專(zhuān)利名稱(chēng):測(cè)量一個(gè)流動(dòng)介質(zhì)質(zhì)量的測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)水平本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1所述類(lèi)型的測(cè)量一個(gè)流動(dòng)介質(zhì)質(zhì)量的裝置。
在DE 44 07 209 A1中已經(jīng)提出了一個(gè)裝置,該裝置具有一個(gè)垂直于介質(zhì)流動(dòng)方向伸展的支架,該支架被可插入地導(dǎo)入到一個(gè)從該流動(dòng)的邊界壁上開(kāi)出的孔中。該邊界壁是例如一個(gè)吸管的一個(gè)壁,一個(gè)內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過(guò)該吸管從周?chē)h(huán)境中抽吸空氣。該支架是微長(zhǎng)形的,并且在其伸入到流動(dòng)介質(zhì)中的自由端部上具有一個(gè)測(cè)量通道,該測(cè)量通道被介質(zhì)流過(guò)。在測(cè)量通道中安置了以所謂的微型機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)造的與溫度有關(guān)的測(cè)量元件。這種測(cè)量元件例如由DE 195 24 634 A1公知,并且在一個(gè)片狀載體上具有通過(guò)對(duì)一個(gè)硅晶片腐蝕而成的傳感器區(qū)域。該傳感器區(qū)域以多個(gè)電阻層構(gòu)成至少一個(gè)與溫度相關(guān)的測(cè)量電阻。該傳感器區(qū)域在該載體上只有很短的一段,并具有一個(gè)特別小的厚度,以便能以很快的反映時(shí)間來(lái)測(cè)得流動(dòng)速度的變化或者流動(dòng)介質(zhì)質(zhì)量的變化。
在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),通過(guò)打開(kāi)和關(guān)閉內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣閥,在吸管中產(chǎn)生具有湍流特性的強(qiáng)烈的脈動(dòng)流動(dòng),通過(guò)將測(cè)量元件安置在測(cè)量通道中就減小了流動(dòng)中脈動(dòng)的影響。
由DE 44 41 874 A1已公知,在測(cè)量通道的流入口處設(shè)置一個(gè)流動(dòng)阻礙件,該流動(dòng)阻礙件引起一個(gè)對(duì)測(cè)量通道起作用的、確定的流動(dòng)分離。這個(gè)流動(dòng)阻礙件例如可以是一個(gè)障礙邊(Stolperkante)或一個(gè)絆網(wǎng),通過(guò)這些措施,在流動(dòng)通道中的湍流被減小,而這表現(xiàn)在測(cè)量信號(hào)噪聲的減小上。
由DE 43 40 882 A1已公知,在一個(gè)測(cè)量流動(dòng)介質(zhì)質(zhì)量裝置的一個(gè)測(cè)量通道中設(shè)置一個(gè)帶有摩擦面的內(nèi)套管。在摩擦面上引起渦流,它改變流動(dòng)阻力,并從而導(dǎo)致一個(gè)有目的的測(cè)量校正。代替內(nèi)套管,也可以設(shè)置一些片來(lái)作為控制流動(dòng)的裝置。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)具有權(quán)利要求1所述特征的根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量裝置相比而言具有如下優(yōu)點(diǎn),即,通過(guò)適當(dāng)?shù)卮_定突出部分的尺寸,測(cè)量裝置可以被特別靈敏地調(diào)整,并可排除或至少減小由流動(dòng)的脈動(dòng)引起的系統(tǒng)測(cè)量誤差。通過(guò)適當(dāng)?shù)卮_定測(cè)量通道的長(zhǎng)度、流動(dòng)阻力和橫截面的尺寸大小,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了脈動(dòng)誤差粗略的最小化,而通過(guò)對(duì)于設(shè)置在導(dǎo)流通道流出口周?chē)耐怀霾糠值呐渲?、形狀、長(zhǎng)度、高度和其他參數(shù)的優(yōu)化還可很靈敏地控制脈動(dòng)誤差,從而使脈動(dòng)誤差最小化。
通過(guò)在從屬權(quán)利要求中所述的措施能夠?qū)υ跈?quán)利要求1中所述的測(cè)量裝置作出進(jìn)一步有利的構(gòu)造和改進(jìn)。
突出部分既可被設(shè)置在導(dǎo)流通道流出口的朝向管道主流動(dòng)方向的周?chē)鷧^(qū)域,也可設(shè)置在導(dǎo)流通道流出口的背離管道主流動(dòng)方向的周?chē)鷧^(qū)域。在將突出部分安置在流出口的上游時(shí),脈動(dòng)誤差則向一個(gè)最小讀數(shù)(Minderanzeige)方向調(diào)動(dòng),反之,在將突出部分安置在流出口的沿主流動(dòng)方向的下游時(shí),脈動(dòng)誤差則向一個(gè)增值顯示(Mehranzeige)方向調(diào)動(dòng)。
當(dāng)突出部分被設(shè)置在流出口的朝向主流動(dòng)方向的周?chē)鷧^(qū)域,該突出部分最好具有一個(gè)斷開(kāi)棱邊(Abrisskante),該斷開(kāi)棱邊或者被構(gòu)造為尖棱,或者具有一個(gè)很小的曲率半徑。在此,這樣有利地安置該突出部分,使得它伸出超過(guò)流出口,亦即,一個(gè)與斷開(kāi)棱邊相切的、垂直于管道主流動(dòng)方向伸展的平面與流出口相交。該突出部分最好具有一個(gè)基本上是三角形的橫截面輪廓,其中,三角形橫截面輪廓的一個(gè)角構(gòu)成斷開(kāi)棱邊,三角形橫截面輪廓的另一個(gè)角與流出口的一個(gè)上游端部疊合。
當(dāng)突出部分被安置在流出口的背離主流動(dòng)方向的周?chē)鷧^(qū)域,將突出部分在至少一個(gè)朝向主流動(dòng)方向的端面區(qū)域做成圓形是有利的。最好是將突起成形為波浪形,并且被如此連續(xù)地彎曲,使得它在相對(duì)于管道主流動(dòng)方向的流動(dòng)下游區(qū)域內(nèi)沒(méi)有形成棱邊地過(guò)渡到一個(gè)平面,在該平面上伸展著具有流出口的外部面。這樣,在突出部分的區(qū)域內(nèi),產(chǎn)生相對(duì)小的流動(dòng)渦旋,并且該突出部分作用在管道主流動(dòng)上的流動(dòng)阻力也就相對(duì)很小。
附圖在附圖中簡(jiǎn)單地示出本發(fā)明的一些實(shí)施例,并在下面的說(shuō)明中對(duì)它們做進(jìn)一步的討論。附圖示出
圖1對(duì)應(yīng)于第一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的測(cè)量裝置的部分剖側(cè)視圖。
圖2對(duì)應(yīng)于第二個(gè)實(shí)施例的一個(gè)根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的測(cè)量裝置側(cè)視圖的一部分,圖中為放大的剖面圖。
圖3對(duì)應(yīng)于第三個(gè)實(shí)施例的一個(gè)根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的測(cè)量裝置的側(cè)視圖的一部分,圖中為放大的剖面圖。
實(shí)施例的說(shuō)明圖1以局部剖示出一個(gè)用“1”標(biāo)明的裝置的側(cè)視圖,該裝置用來(lái)測(cè)量一個(gè)流動(dòng)介質(zhì)的質(zhì)量,特別是測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)吸入空氣的質(zhì)量。
測(cè)量裝置1最好具有一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的、沿徑向沿一個(gè)縱軸線10的方向微長(zhǎng)形伸展的長(zhǎng)方體形狀,并且例如可插入地被導(dǎo)入到在一個(gè)管道2的邊界壁5上開(kāi)出的孔6中。該邊界壁5例如是一個(gè)吸管的壁,內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過(guò)該吸管從周?chē)h(huán)境中抽吸空氣。邊界壁5構(gòu)成一個(gè)流動(dòng)橫截面7的邊界,該流動(dòng)橫截面在吸管例如為一個(gè)圓柱形的情況下具有一個(gè)大致圓形的橫截面,在該橫截面的中心,一個(gè)中心軸線11在軸向平行于邊界壁5伸展,在該實(shí)施例中,該中心軸線11垂直于測(cè)量裝置1的縱軸線10定向。該測(cè)量裝置1借助一個(gè)在邊界壁5上的密封環(huán)3被密封,并借助于例如一個(gè)螺紋連接而與該邊界壁5固定連接。
測(cè)量裝置1的一個(gè)在下面被稱(chēng)為測(cè)量部件17的部件伸入到流動(dòng)介質(zhì)中,這里,測(cè)量部件17例如大致在流動(dòng)橫截面7的中心被中心軸線11對(duì)稱(chēng)地分成兩半,從而流動(dòng)介質(zhì)流過(guò)一個(gè)安置在測(cè)量部件17內(nèi)的與溫度相關(guān)的測(cè)量元件20,盡可能無(wú)邊界壁5的起擾動(dòng)作用的邊緣影響。在由圖1、2和3所示的實(shí)施例中,介質(zhì)從右向左流動(dòng),其中主流動(dòng)方向用相應(yīng)的箭頭30來(lái)標(biāo)明。
測(cè)量裝置1由測(cè)量部件17、一個(gè)支架18和一個(gè)固定件19組成為一個(gè)單件,并且例如通過(guò)塑料壓鑄技術(shù)由塑料制成。測(cè)量元件20可以通過(guò)對(duì)一個(gè)例如硅晶片的半導(dǎo)體件進(jìn)行腐蝕以所謂的微型機(jī)械結(jié)構(gòu)制成,并且具有一個(gè)可從DE 195 24 634 A1中獲知的結(jié)構(gòu)。該測(cè)量元件20具有一個(gè)通過(guò)腐蝕而生成的膜片形的傳感器區(qū)域21,它在圖1和圖2中以線II為界。該傳感器區(qū)域21具有一個(gè)特別小的厚度,并具有多個(gè)同樣是通過(guò)腐蝕而制成的電阻層,這些電阻層構(gòu)成至少一個(gè)與溫度相關(guān)的測(cè)量電阻和例如一個(gè)加熱電阻。
也可以將測(cè)量元件20設(shè)置為所謂的熱膜傳感元件(Heissfilmsensorelement),其結(jié)構(gòu)例如可從DE-OS 36 38 138知道。這種熱膜傳感元件同樣也具有安置在一個(gè)板形的基底上的多個(gè)單獨(dú)的電阻層,這些電阻層包括至少一個(gè)與溫度相關(guān)的測(cè)量電阻和例如至少一個(gè)加熱電阻。
測(cè)量元件20或者說(shuō)傳感器區(qū)域21的這些單獨(dú)的電阻層借助于在測(cè)量裝置1內(nèi)分布的連接線經(jīng)22與一個(gè)在圖1中虛線示出的電子處理電路23電連接,該電子處理電路23含有例如一個(gè)類(lèi)似電橋的電阻測(cè)量電路。該處理電路23被置于例如測(cè)量裝置1的一個(gè)支架18或者一個(gè)固定件19中。利用一個(gè)設(shè)置在固定件19上的插接連接件24,由處理電路23提供的電信號(hào)能夠被輸送到例如一個(gè)另外的電子控制儀器上以進(jìn)行分析處理,此外,該電子控制儀器還控制內(nèi)燃機(jī)的電子空轉(zhuǎn)控制功能或內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率控制功能。在所示出的實(shí)施例中,該測(cè)量元件20被裝入到一個(gè)小板26內(nèi),該小板最好由金屬制成,該小板26可以具有一個(gè)迎著主流動(dòng)方向的刀刃部27。在此,不對(duì)與溫度相關(guān)的測(cè)量元件20的功能和結(jié)構(gòu)作詳細(xì)的說(shuō)明,因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員可以從現(xiàn)有技術(shù)中了解到這些。
測(cè)量裝置1的測(cè)量部件17具有例如一個(gè)長(zhǎng)方體的結(jié)構(gòu)、并具有一個(gè)在測(cè)量部件17內(nèi)軸向伸展的測(cè)量通道33和一個(gè)例如形狀為S形的導(dǎo)流通道34。測(cè)量通道33在中心軸線11的方向在測(cè)量部件17內(nèi)軸向上從一個(gè)例如具有長(zhǎng)方形橫截面的流入口36伸展到一個(gè)出口35。測(cè)量通道33由一個(gè)遠(yuǎn)離中心軸線11的上面38和一個(gè)靠近中心軸線11的下面37以及兩個(gè)側(cè)面限制而成。代替相對(duì)于中心軸線11偏心地安置測(cè)量通道33,也可將該測(cè)量通道與中心軸線11同心地安置,或者將其安置在邊界壁5的中心軸線11的區(qū)域內(nèi)。板形的測(cè)量元件20在測(cè)量通道33內(nèi)以其長(zhǎng)邊徑向地沿縱軸線10的方向定向,并相對(duì)于該縱軸線10為對(duì)稱(chēng)的。測(cè)量元件20的窄的端部的一端單側(cè)地被固定在上面38上的支架18上,從而測(cè)量元件20的兩個(gè)側(cè)面被介質(zhì)大致平行于中心軸線11繞流。該介質(zhì)從測(cè)量通道33的流入口36流到測(cè)量元件20,然后由該測(cè)量元件流入導(dǎo)流通道34,以便徑向地沿圖1和圖2中箭頭31標(biāo)明的方向從一個(gè)流出口46流出而離開(kāi)導(dǎo)流通道34。
接著,從流出口46流出的介質(zhì)又與繞測(cè)量裝置1流動(dòng)的介質(zhì)混合。與導(dǎo)流通道34一樣,流出口46具有例如一個(gè)長(zhǎng)方形的橫截面,并被設(shè)置在測(cè)量部件17的一個(gè)平行中心軸線11定向的外部面45上。相對(duì)于主流動(dòng)方向30在長(zhǎng)方形流出口46的上游,測(cè)量部件17的一個(gè)迎著主流動(dòng)方向30的邊緣面42與下外部面45成橫向地相連,該邊緣面42在流入口36的上游以一個(gè)倒圓的形狀由該外部面45通向測(cè)量通道33的下面37,直到到達(dá)流入口36。
根據(jù)本發(fā)明,在測(cè)量裝置1的具有流出口46的外部面45上,在流出口46的周?chē)O(shè)置了至少一個(gè)突出部分50。
在圖1所示的實(shí)施例中,該突出部分50被安置在流出口46的對(duì)著主流動(dòng)方向30的一個(gè)周?chē)鷧^(qū)域51,并具有一個(gè)斷開(kāi)棱邊52。在圖1所示的實(shí)施例中,該斷開(kāi)棱邊被構(gòu)造為尖棱。
圖2以放大的視圖示出在中心軸線11區(qū)域內(nèi)的測(cè)量裝置1。用相同的參考標(biāo)號(hào)標(biāo)明已經(jīng)說(shuō)明了的元件。與圖1所示實(shí)施例的差別僅僅在于,在圖2所示的實(shí)施例中,斷開(kāi)棱邊52設(shè)有被構(gòu)造為尖棱,而是具有一個(gè)很小的曲率半徑r。
無(wú)論是在圖1所示實(shí)施例中帶有尖棱的斷開(kāi)棱邊52,還是在圖2所示實(shí)施例中帶有倒圓的斷開(kāi)棱邊52,突出部分50總是伸出超過(guò)流出口46的、在相對(duì)于主流方向30上游的端部53。換句話說(shuō),一個(gè)與斷開(kāi)棱邊52相接觸、并垂直于管道2主流動(dòng)方向30伸展的平面54與流出口46相交。突出部分50具有一個(gè)基本上是三角形的橫截面輪廓,其中,該三角形橫截面輪廓的一個(gè)角構(gòu)成該斷開(kāi)棱邊52,三角形橫截面輪廓的另一個(gè)角與流出口46在相對(duì)于管道2主流動(dòng)方向30上游的端部53重合在一起。三角形橫截面輪廓的第三個(gè)角構(gòu)成一個(gè)切點(diǎn)55,在該切點(diǎn)55上,突出部分50過(guò)渡到彎曲的邊緣面42。
通過(guò)將突出部分50配置在流出口46的在主流動(dòng)方向30上游的周?chē)鷧^(qū)域51內(nèi),就使得在沒(méi)有突出部分50時(shí)作為系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的脈動(dòng)誤差向最小讀數(shù)方向移動(dòng),并且因此被補(bǔ)償。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量裝置1的一個(gè)第三個(gè)實(shí)施例,其中,突出部分50被安置在流出口46的在主流動(dòng)方向30下游的周?chē)鷧^(qū)域60內(nèi)。這里,突出部分50被成形為波浪形,并在一個(gè)朝向主流動(dòng)方向30的端面區(qū)域61上被倒圓。在突出部分50的端面區(qū)域61內(nèi),形成一個(gè)擋流壓力,該擋流壓力使通過(guò)測(cè)量通道33和導(dǎo)流通道34的流動(dòng)變得困難。一個(gè)作為系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的脈動(dòng)誤差被向著增值顯示方向移動(dòng),并且可以被相應(yīng)地補(bǔ)償。與此同時(shí),在管道2中出現(xiàn)與主流動(dòng)方向30相反的回流的情況下,會(huì)抵抗測(cè)量通道33和導(dǎo)流通道34中沿回流方向的流動(dòng)。
由圖3可知,在圖3所示實(shí)施例中的突出部分50被連續(xù)彎曲,并且在主流動(dòng)方向30的流動(dòng)下游區(qū)域62內(nèi)沒(méi)有形成棱邊地過(guò)渡到一個(gè)平面63,在其上伸展著開(kāi)有流出口46的外部面45。
本來(lái),通過(guò)適當(dāng)?shù)卮_定測(cè)量通道33和導(dǎo)流通道34的長(zhǎng)度、流動(dòng)阻力和通道橫截面大小尺寸,已經(jīng)能夠粗略地使實(shí)際中出現(xiàn)的脈動(dòng)誤差最小化,通過(guò)至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的、設(shè)置在導(dǎo)流通道34流出口46周?chē)鷧^(qū)域的突出部分50還能夠很靈敏地補(bǔ)償并從而消除脈動(dòng)誤差。根據(jù)測(cè)量裝置1在沒(méi)有根據(jù)本發(fā)明的突出部分50時(shí)由于脈動(dòng)誤差而是否傾向于給出最小讀數(shù)或增值顯示,將該突出部分50或是對(duì)應(yīng)于在圖1和圖2所示實(shí)施例安置在流出口46朝向主流動(dòng)方向30的周?chē)鷧^(qū)域51內(nèi),或是對(duì)應(yīng)于圖3所示實(shí)施例安置在流出口46的背離主流動(dòng)方向30的周?chē)鷧^(qū)域60內(nèi)。實(shí)驗(yàn)表明,將突出部分50增高大約0.5mm就已導(dǎo)致脈動(dòng)誤差減小5%至10%。因此,通過(guò)將突出部分50的高度和形狀優(yōu)化,可以大大減小甚至消除脈動(dòng)誤差。
權(quán)利要求
1.測(cè)量裝置(1),用于測(cè)量在一個(gè)管道(2)中沿著一個(gè)主流動(dòng)方向(30)流動(dòng)的介質(zhì)的質(zhì)量、特別是一個(gè)內(nèi)燃機(jī)吸入空氣的質(zhì)量(1),該測(cè)量裝置具有一個(gè)被流動(dòng)介質(zhì)繞流的測(cè)量元件(21),該測(cè)量元件被安置在一個(gè)設(shè)置在管道(2)中的測(cè)量通道(33)中,該測(cè)量通道在其軸向方向從測(cè)量通道(33)的一個(gè)流入口(36)伸展到一個(gè)導(dǎo)流通道(34),該導(dǎo)流通道(34)通到在測(cè)量裝置(1)的一個(gè)外部面(45)上的、匯入到管道(2)中的一個(gè)流出口(46),其特征為,在測(cè)量裝置(1)的具有流出口(46)的外部面(45)上,在流出口(46)的周?chē)鷧^(qū)域,至少設(shè)置了一個(gè)突出部分(50)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置,其特征為,該突出部分(50)被安置在流出口(46)的一個(gè)朝向主流動(dòng)方向(30)的周?chē)鷧^(qū)域(51)和/或流出口(46)的一個(gè)背離主流動(dòng)方向(30)的周?chē)鷧^(qū)域(60)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量裝置,其特征為,該突出部分(50)被安置在流出口(46)的朝向主流動(dòng)方向(30)的周?chē)鷧^(qū)域(51),并且具有一個(gè)斷開(kāi)棱邊(52)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)量裝置,其特征為,該斷開(kāi)棱邊(52)被構(gòu)造為尖棱。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)量裝置,其特征為,該斷開(kāi)棱邊(52)具有一個(gè)很小的曲率半徑(r)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3到5之一所述的測(cè)量裝置,其特征為,一個(gè)與該斷開(kāi)棱邊(52)相接觸的、垂直于管道(2)中主流動(dòng)方向(30)伸展的平面(54)與流出口(46)相交。
7.根據(jù)權(quán)利要求3到6之一所述的測(cè)量裝置,其特征為,該突出部分(50)具有一個(gè)基本上是三角形的橫截面輪廓,其中,該三角形橫截面輪廓的一個(gè)角構(gòu)成該斷開(kāi)棱邊(52),三角形橫截面輪廓的另一個(gè)角與流出口(46)的、在管道(2)中主流動(dòng)方向(30)上游的一個(gè)端部(53)疊合。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量裝置,其特征為,該突出部分(50)被安置在流出口(46)的一個(gè)背離主流動(dòng)方向(30)的周?chē)鷧^(qū)域(60),并且至少在一個(gè)朝向主流動(dòng)方向(30)的端面區(qū)域(61)被做成圓形。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測(cè)量裝置,其特征為,該突出部分(50)被成形為波浪形。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的測(cè)量裝置,其特征為,該突出部分(50)被連續(xù)地彎曲,并在以管道(2)中主流動(dòng)方向(30)為參考的下游區(qū)域(62)沒(méi)有形成棱邊地過(guò)渡到一個(gè)平面(63),在該平面上伸展著具有流出口(46)的該外部面(45)。
全文摘要
一種測(cè)量裝置(1),用來(lái)測(cè)量在一個(gè)管道(2)中沿著主流動(dòng)方向流動(dòng)的介質(zhì)的質(zhì)量、特別是一個(gè)內(nèi)燃機(jī)吸入空氣的質(zhì)量,該測(cè)量裝置(1)具有一個(gè)被流動(dòng)介質(zhì)繞流的測(cè)量元件(21),它被安置在一個(gè)設(shè)置在管道(2)中的測(cè)量通道(33)中,后者在其軸向從測(cè)量通道(33)的一個(gè)流入口(36)伸展到一個(gè)導(dǎo)流通道(34),該導(dǎo)流通道(34)通到在測(cè)量裝置的外部面(45)上的、匯入到管道(2)中的一個(gè)流出口(46),在測(cè)量裝置(1)的具有流出口(46)的外部面(45)上,在流出口(46)的周?chē)鷧^(qū)域,設(shè)置了至少一個(gè)突出部分(50)。
文檔編號(hào)G01F1/684GK1262735SQ99800364
公開(kāi)日2000年8月9日 申請(qǐng)日期1999年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月8日
發(fā)明者沃爾夫?qū)っ桌? 迪特爾·湯克, 烏韋·康策爾曼 申請(qǐng)人:羅伯特·博施有限公司