CN106415213B - 用于确定流过通道结构的流体介质的至少一个参数的传感器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于确定流过通道结构(14)的流体介质的、尤其内燃机的进气质量流的至少一个参数的传感器装置(10)。该传感器装置(10)包括传感器壳体(12)并且尤其具有安装或可安装到流动导管中的插接式感应器(12)，所述通道结构构造在该插接式感应器(12)中。所述传感器壳体(12)具有壳体主体(16)和盖(18)。所述通道结构(14)具有主通道(24)和测量通道(30。在所述测量通道中布置有至少一个用于确定所述流体介质的参数的传感器芯片(36)。所述传感器壳体(12)具有进入所述通道结构(14)中的入口(20)，该入口(20)迎着所述流体介质的主流动方向(22)，所述传感器壳体(12)具有至少一个从所述主通道(24)出来的主通道出口(26)以及至少一个从所述测量通道(30)出来的测量通道出口(32)。所述主通道出口(26)布置在所述盖(18)的端侧(28)上或关于所述主流动方向(22)位于下游的一侧(54)上。
Description
背景技术
由现有技术已知大量用于确定流体介质、即液体和/或气体的流动特性的方法及装置。在此，作为可能的参数的流动特性可涉及任何可测量的物理特性和/或化学特性，这些特性对流体介质的流动进行了定性或定量。在此，尤其可涉及流动速度和/或质量流和/或体积流。
以下尤其参考所谓的热膜式空气质量测量计来说明本发明，该热膜式空气质量测量计例如由Konrad Reif所编的：《Sensoren im Kraftfahrzeug》(机动车中的传感器)，2010年第一版，第146-148页已知。这种热膜式空气质量测量计通常基于例如具有作为测量表面或传感器区域的传感器膜片的传感器芯片，尤其是硅传感器芯片，该传感器芯片能够由流动的流体介质从上方流过。所述传感器芯片通常包括至少一个加热元件以及至少两个温度感应器，其例如布置在传感器芯片的测量表面上，其中，一个温度感应器放置在所述加热元件的上游，另一个温度感应器放置在所述加热元件的下游。根据由这些温度感应器所检测的受流体介质流动影响的温度特性(Temperaturprofil)的不对称性可推断出流体介质的质量流和/或体积流。
热膜式空气质量测量计通常构造成插接式感应器，其可以固定地或可更换地安装到流动导管中。这种流动导管例如可涉及内燃机的进气系(Ansaugtrakt)。在此，所述介质的分流(Teilstrom)流过至少一个设置在所述热膜式空气质量测量计中的主管道。在所述主管道的入口与出口之间构造有旁路管道。所述旁路通道尤其构造为，使得该旁路通道具有用于使通过所述主通道的入口进入的介质分流转向的弯曲区段，其中，所述弯曲区段在进一步的走向中转向到布置有所述传感器芯片的区段中。最后提到的区段代表布置有所述传感器芯片的真正的测量通道。
这种热膜式空气质量测量计在实践中必须满足大量要求。除了通过合适的流体力学构型总体降低所述热膜式空气质量测量计上的压力降的目的以外，主要挑战在于，针对油滴和水滴以及煤灰微粒、灰尘微粒及其他的固体微粒的污染进一步改善设备的信号质量和稳健性。这种信号质量例如涉及通过导向所述传感器芯片的测量通道的介质质量流以及必要时涉及信号漂移的减少和信噪比的改善。所述信号漂移在此涉及例如所述介质质量流在实际出现的质量流与在校准的范围内在制造时求取的待输出信号之间的特征曲线关系的变化的意义上的偏移。在求取所述信噪比时考虑以快速的时间顺序输出的传感器信号，反之，所述特征曲线漂移或信号漂移涉及平均值的改变。
在所描述类型的传统的热膜式空气质量测量计的情况下，传感器载体通常伸入到所述测量通道中，该传感器载体带有安装或装入在该传感器载体上的传感器芯片。所述传感器芯片例如可以粘贴到所述传感器载体中或者粘贴到所述传感器载体上。所述传感器载体例如可以与由金属制成的底板形成一体，在该底板上还可以粘贴有电子部件、操控和分析处理电路(例如带有电路载体、尤其是印制电路板)。所述传感器载体例如可以构造为电子模块的注射成型的塑料件。例如可以通过键合连接将所述传感器芯片与所述操控和分析处理电路互相连接。这样产生的电子模块例如可以被粘贴到传感器壳体中，并且可以借助盖封闭整个插接式感应器。
DE 198 15 654 A1描述了一种用于测量在管道中流动的介质的质量的测量设备。所述测量设备具有测量元件，所述流动介质在该测量元件周围流动，该测量元件布置在测量设备的设置在所述管道中的流动通道中。所述流动通道在与所述管道连接的进入口与至少一个在所述进入口下游通入到所述管道中的排出口之间沿着主流动方向延伸。所述流动通道在布置在所述进入口与所述测量元件之间的第一分离部位上分叉成布置有所述测量元件的测量通道和绕过在所述主流动方向上的测量元件的旁通通道。
EP 0 369 592 A2公开一种用于测量流动的流体介质的质量的测量设备。所述测量设备具有使进入口与排出口连接的流动通道。所述流动通道分叉成多个另外的通道，这些另外的通道中的一个是布置有所述传感器元件的真正的测量通道。
目前的传感器装置通常具有从主通道出来的单侧出口，通过所述出口可以将微粒和水或其他液体，例如油，基于他们的惯性再排出。
尽管由现有技术已知的方法和设备有大量优点，但是其还含有关于功能方面的改进潜力。因此，所述单侧出口限制：在所述插接式感应器周围不对称的流动。由此例如通过附加的过滤垫提高对变化的入流条件的灵敏度。尽管偏移的原因是被改变的入流并且例如更换过滤器就可能解决真正的问题，但是这样的特征曲线变化被控制设备识别为漂移，使得在最坏的情况下所述热膜式空气质量测量计被诊断为故障。
再者，在所述传感器壳体的壳体主体中应设置用于污物出口的开口或者在将侧向的污物出口转移到所述盖的情况下应设置用于向所述开口导引的斜坡。因此，只有这个开口或斜坡的位置保持相同，则在旁路盖中的变化才是可能的。对于在设计所述旁路盖时的最大自由度有利地会是：所述壳体主体不具有开口或斜坡，即在所述旁路盖区域中基本上是平的。这也会在所述壳体主体的注塑过程中意味着明显的简化。
发明内容
因此，本发明提出一种用于确定流过通道结构的流体介质的至少一个参数的传感器装置，该传感器装置能够至少在很大程度上避免已知的方法和策略的缺点并且在该传感器装置中尤其避免在所述壳体主体中的开口或斜坡，其方式是，将所述污物出口安置到盖中，使得所述出口被转移到所述插接式感应器的端侧上或所述插接式感应器位于下游的一侧上。在此尤其避免在所述插接式感应器周围的不对称流动。、
根据本发明的用于确定流过通道结构的流体介质的、尤其内燃机的进气质量流的至少一个参数的传感器装置包括传感器壳体，尤其具有安装或可安装到流动导管中的插接式感应器，所述通道结构构造在该插接式感应器中。所述传感器壳体具有壳体主体和盖。所述通道结构具有主通道和测量通道。在所述测量通道中布置有至少一个用于确定所述流体介质的参数的传感器芯片。所述传感器壳体具有：到所述通道结构中的入口，该入口迎着(entgegenweisen)所述流体介质的主流动方向；至少一个从主通道出来的主通道出口；以及至少一个从测量通道出来的测量通道出口。所述主通道出口布置在所述盖的端侧上或关于所述主流动方向位于下游的一侧上。
所述测量通道出口可以布置在所述盖的端侧上或关于所述主流动方向位于下游的一侧上。因此，所述测量通道出口可以布置在所述盖的与所述主通道出口相同的一侧。所述测量通道出口可以比主通道出口更从所述盖突出。所述测量通道出口可以构造为烟囱形凸出部。所述烟囱形凸出部可以具有凸缘。所述主通道出口可以布置在所述盖的端侧上，其中，所述测量通道出口关于所述主流动方向位于主通道出口的下游地布置在所述盖的端侧上。所述主通道出口可以关于所述主流动方向布置在所述盖位于下游的一侧上，其中，所述主通道基本上平行于所述主流动方向延伸。所述主通道出口和所述测量通道出口可以互相分离地构造。所述通道结构可以构造在所述盖中。
在本发明的范围内对于“主流动方向”应理解为所述流体介质在所述传感器或所述传感器装置的位置上的局部流动方向，其中，例如可以始终不考虑局部不规则性、例如紊流。因此对于所述主流动方向尤其应理解为所述流动的流体介质在所述传感器装置的位置上的局部平均传输方向。在此，平均传输方向涉及所述流体介质在时间平均中主要流动的传输方向。
在本发明的范围内对于“布置在下游”应理解为部件布置在如下位置：所述在主流动方向上流动的流体介质与参考点相比较时间更晚地到达该位置。
类似地，在本发明的范围内对于“布置在上游”应理解为部件布置在如下位置：所述在主流动方向上流动的流体介质与参考点相比较时间看来更早地到达该位置。
在此，在本发明的范围内对于“壳体主体”和“盖”应理解为所述传感器壳体的至少两个如下部件：它们的共同作用并且它们例如存在直接接触，例如力锁合和/或形状锁合和/或材料锁合的连接。
所述壳体主体和所述盖可以分别构造为一体式的或者也可以构造为分体式的。在此，对于“盖”一般应理解为所述传感器壳体的如下部件：该部件在所述排出口周围形成在传感器壳体外分配给所述流体介质的表面。反之，所述壳体主体是如下结构元件：其布置在所述传感器壳体的与所述表面相对的侧上的排出口的区域中。根据本发明提出，在所述盖中构造有至少一个通道。所述壳体主体和/或所述盖例如可以完全或部分地由塑料材料制造，然而其中，替代地或附加地，也可以使用其他材料，例如陶瓷材料和/或金属材料。所述壳体主体和所述盖例如可以是插接式感应器的部件。
所述排出口原则上可以具有任意横截面，例如圆的、椭圆的、多边形的或裂口状的横截面。所述排出口优选地可以布置在所述插接式感应器的侧面上，该侧面这样布置在所述流动导管中，使得该侧面的定向优选地基本上平行于主流动方向，即具有与所述主流动方向平行的定向优选地不超过20°的偏差，尤其不超过10°以及特别优选地不超过50°。
其他可能的构型涉及所述传感器装置的通道结构。这种通道结构可以构型成一体式的或者也可以构型成分体式的。在所述通道结构中尤其可以容纳用于检测至少一个参数的至少一个传感器元件。这种传感器元件尤其可以涉及热膜式空气质量测量计传感器元件，例如根据上面所述的热膜式空气质量测量计传感器芯片。然而替代地或附加地，其他的构型也是可能的。
所述通道结构尤其可以具有至少一个主通道和至少一个由所述主通道分叉出的旁路通道。所述传感器元件尤其可以布置在可选的至少一个旁路通道中。所述主通道例如可以从端侧的位于上游的入口向出口延伸。所述旁路通道可以由所述主通道分叉并且通入一个或多个旁路通道排出口中，所述一个或多个旁路通道排出口例如同样可以布置在所述插接式感应器的侧面上和/或最远地伸入的所述流动的流体介质中的顶端上。然而其他的构型也是可能的。
所述盖尤其可以具有分配给所述流体介质的外侧。所述外侧例如可以分配给在所述传感器壳体外、尤其在所述流动导管中的所述流体介质并且例如可以由在所述流动导管中的所述流体介质在所述外侧周围流动或洗涤。
本发明的基本构思是：由此避免在设备壳体中的开口或斜坡，使得将所述污物出口如此安置到所述盖中，使得所述出口被转移到所述插接式感应器的端侧上或所述插接式感应器位于下游的一侧上。由此同样消除在周围流动中通过所述热膜式空气质量测量计限定的不对称性。由此能够相对于改变后的入流条件降低所述灵敏度。
附图说明
本发明的其他优选的细节和特征由后续的优选实施例的描述得到，这些优选的实施例在附图中示意性地示出。附图示出：
图1示出根据第一实施方式的传感器装置的透视图；
图2示出平行于所述主流动方向和所述传感器装置的插接式感应器的延伸方向的剖面图
图3示出所述第一实施方式的第一改型；
图4示出所述第一实施方式的第二改型；
图5示出根据第二实施方式的平行于所述主流动方向并且平行于所述传感器装置的插接式感应器的延伸方向的剖面图；
图6示出所述第二实施方式的一种改型。
具体实施方式
图1示出根据本发明的第一种实施方式的用于确定流过通道流动的流体介质的参数的传感器装置10的透视图。传感器装置10在这个实施例中构型为热膜式空气质量测量计并且尤其可以检测内燃机的进气质量流。在这个实施例中，传感器装置10包括传感器壳体12。传感器壳体12构造为插接式感应器，该插接式感应器例如可以被插入到流动导管中，尤其该内燃机的进气系中。在传感器壳体12中构造有如下更详细阐述的通道结构14。传感器壳体12具有壳体本体16和盖18。通道结构14构造在盖18中。通过通道结构14，所述流体介质的有代表性的量可以流经进入口或进口20，该进入口或进口20在使用状态中具有与所述流体介质的主流动方向22相反的方向。
图2示出平行于所述主流动方向和所述传感器装置10的传感器壳体12的延伸方向的剖面图。通道结构14具有主通道24，该主通道24通入传感器壳体12的端侧28上的主通道出口26中，更确切地说根据在图1中示出的盖16的端侧28上的主通道出口26中；以及由主通道24分出的旁路通道或测量通道30，该旁路通道或测量通道30通入测量通道30的同样布置在端侧28上的测量通道出口32中。因此，测量通道出口32布置在盖18与主通道出口26相同的一侧。由图2还可以识别：测量通道出口32关于主流动方向22位于主通道出口26的下游地布置在端侧28上。主通道出口26与测量通道出口32在此互相分离地构造。
在测量通道30中，翼型的传感器载体34如在传统的空气质量测量计的情况下那样突出。在这个传感器载体34中这样装入有传感器芯片36，使得所述流体介质在构造为传感器芯片36的传感器区域的传感器膜片上流动。传感器载体34与传感器芯片36都是电子模块38的构件，该电子模块38具有拱形的底板40以及在安装、例如粘贴在该底板40上的带有操控或分析处理电路44的印制电路板42。传感器载体34例如可以作为塑料部件注射到底板40上。例如作为注塑成型部件注射到底板40上然后可以与印制电路板42的底板40集成构造的传感器载体34设有可以圆形构型的入流棱边。
传感器芯片36与操控和分析处理电路44通过可以构型为引线键合的(Drahtbonding)电连接器而电连接。将这样产生的电子模块38装入、例如粘贴到传感器壳体12更确切地说壳体本体16的电子部件空间46中。这可以这样进行：传感器载体34在此如在图2中所述伸入通道结构14中。随后通过电子部件空间盖48将电子部件空间46封锁。
图3示出第一实施方式的根据第一改型的传感器装置10的剖面图。所述剖面在此平行于主流动方向22且平行于传感器壳体12的延伸方向走向。以下仅仅描述与所述第一实施方式的区别并且给相同的部件设有相同的附图标记。在图3中可以识别通道结构14。还可以识别的是：测量通道出口32比主通道出口26更从盖18凸出。测量通道出口32例如构造为烟囱形凸出部50。对于根据本发明的传感器装置10的所获得的效果重要的是：主通道出口26与测量通道出口32的交互的所获得的最小化。理想地完全互相分离这两个出口26、32。实践中由此实现非常好的分离：如上所述所述两个出口几何上互相错位。通过烟囱形凸出部50使这个作用增强。该烟囱形凸出部50比主通道出口26更伸入到在传感器壳体12周围的流动中。烟囱形凸出部50越从盖18凸出到在传感器壳体12周围的流动中，所述分离越好。根据本发明，烟囱形凸出部50的最小尺寸是2mm。
图4示出第一实施方式的根据第二改型的传感器装置10的剖面图。所述剖面在此平行于主流动方向22且平行于传感器壳体12的延伸方向走向。以下仅仅描述与所述第一实施方式和与第一改型的区别并且相同的部件设有相同的附图标记。进一步通过使烟囱形凸出部50具有凸缘52来改善对于第一改型所描述的效果。凸缘52在此围绕凸出部50或测量通道出口32。通过烟囱形凸出部50的这样特别的几何结构实现：阻止从主通道出口26出来的、在主流动方向22上流动的颗粒流入到测量通道出口32中。
图5示出根据本发明的第二实施方式的传感器装置10的传感器壳体12的平行于主流动方向22和延伸方向的剖面图。以下仅仅描述与所述第一实施方式的区别并且相同的部件设有相同的附图标记。
在所述第二实施方式的传感器装置10的情况下，主通道出口26布置在盖18位于下游的一侧54上。测量通道出口32同样布置在盖18位于下游的一侧54上。相应地，在第二实施方式中，测量通道出口32也布置在盖18的与主通道出口26相同的一侧。主通道24在此基本上平行于主流动方向22延伸，优选地以与主流动方向22不超过20°的偏差，特别优选地不超过10°的偏差。主通道24尤其构造成直的。因为在所述第二实施方式中，主通道出口26和测量通道出口32处于传感器壳体12的背风面，所以可能更少的空气通过测量通道出口32被吸入。传感器芯片36的所述信号可能由此变得更微弱且因此更灵敏。
图6示出第二实施方式的根据一种改型的传感器装置10的剖面图。所述剖面在此平行于主流动方向22且平行于传感器壳体12的延伸方向走向。以下仅仅描述与所述第二实施方式的区别并且相同的部件设有相同的附图标记。主通道24不构造成直的，而是构造成轻微弧形。随着在所述盖位于下游的一侧54方向上的行进长度增大，主通道24远离测量通道30。此外，测量通道出口32在此也比主通道出口26更从盖18凸出。可选地，测量通道出口32在此也可以构造为烟囱形凸出部50。
Claims (8)
1.一种用于确定流过通道结构(14)的流体介质的、尤其内燃机的进气质量流的至少一个参数的传感器装置(10)，其中，该传感器装置(10)具有传感器壳体(12)并且尤其具有安装或可安装到流动导管中的插接式感应器(12)，所述通道结构构造在该插接式感应器(12)中，其中，所述传感器壳体(12)具有壳体主体(16)和盖(18)，其中，所述通道结构(14)具有主通道(24)和测量通道(30)，其中，在所述测量通道中布置有至少一个用于确定所述流体介质的参数的传感器芯片(36)，其中，所述传感器壳体(12)具有进入所述通道结构(14)中的入口(20)，该入口(20)迎着所述流体介质的主流动方向(22)，所述传感器壳体(12)具有至少一个从所述主通道(24)出来的主通道出口(26)以及至少一个从所述测量通道(30)出来的测量通道出口(32)，
其特征在于，
所述主通道出口(26)布置在所述盖(18)的端侧(28)上或关于所述主流动方向(22)位于下游的一侧(54)上，其中，所述测量通道出口(32)比所述主通道出口(26)更从所述盖(18)突出。
2.根据权利要求1所述的传感器装置(10)，其中，所述测量通道出口(32)布置在所述盖(18)的端侧(28)上或关于所述主流动方向(22)位于下游的一侧(54)上。
3.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述测量通道出口(32)布置在所述盖(18)与所述主通道出口(26)的同一侧上。
4.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述测量通道出口(32)构造成烟囱形凸出部(50)。
5.根据权利要求4所述的传感器装置(10)，其中，所述烟囱形凸出部(50)具有凸缘(52)。
6.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述主通道出口(26)关于所述主流动方向(22)布置在所述盖(18)的位于下游的一侧(54)上，其中，所述主通道(24)平行于所述主流动方向(22)延伸。
7.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述主通道出口(26)和所述测量通道出口(32)互相分离地构造。
8.根据权利要求1或2所述的传感器装置(10)，其中，所述通道结构(14)构造在所述盖(18)中。
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