержня; St — критерий подобия неу­становившихся движений текучих сред (число Струхаля) для конструкций автомо­бильных датчиков расхода воздуха St= 0,23); f— частота вращения вихревых пото­ков (генерации вихрей).

По частоте f определяют скорость V, затем по известному поперечному сече­нию входного канала датчика — объем воздуха.

Частоту генерации вихрей определяют ультразвуковым методом или по вариа­циям давления.

► В ультразвуковых датчиках (рис. А.13) частоту генерации вихрей определяют по доплеровскому сдвигу частоты ультразвуковой волны (обычно 50 кГц) при ее рассеянии движущейся средой (потоком воздуха).

Рисунок А.13 – Ультразвуковой датчик Кармана

Датчики, аналогичные представленному на рис. А.13, использовались на двига­телях с центральным впрыском автомобилей Chrysler.

Рисунок А.14 – Датчик Кармана с измерением вариаций давления

► Датчики Кармана на основе подсчета числа вихрей по вариациям давления гораздо дешевле. В них полупроводниковый, чувствительный к изменениям дав­ления элемент расположен непосредственно за вихреобразующим стержнем (рас­секателем). Вихрь, появляющийся за стержнем, вызывает изменение давления, которое преобразуется в электрический сигнал, поступающий в ЭБУ двигателя. Конструкция такого датчика показана на рис. А.14. Он состоит из формирователя ламинарного потока (ламинатора) на входе, треугольного поперечного стержня (рассекателя) — генератора вихрей и емкостного датчика давления. В корпусе так­же размещены датчики температуры и барометрического давления (на рис. А.14 не показаны) для определения массы поступающего воздуха по его объему. На холо­стом ходу датчик выдает сигнал с частотой около 100 Гц, при полной загрузке двигателя — около 2000 Гц.