热电阻线空气流量计的制作方法

专利名称:热电阻线空气流量计的制作方法
本发明涉及热电阻线空气流量计，更具体地说，涉及检测内燃机进气口空气流量所用的热电阻线空气流量计的加热电阻的结构。
图2表示传统的热电阻线空气流量计的整体截面图。参考图2，加热电阻1以及与加热电阻具有相同结构的进气口气温检测电阻2排列在主体5的支路4中，主体5中有主通路3和支路4，进气口空气的大部分从主通路3中通过，分流出的那部分空气在支路4中通过。
图3表示热电阻线空气流量计的驱动电路6。驱动电路包括加热电阻1，进气口气温检测电阻2，运算放大器7和8，功率晶体管9，电容10，电阻11-15。功率晶体管9的集电极端16连到电源的正极，电阻11的接地端17连接到电源的负极，电阻11和加热电阻1的连接点连接到微型计算机的输入端18，该微型计算机利用热电阻线空气流量计的输出信号实现对发动机的控制。
在这种结构中，通过给加热电阻1提供一个电流，控制该电阻的温度比进气口气温检测电阻2的温度高一个恒定的温度值。同时，进气口气温检测电阻2用来校正进气口的气温，其工作方式是进气口气温检测电阻本身所产生的热量被忽略不计，並且进气口气温能被检测到。当空气吹向加热电阻1时，加热电阻1和进气口气温检测电阻2之间的温差在上述的驱动电路6的控制下为恒定值。通过下述方式的反馈来实现控制，即电阻12和13对加热电阻1两端压差的分压电压，和由流过加热电阻1的电流在电阻11上产生的压降被运算放大器7放大后的电压，总是互相相等的。因此，当空气流量变化时，流过加热电阻1的电流也变化，结果气流的变化能由该电流在电阻11上相应的压降变化测量出来。通过输入端18将汽车发动机进气口空气流量测量信号输入给微型计算机，微型计算机决定为了维持汽车的最佳燃烧所需要的燃料体积，以便能够使用由喷嘴喷射燃料的电子燃料喷射系统。
图4表示一个用于这样的热电阻线空气流量计的加热电阻的传统实例。加热电阻插入氧化铝制成的绕线管21中，两端有铂依(10%)合金制成的引线22，並将铂线绕在氧化铝管上面。引线22的两端通过焊接点24固定在支承导体25上。
在另一个现有技术中有一个实例，如已公布的日本专利NO.58-95265的图2所示，电阻元件不用引线22而直接钎焊在支承导体25上。
但是这些现有技术有缺点，其测量装置的响应曲线不好，如图5中虚线所示;並且当在恒定时间内空气流量由Q1变到Q2时，输出电压(V)的值不是陡然上升而是画出一条坡度平缓的曲线。当这种热电阻线空气流计用于如汽车发动机这样的内燃机的电子控制燃料喷射装置时，这种缺点引起大问题。
本发明的目的是提供一种具有高响应曲线的热电阻线空气流量计。
根据本发明的热电阻线空气流量计，加热电阻的绕线管用二氧化锆或玻璃纤维制成。因为二氧化锆或玻璃纤维的热传导率小，在加热电阻上产生的热不致通过支承导体跑掉，所以其响应特性得到改善。
图1表示本发明的一个实施例的加热电阻的结构;
图2表示传统的现有技术的热电阻线空气流量计的整体截面图;
图3表示图2中的驱动电路图;
图4表示传统的现有技术的加热电阻的截面图;
图5表示本发明和现有技术的响应时间特性曲线;
图6表示本发明另一实施例的加热电阻的结构;
图7表示本发明又一个实施例的加热电阻的结构;
图8表示图7所示的加热电阻的加工示意图;
图9表示本发明再一个实施例的加热电阻的结构。
参考图1，加热电阻1的绕线管21的材料包括加入了一定量摩尔百分比的三氧化二钇(Y2O3)的稳定化的二氧化锆。用滚筒式溅射法在绕线管表面淀积一层铂膜31之后，用激光在其上精刻出线槽32，以调整加热电阻的电阻值。然后，加热电阻1被钎焊24连接到一对具有小直径端部的支承导体25上。加热电阻的整个表面涂保护玻璃33后，在低温下使加热电阻干燥。
在图5中，使用本发明加热电阻1的热电阻线空气流量计的响应时间特性用实线表示。参考图5，可以理解本发明的响应特性是改进了的。这是基于传到支承导体25的热量减少了，因为二氧化锆的热传导率比用作加热电阻的主要材料的氧化铝的热传导率的1/3还小。
由于本发明的加热电阻的绕线管材料是用稳定化的二氧化锆制成的，因此其绕线管在柔性方面胜过已公布的日本专利NO.58-95262中公开的热电阻线空气流量传感器，该传感器使用氧化铝绕线管，在结构上与本发明相同，即绕线管不用引线而直接连接到支承导体上。然则本发明的绕线管能够吸收在测量时产生的热应力，增加机械的和热的强度，可以防止绕线管的破裂。换句话说，稳定化的二氧化锆的高刚度机理是封在烧结体内的正方晶系二氧化锆晶粒由于应力集中而使马氏体转变成单斜结晶结构，同时其断裂能量被吸收。由于绕线管两端固定在它们的(支承)结构内，所以当其中产生热应力时，一般说来绕线管不破裂。
因为二氧化锆绕线管的热传导率小，能降低对支承部件的热传导，同时，因为本发明中不用引线並且与图4所示现有技术相比绕线管的长度l能够延长，所以绕线管长度l与绕线管直径d的比l/d可以较大，以使其响应增加。换句话说，当考虑加热电阻1所产生的热量的散发时，如果加热电阻1的整体结构做成变化为近似园柱形的模型，则通过空气散发的热量与表面积πDl成正比，而来自加热电阻两端並通过支承导体25散发的热量与截面积 1/4 πD2成正比。因为当后者比前者的热量散发小时，测量装置的响应较好，所以当前者的表面积值除以后者的表面积值，即l/d值较大时响应较好，或进一步说因为通过横向面积的热传导减少，所以响应增加。
因为本发明的热电阻线空气流量计是以绕线管直接连接到支承体上这样的方式制成的，所以在工作中表现出明显的改进。因为与如图4所示的现有技术相比，没有将引线22插到绕线管21的操作，也没有引线22和绕线管21之间直径的不同引起的问题，所以本发明的热电阻线空气流量计能够很容易地生产。
虽然图1所示的实施例揭示出二氧化锆绕线管的形状是直型的，但是可以如图6所示以螺线型做绕线管21来制成加热电阻，因为二氧化锆在柔性上是优良的。在这种情况下，因为l/d能够做得较大，所以响应特性能更加改进，並且因为绕线管本身在两个支承导体24之间具有弹簧功能，所以绕线管的机械强度进一步增加。
绕线管不总是限于用二氧化锆制成的一种，也能用和二氧化锆具有一样小的热传导率的玻璃纤维制成。
因为图1和6所示的热电阻线空气流量计使用由具有小的热传导率的二氧化锆或玻璃纤维制成的绕线管，所以能够提供具有高响应特性的热电阻线气流计。
参考图7，在绕线管37表面绕着铂线。该线在绕线管的两端细密地缠绕。在细密绕线的部分36，绕线管37由一对支承导体25支承。並且绕好线的整个绕线管37覆盖着玻璃33。
参考图8，用玻璃纤维制成的绕线管37预先被卷绕在一绕线架(没有画出)上，于是可以连续不断地提供该绕线管。因为所提供的绕线管37没有在现有技术中所具有的沿其轴向的直径变化，所以能容易地连续不断地缠绕铂线23。以预定间隔在绕线管上缠绕成密圈和疏圈，即如后面解释的那样，在切断绕线管之后，绕线管有预定的长度。在绕线结束后，绕线管37被绕到另一个绕线架上(没有画出)以存放已绕好线的绕线管。由绕线架所提供缠好线的绕线管37被切割成绕线管31。当在密圈部分切断时，能够得到在两端细密绕线的预定长度的绕线管，如图8(3)所示。绕线管31被焊到支承导体25的小直径部分34上，于是在此被固定。然后，在绕线管上涂上玻璃层33。
由上面说明的结构，加热电阻被制成没有引线的这样一种结构，以致能避免在缠绕中绕线折断和线圈间距的散乱，能够做到连续不断高速缠绕，並且能提高其生产率。
图9所示的加热电阻包括具有高熔点的铂线和玻璃。因为玻璃纤维绕线管有柔性，所以它具有热电阻和机械强度。
虽然图7所示的实施例将铂线23的细密绕线部分焊到支承导体25上实行加热电阻的机械支承，同时细密绕线部分作为电极;但是可以通过预先电镀、淀积或印制在玻璃纤维绕线管的两端上形成金属电极板35之后，连续不断地缠绕铂线23。在这种情况下，通过增厚电极板35的膜厚度，能更加增加热电阻的机械强度。
图7和9中所示的实施例能够达到提供一种热电阻线空气流量计的作用，该热电阻线空气流量计具有机械强度，高效发热电阻和高生产率。由于装备有细密绕线部分或电极表面，能确保实现铂线和支承导体之间的电气连接。
权利要求
1.一种热电阻线空气流量计，包括一个设置在气道(4)中的用以测量电子控制燃料喷射装置进气口的空气流量的加热电阻(1)，和一个控制流过该加热电阻的电流及引出上述加热电阻的输出电压作为对应于该空气流量的信号的驱动电路(6)，其特征在于，通过在二氧化锆或玻璃纤维制成的绕线管(21)上淀积一层铂膜(31)加工制成所说的加热电阻，並且为了获得预先确定的电阻值用激光对该铂膜精细刻槽。
2.根据权利要求
1的一种热电阻线空气流量计，其特征在于所说的加热电阻在所说的绕线管的两端直接连到支承导体(25)上。
3.根据权利要求
2的一种热电阻线空气流量计，其特征在于所说的加热电阻钎焊到每个支承导体(25)的小直径部分上，使所说的加热电阻连接到该部分上。
4.一种热电阻线空气流量计，包括一个设置在气道(4)中用以测量电子控制燃料喷射装置进气口的空气流量的加热电阻(1)，和一个控制流过该加热电阻的电流及引出所说的加热电阻的输出电压作为对应于该空气流量的信号的驱动电路(6)，其特征在于，通过在玻璃纤维或二氧化锆制成的绕线管(31)的表面以这样一种方式缠绕铂线(23)加工制成所说的加热电阻，即在该绕线管的两端细密地缠绕上铂线，並且由支承导体(25)在绕线管的细密绕线部分支承所说的绕线管。
5.根据权利要求
4的一种热电阻线空气流量计，其特征在于所说的加热电阻在所说的绕线管两端直接连接到支承导体(25)上。
6.根据权利要求
5的一种热电阻线空气流量计，其特征在于所说的加热电阻钎焊到每个支承导体(25)的小直部分上，使所说的加热电阻连接到该部分上。
7.一种热电阻线空气流量计，包括一个设置在气道(4)中用于测量电子控制燃料喷射装置进气口的空气流量的加热电阻(1)，和一个控制流过该加热电阻的电流及引出所说的加热电阻的输出电压作为对应于该空气流量的信号的驱动电路(6)，其特征在于，通过在玻璃纤维或二氧化锆制成的绕线管(37)的两端形成金属电极板(35)，在所说的绕线管表面缠绕铂线(23)，以及由支承导体(25)在所说的电极板处支承所说的绕线管，于是制成所说的加热电阻。
8.根据权利要求
7的一种热电阻线空气流量计，其特征在于所说的加热电阻在绕线管的两端直接连接到所说的支承导体上。
9.根据权利要求
8的一种热电阻线空气流量计，其特征在于所说的加热电阻钎焊到每个支承导体的小直径部分上，使所说的热电阻连接到该部分上。
专利摘要
公开一种热电阻线空气流量计。加热电阻(1)的绕线管(21)是用二氧化锆或玻璃纤维制成的，在绕线管的表面形成铂膜(31)或缠绕铂线(23)。由一对支承导体(25)在加热电阻的两端支承该加热电阻。
文档编号G01P5/12GK87106770SQ87106770
公开日1988年4月20日 申请日期1987年10月7日
发明者高桥实, 德田博厚, 渡边泉, 四村豐 申请人:株式会社日立制作所, 株式会社日立自动工程