專(zhuān)利名稱：識(shí)別氣體類(lèi)型的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及識(shí)別氣體類(lèi)型的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今許多汽車(chē)使用易燃?xì)怏w燃料代替或補(bǔ)充液體燃料系統(tǒng)。這種液體燃料系統(tǒng)通常包含汽油以及柴油燃料。
當(dāng)前有若干不同類(lèi)型的用于機(jī)動(dòng)車(chē)的氣體燃料。例如，這種當(dāng)前使用的氣體燃料包含丙烷、甲烷或其混合物。
為了使燃料在氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)有效燃燒，有必要監(jiān)視氣體燃料流向發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量流率或速度。為了獲得這種信息，也被稱為熱線(hotwire)或熱元件流傳感器的質(zhì)量流傳感器被流體串連在氣體燃料源和發(fā)動(dòng)機(jī)之間，使得氣體燃料流過(guò)流量計(jì)。流量計(jì)則產(chǎn)生與氣體燃料質(zhì)量流率成比例的電輸出信號(hào)，并且這種輸出信號(hào)作為輸入信號(hào)被連接到基于微處理器的、控制汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的電子控制單元(ECU)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒控制對(duì)于燃料效率最大化和空氣有害散發(fā)最小化是必要的。
然而這些目前已知的熱線質(zhì)量流傳感器不可避免地會(huì)響應(yīng)流過(guò)傳感器的氣體而產(chǎn)生非線性輸出信號(hào)。因此，目前已知的氣流傳感器通常被設(shè)計(jì)成用于預(yù)定的氣體類(lèi)型，例如丙烷氣流傳感器或甲烷氣流傳感器，并且各個(gè)流傳感器使用其自身獨(dú)有的校準(zhǔn)曲線以便根據(jù)質(zhì)量流傳感器的輸出確定實(shí)際質(zhì)量流率。此外，傳統(tǒng)熱線傳感器使用橋式電路和內(nèi)部電阻器補(bǔ)償溫度變化。然而這種內(nèi)部溫度電阻補(bǔ)償因氣體的不同而不同。因此，即使對(duì)于通過(guò)傳感器的相同質(zhì)量流率，通過(guò)目前已知的熱線質(zhì)量流傳感器的質(zhì)量流率也會(huì)因氣體類(lèi)型的不同而不同。
為了實(shí)現(xiàn)有效、無(wú)污染和安全操作的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，在ECU可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)的適當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒之前，ECU必須知道發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的氣體燃料的類(lèi)型。因此，針對(duì)單一氣體燃料類(lèi)型設(shè)計(jì)和校準(zhǔn)多數(shù)氣體燃料內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，存在錯(cuò)誤類(lèi)型的氣體燃料被提供給氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的情況，或期望得到使用2個(gè)或甚至更多不同類(lèi)型的氣體燃料，例如液體丙烷氣和壓縮天然氣的發(fā)動(dòng)機(jī)的情況。
還期望在其它類(lèi)型的氣體系統(tǒng)，例如燃料電池應(yīng)用中識(shí)別氣體類(lèi)型。
今天，尚不存在用于確定向內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)提供的氣體燃料的類(lèi)型的已知系統(tǒng)或方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于識(shí)別為內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)或其它氣體系統(tǒng)提供的氣體的類(lèi)型的方法和系統(tǒng)。
簡(jiǎn)言之，本發(fā)明的系統(tǒng)包括與氣體接觸的第一傳感器。第一傳感器提供指示第一氣體狀態(tài)的第一電輸出信號(hào)。
類(lèi)似地，第二傳感器也與氣體接觸。第二傳感器也提供指示第二氣體狀態(tài)的第二輸出信號(hào)。第一和第二狀態(tài)可以是相同的氣體特征，例如氣體的質(zhì)量流率，但是使用具有不同校準(zhǔn)的流傳感器。
來(lái)自兩個(gè)傳感器的輸出信號(hào)作為輸入信號(hào)被連接到基于微處理器的處理裝置。處理裝置將傳感器通常在2個(gè)或更多不同工作狀態(tài)的輸出與預(yù)排序查找表進(jìn)行比較，其中根據(jù)查找表可以確定氣體類(lèi)型?？蛇x地，處理裝置通過(guò)根據(jù)來(lái)自傳感器的輸出信號(hào)的計(jì)算可以確定氣體類(lèi)型。
此外，從溫度、質(zhì)量流率(與氣體速度直接成比例)、溫度和壓力構(gòu)成的組中選擇第一和第二氣體狀態(tài)。


參考下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述可以更好地理解本發(fā)明，其中在所有視圖中用類(lèi)似的附圖標(biāo)記表示類(lèi)似的部分，其中圖1是圖解簡(jiǎn)化的傳統(tǒng)熱元件電流控制電路的示意圖；圖2是圖解作為關(guān)于2個(gè)不同氣體類(lèi)型的流率函數(shù)的傳感器輸出的圖表；
圖3是圖解本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的視圖；圖4是圖解本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的操作的圖表；圖5是圖解本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的視圖；圖6是圖解本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例的視圖；圖7是圖解本發(fā)明第四優(yōu)選實(shí)施例的視圖；圖8是圖解本發(fā)明第五優(yōu)選實(shí)施例的視圖；圖9是圖解本發(fā)明第六優(yōu)選實(shí)施例的視圖；而圖10是圖解本發(fā)明第六優(yōu)選實(shí)施例的操作的視圖。
具體實(shí)施例方式
背景首先參照?qǐng)D1和2，圖1示出了傳統(tǒng)熱元件或熱線氣流傳感器的示意圖，所述氣流傳感器產(chǎn)生與通過(guò)流量計(jì)的氣體燃料的質(zhì)量流率或速度成比例的輸出信號(hào)V0。
具體參照?qǐng)D1，為了計(jì)算方便，通常在10歐姆電阻器20上測(cè)量氣流傳感器的輸出電壓V2。此外，質(zhì)量流傳感器使用橋式電路和增益/偏移校準(zhǔn)級(jí)21輸出輸出電壓V0，并且這個(gè)橋式電路包含內(nèi)部溫度補(bǔ)償電阻器22。內(nèi)部補(bǔ)償電阻器22會(huì)根據(jù)關(guān)于氣體類(lèi)型的函數(shù)發(fā)生改變。例如，如果氣流傳感器被用來(lái)檢測(cè)甲烷氣體的流動(dòng)，對(duì)于圖1中的電路，溫度補(bǔ)償電阻器22接近17.5歐姆。相反地，被用來(lái)測(cè)量丙烷質(zhì)量流率的質(zhì)量流傳感器的溫度補(bǔ)償電阻器22會(huì)接近32歐姆。
圖2以圖表形式針對(duì)具有相同溫度補(bǔ)償電阻器22但用于2個(gè)不同氣體的質(zhì)量流傳感器圖解了作為關(guān)于質(zhì)量流率Q的函數(shù)的輸出V0。具體地，圖表24圖解了來(lái)自傳感器、作為關(guān)于甲烷質(zhì)量流率Q的函數(shù)的輸出V0，圖表26圖解了來(lái)自質(zhì)量流傳感器、作為關(guān)于氣體丙烷質(zhì)量流率Q的函數(shù)的輸出。
如圖2所示，在氣體甲烷具有第一質(zhì)量流率Q1時(shí)，質(zhì)量流傳感器提供輸出信號(hào)V0。然而這個(gè)相同電壓輸出信號(hào)V0也在具有不同流率Q2時(shí)出現(xiàn)，其中氣體為丙烷而不是甲烷。因此，當(dāng)也識(shí)別氣體的類(lèi)型時(shí)，只能根據(jù)質(zhì)量流率傳感器的輸出V0確定流量計(jì)的質(zhì)量流率。
正如下面更加全面地詳述的，第一檢測(cè)方法使用2個(gè)獨(dú)立的質(zhì)量流率傳感器，其中一個(gè)傳感器具有針對(duì)預(yù)選氣體，例如甲烷的內(nèi)部溫度補(bǔ)償，而另一個(gè)傳感器具有針對(duì)不同預(yù)選氣體，例如丙烷的內(nèi)部溫度補(bǔ)償。
多數(shù)傳統(tǒng)的熱線或熱元件質(zhì)量流傳感器使用熱元件向通過(guò)傳感器的氣流傳熱。通過(guò)改變。熱元件的電流，與圖1示出的電路類(lèi)似的橋式電路將熱元件和氣體的溫度之間的溫度差保持在通常為200℃的預(yù)定常數(shù)值上。接著通過(guò)電阻器20(圖1)傳遞可變電流，從而根據(jù)可變電流導(dǎo)出電壓輸出信號(hào)V0。
通過(guò)下面推導(dǎo)的King定律確定從熱元件到通過(guò)質(zhì)量流傳感器的氣流的熱傳送系數(shù)hh=Sh[C1+C2(u·Dv(TF))β]λ(TF)D]]>其中C1和C2常數(shù)Sh熱線表面面積(π·D·L)u氣體速度[m/s]D熱線直徑[m]v(TF)運(yùn)動(dòng)粘度[m2/s]λ(TF)導(dǎo)熱系數(shù)[W/m·K]TF熱線表面(薄膜)溫度[K]L熱線長(zhǎng)度[m]β經(jīng)驗(yàn)確定常數(shù)如King定律所示，氣體速度、氣體運(yùn)動(dòng)粘度、氣體導(dǎo)熱系數(shù)和熱傳送系數(shù)之間存在直接關(guān)系。此外，運(yùn)動(dòng)粘度v(TF)和導(dǎo)熱系數(shù)λ(TF)根據(jù)關(guān)于氣體溫度以及氣體類(lèi)型的函數(shù)發(fā)生改變。
通過(guò)下面等式確定從熱元件到質(zhì)量流傳感器中氣體的熱對(duì)流或功率傳遞P＝h·ΔT其中
P＝功率，h＝根據(jù)King定律的傳遞系數(shù)，而ΔT＝熱元件和環(huán)境空氣之間的溫度差(通常為攝氏200℃)。
質(zhì)量流傳感器的電壓輸出V0(圖1)與消耗到熱元件中的電能成比例。于是電能與流過(guò)熱線的電流成比例。
如果假定ΔT＝200℃TA＝20℃其中TA＝環(huán)境氣體溫度，并且P＝h·ΔT＝200h＝i2RH其中RH＝熱元件的電阻，并且V2＝R20i＝10i其中R20＝電阻器20的電阻＝10歐姆i＝通過(guò)熱元件的電流。
通過(guò)下面等式定義熱元件的電阻RH＝R0(1+αTH)＝18.56(1+0.00387*220)＝34.37Ω其中R0＝環(huán)境溫度下熱元件的電阻。
因此，對(duì)于諸如圖1圖解的均衡熱元件橋式控制電路，可以按如下方式導(dǎo)出來(lái)自熱元件傳感器的輸出V2h=10200hRH=10200h34.37=24.123h]]>因此，質(zhì)量流傳感器的輸出電壓取決于流過(guò)熱元件的電流，該電流也流過(guò)圖1的電阻器20。于是，通過(guò)熱元件的電流與通過(guò)熱元件的速度成比例。此外，作為關(guān)于氣體溫度的函數(shù)的運(yùn)動(dòng)粘度之間的差值與作為關(guān)于氣體溫度的函數(shù)的導(dǎo)熱系數(shù)之間的差值均根據(jù)關(guān)于氣體類(lèi)型的函數(shù)發(fā)生改變。
檢測(cè)方法1參照上述背景信息和圖3，現(xiàn)在更詳細(xì)地描述第一氣體類(lèi)型檢測(cè)方法。如圖3所示，本發(fā)明的系統(tǒng)30具有順序放置在增壓氣源32和出氣口34之間的導(dǎo)流管道31，出氣口34被流體連接到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料電池或其它氣體系統(tǒng)。此外，如圖3所示，所有流向發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料電池或其它氣體消耗設(shè)備的氣流均流過(guò)管道31。
第一檢測(cè)方法使用第一熱元件質(zhì)量流傳感器40，第一熱元件質(zhì)量流傳感器40具有針對(duì)預(yù)選氣體類(lèi)型，例如丙烷的內(nèi)部溫度補(bǔ)償。傳感器40的熱元件42被配置成與來(lái)自源32并到達(dá)出口34的氣流接觸，使得熱元件42以上述方式向氣流傳熱。此外，傳感器40通過(guò)電氣連接46向基于微處理器的處理單元44提供輸出信號(hào)V0，輸出信號(hào)V0指示第一氣體狀態(tài)，即使用針對(duì)第一預(yù)選氣體類(lèi)型校準(zhǔn)的質(zhì)量流傳感器得到的氣體質(zhì)量流率。處理單元44使用傳統(tǒng)電子電路，例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入傳感器40的這個(gè)輸出信號(hào)42。
參照?qǐng)D3，第一檢測(cè)方法也使用第二熱元件質(zhì)量流傳感器50，第二熱元件質(zhì)量流傳感器50具有針對(duì)第二預(yù)選氣體類(lèi)型，例如甲烷的內(nèi)部溫度補(bǔ)償。第二傳感器50具有與氣體接觸的熱元件52，熱元件52通過(guò)線路45向處理裝置44提供作為輸入信號(hào)的輸出信號(hào)V0′，輸出信號(hào)V0′指示第二氣體狀態(tài)，即使用針對(duì)第二預(yù)選氣體類(lèi)型校準(zhǔn)的質(zhì)量流傳感器得到的氣體質(zhì)量流率。然而由于傳感器40和50針對(duì)來(lái)自源32和到達(dá)出口34的相同氣流具有不同的內(nèi)部溫度校準(zhǔn)和補(bǔ)償，分別來(lái)自傳感器40和50的電壓輸出V0和V0′會(huì)因其不同的內(nèi)部調(diào)整或校準(zhǔn)，以及不同的溫度補(bǔ)償而彼此不同。然而傳感器40和50的熱線42和52被放置在管道31的相同孔徑內(nèi)，使得可以基本上同時(shí)針對(duì)通過(guò)管道31的相同質(zhì)量流率得到分別來(lái)自傳感器40和50的電壓輸出讀數(shù)V0和V0′。
對(duì)于針對(duì)丙烷校準(zhǔn)的第一傳感器40，可以用下面的方式將針對(duì)丙烷校準(zhǔn)的傳感器40的電壓輸出V0表示成King定律的簡(jiǎn)化形式V0＝Auβ+B其中u＝氣體速度，而β變量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)被確定成.35。
類(lèi)似地，來(lái)自第二傳感器50的輸出信號(hào)V0′也可以被表示成下面的簡(jiǎn)化方式V0′＝A′uβ+B′其中A＝f(G，O，λ，v，TH，TA)B＝f(G，O，λ，v，TH，TA)A′＝f(G′，O′，λ，v，TH，TA)B′＝f(G′，O′，λ，v，TH，TA)其中G、O、G′、O′是電路輸出級(jí)的增益和偏移，即2個(gè)流傳感器40和50的內(nèi)部校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償。
比值A(chǔ)/B和A′/B′是已知比值。因此，上述等式產(chǎn)生以下數(shù)學(xué)等式組V1＝Au1β+BV2＝Au2β+B和V1′＝A′u1β+B′V2′＝A′u2β+B′其中V1＝第一氣體速度時(shí)傳感器40的第一電壓輸出V2＝第二氣體速度時(shí)傳感器40的電壓輸出V1′＝第一氣體速度時(shí)第二傳感器50的電壓輸出V2′＝第二氣體速度時(shí)第二傳感器50的電壓輸出于是在處于通過(guò)管道31的第一氣體速度時(shí)分別確定傳感器40和50的電壓V1和V2′。類(lèi)似地，電壓V2和V2′分別表示在處于通過(guò)管道31的第二和不同氣體速度或質(zhì)量流率時(shí)傳感器40和50的輸出電壓。這4個(gè)輸出電壓V1、V2、V1′和V2′作為輸入信號(hào)被連接到處理裝置并且有效表示4個(gè)獨(dú)立等式。同樣地，基于微處理器的處理裝置44可以求出剩余的4個(gè)未知變量B、B′、u1和u2。
具體地，通過(guò)內(nèi)部映射、查找表和/或數(shù)學(xué)函數(shù)，確定下面的變量u1＝f(V)
u2＝f(V′)Δu＝u2-u1其中u1＝來(lái)自第一傳感器40的氣體流率，u2＝來(lái)自傳感器50的氣體流率，而Δu＝在指定時(shí)間質(zhì)量流率u1和u2之間的差值。
此后，通過(guò)在不同時(shí)間和通過(guò)管道31的不同氣體速度上從傳感器40和50進(jìn)行若干順序測(cè)量，根據(jù)關(guān)于氣體速度的函數(shù)計(jì)算出的數(shù)值Δu可以被表示成圖4所示的圖表。如圖4所示，可以發(fā)現(xiàn)量值Δu，以及曲線圖Δu的斜率根據(jù)關(guān)于不同氣體類(lèi)型的函數(shù)而發(fā)生改變。接著，基于微處理器的處理裝置44使用存儲(chǔ)器47(圖3)中存儲(chǔ)的查找表、映射或數(shù)學(xué)等式，確定作為關(guān)于Δu和Δu的斜率的函數(shù)的氣體類(lèi)型。
第二檢測(cè)方法現(xiàn)在參照?qǐng)D5，在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，第一熱元件質(zhì)量流傳感器80具有放置在管道84內(nèi)、與源32和出口34之間的氣體接觸的熱元件82。類(lèi)似地，第二熱元件質(zhì)量流傳感器86具有放置在管道84內(nèi)、與管道84的一部分內(nèi)的氣體接觸的熱元件88，所述管道84的一部分的孔徑不同于管道84中放置第一傳感器80的熱元件82的部分的孔徑。針對(duì)相同氣體，例如甲烷校準(zhǔn)傳感器80和86，并且傳感器80和86均向處理裝置44提供電輸出信號(hào)。象前面那樣，來(lái)自傳感器80的輸出信號(hào)V0和來(lái)自第二傳感器86的V0′與通過(guò)管道84的質(zhì)量流率或氣體速度成比例。
溫度傳感器90還向處理裝置44提供代表流過(guò)管道84的環(huán)境氣體溫度的電輸出信號(hào)。
由于針對(duì)相同氣體類(lèi)型校準(zhǔn)2個(gè)氣流傳感器80和86，這2個(gè)傳感器80和86的氣體流率對(duì)電壓輸出的校準(zhǔn)會(huì)保持相同。然而，對(duì)于相同質(zhì)量流率，管道84的孔徑之間的差值在2個(gè)流傳感器80和86之間產(chǎn)生速度差。由于內(nèi)部溫度補(bǔ)償，即電阻器20(圖1)對(duì)于兩個(gè)傳感器80和86是相同的，King定律被簡(jiǎn)化如下h=Sh[2.4+1.6(u·Dv(TF))β]λ(TF)D]]>其中V2＝24.123√h并且V0＝A·V2+B。
于是簡(jiǎn)化成V0=24.123*A*C1+C2uβ+B]]>通過(guò)測(cè)量輸出速度，得到下面的等式組V0=24.123*A*C1+C2u10.35+B]]>u1孔1中的速度V0=24.123*A*C1+C2u20.35+B]]>u2孔2中的速度其中V0是來(lái)自傳感器80的輸出，而V0′是來(lái)自傳感器86的輸出。
象在本發(fā)明的第一實(shí)施例中那樣，通過(guò)使用來(lái)自氣流傳感器80和86、在通過(guò)管道84的不同流率上的多個(gè)測(cè)量，可以確定作為關(guān)于氣體速度和Δu的斜率的函數(shù)的計(jì)算數(shù)值Δu，即u2-u1，并且其曲線圖如圖4示出的那樣。通過(guò)使用映射、查找表或數(shù)學(xué)等式，以及溫度傳感器90的輸出，處理裝置44估測(cè)作為Δu的數(shù)值及其斜率的函數(shù)的氣體類(lèi)型。
第三檢測(cè)方法現(xiàn)在參照?qǐng)D6，圖6示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中單個(gè)氣流傳感器100被裝配到氣流通過(guò)的管道102上。然而與本發(fā)明第一實(shí)施例不同，流傳感器100使用2個(gè)熱元件104和106，以及環(huán)境溫度傳感器108。此外與圖1圖解的類(lèi)型類(lèi)似，各個(gè)熱元件104和106包含其自身的電路，除了熱元件104和106均具有針對(duì)具體和不同類(lèi)型氣體的內(nèi)部溫度補(bǔ)償和調(diào)整之外。例如，可以針對(duì)甲烷調(diào)整和校準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)熱元件104的電路，并且可以針對(duì)諸如丙烷的不同氣體校準(zhǔn)和調(diào)整驅(qū)動(dòng)熱元件106的電路。
于是，本發(fā)明如圖6所示的第三實(shí)施例與本發(fā)明如圖3所示的第一實(shí)施例基本上相同，不同之處在于本發(fā)明的第三實(shí)施例沒(méi)有使用2個(gè)均針對(duì)不同氣體校準(zhǔn)的單獨(dú)傳感器40和50(圖1)，而是使用具有2個(gè)離散熱元件104和106的單獨(dú)傳感器100。然而，本發(fā)明第三實(shí)施例的確定氣體類(lèi)型的計(jì)算和方法與本發(fā)明第一實(shí)施例基本相同，為此參考引用了該計(jì)算和方法。
第四檢測(cè)方法現(xiàn)在參照?qǐng)D7，圖7示出了本發(fā)明的第四實(shí)施例，其中2個(gè)不同的熱元件110和112均被配置在系統(tǒng)的氣流中。各個(gè)熱元件110和112均分別具有相連的橋接和功率驅(qū)動(dòng)器114和116，使得分別來(lái)自驅(qū)動(dòng)器114和116的輸出V0和V0′與穿過(guò)熱元件110和112的氣體質(zhì)量流率成比例。這些輸出信號(hào)V0和V0′作為輸入信號(hào)被連接到基于微處理器的處理裝置44。另外，與系統(tǒng)中氣體接觸的溫度探頭提供與系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境氣體的溫度成比例的電輸出信號(hào)。來(lái)自溫度探頭118的輸出作為輸入信號(hào)被連接到處理裝置44。
在本發(fā)明的第一至第三實(shí)施例中，環(huán)境空氣和熱元件的溫度之間的ΔT象在傳統(tǒng)系統(tǒng)中那樣保持在常數(shù)200℃。然而在本發(fā)明的第四實(shí)施例中，為了產(chǎn)生導(dǎo)出Δu和Δu的斜率所需的4個(gè)獨(dú)立等式以識(shí)別氣體類(lèi)型，環(huán)境溫度和第一熱元件110的溫度之間的ΔT保持在第一差值，例如200℃上。相反地，環(huán)境溫度和第二熱元件112的溫度之間的ΔT保持在不同的量值，例如160℃上。接著通過(guò)得到多個(gè)測(cè)量，可以產(chǎn)生Δu和Δu的斜率，并且據(jù)此以前面描述的方式，即通過(guò)處理裝置44可訪問(wèn)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中的查找表、映射或數(shù)學(xué)等式確定氣體類(lèi)型。
第五檢測(cè)方法現(xiàn)在參照?qǐng)D8，圖8示出了本發(fā)明的第五實(shí)施例，第五實(shí)施例被用于在沒(méi)有流動(dòng)氣體狀態(tài)期間檢測(cè)氣體類(lèi)型。如圖8所示，系統(tǒng)包含通過(guò)橋接和功率驅(qū)動(dòng)器122驅(qū)動(dòng)的熱元件120。象在前面描述的方式中那樣，橋接和功率驅(qū)動(dòng)器122向處理裝置44提供輸出信號(hào)V0。
溫度探頭126還向處理裝置44提供代表氣體環(huán)境溫度的電輸出信號(hào)以作為輸入信號(hào)。
然而與先前本發(fā)明的已知實(shí)施例不同，壓力傳感器128還與系統(tǒng)中的氣體接觸并且向處理裝置44產(chǎn)生代表氣體壓力的電輸出信號(hào)。
由于氣體流率(u)被設(shè)置成零，King定律得到簡(jiǎn)化并且會(huì)與導(dǎo)熱系數(shù)成比例。概括地說(shuō)，King定律簡(jiǎn)化成下面的形式h=Sh2.4λ(TF)D]]>并且V2=24.123h=C1λ(TF)]]>于是，隨著氣體類(lèi)型的改變，導(dǎo)熱系數(shù)也發(fā)生改變。然而由于針對(duì)氣體的熱傳遞對(duì)熱元件周?chē)臍怏w密度的變化敏感，需要?dú)怏w壓力傳感器128。隨著氣體的壓力和密度的增加，從熱元件120到氣體的損失升高，使得輸出電壓會(huì)同樣升高。
于是，通過(guò)使用查找表、映射或數(shù)學(xué)等式，處理裝置44能夠通過(guò)對(duì)King定律的上述簡(jiǎn)化形式進(jìn)行求解來(lái)確定氣體類(lèi)型。
作為對(duì)本發(fā)明這個(gè)第五實(shí)施例的修改，熱元件120和環(huán)境空氣之間的溫度差可以發(fā)生改變以獲得多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。接著在那些不同的點(diǎn)之間計(jì)算斜率，并且根據(jù)斜率確定氣體類(lèi)型。這種查找表可以基于實(shí)驗(yàn)或模擬數(shù)值。
第六檢測(cè)方法現(xiàn)在參照?qǐng)D9，其中示出了本發(fā)明的第六實(shí)施例，第六實(shí)施例使用熱元件流傳感器150、溫度傳感器154和2個(gè)氣體壓力傳感器152和156。所有的傳感器150、152、154和156均配置在管道170中并且與氣流接觸，管道170被流體串連在氣源172和出口174之間。所有這些傳感器150-156均產(chǎn)生代表其測(cè)量氣體狀態(tài)的電輸出信號(hào)以作為基于微處理器的處理裝置44的輸入信號(hào)。
仍然參照?qǐng)D9，質(zhì)量流傳感器150和壓力傳感器152均配置在管道170中的文丘里流量計(jì)158內(nèi)，而氣體壓力傳感器156被放置在文丘里流量計(jì)158的上游。
根據(jù)下面的等式確定熱元件質(zhì)量流傳感器150以及壓力傳感器152的質(zhì)量流率QGFS＝f(u，TG)Qpress＝f(P1，P2，d，TG)其中Q為質(zhì)量流率，u為質(zhì)量流速，為P1為壓力傳感器156上的壓力，P2為壓力傳感器152上的壓力，而TG是溫度傳感器154確定的氣體溫度。
參照?qǐng)D10，伯努利等式如下所示
P1+ρ·u122=P2+ρ·u222]]>通過(guò)下面的連續(xù)性等式定義文丘里流量計(jì)產(chǎn)生的速度關(guān)系u2=A1A2u1]]>其中A1和A2是孔徑，并且伯努利等式為ρ·u122=P2+ρ·u222-P1→u12=2ρ(P2-P1)+u22]]>因此，u12=2ρ(P2-P1)+(A1A2)2·u12]]>并且u1=2ρ(P2-P1)1-(A1A2)2]]>通過(guò)下面等式可以估測(cè)系統(tǒng)中的質(zhì)量流率Qpress＝A1·u1·ρ通過(guò)測(cè)量來(lái)自氣流傳感器的質(zhì)量流率(QGFS)和使用壓力傳感器對(duì)氣流的評(píng)估Qpress，可以評(píng)估2個(gè)檢測(cè)方法之間的誤差，并且通過(guò)查找表或其它動(dòng)態(tài)方法可以導(dǎo)出補(bǔ)償系數(shù)和氣體類(lèi)型。
通過(guò)前面的描述可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供了使用兩個(gè)或更多傳感器檢測(cè)氣體系統(tǒng)中的氣體類(lèi)型的新穎系統(tǒng)和方法，其中兩個(gè)或更多傳感器均產(chǎn)生代表氣體狀態(tài)的輸出信號(hào)。一旦已經(jīng)識(shí)別氣體類(lèi)型，可以根據(jù)識(shí)別的氣體類(lèi)型校準(zhǔn)或調(diào)整熱元件質(zhì)量流傳感器。
前面已經(jīng)描述了本發(fā)明，然而在不偏差所附權(quán)利要求書(shū)的范圍所定義的本發(fā)明宗旨的前提下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以想到本發(fā)明的各種修改。
權(quán)利要求
1.一種識(shí)別氣體類(lèi)型的系統(tǒng)，包括與氣體接觸的第一傳感器，所述第一傳感器提供指示第一氣體狀態(tài)的第一電輸出信號(hào)，與氣體接觸的第二傳感器，所述第二傳感器提供指示第二氣體狀態(tài)的第二電輸出信號(hào)，接收作為輸入信號(hào)的所述第一和第二輸出信號(hào)以確定氣體類(lèi)型的處理裝置，其中從溫度、質(zhì)量流率、溫度和壓力構(gòu)成的組中選擇所述第一和第二氣體狀態(tài)中的每個(gè)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一傳感器包括具有針對(duì)第一預(yù)定氣體類(lèi)型的預(yù)定溫度補(bǔ)償?shù)姆蔷€性質(zhì)量流傳感器，所述第二傳感器包括具有針對(duì)第二預(yù)定氣體類(lèi)型的預(yù)定溫度補(bǔ)償?shù)姆蔷€性質(zhì)量流傳感器，所述第一和第二預(yù)定氣體類(lèi)型彼此不同。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一傳感器包括放置在具有第一橫截面積的第一孔中的質(zhì)量流傳感器，所述第二傳感器包括放置在具有第二橫截面積的第二孔中的質(zhì)量流傳感器，所述第二橫截面積不同于所述第一橫截面積，所述第一和第二孔彼此流體串連。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二傳感器均包括具有針對(duì)預(yù)定氣體類(lèi)型的預(yù)定溫度補(bǔ)償?shù)姆蔷€性質(zhì)量流傳感器。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二傳感器具有針對(duì)相同氣體類(lèi)型的所述預(yù)定溫度補(bǔ)償，并且包括與氣體接觸的溫度傳感器，所述溫度傳感器產(chǎn)生與氣體溫度成比例的電輸出信號(hào)，所述溫度傳感器的輸出信號(hào)作為輸入信號(hào)被連接到所述處理裝置。
6.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二流傳感器包括熱元件質(zhì)量流傳感器，用于所述流傳感器的所述熱元件被裝配在共同的外殼中。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一傳感器包括具有熱元件的流傳感器，所述第二傳感器包括測(cè)量氣體溫度的溫度傳感器，在通過(guò)所述流傳感器的固定質(zhì)量流率上改變所述熱元件和所述氣體溫度之間的溫度差的裝置。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一傳感器包括具有熱元件的流傳感器，所述第二傳感器包括測(cè)量氣體溫度的溫度傳感器，具有熱元件的第二流傳感器，保持所述第一傳感器的所述熱元件與所述氣體溫度之間的第一溫度差的裝置，和保持所述第二流傳感器的所述熱元件與所述氣體溫度之間的第二溫度差的裝置，所述第一和第二溫度差彼此不同。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一傳感器包括具有熱元件的流傳感器，并且所述第二傳感器包括壓力傳感器。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，包括產(chǎn)生代表氣體溫度的輸出信號(hào)的溫度傳感器，和改變所述熱元件和所述氣體溫度之間的溫度差的裝置。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一傳感器包括質(zhì)量流傳感器，所述第二傳感器包括位于具有第一預(yù)定橫截面積的孔內(nèi)、與所述質(zhì)量流傳感器串連的壓力傳感器，和位于具有第二預(yù)定橫截面積的孔內(nèi)、與所述第一孔串連的第二壓力傳感器，所述第二壓力傳感器向所述處理裝置提供代表氣體壓力的輸出信號(hào)。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述處理裝置包括具有可訪問(wèn)電子存儲(chǔ)器的微處理器和所述電子設(shè)備存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的至少一個(gè)查找表。
13.用于確定氣體體積中的氣體類(lèi)型的方法，包括的步驟有通過(guò)與氣體接觸的第一傳感器測(cè)量氣體體積中的第一氣體狀態(tài)，所述第一傳感器提供代表所述第一狀態(tài)的第一電輸出信號(hào)，通過(guò)與氣體接觸的第二傳感器測(cè)量氣體體積中的第二氣體狀態(tài)，所述第二傳感器提供代表所述第二狀態(tài)的第二電輸出信號(hào)，和通過(guò)將所述傳感器輸出與預(yù)定數(shù)值相比較，處理所述第一和第二傳感器的所述輸出以確定氣體類(lèi)型，其中所述第一和第二氣體狀態(tài)均從溫度、質(zhì)量流率、溫度和壓力構(gòu)成的組中選出。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第一和第二狀態(tài)均包括氣體的質(zhì)量流率。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括測(cè)量氣體溫度并且將氣體溫度用作所述處理步驟中的可變系數(shù)。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述狀態(tài)中的一個(gè)包括氣體壓力。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述狀態(tài)中的一個(gè)包括氣體溫度。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述處理步驟包括將來(lái)自所述傳感器的所述輸出與電子存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的預(yù)定表格相比較的步驟。
19.一種識(shí)別氣體燃料汽車(chē)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的氣體類(lèi)型的系統(tǒng)，包括與氣體接觸的第一傳感器，所述第一傳感器提供指示第一氣體狀態(tài)的第一電輸出信號(hào)，與氣體接觸的第二傳感器，所述第二傳感器提供指示第二氣體狀態(tài)的第二電輸出信號(hào)，接收作為輸入信號(hào)的所述第一和第二輸出信號(hào)以確定氣體類(lèi)型的處理裝置，其中從溫度、質(zhì)量流率、溫度和壓力構(gòu)成的組中選擇所述第一和第二氣體狀態(tài)中的每個(gè)。
全文摘要
公開(kāi)了識(shí)別氣體類(lèi)型的方法和系統(tǒng)。系統(tǒng)包含與氣體接觸的第一傳感器，第一傳感器提供指示第一氣體狀態(tài)的第一電輸出信號(hào)。類(lèi)似地，第二傳感器也與氣體接觸，并且產(chǎn)生指示第二氣體狀態(tài)的第二電輸出信號(hào)。處理器接收來(lái)自第一和第二傳感器的輸出信號(hào)以作為輸入信號(hào)，并且通過(guò)計(jì)算或根據(jù)處理器可訪問(wèn)的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的查找表確定氣體類(lèi)型。從溫度、質(zhì)量流率、溫度和壓力構(gòu)成的組中選擇第一和第二氣體狀態(tài)。
文檔編號(hào)G01N33/00GK1495424SQ0310171
公開(kāi)日2004年5月12日 申請(qǐng)日期2003年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月18日
發(fā)明者喬治·塞凱里斯, 於保茂, 角廣崇, 喬治 塞凱里斯 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所