DE2741827A1

DE2741827A1 - Stroemungsmengenmesser

Info

Publication number: DE2741827A1
Application number: DE19772741827
Authority: DE
Inventors: James Martin Barrie
Original assignee: Plessey Handel und Investments AG
Current assignee: Plessey Handel und Investments AG
Priority date: 1976-09-18
Filing date: 1977-09-16
Publication date: 1978-03-23
Also published as: JPS5338355A; GB1584353A

Description

Patentanwälte 2 7 Λ 1 P 9 7

ΟιρΙ -Ing Dipl -Chem Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

f riisbergerstrassp 19

8 München 60

Unser Zeichen; P 23^7 15.September 1977

PLESSEY HANDEL UND INVESTMENTS AG Gartenstrasse 2
6300 Zug, Schweiz

Strömungsmengenmesser

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strömungsmengenmesser.

Nach der Erfindung ist der Strömungsmengenmesser mit einem Prallkörper und einem Druckfühler dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper oder der Druckfühler von einem den Strömungsmengenmesser durchströmenden Gas vor- und zurückbiegbar ist und daß der Druckfühler derart ausgebildet ist, daß er das Biegen feststellt und ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, dessen Frequenz dem Biegen und somit der durch den Strömungsmengenmesser hindurchströmenden Gasmenge proportional ist.

Der Strömungsmengenmesser kann kostengünstig hergestellt werden, und er ermöglicht in effektiver Weise die Bestimmung von Gasströmungsmengen, wobei der Prallkörper Wirbel oder

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Luftimpulse erzeugt,die die Biegefrequenz steuern. Die Anzahl der erzeugten Wirbel oder Impulse ist somit der Strömungsmenge proportional.

Der Druckfühler kann ein piezoelektrischer Druckfühler oder ein Dehnungsmesser sein. Der piezoelektrische Druckfühler kann aus einem piezoelektrischen Keramikmaterial oder einem piezoelektrischen Kunststoffmaterial bestehen. Vorteilhafterweise ist der Druckfühler ein piezoelektrischer Zweielementkristall.

Üblicherweise ist der Prallkörper aus einem anderen Material als der Druckfühler hergestellt. Falls es erwünscht ist, kann der Prallkörper jedoch aus dem gleichen Material wie der Druckfühler hergestellt werden.

Der Prallkörper kann verschiedene Formen haben; beispielsweise kann er T-förmig, quadratisch, rechtwinklig, dreieckig oder oval geformt sein. Vorteilhafterweise ist der Druckfühler im Prallkörper angebracht.

Falls der Prallkörper T-förmig ausgebildet ist, kann der Druckfühler im Längsschenkel der T-Form angebracht sein. Falls es erwünscht ist, können auch zwei Druckfühler verwendet werden, von denen jeweils einer in jedem Arm des T-förmlgen Prallkörpers angebracht ist. Der Prallkörper kann auf Wunsch auch den Querteil eines T-förmigen Körpers bilden, wobei der Druckfühler als Längsschenkel des T-förmigen Körpers ausgebildet ist.

Falls der Prallkörper beispielsweise quadratisch, rechtwinklig oder dreieckig geformt ist, dann kann er an einer

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oder an mehreren passenden Stellen eingeschnitten oder auf andere Weise geschwächt sein, so daß sich ein Teil des Körpers um einen anderen Teil des Körpers biegen kann. Dieses Biegen wird dann vom Druckfühler festgestellt.

Wie oben angegeben wurde, kann der Luftströmungsmengenmesser nach der Erfindung so ausgebildet sein, daß der Prallkörper die Bildung von Wirbeln verursacht. Der Prallkörper kann aber auch so ausgebildet sein, daß er das Schwingen eines Luftstroms auf beiden Seiten des Körpers bewirkt.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig.1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Strömungsmengenmessers nach der Erfindung,

Fig.2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Strömungsmengenmessers nach der Erfindung,

Fig.3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Strömungsmengenmessers nach der Erfindung,

Fig.U ein viertes Ausführungsbeispiel eines Strömungsmengenmessers nach der Erfindung,

Fig.5 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Strömungsmengenmessers nach der Erfindung,

Fig.6 ein sechstes Ausführungsbeispiel eines Strömungsmengenmessers nach der Erfindung und

Fig.7 ein siebtes Ausführungsbeispiel eines Strömungsmengenmessers nach der Erfindung.

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In Fig.7 ist ein Strömungsmengenmesser dargestellt, der einen Kanal 10 aufweist, in dem ein Prallkörper 4 angebracht ist.Der Prallkörper 4 besteht aus einem Querteil 6 und einem Längsschenkel 8. Im Längsschenkel 8 ist ein Druckfühler in Form eines Zweielementkristalls angebracht. In Richtung der Pfeile strömt Luft in den Kanal 2, und Wirbel 14 entstehen abwechselnd auf beiden Seiten des Prallkörpers 4. Diese Wirbel 14 wirken auf den Längsschenkel 8 ein und veranlassen ihn, sich in die oberen und unteren Stellungen zu biegen, die mit gestrichelten Linien 8A und 8B angegeben sind. Dieses Biegen des Längsschenkels 8 in die Stellungen 8A und 8B beansprucht den Zweielementkristall 10. Der Zweielementkristall 10 erzeugt einen elektrischen Strom, der der Anzahl von Biegevorgängen und somit der Anzahl von Wirbeln 14, die durch die über den Prallkörper 4 strömende Luft erzeugt werden, proportional ist. Da die Anzahl der über den Prallkörper 14 laufenden Wirbel der Luftströmung durch den Kanal 2 proportional ist, sind auch die vom Zweielementkristall 10 erzeugten Spannungen der Luftströmung im Kanal 2 proportional.

In Fig.2 ist ein Kanal 20 dargestellt, in dem sich ein T-förmiger Prallkörper 22 mit einem Querteil 24 und einem Längsschenkel 26 befindet. In den Querteil sind gemäß der Darstellung zwei Druckfühler in Form von Zweielementkristallen 28, 30 eingeschoben. In Richtung des Pfeils 32 strömt Luft durch den Kanal und bewirkt, daß sich die Enden des Querteils 24 um den Mittelschenkel 26 biegen, wie mit gestrichelten Linien angegeben ist. Dieses Biegen wird von den Zweielementkristallen 28 und 30 festgestellt, die, wie oben angegeben wurde,einen elektrischen strom

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erzeugen, der der Anzahl von erzeugten Wirbeln J>k und somit der durch den Kanal 20 strömenden Luftmenge proportional ist.

In Fig.3 ist ein Kanal 50 dargestellt, in dem ein kreuzförmiger Prallkörper 52 angebracht ist. An dem Prallkörper 52 ist eine druckempfindliche Vorrichtung in Form eines Zweielementkristalls 54 befestigt. Der Prallkörper 52 und der Zweielementkristall 54 sind gemäß der Darstellung insgesamt T-förmig. In Richtung des Pfeils 56 strömt Luft durch den Kanal 50, und es werden Wirbel 58 erzeugt. Diese Wirbel haben die Wirkung, daß sich der Zweielementkristall 54 gemäß den gestrichelten Linien biegt, und dieses Biegen hat die Erzeugung eines elektrischen Stroms zur Folge, der, wie oben angegeben wurde, der Anzahl von erzeugten Wirbeln und somit der durch den Kanal 50 strömenden Luftmenge proportional ist.

In Fig.4 ist ein quadratisch geformter Prallkörper 80 dargestellt, der zwei Schlitze 82, 84 aufweist. Diese zwei Schlitze 82, 84 treffen nicht aufeinander, sondern sie sind durch einen Steg 86 voneinander getrennt. In diesem Steg 86 ist ein Druckfühler in Form eines Zweielementkristalls 88 angebracht. Wenn in Richtung des Pfeils 90 Luft über den Prallkörper 80 strömt, werden Wirbel 92 erzeugt, die den hinteren Abschnitt 8OB des Körpers entsprechend den gestrichelten Linien um den Steg 86 biegen. Dieses Biegen wird vom Zweielementkristall 88 festgestellt, der einen elektrischen Strom erzeugt, der der \nzahl von erzeugten Wirbeln und somit der über den Prallkörper 80 strömenden Luftmenge proportional ist.

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In Fig.5 sind Teile, die Teilen von Fig.4 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen worden, damit eine zulange Beschreibung vermieden wird.Die Wirkungsweise der in Fig.5 dargestellten Vorrichtung stimmt im Grunde mit der von Fig.4 überein. In Fig.5 ist der Prallkörper 80 dreieckig geformt, doch ist zu erkennen, daß er ebenfalls Schlitze 82, 84 aufweist, so daß sich der hintere Abschnitt 8OB des Prallkörpers 80 um die Schlitze 82, 84 biegen kann, wie mit gestrichelten Linien angegeben ist, damit ein entsprechender Strom aus dem Zweielementkristall 88 erzeugt wird.

In Fig.6 sind ebenfalls gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig.4 versehen worden. In Fig.6 werden zwei Zweielementkristalle 88 verwendet, und der vordere Abschnitt 8OA des Prallkörpers 80 wird veranlaßt, sich gemäß den gestrichelten Linien zu biegen; dieses Biegen wird wieder von den zwei Zweielementkristallen 88 festgestellt, die entsprechende elektrische Ströme erzeugen.

Die in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Strömungsmengenmesser sind Wirbelablösungstypen, was bedeutet, daß gemäß der Darstellung durch den Prallkörper Wirbel abgelöst werden. Der Strömungsmengenmesser von Fig.7 ist ein Schwingstrahl-Strömungsmengenmesser, bei dem eine Luftströmung in Richtung eines Pfeils 102 durch einen Strömungsmengenmesser 100 fließt. Der Strömungsmengenmesser 100 gleicht einem Fluidik-Element; die Luft kann dabei entweder längs der Kanäle 104, 108 oder längs der Kanäle 106, 110 strömen. Die Luft in den Kanälen 108 und 110 strömt über einen ovalen Prallkörper 112, der gemäß der Darstellung mit Schlitzen 114,

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116 versehen ist.Zwischen diesen Schlitzen 114, 116 ist ein Steg 118 gebildet, in dem ein Fühlerelement in Form eines piezoelektrischen Zweielementkristalls 120 angebracht ist. Durch eine geeignete Befestigung der Vorderhälfte 112A oder der Hinterhälfte 112B des Prallkörpers 112 kann sich einer der Abschnitte 112A oder 112B des Prallkörpers um den Steg 118 biegen. Dieses Biegen wird, wie oben ausgeführt wurde, vom Zweielementkristall 120 festgestellt, der einen elektrischen Strom erzeugt, der der Anzahl der durch die Kanäle 108, 110 laufenden Schwingungen und somit der Luftströmung im Strömungsmengenmesser 110 proportional ist.

Die Strömungsmengenmesser können in vorteilhafter Weise zur Steuerung der in einen Motor, beispielsweise einem Fahrzeugmotor eingespritzten Brennstoffmenge benutzt werden. Bei Kenntnis der Luftmenge, die längs eines zum Motor führenden Luftkanals strömt, können die vom Druckfühler erzeugten elektrischen Signale dazu benutzt werden, eine Brennstoffeinspritzvorrichtung so zu aktivieren, daß sich genau die erforderliche Brennstoffmenge zur Vermischung mit der Luft ergibt. Diese präzise Brennstoffeinspritzvorrichtung kann eine bekannte Vorrichtung sein; es kann sich dabei beispielsweise um eine Brennstoffeinspritzvorrichtung handeln, die ein eine Brennstoffeinspritzöffnung normalerweise verschliessendes Kugelventil enthält, das mit Hilfe einer piezoelektrischen Vorrichtung in Schwingungen versetzt werden kann. Die Schwingungen bewirken ein Abheben des Kugelventils von seinem Sitz, so daß die Brennstoffeinspritzung durch die Öffnung erfolgen kann.

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Es ist zu erkennen, daß hier verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben worden sind; Modifizierungen sind ohne weiteres möglich. Beispielsweise ist erwähnt worden, daß zwar Zweielementkristalle dargestellt worden sind, jedoch auch Dehnungsmeseer verwendet werden könnten. Falls es erwünscht ist, könnten die Schlitze in den Prallkörpern nach den Figuren h bis 7 auch mit irgendeinem elastischen Material gefüllt werden, damit unerwünschte Luftstörungen reduziert werden, die von den Schlitzen verursacht werden.

In allen Fällen ist es empfehlenswert>den Prallkörper oder den Mittelkörper an den Wänden des Kanals des Strömungsmengenmessers mit einer elastischen Halterung zu befestigen. Das Befestigen des Prallkörpers unterstützt das in der gesamten Körperlänge stattfindende Biegen, so daß die Möglichkeit, daß in dem Körper komplizierte Beanspruchungsmuster entstehen, reduziert wird. Das Befestigen des Prallkörpers kann auch die Wirkung haben, daß die Möglichkeit der Erfassung von Strömungsschwingungen durch den Druckfühler herabgesetzt wird.

Falls es notwendig ist, Strömungsmengen bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten zu messen, dann kann die Druckdifferenz am Druckfühler nicht ausreichend sein, ein Ausgangssignal mit ausreichenden Werten zu erzeugen. In diesem Fall kann zusammen mit oder als Alternative zum Druckfühler eine wärmeempfindliche Vorrichtung benutzt werden. Die wärmeempfindliche Vorrichtung kann ein Hitzdrahtthermistor oder ein wärmeempfindlicher Widerstandspunkt sein. Die wärmeempfindliche Vorrichtung kann so arbeiten, daß sie bei diesen niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten erzeugte Wirbel oder Impulse feststellt. Die dem

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Strömungsmengenmesser zugeordnete elektronische Schaltung würde so ausgebildet sein, daß sie entscheidet, bei welcher Frequenz die Ausgangssignale der zwei Druckfühler und der wärmeempfindlichen Vorrichtung kombiniert oder umgeschaltet werden soll,

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Claims

PLESSEY HANDEL UND INVESTMENTS AG Gartenstrasse 2
6300 Zug, Schweiz

Patentansprüche

Strömungsraengenmesser mit einem Prallkörper und einem Druckfühler, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper oder der Druckfühler von einem den Strömxingsmengenmesser durchströmenden Gas vor- und zurückbiegbar ist und daß der Druckfühler derart ausgebildet ist, daß er das Biegen feststellt und ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, dessen Frequenz dem Biegen und somit der durch den Strömungsmengenmesser hindurchströmenden Gasmenge proportional ist.
2. Strömungsmengenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckfühler ein piezoelektrischer Druckfühler ist.
3. Strömungsmengenmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckfühler ein piezoelektrischer Zweielementkristall ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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4. Strömungsmengenmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckfühler innerhalb des Prallkörpers angebracht ist.
5. Strömungsmengenmesser nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Prallkörper T-förmig ist
und daß der Druckfühler im Lünpsschenkel der T-Form angebracht ist.
6. Strömungsmengenmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper an einer Stelle derart schwächer ausgebildet ist,

daß sich ein Teil des Körpers um den anderen biegen kann.
7. Strömungsmengenmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper so ausgebildet ist, daß die Bildung von Wirbeln in der Gasströmung verursacht wird.
8. Strömungsmengenmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine wärmeempfindliche Vorrichtung vorgesehen ist, die erzeugte Gaswirbel oder Gasimpulse bei Frequenzwerten feststellt, bei denen der Druckfühler nicht arbeitet.

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