ES2641292T3 - Debímetro para masa de aire - Google Patents

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Abstract

Debímetro para masa de aire (1) con una carcasa (17) de plástico, que actúa como aislante eléctrico, en el que en la carcasa (17) está configurado un canal para el flujo (7) y con un elemento sensor (3) fabricado en la forma constructiva MEMS, dispuesto en la carcasa (17) y que capta la masa de aire (4) que fluye por el canal del flujo (7) y en el que en la carcasa (17) están dispuestas vías conductoras, que conectan el elemento sensor (3) con pins o clavijas de conexión, en el que toda la carcasa (17) está compuesta por plástico y al menos una zona (9) del canal para el flujo (7) presenta propiedades electrostáticamente disipativas, caracterizado porque la zona eléctricamente disipativa (9) del canal para el flujo (7) está compuesta por plástico con polímeros conductores y/o por plástico con fibras conductoras y/o por plástico con negro de humo conductor.

Description

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DEBIMETRO PARA MASA DE AIRE DESCRIPCION
La invencion se refiere a un debfmetro para masa de aire con una carcasa de plastico, que actua como aislante electrico, en el que en la carcasa esta configurado un canal para el flujo y con un elemento sensor, dispuesto en la carcasa y que capta la masa de aire que fluye por el canal del flujo y en el que en la carcasa estan dispuestas vfas conductoras, que conectan el elemento sensor con pins o clavijas de conexion.
El concepto de aire se utiliza en el contexto de esta solicitud como ejemplo de un gas o mezcla de gases cuyo caudal masico puede determinarse. Fundamentalmente puede determinarse con el debfmetro para masa de aire de acuerdo con la invencion el caudal masico de cada gas o mezcla de gases.
Tales debfmetros para masa de aire se conocen y se utilizan en grandes cantidades por ejemplo en la fabricacion de automoviles, para detectar la masa de aire que fluye hacia un motor de combustion interna. En funcion del caudal masico de aire detectado por el debfmetro para masa de aire pueden realizarse tanto diagnosticos, por ejemplo del funcionamiento del motor de combustion interna, como tambien un control del motor de combustion interna. Para estos fines es importante una deteccion del caudal masico real de aire que incluso bajo diversas condiciones de funcionamiento sea fiable y lo mas precisa posible.
Por el documento EP 0 458 998 A1 se conoce un debfmetro para masa de aire con una carcasa en el que esta configurado un canal para el flujo y en el que flujo arriba de un elemento sensor esta alojado un enderezador de flujo. El enderezador de flujo incluye una estructura de panal y un anillo, que sobresale del panal en la direccion del flujo y en el que esta alojada una rejilla distanciada del panal, que genera turbulencias minusculas.
El documento JP 63 218821 A da a conocer un equipo de medida para motores de combustion interna, para medir una masa de aire.
Por el documento DE 10 2005 057 575 A1 se conoce un debfmetro para masa de aire para medir un caudal masico de aire. El debfmetro para masa de aire presenta una superficie del sensor que puede inundar el caudal masico de aire y un dispositivo generador de campo, que esta equipado para generar un campo electrico al menos parcialmente homogeneo. Mediante efectos electricos, puede evitarse la contaminacion de la superficie del sensor debida a gotitas de aceite utilizando el debfmetro para masa de aire.
El documento WO 2008/006945 A1 se refiere a una solucion de un polfmero inherentemente conductor en una solucion polar.
Es objetivo de la presente invencion indicar un debfmetro para masa de aire, que pueda fabricarse economicamente y que posibilite una medicion exacta de un caudal masico de aire, debiendo funcionar el debfmetro para masa de aire correctamente durante el mayor tiempo posible.
Este objetivo se logra mediante las caracterfsticas de la reivindicacion independiente.
Puesto que toda la carcasa esta compuesta por plastico y al menos una parte del canal para el flujo presenta propiedades electrostaticamente disipativas, puede fabricarse el debfmetro para masa de aire de forma especialmente economica, por ejemplo mediante el procedimiento de moldeo por inyeccion. Puesto que al menos una parte del canal para el flujo presenta propiedades electrostaticamente disipativas, se descargan las partfculas de suciedad cargadas electricamente antes de que las mismas puedan llegar al elemento sensor. Asf se impide una acumulacion de partfculas de suciedad cargadas electricamente sobre el elemento sensor. Puesto que no se deposita ninguna partfcula de suciedad sobre el elemento sensor, es posible durante toda la vida util del debfmetro para masa de aire una medicion precisa y sin perturbaciones de la masa de aire que fluye por el tubo. En el contexto de este documento se denominan zonas electrostaticamente disipativas zonas cuya resistencia superficial es inferior a 1012 ohmios. Asf es la resistencia superficial suficientemente pequena para descargar partfculas cargadas electrostaticamente en la masa de aire y proteger el elemento sensor frente al deposito de estas partfculas.
Puesto que toda la carcasa, es decir, tambien el canal para el flujo con la parte que tiene propiedades electrostaticamente disipativas, esta compuesto por plastico, puede lograrse una duracion especialmente elevada para el sensor. En el canal para el flujo no existe ninguna zona conductora que se haya montado sobre el canal para el flujo y que eventualmente pudiera soltarse de nuevo. El canal para el flujo constituye con su parte electricamente disipativa un componente estructural de una sola pieza de plastico, conservando la zona electricamente disipativa del canal para el flujo, debido a las partfculas conductoras en el plastico, su propiedad electricamente disipativa.
En un perfeccionamiento esta fabricado el elemento sensor en la forma constructiva MEMS. Precisamente para debfmetros para masa de aire con elementos sensores constituidos con la tecnica de microsistemas (MEMS) es especialmente importante la descarga de partfculas de suciedad cargadas en una parte del canal para el flujo con propiedades electrostaticamente disipativas. Cuando en el flujo de aire existen partfculas de suciedad cargadas (por
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ejemplo partfculas de polvo cargadas), estas son atrafdas por las superficies cargadas del elemento sensor y las partfculas de suciedad cargadas se depositan sobre estas superficies cargadas. No obstante, al ser muy aislante la capa de pasivacion sobre las superficies cargadas del elemento sensor, se impide una descarga de las partfculas de polvo. Para evitar esto, se descargan las partfculas de suciedad cargadas antes de alcanzar el elemento sensor montado segun la tecnica de microsistemas (MEMS) en la parte electrostaticamente disipativa del canal para el flujo, con lo que las mismas ya no pueden depositarse sobre la superficie del elemento sensor.
En el siguiente perfeccionamiento esta compuesta la parte electricamente disipativa del canal para el flujo por plastico con polfmeros conductores y/o por plastico con fibras conductoras y/o por plastico con negro de humo conductor. Como fibras conductoras en el plastico son adecuadas por ejemplo partfculas de carbon o metalicas. Los plasticos con partes integrantes conductoras (polfmeros, fibras y/o negro de humo conductor) son economicos y faciles de integrar en el canal para el flujo.
Cuando la parte electricamente disipativa del canal para el flujo esta conectada electricamente con un potencial fijo, pueden desprenderse facilmente los portadores de carga de las partfculas de suciedad y con ello se realiza una neutralizacion sencilla de las partfculas de suciedad. Estas ya no se depositan sobre el elemento sensor.
En una forma de realizacion preferida el potencial fijo es la masa del sensor. La masa del sensor es para el debfmetro para masa de aire el potencial neutro de referencia y esta en condiciones de captar grandes cantidades de portadores de carga sin someterse a un desplazamiento del potencial.
Cuando la carcasa presenta un cuerpo de carcasa y una tapa de carcasa, es especialmente sencilla la fabricacion del debfmetro para masa de aire. Entonces puede estar configurada la parte electricamente disipativa del canal para el flujo en y/o junto al cuerpo de la carcasa y/o estar configurada en y/o junto a la tapa de la carcasa.
La invencion se describira a continuacion mas en detalle en base a las figuras 1 a 6. La
figura 1 muestra un debfmetro para masa de aire en un tubo,
figura 2 muestra una vista en perspectiva del debfmetro para masa de aire,
figura 3 muestra esquematicamente un elemento sensor fabricado en tecnologfa MEMS.
figura 4 muestra un debfmetro para masa de aire con una carcasa,
figura 5 muestra una tapa de carcasa,
figura 6 muestra un cuerpo de carcasa,
figura 7 muestra de nuevo una tapa de carcasa.
La figura 1 muestra un debfmetro para masa de aire 1. El debfmetro para masa de aire esta situado en un tubo 2. El debfmetro para masa de aire 1 presenta una carcasa 17 con un principio 5 y un final 6 con respecto a la direccion principal del flujo 4 de la masa de aire en el tubo 2. Para poder medir correctamente para cualquier velocidad de flujo de la masa de aire en el tubo 2, esta configurado delante del debfmetro para masa de aire 1, a una cierta distancia de su principio 5, un elemento conductor del flujo 8. Este elemento conductor del flujo 8 esta compuesto aquf por una rejilla 11. Tanto el tubo 2 como tambien la rejilla 11 pueden presentar zonas 9 con propiedades electricamente disipativas.
La figura 2 muestra una vista en perspectiva del debfmetro para masa de aire 1 en un tubo 2. El debfmetro para masa de aire 1 presenta un canal para el flujo 7, que aloja una parte del aire que fluye por el tubo 2 y lo conduce sobre un elemento sensor 3. En el tubo 2 del debfmetro para masa de aire 1 estan dispuestos elementos conductores del flujo 8 extendidos, orientados en paralelo a la direccion principal del flujo 4. Tambien estos elementos conductores del flujo 8 pueden presentar zonas 9 con propiedades electricamente disipativas. Ademas muestra la figura 2 un elemento de conexion 16, en el que estan dispuestos pines o clavijas de conexion, que conectan electricamente el elemento sensor 3 y su subsiguiente circuito electronico 10, por ejemplo con un aparato electronico de control de motor.
La figura 3 muestra esquematicamente un elemento sensor 3, fabricado con tecnologfa MEMS, en el flujo de aire 4. Los elementos sensores 3 modernos fabricados segun la tecnica de microsistemas (MEMS) captan muy rapidamente el caudal masico de aire y miden practicamente cualquier variacion en el caudal masico de aire 4 con gran precision. El elemento sensor 3 y el circuito electronico 10 para procesar las senales del elemento sensor 3 puede estar configurado en la tecnologfa de microsistemas (MEMS) sobre un unico componente semiconductor 11. Un inconveniente de los elementos sensores 3 fabricados segun la tecnica de microsistemas es que sobre las superficies 12 del elemento sensor 3 electricamente conductoras y cargadas con portadores de carga, por lo general esta dispuesta una capa de pasivacion 14 delgada, pero muy aislante, por ejemplo de dioxido de silicio. Cuando en el flujo de aire existen partfculas de suciedad 15 cargadas (por ejemplo partfculas de polvo cargadas), las mismas son atrafdas por las superficies cargadas 12 del elemento sensor 3 y las partfculas de suciedad 15 cargadas se depositan sobre esas superficies cargadas 12. Pero debido a la capa de pasivacion 14 muy aislante sobre las superficies cargadas 12 del elemento sensor 3, se impide una descarga de las partfculas de suciedad 15. Las partfculas de suciedad 15 cargadas estan formalmente atrapadas sobre la superficie electricamente conductora del elemento sensor 3 y esta suciedad falsea la medicion de la masa de aire 4 que pasa por delante.
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La figura 4 muestra un debfmetro para masa de aire 1 con una carcasa 17. La carcasa 17 esta compuesta por un cuerpo de carcasa 18 y una tapa de carcasa 19. En el cuerpo de carcasa 18 puede verse el elemento de conexion 16, en el que estan alojados pins o clavijas electricamente conductoras, que establecen un contacto electrico del elemento sensor 3 con una unidad electronica que va a continuacion, por ejemplo un aparato de control de motor. Ademas puede verse en el cuerpo de la carcasa 18 el canal para el flujo 7. Aquf esta constituido el canal para el flujo 7 con forma de Q. Esto es no obstante solo un ejemplo de un canal para el flujo. Hay variantes muy diversas de tales canales para el flujo en debfmetros para masa de aire 1. La tapa de la carcasa 19 puede unirse con el cuerpo de la carcasa 18. Esto puede realizarse por ejemplo mediante pegado o soldadura por laser. En la tapa de la carcasa 19 puede verse una zona 9 con propiedades electricamente disipativas. Esta zona 9 con propiedades electricamente disipativas cubre ampliamente el canal para el flujo 7. Asf pueden descargarse las partfculas de suciedad 15 con portadores de carga 13 existentes en el flujo de aire 4 mediante un contacto con la zona 9 con propiedades electricamente disipativas. Esto garantiza que solo pasen por delante del elemento sensor 3 partfculas de polvo 15 electrostaticamente neutrales con la masa de aire 4. Mediante las zonas 9 con propiedades electrostaticamente disipativas se evita con gran efectividad que sobre el elemento sensor 3 se depositen partfculas de suciedad 15 cargadas electricamente. Con la referencia 20 se designa la conexion a masa con la que se conecta la zona 9 con propiedades electricamente disipativas con la masa del sensor 21 u otro potencial fijo. La conexion de la masa del sensor 21 se anade esquematicamente en la figura 4 a la zona 9 con propiedades electricamente disipativas.
La figura 5 muestra la tapa de la carcasa 19 en una representacion mas detallada. En la tapa de la carcasa 19 puede observarse con claridad la zona 9 con propiedades electricamente disipativas. Aquf corresponde la forma de la zona 9 con propiedades electricamente disipativas en gran medida a la forma del canal para el flujo 7. A lo largo de la zona 9 con propiedades electricamente disipativas fluye la masa de aire 4, pudiendo descargarse las partfculas de suciedad 15 contenidas en la misma en la zona 9 con propiedades electricamente disipativas. La conexion con la masa del sensor 21 se anade en las figuras 5 y 6 esquematicamente a la zona 9 con propiedades electricamente disipativas.
La figura 6 muestra el cuerpo de la carcasa 18. En el cuerpo de la carcasa 18 puede verse el canal para el flujo 7, estando dotado en este ejemplo de realizacion tambien el canal para el flujo 7 de una zona con propiedades electricamente disipativas.
La figura 7 muestra de nuevo la tapa de la carcasa 19 y la zona 9 con propiedades electricamente disipativas. Puede verse la tapa de la carcasa 19, antes de que la zona 9 con propiedades electricamente disipativas este integrada en la misma. Para integrar la zona 9 con propiedades electricamente disipativas, se encaja la zona 9 con propiedades electricamente disipativas en la tapa de la carcasa 19 y por ejemplo se pega con la tapa de la carcasa o se une mediante soldadura de laser.
La zona 9 con propiedades electricamente disipativas esta compuesta por un plastico, que contiene partfculas electricamente conductoras. Estas partfculas electricamente conductoras pueden ser por ejemplo partfculas de carbono o virutas finas de hierro.

Claims (6)

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    REIVINDICACIONES
    1. Debfmetro para masa de aire (1) con una carcasa (17) de plastico, que actua como aislante electrico, en el que en la carcasa (17) esta configurado un canal para el flujo (7) y con un elemento sensor (3) fabricado en la forma constructiva MEMS, dispuesto en la carcasa (17) y que capta la masa de aire (4) que fluye por el canal del flujo (7) y en el que en la carcasa (17) estan dispuestas vfas conductoras, que conectan el elemento sensor (3) con pins o clavijas de conexion, en el que toda la carcasa (17) esta compuesta por plastico y al menos una zona (9) del canal para el flujo (7) presenta propiedades electrostaticamente disipativas,
    caracterizado porque la zona electricamente disipativa (9) del canal para el flujo (7) esta compuesta por plastico con polfmeros conductores y/o por plastico con fibras conductoras y/o por plastico con negro de humo conductor.
  2. 2. Debfmetro para masa de aire (1) de acuerdo con la reivindicacion 1,
    caracterizado porque la zona electricamente disipativa (9) del canal para el flujo (7) esta conectada electricamente con un potencial fijo.
  3. 3. Debfmetro para masa de aire (1) de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizado porque el potencial fijo es la masa del sensor (21).
  4. 4. Debfmetro para masa de aire (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la carcasa (17) presenta un cuerpo de carcasa (18) y una tapa de carcasa (19).
  5. 5. Debfmetro para masa de aire (1) de acuerdo con la reivindicacion 4,
    caracterizado porque la zona electricamente disipativa (9) del canal para el flujo (7) esta configurada en y/o junto al cuerpo de la carcasa (18).
  6. 6. Debfmetro para masa de aire (1) de acuerdo con la reivindicacion 4, 5,
    caracterizado porque la zona electricamente disipativa (9) del canal para el flujo (7) esta configurada en y/o junto a la tapa de la carcasa (19).
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