CN108692774B - 用于感测流体介质的至少一个特性的传感器元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于感测流体介质的至少一个特性的传感器元件(110)。该传感器元件(110)包括至少一个壳体(114)，该壳体(114)形成至少一个可以由流体介质流经的流动通道(132)的至少一个壁(112)。在壁(112)中从流动通道(132)分岔出至少一个压力截取部(120)。在压力截取部(120)中布置有至少一个用于感测流体介质的压力的压力传感器(125)。在壁(112)中设置有至少一个流出轮廓(126)，该流出轮廓至少部分地包围压力截取部(120)的入口(124)，并且该流出轮廓设置为用于使沿着壁(112)流动的污物从压力截取部(120)的入口(124)偏转开。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于感测流体介质的至少一个特性的传感器元件。
背景技术
由现有技术已知用于感测流体介质的至少一个特性的不同类型的传感器元件。在没有其他可能的局限的限制下，下面参考基于压力的空气质量测量计描述本发明。然而其他构型方案原则上也是可行的。
由此例如一般已知的是，通过不同的测量原理确定空气系统中、例如内燃机的进气管道中的空气质量。除了例如呈热膜式空气质量测量计(HFM)形式的热测量原理以外，也已知基于压力的空气质量测量，所述空气质量测量基于至少一个压力测量。在此，可以例如列举所谓的普朗特尔探针或文丘里管。为了确定每单位时间流经管的空气质量，可以例如测量由两个静压力或由静压力与绝对压力产生的压差。在这些方法中，空气质量测量的精度例如能够通过借助于附加的压力和/或温度测量所进行的密度确定来改善。
例如DE 10 2014 212 854 A1示出一种用于测量以主流动方向流经流动管的流体介质的流量的流量测量计。该流量测量计包括使流动管的流动横截面部分缩窄的干扰元件、第一压力测量点和第二压力测量点，该第一压力测量点关于主流动方向在干扰元件上游布置，该第二压力测量点关于主流动方向在干扰元件下游布置。干扰元件构造为用于使流动管的流动横截面可变地缩窄。
DE 10 2007 053 273 A1描述一种用于测量以主流动方向流经流动管的流体介质的流量的流量测量计。该流量测量计具有插接件，该插接件具有流入侧和流出侧。在插接件中，在流入侧上构造有在流入侧可通过开口进入的阻塞腔。第一压力测量部位接收在阻塞腔的侧壁中。第二压力测量部位接收在插接件的外壁中。
尽管借助于已知的测量装置获得多个优点，在流体介质的流动特性的测量方面始终仍留有大量技术上的挑战。尤其在内燃机的进气管道中，例如挑战在于：保护所使用的传感器免受水和污物颗粒的影响，并且由此避免压力传感器的错误显示和与此相关的空气质量的错误显示。
发明内容
与此相应地，提出一种用于感测流体介质的至少一个特性的传感器元件。如下面详细描述的那样，该传感器元件例如可以形成空气质量测量计、流量测量计、流动测量计、绝对压力测量计或压差测量计。本发明例如可以用于一个或多个上面所提到的流量测量计中。然而其他构型方案原则上也是可行的。
流体介质的至少一个特性尤其可以是流动特性，例如速度、体积流量、质量流量、压力、压差或其他可物理地测量的特性。然而其他特性原则上也是可能的。传感器元件尤其可以构型为用于感测流体介质的绝对压力和/或压差。
传感器元件尤其可以完全地或部分地构造为插接式探测器。那么传感器元件包括壳体，该壳体例如可以形成插接式探测器或包括插接式探测器，该插接式探测器可以插入到流体介质的流动管中、例如内燃机的进气管道中，或可以伸入到该流动管中。然而其他构型方案原则上也是可行的。
流体介质原则上可以是任意的气体或任意的液体。流体介质尤其可以是内燃机的进气空气质量或也可以是内燃机的废气。与此相应地，传感器元件尤其可以使用在汽车技术领域中。然而其他使用领域原则上也是可能的。
如上面所阐述的，传感器元件包括至少一个壳体。该壳体形成一个或多个流动通道的至少一个壁，所述流动通道可以由流体介质流经。至少一个流动通道例如可以构型为闭合的流动管。然而替代地，流动通道也可以简单地通过壳体的可以由流体介质流经的壁来限界，或所述壁如此定向和布置，使得该壁可以由流体介质流经。壳体例如可以由塑料、陶瓷材料制造或也可以由金属材料制造。流动通道尤其可以沿流动方向被流经。在此，在本发明的范畴内，流动方向一般理解为流体介质在传感器元件位置处的或特定地在压力截取部的位置处的质量运输方向或平均质量运输方向。流动方向例如可以是平行于流体介质流经的流动管或流动管区段的轴线的方向。
在壳体的壁中，从流动通道分岔出至少一个压力截取部。在此，压力截取部一般应理解为平行于或横向于流动通道中的所述流动地走向的通道，流经流动通道的流体介质的一部分可以分岔到该通道中。压力截取部尤其可以构型为盲通道、例如构型为盲孔。
在压力截取部中布置有至少一个压力传感器用于感测流体介质的压力。压力传感器尤其可以是至少一个微机械压力传感器、例如至少一个微机械压力传感器元件、例如半导体传感器。此类传感器通常基于：由于绝对压力或压差使压力传感器元件的膜片变形，其中，膜片的变形可以例如借助于压电传感器和/或借助于电阻来测量。然而，替代地或附加地，也可以使用其他压力传感器。
此外，在壁中设置有至少一个流出轮廓，该流出轮廓至少部分地包围压力截取部的入口，并且该流出轮廓设置为用于使沿着壁流动的污物从压力截取部的入口偏转开。
在此，流出轮廓一般应理解为表面中的这样的表面轮廓，该表面轮廓设置为用于使沿着表面流动的流体朝着一个或多个预先给定的方向转向或偏转。流出轮廓尤其可以具有至少一个元素，从由以下结构组成的组中选择：沟、槽、棱边、隆起部。然而其他构型方案原则上也是可行的。
在此，入口一般应理解为这样的开口，该开口在第一通道中通过以下方式形成：第二通道从第一通道分岔出。在当前情况下，入口在这样的部位上形成，在该部位上压力截取部在壁中从流动通道分岔出。
流出轮廓至少部分地、优选完全地包围压力截取部的入口。流出轮廓例如可以在入口的流入侧形成弧形。然而替代地，流出轮廓也可以完全地、例如圆形地包围入口。然而其他构型方案原则上也是可行的。
流出轮廓尤其可以包括环形槽。多个环形槽的组合也是可行的，如多个不同类型的流出轮廓的组合和/或至少一个环形槽和至少一个其他类型的流出轮廓的组合是可行的。环形槽一般应理解为闭合的凹部，该凹部在俯视图中形成环，其中，所述环例如可以圆形地、椭圆形地或也可以多边形地构型。在垂直于壁的剖切平面中，所述凹部原则上可以具有任意的横截面，例如三角形的、倒圆的或还有矩形的横截面。尤其可以使用矩形的横截面。所述凹部的矩形横截面与圆形构型的组合也可以被称为环形槽的圆柱状构型。
环形槽尤其可以具有至少2mm的深度。环形槽例如可以具有至少3mm的深度。在流出轮廓与压力截取部之间可以设置有至少一个分隔壁。分隔壁尤其可以相对于壁凹陷地构造。那么接近压力截取部的入口的水和污物颗粒可以首先碰到流出轮廓上，该流出轮廓例如具有深度TK。然后紧接着可以衔接分隔壁，该分隔壁可以例如相对于壁的高度例如以深度TA始终凹陷地构造，其中，TA＜TK。然后紧接着壁可以是压力截取部。优选地，流出轮廓比分隔壁深至少2-3mm，即TK≥TA+2至3mm或TK＞TA+2至3mm。
如上面所阐述的，传感器元件尤其可以完全地或部分地构型为插接式探测器。插接式探测器的纵向延伸轴线尤其可以基本上垂直于流动方向地取向。所述至少一个压力截取部尤其可以具有至少一个位置，该位置从由以下位置组成的组中选择：在插接式探测器的侧壁中的位置；在插接式探测器的背离流动方向的后侧中的位置；在插接式探测器的最远地伸入到流体介质中的端侧中的位置。此外，传感器元件尤其可以具有至少一个流动管区段，其中，插接式探测器被装入到流动管区段中。插接式探测器的装入例如可以通过流动管区段的壁中的至少一个开口实现。插接式探测器可以永久地或者也可以可更换地装入到流动管区段中。
传感器元件尤其可以从由以下测量计组成的组中选择：空气质量测量计、流量测量计、流动测量计、绝对压力测量计、压差测量计。
如上面已经阐述的，压力截取部尤其可以完全地或部分地构型为孔，尤其构型为柱状孔。由此，压力截取部例如可以具有从流动通道分岔出的孔。孔可以完全地或部分地构型为柱状孔。压力截取部尤其可以构型为从流动通道分岔出的盲孔，其中，压力传感器布置在盲孔的一个端部上。压力截取部例如可以完全地或部分地构型为柱状孔，其中，柱状孔的一个端部朝着流动通道敞开，而柱状孔的另一端部完全地或部分地通过压力传感器封闭。
根据本发明的传感器元件相对于传统的传感器元件具有大量优点。压力截取部尤其可以是静压力截取部。所述至少一个流出轮廓可以至少在很大程度上防止水和污物颗粒推进至压力截取部。因此，例如仅干燥的并且无污物颗粒的空气可以到达压差传感器。因此，总体上能够有效地避免压力传感器由于水和污物沉积而产生的暂时的错误显示。此外，能够避免由于污物沉积而产生的压力传感器的持久的特性曲线改变以及由此空气质量的有误差的确定。
根据本发明的传感器元件尤其可以有利地使用在基于压力的空气质量测量计(PFM)中，尤其在空气系统中在增压空气冷却器之后并且在节流阀之前使用。在这种布置方案中，水和污物颗粒通常随着流动推进至传感器的静压力截取部。然而，通过具有至少一个流出轮廓(该流出轮廓集成到壳体中)的传感器元件的根据本发明的构型方案就可以使至少一个压力传感器有效地相对于水和污物沉积受保护。
附图说明
本发明的其他细节和可选的特征在实施例中示出，所述实施例在下面的附图中示意性示出。
附图示出：
图1A和1B：根据本发明的传感器元件的实施例；
图2A和2B：根据本发明的呈插接式探测器形式的传感器元件的不同的示图；和
图3：内燃机的空气系统，其中，根据本发明的传感器元件布置在增压空气冷却器与节流阀之间。
具体实施方式
在图1A和1B中示出根据本发明的传感器元件110的实施例。在此，图1A示出传感器元件110的壳体114的壁112的俯视图，并且图1B示出壳体114的沿着图1的剖切线A-A的剖视图。
在该实施例中，传感器元件构型为插接式探测器116，该插接式探测器可以例如构型为基于压力的空气质量测量计(PFM)。传感器元件110伸入到流体介质的流动中并且可以(例如沿图1B中所示出的可能的流动方向118中的一个或多个流动方向)由流体介质绕流。与此相应地，壁112例如可以是插接式探测器116的至少一个侧壁、至少一个端壁、至少一个后壁或也可以是至少一个端侧。
传感器元件110具有至少一个压力截取部120。如果设置有多个压力截取部120，那么例如可以形成压差，如下面根据图2A和2B详细阐释的那样。压力截取部120例如包括至少一个孔122、例如至少一个柱状孔122，该孔在入口124处进入到壁112中。孔122尤其构型为盲孔。在压力截取部120中，在孔122的端部上布置有压力传感器125，用于感测流体介质的压力。压力截取部120尤其可以用于感测流体介质的静压力。
此外，在壁112中设置有至少一个流出轮廓126。该流出轮廓126至少部分地、尤其完全(如图1A和1B中所示出的那样)包围压力截取部120的入口124。流出轮廓126设置为用于使沿着壁112流动的污物从压力截取部120的入口124偏转开。
在所示出的实施例中，流出轮廓126环形地包围压力截取部120的入口124。如图1B中可看出，流出轮廓126尤其可以包括环形槽128，该环形槽例如圆柱状地或以柱状环的形式构型，并且例如具有矩形的截面轮廓。然而其他轮廓原则上也是可行的。
流出轮廓126具有深度TK。此外，在流出轮廓126与压力截取部120的孔122之间设置有分隔壁130，该分隔壁也可以被称为凸肩。该分隔壁130可以相对于壁112尤其凹陷地构型，其方式尤其是，该分隔壁相对于壁112缩回一个深度TA。压力截取部120本身可以例如具有直径DA。环形槽128的内直径在图1B中以DA,I来标记。流出轮廓126的外直径在图1A中以DA,A来表示。
流出轮廓126用于保护压力传感器125免受水和污物沉积的侵入。如果在传感器元件110中设置有多个压力截取部120，那么所述压力截取部120中的至少一个压力截取部、所述压力截取部120中的多个压力截取部或甚至所述压力截取部120中的所有压力截取部可以设有这种流出轮廓。静压力截取部尤其可以具有这种流出轮廓126。在壁112上朝着压力截取部120的方向推进的水和污物颗粒由于流出轮廓126而偏转并且在流出轮廓126中从静压力截取部120旁边流过。因此，静压力截取部被保护免受水和污物颗粒的影响。
水和污物颗粒的沉积可以通过根据图1A和1B的布置中以及其他构型中的多个措施来增强。那么一方面可以增大凸肩深度TA，优选在流出轮廓深度TK比凸肩深度TA至少大2至3mm的前提下。由此，流动超过流出轮廓126的水滴通常不与通过直径DD和DA,I限界的表面接触。此外，相对于所提到的措施替代地或附加地，可以增大流出轮廓深度TK。此外，可以增大流出轮廓的横截面。此外，再相对于一个或多个已经提到的措施替代地或附加地，可以使通过直径DD和DA,I限界的面积最小。例如凸肩深度TA可以为2-10mm，流出轮廓深度TK尤其可以具有TK＝TA+3至6mm的值。直径DD可以例如为4-6mm。直径DA,I可以例如具有DA,I＝DD+2至5mm的值。直径DA,A可以例如具有DA,A＝DA,I+4至10mm的值。
下面根据图2A和2B阐明，壳体114和压力截取部120可以如何构型。由此，附图示出根据本发明的传感器元件110的不同示图，该传感器元件例如又可以构造为插接式探测器116。插接式探测器116可以例如伸入到流动通道132中，使得流动通道132的至少一个壁112至少部分通过壳体114形成。在此，图2A示出具有闭合的盖的插接式探测器110的构型，而在根据图2B的构型方案中盖被取下，使得可以看到布置在壳体114中的通道区段134，流体介质可以通过开口128进入到该通道区段中。用于传感器元件110的可能构型，除了根据本发明的流出轮廓126之外，可以例如参考上面所引用的DE 10 2007 053 273 A1。然而其他构型方案原则上也是可行的。
如在这些图2A和2B中可看出，传感器元件110可以具有多个压力截取部120，所述压力截取部可以布置在通道区段134内部和/或布置在插接式探测器116的外侧和/或端侧和/或后侧和/或前侧上。由此，壳体114的可以由流体介质到达和可以由流体介质流过的每个区域可以作用为壁112，该壁具有至少一个压力截取部120。在所示出的示例中，例如可以将两个压力截取部120布置在壳体114的外侧上、即布置在插接式探测器116的外侧上，并且将压力截取部120布置在通道区段134的内部。这些压力截取部120中的一个、多个或所有压力截取部120可以构型有所描述的流出轮廓126。其他不同的构型方案是可行的。
传感器元件110、例如插接式探测器116尤其可以布置在内燃机137的空气系统136中，该空气系统示例性地在图3中示出。如在那可看出，该空气系统136例如包括进气管道138以及废气管道146，该进气管道具有空气过滤器140、增压空气冷却器142和节流阀144，该废气管道具有废气活门148。此外，可以可选地设置有废气再循环装置150。传感器元件110例如可以布置在增压空气冷却器142与节流阀144之间并且例如可以构型为基于压力的空气质量测量计。
Claims (10)
1.用于感测流体介质的至少一个特性的传感器元件(110)，所述传感器元件包括至少一个壳体(114)，其中，所述壳体(114)形成至少一个能够由所述流体介质流经的流动通道(132)的至少一个壁(112)，其中，在所述壁(112)中从所述流动通道(132)分岔出至少一个压力截取部(120)，其中，在所述压力截取部(120)中布置有至少一个用于感测所述流体介质的压力的压力传感器(125)，
其特征在于，
在所述壁(112)中设置有至少一个流出轮廓(126)，所述流出轮廓至少部分地包围所述压力截取部(120)的入口(124)，并且所述流出轮廓设置为用于使沿着所述壁(112)流动的污物从所述压力截取部(120)的所述入口(124)偏转开。
2.根据权利要求1所述的传感器元件(110)，其中，所述流出轮廓(126)环形地包围所述压力截取部的入口(124)。
3.根据权利要求1或2所述的传感器元件(110)，其中，所述流出轮廓(126)包括环形槽(128)。
4.根据权利要求3所述的传感器元件(110)，其中，所述环形槽(128)圆柱状地构型。
5.根据权利要求1或2所述的传感器元件(110)，其中，所述流出轮廓(126)具有至少2mm的深度。
6.根据权利要求1或2所述的传感器元件(110)，其中，在所述流出轮廓(126)与所述压力截取部(120)之间设置有分隔壁(130)。
7.根据前一项权利要求所述的传感器元件(110)，其中，所述分隔壁(130)相对于所述壁(112)凹陷地构造。
8.根据权利要求1或2所述的传感器元件(110)，其中，所述压力截取部(120)具有从所述流动通道(132)分岔出的孔(122)。
9.根据权利要求8所述的传感器元件(110)，其中，所述孔(122)完全地或部分地构型为柱状孔。
10.根据权利要求8所述的传感器元件(110)，其中，所述压力截取部(120)构型为从所述流动通道(132)分岔出的盲孔，其中，所述压力传感器(125)布置在所述盲孔的一个端部上。
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