CN110476041A - 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(110)。传感器元件包括至少一个壳体(112)。壳体(112)形成能由所述流体介质流经的至少一个流动通道(114)。由所述流动通道(114)分岔出压力分接部(118)，其中，在所述压力分接部(118)中布置有用于感测所述流体介质的压力的至少一个压力传感器(130)。在所述流动通道(114)和所述压力传感器(130)之间在所述压力分接部(118)的至少一个壁(132)中布置有用于接收污物的至少一个腔(134)。

Description

用于感测流体介质的至少一个特性的传感器元件
技术领域
由现有技术已知不同类型的用于感测流体介质的至少一个特性的传感器元件。下面在不限制其他可能的约束的情况下参照基于压力的空气质量测量计进行描述。然而其他构型原则上也是可能的。
背景技术
因此，例如通常已知的是，通过不同的测量原理来确定空气系统中的、如内燃机的进气管路中的空气质量。除了例如呈热膜空气质量测量计的形式的热测量原理之外也已知基于压力的空气质量测量，其基于至少一个压力测量。在这里例如列出所谓的普朗特探头或文丘里管。为了确定每单位时间流经管的空气质量，例如可以测量两个静压的压差或一个静压和一个绝对压力的压差。在所述方法中，空气质量测量的精度例如能够通过借助于附加的压力和/或温度测量确定密度来改善。
例如DE 10 2014 212 854 A1示出用于测量以主流动方向流经流动管的流体介质的通流量的流量计。流量计包括干扰元件，该干扰元件使流动管的流动横截面部分地变窄。此外，流量计包括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。干扰元件构造成用于流动管的流动横截面的可改变的变窄。
DE 10 2007 053 273 A1描述了一种用于测量以主流动方向流经流动管的流体介质的通流量的流量计。流量计具有插头部分，该插头部分具有流入侧和流出侧。在插头部分中，在流入侧上构造有从流入侧经由开口可进入的积聚室(Staukammer)。在积聚室的侧壁中接收有第一压力测量部位。在插头部分的外壁中接收有第二压力测量部位。
虽然借助于已知的测量设备可实现优点，但始终存在测量流体介质的流动特性的多个技术挑战。尤其在内燃机的进气管路中的挑战例如在于，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之有关的空气质量的错误显示。
发明内容
与此相应地，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。如下面更详细描述的那样，传感器元件例如可以形成空气质量测量计、流量计、流量测量计、绝对压力测量计或压差测量计。本发明例如可以使用在上面提到的流量计中的一个或多个中。然而其他构型原则上也是可能的。
流体介质的至少一个特性尤其可以是流动特性，例如速度、容积流、质量流、压力、压差或其他可物理测量的特性。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成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。因此，壳体例如可以形成插接式探测器或者包围插接式探测器，该插接式探测器可以插入到例如内燃机的进气管路中的流体介质的流动管中或者可以伸入到该流动管中。然而其他构型原则上也是可能的。
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吸入空气质量或者也可以是内燃机的排气。与此相应地，传感器元件尤其可以使用在汽车技术的领域中。然而其他应用领域原则上也是可能的。
传感器元件包括至少一个壳体，该壳体具有可由流体介质流经的至少一个流动通道。流动通道例如可以构型为作为整体的流动管。然而替代地，流动通道也可以简单地通过壳体的壁形成，该壁可以由流体介质流经。壳体例如可以由塑料、陶瓷材料或由金属材料制造。
由流动通道、例如由流动通道的壁分岔出压力分接部(Druckabgriff)。在此，压力分接部通常理解为相对于在流动通道中的流动横向地走向的通道，流经流动通道的流体介质可以分岔到该通道中。压力分接部尤其可以构型为盲通道、例如构型为盲孔。
在压力分接部中布置有用于感测流体介质的压力的至少一个压力传感器。如下面更详细描述的那样，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。这种传感器通常基于，通过绝对压力或压差使压力传感器元件的膜片变形，其中，膜片的变形例如可以借助于压电传感器和/或借助于阻抗来测量。
在流动通道和压力传感器之间在压力分接部的至少一个壁中布置有用于接收污物的至少一个腔。在此，腔通常理解为朝着压力分接部敞开的室。压力分接部例如可以基本上柱形地构型，其中，所述腔具有在柱形的压力分接部的柱体容积外部的空心空间。所述腔例如可以包括在压力分接部的至少一个壁中的至少一个缺口、也称为凹口。所述腔例如可以具有环形的缺口，如下面更详细地描述的那样。所述腔尤其可以朝着压力分接部敞开。
压力分接部尤其可以具有从流动通道分岔出的孔。因此，压力分接部例如可以具有从流动通道、尤其从流动通道的壁分岔出的柱形孔，该柱形孔例如可以构型为圆柱形的或多边柱形的孔。压力分接部尤其可以构型为从流动通道分岔出的盲孔，其中，压力传感器优选可以布置在盲孔的端部上、即例如布置在盲孔的端侧上。压力分接部例如可以完全地或部分地构型为柱形孔，其中，柱形孔的端部朝着流动通道敞开，而柱形孔的另一端部完全地或部分地通过压力传感器封闭，其中，所述至少一个腔、例如所述至少一个缺口例如位于孔的壁、例如柱形壁中。所述缺口例如可以围绕柱形孔的轴线径向对称地、例如环形地布置。所述缺口例如可以构造为环形槽。因此，所述腔例如通常可以构型为在孔的壁中的缺口、尤其构型为槽、例如构型为环形槽并且尤其构型为圆环形槽，该圆环形槽可以关于孔的轴线尤其轴对称地布置。
环形缺口尤其可以具有直径或等效直径，其例如至少为所述孔的直径或等效直径的1.2倍、优选至少为1.5倍并且特别优选为所述孔的直径或等效直径的1.5倍至2.5倍。
此外，所述缺口可以沿着所述孔的轴线具有高度。该高度例如可以为3至6mm。
所述缺口尤其可以具有侧凹部。在此，侧凹部通常理解为腔，该腔具有锐利的棱边，使得从流动管看所述腔的一部分被锐利的棱边遮住并且是不可见的。因此，所述缺口尤其可以在至所述孔的壁的过渡部处具有至少一个棱边、例如环形围绕的棱边、优选具有基本上90°的角度的棱边。
此外，在所述缺口和压力传感器之间尤其可以布置有所述孔的壁的至少一个壁区段，该壁区段不具有缺口。这样，所述至少一个腔尤其可以与压力传感器间隔开地布置。
压力分接部尤其可以基本上垂直于流动通道地分岔出。关于此点以及之前也提到的“基本上垂直于”或“以基本上90°的角度”理解为90°的角度，然而其中，±15°、优选不超过±10°并且特别优选不超过±5°的偏差是可容许的。
相对于传统的传感器元件，根据本发明的传感器元件具有大量优点。尤其可以在腔中接收污染、如水和污物颗粒。水和污物颗粒例如可以达到压力分接部中，所述水和污物颗粒例如由于流动和/或表面应力沿着压力分接部的壁缓慢移动并且可以由此达到所述腔中。以该方式，能够保护压力传感器免受水和污物颗粒的影响，其方式是，这些水和污物颗粒积聚在腔中。与此相应地，压力分接部能够这样构型，使得例如水和污物颗粒不能推进至传感器元件并且由此例如仅干燥的空气推进至压力传感器。这种构型的优点在于，原则上能够尽可能地避免由于水和污物积聚所引起的压力传感器的暂时的错误显示。此外，能够至少尽可能地避免由于污物积聚、尤其在水蒸发后所引起的压力传感器的持续的特征曲线变化并且由此避免空气质量的错误确定。
附图说明
本发明的其他细节和可选特征在实施例中示出，这些实施例在下面的附图中示意性示出。
附图示出：
图1根据本发明的传感器元件的实施例；
图2A和2B呈插接式探测器形式的根据本发明的传感器元件的不同示图；和
图3内燃机的进气管路，其中，根据本发明的传感器元件布置在增压空气冷却器和节流阀之间。
具体实施方式
在图1中以示意性剖示图示出根据本发明的传感器元件110的实施例。传感器元件110包括壳体112，该壳体可以一件式地或多件式地构型。壳体112形成可以由流体介质流经的至少一个流动通道114。在这里，在本发明的框架下存在该壳体112如何形成流动通道114的多种可能性。因此，流动通道114例如可以完全由壳体112围绕，使得流动通道114例如完全布置在壳体112中。然而，替代地或附加地，壳体112也可以仅具有或形成至少一个流动通道壁116，该流动通道壁可以由流体介质流过。与此相应地，流动通道114例如可以构型为流动管或者例如也构型为敞开的室，该室至少在一侧由流动通道壁116形成。
在流动通道壁116中构造有至少一个压力分接部118。压力分接部118尤其可以完全地或部分地构型为孔119。该压力分接部118从流动通道中分岔出。为了该目的，压力分接部118例如可以如图1中所示那样具有孔，该孔优选关于流动通道壁116成直角地从流动通道114分岔出。流动通道114例如可以沿主流动方向120由流体介质流经，该主流动方向例如可以平行于流动通道壁116地构造。压力分接部118和/或压力分接部118的轴线122、例如柱体轴线例如可以基本上垂直于该主流动方向120地走向。然而其他构型原则上也是可能的。
参照图2A和2B要阐明的是，壳体112和压力分接部118可以如何构型。因此，这些图示出根据本发明的传感器元件110的不同示图，该传感器元件在示出的实施例中构造为插接式探测器124。插接式探测器124例如可以伸入到流动通道114中，使得流动通道壁116部分地通过插接式探测器的壳体112形成。在此，图2A示出具有闭合的盖的插接式探测器124的构型，而在根据图2B的构型中取下盖，从而可以看见布置在壳体112中的通道区段126，流体介质可以通过开口128进入到该通道区段中。对于传感器元件110的可能构型例如可以参见上面引用的DE 10 2007 053 273A1。但是其他构型原则上也是可能的。如在这些图中可看出，传感器元件110可以具有多个压力分接部118，这些压力分接部可以布置在通道区段126内部和/或布置在插接式探测器124的外侧上。因此，壳体112的可由流体介质达到并且可由流体介质流过的所有区域均能够作为流动通道壁116起作用，所述流动通道壁具有至少一个压力分接部118。在示出的示例中，例如可以在壳体112的外侧上、即在插接式探测器124的外侧上布置有两个压力分接部，并且在通道区段126的内部布置有一个压力分接部118。不同的构型是可能的。
如在图1中还可看出，在压力分接部118中布置有至少一个压力传感器130。压力分接部118例如可以围绕轴线122基本上柱形地构型，并且压力传感器130例如可以位于柱形构型的压力分接部118的端部上。与此相应地，压力分接部118例如可以构型为盲孔，该盲孔具有朝向流动通道114敞开的一侧和与该敞开的一侧背离的端侧，该端侧是封闭的并且在该端侧上布置有压力传感器130。
压力分接部118还包括壁132，该壁例如可以构型为柱体壁132。该壁132例如可以圆柱形地构型。然而多边形的横截面原则上也是可能的。在示出的实施例中，在该壁132中布置有腔134。该腔134优选具有至少一个锐利的棱边136，使得腔134优选形成在柱形压力分接部118中的侧凹部。与此相应地，腔134例如可以构造为缺口138、例如环形槽、例如柱形的环形槽。腔134例如可以关于轴线122轴对称并且例如可以具有直径或等效直径DK，而压力分接部118的柱形孔本身例如可以具有直径或等效直径DD。此外，腔134可以沿着轴线122例如具有高度、如柱体高度HK。在缺口138和压力传感器130和/或压力分接部118的端侧之间例如可以布置有壁区段140，该壁区段构造得没有缺口并且没有腔134。与此相应地，腔134例如可以与压力传感器130间隔开地构造。
根据图2A和2B，传感器元件110、例如构造为插接式探测器124的传感器元件110例如可以布置在内燃机144的空气系统142中，该空气系统在图3中示意性地示出。如在那里可看出，该空气系统142包括具有空气过滤器146、增压空气冷却器148和节流阀150的进气管路144以及具有排气门154的排气管路152。此外，可选地设置有排气导回装置156。传感器元件110例如可以布置在增压空气冷却器148和节流阀150之间并且例如可以构型为基于压力的空气质量测量计。
在示出的布置中，水和污物颗粒可以随着流动推进至传感器元件110的压力分接部118。为了保护可以作为绝对压力传感器和/或压差传感器起作用的所述至少一个压力传感器130免受水和/或污物积聚的影响，可以设置根据图1的腔134。该腔可以构型为侧凹部并且以该方式集成到压力分接部中，由此形成腔134。侵入到压力分接部118中并且在通向压力传感器130的壁132上流动的水滴通过侧凹部转向到腔134中。由于附着力，水保留在腔134中并且不推进至压力传感器130，由此保护压力传感器130如此长时间地免受水和污物颗粒的影响，直至腔134完全填满。水由于附着保留在腔中，由此腔高度HK不应超过4至6mm。在该实施例中或在另外的实施例中，腔134通常可以具有优选不超过4至6mm的高度HK。
防水可以通过增大的腔直径DK来增强。替代地或附加地，可以在遵循最大腔高度HK的情况下改进腔横截面AK。
此外，在传感器元件110的该实施例中或在另外的实施例中，替代于单个腔134，也可以设置有多个腔。这样例如可以设置有例如呈多个连续布置的环形槽形式的多个缺口134，这些缺口沿着轴线118布置在壁132中。

Claims (11)

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(112)，其中，所述壳体(112)形成能由所述流体介质流经的至少一个流动通道(114)，其中，由所述流动通道(114)分岔出压力分接部(118)，其中，在所述压力分接部(118)中布置有用于感测所述流体介质的压力的至少一个压力传感器(130)，
其特征在于，
在所述流动通道(114)和所述压力传感器(130)之间在所述压力分接部(118)的至少一个壁(132)中布置有用于接收污物的至少一个腔(134)。
2.根据前一权利要求所述的传感器元件(110)，其中，所述传感器元件(110)从以下组中选择出，该组由空气质量测量计、流量计、流量测量计、绝对压力测量计、压差测量计组成。
3.根据前述权利要求中任一项所述的传感器元件(110)，其中，所述压力分接部(118)具有从所述流动通道(114)中分岔出的孔(119)。
4.根据前一权利要求中所述的传感器元件(110)，其中，所述孔(119)完全地或部分地构型为柱形孔(119)。
5.根据前两个权利要求中任一项所述的传感器元件(110)，其中，所述压力分接部(118)构型为从所述流动通道(114)分岔出的盲孔，其中，所述压力传感器(130)布置在所述盲孔的端部上。
6.根据前三个权利要求中任一项所述的传感器元件(110)，其中，所述腔(134)构型为在所述孔(119)的壁(132)中的缺口(138)。
7.根据前一权利要求中所述的传感器元件(110)，其中，所述缺口(138)环形地构型。
8.根据前一权利要求中所述的传感器元件(110)，其中，所述环形的缺口(138)具有至少为所述孔(119)的直径或等效直径的1.2倍的直径或等效直径。
9.根据前三个权利要求中任一项所述的传感器元件(110)，其中，所述缺口(138)具有侧凹部。
10.根据前四个权利要求中任一项所述的传感器元件(110)，其中，所述缺口(138)在到所述孔(119)的所述壁(132)的过渡部处具有至少一个棱边(136)。
11.根据前五个权利要求中任一项所述的传感器元件(110)，其中，在所述缺口(138)和所述压力传感器(130)之间布置有所述孔(119)的所述壁(132)的至少一个壁区段(140)，该壁区段不具有缺口(138)。
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