CN103492866B - 尤其用于机动车燃料的流体检测传感器和轨道 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于检测内燃机燃料属性的传感器。传感器包括至少一对内部电极（12，13），所述至少一对内部电极相对于包围所述至少一对内电极的另一个或第三外部电极（14）沿着轴向方向延伸。本发明还涉及一种可以安装所述传感器的燃料轨道（2）和一种用于检测流体属性的方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于检测液体属性（诸如某些元素的存在及浓度）的传感器和/或方法。
背景技术
优选地，所述液体是燃料——诸如碳氢化合物、或酒精、或碳氢化合物的混合物和/或含乙醇的混合物，并且所述液体被设计成供给到内燃机，从而尤其用于机动车用途。
已知一般流体的电化学属性尤其是在高度电磁污染环境中的电化学属性将是难以测量的，除非使用了实验室设备。
这种实验室设备复杂且精密，并且它例如在车辆（诸如普通汽车之类）中的实际使用难以实行，并且是竞争力差的方案。
此外，就电磁兼容性而言，检测过程不应当与附近尤其是车辆中的其它设备相干涉。
在桑切斯等人的美国专利6803775中公开了在这种测量中使用的传感器。
该传感器被容纳在燃料压力调节阀中。
在所公开的传感器中，由沿着外部电枢导管布置的导体构成的电极的燃料接触表面因导管内表面上设置有齿而具有最大化面积，使得传感器具有用于待测液体种类的合适传递函数。
在正常操作期间，所公开的传感器暴露于电磁干扰，这会影响测量过程；这是因为该传感器通常安装在干扰源（诸如内燃机）附近。
此外，这种传感器不适于与电属性变化明显的液体一起操作，否则将出现过大的测量误差，这是因为，对于高电导液体而言，传感器将在接近于其测量范围下限的情况下操作并因此会增加检测误差。
还在某些现有技术的解决方案中，例如在美国专利6885199中公开的解决方案（即，其具有外部柱形电极和中央金属丝状或柱形电极）中，相面对的电极必须间隔开至给定程度，以允许流体在不积聚灰尘的情况下在相面对的电极之间流动；然而，大间距将消极地影响电介质，并因此影响测量电容和/或测量电阻的电容量。
换言之，对于具有给定外侧直径的传感器而言，如果电极之间的径向距离增大以帮助液体燃料流出和避免灰尘积聚，则传感器的性能将改变，使得传感器的检测从电容式切换到电阻式（或反之亦然）：这会具有有害影响，特别在传感器被设计用于动态感测（即用在运动中的燃料流上）的情况下。
类似考虑事项经必要变通后会同样适用于如在美国专利6842017中描述的为大型坦克或轨道设计的传感器，在该传感器中，液体在与电极相关联的室中淤塞。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种用于确定液体特征的方法和/或装置来解决这些和其它问题，所述液体特征例如是其化学的、物理的、电的、电磁的属性、其组成等等，所述方法和/或装置被设计成尤其但不限于用于内燃机燃料及其混合物，并且所述方法和/或装置甚至在变化的操作条件下也能进行可靠检测。
本发明的另一个目的是提供一种传感器，该传感器在确定流动中或运动中的液体或燃料（诸如在导管中或在液压装置本体中循环的流体或燃料）的特征时确保准确度和可靠性，所述导管或所述本体尤其具有小于2cm2的流动横截面积，或具有小于16mm的直径。
本发明的又一个目的是提供这样一种装置和/或方法，即，所述装置和/或方法用于改进检测和/或测量条件，并且尤其提供更高的测量敏感度，且同时避免出现异常状况，例如灰尘积聚和/或与传感器接触的流动减少。
本发明的又一个目的是提供这样一种方法和/或装置，即，所述方法和/或装置允许通过发射能够执行阻抗测量和/或纯电阻测量的频率或电压/电流可变信号而执行检测。
本发明还涉及一种用于检测燃料属性的传感器和/或可以安装该传感器的燃料轨道。
本发明的主要目的在以下权利要求书中列出。
附图说明
本发明的这些和其它特征、所得到的效果和优点将从如在附图中示出的几个示例性实施例的说明而变得更加显而易见，所述附图仅以非限制性示例的方式给出，其中：
图1是安装到内燃机燃料供给轨道的本发明传感器的透视图；
图2是在供给轨道端部附近的图1传感器的透视图；
图3是本发明传感器的分解透视图；
图4是从与前图相对的一侧得到的本发明传感器的分解透视图；
图5是安装到供给轨道端部的本发明传感器的纵向剖视图；
图6a、图6b、图6c示出与前图传感器相关联或者可以与前图传感器相关联的电路的各种实施例的方框图；
图7是安装在其供给轨道中的本发明传感器的第二实施例的透视图；
图8是传感器的第二实施例的分解透视图；
图9是安装在燃料供给轨道中的本发明传感器的第三实施例的透视图；
图10是与供给轨道分离的图9传感器的透视图；
图11是安装在燃料供给轨道中的本发明传感器的第四实施例的透视图；
图12是与供给轨道分离的图11传感器的透视图；以及
图13a、图13b、图13c是用于本发明传感器电极的相应接线图。
具体实施方式
将参照上述附图尤其是参照图1至图5并参照传感器1来披露本发明，所述传感器1用于检测流体的化学和物理属性（例如导电性、介电强度、物质的存在和/或浓度等等），该传感器在操作时优选地安装在内燃机的燃料供给轨道2中。
本发明的传感器1优选地适于与燃料轨道到或共用轨道（即，将燃料（汽油、乙醇、柴油等等）输送到发动机中的喷油嘴的管道）一起使用。为此，传感器1的至少一部分——优选地是传感器1的整个检测部分——安装在供给轨道2的适当外壳24中，该外壳具有一个燃料入口3和多个燃料出口4。
出口4为相应的内燃机汽缸和/或喷油嘴供给优选具有从25%到92%的百分率范围的乙醇，所述内燃机优选地为灵活式燃料类型，即，其适于被供给各种燃料，例如汽油或乙醇或其混合物。
虽然在所示示例的供给轨道2中设有四个出口，但是出口数量可以根据内燃机的汽缸数量等而改变；供给轨道的入口数量也可以与附图所示的入口数量不同，例如供给轨道的入口数量为两个或更多个。
传感器1还包括插入轨道2的外壳24中的部分，该部分被设计用于接触其属性待被检测的液体。
传感器的该内部分包括一对优选轴向的内电极12和13，其被外电极14至少部分地包围，该外电极优选为柱形或略微截头锥形，并例如由卷成这种柱体的片材制成，电极12和13通过支撑元件15支撑在它们的基部处，所述支撑元件例如是由电绝缘材料制成的定心衬套15。优选地操作作为屏蔽元件（尤其抵抗电噪声）的该外电极14还可以具有其它形状（例如具有多边形截面的形状），并且/或者具有闭合的型面或者部分打开的型面，例如C形型面。
以下将更加详细地说明电极12、13和14以及在轨道2内部的传感器部分。
如图中所示，传感器1具有在轨道2外部的部分，该部分包括用于将在下文更加详细地说明的电路元件的封壳5，该封壳通过盖6封闭；传感器的外部部分还经由三极连接器7连接到电源和/或网络和/或控制机动车辆操作的控制电路。
图2和图3示出，传感器的封壳5的形状设定成容纳电子板或控制电路9，以及与之相关联的绝缘元件或材料10。
有利地，绝缘元件或材料可以通过将树脂浇铸到封壳5中而获得，从而赋予封壳5以液密性；这将适当地密封电路9、各种电子元件以及电极12、13和14。
封壳5和/或盖6会可以包括尤其具有噪声屏蔽目的的导电部分，该导电部分由金属或导电聚合物制成。
电子板或电路9至少具有借助电极检测流体属性和/或状态的目的；电极被控制或使用以执行将在下文解释的测量。
电路9还优选地具有将这些测得的属性和/或状态转换成具有适当格式的数据和/或数值和/或信号的目的。这些信号和/或数值和/或数据被发送到或被传送到连接器7的一个或多个端子11和/或另一个外部电路，用于控制已安装有传感器的车辆。以下将更加详细地说明电子板9及其部件的操作。
在本文的示例中，盖6关闭传感器的封壳5，且盖6通过接合在封壳5的对应突起5a中的附件6a而固定至封壳5；由于封壳5和盖6由塑料或聚合材料形成，这些部分可以容易地用附件6a和突起5a闭合：可以显而易见地料想到任何其它用于形成封壳和/或盖和/或用于通过盖固定地闭合封壳5的解决方案。
此外，传感器的封壳5和盖6还可以包括密封器件，和/或使用树脂或塑料膜加以焊接和/或密封处理，或者具有适当器件来帮助保护整个系统免受外界介质影响，例如灰尘、湿气等。
如上所述，在该示例中，连接器单元7是三极公连接器，其具有三个触头11，这些触头可以用于各种功能，例如接地、电源、燃料检测信号，其中该接地端子可以是具有参考电位的端子，所述参考电位例如是用于给电路供电和用于所检测和/或所处理信号的公共电位。
明显地，根据设计和/或安装的要求，本领域的技术人员可以适当地给连接器赋予功能，和/或设定不同数量的连接器或端子。如图中所示，连接器单元7的形状还便利地设定成用于接纳和/或连接母连接器（未示出），该母连接器例如是外部电缆和/或所述外部电路的母连接器：根据设计和/或安装的要求，本领域的技术人员可以出于目的而选择最适当的连接器。
支撑和/或定心衬套15与封壳5相关联，所述支撑和/或定心衬套15安装有密封件16，该密封件确保对封壳5的本体的液密性，并且防止诸如汽油或乙醇的液体从轨道2泄漏到外部。
优选地，支撑和/或定心衬套15通过模制热塑性材料而形成，例如与电极12、13、14共同模制或包覆模制；以尤其获得其中电极被保持在稳定位置中的半成品。然后，封壳5优选地通过进一步模制热塑性材料而形成，例如与衬套15和电极12、13、14共同模制或包覆模制。
优选地，选择衬套15和封壳5的材料和/或形状以至少在衬套15与封壳5的接触区域处优选地通过至少部分地熔融或结构性联结在一起，来确保衬套15与封壳5之间的液密性联接；优选地，衬套15和外壳5由热塑性材料或聚丙烯（PP）聚合物外加加强填充物（诸如玻璃纤维（GF），尤其是相对于聚合物或聚丙烯，有30%的填充物或玻璃纤维）而形成。优选地，轨道2也由热塑性材料或聚丙烯（PP）聚合物外加加强填充物形成，所述加强的填充物（诸如玻璃纤维（GF），尤其是相对于聚合物或聚丙烯，有30%的填充物或玻璃纤维）。
优选地，轨道2和封壳5适于优选地通过将轨道和封壳的相应部分中的至少一个部分热重熔或焊接（例如通过激光或振动焊接）而以液密方式联接在一起；尤其是至少在轨道2和封壳5的接触区域（诸如轨道2的外壳24的区域）处通过结构性地和/或液密地联结在一起。
图2至图5的示例示出，外部电极14在其端部处具有叉状尖端22，较长内电极（在此由附图标记13指示的电极）的自由端部通过所述叉状尖端22延伸和/或联接；在传感器1处于组装状态中的情况下，尖端22插置于定位元件17（例如是容纳在电极14中的绝缘元件或盘）与止动垫圈18之间，以便使内电极13稳定地与外电极14相关联和/或相对于外电极14定位；在该构造中，内电极13和外电极14二者例如电连接到参考电位或接地。
电极12和13至少在其位于外电极14内的大部分长度上沿着外电极14的纵向轴线并排地布置。
为此，绝缘盘17支撑至少较短电极12的端部部分，并且用作用于较长电极13的中间支持件。
另一方面，内电极12、13的基部端部12a、13a例如以直角弯曲成叉形部——即内部电极以较长距离沿其间隔开的区段，并且尖齿或末端12a和13a接合在电子板9中的相应凹形电夹持件21中。
因此，夹持件21确保电极12、13电接触与电子板9相关联的电路。支撑和/或支持环19和O型环或密封元件20设置在基部端部12a、13a上；优选地，环19适于侧向地固位所述密封元件20，由此改进其径向密封作用。
电极12和13是金属丝状或杆状导体，尤其被形成为由金属或任何其它适当导电材料制成的柱形杆，并且优选地，电极12和13由抗腐蚀和/或抗电化学反应的材料或金属制成，例如钢或贵金属或导电合金或聚合物。
在传感器操作期间，电极12和13直接接触在轨道2中流动的液态燃料：根据本发明的可能教导，这允许通过传感器进行电阻式检测和/或电容式检测和/或二者。
应当注意到，为了满足本发明的至少一个教导，电极12和13的长度和厚度、电极12和13之间的间距（即，距离）及其材料，并联合例如外电极14的其它元件，有助于限定传感器1的传递函数或至少一个特征，并且优选地使其适用于目标液体。
例如，如果液体具有较高的电导率，则两个电极12、13应当优选地间隔开；相反地，如果液体的电导率较低，则两个电极12、13之间的距离应当优选地减小。
这同样适用于介电常数；例如，如果液体具有较低的介电常数，则电极应当相距短的距离，否则电极应当进一步间隔开。
假设传递函数有相等的特性，则电极之间的距离与待测液体的电导率和/或介电常数成比例。
电子板9安装在待位于前部的封壳5中，以允许电极12和13与电夹持件21连接。
如上所述，电极12和13至少在其一部分长度上在外电极14中延伸，所述外电极14优选地具有基本管状的或截头锥形的形状，并且至少在一个端部处和/或沿着一侧敞开；电极14优选地具有闭合的柱形横截面，但是也可以具有多边形或其它（例如叶状）横截面，其可以在一个点处打开。
该电极14包括导电金属柱形壁，该导电金属柱形壁被穿孔和/或部分地敞开，以允许液态燃料在其中流动；在此，洞或孔14a具有圆形形状，但是洞或孔14a还可以具有不同的形状，例如，矩形形状或狭槽状形状。此外，除了如图中所示地沿轴向延伸以外，孔还可以以周向方式、螺旋方式和/或曲线方式延伸，以帮助液体流到传感器和从传感器的内部流动。
如图中所示4，电极14还具有沿着所述柱形壁延伸的轴向切口或孔40；该孔例如由弯曲片材的两个端部的并置区域组成，可以帮助流体或燃料在其中流动，即，朝向内部电极12和13流动。
洞和/或孔通常可以以各种数量和形状设置，以使传感器的性能更好地适应于属性须待测的液体类型；然而，鉴于确保燃料在传感器内的轴向流动，电极14的显著特征应当优选地是孔沿着电极14的纵向延伸部的布置。
因此，电极14的形状和/或这些洞或孔14a应当被设计成帮助流体在电极14中流动，并且尤其帮助流体在内部电极12和13中流动。
此处应当注意到，传感器的远侧端部敞开以允许供液体经过。外部电极14的基部端部部分地配合到定心衬套15中；另一方面，传感器的封壳5借助夹子8（在此为弹性金属丝叉）固定至轨道2，并且O型环16确保对其的密封作用。
为此，槽5b形成于封壳5的前侧中，即要配合到轨道2中的一侧，所述槽与轨道2中的狭缝2b对准，所述狭缝2b在传感器处于组装状态中的情况下由夹子8接合。
根据优选的实施例，在外电极14的基部端部处和在定心衬套15的壁上形成有狭缝14b、15b以允许模制材料穿透，即用于将外电极14更好地固定到封壳5。
在本发明的该示例性实施例中，较长内部电极13与外部屏蔽电极14电连接，并且二者处于相同的电位。
电极12和13优选地借助绝缘元件或盘17彼此间隔开和/或与传感器14间隔，所述绝缘元件或盘17被基本固定在电极14中，并具有允许液态燃料轴向流出的端口50；这种绝缘元件17还可以被省略，或者具有不阻碍流体流动的形状。
优选地安装至电极12、13的一个端部的支撑件17优选地防止电极12、13在浸没电极的液体运动所施加的压力下朝向彼此和远离彼此运动：该影响或运动可能改变传感器的传递函数并且使检测难以进行。
在该示例性的实施例中，传感器1还感测与其接触的流体温度；为此，电子板9装配有温度探针25，该温度探针优选地与诸如导热材料、树脂或凝胶（即，适于改进传热）的材料或封壳26相关联，其与液体燃料间接地进行热交换。
此处应当注意到，电极12和13的基部12a和13a在它们被包覆模制时不被流体接触，这意味着电极12和13的基部12a和13a优选地与封壳5和/或衬套15接触，并且与其进行热交换；优选地，电极12和13的这些基部12a和13a接近所述探针25和/或与所述探针25接触，用于改进温度感测。
因此，传感器25例如通过加热电极12和13和/或封壳5和/或衬套15而间接地感测温度。
假设液体中不发生突然的温变，温度探针或传感器25的位置允许其提供适当地指示待测液体的温度数值。传感器可以是有源的（例如，热电偶）或无源的（例如，热敏电阻）或其它类型的。
明显地，本领域的技术人员可以根据需要而选择温度传感器及其位置，以便优化地满足设计和/或安装要求。
图5示出，待测液体燃料的主流27在到达出口4之前冲击传感器。
在传感器1的操作期间，即，当传感器1感测轨道2中的液体属性时，传感器1的带有电极12、13和14的部分被容纳在轨道2中，并且因此浸入该液体中。
例如，通过将交流电位差施加到外电极14和/或内电极12、13的端部而获得的被检测电信号提供关于流体或液体燃料属性的指示，所述流体或液态燃料例如是容纳在轨道2中的流体。
尤其就汽油、乙醇及其混合物而言，传感器可以提供对任何系统操作状态变化的准确指示。
例如，存在于汽油中的可变量添加剂（例如，抗爆剂、溶剂等）或乙醇中的可变量水导致液体的电化学属性例如其电导率（即，电阻的倒数）变化。
本发明的传感器可以检测这些液体电化学属性变化；例如，根据信号的变化，例如在与电子板9相关联的电路中循环的电流或电压的变化，所述变化可以被便利地处理以提供对燃料组成的指示。
此处应当注意到，上述有利效果可以通过用施加给电极12、13和14的低频信号操作而得到，即，所述低频信号低于100Hz，优选地低于50Hz，并且更优选地具有从5Hz至30Hz的范围。
这是因为已经示出本发明的传感器甚至在这些频率值下也具有惊人的有效操作。
这还防止与位于附近的电子设备产生显著电磁干扰；这些和/或其它特征允许本发明的传感器尤其适于与已知通常具有电子控制操作的、用于供应燃料给内燃机的装置和/或系统相关联。
此外，电极12、13和14的上述形状和布置及其连接给燃料传感器1带来不可忽视的固有电容。
该电容可以被有利地控制以改进检测和/或减小由传感器1所捕获的和由外部源所产生的电磁噪声，与此处情况一样，所述外部源在机动车应用中还可以由发动机点火和喷射系统构成。
已知用于机动车内燃机的点火系统产生在非常宽的频谱上的电磁发射，其频率具有从100kHz到10GHz的范围。
根据本发明的教导，传感器1可以由电模型示意性地表示，所述电模型包括并联的电阻器和电容器。
对电极12、13和14的尺寸、形状和材料的适当选择可以为电容器提供从10pF至246pF范围的电容值，并且优选地从91pF至165pF范围的电容值。该数值根据浸没电极12、13和14的液体而改变。
在电极12、13的端部处所测量到的电阻值范围为从1kOhm至503kOhm，并且优选地，从14kOhm至490kOhm；该数值也根据浸没电极12、13和14的液体而改变。
图6a和图6b示出测量和/或控制电子器件70的可能实施例的方框图，所述测量和/或控制电子器件70例如可以安装在作为传感器1一部分的电子板9上，或者可以设计为与传感器1无关的电子电路70或电子板9。
电路70包括这些部件中的至少一些：稳压电源或发生器71；用于减小输入到电路70的输入噪声的电源滤波器72、用于测量给定数量级的关注项（例如阻抗）的接口或电路74、74′、振荡器73；用于测量温度的接口或电路75，所述温度优选地由温度传感器25感测；模拟数字信号转换器76，其用于将输入的模拟信号转换成数字格式；微控制器或逻辑控制单元77；存储器，其可以是微控制器77的一部分；数字模拟信号转换器，其可以是微控制器77的一部分；频率信号发生器，其可以是微控制器77的一部分；对模拟信号转换器的PWM（脉冲宽度调制）。电路70通过稳压发生器71（例如，稳压器、电池等等）供电，该稳压发生器的输入电流通过电源滤波器72过滤，所述电源滤波器72通常由诸如电容器和电阻器的无源电子部件构成。
电路70连接到传感器1，该传感器1被振荡器73激励，并且传感器1的输出测量信号被输入到接口74、74′，用于测量关注项的量值。如图6c中所示，可以使用两个或更多个测量接口74′来执行两个单独的测量，例如电容测量，以便增加测量系统的可靠性或使用两个不同的测量范围测量兴趣项的量值，从而有利地延伸系统的测量范围，并同时有利地维持低的测量误差。
更总体地说，如图6a中所示，对于与图1至图5的传感器等效的传感器而言，振荡器电路73和测量电路74可以连接到一个或多个电极或连接到一个内部电极，要么振荡器电路73和测量电路74还可以连接到其它内部电极，与图7至图8的传感器的情况一样，其中这些电路还可以被分开，即，每个电极使用一个电路。
在图6C中，振荡器电路73是微控制器77的一部分，所述微控制器产生对传感器的频率输出；这里，还提供两个单独的输出，一个输出用于频率信号，而另一个输出用于模拟信号，所述两个单独的输出连接到四通连接器的两个相应端子，并共同接地；在该构造中，输出信号可以具有与测量值和/或处理值成比例地变化的频率，和具有与测量值和/或处理值成比例地变化的电压的输出。
为了允许利用待测液体的温度进行测量补偿，温度传感器25的输出信号输入到温度测量接口75。
因此，接口74和75发送信号到模拟数字转换器76，所述模拟数字转换器76将由传感器1和25测量到的数据转换成可以被微控制器77使用的数字格式。
然后，还针对通过数值补偿进行与温度无关的测量，微控制器77将执行适当的逻辑运算以用于适当的检测和/或处理和/或补偿。
为此，存储器装置可以有利地存储对于流体感测有用的数据，例如，参考数据或数据表或从通过电路70处理得到的数据，例如，装置1的出厂默认数据或通过用于测试、校准或调整传感器1和/或与传感器1相关联的外部系统的随后步骤而存储的数据。
优选地，存储器装置是非易失式的和/或可重写式的，例如，EEPROM或闪速存储器；这种数据优选地通过电路70和/或微控制器77和/或通过与连接器7的端子11的连接件被写入或被储存。
因此，本发明的检测方法可以包括以下额外的步骤：感测液体的温度；使用感测到的温度值来补偿液体的量值估计，可能地存储该温度值和/或温度补偿量值。
然后，通过微控制器77处理的结果在电路70的输出处例如通过PWM调制而提供到PWM模拟转换器78，其将会在连接器单元11的一个销11处提供温度补偿测量值；尤其，这种信号值将具有与流体或燃料的至少一个属性成比例的频率和/或脉冲宽度。
根据设计和/或安装要求，本领域的技术人员可以选择使用不同的电子电路和/或最合适的测量表征（例如，电压、电流等等）。
在图6a的电路的一个或多个变型方案中，如图6b和6c中所示，电路可以不包括PWM电路78，并且微控制器电路77可以连接到所述销11，即，电路70可以提供与测量值和/或处理值成比例的输出数字或模拟信号。在后一种情况下，可以使用数字模拟转换器78′产生模拟信号。
传感器的其它可能变型方案可以通过改变电极12、13和14在电路中的连接方式而得到；例如，通过将两个中心电极12、13串联地连接，并通过维持外电极14独立且接地（图13a）而获得可能的解决方案。
或者，传感器可以并联，其中，一个内部电极12或13还可以接地，用于单个检测（图13b）；内部电极12、13二者还可以连接到相应的检测线路，用于双重测量（图13c）。
在构造方面将应理解，本发明的传感器1尺寸小，并且可以有利地容易放置在燃料轨道道中，由此提供起燃料至出口4的常规流出，如图5中所示，并同时提供优化的感测性能和/或高灵敏度。
这是由于传感器的特殊结构，所述传感器还具有在外部电极14上的孔14a、40，所述孔14a、40布置在外电极的大部分纵向延伸部上，并且达到其远侧端部，所述远侧端部还优选地敞开以允许供液态流体经过。
除了这些特征以外，两个内部电极12和13因它们形成为细的导电杆而具有细的构造。
因此，将应理解，传感器的这些结构和功能特征二者允许传感器具有细的轮廓，并且还允许传感器被引入到小直径轨道中，并且帮助燃料在轨道中的轴向流出，而不影响传感器在电阻式和电容式检测两个方面的电检测性能。
此处应当注意到，流体可以沿着传感器即从电极12、13、14的一个端部到电极12、13、14的另一个端部连续地或不连续地流动，如图5中所示：在前一种情况下，流动遵循单个路径，在所述单个路径中设置有电极12、13、14，而在后一种情况下，可以有两个相反的流动，所述两个相反的流动遵循来自电极端部的相应路径。
如图5中所示，本发明的传感器适于当存在有与传感器相邻的流体出口4时和当燃料沿着其接触传感器的路径流动且在轨道2中继续朝向其它出口流动时两种情况下使用。
应当注意到，在两种情况下，流体路径优选地沿着由电极12、13和14所限定的基准方向敞开，由此燃料在从未有淤塞的情况下连续地流动。
应当补充地说，如在本公开和以下权利要求中所使用的，术语流动应当从广义上讲意在包括湍流、层流或混流。因此，本发明不但如同现有技术那样提供静态条件下的燃料感测，而且提供动态条件下的燃料感测。
在该方面应当注意到，通过改变电极12、13和14的长度和/或尺寸，传感器可以适用于流体的物理和化学属性和/或适应于其流量、速率和其它参数，上述参数时常会是可应用的。本发明的这些和其它特征尤其防止燃料在传感器中淤塞，由此避免任何可能随着时间推移而影响操作和检测可靠性的杂质或污垢沉积在传感器上。
传感器可以通过将其与与燃料轨道道2联接的适当可释放器件从燃料轨道道2去除，所述可释放装置例如是封壳5的前部分，其通过夹子8而固定至所述燃料轨道，从而例如容易维修和/或测试和/或替换。
换言之，传感器1的构造允许传感器1可去除地安装在燃料轨道2中。
传感器的特殊构造还允许传感器安装到燃料轨道的至少一个端部或座部，在该处通常设置燃料加热器，所述燃料加热器典型地已知为电热塞。
因而，如由上述示例的多个可能的变型方案所示，增加了本发明传感器的应用场合，为了简洁的目的，以下将参照除了上述那些部件以外的相关部件说明所述多个可能的变型方案中的某些。
在可能的情况下，相同的附图标记将用于指示结构上或功能上与上述那些部件等效的部件，为了简洁的目的，将从上文找到所述部件的说明；因此，以上说明中的至少一部分可以视为也被包含在以下示例中。
如图7和8中所示的第一变型方案包括传感器31，在该情况下省略了测量电子器件，即，电路70可以在传感器装置1的外部。
如图所示，在该情况下，存在有与上述封壳5基本相对应的封壳105，所述封壳105还包括电极定心衬套；本体105部分地配合到燃料轨道2的端部中。
三极电缆32将连接器单元33连接到外部电极34（所述外部电极34的形状和/或功能与外部电极14的形状和/或功能类似，但是没有尖端22）的电触头。
电极34容纳用于内部电极12、13的绝缘支撑元件17和额外的支撑件35；而这些绝缘元件为了简化而示出为盘状元件，这些绝缘元件可以具有尤其适于允许电极上的流动循环的其它形状。围绕外部电极34的基部装配有接触元件36，接触元件36的一个端部36a与电极的弯曲端部12a、13a一起形成待连接到三极电缆32的三个元件。
为此，设置电接线元件37、38以确保在电极12、13和36与三极电缆32的导线之间的电接触；销型端子39完成与三极电缆32的每个导线的相对端部的电接触，由此还形成电连接器33的端子39。
在操作（参见图7）期间，与主要实施例中一样，传感器31的一部分使用作为固定件的夹子8而安装在燃料轨道2中。
可以充当屏蔽电极和/或测量电极的外部电极34通过电接线元件37和接触元件36中其中之一而与三极电缆32的一个导线电接触。
所述接触元件36包括基本C状的带部分，所述带部分可以优选地通过弹性干涉而至少部分地环绕外部电极34，以确保较好的电接触。
电极12和13被容纳在管状外部电极34中，并且优选地，通过以间隔开的位置布置的支撑元件17和35而固位。
支撑元件示出为均具有用于供电极12、13通过的一对洞：在该变型方案中，所述电极12、13具有相同的长度。
电接线元件37、38允许电极12和34电连接到三极电缆32的导线的两个端部中其中之一；尤其，电极装配到被保持于锡焊有电缆32的导线的刚性金属元件38中的金属弹性元件37中，并与所述金属弹性元件37电接触。
三极电缆32的导线的其它端部连接到销型端子39，所述销型端子39可以固定在连接器单元33中。
在该实施例中，各端子39都电连接到三个电极12、13和34中的一个电极。
为了上述原因，这可以允许利用开关（所述开关未示出并且本质上是已知的）将这些电触头相互连接/断开，以改变传感器的传递函数。因此，电极可以例如通过电路中的预设连接处或使用上述开关以各种构造连接：“并联”连接、“串联”连接，带有一个测量电极或带有两个测量电极等。
为此，可以使用可以改变电极连接处和/或连接/断开两个电极（优选地，外电极34和内部电极12中的一个）的电路（未示出），以随后将电极的组合连接到适当测量电路的输入端口（未示出，且与图7所示类似）。
如图9和10中所示的第二变型方案包括传感器41，在所述传感器41中已经省略测量电子器件，其仅具有分别连接到电极12、13和14的两个输出导线，如同第一实施例中一样；或者，可能设置三条导线，每个电极或电路9使用一个导线。传感器的41的一部分通过传感器本体44而安装到燃料轨道2的具有阴螺纹91的一侧，所述传感器本体具有与所述阴螺纹接合的阳螺纹92。
如图11和12中所示的第三变型方案包括传感器51（其与上述实施例的相同），所述传感器51具有阴螺纹（未示出）。传感器51安装到燃料轨道2的具有阳螺纹94的一侧，所述阳螺纹94与阴螺纹（未示出）接合。
如通过概览附图所示，本发明的上述示例性实施例涉及在除了燃料入口3以外的位置中安装在燃料轨道中的传感器。这应当意为非限制性的，这是因为本发明的传感器通常可以安装到任何柔性或刚性管或导管。
参照以上示例所述的各种部件或特征会可以至少部分地组合在一起，以获得可以与以上例示的那些装置不同的装置。
Claims (29)
1.一种用于检测流体属性的传感器，所述流体属性是导电性、介电刚性、物质的存在和/或浓度，所述传感器包括第一电极(12)和第二电极(13)、以及第三外电极，所述第一电极和第二电极主要沿着基准方向延伸，所述第三外电极至少部分地围绕所述第一电极(12)和第二电极(13)布置，其特征在于，
所述第一电极(12)和第二电极(13)基本具有导电杆的形式，并且沿着所述第三外电极(14)的轴线并排地布置，其中，所述第一电极、第二电极和第三外电极被设计成当所述传感器处于操作状态中时接触所述流体，以提供和/或供给电信号，所述传感器包括与所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)电信号连通的连接器单元(7)和/或与所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)电信号连通的电路或电子板(9)。
2.根据权利要求1所述的用于检测流体属性的传感器，其中，所述第一电极(12)和第二电极(13)具有不同的长度。
3.根据权利要求1或2所述的用于检测流体属性的传感器，其中，所述第三外电极(14，34)具有大致管状的形状，所述第三外电极在至少一个端部敞开，并且/或者包括孔或洞(14a，34a)供流体通过。
4.根据权利要求1或2所述的用于检测流体属性的传感器，其中，所述第三外电极(14，34)的横截面具有由下列各形状组成的组中选出的形状：大致圆形、大致多边形、叶片状。
5.根据权利要求3所述的用于检测流体属性的传感器，其中，所述第三外电极(14，34)的横截面具有由下列各形状组成的组中选出的形状：大致圆形、大致多边形、叶片状。
6.根据权利要求1或2所述的用于检测流体属性的传感器，其中，所述第三外电极具有纵向孔(40)，该纵向孔以下列方式中的一个或多个方式延伸：轴向地延伸、周向地延伸、螺旋地延伸。
7.根据权利要求3所述的用于检测流体属性的传感器，其中，所述第三外电极具有纵向孔(40)，该纵向孔以下列方式中的一个或多个方式延伸：轴向地延伸、周向地延伸、螺旋地延伸。
8.根据权利要求4所述的用于检测流体属性的传感器，其中，所述第三外电极具有纵向孔(40)，该纵向孔以下列方式中的一个或多个方式延伸：轴向地延伸、周向地延伸、螺旋地延伸。
9.根据权利要求1或2所述的用于检测流体属性的传感器，其中，所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)的电容介于10pF与246pF之间，并且/或者所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)的电阻介于1kOhm和503kOhm之间。
10.根据权利要求3所述的用于检测流体属性的传感器，其中，所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)的电容介于10pF与246pF之间，并且/或者所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)的电阻介于1kOhm和503kOhm之间。
11.根据权利要求1或2所述的用于检测流体属性的传感器，其中，所述第一电极(12)和第二电极(13)能够彼此串联连接，而所述第三外电极(14)接地。
12.根据权利要求3所述的用于检测流体属性的传感器，其中，所述第一电极(12)和第二电极(13)能够彼此串联连接，而所述第三外电极(14)接地。
13.根据权利要求1或2所述的用于检测流体属性的传感器，其中，所述第一电极(12)或第二电极(13)能够如同所述第三外电极(14)一样接地。
14.根据权利要求3所述的用于检测流体属性的传感器，其中，所述第一电极(12)或第二电极(13)能够如同所述第三外电极(14)一样接地。
15.根据权利要求1或2所述的用于检测流体属性的传感器，其中，所述第一电极(12)和第二电极(13)能够连接到相应的检测线路，以便实现双重测量。
16.根据权利要求3所述的用于检测流体属性的传感器，其中，所述第一电极(12)和第二电极(13)能够连接到相应的检测线路，以便实现双重测量。
17.根据权利要求1或2所述的用于检测流体属性的传感器，包括用于将所述传感器以能去除的方式固定到燃料轨道(2)的固定器件(5b，8)。
18.根据权利要求17所述的用于检测流体属性的传感器，其中，所述固定器件包括至少一个能去除的紧固件(8)，其适于接合到狭槽(2b，15b)中，该狭槽设置在燃料轨道(2)中和在适于支撑所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)的外壳(5)中。
19.根据权利要求1或2所述的用于检测流体属性的传感器，该传感器在低频信号被施加给所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)的情况下工作，该低频信号低于100Hz。
20.根据权利要求19所述的用于检测流体属性的传感器，该传感器在低频信号被施加给所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)的情况下工作，该低频信号低于50Hz。
21.根据权利要求19所述的用于检测流体属性的传感器，该传感器以包含在5Hz和30Hz之间范围内的信号工作。
22.一种用于将燃料供应到内燃机中的燃料轨道，所述燃料轨道包括至少一个燃料入口(3)和一个或多个燃料出口(4)，其特征在于，所述燃料轨道包括根据权利要求1至21中任一项所述的用于检测流体属性的传感器(1)，并且所述燃料轨道包括用于联接或固定所述传感器(1)的紧固器件(2b)。
23.根据权利要求22所述的燃料轨道，其中，所述紧固器件设置在所述燃料轨道中和/或在所述传感器(1)中，所述紧固器件包括适于被夹子(8)可去除地接合的狭槽(2b，5B)。
24.一种用于借助根据权利要求1-21中任一项所述的用于检测流体属性的传感器来检测流体属性的方法，其中，所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)中的至少一对电极浸入流体中，所述方法包括以下步骤：
-借助电流或电压来电激励所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)；
-检测从激励所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)而得到的电参数，并且依据所述参数确定流体的特征，其特征在于，对在所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)沿其纵向地延伸的路径的至少一部分上流动的流体执行所述检测，其中，所述第一电极、第二电极和第三外电极被设计成当所述传感器处于操作状态中时接触所述流体，以提供和/或供给电信号，所述传感器包括与所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)电信号连通的连接器单元(7)和/或与所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)电信号连通的电路或电子板(9)。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，流体流动基本上取向成从所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)的一个端部朝向另一个端部。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，对沿着相应的相反路径进行的流动执行所述检测，或是沿着能够沿着所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)改变的路径进行所述检测。
27.根据权利要求24-26中任一项所述的方法，其中，电激励所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)的阶段利用被施加给所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)的低频信号来进行，所述低频信号低于100Hz。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，电激励所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)的阶段利用被施加给所述第一电极(12)、第二电极(13)和第三外电极(14)的低于50Hz的低频信号来进行。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述信号被包含于5Hz和30Hz之间。
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