JP2000509833A - 液圧式流量測定および被検体における漏れ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 液圧式流通量測定および被検体における漏れ測定のための装置であって、被検体に対してほぼ垂直に延在する管路として構成された測定区間と、測定区間に配置された容量性センサとを有し、該センサには少なくとも１つの測定媒体と、該測定媒体に作用する圧力形成するための少なくとも１つの媒体（圧力媒体）とが供給される装置を、技術的に簡単に実現でき、流通量と漏れを正確に測定できるように改善するため、被検体が測定区間に直接結合されていることが提案される。

Description

【発明の詳細な説明】 液圧式流量測定および被検体における漏れ測定装置 従来の技術 本発明は、液圧式流通量測定および被検体における漏れ測定装置に関し、この 装置は被検体に結合された測定区間と、測定区間に配置された容量性センサとを 有し、このセンサには少なくとも１つの測定媒体、および少なくとも１つの媒体 が供給され、この媒体は前記測定媒体に作用する圧力（圧力媒体）を形成するた めのものである。 この種の装置は例えばＤＥ４２０５４５３Ａ１から公知である。この装置では 測定区間が、弁の配置された分岐路を介して被検体と接続されている。この装置 で問題となるのは、流通量および漏れ量を制限された精度でしか測定できないこ とである。なぜなら分岐により、とりわけ分岐路に配置された弁により誤差が、 例えばこの弁の非密閉性のために発生し、これが測定結果を誤らせるからである 。 本発明の課題は、冒頭に述べた形式の液圧式流通量測定および被検体における 漏れ測定装置を次のように改善することである。すなわち、技術的に簡単に実現 でき、流通量と漏れを正確に測定できるように改善することである。 発明の利点 この課題は冒頭に述べた形式の液圧式流通量測定および被検体における漏れ測 定装置において本発明により、被検体が測定区間に直接結合されていることによ り解決される。 被検体を測定区間に直接結合することの利点は、一方では非常に正確な測定が 可能であることであり、他方では測定結果を誤らせることが生じないことである 。このようなことは例えば被検体と測定区間との間に配置された弁の密閉が不完 全であることにより生じ得る。 被検体を測定区間に直接結合することにより、非常に高速な測定も可能になる 。なぜなら、例えば被検体と測定区間との間に配置された分岐路、弁等によって 惹起される、測定結果の誤りにつながる測定遅延が除外されるからである。 純粋原理的には、圧力媒体に対する入口／出口と測定媒体に対する入口／出口 には種々の構成が考えられる。 有利な実施例では、圧力媒体に対する入口／出口と、測定媒体に対する入口／ 出口とを、被検体とは反対側の測定区間に配置する。 この構成により一方では測定装置全体の構造が小型になり、他方では測定が正 確になる。なぜなら、測定区間と被検体の他には検査回路に配置される他の要素 がないからである。 他の有利な実施例では、圧力媒体に対する入口／出口が被検体とは反対側の測 定区間に、測定媒体に対する入口／出口が測定区間に向いた側の被検体に配置さ れる。 この種の実施例によりとりわけ簡単に、液圧式通流量測定と、被検体の流出側 （低圧側）での漏れ測定が可能である。この実施例は被検体の作動圧には依存せ ず、従って任意に高い圧力まで使用することができる。 圧力下にある測定媒体を被検体に良好に結合し、場合により発生する空泡を容 易に洗い流すため有利な実施例では、被検体の流入口（高圧側）と測定区間との 間に渦形成要素が被検体に回転流を形成するために配置される。 渦形成要素の構成に関しては純粋に原理的に、回転流を被検体に形成する種々 の実施形態が考えられる。有利な実施例では、渦形成要素は円筒状ディスクであ り、軸方向およびアジマス方向に傾斜して配置された開口部を有する。この種の 渦形成要素は一方では簡単に製造でき、他方では特に効果的に被検体に回転流を 形成する。 有利には逆止弁が媒体供給部の入口および出口管に配置される。 測定区問並びに容量性センサの構成に関しては、こ れまで詳細に説明しなかった。有利な実施例では、測定区間はシリンダの形状を 有し、容量性センサはシリンダコンデンサである。このようにして容量性センサ をシリンダコンデンサとしてシリンダとして構成された測定区間に配置すること ができ、特に簡単に測定媒体と圧力媒体を供給することができる。なぜなら測定 区間と容量性センサとはある程度、重なるからである。 純粋原理的に、測定媒体として並びに圧縮媒体として異なる液体を使用するこ とができる。 有利な実施例では、測定媒体は液圧式液体であり、圧力媒体は空気である。 他の、とりわけ測定圧力が高いときに有利に適用される実施例では、測定媒体 と圧力媒体がそれぞれ、相互に混合しない２つの液体である。 短絡を回避するために有利には、容量性センサの電極の一方には絶縁被覆が設 けられる。 図面 本発明のさらなる構成およ利点は以下の説明並びに図面に示された実施例の対 象である。 図１は、本発明による、液圧式流通量測定および被検体の漏れ測定用装置の第 １の実施例、 図２は、本発明による、液圧式流通量測定および被検体の漏れ測定用装置の第 ２の実施例、 図３は、図１および図２に示された本発明の液圧式 流通量測定および漏れ測定装置に使用することのできる評価回路の基本回路図で ある。 実施例の説明 液圧式流通量測定および、例えば自動車技術で使用される噴射弁である被検体 １０における漏れ測定のための装置の実施例が図１に示されている。この実施例 は、被検体１０へほぼ垂直に延在する管路として構成された測定区間２０と、測 定区間２０に配置された容量性センサ３０を有し、容量性センサの形態はシリン ダコンデンサであり、このシリンダコンデンサの外側シリンダ３１は測定区間２ ０の外管と重なっており、シリンダコンデンサの中央導体３３が外側シリンダ３ ２１に、すなわち測定区間２０の外管の実質的に中央に配置されている。 被検体１０はパッキン要素１２を介して測定区間２０に直接結合されている。 容量性センサには被検体に向いた側に、絶縁された穿孔中央導体固定部３５が 設けられている。 容量性センサ３０の被検体１０とは反対側では、中央導体３３が絶縁され、圧 力密の案内部３６を介して外側の評価回路へ導かれている。 被検体１０とは反対側の測定区間２０には、測定媒体５０に対する入口／出口 ４０が設けられており、これを介して測定区間２０およびシリンダコンデンサの 形態の容量性センサ３０に測定媒体５０が供給される 。 測定媒体５０の入口／出口４０は第１の弁４１および第２の負荷軽減または戻 し弁４２を介して閉鎖することができる。 さらに測定区間２０の被検体１０とは反対側に入口／出口６０が設けられてお り、これを介して測定区間２０に、測定媒体５０に作用する圧力を形成するため の媒体、すなわち圧力媒体が供給される。圧力媒体７０に対する入口／出口６０ は弁６１を介して閉鎖することができる。さらに圧力媒体７０に対する入口／出 口６０では弁６１に圧力計６４を後置接続して設けることができる。この圧力計 は測定区間２０の圧力を測定するためのものである。 被検体１０と測定区間２０との間、すなわち被検体と容量性センサ３０との間 にはさらに渦形成要素８０が、被検体１０に回転流を形成するために配置されて いる。この回転流によって例えば泡等を測定媒体５０および被検体１０から洗い 流すことができる。これら泡は被検体１０に測定媒体５０を供給するときに発生 し得る。渦形成要素は円筒状ディスクの形態にあり、軸方向およびアジマス方向 に傾斜して配置された開口部（図示せず）を有する。 図１に示された装置は液圧式密閉度測定に特に適する。この実施例では有利に は測定媒体として液圧式液体が、圧力媒体として空気が使用される。中央導体３ ３は約０．５ｍｍの直径を有し、外側シリンダ３０は約２ｍｍの直径を有する。 シリンダコンデンサの長さは約１００ｍｍである。 測定媒体５０が導線性である場合には、中央導体３３３に薄い均質の絶縁被覆 ３４が設けられる。 この種の装置はとりわけ、少量の流量測定に適する。なぜなら、検査回路には 被検体を結合するためのパッキン要素１２しか存在せず、その限りにおいて測定 区間２０と被検体１０との間に配置されたユニットの漏れにより発生し得るよう な障害が存在しない。 測定のためにまず測定媒体５０が入口／出口４０を介して、弁４１が開放して おり弁４２，６１が閉鎖しているときに測定区間２０および被検体１０に供給さ れる。被検体１０はこのとき制御線路１１を介して流通のためにパルス状に開閉 される。この流通過程により測定区間２０全体と被検体１０に測定媒体５０が流 れる。 これに基づき弁６１と４２が開放され、空気流、すなわち圧力媒体７０の吹き 込みにより測定区間２０の上側領域が通風され乾燥される。有利には測定媒体５ ０の入口／出口４０の出口孔部は、圧力媒体６０の入口／出口６０の入口／出口 孔部の下方に配置される。これにより場合により測定区間２０に存在する測定媒 体５０が測定媒体５０に対する入口／出口４０を介して流出することができる。 測定のために、測定媒体５０の入口／出口４０にある弁４１，４２が閉鎖され 、圧力媒体７０の入口／出口６０にある弁６１が開放される。このようにして測 定区間２０と容量性センサ３０に検査圧ｐが印加され、この検査圧を圧力計６４ により検出することができる。 被検体１０により噴射される液体量を測定するために、測定媒体５０のレベル 状態が容量性センサ３０により検出され、さらに下で詳細に説明する評価回路に 供給される。 これに基づき被検体１０は制御線路１１を介して開放制御され、測定媒体５０ のレベル状態が容量性センサ３０により新たに検出される。 測定区間２０、すなわちシリンダコンデンサの形態の容量性センサ３０におけ るレベル状態変化は被検体１０の流通量に対する尺度である。 漏れまたは被検体１０における連続的流通量を検出するために測定区間３０の レベル状態が容量性センサ３０により順次連続する２つの時点で検出される。２ つの時点間でのレベル変化が漏れまたは連続的流通量に対する尺度である。 液圧式流通量測定および漏れ測定装置の別の実施例が図２に示されている。こ の実施例は図１に示した実施例とは、測定媒体５０の入口／出口４８が被検体１ ０に直接、測定区間２０とは反対側で配置されている 点で異なる。ここで入口／出口４８は被検体１０の流入側、すなわち高圧側に配 置されており、被検体１０はその流出側を介して、すなわち低圧側で測定区間２ ０に直接結合されている。この装置は被検体１０の作動圧に依存せず、従って任 意の高圧まで使用することができる。 図２に示されているように、安全弁１００が設けられている。この安全弁は被 検体１０の作動圧が非常に高いときに測定区間２０に破壊的なまたは危険な圧力 が発生することを阻止する。これは例えば被検体１０が閉鎖されなかったり、極 端に機密性の悪い場合である。 測定は、被検体１０の高圧側に高い圧力（１００から１５０ｂａｒ）を印加す ることにより行われる。被検体の密閉性が悪いとき、または流通量を測定する場 合には、これにより測定区間２０に直接結合された低圧側に容積増大が惹起され る。これにより液体測定媒体５０の液レベルのシフトが測定区間２０に生じ、こ れが容量性センサ３０、この場合はシリンダコンデンサにより検出される。圧力 媒体７０の圧力はこの場合、大気圧に相当する。弁６１は閉鎖され、戻し弁４２ は開放される。 図２に破線で示したように、被検体１０を媒体１２０（有利には測定媒体５０ に相応する）を介して測定区間２０に結合することもできる。このようにして例 えば結合の際に空気の入り混みを回避することができる。さらに管路１３０と弁 １３２を被検体の洗浄のために設けることができる。これにより本来の測定の前 に被検体１０を測定媒体５０により洗浄することができる。 負荷軽減弁１５０は測定区間２０の充填状態の調整に用いる。 測定区間２０に配置された容量性センサの容量測定は図３に概略的に示された ように行う。容量性センサＣｘは負帰還抵抗および正帰還抵抗Ｒｆ、Ｒｍ１，Ｒ ｍ２と共に、それ自体公知の測定発振器（矩形波発生器）の周波数決定素子であ る。発振器の得られた持続期間ＴはＣｘに直接比例する。約２０ｐＦの容量Ｃｘ 、負帰還抵抗Ｒｆ＝５ＭΩ、正帰還抵抗Ｒｍ１，Ｒｍ２＝２３０ｋΩにより、例 えば２３０μｓのＴが得られる。すなわち発振周波数ｆは約４．３ｋＨｚである 。センサ容量に相応する測定発振器信号は２つのカウンタ回路に供給される。こ れらカウンタ回路はそれぞれカウンタ１とカウンタ２を有しており、カウンタ２ に供給される信号は反転される。カウンタ回路にはそれぞれ２つの入力側を有す るＮＡＮＤゲート２００が前置接続されている。２つの入力側のそれぞれ１つに は基準発振器の共通の１００ＭＨｚ信号が供給される。この信号は公知の水晶発 振器により形成される。ここでカウンタ１のＮＡＮＤゲートはこの１００ＭＨｚ 周波数信号を、測定発振器の出力側がHIGHである間、通過させる。カウンタ２に 対して使用される測定発振器信号は反転されているから、カウンタ２のＮＡＮＤ ゲートは１００ＭＨｚ信号を測定発振器信号がLOWである間、通過させる。 ２つのカウンタ回路のカウンタ１，２はそれぞれ１６ビットカウンタである。 マイクロコントローラが計数状態を順次読み取る。 先行する測定発振器期間の読み出しに対する差が検出される。ここから、測定 発振器期間のそれぞれ半分の長さ（High／LOW）が１０ｎｓ単位（１００ＭＨｚ 基準周波数）で得られる。それぞれ他方の、先行して測定された半期間の加算に より、各半期間の測定後に瞬時の測定発振器期間全体Ｔが１０ｎｓ単位で得られ る。上に述べた時定数Ｔ＝２３０μｓに対しては約２３０００の期間が得られる 。 カウンタ回路をこのように読み出すことにより、非常に高い時間分解能が得ら れる（典型的にはこれは約１２０μｓ）。このようにして非常に高速な測定が可 能であり、この測定は図１に基づいて上に説明した装置により実行される。 測定のために所定数の測定値が検査状態計算器（図示せず）で処理される。予 め選択されたこのような測定数によって調整曲線は時間に比例し、指数的に減少 する一定の項を備えた次式のようになる。 測定値＝定数＋非密閉度＊ｔ＋Ｋ＊exp（−ｔ／ｔ０） 指数的に減少する項はとりわけ被検体１０に閉鎖された空気により形成される 作用を考慮している（流通／検査圧を加えたときの断熱加熱および後続の冷却に よる容積減少）。時定数ｔ０は実質的に使用される被検体１０、例えば噴射弁に だけ依存する。従って前もって一般的に求めることができる。定数Ｋは閉鎖され た空気の容積に対する尺度であり、監視することができる。 緩慢な測定に対して、測定値検出ごとに典型的には８０の測定発振器期間が読 み出される。最後の１０の測定についての平均では、典型的には５０から２００ ｍｓの間隔で約１８，０００，０００の測定値が読み満たされたセンサに対して 得られる。空のセンサに対しては約１５，０００，０００が得られる。これによ りセンサの充填度も識別可能である。すなわち、測定媒体５０の供給における障 害を識別することができ、また被検体１０における粗い漏れや過度に高い空気閉 鎖等を識別することができる。 標準的な緩慢な測定、例えば密閉度測定またはダイナミックな流通量またはス タティックな流通量の積分測定は、マイクロコントローラにファイルされた相応 のプログラムによって可能であることが理解できる。この場合、高速測定が可能 であることに基づき、タス の測定を加算し、場合により重み付けした平均値を検出することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨーゼフ エルンスト ドイツ連邦共和国 Ｄ―91330 エッゴル スハイム ヴァインガルテン 38 (72)発明者 ヨーゼフ ザイデル ドイツ連邦共和国 Ｄ―96149 ブライテ ンギュースバッハ レオンハルトシュトラ ーセ ９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 液圧式流通量測定および被検体（１０）における漏れ測定のための装置で あって、 被検体（１０）に対してほぼ垂直に延在する管路として構成された測定区間 （２０）と、測定区間（２０）に配置された容量性センサ（３０）とを有し、 該センサには少なくとも１つの測定媒体（５０）と、該測定媒体（５０）に 作用する圧力形成するための少なくとも１つの媒体（圧力媒体）とが供給される 装置において、 被検体（１０）は測定区間（２０）に直接結合されている、 ことを特徴とする装置。 ２． 圧力媒体（７０）に対する入口／出口（６０）と、測定媒体（５０）に対 する入口／出口（４０）とは、被検体（１０）とは反対側の測定区間（２０）に 配置されている、請求項１記載の装置。 ３． 測定媒体（５０）に対する入口／出口（４８）が測定区間（２０）とは反 対側の被検体（１０）に、圧力媒体（７０）に対する入口／出口（６０）が被検 体（１０）とは反対側の測定区間（２０）に配置されている、請求項１記載の装 置。 ４． 被検体（１０）の流入口と測定区間（２０）と の問に、被検体（１０）に回転流を形成するための渦形成要素（８０）が配置さ れている、請求項１または２記載の装置。 ５． 渦形成要素（８０）は円筒状ディスクであり、軸方向およびアジマス方向 に傾斜して配置された開口部を有している、請求項４記載の装置。 ６． 入口および出口（４０，６０）の管路には逆止弁（４１，４２，６１）が 配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。 ７． 測定区間（２０）はシリンダの形状であり、容量性センサ（３０）は、シ リンダコンデンサである、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。 ８． 測定媒体（５０）は液圧式液体であり、圧力媒体（７０）は空気である、 請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。 ９． 測定媒体（５０）と圧力媒体（７０）とはそれぞれ相互に混合しない２つ の液体である、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。 １０． 容量性センサ（３０）の電極の一方には絶縁被覆（３４）が設けられて いる、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。