惠斯顿电桥电路在空气流量传感器中的应用分析

顾丹（四川城市职业学院汽车与信息工程学院，四川成都　610101）



惠斯顿电桥电路在空气流量传感器中的应用分析

顾丹
（四川城市职业学院汽车与信息工程学院，四川成都610101）

摘要：热式空气流量传感器的基本原理是惠斯顿电桥电路，文章分析了惠斯顿电桥电路的原理以及在空气流量传感器中的应用，结合汽车上的热式空气流量传感器案例，分析了空气流量传感器的检测方法。

关键词：惠斯顿电桥；空气流量传感器；原理；检测

1　惠斯顿电桥

惠斯顿电桥，英文名称为Wheatstone bridge，是1843年Samuel Hunter Christie提出的一种电路的桥式结构。电桥主要由四个首尾相连的阻抗构成，其每条边被称为桥臂，主要用于实现电桥桥臂上某些电量的测量，现已得到相当广泛的应用。

如图1所示，惠斯顿电桥就是一个由四个电阻R1、R2、R3、R4构成的电桥，当满足相对的电阻乘积相等（即R2×R3=R1× R4）时，有a端到d端的电位差为0（即Uad=0）。电桥就是基于这种思想进行测量的，当四个桥臂中出现未知量时，基于该公式便可根据已知值实现对未知量的测量。

图1　惠斯顿电桥

2　基于惠斯顿电桥原理的空气流量传感器

如图2所示，电路图中由以下电阻组成一个电桥。电桥的一个臂是图中Rh，称为热线；另一个臂Rx，称为冷线。再一个臂为精密电阻，最后一个臂Rb是一个可用修正的电阻。

在工作时热线Rh有电流通过，因而温度较高，和冷线Rx之间的温差应保持不变（一般为120°）。当空气流经热线Rh时，带走热量而使热线Rh温度下降，空气流量越大，带走热量越多，热线Rh温度下降越多。热线Rh是电桥的一个臂，它是一个具有正温度系数的电阻，当温度下降时电阻值变小，此时电阻值的变小造成电桥不平衡，此不平衡对集成电路IC进行了控制，集成电路是给电桥提供电流的，它控制电流使热线Rh保持恒温以达到Rh电阻恒定而使电桥不断平衡，要想维持此平衡电路的变化应随空气流量的大小而改变，空气流量大时，电流增大；空气流量小时，则电流减小。

Ra与Rh串联，串联电路的电流相等，Rh的电流同样流经Ra的电源负极，这时在Ra上产生一个电压，这个电压大小的变化和电流大小变化成正比，和空气流量变化成正比。该电阻上的电压作为空气流量计的输出信号。

在空气流量计不变的情况下，进气温度不一样时，从热线带走的热量也不一样，为了解决这一问题，在电桥中用了Rx这个电阻，它也是铂做成的，它的阻值变化是随着空气温度变化而变化的，起一个补偿作用，使空气温度不一样造成的测量误差得到补偿，以保证空气流量计的准确性。

图2　热模式空气流量传感器原理

3　基于惠斯顿电桥原理的空气流量传感器检测

以某热模式空气流量传感器为例，检测

方法与过程如下：来自以某车型热模式空气流量传感器为例，传感器有四根线，如图3所示。

图3热模式空气流量传感器端子

（1）来自油泵继电器12V的检测。在点火开关完全关闭的情况下，拔下空气流量传感器插头。万用表选择20V直流量程，黑色表笔在发动机缸体处选择好搭铁点。在起动的工况下，测量红色表笔所在位置，来自油泵继电器送向传感器“2”端子，应该在11.5V以上。

（2）搭铁的测量。在点火开关完全关闭的情况下，拔下空气流量传感器插头。万用表选择嗡鸣档，一支表笔在发动机缸体处选择好搭铁点，另一只表笔测量从传感器“3”端子去往ECU的线路。如果万用表显示导通，则证明传感器搭铁线良好。

（3）5V常电的检测。在点火开关完全关闭的情况下，拔下空气流量传感器插头。万用表选择嗡鸣档，红色表笔在发动机缸体处选择好搭铁点，黑色表笔测量从ECU传向传感器“4”端子的线路，当点火开关处于打开状态下，应该能够测得大于4.5V的电压。

（4）信号线的检测。连接好传感器插头，起动发动机，在发动机运转的情况下，测量传感器“5”端子的信号电压，分为怠速和加速两个工况测量，测量值应符合规定范围。万用表选择20V直流量程，测量由UCE输送来的工作电压。

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

中图分类号：TH814

文献标识码：A

文章编号：2095-980X（2016）05-0027-01

收稿日期：2016-04-15

作者简介：顾丹（1981-），女，重庆梁平人，硕士，讲师，主要从事电子信息技术研究工作。