CN1072798C - 流过的介质量的测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种流过的介质量的测量装置，其包含有一置于介质流体内的与温度有关系的测量元件，该测量元件置于一侧量通道内。在测量通道中出现的由湍流而形成的不稳定的分离区，使测量元件的产生的测量信号中出现所谓的背景噪声，因此妨碍了测量的精确性。
本发明装置包含有一在测量元件(20)上游的测量通道(33)的入口范围内的流体阻挡部分(50)，该流体阻挡部分(50)制成一阻挡棱(51)形状，在阻挡棱(51)范围内形成一时间上和空间上稳定的分离区(54)，因此抑制了时间上和空间上不稳定的分离区，并因此而减小了测量信号中的噪声。
本发明装置用来测量流过的介质量，尤其用来测量内燃机吸入的空气量。

Description

流过的介质量的测量装置
现有技术
本发明涉及一种流过的介质量的测量装置。
在德国专利文件P4407209.0-52中介绍了一种装置，该装置具有一横在介质流体内的支承体，该支承体置于一流体边界壁上的开口内。该边界壁例如为一吸管的壁，空气通过该吸管被吸入到内燃机内。所述支承体为长形，该支承体伸入介质流体内的自由端部分有一测量通道，介质可从该测量通道流过。在所述测量通道内置一与温度有关的测量元件，该测量元件制成一种所谓的微机械结构。此种类型的传感元件具有一传感区，该传感区位于一片状基底上，该传感区通过腐蚀硅晶片的方法制成，该传感区具有许多电阻层且该电阻层至少具有一与温度有关的测量用电阻，该传感区在所述基底上只包含一很小的部分，且其厚度极薄，该传感区可以以极快的反应时间来感知流速的变化，或者更确切地说，感知流过的介质量的变化。
在内燃机工作时，由于内燃机的进气阀的开启和关闭，会在吸管内产生强烈的脉动流，该脉动流几乎含有湍流的所有技术特征，该流体中的脉动会因测量通道置入的测量元件而被部分地阻尼。由于流体中湍流的存在，将使所述微机械测量元件产生的测量信号中出现背景噪声，该测量元件产生的电信号中出现的背景噪声将会妨碍流速的精确测量。
在所提及的现有技术中，在测量通道的入口处的上游部分，测量通道的边界壁被倒成圆角，以实现在测量通道内，尤其在测量元件范围内的无干扰的，无流体分离的流体流入和并流，这只能通过倒成圆形的边界壁而有限地实现。由于本装置的结构较小，测量通道的入口范围在流体流动方向上只有较小的伸展长度，因此在湍流发生时可以实现流体的无流体分离的分离的最佳流入。在一定的流体条件下，尤其在测量通道的入口范围内会出现流体分离，该流体分离在时间上是不稳定的，并影响测量元件范围内的流体，因此会加重测量信号噪声并恶化测量结果。
本发明的优点
本发明提出一种流过的介质量的测量装置，尤其是一种内燃机吸入的空气量的测量装置，其包含有一横在介质流体内的支承体，该支承体从流体边界壁伸入到所述流体内，在所述支承体上有一介质流体可通过的测量通道，在该通道内置一与温度有关的测量元件，在所述支承体上的测量元件上游部分有一流体阻挡部分，该流体阻挡部分导致在测量通道内形成一有效的、具有一定界限的流体分离区，所述流体阻挡部分位于测量通道的入口范围内，所述流体阻挡部分制成阻挡棱形状。
本发明还提出一种流过的介质量的测量装置，尤其是一种内燃机吸入的空气量的测量装置，其包含有一横在介质流体内的支承体，该支承体从流体边界壁伸入到所述流体内，在所述支承体上有一介质流体可通过的测量通道，在该通道内置一与温度有关的测量元件，在所述支承体上的测量元件上游部分有一流体阻挡部分，该流体阻挡部分导致在测量通道内形成一有效的、具有一定界限的流体分离区，所述流体阻挡部分以阻挡线的形式构成，所述阻挡线位于测量通道的入口范围内。
上述装置的优点在于：该装置可明显地降低测量信号的噪声，因此可以获得与现有技术相比较好的测量结果。
附图
附图为本发明的一个实施例的简要示意图，在下面的实施例描述中，本发明的实施例将更加详细地阐述，图1为本发明装置的部分侧视截面图，图2为图1的部分放大截面图。
实施例描述
图1为标有1的装置的侧视截面图，该装置用来测量流过的介质量，尤其用来测量内燃机吸入的空气量。该装置主要包括一个长形的，沿纵轴10方向纵向伸展的长方形结构，该结构例如可通过插接的方法装配到分界壁5的开口6内。该分界壁5例如为一吸管的壁，通过该吸管，空气被吸进内燃机。该流体断面7为圆形断面，该断面的中轴11沿平行于分界壁5的轴向方向伸展，并垂直于所述装置1的纵轴10。所述装置1通过一密封环3密封在分界壁5上，并通过一图中没有画出的螺旋连接件固定在分界壁5上。所述带有测量部件17的装置1伸入到介质流体中，测量部件17例如在流体断面7近中部沿中轴11对称分布，因此介质流体可以不受分界壁5的边缘效应的影响而流到安装在测量部分17上的与温度有关的测量元件20上。在图1和图2所示的实施例中，介质的流动方向如箭头30所示，从右向左流动。
所述装置1为一个包括一个测量部分17、一个支座部分18和个固定部分19的整体件，该装置为通过塑料压铸技术制成的塑料制品。所述测量元件20可通过腐蚀半导体材料，例如腐蚀一种硅晶片的方法，制成一种所谓的微机械结构，该测量元件具有一如文件DE-OS4219454所述的结构。所述测量元件20具有一由腐蚀而形成的薄膜状的传感区域21，该传感区域即为图1和图2中边界线Ⅱ所包围的区域。所述传感区域21具有极薄的厚度，并具有许多同样由腐蚀而形成的电阻层，该电阻层至少具有一个与温度有关的测量用电阻和例如一个加热电阻。另外，所述测量元件20也可以为一热薄膜传感元件，其结构在文件DE-OS3638138中给出。该热薄膜传感元件同样也具有涂在平面基底上的电阻层，至少一个与温度有关的测量用电阻和例如至少一个加热电阻。
该测量元件20或传感区域21的电阻层通过位于所述装置1内的连接导线22与图1中省略表示的处理电路23实现电连接。所述处理电路23包含一类似桥式电路的测量电路，该处理电路23位于支座部分18或固定部分19内。通过位于固定部分19上的插头24，由处理电路23产生的电信号便可传送到一电子控制装置，该控制装置通过其它的电子空转控制功能或马达功率控制功能对内燃机进行控制。所述功能和所述与温度有关的测量元件的结构的详细描述在此就略去了，在这一点上，本技术领域的专家们是可以接受的。
所述装置1的测量部分17包括有例如一方形的结构和一在测量部分17内沿中轴11方向伸展的测量通道33和例如一S形状的导向通道34。所述测量通道33沿中轴11的方向，在测量部分17内，从矩形截面的入口36开始，一直延伸到出口35。所述测量通道33由两个侧面限定，一个为远离中轴11的上表面38，另一个为挨近中轴11的下表面37。所述测量通过通道33安装在偏离中轴11的位置上，也可以对称于中轴11或在中轴11范围内安装。所述片状测量元件20沿着纵轴10的轴向方向在测量通道33内伸出其大，部分并对称于该纵轴10，该传感元件20的小部分位于上表面38上的支座部分18内，其两端面稍平于中轴11。介质从测量通道33的入口36流到测量元件20并流入导向通道34，经过导向通道34后沿图1和图2所示的箭头31方向流出出口46，流出出口46的介质最后再与在装置1周围流动的介质相混合。该出口46具有一如导向通道34的矩形截面，且该截面平行于中轴11，在测量部分17的底部有一外表面45。在矩形出口46的右侧有一与底部外表面45相切的、与流向30相对的边界面42，该边界面42从底部外表面45到测量通道33的下表面37范围内被导成圆形。
本发明所涉及的装置，其在测量元件20的上游，在测量通道33的入口36范围内有一流体阻挡部分50。在实施例中该流体阻挡部分50制成一阻挡棱(Stolperkant)51形状，该阻挡棱51起到对流体的锐角转向作用。在装置1的支座部分18的端面48与边界面42之间为测量通道30的开口端，该开口端正对流向30方向。矩形端面48位于测量部分17与分界壁5之间，该矩形端面48与流向30方向正对，且平行与纵轴10。从阻挡棱51顺流而下有一将测量通道33的上表面38挖去一部分而形成的槽状凹部52，该槽状凹部52的宽度与测量通道33的入口36的横截面宽度大致相符。
图2所示为所述测量部分17的放大图，由阻挡棱51作用形成一如图2中所示的流体分离区54，该流体分离区54实际上包含凹部52的范围。该流体分离区54在时间和空间上是相对稳定的，并且总是出现在同一位置。因此，本发明装置抑制了现有装置中所存在的时间上不稳定的、在不同位置出现的流体分离区56，或至少大大削弱了该流体分离区56。此种类型的，如图2中虚线所示的，偶尔出现的流体分离区56，会逐渐变为流体内的干扰，并会因此增加由测量元件20产生的所谓的测量电信号的背景噪声。借助阻挡棱51，或是更确切地说借助稳定的流体分离区54，可避免此干扰，并因此而减小所述的背景噪声。另外，也可以用其它形式的流体阻挡部分代替所述阻挡棱51，例如形式为流体力学中公知的所谓的阻挡线(Stolperdrahte)。伸入流体内的该阻挡线可像阻挡棱一样安置于一适当的位置。由于流体阻力的逐点增加，在阻挡棱或阻挡线的下游，就会在流体内形成一有一定界限的流体分离区。该流体阻挡部分有一定的尺寸，其尺寸与流体阻碍部分所在处的边界层厚度大致相符，在流体阻挡部分下游会产生一对壁的极大的压力梯度，并因此而形成一时间上和空间上稳定的流体分离区。

Claims (3)

1、一种流过的介质量的测量装置，其包含有一横在介质流体内的支承体，该支承体从流体边界壁伸入到所述流体内，在所述支承体上有一介质流体可通过的测量通道，在该通道内置一与温度有关的测量元件，在所述支承体上的测量元件(20)上游部分有一流体阻挡部分(50)，该流体阻挡部分(50)导致在测量通道(33)内形成一有效的、具有一定界限的流体分离区(54)，所述流体阻挡部分(50)位于测量通道(33)的入口(36)范围内，其特征在于，
所述流体阻挡部分(50)制成阻挡棱(51)形状。
2、如权利要求1所述的装置，其特征在于：
在所述阻挡棱(51)的下游，在测量通道(33)的边界壁(38)外部有一凹部(52)。
3、一种流过的介质量的测量装置，其包含有一横在介质流体内的支承体，该支承体从流体边界壁伸入到所述流体内，在所述支承体上有一介质流体可通过的测量通道，在该通道内置一与温度有关的测量元件，在所述支承体上的测量元件(20)上游部分有一流体阻挡部分(50)，该流体阻挡部分(50)导致在测量通道(33)内形成一有效的、具有一定界限的流体分离区(54)，其特征在于：
所述流体阻挡部分(50)以阻挡线的形式构成，所述阻挡线位于测量通道(33)的入口(36)范围内。
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