CN1106569C - 流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量流量、尤其是用于测量内燃机吸气量的装置，其具有一个轴向延伸的测量通道，热敏测量元件容纳在测量通道中。测量通道从入口至S形通道延伸，气流从S形通道的出口中流出，出口与入口没有轴向的间距，出口与入口平面相交。本发明的装置结构紧凑，且测量结果不受气流冲动或脉动的影响。

Description

流量测量装置

现行技术

本发明涉及一种流量测量装置，尤其是用于测量内燃机的吸气量的装置。已经存在一种这样的装置(EP0547595 A2)，它具有一个圆筒形的内壳和一个圆筒形的外壳，热敏测量元件容纳在内壳的中心测量通道中，所述的测量通道在内壳中沿轴向延伸并且在一侧设有开口，以测量气流的流量，尤其是内燃机的吸气量。该装置提供了可安装的过渡元件，如吸管，内燃机通过该吸管经过空气过滤器而从外部吸入空气。圆筒状的内壳通过数条肋与外壳连成一体，该内壳进一步包括一段迂回管，该迂回管与所述的内壳是分体的，并且与测量通道同心地进行设置，该迂回管围绕着测量通道，两者之间形成了一个环形的间隙，迂回管的轴向延伸量小于测量通道的轴向延伸量。从与外壳同心的入口进入外壳并在外壳中流动的气流首先进入测量通道，然后流经设置在气流下游端的热敏测量元件，然后气流以反方向从测量通道流入迂回管。在迂回管中流动的气流从一个缝式的出口流出，所述出口在内壳的周面上加工而成，设置在离入口足够远的下游处，流出的气流再次与在内外壳之间流动的气流相混合。然而，这种具有内壳、外壳及可安装的过渡元件的装置整体尺寸太大，因而仅限于较小的应用范围，受到安装条件的限制，尤其是在摩托车的发动机中安装受到限制。

在内燃机的情况下，由于每个缸的进气阀的开闭动作使气流产生了较大的冲动或脉动。脉动的大小取决于每个活塞的吸气频率，或者说取决于内燃机的转速。气流的脉动来源于吸气通道的吸气阀，在而内壳中的测量元件也受到脉动气流的影响。测量元件由于其热惰性和方向不敏感性，气流的脉动会根据脉动的大小对测量结果造成不同的偏差，使测量结果偏离测量通道中的平均气流速度，这也会对内燃机的吸气量的测量带来误差，因为这要由气流速度换算得出。

本发明的优点

与此相反，本发明提供了一种测量在一管道中流动的一介质的流量的装置，尤其是测量内燃机的吸气量的装置，其具有热敏测量元件，气流经过热敏测量元件，热敏测量元件设置在测量通道中，测量通道在装置中平行于管道沿轴向延伸，即从测量通道的一入口延伸至S形的通道，在测量通道中流动的气流流入S形的通道，并从S形的通道的出口流出，流入管道中，该入口确定了一入口平面，该出口有一中心点，其中，由入口确定的入口平面与出口相交，在管道的轴向方向上在入口的入口平面和出口的中心点之间仅有一很小的轴向间距，甚至不存在轴向间距，入口的入口平面和出口的中心点之间的间距至多是入口的横截面最小尺寸的大约50％。

本发明的流量测量装置的优点是，可以得到一致的测量结果，测量结果不受气流冲动或脉动的影响。

在本发明的装置中，可有一呈立方体状的测量部分，该部分包含测量通道和测量元件。测量通道的入口可具有矩形的横截面。测量通道可具有矩形的横截面，并且在其整个长度上沿流动方向变窄。S形通道的出口可具有矩形的横截面。测量通道的入口处最好具有圆角的边缘表面。测量元件可设计成具有绝缘膜的微小的机械元件。所述的装置可设计成可插入式的部件。

本发明的装置的突出优点是结构紧凑、整体尺寸小、仅需要很小的安装空间。本发明的装置非常适用于作为一种插入式的部件，特别适合于在安装条件受限的情况下使用，例如在摩托车的发动机中使用。

附图说明

本发明的实施例用图形进行了简化表示，并在下文中进行了更详细的说明。图1是本发明的装置的侧视图的局部横截面图，图2是图1的沿II-II线的截面图。

实施例的说明

图1是一种装置的侧视图的局部横截面图，该装置由标号1表示，用于测量流量，尤其是用于测量内燃机的吸气量。该装置1呈细长状，其长度方向沿吸管7的径向而位于纵轴10的方向上，该装置举例来说可以插入式地置于吸管7的开口6内，所述的开口6是在管壁5上加工而成的。装置1通过管壁5上的密封圈3得以密封，并且固定在管壁5上，例如可用螺钉进行连接，这一点没有进行更详细的图示。用剖面线表示的管壁5是吸管7的组成部分，举例来说吸管7可以是圆筒形的，通过该吸管7，内燃机可以通过一个空气过滤器从外部环境吸入空气，该空气过滤器没有进行更详细的图示。在吸管7呈圆筒状的情况下，吸管7的管壁5把气流限制在大约呈圆形的横截面内，吸管7的横截面的中心部沿吸管7的轴线延伸，并且平行于管壁5，中心轴线11的走向垂直于纵轴10。装置1的测量部分17置于流动的气流中，并且以中心轴线11为对称轴地进行放置，举例来说大约是吸管7的中心部位，这样气流就可以冲向置于测量元件17中的热敏测量元件20，如果这样做可行的话，就消除了所有的管壁5的管壁的影响。在如图1和图2所示的实施例中，气流从右至左通过，气流的方向由相应的箭头30表示。

装置1是一个整体，包括测量部分17、器件部分18、和定位部分19，并且举例来说通过塑料注模技术由塑料制成。测量元件20举例来说可以设置在某种板式的陶瓷基底上，可以采用现行技术，如采用德国的offenlegungs-schrift 3844354技术，把一个或几个热敏电阻设置在板式的陶瓷基底上，该基底是一种热抵抗膜，即所谓的热膜电阻(hot-film resistors)。另外也还有其他的方法，举例来说可以采用德国专利申请第P4338891号所建议的方法把测量元件20设计成具有绝缘膜的微小的机械元件。测量元件20的每个热抵抗膜与电子测定电路22构成电回路，这是通过连接导线21连通的，导线21在装置1的内部也延伸，电子测定电路22在图1中用虚线表示，该电子测定电路22举例来说包括电阻测量电桥。电子测定电路22举例来说可容纳在装置1的器件部分18或定位部分19中。通过定位部分19上的插接元件24，由电子测定电路22提供的电信号可以进一步反馈给举例来说电子控制装置，而该电子控制装置用于进行内燃机的空载控制或动力控制。热敏测量元件的功能和结构的详细说明在这里没有进行，这是因为精于本项技术的人都可以在现行技术中进行详细的了解。

如图2所示，该图是图1的沿II-II线的横截面图，装置1的测量元件17呈立方体状，具有测量通道33和S形的通道34，其中的测量通道33在测量部分17中沿轴向延伸。测量通道33从入口36开始在测量部分17中沿轴向延伸，该入口36举例来说具有矩形的横截面，测量通道33还具有一个口35，该测量通道33限制于上表面38、下表面37及两个侧表面39、40之间，其中的上表面38离中心轴线11较远，而下表面37离中心轴线11较近，在图1所示的实施例中，测量通道33相对于中心轴线11偏心地进行设置。也可以使测量通道33对中地或者说在吸管7的中心轴线部进行设置。板式的测量元件20在测量通道33中尽可能多地沿(吸管7的)径向即沿着纵轴10的方向延伸，并且相对于纵轴10对称地设置。测量元件20的一端固定在器件部分18的上表面38上，这样气流可以环绕过所述的测量元件20，而测量元件20的两个侧表面23大致平行于中心轴线11。如图2所示，测量通道33的侧表面39和40相对于一个平面14而倾斜地延伸，该平面14是由中心轴线11和纵轴10而确定的，侧表面39、40与所述的平面14形成了一个锐角，因而，而测量通道33沿气流30的方向而轴向地变窄，从而在口35处，即与S形通道34的连接处具有最小的横截面。测量通道33的变窄使得平行而来的气流以尽可能平稳的方式通过测量元件20的区域。为了防止气流在入口36处的停滞现象，入口36的边缘41的表面都呈圆形。S形通道34具有矩形的横截面，该横截面的大小大约与测量通道33的入口36的横截面相同，这样气流的横截面在测量通道33和S形通道34的交口35处是突然增大的。轴向而来的气流经过测量通道33进入呈S形的通道34，然后径向地从出口46流出，流出的方向在图1中用箭头31表示，从而再次与绕过装置1的气流混合。与S形通道相似，出口46举例来说具有一个矩形的横截面，该出口设置在测量部分17的下部的外表面45上，所述的外表面45与中心轴线11平行。在图1中，与气流30相面对的测量部件17的前表面50在矩形出口46的右侧横向地与所述下部的外表面45相邻，使得从下部的外表面45至测量通道的下表面37形成了圆形的过渡，这样，气流在离入口36足够远处就倾向于流进入口36。

根据本发明，测量通道33的入口36和S形通道34的出口46(沿吸管7)径向地一上一下进行设置，这样，两者之间的轴向距离，在图1和图2中用a表示，是非常小的，甚至不存在轴向距离。轴向距离a是由入口平面55和中心平面56确定的，入口平面55是由入口36确定的，中心平面56通过出口46的中心点S并且与入口平面55平行。在出口46的横截面为矩形的情况下，中心点S位于中线的交点处。正象已熟知的那样，热敏测量元件20被加热至很高的温度，该温度要高于气流的温度，热量主要以对流的方式传递至气流，而传递的热量取决于测量通道33中的气流速度，这样，维持高温的参数，举例来说是热压或所需的热流，就是测量通道33中的气流速度的措施，也是测量吸管7中的吸气量的措施，吸气量可以根据气流速度计算出来。因为对流方式的热传递遵循非线性的物理定律，所以，测量元件20也具有非线性的特性，其结果是，在脉动气流和脉动地对气流进行热传递的情况下，测量结果就不能对应于实际的测量通道33中的平均气流速度，而是与之存在着较大的偏差，偏差的大小取决于脉动的程度大小，出现偏着是由测量元件20的热惰性而产生的。由于出口46径向地设置在入口36的下方，两者之间没有或者仅有一个很短的轴向距离a，这就有可能使得入口36和出口46处同时发生压力变化，这种压力变化在气流的脉动过程中是同时发生的，对S形通道34而言，出口和入口处的脉动作用相互之间就抵消了，因而，在S形的通道34中就得到了不受压力变化影响的均匀一致的流速。空气流在S形的通道34中恒速流动的结果是气流以常数的速度在测量通道33中经过测量元件20，而不受压力脉动变化的影响，也不受脉动大小的影响，因而可以得到准确的测量结果。然而，这种效果仅仅是当出口46径向地设置于入口36的下方，两者之间的轴向距离a最小的条件下才会产生的。而距离a本身取决于入口36的横截面积的选择，或者说取决于测量通道33的横截面积的选择，并且距离a应至多是入口36处的最小尺寸b的大约50％。入口36的最小尺寸b在如图1所示的实施例中进行了标注，该尺寸b对应于从器件部分18的表面38至测量通道33的下表面37之间的径向距离，如果测量通道33举例来说是圆筒形的，具有圆形的横截面，则最小尺寸b对应于入口36处的圆筒形测量通道33的直径。

Claims (8)

1.一种测量在一管道(7)中流动的一介质的流量的装置，具有热敏测量元件(20)，气流经过热敏测量元件，热敏测量元件设置在测量通道(33)中，测量通道在装置中平行于管道(7)沿轴向延伸，即从测量通道(33)的一入口(36)延伸至S形的通道(34)，在测量通道(33)中流动的气流流入S形的通道(34)，并从S形的通道(34)的出口(46)流出，流入管道(7)中，该入口(36)确定了一入口平面(55)，该出口(46)有一中心点(S)，其特征在于，由入口(36)确定的入口平面(55)与出口(46)相交，在管道(7)的轴向方向上在入口(36)的入口平面(55)和出口(46)的中心点(S)之间仅有一很小的轴向间距(a)，或者没有轴向间距，入口(36)的入口平面(55)和出口(46)的中心点(S)之间的间距(a)至多是入口(36)的横截面最小尺寸(b)的50％。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置(1)具有一呈立方体状的测量部分(17)，该部分包含测量通道(33)和测量元件(20)。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，测量通道(33)的入口(36)具有矩形的横截面。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，测量通道(33)具有矩形的横截面，并且在其整个长度上沿流动方向变窄。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，S形通道(34)的出口(46)具有矩形的横截面。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，测量通道(33)的入口(36)处具有圆角的边缘表面(41)。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，测量元件(20)设计成具有绝缘膜的微小的机械元件。

8.如权利要求1所述的装置，所述的装置(1)设计成可插入式的部件。

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