专利名称：空气质量流量传感器的测试装置及方法
技术领域：
本发明涉及测量设备或装置的测试或校准的技术领域，具体是一种空气质量流量 传感器的测试装置及方法。
背景技术：
随着对汽车性能的要求的提高，电控燃油喷射系统的研发与应用成为当今世界各 国汽车企业的研究重点。作为电控燃油喷射系统关键部件的进气流量传感器是车用传感 器的重要组成部分，它和其后的显示及信号处理装置统称为流量传感器。空气质量流量传 感器是直接或间接检测进入发动机气缸空气量大小，并将检测结果转变成电信号输入电子 控制单元ECU，供ECU计算喷油量和点火时间，使发动机在各种工况下获得最佳浓度的混合 气，以达到空燃比与发动机不同工况的最佳匹配。可见，空气质量流量传感器的性能直接影响喷油系统的工作质量。在大批量生产 空气质量流量传感器及汽车发动机性能维护的同时需要对所空气质量流量传感器进行测 试和标定，以保证空气质量流量传感器符合一定的质量要求，具有良好的测量精度和响应。 由于汽车实际行驶中发动机经常使用的工况不全是稳定工况，而更多的是非稳态的过渡工 况，负荷或转速随时间不断变化，针对不同的工况，对空燃比的要求也不同。所以，在标定传 感器的过程中需要对其静态和动态性能进行测试，所以设计一种高性能的空气流量传感器 性能测试装置及方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种空气质量流量传感器的测试装置及方法，其能准确 的标定待测空气质量流量传感器，并可以对传感器的静态性能和动态性能进行测试。为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是一种空气质量流量传感器的测试装置，其包括空气流道、电控吸气装置以及数据 采集处理装置，空气流道与电控吸气装置相连并由电控吸气装置调节控制进气流量，数据 采集处理装置采集置于空气流道内的标准传感器和待测传感器的信号并处理得出其特性。所述电控吸气装置包括风机、电机和变频器，风机的进气口与空气流道相连，风机 的动力输入轴与电机相连，电机连接变频器。所述数据采集处理装置包括数据采集卡、上位机，数据采集卡采集标准传感器和 待测传感器，并传输给上位机处理。所述空气流道采用导流管，导流管选用圆形管道，且直线放置。所述空气流道前可设置滤清器，具体包括第一滤清器、第一导流管、第二滤清器和 第二导流管，第一滤清器的进气口置于空气中，第一导流管的一端接第一滤清器的出气口， 第一导流管的另一端第二接滤清器的进气口，第二导流管的一端接第二滤清器的出气口， 第二导流管的另一端与电控吸气装置相连。采用上述装置的测试方法，其包括以下步骤
1)将标准传感器和待测传感器安装在测试装置上并内烧入初始程序，传感器采集 到的输入电压U (t)，根据下式得到频率F (t)，F(t) = A*U(t)+B其中A、B为标准传感器初始程序的参数；2)启动电控吸气装置控制所需的进气流量；3)数据采集处理装置采集标准传感器输出的频率信号F1 (t)和待测传感器输出的 频率信号&(0 ；4)当达到预定的采集次数后，数据采集处理装置将频率信号F1 (t)和F2(t)进行 最小二乘法的直线拟合，得到F1 (t) =M*F2(t)+NjfF2(t) = A*U(t)+B代入得到&(0 = M*A*U(t)+M*B+N ；5)令G = M*A，H = M*B+N，将包含输入电压与输出频率关系F2(t) =G*U(t)+H的 程序烧入待测传感器的控制电路内，完成对待测传感器的标定。测试时，所述标准传感器安装在第一导流管内，待测传感器安装在第二导流管内； 标准传感器距离第一滤清器出气口的距离与待测传感器距离第二滤清器出气口的距离相 等，且标准传感器和待测传感器的安装方位相同。其还可以进行各频段下静态性能测试，具体通过变频器控制电机依次在0 50Hz 的每个整数频率值上平稳运行，数据采集处理装置依次在相应的电机工况下采集标准传感 器和待测传感器的信号，并处理得到关于标准传感器的标准曲线和关于待测传感器的测量 曲线，比较待测传感器在各种稳定风速下与标准传感器的差值的大小，判断待测传感器的 性能的好坏。其还可以进行频率缓慢勻速增加静态性能测试，具体通过设定变频器频率在0 50HZ范围内勻速的上升，数据采集处理装置以固定的时间间隔采集标准传感器和待测传感 器的信号，并处理得到关于标准传感器的标准曲线和关于待测传感器的测量曲线，比较待 测传感器在风速勻速上升的条件下与标准传感器的差值的大小，判断待测传感器的性能的 好坏。其还可以进行动态性能测试，通过变频器输出频率由5Hz迅速上升到45Hz，数据 采集处理装置采集标准传感器和待测传感器的信号，并处理得到关于标准传感器的标准曲 线和关于待测传感器的测量曲线，比较待测传感器在阶跃气流流量条件下与标准传感器响 应速度，判断待测传感器的性能的好坏。由于采用了上述方案，本发明算法精炼准确，装置成本较低，能够准确的标定待测 空气质量流量传感器，并可以对传感器的静态性能和动态性能进行测试。
图1为本发明空气质量流量传感器测试装置的框图；图2为本发明实施例的某次静态性能测试结果；图3为本发明实施例的某次动态性能测试结果；其中，1、风机，2、待测空气质量流量传感器，3、第二滤清器，4、标准空气质量流量 传感器，5、第一滤清器，6、数据采集卡，7、上位机，8、变频器，9、电机。
具体实施例方式以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。图1为本发明空气质量流量传感器测试装置的框图。本发明所述的空气质量流量 传感器的测试装置包括第一滤清器5、第二滤清器3、标准空气质量流量传感器4、待测空气 质量流量传感器2、第一导流管、第二导流管、风机1、电机9、变频器8、数据采集卡6、上位机 7。第一滤清器5的进气口置于空气中，第一导流管的一端接第一滤清器5的出气口，第一 导流管的另一端第二接滤清器3的进气口，第二导流管的一端接第二滤清器3的出气口，第 二导流管的另一端接风机1的进气口，风机1的动力输入轴与电机9相连，电机9连接变频 器8，标准空气质量流量传感器4安装在第一导流管内，待测空气质量流量传感器2安装在 第二导流管内，标准空气质量流量传感器4和待测空气质量流量传感器2后接数据采集卡 6，数据采集卡6后接上位机7。标准空气质量流量传感器4距离第一滤清器5出气口的距 离与待测空气质量流量传感器2距离第二滤清器3出气口的距离相等。为了使空气得到有 效的净化，在标准空气质量流量传感器4前面安装了第一滤清器5。同时为了保证流过标准 空气质量流量传感器4和待测空气质量流量传感器2的气流状态的一致性，在待测空气质 量流量传感器2前面安装了第二滤清器3。第一导流管和第二导流管都是圆形管道，为了消 除管道的局部阻力，将第一导流管和第二导流管直线放置。第一导流管、第二导流管构成了本发明装置的空气流道，风机1、电机9、变频器8 构成了本发明装置的电控吸气装置。通过变频器8控制电机9的转速实现风机1的变转速 调节以获得符合相应要求输入的即空气质流量。当风机1在电机9的带动下工作时，空气 气流依次经过第一滤清器5、第二滤清器3、第一导流管、第二导流管，标准空气质量流量传 感器4即安装在第一导流管内，待测空气质量流量传感器2即安装在第二导流管内。所述的空气质量流量传感器的测试方法包括以下步骤1)将待测空气质量流量传感器2安装在测试装置上，向待测空气质量流量传感器 2和标准空气质量流量传感器4的控制电路内烧入初始程序，此时，使用标准空气质量流量 传感器4可以准确的测量到流量信息，而待测空气质量流量传感器2能否准确测得流量信 息尚待检测。根据初始程序，空气质量流量传感器(文中仅提空气质量流量传感器的意思 是默认的包含标准空气质量流量传感器和待测空气质量流量传感器)可以将采集到的输 入电压U(t)，通过查表输出对应的频率F(t)，输入电压U(t)与输出频率F(t)关系如式⑴ 所示。F (t) = A*U (t)+B(1)其中A=某一常数，B=某一常数(A、B为标准空气质量流量传感器4初始程序的参数)。2)启动电机9，利用变频器8对电机9进行调速，控制风机1的转速获得所需的进
气流量。3)数据采集卡6同时采集标准空气质量流量传感器4输出的频率信号F1 (t)和待 测空气质量流量传感器输出2的频率信号F2(t)，F1U)和F2 (t)均是根据公式一查表后得 到。4)当达到预定的采集次数后，数据采集卡6将两个空气质量流量传感器提供的频 率信号有序的发送到上位机7上。5)上位机7对数据采集卡6发送来的频率信号F1 (t)和F2 (t)进行最小二乘法的直线拟合，得到关系式(2)，一次项系数为M，常数项为N。F1 (t) = M*F2 (t) +N(2)6)将 F2 (t) = A*U (t) +B 代入算式(2)中，得到式(3)F1 (t) = M*A*U (t) +M*B+N(3)
令 G = M*A，H = M*B+N。7)将包含输入电压与输出频率关系F2(t) = G*U(t)+H的程序烧入待测空气质量 流量传感器2的控制电路内，这样就使得待测空气质量流量传感器2的频率输出特性与标 准空气质量流量传感器4的频率输出特性一致，从而达到要求，完成了对待测空气质量流 量传感器2的标定。在待测空气质量流量传感器2和标准空气质量流量传感器4的控制电路内烧入 初始程序，是指向传感器内的控制电路烧入初始程序，用来控制传感器采集空气流量信息 的准确性，初始程序中含传感器的参数(即方法步骤中提到的参数A、B)，将包含参数A、B 的初始程序烧入标准传感器可以得到准确的流量信息，但是将包含参数A、B的初始程序烧 入待测传感器并不一定能得到准确的流量信息，为了使待测传感器也能得到准确的流量信 息，就要寻找适合待测传感器的参数A、B，也就是方法最后得到的参数G、H，将G、H代替初 始程序中的参数A、B，然后烧入待测传感器，待测传感器就能够得到准确的空气流量信息， 也就完成了对待测传感器的标定。另外，应用本发明提供的空气质量流量传感器的测试装置可以对传感器的静态性 能和动态性能进行测试，测试过程如下各频段下静态性能测试通过变频器8控制电机9依次在0 50Hz的每个整数频 率值上平稳运行，数据采集卡6依次在相应的电机8工况下采集标准和待测空气质量流量 传感器提供的信号，然后将采集的数据发送给上位机7。上位机7对数据采集卡6发送来 数据进行处理，得到关于标准空气质量流量传感器4的标准曲线和关于待测空气质量流量 传感器2的测量曲线，然后以变频器8设定的频率值为横坐标，空气质量流量传感器的频率 信号为纵坐标作图，在图中同时显示出标准曲线和测量曲线。观察待测空气质量流量传感 器2在各种稳定风速下与标准空气质量流量传感器4的差值的大小，来直观的判断待测空 气质量流量传感器的性能的好坏。频率缓慢勻速增加静态性能测试设定变频器8频率在0 50HZ范围内勻速的上 升，数据采集卡6同时以固定的时间间隔采集标准空气质量流量传感器4和待测空气质量 流量传感器2得到的频率信号，然后将采集的数据发送给上位机7。上位机7对数据采集卡 6发送来数据进行处理，得到关于标准空气质量流量传感器4的标准曲线和关于待测空气 质量流量传感器2的测量曲线，然后以变频器设定的频率值为横坐标，空气质量流量传感 器的频率信号为纵坐标作图，在图中同时显示出标准曲线和测量曲线，观察待测空气质量 流量传感器2在风速勻速上升的条件下与标准空气质量流量传感器4的差值的大小，来直 观的判断待测空气质量流量传感器的性能的好坏。图2为本发明实施例在控制变频器8频 率在60秒内从OHz勻速增加到50Hz的情况下所得到的测试数据，在电机频率低于5Hz时， 由于电机无法带动风机，而出现风量变化不大的情况，传感器采集到的数据变化也不大。从 图中可以得出结论待测空气质量流量传感器2对于标准空气质量流量传感器4而言，结果 相差不大，性能优良，误差在1 %以内。
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动态性能测试通过设定变频器8的输出频率在最短的时间上升到一定值并带动 风机1转动提供阶越的风量便相当于阶越信号。当变频器8输出频率由5Hz迅速上升到 45Hz的过程中，数据采集卡6同时采集标准空气质量流量传感器4和待测空气质量流量传 感器2得到的频率信号，然后将采集的数据发送给上位机7。上位机7对数据采集卡6发送 来数据进行处理，得到关于标准空气质量流量传感器4的标准曲线和关于待测空气质量流 量传感器2的测量曲线，然后以变频器8设定的频率值为横坐标，空气质量流量传感器的频 率信号为纵坐标作图，在图中同时显示出标准曲线和测量曲线，比较待测空气质量流量传 感器2在阶跃气流流量条件下与标准空气质量流量传感器4响应速度，来直观的判断待测 空气质量流量传感器的性能的好坏。图3为本发明实施例的某次动态性能测试数据，从图 中可以看到，待测空气质量流量传感器的动态响应曲线与标准空气质量流量传感器的动态 响应曲线非常吻合，动态响应时间都很短，可以得出结论待测空气质量流量传感器性能优 良ο空气质量流量传感器被应用在汽车发动机上时被安装在发动机进气管内以测量 进气流量。本发明的测试装置中用风机1替代具有吸气功能的发动机。通过变频器8控制 电机9的转速，进而控制风机1的转速来模拟发动机在不同工况下所需的进气流量。通过 调节吸入空气的流量，使得本测试装置对于不同量程范围内的空气质量流量传感器可以进 行有效的测试。本发明的测试装置及方法能准确的标定待测空气质量流量传感器2，可以对 传感器的静态性能和动态性能进行测试。上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发 明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的 一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施 例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的 保护范围之内。
权利要求
一种空气质量流量传感器的测试装置，其特征在于其包括空气流道、电控吸气装置以及数据采集处理装置，空气流道与电控吸气装置相连并由电控吸气装置调节控制进气流量，数据采集处理装置采集置于空气流道内的标准传感器和待测传感器的信号并处理得出其特性。
2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于所述电控吸气装置包括风机、电机和变 频器，风机的进气口与空气流道相连，风机的动力输入轴与电机相连，电机连接变频器。
3.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于所述数据采集处理装置包括数据采集 卡、上位机，数据采集卡采集标准传感器和待测传感器，并传输给上位机处 理。
4.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于所述空气流道采用导流管，导流管选用 圆形管道，且直线放置。
5.如权利要求4所述的测试装置，其特征在于所述空气流道前设置滤清器，具体包括 第一滤清器、第一导流管、第二滤清器和第二导流管，第一滤清器的进气口置于空气中，第 一导流管的一端接第一滤清器的出气口，第一导流管的另一端第二接滤清器的进气口，第 二导流管的一端接第二滤清器的出气口，第二导流管的另一端与电控吸气装置相连。
6.采用权利要求1所述的测试装置的测试方法，其特征在于其包括以下步骤1)将标准传感器和待测传感器安装在测试装置上并内烧入初始程序，传感器采集到的 输入电压U (t)，根据下式得到频率F (t)，F(t) = A*U(t)+B其中A、B为标准传感器初始程序的参数；2)启动电控吸气装置控制所需的进气流量；3)数据采集处理装置采集标准传感器输出的频率信号F1(t)和待测传感器输出的频率 信号F2(t)；4)当达到预定的采集次数后，数据采集处理装置将频率信号&(0进行最 小二乘法的直线拟合，得到F1U) =M*F2(t)+NjfF2(t) = A*U(t)+B代入得到^⑴= M*A*U(t)+M*B+N ；5)令G= M*A，H = M*B+N，将包含输入电压与输出频率关系F2(t) =G*U(t)+H的程序 烧入待测传感器的控制电路内，完成对待测传感器的标定。
7.如权利要求6所述的测试方法，其特征在于测试时，所述标准传感器安装在第一 导流管内，待测传感器安装在第二导流管内；标准传感器距离第一滤清器出气口的距离与 待测传感器距离第二滤清器出气口的距离相等，且标准传感器和待测传感器的安装方位相 同。
8.如权利要求6所述的测试方法，其特征在于其还进行各频段下静态性能测试，具体 通过变频器控制电机依次在0 50Hz的每个整数频率值上平稳运行，数据采集处理装置依 次在相应的电机工况下采集标准传感器和待测传感器的信号，并处理得到关于标准传感器 的标准曲线和关于待测传感器的测量曲线，比较待测传感器在各种稳定风速下与标准传感 器的差值的大小，判断待测传感器的性能的好坏。
9.如权利要求6所述的测试方法，其特征在于其还进行频率缓慢勻速增加静态性能 测试，具体通过设定变频器频率在0 50HZ范围内勻速的上升，数据采集处理装置以固定 的时间间隔采集标准传感器和待测传感器的信号，并处理得到关于标准传感器的标准曲线 和关于待测传感器的测量曲线，比较待测传感器在风速勻速上升的条件下与标准传感器的差值的大小，判断待测传感器的性能的好坏。
10.如权利要求6所述的测试方法，其特征在于其还进行动态性能测试，通过变频器 输出频率由5Hz迅速上升到45Hz，数据采集处理装置采集标准传感器和待测传感器的信 号，并处理得到关于标准传感器的标准曲线和关于待测传感器的测量曲线，比较待测传感 器在阶跃气流流量条件下与标准传感器响应速度，判断待测传感器的性能的好坏。
全文摘要
本发明涉及一种空气质量流量传感器的测试装置及方法，测试装置包括空气流道、电控吸气装置以及数据采集处理装置，空气流道与电控吸气装置相连并由电控吸气装置调节控制进气流量，数据采集处理装置采集置于空气流道内的标准传感器和待测传感器的信号并处理得出其特性。通过调节吸入空气的流量，本测试装置对于不同量程范围内的空气质量流量传感器可以进行有效的测试。本发明提供的测试装置及方法能准确的标定待测空气质量流量传感器，可以对传感器的静态性能和动态性能进行测试。
文档编号G01F25/00GK101979968SQ20101050681
公开日2011年2月23日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者周全, 周爱国, 陈光明 申请人:同济大学