DE102011017780A1

DE102011017780A1 - Sensor device for detecting a parameter of a flowing fluid medium

Info

Publication number: DE102011017780A1
Application number: DE201110017780
Authority: DE
Inventors: Richard Fix; Martin Schilling; Tobias Woerz; Alexander Martin; Marc Brueck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2012-10-31
Also published as: WO2012146422A1

Abstract

Es wird eine Sensorvorrichtung (110) zur Erfassung mindestens eines Parameters eines mit einer Hauptströmungsrichtung (114) durch ein Strömungsrohr (130) strömenden fluiden Mediums vorgeschlagen. Die Sensorvorrichtung (110) umfasst mindestens ein Gehäuse (112) und mindestens ein in das Gehäuse (112) eingebrachtes Sensorelement (126) zur Erfassung des Parameters. Das Gehäuse (112) ist mit dem Strömungsrohr (130) verbindbar. Das Gehäuse (112) weist mindestens ein Außengehäuse (118) und mindestens ein von dem Außengehäuse (118) zumindest teilweise umschlossenes Innengehäuse (120) auf. Zwischen dem Außengehäuse (118) und dem Innengehäuse (120) ist mindestens ein Ringspalt (122) ausgebildet. Das Gehäuse (112) ist derart ausgebildet, dass das fluide Medium in einer axialen Richtung in den Ringspalt (122) einströmen kann, um zu dem Sensorelement (126) zu gelangen und anschließend durch das Innengehäuse (120) zurück in das Strömungsrohr (130) zu strömen. In dem Ringspalt (122) ist mindestens ein Leitelement (142) angeordnet, welches eingerichtet ist, um eine Querströmung quer zu der axialen Richtung zumindest in einem Abschnitt des Ringspalts (122) zumindest weitgehend zu verhindern.A sensor device (110) for detecting at least one parameter of a fluid medium flowing through a flow pipe (130) with a main flow direction (114) is proposed. The sensor device (110) comprises at least one housing (112) and at least one sensor element (126) introduced into the housing (112) for detecting the parameter. The housing (112) can be connected to the flow tube (130). The housing (112) has at least one outer housing (118) and at least one inner housing (120) at least partially enclosed by the outer housing (118). At least one annular gap (122) is formed between the outer housing (118) and the inner housing (120). The housing (112) is designed in such a way that the fluid medium can flow into the annular gap (122) in an axial direction in order to reach the sensor element (126) and then through the inner housing (120) back into the flow tube (130). to pour. At least one guide element (142) is arranged in the annular gap (122) and is designed to at least largely prevent a transverse flow transverse to the axial direction at least in a section of the annular gap (122).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von bekannten Sensorvorrichtungen zur Erfassung mindestens eines Parameters eines strömenden fluiden Mediums, also beispielsweise einem Gas und/oder einer Flüssigkeit. Derartige Sensorvorrichtungen können grundsätzlich eingerichtet sein, um einen oder mehrere physikalische und/oder chemische Parameter qualitativ und/oder quantitativ zu erfassen. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine qualitative und/oder quantitative Erfassung einer Zusammensetzung des fluiden Mediums handeln, beispielsweise um eine qualitative und/oder quantitative Erfassung mindestens einer Komponente des fluiden Mediums, beispielsweise einer Gaskomponente. Auf diese Weise können beispielsweise spezifisch eine oder mehrere Komponenten des fluiden Mediums detektiert werden. Beispiele derartiger Sensorvorrichtungen sind Vorrichtungen, die zur Erfassung eines Anteils, beispielsweise einer Konzentration oder eines Partialdrucks, einer Gaskomponente eines Gases eingerichtet sind, beispielsweise eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise Sensorvorrichtungen, die zur Erfassung eines Sauerstoffanteils und/oder eines Stickoxid-Anteils in dem Gas eingerichtet sind. Derartige Sensorvorrichtungen sind beispielsweise in Form so genannter Lambdasonden bekannt und sind beispielsweise in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 154–159 beschrieben. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Arten von Parameter des strömenden fluiden Mediums bestimmt werden, beispielsweise ein oder mehrere Strömungsparameter oder ein Druck, eine Temperatur oder andere Eigenschaften des Gases oder Kombinationen der genannten Parameter.The invention is based on known sensor devices for detecting at least one parameter of a flowing fluid medium, that is, for example, a gas and / or a liquid. Such sensor devices may in principle be designed to qualitatively and / or quantitatively detect one or more physical and / or chemical parameters. For example, this may be a qualitative and / or quantitative detection of a composition of the fluid medium, for example a qualitative and / or quantitative detection of at least one component of the fluid medium, for example a gas component. In this way, for example, specifically one or more components of the fluid medium can be detected. Examples of such sensor devices are devices which are adapted to detect a proportion, for example a concentration or a partial pressure, of a gas component of a gas, for example an exhaust gas of an internal combustion engine, for example sensor devices which detect an oxygen content and / or a nitrogen oxide content in the gas are set up. Such sensor devices are known for example in the form of so-called lambda probes and are for example in Robert Bosch GmbH: Sensors in motor vehicles, issue 2007, pages 154-159 described. Alternatively or additionally, other types of parameters of the flowing fluid medium may also be determined, for example one or more flow parameters or a pressure, a temperature or other properties of the gas or combinations of said parameters.

Bei vielen derartigen Sensorvorrichtungen, insbesondere bei aktuellen Abgassensoren, wird in der Regel mindestens ein Sensorelement verwendet, beispielsweise ein elektrisch beheiztes, keramisches Sensorelement bei Lambdasonden. Dieses mindestens eine Sensorelement wird in der Regel, wie auch in dem oben genannten Stand der Technik beschrieben, durch ein oder mehrere Schutzrohre vor einem direkten Kontakt mit der Strömung des fluiden Mediums zumindest teilweise abgeschirmt. Die Hauptaufgaben derartiger Schutzrohre bestehen in einer Begrenzung eines Stroms, beispielsweise eines Abgasmassenstroms, über das Sensorelement, in einem Fernhalten von Kondenswasser in einer Abgasanlage von dem Sensorelement, d. h. einem Schutz vor Wasserschlag auf einer heißen Keramik, welcher zum Bruch eines Sensorelements führen könnte, einem Sicherstellen einer ausreichenden Sondendynamik in Form eines schnellen Gasaustauschs in der Nähe des Sensorelements, und in einem Schutz des Sensorelements vor einer mechanischen Beanspruchung, beispielsweise bei einem Verbau.In many such sensor devices, in particular in the case of current exhaust gas sensors, at least one sensor element is generally used, for example an electrically heated, ceramic sensor element in the case of lambda probes. This at least one sensor element is usually at least partially shielded by one or more protective tubes from direct contact with the flow of the fluid medium, as described in the above-mentioned prior art. The main tasks of such protective tubes consist in limiting a flow, for example an exhaust gas mass flow, via the sensor element, in keeping condensed water away in an exhaust gas system from the sensor element, ie. H. a protection against water hammer on a hot ceramic, which could lead to breakage of a sensor element, ensuring sufficient probe dynamics in the form of rapid gas exchange in the vicinity of the sensor element, and in a protection of the sensor element against mechanical stress, for example in a shoring.

Die Anforderungen an die Schutzrohre sind zum Teil gegenläufig. So ist eine hohe Dynamik nur durch eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit durch das Schutzrohr zu erreichen, die jedoch wiederum einen Wassertransport zum Sensorelement wahrscheinlicher macht und ebenso eine Auskühlung des Sensorelements durch das kältere Abgas und/oder eine Erwärmung des Sensorelements durch ein heißeres Abgas erhöht.The requirements for the protective tubes are partly in opposite directions. Thus, high dynamics can only be achieved by a sufficient flow velocity through the protective tube, which in turn makes water transport to the sensor element more probable and also increases cooling of the sensor element by the colder exhaust gas and / or heating of the sensor element by a hotter exhaust gas.

Viele Schutzrohre, wie beispielsweise auch die Schutzrohre, die zum Schutz der Lambdasonden in dem oben beschriebenen Stand der Technik verwendet werden, sind geometrisch als Zweifach-Schutzrohre ausgestaltet. Hierbei befindet sich zwischen einem ersten und einem zweiten Schutzrohr ein durchgängiger Ringspalt, dessen Eintrittsquerschnitt in manchen Fällen noch durch eine so genannte Ringspaltabdeckung verringert wird. Im Rahmen von Untersuchungen, die zur vorliegenden Erfindung geführt haben, hat sich allgemein gezeigt, dass bei herkömmlichen Schutzrohren für Sensorvorrichtungen ein erhebliches Verbesserungspotenzial dahingehend besteht, dass sich Anströmbedingungen des Sensorelements innerhalb der Schutzrohre je nach Abgasströmung verändern können. Diese Veränderung kann einen erheblichen Einfluss auf die Funktion der Sensorvorrichtung und das damit verbundene Sensorsignal haben. Wünschenswert wäre daher eine Sensorvorrichtung, bei welcher derartige Effekte, die abhängig von der Anströmung der Sensorvorrichtung sind, nicht oder lediglich in einem stark verringerten Maße auftreten.Many protective tubes, such as the protective tubes used to protect the lambda probes in the prior art described above, are geometrically configured as dual-protection tubes. Here, between a first and a second protective tube is a continuous annular gap, the inlet cross-section is reduced in some cases by a so-called annular gap cover. In the context of investigations that led to the present invention, it has generally been shown that in conventional thermowells for sensor devices there is a considerable potential for improvement in that flow conditions of the sensor element within the thermowells can change depending on the exhaust gas flow. This change can have a considerable influence on the function of the sensor device and the associated sensor signal. It would therefore be desirable to have a sensor device in which such effects, which are dependent on the flow of the sensor device, do not occur or only to a greatly reduced extent.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird dementsprechend eine Sensorvorrichtung zur Erfassung mindestens eines Parameters eines mit einer Hauptströmungsrichtung durch ein Strömungsrohr strömenden fluiden Mediums vorgeschlagen, insbesondere zur Erfassung mindestens eines Parameters eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine. Bezüglich der möglichen, zu erfassenden Parameter, welche qualitativ und/oder quantitativ erfasst werden können, kann auf die obige Beschreibung des Standes der Technik verwiesen werden. Bei dem Strömungsrohr kann es sich insbesondere um ein Abgasrohr und/oder einen Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine handeln. Im Folgenden wird die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf Sensorvorrichtungen zur qualitativen und/oder quantitativen Erfassung eines Gasanteils in einem Gas beschrieben, insbesondere zur Erfassung eines Sauerstoffanteils und/oder eines Stickoxidanteils in dem Gas, wobei grundsätzlich jedoch auch eine Vielzahl anderer Ausgestaltungen der Sensorvorrichtung möglich ist.Accordingly, a sensor device is proposed for detecting at least one parameter of a fluid medium flowing through a flow tube with a main flow direction, in particular for detecting at least one parameter of an exhaust gas of an internal combustion engine. With regard to the possible parameters to be detected, which can be detected qualitatively and / or quantitatively, reference may be made to the above description of the prior art. The flow tube may in particular be an exhaust pipe and / or an exhaust gas tract of an internal combustion engine. In the following, the invention will be described in particular with reference to sensor devices for qualitative and / or quantitative detection of a gas content in a gas, in particular for detecting an oxygen content and / or a nitrogen oxide content in the gas, but in principle also a variety of other embodiments of the sensor device is possible ,

Die Sensorvorrichtung umfasst mindestens ein Gehäuse und mindestens ein in das Gehäuse eingebrachtes Sensorelement zur Erfassung des Parameters. Unter einem Gehäuse ist allgemein eine Vorrichtung zu verstehen, welche mindestens einen Innenraum umschließt und welche eine Schutzfunktion für eine oder mehrere Komponenten der Sensorvorrichtung ausübt, die in dem mindestens einen Innenraum aufgenommen sind. Insbesondere kann das Gehäuse eingerichtet sein, um eine mechanische Schutzfunktion bereitzustellen. Alternativ oder zusätzlich können auch beispielsweise Schutzfunktionen gegenüber Feuchtigkeit, mechanischen Belastungen beim Verbau der Sensorvorrichtung, thermische Schutzfunktionen oder andere Schutzfunktionen oder Kombinationen der genannten und/oder anderer Schutzfunktionen gegeben sein. Vorzugsweise kann das Gehäuse eingerichtet sein, um eine Schutzwirkung zumindest gegenüber mechanischen Belastungen zu gewährleisten. Beispielsweise kann das Gehäuse zumindest teilweise aus einem steifen Material hergestellt werden, welches beispielsweise bei einem Fixieren des Gehäuses in dem Strömungsrohr des fluiden Mediums bei üblichen Kräften, beispielsweise bei üblichen Verschraubungskräften, keine Verformung durchläuft. Das Gehäuse kann beispielsweise ganz oder teilweise aus einem metallischen Material und/oder einem Kunststoffmaterial hergestellt sein. The sensor device comprises at least one housing and at least one sensor element introduced into the housing for detecting the parameter. A housing is generally understood to mean a device which encloses at least one interior space and which exerts a protective function for one or more components of the sensor device, which are accommodated in the at least one interior space. In particular, the housing may be configured to provide a mechanical protection function. Alternatively or additionally, protective functions against moisture, mechanical loads during installation of the sensor device, thermal protection functions or other protective functions or combinations of the aforementioned and / or other protective functions may also be provided, for example. Preferably, the housing may be arranged to ensure a protective effect against at least mechanical loads. For example, the housing may be at least partially made of a rigid material, which, for example, in a fixing of the housing in the flow tube of the fluid medium at normal forces, for example, at normal Verschraubungskräften, undergoes no deformation. The housing may for example be wholly or partly made of a metallic material and / or a plastic material.

Unter einem Sensorelement ist ein Element zu verstehen, welches eingerichtet ist, um den mindestens einen Parameter zu erfassen und mindestens ein Signal entsprechend dieser Erfassung des mindestens einen Parameters zu erzeugen. Beispielsweise kann das Sensorelement mindestens einen Sensorchip umfassen und/oder mindestens einen keramischen Schichtaufbau. Beispielsweise kann das Sensorelement mindestens ein Sensorelement umfassen, welches auf der Verwendung mindestens eines Festelektrolyten basiert, insbesondere mindestens eines keramischen Festelektrolyten, wie beispielsweise Zirkoniumdioxid. Diesbezüglich kann beispielsweise auf die oben genannten Lambdasonden und insbesondere planare Lambdasonden verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen des Sensorelements sind jedoch grundsätzlich möglich.A sensor element is understood to be an element which is set up to detect the at least one parameter and to generate at least one signal corresponding to this detection of the at least one parameter. For example, the sensor element may comprise at least one sensor chip and / or at least one ceramic layer structure. For example, the sensor element may comprise at least one sensor element, which is based on the use of at least one solid electrolyte, in particular at least one ceramic solid electrolyte, such as zirconium dioxide. In this regard, reference may be made, for example, to the abovementioned lambda probes and, in particular, planar lambda probes. However, other embodiments of the sensor element are in principle possible.

Das Gehäuse ist mit dem Strömungsrohr verbindbar. Zu diesem Zweck kann das Gehäuse beispielsweise mindestens ein Fixierelement umfassen, welches eingerichtet ist, um eine mechanische Fixierung und/oder Stabilisierung des Gehäuses relativ zu dem Strömungsrohr zu bewirken.The housing is connectable to the flow tube. For this purpose, the housing may, for example, comprise at least one fixing element, which is arranged to effect a mechanical fixing and / or stabilization of the housing relative to the flow tube.

Das Gehäuse umfasst mindestens ein Außengehäuse, insbesondere mindestens ein Außenrohr. Dieses Außengehäuse kann beispielsweise aus einem metallischen Material hergestellt werden. Alternativ oder zusätzlich können jedoch auch andere Materialien verwendet werden, beispielsweise keramische Materialien und/oder Kunststoffmaterialien. Unter einem Außenrohr ist ein Element zu verstehen, welches zumindest abschnittsweise rohrförmig gestaltet ist, beispielsweise als Hohlzylinder. Weiterhin umfasst das Gehäuse mindestens ein von dem Außengehäuse zumindest teilweise umschlossenes Innengehäuse, insbesondere mindestens ein Innenrohr. Beispielsweise können Außengehäuse und Innengehäuse zumindest abschnittsweise rohrförmig ausgestaltet sein, wobei das Außengehäuse beispielsweise das Innengehäuse ringförmig, insbesondere konzentrisch, umschließen kann. Zwischen dem Außengehäuse und dem Innengehäuse ist mindestens ein Ringspalt ausgebildet, beispielsweise ein Zylinderringspalt. Dieser Ringspalt kann beispielsweise einen polygonalen und/oder einen kreisringförmigen Querschnitt aufweisen. Das Gehäuse ist derart ausgebildet, dass das fluide Medium in einer axialen Richtung, also parallel zu einer Achse der Sensorvorrichtung und/oder des Gehäuses, in den Ringspalt einströmen kann. Beispielsweise kann diese Achse im Wesentlichen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums ausgerichtet sein. Das fluide Medium soll derart in der axialen Richtung in den Ringspalt einströmen können, dass dieses zu dem Sensorelement gelangen und anschließend durch das Innengehäuse zurück in das Strömungsrohr strömen kann. Beispielsweise kann in dem Ringspalt ein erster Strömungspfad ausgebildet sein, welcher von dem fluiden Medium in einer axialen Richtung vom Strömungsrohr weg durchströmt werden kann, wobei am Ende dieses Strömungspfads eine Verbindung zu dem mindestens einen Sensorelement besteht, wobei das fluide Medium beispielsweise mit dem Sensorelement und/oder mindestens einer Messoberfläche des Sensorelements in Kontakt geraten kann und/oder in das Sensorelement einströmen kann, bevor das fluide Medium anschließend in einer entgegengesetzten axialen Richtung, beispielsweise in Richtung auf das Strömungsrohr zu, durch das Innengehäuse hindurch zurück in das Strömungsrohr strömen kann.The housing comprises at least one outer housing, in particular at least one outer tube. This outer housing can be made for example of a metallic material. Alternatively or additionally, however, other materials may also be used, for example ceramic materials and / or plastic materials. Under an outer tube is an element to understand, which is at least partially tubular, for example, as a hollow cylinder. Furthermore, the housing comprises at least one of the outer housing at least partially enclosed inner housing, in particular at least one inner tube. For example, outer housing and inner housing may be at least partially tubular, wherein the outer housing, for example, the inner housing annular, in particular concentric, can enclose. Between the outer housing and the inner housing at least one annular gap is formed, for example, a cylindrical annular gap. This annular gap can, for example, have a polygonal and / or an annular cross-section. The housing is designed such that the fluid medium in an axial direction, that is parallel to an axis of the sensor device and / or the housing, can flow into the annular gap. For example, this axis may be aligned substantially perpendicular to the main flow direction of the fluid medium. The fluid medium should be able to flow into the annular gap in the axial direction in such a way that it can reach the sensor element and then flow back into the flow tube through the inner housing. For example, in the annular gap, a first flow path may be formed, which can be flowed through by the fluid medium in an axial direction away from the flow tube, wherein at the end of this flow path is a connection to the at least one sensor element, wherein the fluid medium, for example with the sensor element and / or at least one measuring surface of the sensor element can come into contact and / or flow into the sensor element before the fluid medium can then flow in an opposite axial direction, for example in the direction of the flow tube, through the inner housing back into the flow tube.

Insoweit kann das Gehäuse beispielsweise bekannten Gehäusen für Sensorelemente, beispielsweise gemäß dem oben beschriebenen Stand der Technik, entsprechen. Bei Untersuchungen zu derartigen Gehäusen wurde festgestellt, dass sich, insbesondere wenn der Ringspalt eintrittsseitig durch eine Ringspaltabdeckung teilweise verdeckt ist, eine so genannte Drehwinkelabhängigkeit in der Durchströmung des Ringspalts ausbilden kann. Dies kann bedeuten, dass sich, je nach Ausrichtung der Ringspaltabdeckung gegenüber der Hauptströmungsrichtung, beispielsweise der Abgasströmung, ein unterschiedliches Strömungsfeld im Inneren des Ringspalts und/oder des gesamten Gehäuses ausbilden kann, mit einem entsprechenden Einfluss auf die Funktion der Sensorvorrichtung. Beispielsweise kann aufgrund einer veränderten Anströmung und eines damit veränderten Impulseintrags eine Strömung bei Variation der Anströmgeschwindigkeit nicht mehr axial verlaufen und beispielsweise der Strömung zugewandte Öffnungen am Boden des Ringspalts beaufschlagen, sondern den Ringspalt und beispielsweise das z. B. zylindrisch ausgestaltete Innengehäuse zumindest teilweise umströmen und der Anströmung abgewandte Öffnungen in dem Ringspalt beaufschlagen. Durch diese veränderte Beaufschlagung des Sensorelements mit dem fluiden Medium können sich beispielsweise Messungen des mindestens einen Parameters erheblich verändern.In that regard, the housing may for example correspond to known housings for sensor elements, for example according to the above-described prior art. In studies on such housings has been found that, especially when the annular gap is partially covered on the inlet side by an annular gap cover, can form a so-called rotation angle dependence in the flow through the annular gap. This can mean that, depending on the orientation of the annular gap cover relative to the main flow direction, for example the exhaust gas flow, a different flow field can form inside the annular gap and / or the entire housing, with a corresponding influence on the function of the sensor device. For example, due to a changed flow and a change in pulse input a flow with variation of the flow velocity no longer run axially and, for example, the flow-facing openings act on the bottom of the annular gap, but the annular gap and, for example, the z. B. cylindrically configured inner housing at least partially flow around and act on the flow away from openings in the annular gap. As a result of this changed loading of the sensor element with the fluid medium, measurements of the at least one parameter, for example, can change considerably.

Basierend auf dieser Erkenntnis wird zur Lösung der genannten Problematik vorgeschlagen, dass die Sensorvorrichtung mindestens ein Leitelement aufweist, welches in dem Ringspalt angeordnet ist, wobei das Leitelement eingerichtet ist, um eine Querströmung quer zu der axialen Richtung zumindest in einem Abschnitt des Ringspalts zumindest weitgehend zu verhindern. Beispielsweise kann eine Querströmung so weit verhindert werden, dass das fluide Medium im Bereich des mindestens einen Leitelements in dem Ringspalt den Ringspalt zu nicht mehr als einem Viertel in einer Umfangsrichtung umrunden kann, vorzugsweise um nicht mehr als ein Fünftel und besonders bevorzugt um nicht mehr als ein Sechstel. Unter einem Leitelement ist dabei ein Element zu verstehen, welches die genannte Leitwirkung aufweist, beispielsweise ein Element, welches mindestens eine Leitfläche aufweist, um das fluide Medium in dem Ringspalt in eine axiale Richtung umzulenken und beispielsweise einen Impuls des fluiden Mediums in einer Richtung quer zur axialen Richtung, beispielsweise in einer tangentialen Richtung, aufzunehmen.Based on this finding, it is proposed to solve the mentioned problem that the sensor device has at least one guide element, which is arranged in the annular gap, wherein the guide element is arranged to at least substantially to a transverse flow transversely to the axial direction at least in a portion of the annular gap prevent. For example, a cross-flow can be prevented so far that the fluid medium in the region of the at least one guide element in the annular gap can surround the annular gap to not more than a quarter in a circumferential direction, preferably not more than one-fifth, and more preferably not more than a sixth. Under a guide element is to be understood as an element having said guiding action, for example, an element having at least one guide surface to deflect the fluid medium in the annular gap in an axial direction and, for example, a pulse of the fluid medium in a direction transverse to axial direction, for example, in a tangential direction to record.

Das Innengehäuse kann insbesondere mindestens einen hohlzylindrischen Abschnitt aufweisen, wobei das Außengehäuse vorzugsweise zumindest abschnittsweise den hohlzylindrischen Abschnitt umschließt.The inner housing may in particular have at least one hollow cylindrical section, the outer housing preferably enclosing the hollow cylindrical section at least in sections.

Das Leitelement kann insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einer Leitschaufel, insbesondere einer ebenen Leitschaufel; einem Leitblech, insbesondere einem ebenen Leitblech; einem Leitflügel, insbesondere einem ebenen Leitflügel. Zwischen den Begriffen Leitschaufel, Leitblech und Leitflügel wird im Folgenden nicht unterschieden, und es wird unter diesen Begriffen einheitlich ein flächiges Element verstanden, mit einer lateralen Erstreckung, welche eine Dicke dieses Elements erheblich übersteigt, beispielsweise um mindestens einen Faktor 2, vorzugsweise mindestens einen Faktor 5, insbesondere mindestens einen Faktor 10 oder sogar mindestens einen Faktor 100. Beispielsweise kann das Leitelement aus einem Kunststoffmaterial oder einem metallischen Material hergestellt sein, mit einer Dicke von weniger als 2 mm, insbesondere von weniger als 1 mm, und einer Längserstreckung von mindestens 5 mm oder sogar mindestens 10 mm in einer oder beiden Richtungen der Leitflächen. Beispielsweise kann das Leitelement als ebenes Leitelement ausgestaltet sein, also als Element mit zwei einander gegenüberliegenden Leitflächen mit rechteckigem Querschnitt.The guide element may in particular be selected from the group consisting of a guide blade, in particular a planar guide blade; a baffle, in particular a flat baffle; a guide wing, in particular a planar guide wing. The terms guide blade, baffle and guide vanes are not distinguished below, and these terms uniformly means a planar element, with a lateral extent, which exceeds a thickness of this element considerably, for example by at least a factor of 2, preferably at least one factor 5, in particular at least a factor of 10 or even at least a factor 100. For example, the guide element may be made of a plastic material or a metallic material having a thickness of less than 2 mm, in particular less than 1 mm, and a longitudinal extent of at least 5 mm or even at least 10 mm in one or both directions of the fins. For example, the guide element can be configured as a planar guide element, ie as an element with two opposite guide surfaces with a rectangular cross section.

Das Leitelement kann sich insbesondere von einer Außenwand des Innengehäuses durch den Ringspalt hindurch zu einer Innenwand des Außengehäuses erstrecken. Dies kann bedeuten, dass zumindest in dem Abschnitt des Ringspalts, in welchem das Leitelement angeordnet ist, das Leitelement in radiale Richtung den Ringspalt vollständig ausfüllt.The guide element can extend in particular from an outer wall of the inner housing through the annular gap to an inner wall of the outer housing. This can mean that, at least in the section of the annular gap in which the guide element is arranged, the guide element completely fills the annular gap in the radial direction.

Das Leitelement kann insbesondere mindestens eine im Wesentlichen parallel zu einer radialen Richtung der Sensorvorrichtung angeordnete Leitfläche aufweisen. Beispielsweise können dies die oben genannten ebenen Leitflächen sein, welche einander gegenüberliegen, beispielsweise bei einem rechteckförmigen Leitelement. Unter einer Richtung im Wesentlichen parallel zu einer radialen Richtung ist dabei eine Richtung zu verstehen, bei welcher die Leitfläche um nicht mehr als 20° von einer parallelen Ausrichtung zur radialen Richtung abweicht, vorzugsweise um nicht mehr als 10° und besonders bevorzugt um nicht mehr als 5° oder sogar nicht mehr als 2° oder nicht mehr als 0°. Unter einer radialen Richtung ist allgemein eine Richtung senkrecht zu einer Achse der Sensorvorrichtung zu verstehen, beispielsweise einer Achse, welche senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums ausgerichtet ist.The guide element may in particular have at least one guide surface arranged substantially parallel to a radial direction of the sensor device. For example, these may be the above-mentioned planar guide surfaces which are opposite one another, for example in the case of a rectangular guide element. A direction substantially parallel to a radial direction is to be understood as meaning a direction in which the guide surface deviates from a parallel orientation to the radial direction by no more than 20 °, preferably by not more than 10 ° and particularly preferably by not more than 5 ° or even not more than 2 ° or not more than 0 °. A radial direction is generally understood to mean a direction perpendicular to an axis of the sensor device, for example an axis which is oriented perpendicular to the main flow direction of the fluid medium.

Die Sensorvorrichtung kann insbesondere mehrere derartiger Leitelemente aufweisen, insbesondere mehrere gleichartig ausgestaltete Leitelemente. Beispielsweise können die mehreren Leitelemente äquidistant in dem Ringspalt verteilt angeordnet sein, beispielsweise jeweils, wie oben beschrieben, im Wesentlichen parallel zu einer radialen Richtung und/oder in radialer Richtung der Sensorvorrichtung. Die Leitelemente können dabei zumindest einen Abschnitt des Ringspalts in mindestens zwei, vorzugsweise mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens acht Sektoren unterteilen, beispielsweise in zwölf Sektoren. Die Sektoren können insbesondere einen Winkelbereich von nicht mehr als 50° des Ringspalts überdecken, vorzugsweise von nicht mehr als 40° und besonders bevorzugt von nicht mehr als 30°.The sensor device may in particular comprise a plurality of such guide elements, in particular a plurality of identically configured guide elements. For example, the plurality of guide elements can be arranged distributed equidistantly in the annular gap, for example, respectively, as described above, substantially parallel to a radial direction and / or in the radial direction of the sensor device. The guide elements can divide at least a portion of the annular gap in at least two, preferably at least four, more preferably at least eight sectors, for example in twelve sectors. In particular, the sectors can cover an angular range of not more than 50 ° of the annular gap, preferably not more than 40 ° and particularly preferably not more than 30 °.

Das Gehäuse kann insbesondere mindestens eine Einströmöffnung des Ringspalts aufweisen, beispielsweise eine ringförmige Einströmöffnung, welche das Innengehäuse umfangsseitig umschließen kann. Das fluide Medium kann durch die Einströmöffnung in den Ringspalt einströmen. Das Innengehäuse kann mindestens eine Ausströmöffnung aufweisen, wobei das fluide Medium durch die Ausströmöffnung aus dem Innengehäuse in das Strömungsrohr ausströmen kann. Beispielsweise kann die Ausströmöffnung einen Querschnitt einer Kreisscheibe aufweisen. Beispielsweise kann in einer Blickrichtung parallel zu einer Achse der Sensorvorrichtung die Einströmöffnung die Ausströmöffnung konzentrisch umschließen. Die Ausströmöffnung kann insbesondere weiter in dem Strömungsrohr angeordnet sein als die Einströmöffnung. Beispielsweise kann, wie oben beschrieben, mindestens ein Fixierelement vorgesehen sein, mittels dessen das Gehäuse in dem Strömungsrohr fixierbar ist, so dass die Einströmöffnung und die Ausströmöffnung in dem Strömungsrohr angeordnet sind, wobei die Ausströmöffnung weiter in das Strömungsrohr hineinragt als die Einströmöffnung.The housing may in particular have at least one inflow opening of the annular gap, for example an annular inflow opening, which can enclose the inner housing on the circumferential side. The fluid medium can flow through the inlet opening into the annular gap. The Inner housing may have at least one outflow opening, wherein the fluid medium can flow out of the inner housing into the flow tube through the outflow opening. For example, the outflow opening may have a cross section of a circular disk. For example, in a viewing direction parallel to an axis of the sensor device, the inflow opening can surround the outflow opening concentrically. The outflow opening can in particular be arranged further in the flow tube than the inflow opening. For example, as described above, at least one fixing element can be provided, by means of which the housing can be fixed in the flow pipe, so that the inflow opening and the outflow opening are arranged in the flow pipe, wherein the outflow opening projects further into the flow pipe than the inflow opening.

Das Gehäuse kann insbesondere derart eingerichtet sein, dass dieses im Wesentlichen senkrecht zum Hauptströmungsrohr fixierbar ist, insbesondere mittels mindestens eines Fixierelements, wobei das Leitelement vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung ausgerichtet sein kann. Unter im Wesentlichen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung ist in diesem Zusammenhang allgemein eine Ausrichtung zu verstehen, welche vorzugsweise 90° beträgt, welche jedoch auch um nicht mehr als 20° von 90° abweichen kann, vorzugsweise um nicht mehr als 10° und besonders bevorzugt um nicht mehr als 5° oder sogar nicht mehr als 2°.The housing may in particular be arranged such that it can be fixed substantially perpendicular to the main flow pipe, in particular by means of at least one fixing element, wherein the guide element may preferably be oriented substantially perpendicular to the main flow direction. By substantially perpendicular to the main flow direction is meant in this context generally an orientation which is preferably 90 °, which, however, can not deviate from 90 ° by more than 20 °, preferably by not more than 10 ° and more preferably not more as 5 ° or even not more than 2 °.

In dem mindestens einen Ringspalt kann weiterhin mindestens ein Drosselelement angeordnet sein, also ein Element, welches eingerichtet ist, um das einströmende fluide Medium zu stauen und einen Druckanstieg in diesem Bereich zu bewirken. Auf diese Weise kann beispielsweise sichergestellt werden, dass an der Ausströmöffnung infolge des Bernoulli-Effekts ein geringerer Druck herrscht als im Bereich der Eintrittsöffnung, was für einen Kamineffekt und somit eine Durchströmung des Gehäuses in der genannten Richtung von der Einströmöffnung zu der Ausströmöffnung sorgen kann. Insbesondere kann das mindestens eine Drosselelement mindestens eine Drosselplatte mit einer Mehrzahl von Öffnungen umfassen, wobei vorzugsweise, wenn durch das mindestens eine Leitelement der Ringspalt in eine Mehrzahl von Sektoren unterteilt wird, jeweils mindestens eine Öffnung für jeden Sektor vorgesehen sein kann. Das Drosselelement kann sich insbesondere in dem Ringspalt unmittelbar an das Leitelement anschließen, so dass beispielsweise das fluide Medium unmittelbar von dem Leitelement zu dem Drosselelement gelangen kann.In the at least one annular gap may further be arranged at least one throttle element, that is, an element which is adapted to accumulate the inflowing fluid medium and to cause a pressure increase in this area. In this way it can be ensured, for example, that there is a lower pressure at the outflow opening as a result of the Bernoulli effect than in the region of the inlet opening, which can provide a chimney effect and thus a flow through the housing in the direction from the inflow opening to the outflow opening. In particular, the at least one throttle element may comprise at least one throttle plate having a plurality of openings, wherein preferably, when the annular gap is divided into a plurality of sectors by the at least one guide element, in each case at least one opening may be provided for each sector. The throttle element can connect directly to the guide element, in particular in the annular gap, so that, for example, the fluid medium can pass directly from the guide element to the throttle element.

Die Sensorvorrichtung mit den oben beschriebenen Merkmalen weist gegenüber herkömmlichen Sensorvorrichtungen eine Vielzahl von Vorteilen auf. So kann erfindungsgemäß insbesondere eine zumindest weitgehende Unabhängigkeit einer Durchströmung des Gehäuses der Sensorvorrichtung von einer Winkelstellung des Sensorgehäuses gegenüber einer Anströmrichtung bzw. der Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums und/oder eine Unabhängigkeit von einer Anströmgeschwindigkeit sichergestellt werden. Hierdurch lässt sich die Reproduzierbarkeit der Erfassung des mindestens einen Parameters mittels der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung deutlich verbessern. Auch kann zwischen Drosselelement und Leitelement mindestens ein Spalt vorhanden sein, welcher zu einer Vergleichmäßigung der Strömung und/oder zu einem Druckausgleich führen kann.The sensor device with the features described above has a multiplicity of advantages over conventional sensor devices. Thus, according to the invention, in particular an at least substantial independence of a flow through the housing of the sensor device from an angular position of the sensor housing with respect to a direction of flow or the main flow direction of the fluid medium and / or an independence from a flow velocity can be ensured. This makes it possible to significantly improve the reproducibility of the detection of the at least one parameter by means of the sensor device according to the invention. Also, at least one gap may be present between throttle element and guide element, which may lead to a homogenization of the flow and / or to a pressure equalization.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend exemplarisch näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail by way of example below.

Es zeigen:Show it:

1A und 1B eine Sensorvorrichtung mit einem herkömmlichen Gehäuse bei unterschiedlichen Anströmbedingungen; und 1A and 1B a sensor device with a conventional housing in different Anströmbedingungen; and

2 und 3 eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung. 2 and 3 a sensor device according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Zur Verdeutlichung der eingangs beschriebenen Problematik herkömmlicher Sensorvorrichtungen ist in den 1A und 1B eine Sensorvorrichtung 110 mit einem Gehäuse 112 dargestellt, welche von einem fluiden Medium, beispielsweise einem Abgas, in einer Hauptströmungsrichtung 114 angeströmt wird. Das fluide Medium kann durch eine ringförmige Einströmöffnung 116 zwischen einem Außengehäuse 118, im Folgenden auch Außenrohr genannt, und einem Innengehäuse 120, im Folgenden auch Innenrohr genannt, in einen Ringspalt 122 zwischen dem Außengehäuse 118 und dem Innengehäuse 120 einströmen, dann in einer axialen Richtung parallel zu einer Achse 124 der Sensorvorrichtung 110 bzw. des Gehäuses 112 nach unten strömen, dort zu einem nicht näher dargestellten Sensorelement 126 gelangen und anschließend durch das Innengehäuse 120 hindurch in umgekehrter axialer Richtung zu einer Ausströmöffnung 128 gelangen.To clarify the problem of conventional sensor devices described above is in the 1A and 1B a sensor device 110 with a housing 112 shown, which of a fluid medium, such as an exhaust gas, in a main flow direction 114 is flown. The fluid medium can through an annular inlet opening 116 between an outer casing 118 , also referred to as outer tube below, and an inner housing 120 , also referred to below as inner tube, into an annular gap 122 between the outer casing 118 and the inner housing 120 then flow in an axial direction parallel to an axis 124 the sensor device 110 or of the housing 112 flow down there to a sensor element, not shown 126 and then pass through the inner housing 120 through in the reverse axial direction to an outflow opening 128 reach.

In den 1A und 1B sind Strömungslinien des fluiden Mediums gezeigt, welche sich aus einer Strömungssimulation ergeben und welche die Strömungsverhältnisse in dem Gehäuse 112 symbolisch darstellen können. Dabei wurde zwischen dem Zustand in 1A und dem Zustand in 1B die Strömungsgeschwindigkeit einer Anströmung erhöht. Aufgrund eines dadurch erhöhten Impulseintrags biegt die Strömung in dem Ringspalt 122 nicht mehr senkrecht nach unten ab und verläuft nicht mehr rein in axialer Richtung, sondern umrundet den Ringspalt 122 teilweise. Dies bedeutet jedoch, dass beispielsweise am Boden des Ringspalts 122 angeordnete Öffnungen in den 1A und 1B unterschiedlich mit dem fluiden Medium beaufschlagt werden. Durch die verstärkte Umströmung des Innengehäuses 120 in der Situation in 1B werden beispielsweise eine der Anströmung abgewandte Seite des Ringspalts 122 und/oder Öffnungen im Bereich dieser abgewandten Seite stärker mit dem fluiden Medium beaufschlagt als in der Situation gemäß 1A.In the 1A and 1B are shown fluid lines of the fluid medium, which result from a flow simulation and which the flow conditions in the housing 112 symbolically represent. It was between the state in 1A and the state in 1B increases the flow velocity of a flow. Due to a thus increased pulse input, the flow bends in the annular gap 122 no longer down vertically and no longer runs purely in the axial direction, but encircles the annular gap 122 partially. However, this means that, for example, at the bottom of the annular gap 122 arranged openings in the 1A and 1B be charged differently with the fluid medium. Due to the increased flow around the inner housing 120 in the situation in 1B For example, be a side facing away from the flow of the annular gap 122 and / or openings in the region of this opposite side more strongly acted upon by the fluid medium than in the situation according to 1A ,

In den 2 und 3 ist demgegenüber eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung 110 dargestellt. Dabei zeigt 2 eine Schnittdarstellung der Sensorvorrichtung 110 in einer Ebene parallel zu einer Hauptströmungsrichtung 114 des fluiden Mediums und parallel zu einer Achse 124 der Sensorvorrichtung 110, und 3 zeigt eine perspektivische Darstellung mit Blickrichtung auf eine Einströmöffnung 116 und eine Ausströmöffnung 128 der Sensorvorrichtung 110. Beide Darstellungen werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.In the 2 and 3 In contrast, a sensor device according to the invention 110 shown. It shows 2 a sectional view of the sensor device 110 in a plane parallel to a main flow direction 114 of the fluid medium and parallel to an axis 124 the sensor device 110 , and 3 shows a perspective view looking towards an inlet opening 116 and an outflow port 128 the sensor device 110 , Both representations are described together below.

Wiederum weist die Sensorvorrichtung 110, analog zu den 1A und 1B, ein Gehäuse 112 mit einem Außengehäuse 118 und einem Innengehäuse 120 auf, wobei zwischen dem Außengehäuse 118 und dem Innengehäuse 120 ein Ringspalt 122 ausgebildet ist. Am Boden des Ringspalts ist das Sensorelement 126 symbolisch eingezeichnet. Es kann sich jedoch, im Gegensatz zu dem hier dargestellten Chipförmigen Sensorelement 126, in diesem Bereich beispielsweise auch mindestens ein auf andere Weise gestaltetes Sensorelement 126 befinden, beispielsweise mindestens ein planares, keramisches Sensorelement, beispielsweise mit einer Längserstreckung parallel zur Achse 124.Again, the sensor device 110 , analogous to the 1A and 1B , a housing 112 with an outer housing 118 and an inner housing 120 on, being between the outer casing 118 and the inner housing 120 an annular gap 122 is trained. At the bottom of the annular gap is the sensor element 126 symbolically drawn. It may, however, in contrast to the chip-shaped sensor element shown here 126 , in this area, for example, at least one sensor element designed in another way 126 located, for example, at least one planar, ceramic sensor element, for example with a longitudinal extent parallel to the axis 124 ,

Wie in 2 erkennbar, ist die Ausströmöffnung 128 vorzugsweise weiter im Inneren eines Strömungsrohrs 130, welches von dem fluiden Medium in der Hauptströmungsrichtung 114 durchströmt wird, angeordnet als die Einströmöffnung 116. Dies kann beispielsweise durch ein oder mehrere in 2 lediglich angedeutete Fixierelemente 132 erfolgen, mittels derer die Sensorvorrichtung 110 in dem Strömungsrohr 130 fixierbar ist, beispielsweise durch eine oder mehrere Verschraubungen. Da in der Regel das fluide Medium weiter im Inneren des Strömungsrohrs 130 eine höhere Strömungsgeschwindigkeit aufweist, bildet sich auf diese Weise vorzugsweise ein Kamineffekt aus. Auf diese Weise herrscht im Bereich der Ausströmöffnung 128 vorzugsweise ein geringerer Druck als im Bereich der Einströmöffnung 116, wo ein höherer Druck aufgrund der Stauwirkung auftreten kann.As in 2 recognizable, is the outflow opening 128 preferably further inside a flow tube 130 , which depends on the fluid medium in the main flow direction 114 is flowed through, arranged as the inflow opening 116 , This can be done, for example, by one or more in 2 only indicated fixing 132 take place, by means of which the sensor device 110 in the flow tube 130 can be fixed, for example by one or more screws. As a rule, the fluid medium continues inside the flow tube 130 has a higher flow velocity, preferably forms a chimney effect in this way. In this way prevails in the region of the discharge opening 128 preferably a lower pressure than in the region of the inflow opening 116 where a higher pressure due to the accumulation effect can occur.

Beispielsweise kann das fluide Medium, insbesondere die Abgasströmung, an dem über das Außengehäuse 118, insbesondere beispielsweise über einem äußeren Schutzrohr, hinausragenden Innengehäuse 120, insbesondere beispielsweise über einem zweiten Schutzrohr, im Bereich oberhalb der Einströmöffnung 116, insbesondere des Ringspalteintritts, aufgestaut werden, beispielsweise als Staupunkt-Strömung und/oder Stauzone, und hierdurch verzögert werden. Mit dieser Verzögerung, insbesondere durch eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit, kann ein Anstieg des statischen Druckes einhergehen. Dies kann zu einer Ausbildung einer Überdruck-Zone in dem Bereich oberhalb der Einströmöffnung 116, insbesondere oberhalb der Ringspaltöffnung, führen.For example, the fluid medium, in particular the exhaust gas flow, on the over the outer housing 118 , In particular, for example, over an outer protective tube, protruding inner housing 120 , in particular, for example, over a second protective tube, in the region above the inflow opening 116 , in particular of the annular gap entrance, are dammed up, for example as stagnation point flow and / or congestion zone, and thereby be delayed. With this delay, in particular by a reduction in the flow velocity, an increase in the static pressure can go hand in hand. This can lead to the formation of an overpressure zone in the region above the inflow opening 116 , in particular above the annular gap opening lead.

Weiterhin kann, wie oben angedeutet, ein zur Verfügung stehender freier Querschnitt in dem Strömungsrohr 130, insbesondere einem Abgasrohr, durch den Einbau der Sensorvorrichtung 110, in welche das Sensorelement 126 eingebracht ist, verringert werden. Ein minimaler Querschnitt kann sich hierbei insbesondere in einem Schnitt quer zu der Hauptströmungsrichtung 114 des fluiden Mediums, insbesondere des Abgases, durch eine Symmetrieachse der Sensorvorrichtung 110, beispielsweise als Sonde ausgestaltet, befinden. Das fluide Medium, insbesondere die Strömung, kann bei kleiner werdendem Querschnitt beschleunigt werden. Hierdurch kann beispielsweise ein Absinken des statischen Drucks folgen. Somit kann sich oberhalb der Ausströmungsöffnung 128, insbesondere oberhalb eines Stirnlochs, beispielsweise einer Austrittsöffnung eines inneren Schutzrohrs, insbesondere des Innengehäuses 120, eine Unterdruckzone einstellen.Furthermore, as indicated above, an available free cross-section in the flow tube 130 , in particular an exhaust pipe, by the installation of the sensor device 110 into which the sensor element 126 is reduced. A minimal cross section may in this case in particular in a section transverse to the main flow direction 114 the fluid medium, in particular the exhaust gas, through an axis of symmetry of the sensor device 110 , designed as a probe, for example. The fluid medium, in particular the flow, can be accelerated with decreasing cross section. As a result, for example, a drop in the static pressure to follow. Thus, above the outflow opening 128 , in particular above an end hole, for example an outlet opening of an inner protective tube, in particular of the inner housing 120 , set a vacuum zone.

Die Druckdifferenz zwischen der Stauzone oberhalb der Einströmöffnung 116, insbesondere des Ringspalteintritts, und der Unterdruckzone über der Ausströmöffnung 128, insbesondere dem Stirnloch, kann beispielsweise eine treibende Kraft für eine Sondendurchströmung sein. Diese hängt vorzugsweise nur von der Anströmung, insbesondere des fluiden Mediums, ab und kann beispielsweise durch „sondeninterne” Maßnahmen kaum oder gar nicht beeinflusst werden. Allerdings kann beispielsweise diese vorgegebene Druckdifferenz zu verschiedenen Anteilen einzelnen zu durchströmenden Abschnitten im Sondeninneren, insbesondere im Inneren der Sensorvorrichtung 110, zugeteilt werden. Im Inneren des Ringspalts 122, vorzugsweise an dessen unterem Ende, kann mindestens ein Drosselelement 134 vorgesehen sein, beispielsweise eine Drosselplatte mit einer Mehrzahl von Öffnungen 136. Beispielsweise kann mit Hilfe eines Drallapparats, welcher beispielsweise das Drosselelement 134 und/oder ein odere mehrere der Leitelemente 142 umfassen kann, solch eine Zuteilung der Anteile der Druckdifferenz erfolgen. Der Drallapparat kann derart ausgestaltet sein, beispielsweise durch Variation von Spaltbreiten der Leitelemente 142, insbesondere von Leitschaufeln, und/oder durch Variation des Durchmessers der Öffnungen 136, insbesondere von Löchern, dass ein hoher Durchströmungswiderstand vorliegen kann. Der Ringspalt 122 kann insbesondere einen Spalt umfassen. Der Spalt kann teilweise, bevorzugt ganz, um den Ringspalt umlaufen. Der Spalt kann sich insbesondere zwischen den Leitelementen 142 und den Drosselelementen 134 befinden. Aufgrund des Spalts enden beispielsweise die Leitbleche nicht auf dem Drosselelement 134, sondern in einem gewissen Abstand, beispielsweise in einem Abstand von 0,5 mm bis 5 mm, insbesondere in einem Abstand von 1 mm bis 3 mm. Der Spalt kann insbesondere eine Einstellung eines Druckausgleichs oberhalb des Drallapparates bewirken. Durch diesen Druckausgleich kann insbesondere ein gleichmäßiges Durchströmen mehrerer, insbesondere aller Öffnungen 136, insbesondere aller Öffnungen 136 des Drallapparates, ermöglicht werden. Ohne Spalt könnte aufgrund einer Umlenkung der Zuströmung in dem Ringspalt 122 der Bereich des Drallapparates, welcher in einer Draufsicht auf die Sensorvorrichtung 110, insbesondere die Sonde, beispielsweise unterhalb der Überdruckzone und/oder der Stauzone liegen kann, aufgrund eines hohen Impulses der eingetragenen Strömung beispielsweise mehr mit dem fluiden Medium, insbesondere Gas, beaufschlagt werden als Bereiche seitlich auf einem Umfang. Der Drallapparat kann, insbesondere die Leitelemente 142 und/oder das Drosselelement 134, insbesondere durch den Spalt, zu einer Vergleichmäßigung der Durchströmung eines Teils der Öffnungen 136 oder aller Öffnungen 136 führend konfiguriert werden.The pressure difference between the storage zone above the inlet opening 116 , in particular of the annular gap inlet, and the negative pressure zone above the outflow opening 128 , in particular the front hole, for example, may be a driving force for a probe flow. This preferably depends only on the flow, in particular of the fluid medium, and can be influenced, for example, by "probe-internal" measures hardly or not at all. However, for example, this predetermined pressure difference to different proportions of individual sections to be flowed through in the probe interior, in particular in the interior of the sensor device 110 to be assigned. Inside the annular gap 122 , Preferably at its lower end, at least one throttle element 134 be provided, for example, a throttle plate having a plurality of openings 136 , For example, with the help of a twisting apparatus, which, for example, the throttle element 134 and/ or one or more of the guiding elements 142 may comprise such an allocation of the proportions of the pressure difference. The twisting apparatus can be designed in such a way, for example by varying gap widths of the guide elements 142 , in particular of guide vanes, and / or by varying the diameter of the openings 136 , in particular of holes, that a high flow resistance can be present. The annular gap 122 may in particular comprise a gap. The gap may partially, preferably completely, revolve around the annular gap. The gap can in particular between the guide elements 142 and the throttle elements 134 are located. Due to the gap, for example, the baffles do not end on the throttle element 134 but at a certain distance, for example at a distance of 0.5 mm to 5 mm, in particular at a distance of 1 mm to 3 mm. The gap can in particular cause an adjustment of a pressure equalization above the twisting apparatus. By means of this pressure compensation, in particular a uniform flow through a plurality of, in particular all openings 136 , in particular all openings 136 of the twisting apparatus, be enabled. Without a gap could due to a deflection of the inflow in the annular gap 122 the area of the twisting apparatus, which in a plan view of the sensor device 110 , In particular, the probe, for example, below the overpressure zone and / or the storage zone may be due to a high pulse of the injected flow, for example, more with the fluid medium, in particular gas, are applied as areas laterally on a circumference. The twisting apparatus can, in particular the guide elements 142 and / or the throttle element 134 , In particular through the gap, to even out the flow through a portion of the openings 136 or all openings 136 be configured leader.

Aufgrund der Druckdifferenz strömt das fluide Medium auf einem ersten Strömungspfad 138, wie in 2 angedeutet, durch die Einströmöffnung 116 in den Ringspalt 122 ein, durchtritt die Öffnungen 136 am unteren Ende des Ringspalts 122, gerät in Kontakt mit dem Sensorelement 126 und strömt anschließend über einen zweiten Strömungspfad 140 im Inneren des Innengehäuses 140 wieder in axialer Richtung nach oben durch die Ausströmöffnung 128 zurück ins Strömungsrohr 130.Due to the pressure difference, the fluid medium flows on a first flow path 138 , as in 2 indicated by the inlet opening 116 in the annular gap 122 enter, pass through the openings 136 at the bottom of the annular gap 122 , comes in contact with the sensor element 126 and then flows through a second flow path 140 inside the inner housing 140 again in the axial direction upwards through the discharge opening 128 back into the flow tube 130 ,

Zur Verhinderung oder zumindest Verminderung des oben beschriebenen Anströmeffekts ist in der Sensorvorrichtung 110 gemäß den 2 und 3 in dem Ringspalt 122 mindestens ein Leitelement 142 vorgesehen, welches eingerichtet ist, um eine Querströmung quer zu der axialen Richtung zumindest in einem Abschnitt des Ringspalts 122 zu vermindern oder zu verhindern. Dieses Leitelement 142 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Form mehrerer, beispielsweise rechteckiger, Leitbleche 144 ausgestaltet, welche parallel zur Achse 124 ausgerichtet sind und welche in 3 erkennbar sind. Diese Leitbleche 144, welche sich vorzugsweise über die gesamte Höhe des Ringspalts 122 oder vorzugsweise über mindestens 40% dieser Höhe erstrecken, unterteilen den Ringspalt 122 in Sektoren 146, vorzugsweise äquidistant. Beispielsweise können, wie in 3 erkennbar, zwölf Leitbleche 144 vorgesehen sein, so dass der Ringspalt 122 in zwölf gleiche Sektoren mit einem Winkel von jeweils 30° des Ringspalts 122 unterteilt wird. Beispielsweise sind jedem Sektor 146 genau eine oder mehrere Öffnungen 136 in dem Drosselelement 134 am unteren Ende des Ringspalts 122 zugeordnet.To prevent or at least reduce the inflow effect described above is in the sensor device 110 according to the 2 and 3 in the annular gap 122 at least one guide element 142 provided, which is adapted to a transverse flow transverse to the axial direction at least in a portion of the annular gap 122 to lessen or prevent. This guiding element 142 is in the illustrated embodiment in the form of several, for example rectangular, baffles 144 designed, which parallel to the axis 124 are aligned and which in 3 are recognizable. These baffles 144 , which are preferably over the entire height of the annular gap 122 or preferably extend over at least 40% of this height, divide the annular gap 122 in sectors 146 , preferably equidistant. For example, as in 3 recognizable, twelve baffles 144 be provided so that the annular gap 122 in twelve equal sectors at an angle of 30 ° of the annular gap 122 is divided. For example, each sector 146 exactly one or more openings 136 in the throttle element 134 at the bottom of the annular gap 122 assigned.

Erfindungsgemäß kann also der Ringspalt 122 zwischen dem Innengehäuse 120 und dem Außengehäuse 118 in separate Abschnitte, die hier als Sektoren 146 bezeichnet werden, unterteilt werden mittels der Leitelemente 142, beispielsweise mittels der Leitbleche 144. Diese können für eine geometrisch kleine Teilung des Ringspaltquerschnitts sorgen, beispielsweise in eine Teilung bezüglich der Achse 124 in rotationssymmetrische Sektoren 146 bzw. Kammern, und damit für eine gerichtete Strömungsführung. Die Leitbleche befinden sich in dem Ringspalt 122 zwischen dem Innengehäuse 120 und dem Außengehäuse 118. Sie können beispielsweise unmittelbar an der Einströmöffnung 116 beginnen, also beispielsweise an einer Oberkante des Außengehäuses 118 bzw. äußeren Schutzrohrs. Die Leitelemente 142 können sich beispielsweise bis zum Boden des Ringspalts 122 erstrecken oder auch oberhalb dieses Bodens enden und einen Raum zu einem Queraustausch der Strömung freilassen. Diese Teilung beträgt bevorzugt nicht mehr als 30°, um eine geringe Drehwinkelabhängigkeit bei einer Verdrehung des Gehäuses 112 um die Achse 124 sicherzustellen. Die Leitelemente 142, beispielsweise die Leitbleche 144, können vorzugsweise am Außengehäuse 118 bzw. äußeren Schutzrohr und/oder am Innengehäuse 120 bzw. inneren Schutzrohr oder auch an einem Gehäuseboden 112 bzw. dem Drosselelement 134 befestigt sein oder auch als separates Bauteil in den Ringspalt 122 eingebracht werden.According to the invention, therefore, the annular gap 122 between the inner housing 120 and the outer casing 118 in separate sections, here as sectors 146 be designated to be divided by means of the guide elements 142 , For example by means of the baffles 144 , These can provide a geometrically small pitch of the annular gap cross section, for example in a pitch with respect to the axis 124 in rotationally symmetric sectors 146 or chambers, and thus for a directed flow guidance. The baffles are located in the annular gap 122 between the inner housing 120 and the outer casing 118 , You can, for example, directly to the inlet 116 begin, so for example at an upper edge of the outer housing 118 or outer protective tube. The guiding elements 142 For example, they can reach the bottom of the annular gap 122 extend or even above this floor and leave a space to a cross-exchange of the flow. This pitch is preferably not more than 30 °, to a small rotation angle dependence in a rotation of the housing 112 around the axis 124 sure. The guiding elements 142 For example, the baffles 144 , preferably on the outer housing 118 or outer protective tube and / or on the inner housing 120 or inner protective tube or on a housing bottom 112 or the throttle element 134 be attached or as a separate component in the annular gap 122 be introduced.

Die Leitelemente 142, beispielsweise die Leitbleche 144, welche jeweils mindestens eine Leitfläche 148, in diesem Fall jeweils zwei einander gegenüberliegende Leitflächen 148, aufweisen können, können durch ihre Kanalisationswirkung für eine Unterdrückung eines Impuls-Queraustauschs der in den Ringspalt 122 einströmenden Masse des fluiden Mediums, beispielsweise der einströmenden Gasmasse, sorgen, und somit für eine parallel zur Achse 124 in Richtung eines Ringspaltbodens gerichtete Strömung. Ein Umschlag in der Umströmung des Innengehäuses 120 bei höherer Anströmgeschwindigkeit, wie beispielsweise in den 1A und 1B, kann somit zumindest weitgehend verhindert werden.The guiding elements 142 For example, the baffles 144 , which in each case at least one guide surface 148 , in this case in each case two mutually opposite guide surfaces 148 may have, by their channeling effect for a suppression of a pulse transverse exchange in the annular gap 122 incoming mass of the fluid medium, for example, the incoming gas mass, provide, and thus for a parallel to the axis 124 directed in the direction of an annular gap bottom flow. An envelope in the flow around the inner housing 120 at higher flow velocity, such as in the 1A and 1B , can thus be at least largely prevented.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Sensors in motor vehicles, edition 2007, pages 154-159 [0001]

Claims

Sensor device ( 110 ) for detecting at least one parameter of one with a main flow direction ( 114 ) through a flow tube ( 130 ) flowing fluid medium comprising at least one housing ( 112 ) and at least one in the housing ( 112 ) incorporated sensor element ( 126 ) for detecting the parameter, wherein the housing ( 112 ) with the flow tube ( 130 ) is connectable, wherein the housing ( 112 ) at least one outer housing ( 118 ) and at least one of the outer housing ( 118 ) at least partially enclosed inner housing ( 120 ), wherein between the outer housing ( 118 ) and the inner housing ( 120 ) at least one annular gap ( 122 ) is formed, wherein the housing ( 112 ) is formed such that the fluid medium in an axial direction in the annular gap ( 122 ) to flow to the sensor element ( 126 ) and then through the inner housing ( 120 ) back into the flow tube ( 130 ), wherein in the annular gap ( 122 ) at least one guiding element ( 142 ) is arranged, wherein the guide element ( 142 ) is arranged to allow a transverse flow transversely to the axial direction at least in a portion of the annular gap (FIG. 122 ) at least largely prevent.

Sensor device ( 110 ) according to the preceding claim, wherein the guide element ( 142 ) from an outer wall of the inner housing ( 120 ) through the annular gap ( 122 ) through to an inner wall of the outer housing ( 118 ).

Sensor device ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the guide element ( 142 ) at least one substantially parallel to a radial direction of the sensor device ( 110 ) arranged guide surface ( 148 ) having.

Sensor device ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein a plurality of guide elements ( 142 ) are provided, wherein the guide elements ( 142 ) equidistant in the annular gap ( 122 ) are distributed.

Sensor device ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein a plurality of guide elements ( 142 ) in the annular gap ( 122 ) are arranged, wherein the guide elements ( 142 ) at least a portion of the annular gap ( 122 ) in at least two sectors ( 146 ).

Sensor device ( 110 ) according to the preceding claim, wherein the sectors ( 146 ) each have an angular range of not more than 50 ° of the annular gap ( 122 ), in particular not more than 40 ° and more preferably not more than 30 °.

Sensor device ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the housing ( 112 ) at least one inflow opening ( 116 ) of the annular gap ( 122 ), wherein the fluid medium through the inlet opening ( 116 ) in the annular gap ( 122 ), wherein the inner housing ( 120 ) at least one outflow opening ( 128 ), wherein the fluid medium through the outflow opening ( 128 ) from the inner housing ( 120 ) in the flow tube ( 130 ), wherein the outflow opening ( 128 ) further in the flow tube ( 130 ) is arranged as the inflow opening ( 116 ).

Sensor device ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the housing ( 112 ) is arranged such that this substantially perpendicular to the main flow direction ( 114 ) is fixable, in particular by means of at least one fixing element ( 132 ).

Sensor device ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein in the annular gap ( 122 ) at least one throttle element ( 134 ), in particular at least one throttle plate having a plurality of openings ( 136 ), preferably in each case at least one opening ( 136 ) for each sector.

Sensor device ( 110 ) according to the preceding claim, wherein the throttle element ( 134 ) in the annular gap ( 122 ) directly to the guide element ( 142 ).