AT388810B - Einrichtung zur messung des massenstroms eines gases - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung des Massenstromes eines Gases, bestehend aus einer Schaltung zur Verknüpfung mehrerer Messgrössen, wobei eine Messgrösse durch den Differenzdruck an einem   Strömungshindemis   bestimmt ist. 



   Eine bekannte Einrichtung dieser Art ist in der US-PS 4 419 898 beschrieben. Sie besteht aus einer Lochblende zur Differenzdruckmessung, aus Gebern zur Messung von Druck, Temperatur und Dichte des Mediums und einem Rechner, der aus den Messsignalen den Massenstrom errechnet. In einer Ausführungsvariante ist die Lochblende durch ein Flügelrad zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit ersetzt. Sowohl die Messung mit Hilfe des Flügelrades bei der einen Ausführungsvariante als auch die Dichtemessung bei beiden Varianten sind sehr träge und anfällig gegen Verschmutzung bei feststoffbeladenen Medien, wie z. B. Abgasen. 



   Weiters sind Einrichtungen der eingangs genannten Art bekannt, welche beispielsweise für die Messung des Massenstromes der Ansaugluft im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zugleich über ein Hitzdrahtanemometer eine dem Produkt aus Strömungsgeschwindigkeit und spezifischer   Wärmekapazität   entsprechende Grösse sowie zusätzlich die Temperatur der Gasströmung bestimmen und aus diesen beiden Grössen durch entsprechende Verknüpfung die Massenströmung pro Flächeneinheit errechnen. 



   Der Nachteil der zuletzt genannten Einrichtungen besteht im wesentlichen darin, dass einerseits in die Messung der   Wärmeableitung   über das Hitzdrahtanemometer Störgrössen, wie die Momentanwerte von Druck und Temperatur, die schwankende chemische und physikalische Zusammensetzung des Gases u. s. w. eingehen und andererseits die Temperaturmessung mit heutigen Methoden relativ träge ist, womit höherfrequente Änderungen nicht signifikant erfasst werden können. Weiters besteht im Zusammenhang mit der Messung mit dem Hitzdrahtanemometer der Nachteil, dass der Messdraht korrodiert und auch an der zu messenden Gasströmung durch chemische Prozesse, beispielsweise an erhitztem Platindraht, Änderungen in der Zusammensetzung des zu messenden Gases bewirken kann, die nachfolgende diesbezügliche Messungen verfälschen. 



   Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zur Messung des Massenstroms eines Gases so zu verbessern, dass bei möglichst einfachem Aufbau die genannten Nachteile der bekannten Einrichtungen nicht auftreten und dass insbesonders eine von Störgrössen unabhängige, genaue, auch höherfrequente Änderungen der Parameter der Gasströmung zuverlässig berücksichtigende und auf die Gasströmung selbst in ihrer Zusammensetzung nicht rückwirkende Messung möglich wird. 



   Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass zur Messung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit im Strömungsweg zwei, in Strömungsrichtung gesehen, einen bestimmten Abstand aufweisende, gleichartige elektrische Drucksensoren angeordnet und über Signalleitungen mit einem Korrelator oder einer Zeitdifferenzeinheit verbunden sind, wobei zumindest einer der Drucksensoren zugleich zur Messung des Differenzdruckes dient. Die so ausgebildete Einrichtung ist nicht nur einfach, sondern auch geeignet, höherfrequente Änderungen des Masenstroms zu erfassen. Ausserdem ist die Anfälligkeit gegenüber Verschmutzung bei feststoffbeladenen Medien gering. 



   Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles einer Einrichtung gemäss der Erfindung mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. 



   Im Bereich eines von der zu vermessenden Gasströmung in Richtung des Pfeiles   (1)   durchströmten Strömungsweges (2) sind zwei, in Strömungsrichtung einen definierten Abstand (L) aufweisende, gleichartige Drucksensoren (3,4) angeordnet und über Signalleitungen (5,6) mit einem Korrelator (7) bzw. einer anstelle des Korrelators (7) vorgesehenen Zeitdifferenz-Einheit verbunden.

   Die Drucksensoren (3,4) liefern über ihre Signalleitungen (5,6) Signalfolgen entsprechend den zeitlichen Schwankungen der von ihnen überwachten bzw. gemessenen Druckschwankungen, die mit der zu messenden   Strömung "transportiert" werden.   Aus diesen Signalfolgen wird im Korrelator (7) bzw. in einer Zeitdifferenz-Einheit die Zeitverschiebung zwischen bestimmten charakteristischen Punkten bestimmt Beim Korrelationsverfahren als Maximum der aus den beiden Signalfolgen gebildeten Kreuzkorrelationsfunktion ; beim Zeitdifferenzverfahren direkt als Zeitdifferenz zwischen zusammengehörigen Nulldurchgängen der beiden Signalfolgen. Zur Erhöhung der Auswertefrequenz kann beispielsweise beim Zeitdifferenzverfahren mit den differenzierten Signalfolgen und/oder mit mehreren Schwellwerten für die Messung der Zeitdifferenzen gearbeitet werden. 



   An einem in Strömungsrichtung nach den beiden Drucksensoren (3,4) gelegenen   Strömungshindemis   (8), hier eine Art Venturidüse, ist an der engsten Stelle ein Drucksensor (10) angeordnet, der über eine Signalleitung (11) mit einem Eingang (13) einer Multipliziereinheit (14) in Verbindung steht. Über eine Signalleitung (12) wird das Signal des Drucksensors (4) zum Eingang (19) der Multipliziereinheit (14) geleitet, wo die Differenz zu dem über die Signalleitung (11) am Eingang (13) anliegenden Signal gebildet wird. Ein anderer Eingang (15) der Multipliziereinheit (14) ist über eine Leitung (16) mit dem Ausgang (17) des Korrelators (7) verbunden. 



   Der Ausgang (18) der Multipliziereinheit (14) ist in hier nicht dargestellter Weise mit einer Anzeige- bzw. 



  Speichereinrichtung verbunden. 



   In der Multipliziereinheit (14) wird das Differenzdrucksignal p = p-p'mit der vom Korrelator (7) gelieferten Strömungszeit t multipliziert, womit am Ausgang (18) ein über eine Konstante der gesuchten Massenströmung proportionales Messsignal erhalten wird. 

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  Es gelten dabei folgende Gleichungen : gemessene Strömungsgeschwindigkeit : c Querschnittsfläche : A Querschnittsfläche im Venturirohr A'   Massendichte : P    am Strömungshindemis gemessene 
 EMI2.1 
 
 EMI2.2 
 
 EMI2.3 
 werden. 



   Die Messung der momentanen mittleren Strömungsgeschwindigkeit erfolgt über die zwei Drucksensoren, die in Strömungsrichtung gesehen, einen bestimmten Abstand (L) aufweisen mit einem Zeitdifferenz- bzw. 



    Korrelationsverfahren.   



   Dabei werden die spezifischen Gegebenheiten des strömenden Abgases, insbesondere des Druckes, der zufolge der zu seiner Entstehung führenden mehr oder weniger periodischen Verbrennungsvorgänge und Ausströmbedingungen mit gewissen Schwankungen behaftet ist, zur Geschwindigkeitsmessung genützt Bei den genannten Zeitdifferenz- bzw. Korrelationsverfahren wird die Zeitverschiebung zwischen den an zwei in Strömungsrichtung versetzten Stellen gemessenen Signalfolgen bestimmt : Beim Zeitdifferenzverfahren direkt als Zeitdifferenz etwa zwischen den Nulldurchgängen der Signalfolgen ; beim   Korrelationsverfahren   als Maximum der aus den beiden Messsignalen gebildeten Kreuzkorrelationsfunktion.

   Die Anforderungen an die Signalfolgen und an die zu ihrer Erfassung eingesetzten Sensoren sind dabei minimal ; sie müssen im wesentlichen nur eine in bezug zur Auswertefrequenz genügend hohe Frequenz- bzw. Bandbreite haben. Es wird zumindest eine der an den beiden versetzten Stellen durchgeführten Druckmessungen gleichzeitig auch für die Differenzdruckmessung herangezogen, was eine Vereinfachung in bezug auf die Aufnahme der für jede Messung zu verknüpfenden Grössen erlaubt. Es sind also im Bereich eines vom Abgas durchströmten Strömungsweges zwei, in Strömungsrichtung gesehen, einen Abstand aufweisende, gleichartige Drucksensoren für die beiden Signalfolgen angeordnet und über Signalleitungen mit einem Korrelator bzw. einer Zeitdifferenz-Einheit in einer Auswerteeinrichtung verbunden. 



  Ein Differenzdruckaufnehmer ist an einem im Strömungsweg nach den beiden Drucksensoren gelegenen Strömungshindemis, vorzugsweise einem Staurohr, einer Lochblende oder einer Venturidüse, angeordnet und mit einem Eingang einer Multipliziereinheit in der Auswerteeinrichtung verbunden. Ein anderer Eingang der Multipliziereinheit ist mit dem, ein der Strömungszeit zwischen den beiden Drucksensoren proportionales Signal 

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 führenden Ausgang des Korrelators bzw. der Zeitdifferenz-Einheit verbunden und der ein der momentanen Massenströmung proportionales Signal führende Ausgang der Multipliziereinheit ist mit einer Anzeige- bzw. Speichereinrichtung verbunden.

   Diese Anordnung ermöglicht auf sehr einfache Weise die Durchführung von 
 EMI3.1 
 Auswerteeinrichtung kann direkt ein der momentanen Massenströmung pro Flächeneinheit entsprechendes Messsignal erhalten werden, welches aber auch durch geeignete Berücksichtigung der effektiven Querschnittsfläche unmittelbar zum Messwert für die Massenströmung gemacht werden kann. Der Korrelator bzw. die Zeitdifferenzeinheit sowie auch Teile der Auswerteeinrichtung, wie   z. B.   die Multipliziereinheit, können dabei auch zumindest teilweise softwaremässig realisiert sein, womit die erforderlichen genannten Verbindungen zwischen den einzelnen Ein- bzw. Ausgängen entsprechend zu   Datenübertragungsleitungen   werden. 



   Ebenfalls möglich wäre auch eine nichtdargestellte Ausführung mit nur zwei Drucksensoren, von denen einer vor dem Strömungshindernis (8) und einer - wie der Sensor (10) - an der engsten Stelle des   Strömungshindemisses   sitzt, wobei dann über die beiden Drucksensoren sowohl die Geschwindigkeitsmessung als auch die Differenzdruckmessung erfolgen könnte. 



   Weiters könnte der an der engsten Stelle des   Strömungshindemisses   dargestellte Drucksensor (10) ohne weiteres auch - in Strömungsrichtung gesehen-nach dem   Strömungshindemis   (8) angeordnet werden, was ebenfalls die erforderliche Differenzdruckbestimmung erlaubt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Einrichtung zur Messung des Massenstroms eines Gases, bestehend aus einer Schaltung zur Verknüpfung mehrerer Messgrössen, wobei eine Messgrösse durch den Differenzdruck an einem Strömungshindemis bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit im Strömungsweg (2) zwei, in Strömungsrichtung gesehen, einen bestimmten Abstand (L) aufweisende, gleichartige elektrische Drucksensoren (3,4) angeordnet und über Signalleitungen (5, 6) mit einem Korrelator (7) oder einer Zeitdifferenzeinheit verbunden sind, wobei zumindest einer der Drucksensoren (3,4) zugleich zur Messung des Differenzdruckes dient.