JP2005037397A - 超音波ガス流量計 - Google Patents
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Abstract
温度安定性と原温度形状の減少と考察を考慮して、実質的に改良された出力を備える超音波ガス流量計を提供すること。
【解決手段】
超音波ガス流量計は、送信音変換器と受信音変換器を備えるガス貫流測定管と、送信受信評価電子部とから成る。
改良された出力能力、特に温度安定性と温度形状の減少と考察を備えるセンサーを構成するために、音変換器(7,8,9,10)は容量電音式超音波変換器として形成され、そしてガス温度形状を比較調節し且つ流れ測定における温度形状の影響を最小化する装置が設けられる。
平均流速と流れるガス量とが運転時間から高い時間的解像度をもつ送信器と受信器の間の二つの音信号により検出されるガス流量を検出する、ガスの貫流を検出する方法のために、ガス、特に高動的流れの容積流或いは質量流の正確且つ確実な検出が達成される。
そのために、運転時間の決定後に流量用の仮定値が評価され(35)、この仮定値は少なくともガスの特性的温度と測定管の壁の温度によって修正される(36)。
【選択図】 図1
Description
そのために現実の密度ρは運転時間により算出された音速c(EQ2)、特殊熱容量kと現実の圧力pから求められる:
そこで、式の関数f1 (TC ,TW )の機能的関係が特に好ましいものとして証明された:
運転時間の測定によって検出された音速cは管横断面にわたる場所に依存する音速c〜(r) (rは半径方向対称管の管半径、Rは管半径)の平均値を意味する:
特にその際に受信信号の第一零通過が一定の音特性の到達時点として定義される。
その際に、図1はこの発明のガス流量計を概略的に示し、図2と2aはこの発明の容量式超音波変換器の全体図と詳細図を示し、図3は配列構成にて容積式超音波変換器を示し、図4は容量式超音波変換器の一次信号用のこの発明の増幅器回路を概略的に示し、図5はブロック線図形態で評価方法の表示であり、図6は送信器と受信器対の送信と受信信号の表示並びに受信信号の付属位相信号を示す。
2.....加熱要素
3.....評価電子部
4.....加熱制御電子部
5.....据付け部
6.....カバー
7−10...変換器
11....受信電子部
12,13...温度センサー
14....圧力センサー
15....ラムダゾンデ
16....データ伝送ライン
17....変換器本体
18....金属性ダイアフラム
19....裏板
20....構成
21....絶縁層
22....変換器本体
23....金属性ダイアフラム23
24....裏板
25....絶縁基礎材料基体
26....電極
27....絶縁層
28....補助回路線図
29....結合抵抗
30....増幅器
31....コンデンサー
32....RC−素子
33....結合コンデンサー
34....フィルタ回路
35,36,37...段
Claims (46)
- ガス貫流測定管と、少なくとも一つの送信音変換器と一つの受信音変換器並びに送信受信評価電子部とから成る稼働時間方法に基づく超音波ガス流量計において、音変換器(7,8,9,10)は容量電音式超音波変換器として時間的過渡音信号を音発生し且つ受信するように形成され、流れのガス温度形状を比較調節し且つ流れ測定における温度形状の影響を最小化する装置が設けられることを特徴とする超音波ガス流量計。
- 変換器(7,8,9,10)は、例えばチタン材料から成る金属ダイアフラム(18,23)を有することを特徴とする請求項1に記載のガス流量計。
- 裏板(19,24)はドーピング処理した半導体とその上に重ねる絶縁層(21,27)とから成り、その絶縁層が例えば塗布される箇所にダイアフラム(18)が特に直接に載置されることを特徴とする請求項2に記載のガス流量計。
- 絶縁層(21,27)は第二電極、即ち裏板(19,24)の材料の反応により製造処理中に周囲大気による熱作用下で生じる材料によって形成されていることを特徴とする請求項3に記載のガス流量計。
- 第二電極、即ち裏板(19,24)は一つの構成(20)を備えていることを特徴とする請求項3或いは請求項4に記載のガス流量計。
- 一つの構成(20)を備える第二電極、即ち裏板(19,24)は不連続合成構造、好ましくは腐食された構成を備えていることを特徴とする請求項5に記載のガス流量計。
- 変換器(7,8,9,10)は、直線的或いは平面的配列で複数の別々に装着可能な領域(26)を有することを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のガス流量計。
- 少なくとも一つの音変換器(7,8,9,10)、特に受信変換器(9,10)は移動自在に支承されていることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載のガス流量計。
- 一つ或いは複数の音変換器(7,8,9,10)は、回転可能に支承されていることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載のガス流量計。
- 測定管(1)の壁用加熱装置(2)は場合によっては音変換器(7,8,9,10)にも備えられることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載のガス流量計。
- 測定管(1)は僅かな特定熱容量をもつ材料、特に熱絶縁材料から製造されること及び/又はこの種の材料製の被膜を備えていること及び/又はこの種の材料製の被覆により包囲されることを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載のガス流量計。
- 温度及び/又は流れ形状を形成する取付け部(5,6)は測定管(1)に据付けられているか、或いは一体化されていることを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか一項に記載のガス流量計。
- 少なくとも一つの温度センサー(13)が測定管(1)の壁の温度の測定のために設けられ、そして評価電子部(3)と接続されていることを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか一項に記載のガス流量計。
- 少なくとも一つの温度センサー(12)が流れの温度の測定のために設けられ、評価電子部(3)と接続されていることを特徴とする請求項1乃至請求項13のいずれか一項に記載のガス流量計。
- ガス組成を検出する装置、特にラムダゾンデ(15)が設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項14のいずれか一項に記載のガス流量計。
- データ導線(16)とデータインターフェイスが設けられ、それらを介して流れのガス組成に関する情報が伝達されることを特徴とする請求項1乃至請求項15のいずれか一項に記載のガス流量計。
- 受信電子部(11)はアナログ増幅器として構成されていて、少なくとも一次増幅器段(30)の基準電位は変換器(9,10)の電位水準、即ちバイアス電圧に上昇されることを特徴とする請求項1乃至請求項16のいずれか一項に記載のガス流量計。
- 増幅回路(30)の反転入力部は直接に容量式変換器(9,10)と接続されていることを特徴とする請求項17に記載のガス流量計。
- 容量式変換器(9,10)と基準電位はコンデンサ(31)を介して増幅回路(30)の反転入力部と接続されていることを特徴とする請求項17或いは請求項18に記載のガス流量計。
- 増幅回路(30)の非反転入力部には同様に基準電位がRC−素子(32)を介して当接していることを特徴とする請求項17乃至請求項19のいずれか一項に記載のガス流量計。
- RC−素子(32)の時定数は変換器容量と基準電位の連結抵抗(31)から形成されたフイルタの時定数とほぼ同じ大きさであることを特徴とする請求項20に記載のガス流量計。
- 一次増幅段(30)は別のフイルタ(34)の後に接続されていて、特に高域フイルタ、場合によっては第二増幅段は次のバンドパスフイルタと事情によっては少なくとも一つの分離コンデンサの後に接続されていることを特徴とする請求項17乃至請求項21のいずれか一項に記載のガス流量計。
- 内燃機関の排気ガス列には請求項1乃至請求項22のいずれか一項に記載のガス流量計が据付けられていることを特徴とする内燃機関の排気ガス流を測定する装置。
- ガス流量計は排ガス内の有害物質成分を決定するガス取出し部の抵抗力のない箇所のすぐ付近に設けられていることを特徴とする請求項23に記載の装置。
- ガス流量計は、内燃機関の排ガスの部分流により貫流される導管部分内に挿入されていることを特徴とする請求項23或いは請求項24に記載の装置。
- ガス流量計は、内燃機関の排ガスを希釈するガス流により貫流される導管部分内に挿入されていることを特徴とする請求項23或いは請求項24に記載の装置。
- 平均流速とそれからの流れるガス量とが運転時間から高い時間的解像度をもつ送信器と受信器の間の二つの音信号により検出されるガス流量を検出する方法において、運転時間の決定後に流量用の仮定値が評価され(35)、この仮定値は少なくともガスの特性的温度と測定管の壁の温度によって修正される(36)ことを特徴とする方法。
- 流量の仮定値を決定するために、測定管の現実の圧力値、特に正確に運転測定の箇所に関係されることを特徴とする請求項27に記載の方法。
- 仮定値はガスの特性的温度と測定管の壁の温度に依存して修正されることを特徴とする請求項27或いは請求項28に記載の方法。
- 測定管の壁の温度が測定されることを特徴とする請求項27乃至請求項29のいずれか一項に記載の方法。
- 測定管内のガスの温度が測定されることを特徴とする請求項27乃至請求項30のいずれか一項に記載の方法。
- ガスの特性的温度は、運転時間とそれによる測定管内の温度形状の物理的モデルに基づく音速度用の仮定値とから検出されることを特徴とする請求項27乃至請求項31のいずれか一項に記載の方法。
- ガスの特性的温度は、測定管の壁の温度の考慮によって精確に表現されることを特徴とする請求項32に記載の方法。
- 温度測定と運転時間測定用の時点の選択の際に装置の幾何学形状と流速が考慮されることを特徴とする請求項27或いは請求項33に記載の方法。
- ガス量(37)の仮定値の修正の際のガス組成を考慮するために、ガス量の算出用の断熱係数の公称値が採用されることを特徴とする請求項27乃至請求項34のいずれか一項に記載の方法。
- 断熱係数の公称値はガスの特性的温度に一致して修正されることを特徴とする請求項35に記載の方法。
- 超音波信号の送信時点と運転時間の仮定値とに依存して、受信信号の到着時点用の期待時間窓が求められることを特徴とする請求項27乃至請求項36のいずれか一項に記載の方法。
- 送信時点の連続性、即ち測定反復率は仮定された運転時間に依存して適合されることを特徴とする請求項27乃至請求項37のいずれか一項に記載の方法。
- 運転時間の仮定値として予め行った測定の運転時間が使用されることを特徴とする請求項37或いは請求項38に記載の方法。
- 運転時間の仮定値として予め行った流量測定の結果に依存してモデル的に形成された計算値が使用されることを特徴とする請求項37或いは請求項38に記載の方法。
- 運転時間を求めるために、まず最初に受信信号の開始用の仮定時点が確認され、精密開始は複雑な値に図示された受信信号の位相情報の分析によって確認されることを特徴とする請求項37乃至請求項40のいずれか一項に記載の方法。
- 複雑な受信信号は実際の受信信号のヒルバート変換によって求められることを特徴とする請求項41に記載の方法。
- 現実の受信信号のために受信信号の複雑な表示の現実の位相位置が求められ、位相位置の連続変更の領域における任意の時点で受信信号の開始用の仮定時点が確認されることを特徴とする請求項41に記載の方法。
- 受信信号の開始の仮定時点のために最大振幅の発生時点が使用されることを特徴とする請求項41に記載の方法。
- 受信信号の開始用の仮定時点から出発して受信信号の精密な開始は最初に生じた位相位置に基づいて求められることを特徴とする請求項41に記載の方法。
- 受信信号の第一零通過は求める信号特徴の到着時点として定義されていることを特徴とする請求項45に記載の方法。
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