專利名稱：用于確定質(zhì)量流的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定在流道中流動的氣體的質(zhì)量流的裝 置，其具有分別在測量路徑的端部"i殳置的聲換能器，評估單元連《|妾 在該聲換能器的下游，該評估單元由聲信號的渡越時間確定氣體的 流速和聲速并才艮據(jù)流速以及根據(jù)壓力和溫度確定總質(zhì)量流。
背景技術(shù)：
這種類型的裝置由US 47 54 650公開。已知的裝置具有兩個在 測量路徑的端部設置的超聲波換能器，這兩個超聲波換能器安裝在 流道的壁上。利用超聲波換能器可以確定聲信號沿著測量路徑的渡 越時間。然后，由渡越時間可以確定出在流道中流動的氣體的流速 和在氣體中的聲音信號的聲速。在已知的裝置中，有確定的聲速來 確定在流道中流動的氣體的平均分子質(zhì)量。由此，可以在壓力已知 以及溫度已知時確定出在流道中流動的氣體的質(zhì)量流。
此夕卜，由EP 0 477 419 ^Hf了一種具有超聲波流量計的i殳備單 元，其尤其用于在機動車發(fā)動機中進行空氣質(zhì)量測量。該設備單元 同樣包括設置在測量路徑的端部的聲換能器，利用該聲換能器可以 確定聲信號的渡越時間。然后，由聲信號的渡越時間可以確定出在 流道中流動的空氣的流速。然后，可以通過附加的溫度傳感器和另 外的壓力傳感器來測定入流的空氣的質(zhì)量流。然而，才由吸入的空氣
總是具有一部分濕度，由此有水份。由于有附加的水^除，空氣質(zhì)量 的測量值是有錯誤的。

發(fā)明內(nèi)容由該現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的在于提出一種用于在存在其 他氣體時確定氣體質(zhì)量流的裝置。該目的通過具有獨立權(quán)利要求的特征的裝置實現(xiàn)。在從屬權(quán)利 要求中提出了有利的設計方案和改進方案。在該裝置中，評估單元根據(jù)聲信號的渡越時間確定流速并才艮據(jù)壓力和溫度確定總質(zhì)量流。此外，；平估單元由渡越時間確定聲速并 由此確定出在流道中流動的其他的氣體的含量。然后，評估單元可 以將總質(zhì)量流校正為氣體的質(zhì)量流。因此，在該裝置中不需要用于確定在氣體流中的另外的氣體含 量的單獨的傳感器。相反地，只要知道壓力和溫度，就可以在存在 其他氣體時確定氣體的質(zhì)量流。在一個優(yōu)選的實施例中，評估單元^皮連4妄到溫度傳感器和壓力 傳感器上，這些傳感器為評估單元提供關(guān)于溫度和壓力的實時值。 由此，該裝置也可以在壓力波動和溫度變化時運4亍。在另 一個優(yōu)選的實施例中，評估單元才艮據(jù)聲速確定處在空氣流 中的水含量并且將總質(zhì)量流校正為空氣流的質(zhì)量流。為此，該裝置特別適合于測量在用于機動車的內(nèi)燃機的吸氣管 線中的空氣質(zhì)量流。


本發(fā)明的其他細節(jié)和優(yōu)點由接下來的描述獲知，在描述中根據(jù) 附圖來i羊細"i兌明本發(fā)明的實施例。圖中示出圖1用于確定在流道中的質(zhì)量流的框圖；以及
圖2是一個圖表，由該圖表可以獲知聲速與用于不同溫度的相 對空氣濕度的依賴關(guān)系。
具體實施例方式
圖1示出測量裝置1，利用該測量裝置可以確定在機動車的內(nèi) 燃才幾的抽吸管2中的空氣質(zhì)量流。測量裝置1包括i殳置在抽吸管2 的壁3中的超聲波換能器4,該超聲波換能器限定測量路徑5。測 量路徑5以相對于流動方向6成一定角度i也4黃過4由吸管2延伸。
超聲波換能器4不僅可以發(fā)射超聲波而且可以4姿收超聲波。因 此，超聲波信號7由超聲波換能器4在流動方向6上發(fā)射和4妾收。 相反于流動方向6來發(fā)射和接收另外的超聲波信號8。
對于超聲波信號7，連接在超聲波換能器4下游的渡越時間測 量電路9確定渡越時間td，對于超聲波信號8確定渡越時間tu。拋 開可能歪曲測量結(jié)果的不同的干擾作用，在抽吸管2中的氣體的流 速v與At/tu td成比例，其中，At是渡越時間tu和td的差。然后， 在抽吸管2中的氣體的聲速c與St/tu td成比例，其中St是渡越時 間的和。
在連4妄在渡越時間測量電if各9下游的運算器10中確定聲速c 并且在連接在渡越時間測量電路9下游的另外的運算器11中確定 流速v。
此外，在抽吸管2上設置有具有連接在下游的溫度測量電路13 的溫度傳感器12和具有連4妄在下游的壓力測量電路15的壓力傳感 器14。為此，由溫度測量電路13和壓力測量電路15提供的溫度T和壓力p的測量值可以在i殳置在運算器11下游的運算器16中應用， 以確定總質(zhì)量流。因為總壓力由空氣的分壓力和水蒸氣的分壓力構(gòu) 成，所以總質(zhì)量流不等于空氣質(zhì)量流。相反地，鑒于存在水蒸氣流 必須校正總質(zhì)量流。為此目的，在另外的運算器17中，才艮據(jù)在運 算器10中確定的聲速c和由溫度測量電路13提供的溫度的測量值 來確定在總質(zhì)量流上的水蒸氣的含量并且在另外的運算器18中將 總質(zhì)量流校正為空氣的質(zhì)量流。然后，空氣質(zhì)量流的值可以被傳輸?shù)桨l(fā)動機控制裝置的輸出端 19。此外，空氣濕度的測量值可以被傳輸?shù)桨l(fā)動機控制裝置上的另 一個輸出端20上。應該注意到，渡越時間測量電^各9、溫度測量電路13、壓力測 量電路15以及運算器10、 11以及16至18形成評估單元21，該評 估單元可以集成在一個物理i殳備中或者也可以分布在多個物J里i殳 備中。同時，運算器10、 11以及17至18的功能也可以通過在評 估單元21的樣t處理器上運行的軟件來實現(xiàn)。就此而言，渡越時間9、溫度測量電路13、壓力傳感器15以 及運算器10、 11和16至18表示功能單元，其可以設置為壽t件或 者硬件。此外，應該注意到，測量裝置1可以尤其在10。C以上的溫度范 圍內(nèi)顯著地影響測量結(jié)果。這將參考圖2來進一步解釋。圖2示出了一個圖表，在空氣中的聲速c與相對的空氣濕度p 的依賴關(guān)系被記錄到該圖表中。曲線22示出在溫度T40。C時聲速 c的變化。另外的曲線23說明在溫度T-20。C時根據(jù)相對的空氣濕 度p的空氣速度的變化并且另外的曲線24示出在溫度T=30°C時聲速 的變4匕。才艮據(jù)圖2可以清晰地看到，聲速的變化相對強烈地依賴于溫度 T。相反，聲速c與相對的空氣濕度p的依賴關(guān)系顯示為比較弱，其 中該依賴關(guān)系越大，溫度就越高，因為隨著空氣溫度的增加在空氣 中的水蒸氣的絕對質(zhì)量部分也強烈地增加。在空氣溫度T=l0°C時， 在空氣濕度卩=0%時的聲速c與在空氣濕度卩=100%時的聲速c的差 大約為0.5m/s。通過使溫度改變大約rC也導致聲速c的相同變化。 在空氣溫度T:3(TC時，在空氣濕度口=0%和口=100%時的聲速c之間 的差為2.5 m/s。根據(jù)圖2可以清晰地看到，為了進行水才交正，必須盡可能以小于rc的測量精度來確定溫度。當然，在確定溫度時的測量精度在溫度低于20。C、尤其是低于IO'C的溫度時不一定是關(guān)系重大的，這 是因為在這些溫度時，在空氣中的絕對水含量是很小的，從而不會 顯著地歪曲空氣質(zhì)量流的測量結(jié)果。利用在此描述的裝置可以尤其確定出由內(nèi)燃才幾抽吸的空氣質(zhì) 量流。但是也可以考慮其他應用，在該應用中存在包括兩種主要成 分的氣體混合物并且應該確定出兩種主要成分中的 一種的質(zhì)量流。
權(quán)利要求
1.一種用于確定在流道(2)中流動的氣體的質(zhì)量流的裝置，具有分別設置在測量路徑(5)的端部上的聲換能器(4)，評估單元(21)連接在所述聲換能器的下游，所述評估單元由聲信號(7、8)的渡越時間確定出所述氣體的流速和聲速并且所述評估單元根據(jù)所述流速以及根據(jù)壓力和溫度確定出總質(zhì)量流，其特征在于，所述評估單元(21)根據(jù)所述聲速確定在所述流道(2)中流動的另外的氣體的含量并將所述總質(zhì)量流校正為所述氣體的質(zhì)量流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，溫度傳感器(12) 為所述評估單元(21) 4是供在所述流道(2)中流動的氣體的 溫度的值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，壓力傳感器(14 ) 為所述評估單元(21)提供在所述流道(2)中存在的壓力的 值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的裝置，其特征在于，所述 流道是才幾動車的內(nèi)燃才幾的抽吸管(2)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于，所述 評估單元(21 )根據(jù)所述聲速和所述溫度確定在所述流道中流 動的水蒸氣的含量并且將所述總質(zhì)量流校正為空氣質(zhì)量流。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征在于，所述評估單元 21)在10。C以上的溫度時根據(jù)水蒸氣的含量來校正所述總質(zhì)量流。
全文摘要
其質(zhì)量流應該被確定的氣體流過流道(2)。用于確定質(zhì)量流的裝置(1)在測量路徑(5)的一端具有聲換能器(4)，利用該聲換能器可以確定聲信號(7、8)的渡越時間。通過渡越時間可以確定氣體流速和聲速。由流速以及壓力和溫度來確定總質(zhì)量流。由聲速可以確定在總質(zhì)量流中的另外的氣體的含量，并且總質(zhì)量流可以被校正為氣體的質(zhì)量流。
文檔編號G01F1/66GK101326427SQ200680046182
公開日2008年12月17日 申請日期2006年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月8日
發(fā)明者安德烈亞斯·邁爾, 弗蘭克·施托伊貝爾, 馬丁·萊塞, 魯?shù)婪颉け葼?申請人:大陸汽車有限責任公司