CN101326427A - 用于确定质量流的装置 - Google Patents

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Abstract

其质量流应该被确定的气体流过流道(2)。用于确定质量流的装置(1)在测量路径(5)的一端具有声换能器(4)，利用该声换能器可以确定声信号(7、8)的渡越时间。通过渡越时间可以确定气体流速和声速。由流速以及压力和温度来确定总质量流。由声速可以确定在总质量流中的另外的气体的含量，并且总质量流可以被校正为气体的质量流。

Description

用于确定质量流的装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定在流道中流动的气体的质量流的装置，其具有分别在测量路径的端部设置的声换能器，评估单元连接在该声换能器的下游，该评估单元由声信号的渡越时间确定气体的流速和声速并根据流速以及根据压力和温度确定总质量流。
背景技术
这种类型的装置由US 47 54 650公开。已知的装置具有两个在测量路径的端部设置的超声波换能器，这两个超声波换能器安装在流道的壁上。利用超声波换能器可以确定声信号沿着测量路径的渡越时间。然后，由渡越时间可以确定出在流道中流动的气体的流速和在气体中的声音信号的声速。在已知的装置中，有确定的声速来确定在流道中流动的气体的平均分子质量。由此，可以在压力已知以及温度已知时确定出在流道中流动的气体的质量流。
此外，由EP 0 477 419公开了一种具有超声波流量计的设备单元，其尤其用于在机动车发动机中进行空气质量测量。该设备单元同样包括设置在测量路径的端部的声换能器，利用该声换能器可以确定声信号的渡越时间。然后，由声信号的渡越时间可以确定出在流道中流动的空气的流速。然后，可以通过附加的温度传感器和另外的压力传感器来测定入流的空气的质量流。然而，抽吸入的空气总是具有一部分湿度，由此有水份。由于有附加的水份，空气质量的测量值是有错误的。
发明内容
由该现有技术出发，本发明的目的在于提出一种用于在存在其他气体时确定气体质量流的装置。
该目的通过具有独立权利要求的特征的装置实现。在从属权利要求中提出了有利的设计方案和改进方案。
在该装置中，评估单元根据声信号的渡越时间确定流速并根据压力和温度确定总质量流。此外，评估单元由渡越时间确定声速并由此确定出在流道中流动的其他的气体的含量。然后，评估单元可以将总质量流校正为气体的质量流。
因此，在该装置中不需要用于确定在气体流中的另外的气体含量的单独的传感器。相反地，只要知道压力和温度，就可以在存在其他气体时确定气体的质量流。
在一个优选的实施例中，评估单元被连接到温度传感器和压力传感器上，这些传感器为评估单元提供关于温度和压力的实时值。由此，该装置也可以在压力波动和温度变化时运行。
在另一个优选的实施例中，评估单元根据声速确定处在空气流中的水含量并且将总质量流校正为空气流的质量流。
为此，该装置特别适合于测量在用于机动车的内燃机的吸气管线中的空气质量流。
附图说明
本发明的其他细节和优点由接下来的描述获知，在描述中根据附图来详细说明本发明的实施例。图中示出：
图1用于确定在流道中的质量流的框图；以及
图2是一个图表，由该图表可以获知声速与用于不同温度的相对空气湿度的依赖关系。
具体实施方式
图1示出测量装置1，利用该测量装置可以确定在机动车的内燃机的抽吸管2中的空气质量流。测量装置1包括设置在抽吸管2的壁3中的超声波换能器4，该超声波换能器限定测量路径5。测量路径5以相对于流动方向6成一定角度地横过抽吸管2延伸。
超声波换能器4不仅可以发射超声波而且可以接收超声波。因此，超声波信号7由超声波换能器4在流动方向6上发射和接收。相反于流动方向6来发射和接收另外的超声波信号8。
对于超声波信号7，连接在超声波换能器4下游的渡越时间测量电路9确定渡越时间td，对于超声波信号8确定渡越时间tu。抛开可能歪曲测量结果的不同的干扰作用，在抽吸管2中的气体的流速v与Δt/tu td成比例，其中，Δt是渡越时间tu和td的差。然后，在抽吸管2中的气体的声速c与∑t/tu td成比例，其中∑t是渡越时间的和。
在连接在渡越时间测量电路9下游的运算器10中确定声速c并且在连接在渡越时间测量电路9下游的另外的运算器11中确定流速v。
此外，在抽吸管2上设置有具有连接在下游的温度测量电路13的温度传感器12和具有连接在下游的压力测量电路15的压力传感器14。为此，由温度测量电路13和压力测量电路15提供的温度T和压力p的测量值可以在设置在运算器11下游的运算器16中应用，以确定总质量流。因为总压力由空气的分压力和水蒸气的分压力构成，所以总质量流不等于空气质量流。相反地，鉴于存在水蒸气流必须校正总质量流。为此目的，在另外的运算器17中，根据在运算器10中确定的声速c和由温度测量电路13提供的温度的测量值来确定在总质量流上的水蒸气的含量并且在另外的运算器18中将总质量流校正为空气的质量流。
然后，空气质量流的值可以被传输到发动机控制装置的输出端19。此外，空气湿度的测量值可以被传输到发动机控制装置上的另一个输出端20上。
应该注意到，渡越时间测量电路9、温度测量电路13、压力测量电路15以及运算器10、11以及16至18形成评估单元21，该评估单元可以集成在一个物理设备中或者也可以分布在多个物理设备中。同时，运算器10、11以及17至18的功能也可以通过在评估单元21的微处理器上运行的软件来实现。
就此而言，渡越时间9、温度测量电路13、压力传感器15以及运算器10、11和16至18表示功能单元，其可以设置为软件或者硬件。
此外，应该注意到，测量装置1可以尤其在10℃以上的温度范围内显著地影响测量结果。这将参考图2来进一步解释。
图2示出了一个图表，在空气中的声速c与相对的空气湿度ρ的依赖关系被记录到该图表中。曲线22示出在温度T＝10℃时声速c的变化。另外的曲线23说明在温度T＝20℃时根据相对的空气湿度ρ的空气速度的变化并且另外的曲线24示出在温度T＝30℃时声速的变化。
根据图2可以清晰地看到，声速的变化相对强烈地依赖于温度T。相反，声速c与相对的空气湿度ρ的依赖关系显示为比较弱，其中该依赖关系越大，温度就越高，因为随着空气温度的增加在空气中的水蒸气的绝对质量部分也强烈地增加。在空气温度T＝10℃时，在空气湿度ρ＝0％时的声速c与在空气湿度ρ＝100％时的声速c的差大约为0.5m/s。通过使温度改变大约1℃也导致声速c的相同变化。在空气温度T＝30℃时，在空气湿度ρ＝0％和ρ＝100％时的声速c之间的差为2.5m/s。
根据图2可以清晰地看到，为了进行水校正，必须尽可能以小于1℃的测量精度来确定温度。当然，在确定温度时的测量精度在温度低于20℃、尤其是低于10℃的温度时不一定是关系重大的，这是因为在这些温度时，在空气中的绝对水含量是很小的，从而不会显著地歪曲空气质量流的测量结果。
利用在此描述的装置可以尤其确定出由内燃机抽吸的空气质量流。但是也可以考虑其他应用，在该应用中存在包括两种主要成分的气体混合物并且应该确定出两种主要成分中的一种的质量流。

Claims (6)

1.一种用于确定在流道(2)中流动的气体的质量流的装置，具有分别设置在测量路径(5)的端部上的声换能器(4)，评估单元(21)连接在所述声换能器的下游，所述评估单元由声信号(7、8)的渡越时间确定出所述气体的流速和声速并且所述评估单元根据所述流速以及根据压力和温度确定出总质量流，其特征在于，所述评估单元(21)根据所述声速确定在所述流道(2)中流动的另外的气体的含量并将所述总质量流校正为所述气体的质量流。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，温度传感器(12)为所述评估单元(21)提供在所述流道(2)中流动的气体的温度的值。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，压力传感器(14)为所述评估单元(21)提供在所述流道(2)中存在的压力的值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述流道是机动车的内燃机的抽吸管(2)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述评估单元(21)根据所述声速和所述温度确定在所述流道中流动的水蒸气的含量并且将所述总质量流校正为空气质量流。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述评估单元(21)在10℃以上的温度时根据水蒸气的含量来校正所述总质量流。
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