CN106092216B - 用于测量流体的时间分辨的流量过程的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量流体的时间分辨的流量过程的系统，具有入口(12)、出口(14)和设置在入口(12)与出口(14)之间的流量计(10)。为了可以提供与所输送流体的化学和物理状态附加的常用其他参数，建议，流量计(10)的管道部段(18)通过旁通管(16)可以绕流，在该旁通管内串联地设置泵(48)和用于测量所输送流体的物理或化学特性的传感器(50)。

Description

用于测量流体的时间分辨的流量过程的系统

技术领域

本发明涉及一种用于测量流体的时间分辨

的流量过程的系统，具有入口、出口和设置在入口与出口之间的流量计，还涉及一种用于测量流体的时间分辨的流量过程的系统，具有入口、出口(该出口通过主管道与入口流动连接)、安置在主管道中的能被驱动的挤压器、迂回管道(该迂回管道在入口与挤压器之间从主管道中分支出、并在挤压器与出口之间汇入主管道)、压差记录器(它被设置在迂回管道内)、和计值和控制单元，通过该计值和控制单元根据在线性的压差记录器上的压差可以调节能被驱动的挤压器。

背景技术

这种类型的系统多年以来公知、并例如用于内燃机上的喷油测量。

如DE-AS 1798080介绍了一种电子控制的流量计，它具有入口和出口，在入口与出口之间设置齿轮泵形式的旋转挤压器以及在与挤压器平行的管道内将活塞设置在测量室内。为确定流量，借助光学传感器测量在测量室内活塞的偏移。根据该信号通过计值和控制单元不断再调整齿轮泵的转速，亦即这样调整，使活塞尽可能一直返回到它的起始位置内，从而在迂回管道内仅存在较小的流动。根据通过编码器所测量的齿轮泵整圈或半圈的转速以及齿轮泵在一整圈时已知的输送体积中这样计算预先规定的时间间隔内的流量。

这种结构类型的流量流量计在DE 103 31 228 B3中也有所介绍。为确定准确的喷油量曲线在开始喷油之前将齿轮泵各自调整到恒定的转速，从而随后测量活塞的运动并用于确定喷油曲线。在测量室内附加地设置压力传感器以及温度传感器，它们的测量值为计算和校正喷油量分布同样被输送到计算单元。

然而事实证明，喷油量曲线的确定还会出现这样的错误，它源于所测量的流体的粘度或密度的迄今为止未受重视的波动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题因此在于，提供一种用于测量流体的时间分辨的通流过程的系统，利用该系统可以更加精确地计算流量曲线或流量变化。特别是为此考虑与流体的各自物理特性相关的附加信息，而对本身利用流量计所测量的结果没有不利影响，本来如果例如密度传感器安装在测量设备的主管道或迂回管道内，是会担忧这种不利影响。

所述技术问题通过一种用于测量流体时间分辨的通流过程的系统得以解决。

通过这样的方式，流量计的管道部段通过旁通管可以被绕流，在该旁通管内串联设置泵和用于测量所输送流体的物理或化学特性的传感器，则在确定流量时可以同时为流量计考虑附加的物理变量，如所测量流体的密度或粘度。为此借助泵确保通过传感器的流动。通过在旁通管内的设置防止对流量计的反作用。

在使用具有与挤压器并联的压差记录器的流量计的系统情况下，所述技术问题被这样解决，即从流量计的主管道或迂回管道分支出旁通管道，并且该旁通管道在绕过该旁通管道从其中分支出的主管道或迂回管道的管道部段的情况下在挤压器和压差记录器的相同的侧面处汇入，其中，在旁通管道内串联设置泵和用于测量所输送流体的物理或化学特性的传感器。因此，与在主管道或迂回管道内的流量无关地提供在旁通管道内的流量，该流量确保设置在旁通管道内的传感器的正确功能。首先是确保通过传感器的足够流量，在将传感器装入主管道或迂回管道内时必须通过外部的能量输送提供所述流量，这样会导致对流量计的测量参数反作用。特别是密度传感器需要这种流量，以提供正确的测量值。相应传感器的数值可以要么仅用于计值，要么也作为附加的调节变量使用。通过使用依据本发明的这种系统，可以取得这种类型的流量计设备更加精确的测量结果。

优选的是，迂回管道的旁通管道在入口与压差记录器之间分支、并且还在他们重新汇入。这种位置一方面非常好接触到，从而短的连接管道就满足要求，并且另一方面防止对测量的影响，因为介质可以直接进行循环，而无需在测量室内产生流动。

特别有利的是，传感器是密度传感器或粘度传感器，从而其测量值提供附加的信息，这些附加的信息可以同时连同流量计的结果一起被考虑，用于改进所计算的流量。这些传感器例如可以设计为按照Coriolis原理工作的MEMS传感器。

在一种依据本发明特别优选的实施方式中，所述泵是无脉动输送的泵。通过完全的无脉动性，完全消除对压差记录器的影响并因此完全消除对流量计测量结果的影响。附加避免密度传感器的错误测量，这些密度传感器特别是在作为MEMS传感器构成的情况下，即使通过测量流体的振荡以激励振荡的情况下，也会使其测量结果失真。

特别有利的是，所述无脉动输送的泵是特斯拉泵。特斯拉泵无需在使用叶片的情况下输送流体，而是仅根据流体现有的粘度情况下利用附着力进行输送。为此使用多个并排设置的圆盘，在这些圆盘之间中心地导入流体，通过提供电动机进行旋转，由此流体切向在旋转方向上和径向向外根据粘度和附着力以向外增长的速度输送。这会实现具有良好效率的无脉冲输送。这种泵可以结构非常小的构成，但可以承受约20bar和最高150℃温度的挤压器计数器相当高的系统压力。这种泵附加无阀门工作，从而该系统在计量器静止时保持断开。因为加工公差也很小，所以这种泵可以成本低廉地制造。

在一种进一步构成的实施方式中，特斯拉泵在流体的输送方向上设置在旁通管内在传感器的前面，由此进气口在开始运行的情况下在传感器的区域内不到达泵。这种气泡会在特斯拉泵中由于介质过低的附着力而不输送，由此会很大程度上降低泵的效率。

相应有利的是，通向特斯拉泵的流动室(在流动室内安置特斯拉泵)的入口在测地学上被设置在旁通管道分支的下面，因为空气从入口的区域朝向迂回管道的方向上升、并可以从那里被输送，由此确保特斯拉泵的功能。

在本发明的一种为此具有优点的进一步设计方案中，旁通管道的分支与通向泵的流动室的入口之间的旁通管部段在朝向特斯拉泵的入口方向上持续下降地构成。在通向泵的该旁通管部段内的气泡相应地沿旁通管道部段向迂回管道的方向上上升、并可以在那里可靠地被输出，由此确保泵的功能。

事实证明特别有利的是，在分支与特斯拉泵的入口之间的旁通管部段的斜度在9°到12°之间。由此确保气泡的上升和同时可以保持一种紧凑的结构形式。

优选的是，特斯拉泵的出口在测地学上设置在特斯拉泵流动室的上面。在首次试运行时处于流动室内的气泡相应地向出口上升并离开流动室，从而确保接通时泵的输送。

附加有利的是，特斯拉泵的出口通道在流动方向上上升构成，由此防止气泡从出口向转子回流。

为提供一种尽可能紧凑和良好密封的单元，该系统具有实心体，该实心体与里面构成迂回管道的几何体连接、并在该实心体内至少部分构成泵的流动室、泵的入口、泵的出口以及在泵的出口与传感器的入口之间的旁通管部段、以及传感器的出口与汇入迂回管道之间的旁通管道部段。液压的管部段均简单地作为实心体内的薄管制造。附加的柔性管道可以取消。

优选的是，旁通管道的通流截面小于主管道和迂回管道的通流截面，尤其约4mm。这一点减少了对迂回管道内流动的影响，其中，但同时又提供了用于密度测量的足够压差。因为在最佳调节挤压器的情况下，迂回管道内理论上不存在流动，所以必须在迂回管道的流动截面方面通过过高产生的压差来避免所述流动。这一点通过存在的旁通管道实现，而无需在旁通管道内产生过高的压力损失。

因此提供一种用于测量流体的时间分辨的流量过程的系统，利用其可以高精度和连续测定时间分辨的流量过程。在此方面，提供特别是与流体的物理变量密度或粘度相关的用于调节该系统或用于计值测量结果的附加数据，而对本身的测量不会例如由于出现脉动而产生不利影响。附加需要的结构空间非常小。在此方面。达到所使用的高耐压性和耐温性。

附图说明

下面借助附图中所示不受限制的实施例对用于测量流体流量过程的系统进行说明。其中：

图1示出用于测量流体的时间分辨的流量过程依据本发明的系统基本结构的示意图；

图2示出依据本发明的系统采用部分剖面示出几何体的试验性结构一部分的透视图。

具体实施方式

在图1中所示的用于测量流体的时间分辨的流量过程的依据本发明的系统由具有入口12和出口14的流量计10以及旁通管道16组成，通过该旁通管道可以绕开流量计10的管道部段18。

通过入口12，所要测量的流体，特别是燃料从产生流量的装置、特别是燃料高压泵和至少一个喷油阀流动到流量计10的主管道20内。在该主管道20内设置双齿轮泵形式的旋转挤压器22。沿挤压器22的顺流，主管道20在出口14上结束。齿轮泵22通过离合器或变速器被驱动发动机24驱动。

从主管道20在入口12与旋转的挤压器22之间分支出迂回管道26，该迂回管道沿旋转挤压器22的顺流在该挤压器与出口14之间再汇入主管道20、并相应地如同主管道20那样在流动上与入口12和出口14连接。在该迂回管道26内设置移动的压差记录器28，它由测量室30和自由移动设置在测量室30内的活塞32组成，该活塞具有与测量流体、也就是燃料相同的单位重量、并与测量室30相同地圆柱形的成型；测量室30因此具有基本上与活塞32的外径相等的内径。在活塞32的正面与背面之间存在压差的情况下，活塞32从其静止位置偏转出来。相应地，活塞32的偏转与存在压差的大小相对应。在测量室30上设置行程传感器34，该行程传感器与活塞32作用连接，并在该行程传感器内产生与活塞32的偏转量相关的应力。固定在测量室30上的该行程传感器34特别是一种磁阻效应传感器，通过它将磁铁36作用于该传感器上的场强转换成应力。为此将磁铁36固定在活塞32的重心内。作为行程传感器也可以使用光传感器。

行程传感器34与计值和控制单元38连接，该计值和控制单元接收该行程传感器34的数值并向驱动电动机24发送相应的控制信号，使该驱动电动机尽可能这样得到控制，使活塞32始终处于确定的起始位置内，齿轮泵22因此通过输送始终基本补偿由于在活塞32上喷入的流体而出现的压差。这一点意味着，在活塞32向右偏转时，在与这种偏转量相关的情况下提高泵转速，并且反之亦可。为此活塞32的偏转或在测量室30内通过活塞排挤的容积、借助传递功能换算到齿轮泵22所希望的输送容积或驱动电机24的转速、并且驱动电机24被相应地通电。

在测量室30内设置压力传感器40以及温度传感器42，它们连续测量该区域内出现的压力和温度、并再输送到计值和控制单元38，以便在计算时可以考虑密度的变化。

测量的过程这样进行，在计值和控制单元38内计算待测定的总流量时，既考虑通过活塞32的运动或位置和在迂回管道26内在测量室30内由此排挤的容积产生的流量，也考虑在规定的时间间隔内齿轮泵22的实际流量，并且为测定总流量将两种流量相互相加。

活塞32上流量的测定例如通过这样的方法，在与行程传感器34连接的计值和控制单元38内对活塞32的偏转进行求微分、并随后与活塞32的基面相乘，从而得出该时间间隔内迂回管道26内的体积流量。

如果直接在齿轮泵22上或驱动电机24上例如通过光学编码器或磁阻传感器测量转速，则可以要么根据用于调节齿轮泵22所测定的控制数据确定、要么通过转速计算、通过齿轮泵22并因此进入主管道20内的流量。

依据本发明，本实施例中在入口12与测量室30之间从迂回管道26分支出旁通管道16，该旁通管道在测量室30的前面在绕开管道部段18的情况下再汇入迂回管道26内。该旁通管道16也可以在主管道20或迂回管道26的其他任意位置上分支并再汇入，其中，旁通管道16不得绕过挤压器22或压差记录器28。

分支44与汇入口46之间在旁通管道16内相继串联地设置以特斯拉泵形式的无脉动输送的泵48以及用于测量所输送流体的化学或物理特性的传感器50。该传感器50特别是密度传感器或粘度传感器，例如设计为按照Coriolis原理测量的MEMS传感器。特斯拉泵48和传感器50二者与计值和控制单元38导电连接，从而可以利用传感器50的测量值，以便可以通过对于密度或粘度的附加信息改进所计算的流量值、并控制特斯拉泵48。这种泵48是必要的，以确保通过传感器50的流动，否则其测量值会与实际所要测量的数值由于流动静止而出现偏差。特斯拉泵48无脉动的输送同样防止传感器50的测量值失真，因为这些传感器50在脉动流动时同样倾向于脉动(Pulsationen)。相应地向计值和控制单元38输送正确的附加信息，这些附加信息既可以在控制挤压器22方面使用，也可以在计算流量方面使用，以便这样附加改进结果。

特斯拉泵48基本上由例如可以作为电子换向的直流电动机构成的电动机52以及由多个圆盘56组成的转子54组成，但这些圆盘相继地以较小的间距设置在特斯拉泵48的流动室58内并通过电动机52被驱动。电动机52通电流时使转子54进行旋转。

在图2中示出一种试验结构，其中，模拟迂回管道26的一部分和尤其通过单独的圆柱体管道的管道部段18，还有在实际的流量计10上的旁通管道16以及旁通管道16内与这里模拟的迂回管道26连接的泵48和传感器50。特斯拉泵48具有中心入口60，通过该中心入口流体可以流动到在圆盘56之间的流动室58内。为此圆盘56在内部区域内具有开口。通过圆盘56的旋转，流体根据其粘度通过出现的附着力在切向上以及径向向外在圆盘56之间加速。相应地产生流体的流动，流体通过在测地学上设置在流动室58上面的出口62再次离开泵48的流动室58。从出口62延伸的出口通道64与流动室切向分布，以避免压力损失。通过该泵48没有叶片，在传感器50的方向上产生一种无脉动的流动。此外，特斯拉泵48的流量场基本上线性地随着转子54的转速而上升，从而简单地调节泵48。

流量计10的迂回管道26的通流截面明显大于旁通管道16的截面，其直径例如约为4mm，从而为产生必要的压差需要相当小的流动量。泵48的无脉动性以及这种低流动量确保，实际上不存在由于不希望的流动或脉动对挤压器22和压差记录器28的调节回路的反作用。此外，这种直径证明具有优点的是，可以分离特别是在首次试运行出现的进气。

为防止系统内由于进气而产生测量误差，采取了其他措施。从分支44通向流动室58内入口60并因此通向泵48的转子54的旁通管道部段16.1在朝向入口60的方向以约11°的角度倾斜设计。这种设计可以实现，该旁通管道部段16.1内的进气向迂回管道26上升并可以在那里被输出。泵48的设置在测地学上面区域内并继续向上延伸的出口通道64的设计也导致气泡从泵48的流动室58中上升。相应地流动室58在泵48静止时被流体填充，由此确保泵48的输送，否则在泵48中不能被输出的空气会聚集在转子54的内部。

流动引导和管道引导这样进行，首先从在分支44上的迂回管道26以11°向下引导分支出通向特斯拉泵48的入口60的第一旁通管道部段16.1。该旁通管道部段16.1在几何体66内构成，在该几何体内也设有一段迂回管道26。在该几何体66上固定实心体68，在该实心体内构成通向特斯拉泵48的入口60及该特斯拉泵的流动室58。附加地，从该实心体68内的流动室58分支出泵48的出口通道64。该出口通道汇入另一基本水平分布的旁通管道部段16.2，该旁通管道部段16.2过渡到导向传感器50、以连接管形式的旁通管道部段16.3，该旁通管道部段这样向下弯曲，使入口70在测地学上设置在传感器50的下面。后面的旁通管道部段16.4基本垂直通过传感器通向其上面设置的出口72。从出口72延伸出旁通管道部段16.5，它首先通过弯曲的管74形成，它的连接套管76在测地学上在流动室58的下面固定在实心体68上，而且在实心体68以及几何体66的内部一直延续到相应地在测地学上设置在分支下面的汇入口46。

可以看出的是，迂回管道26的管道部段18被旁通管道16绕开，其中，在通过特斯拉泵48输送的情况下，通过管道部段18从旁通管道16的汇入口46到分支44产生一种循环流动，特别是因为在理想情况下，齿轮泵22通过活塞32完全补偿压差，由此在迂回管道26内在理想情况下不出现流动。

旁通管道16内通过特斯拉泵48的转子54的旋转产生的流动相应地沿这些旁通管道部段16.1-16.5传递到管道部段18、并通过传感器50将其测量值随后传送到计值和控制单元。因此流量计以高精度并连续计算时间上高分辨的流量过程，其中，与公开的实施方式相比，提供特别是与流体的物理变量、密度或粘度相关的用于调节该系统或用于计值测量结果的附加数据。在此方面，既提供用于确保密度传感器功能的足够流动，也避免对流量计的反作用，因为排除了过大的流动量和出现的脉动。该系统非常紧凑构成并具有最高20bar和150℃的高耐压性和耐温性。附加采取了预防措施，用于通过输出干扰的气泡确保泵的功能。密度传感器和泵既连续地、也以确定的时间间隔地运行并将其数据传送到计值和控制单元。

明确的是，本发明并不局限于所介绍的实施例上，而是在权利要求的保护范围内可以进行各种各样的变型方案。原则上也可以使用其他连续工作的流量计或旁通管道可以在流量计的其他位置上绕开相应的管道部段。

Claims (11)

1.一种用于测量流体的时间分辨的流量过程的系统，具有

入口（12）、

出口（14）

和设置在入口（12）与出口（14）之间的流量计（10），所述流量计具有

- 主管道（20），所述出口（14）通过主管道（20）与入口（12）流体连接，

- 设置在所述主管道（20）内的可驱动的挤压器（22），

- 迂回管道（26），所述迂回管道在入口（12）与挤压器（22）之间从主管道（20）分支出并在挤压器（22）与出口（14）之间汇入主管道（20）中，

- 设置在迂回管道（26）内的压差记录器（28），

- 计值和控制单元（38），通过所述计值和控制单元根据在压差记录器（28）上的压差可以调节可驱动的挤压器（22），

其特征在于，

所述流量计（10）的管道部段（18）能够通过旁通管道（16）绕流，所述旁通管道（16）从主管道（20）或迂回管道（26）分支出并且在绕过主管道（20）或迂回管道（26）的管道部段（18）的情况下在挤压器（22）和压差记录器（28）的相同的侧面处汇入到主管道（20）或迂回管道（26）中，其中，在旁通管道（16）内串联地设置有无脉动输送的泵（48）和用于测量所输送的流体的密度和粘度的传感器（50）。

2.按权利要求1所述的用于测量流体的时间分辨的流量过程的系统，其特征在于，迂回管道（26）的旁通管道（16）在入口（12）与压差记录器（28）之间分支出并且汇入。

3.按权利要求1所述的用于测量流体的时间分辨的流量过程的系统，其特征在于，无脉动输送的泵（48）是特斯拉泵。

4.按权利要求3所述的用于测量流体的时间分辨的流量过程的系统，其特征在于，特斯拉泵（48）在输送方向上设置在传感器（50）的前面。

5.按前述权利要求之一所述的用于测量流体的时间分辨的流量过程的系统，其特征在于，通向特斯拉泵（48）的流动室（58）的入口（60）被在测地学上设置在旁通管道（16）的分支（44）的下面，在流动室（58）内设置特斯拉泵（48）的转子（54）。

6.按权利要求5所述的用于测量流体的时间分辨的流量过程的系统，其特征在于，在分支（44）与通向特斯拉泵（48）的流动室（58）的入口（60）之间的旁通管道部段（16.1）持续地在朝向特斯拉泵（48）的入口（60）方向上下降地设计。

7.按权利要求6所述的用于测量流体的时间分辨的流量过程的系统，其特征在于，在分支（44）与特斯拉泵（48）的入口（60）之间旁通管道部段（16.1）的斜度在9º到12º之间。

8.按权利要求5所述的用于测量流体的时间分辨的流量过程的系统，其特征在于，特斯拉泵（48）的出口（62）在测地学上被设置在特斯拉泵（48）的流动室（58）的上面。

9.按权利要求8所述的用于测量流体的时间分辨的流量过程的系统，其特征在于，特斯拉泵（48）的出口通道（64）在输送方向上上升地设计。

10.按权利要求9所述的用于测量流体的时间分辨的流量过程的系统，其特征在于，所述系统具有实心体（68），所述实心体与几何体（66）相连接，在所述几何体内构成迂回管道（26），并在所述实心体内至少部分构成泵（48）的流动室（58）、泵（48）的入口（60）、泵（48）的出口通道（64）以及在泵（48）的出口通道（64）与传感器（50）的入口（70）之间的旁通管道部段（16.2）以及在传感器（50）的出口（72）与在迂回管道（26）内的汇入口（46）之间的旁通管道部段（16.5）。

11.按权利要求1所述的用于测量流体的时间分辨的流量过程的系统，其特征在于，旁通管道（16）的通流截面小于主管道（20）和迂回管道（26）的通流截面。

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