CN100535609C - 热流量检测装置及利用该装置检测流量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热流量检测装置(2)，其用来检测流道(3)中的流体流。该热流量检测装置(2)包括旁路通道部分(6)，该旁路通道部分(6)限定了流体流由此绕过流道(3)的旁路通道(7)。该热流量检测装置(2)还包括设在旁路通道部分(6)中的检测元件(31)。该检测元件布置在与旁路通道部分(6)的横截面中心偏心地移位的位置处。该热流量检测装置(2)还包括设在旁路通道部分(6)中检测元件(31)的上游处的节流部分(20b)，用于在检测元件(31)的一侧部分地缩窄横截面。

Description

热流量检测装置及利用该装置检测流量的方法

技术领域

本发明涉及用于检测流体流的具有节流通道的热流量检测装置。本发明还涉及利用该热流量检测装置检测流体流的方法。

背景技术

US6,223,594 B1(JP-A-11-118559)公开了一种用于检测气流通道中气流的热流量检测装置。该流量检测装置是利用热阻元件作为热线来检测气流的热流量计。

如图5所示，常规的流量计具有内壁，其限定了横截面为矩形的旁路通道部分917。流量计的内壁在旁路通道部分917的两侧上都部分地设置有节流部分920。每个节流部分920相对于空气的流动方向从进口端925朝着出口端926延伸。出口端926限定了节流出口腔921。支撑元件927、929设在节流出口腔921中。从节流部分920的进口看，每个支撑元件927、929处于相应的节流部分920后面，限定了凸形表面的节流表面。热阻元件931和温度传感元件932设在旁路通道部分917中。热阻元件931和温度传感元件932由支撑元件927、929支撑。

在这个结构中，节流部分920能将穿过旁路通道部分917的空气从支撑元件927、929偏转。气流能被平稳地整流，因此流量计能稳定地检测气流，从而输出稳定的检测信号。流量计具有包括热阻元件931和温度传感元件932的热传感元件，以在小流速和大流速之间的宽范围内测量整流的气流，从而传输指示气流的输出信号。在这种结构中，热传感元件的输出信号中的波动能通过整流该气流来降低。

流量计的旁路通道部分917插入气流通道以检测通过气流通道的气流。当旁路通道部分917的直径很大时，旁路通道部分917在气流通道中引起了较大的压降。因此，旁路通道部分917的直径优选地减小以降低气流通道中的压降。然而，当旁路通道部分917的内径减小时，用于容纳包括热阻元件931和温度传感元件932的热传感元件的空间就变小。旁路通道部分917中具有气流速度基本上稳定的中心部分。在其中旁路通道部分917内径减小的结构中，热传感元件难以布置在旁路通道部分917的中心。因此，当热传感元件的位置出现漂移时，流量计的检测性质可能会变化。

旁路通道部分917的气流形成了与气流方向垂直的流量分布。在流量分布中，旁路通道部分917的中心附近空气的流速很高。在流量分布中，旁路通道部分917的中心附近空气的流速基本上恒定，即很平。因此，在流量分布中旁路通道部分917的中心周围空气的流速不会产生很大的变化。

在这种结构中，包括热阻元件931和温度传感元件932的热传感元件优选地布置在旁路通道部分917的中心附近，用以检测空气的流速。当热传感元件布置在旁路通道部分917附近时，热传感元件的检测信号不会很大地分散，即使热传感元件的位置从规定位置稍微偏移。然而，当旁路通道部分917的直径减小时，热传感元件最初可相应地布置在与旁路通道部分917的中心偏心地移位的指定位置。在这种结构中，例如，当热传感元件在装配工作中与指定位置失准时，与其中热传感元件布置在旁路通道部分917中心的结构相比，检测信号的分散就变大。于是，热传感元件小的失准就导致了流量计检测性质的很大分散。

发明内容

考虑到前述和其它问题，本发明的目的是提出一种具有节流部分的热流量检测装置，该热流量检测装置能利用与旁路通道的中心偏心地移位的检测元件稳定地检测流体流。本发明的另一目的是提出一种利用该热流量检测装置来检测流体流的方法。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种用于检测流道中流体流的热流量检测装置，其包括旁路通道部分，该旁路通道部分中限定了流体流由此绕过流道的旁路通道。该热流量检测装置还包括设在旁路通道部分中的检测元件。该检测元件布置在与旁路通道部分的横截面中心偏心地移位的位置处。该热流量检测装置还包括设在旁路通道部分中检测元件的上游处的节流部分，用于在检测元件一侧部分地缩窄横截面。

根据本发明的另一个方面，本发明提出了一种用于检测流道中流体流的方法，其包括：将流体流部分地引入从流道分散的旁路通道。该方法还包括将流体流朝着热阻元件偏转，该热阻元件与旁路通道的横截面中心偏心地移位，通过在热阻元件的上游中热阻元件的一侧上部分地缩窄横截面。该方法还包括利用热阻元件检测流体流。

附图说明

从下面参照附图进行的详细描述中，本发明的以上和其它目标、特点和优点将会更加明显。在附图中：

图1是示出具有节流部分和热阻元件的流量计的局部正面剖视图；

图2A是示出流量计中热阻元件附近中的流量分布的曲线，并且图2B是示出具有节流部分的流量计中热阻元件附近中的流量分布的曲线；

图3是示出具有节流部分的流量计的局部侧面剖视图；

图4是示出安装至管的流量计的局部正面剖视图，管中限定有气流通道；和

图5是示出根据现有技术的流量计的局部正面剖视图。

具体实施方式

如图1、3、4所示，流量检测装置(流量计)2应用于例如内燃机以检测通过发动机进气管1的进气的流速。流量计2插入进气管1。流量计2包括：安装部分7、文丘里通道部分5、旁路通道部分6、传感部分(流体检测元件、热阻元件)以及电路模块9。

流量计2插入进气管1的插孔，以使得流量计2经由安装部分7连接至进气管1。安装部分7例如由树脂由文丘里通道部分5和旁路通道部分6整体地形成。文丘里通道部分5位于限定在进气管1中的气流通道3的基本上中心处。文丘里通道部分5中限定了文丘里通道13。穿过进气管1的进气部分地流入文丘里通道13。文丘里通道部分5具有限定了文丘里通道13的内壁。文丘里通道部分5的内壁基本上与沿着进气管1的轴线延伸的气流通道3平行。

安装部分7经由旁路通道部分6与文丘里通道部分5相连接。旁路通道部分6用作连接部分。旁路通道部分6例如由树脂与安装部分7和文丘里通道部分5整体形成。旁路通道部分6包括外管15和分隔壁16。外管15为大致圆柱形形状。外管15中具有所述分隔壁16。外管15中限定了旁路通道14，其由外管15的内壁和分隔壁16分隔开。旁路通道14为大致U形。旁路通道14具有呈大致矩形形状的轴向截面。分隔壁16在其上游限定了进口旁路通道(旁路通道)17。分隔壁16具有上端23。上端23限定了分隔壁16的下游中的出口旁路通道18。

传感部分8设在节流部分20a、20b和节流出口腔21之间。传感部分8包括：四个支撑元件27，28，29，30、热阻元件31和温度传感元件32。热阻元件31用作流量检测元件。

热阻元件31布置在进口旁路通道17中。热阻元件31定位在温度传感元件32的稍微下游。热阻元件31和温度传感元件32中的每一个都为包括阻抗元件的大致棒形元件，有导线元件从阻抗元件的两端延伸。也就是说，热阻元件31和温度传感元件32中的每一个都基本上沿着气流通道3中空气的流动方向定向(图4)。从旁路通道14中空气的流动方向看，热阻元件31和温度传感元件32彼此间基本上平行。

热阻元件31布置在进口旁路通道17横截面的中心附近。可选地，热阻元件31稍微偏离进口旁路通道17横截面的中心。也就是说，热阻元件31相对于进口旁路通道17横截面的中心偏心地布置。具体地，热阻元件31从进口旁路通道17横截面的中心稍微偏心地移位，以使得热阻元件31稍微布置在图1中的左侧，即布置为相对于图3的图面向后。

当进口旁路通道17的横截面减小以降低在其中设有流量计的气流通道3中所引起的压降时，热阻元件31可从进口旁路通道17的中心稍微偏心地移位。在这种结构中，当例如进口旁路通道17的横截面可能减小时，由于制造的限制，热阻元件31和温度传感元件32可能需要从进口旁路通道17的中心稍微偏心地移位。

热阻元件31的两端都由支撑元件27、28的自由端支撑。温度传感元件32的两端都由支撑元件29、30的自由端支撑。支撑元件27、28、29、30中的每个都具有紧固至安装部分7内壁的固定端，从而也用作连接热阻元件31和温度传感元件32之一的导线元件。

节流部分20a、20b从外管15的两个内壁突出，以使得节流部分20a、20b减小进口旁路通道17的横截面积。节流部分20a、20b构成了节流元件20。节流部分20a从图1中的右侧和左侧缩窄进口旁路通道17的横截面。节流部分20b从图3中的右侧和左侧缩窄进口旁路通道17的横截面。节流部分20b提供来根据与进口旁路通道17的中心偏心地移位的热阻元件31的位置调节空气的流量分布。

节流元件20在进口旁路通道17中在进口端5和出口端26之间的范围内朝着进口旁路通道17的中心突出。在这种结构中，进口旁路通道17的轴向截面从节流元件20的上游朝着节流元件20的下游逐渐减小。进口旁路通道17的轴向截面在节流元件20中具有最小截面，并且在进口旁路通道17中节流元件20的最小截面的下游急剧增大。节流部分20a基本上均匀地缩窄(即减小)进口旁路通道17的横截面。节流部分20在其中热阻元件31从进口旁路通道17的中心偏离的一侧上(即在其中热阻元件31在进口旁路通道17中偏心地移位的一侧上)缩窄进口旁路通道17的基本上一半横截面。也就是说，节流部分20在图1中的左侧上(即相对于图3的图面向后)缩窄进口旁路通道17的基本上一半横截面。

节流出口腔21位于进口旁路通道17中出口端26的下游。节流出口腔21具有旁路通道14的标准有效面积。节流出口腔21延伸至分隔壁16的上端23。上端23的下游与出口旁路通道18相连接。出口旁路通道18从安装部分7朝着文丘里通道部分5延伸以具有基本上一致的有效面积。出口旁路通道18具有与文气流通道13相通的端部。

从进口旁路通道17的上游朝着进口旁路通道17的开口下游看，支撑元件27、28基本上在节流分隔壁20c的后面。在这种结构中，空气在穿过进口旁路通道17的节流元件20之后从进口旁路通道17中的出口端26流入节流出口腔21，因此能限制气流引起湍流。因而，气流能被整流，即稳定化。

电路模块9包括电路部分和热元件35。热元件35用作温度测量元件，用以检测穿过气流通道3的空气的温度。电路部分包括：壳体34、控制电路39、辐射板、连接器36和盖板38。电路部分控制供应至热阻元件31和温度传感元件32的电能。控制电路39设在电路部分的壳体34中，用以输出指示空气流速的检测信号。壳体34由例如树脂制成。

下面将描述气流和流量计2。流量计2的外管15具有进口19。穿过进气管1的空气部分地流入外管15的进口19。流入进口19的空气被分为穿过文丘里通道13的一个气流和穿过进口旁路通道17的另一气流。

穿过文丘里通道13的一个气流在文丘里通道13的下游流速变高，从而产生负压。在文丘里通道13下游产生的负压吸引穿过出口旁路通道18的空气。因而，从进口旁路通道17进入旁路通道14的气流的流速变高。

控制电路39控制供应至热阻元件31的电能，以使得热阻元件31的温度和穿过旁路通道14的气流的温度之间的差别变得基本上恒定。具体地，控制电路39控制供应至热阻元件31的电能以使得热阻元件31的温度和空气的温度之间的差别变得基本上恒定。空气的温度利用温度传感元件32来检测。热阻元件31的温度能根据供应至热阻元件31的电能来计算。因而，控制电路39输出指示与空气流速相应的电能的流量检测信号。

在这个实施例中，气流进入进口旁路通道17，并穿过节流部分20a，从而在其中被整流。气流通过穿过节流部分20b而部分地加速，因此在节流部分20b一侧上气流的流速部分地增大。因而，气流的分布能被适当地控制。

如图2A所示，在没有提供节流部分20b时，气流显示流量分布n，其基本上相对于沿着图1中II-II`线所截取的横截面对称。在这个基本上对称的流量分布n中，中心c的流速最高，并且定位有热阻元件31的位置s偏离流速最高的中心c。于是，当定位有热阻元件31的位置s即使稍微偏离指定位置时，指示流速的检测信号也会变化很大。

相比之下，在本实施例中，设置了节流部分20b。在这种结构中，如图2B所示，流量分布变得相对于沿着图1中II-II`线所截取的横截面不对称。在这种结构中，节流部分20b产生增强的流量分量a，并且这个增强的流量分布a叠加至在没有提供节流部分20b的结构中形成的基本上对称的流量分布n。因而，通过将增强的流量分布a叠加至基本上对称的流量分布n就形成了流量分布m。在这个流量分布m中，流速基本上在热阻元件31所定位的位置s处最高，因此流速的变化在位置s附近很小。因此，在这个实施例中，即使位置s偏离指定位置，与其中没有提供节流部分20b的结构相比，检测信号的变化也变小。

在这个实施例中，节流部分20a增大气流的速度，因此能提高流速的检测准确度。另外，通过提供节流部分20b，流量分布能根据热阻元件31所定位的位置适当地形成。因而，流量计的特性能被限制为不会由于热阻元件31的失准而引起波动。

而且，节流部分20c基本上将提供每个节流部分20b的部分与没有提供每个节流部分20b的部分分开。在这种结构中，节流部分20b的作用能增强，以使得能以少量的节流来整流流量分布。因而，能降低由于节流部分20b所引起的压降。

节流部分20b的数目并不限于两个。节流部分20b的数目可以是一个。节流部分20a的数目并不限于两个。节流部分20a的数目可以是一个。

在以上实施例中，流量检测装置提供来检测气流通道3中的气流。流量检测装置包括旁路通道部分6，该旁路通道部分6提供来使得气流通过旁路通道部分6绕开气流通道3。流量检测装置还包括提供于旁路通道部分6中的检测元件(热阻元件)31。热阻元件31布置在从旁路通道部分6的横截面中心偏心地移位的位置处。也就是说，热阻元件31布置在从旁路通道部分6的横截面中心偏心地移位的位置处。流量检测装置还包括至少一个在旁路通道部分6中提供于传感部分8的上游处的节流部分20b，用以在从旁路通道部分6的横截面中心偏心地移位的传感部分8一侧上部分地缩窄旁路通道部分6的横截面。

例如，旁路通道部分6的直径可减小以降低在气流通道3中引起的压降。在这种情况下，当热阻元件难以布置在旁路通道部分6的横截面中心时，热阻元件可布置在与旁路通道部分6的横截面中心偏心地移位的位置。在以上实施例中，热阻元件布置在与旁路通道部分6的横截面中心偏离(即偏心地移位)的位置。即使在这种结构中，也能维持气流的传感性质，即使热阻元件的位置由于在流量计2的制造中与热阻元件的指定位置相偏差而引起失准。

具体地，节流部分20b设在热阻元件的上游，以使得在旁路通道部分6中局部地提高流速。气流能在旁路通道部分6中偏转以将流量分布朝着在旁路通道部分6中偏心地布置的热阻元件31偏压。因此，类似于其中热阻元件31布置在旁路通道部分6中心的结构，能降低由于热阻元件31的失准而引起的检测准确度波动。节流部分20b提供来将气流朝着在旁路通道部分6的横截面中偏心地布置的热阻元件31偏压。在这种结构中，空气的流速能在偏心地朝着热阻元件31的方向上增大。因此，流量分布能形成于布置有热阻元件31的位置周围，以使得热阻元件31的位置能限定为流量部分的中心。因此，能降低传感特性的波动，类似于其中热阻元件31布置在旁路通道部分6的中心处的结构。

在以上实施例中，节流部分20b在限定了旁路通道部分6的壁表面附近节流旁路通道部分6。在这种结构中，节流部分20b能充分地产生作用以控制流量分布，即使节流量没有必要地大以在其中产生大的流阻。

在以上实施例中，节流部分20b在限定了旁路通道部分6的壁表面附近缩窄旁路通道部分6。而且，节流部分20b在与旁路通道部分6的横截面中心偏心地移位的传感部分8的一侧上部分地缩窄旁路通道部分6的横截面。

旁路通道部分6能由U形元件限定，进口旁路通道部分在该U形元件的一端与出口旁路通道部分相连接。

而且，流量计2还包括布置在旁路通道部分6中的温度传感元件32。温度传感元件32设置在与热阻元件31提供于旁路通道部分6中的位置相偏离的位置处。

在以上实施例中，流量计2能产生以下作用。流量分布能根据布置热阻元件31的位置适当地形成于旁路通道部分6中。另外，即使热阻元件31的位置偏移，也能降低流量计2的测量特性中的变化。

在上述实施例中，流量计用于测量空气的流速。然而，流量计并不限于测量空气的流速。流量计能应用于检测任何其它流体的流速，比如车辆的废气。

在不偏离本发明精神之下，能对上述实施例作出各种不同的变型和替换。

Claims (8)

1.一种用于检测流道(3)中流体流的热流量检测装置(2)，该热流量检测装置(2)包括：

旁路通道部分(6)，其中限定了流体流由此绕过流道(3)的旁路通道(17)；

设在旁路通道部分(6)中的检测元件(31)；和

设在旁路通道部分(6)中检测元件(31)的上游处的节流部分(20b)，

其中，所述检测元件具有沿着流道(3)中的流体的流动方向的纵向，

所述检测元件相对于与所述纵向垂直的方向从旁路通道部分(6)的横截面中心偏心地移位，

所述节流部分(20b)在所述检测元件(31)从横截面中心偏置的一侧被构造成相对于该纵向部分地缩窄横截面。

2.根据权利要求1的热流量检测装置(2)，

其中旁路通道部分(6)中具有限定了旁路通道(17)的壁表面，和

节流部分(20b)在限定了旁路通道(17)的壁表面附近缩窄旁路通道部分(6)的横截面。

3.根据权利要求1的热流量检测装置(2)，

其中旁路通道部分(6)中具有限定了旁路通道(17)的壁表面，和

节流部分(20b)在限定了旁路通道(17)的壁表面附近缩窄旁路通道部分(6)的横截面，和

节流部分(20b)在检测元件(31)的由旁路通道部分(6)的横截面中心偏心的一侧部分地缩窄旁路通道部分(6)的横截面。

4.根据权利要求1至3中任一的热流量检测装置(2)，还包括

布置在旁路通道部分(6)中的温度传感元件(32)，

其中温度传感元件(32)设在旁路通道部分(6)中由检测元件(31)偏心地移位的位置处。

5.一种用于检测流道(3)中流体流的方法，该方法包括：

将从流道(3)分配的流体流部分地引入旁路通道(17)；

在热阻元件(31)的从旁路通道(17)的横截面中心相对垂直于纵向的方向偏心地移位的一侧，通过部分地缩窄横截面，相对于热阻元件(31)的纵向将流体流朝着热阻元件(31)偏转，所述热阻元件(31)的纵向沿着流道(3)中的流体的流动方向，

利用热阻元件(31)检测流体流。

6.根据权利要求1的热流量检测装置(2)，其中所述节流部分(20b)位于检测元件的纵向。

7.根据权利要求1的热流量检测装置(2)，还包括：

设在旁路通道部分(6)中的节流部分(20a)，

其中所述节流部分(20a)位于垂直方向。

8.根据权利要求1的热流量检测装置(2)，还包括：

设在旁路通道部分(6)中且彼此相对的一对节流部分(20a)，

其中一对所述节流部分(20a)均位于垂直方向。

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