JP2011530707A5 - - Google Patents

Description

多くのセンサ特にホットフィルムエアマスセンサは、格子又は組合せ格子を備えている。このような格子は、例えば流体管路内に組み込まれ、一般的な形式で流体の流れ方向で差込形センサ若しくはセンサから数センチメートル上流側に配置されていて、流体管路内の速度プロフィールを均一化するという課題を有している。さらにこのような形式の格子は、流体の流れから、本来存在する回転流を取り除くという課題を有している。格子の均一化作用は、流れの制動作用によって得られる。それと同時に、微小の乱流が生ぜしめられ、この微小の乱流が、低速及び高速の流体と混合され、それによって管の全横断面に亘って速度の均一化が得られるようになっている。センサの特性曲線（例えばエアマスと出力周波数又は出力電圧との関係）は、流入するエアの速度プロフィールとはほぼ無関係である。

多くのセンサ装置、特に従来の格子（例えば４〜７ｍｍの格子の目の幅、及び５〜１０ｍｍの格子奥行きを有するプラスチック格子）と組み合わされたエアマスセンサの問題点は、多くのエアマス領域において、特性曲線の再生可能性の質が低いという点にある。このような問題の原因は、特に層−乱流の流れが各格子ステーにおいて転換（遷移）することにある。遷移過程は、周辺条件例えば温度、幾何学形状、流れ速度等の周辺条件の最小変化に著しく過剰に反応し、このパラメータは一般的に流体管路の横断面に亘って完全に一定に保たれないので、流れはあらゆる箇所で正確に同時に乱れることはない。このことによって、流動媒体の流れ状態（層流又は乱流）が格子の下流側で正確に規定されておらず、かつ再生可能性の質が低いエアマス領域が存在することになる。このような不確実性は、センサエレメントの特性曲線再生可能性に現れる。

本発明の考え方は、流動媒体の流れにおいてできるだけ早期に、つまり非常に低い流れ速度で、乱流を発生させるようにし、それによって明確な流れ状態を形成するという点にある。これは、流れを比較的早く、つまり低い流れ速度で既に乱流が生ぜしめられるように配慮する、改善されたプロフィールを有する格子ステーを使用することによって得られる。これによって、常に明確で、良好に再生可能な流れ状態が得られ、速度プロフィールは、流れ方向に対して直交する方向の高められたパルス交換（Impulsaustausch）によって、効果的に均一化される。これによって、例えばセンサ装置に前置接続された吸込み管内におけるフィルタエレメントの汚れ等の外部の影響による、速度プロフィールの変化に対する流れの感度は低下する。

従来技術により公知の格子とは異なり、上記本発明の考え方を実現するための本発明の格子は、改善された横断面を有する少なくとも１つの格子ステーを有している。この改善は特に、流動媒体によって流過される、ステーの少なくとも１つの表面に、少なくとも１つのせん断エレメントが設けられている。このせん断エレメントは、流れ方向でせん断エレメントの下流側に、乱流を伴う領域を生ぜしめるために設けられている。このような特に主流れ方向に対して横方向の、高い速度勾配を有する層は、追加的に、著しく不安定なせん断層を形成する。これによって生ぜしめられた流れの変動によって、格子ステーの後ろに伴流が生ぜしめられる。つまり振動が生ぜしめられ、非常に早期に、つまり非常に低速の流れ速度において既に高周波の乱流が生ぜしめられる。これによって、低い流れ速度において広範囲に亘って、層流から乱流への流れの転換が得られる。センサにおける流れは、ほぼ全運動範囲に亘って乱流を伴う流れである。

ステーは、せん断エレメントの下流側、例えば段状に構成された段部の下流に、狭められた延長部を有している。つまり、少なくとも段部の領域よりも横断面が狭く、有利には格子ステーのその他の領域におけるよりも狭い、ステーの領域を有している。この延長部は、例えば主流れ方向に先細りしている。従って、延長部は、ステーの対称軸線に対して相対的な傾斜面を有している。例えば先細り角度α、つまり傾斜面と対称軸線との間の角度は、０゜よりも大きく１０゜以下の間の角度が使用される。せん断エレメントの上流、つまり例えば段部の上流において、ステーは、横断面で見て丸味の付けられた流入側セクションを有している。この流入側セクションは、例えばほぼ楔状の形状を有しており、楔の先端は主流れ方向とは逆方向に向いている。楔状の楔面は、平らであっても湾曲していてもよい。楔状の代わりに、別の形状、例えばＵ字形、翼形状又はその他の丸味を付けられた若しくは湾曲された形状であってもよい。

図２〜図４は、本発明による格子１３２の第１実施例を示す。格子１３２は交差格子として構成されていて、例えば互いに直角に交差し合う複数のステー１３４を有している。図２に示した斜視図では、水平に延在するステー１３４が示されており、このステー１３４は、少なくともほぼ最適化された横断面を有するプロフィール（輪郭形状）を備えている。この横断面の詳細は図３及び図４に示されており、図３は、格子のステー１３４の周囲を流れる流体の流れ状態を示し、図４はステー１３４の有利な寸法を示す。図２に示した実施例では、水平方向にも垂直方向にも延在するステー１３４が、本発明による横断面を有している。しかしながら選択的に、個別のステー１３４だけがこのような本発明による横断面を有していてもよい。例えば水平方向に延在するステー又は垂直方向に延在するステー又はこれらのステー１３４の幾つか、例えばそれぞれ１つおきのステー１３４だけが、本発明による横断面を有していてもよい。

図３には、ステー１３４の前後の流れ状態が概略的に示されている。図３によれば、剪断エレメント１４４の後ろに剪断層１５４が形成されていて、この剪断層１５４内では、主流れ方向１１２及び／又は対称軸線１３８に対して垂直方向の高い速度勾配が存在する。剪断層１５４は、著しく不安定であって、流れの変動を引き起こし、この流れの変動によって、ステー１３４の後ろに伴流が生ぜしめられ、非常に早期につまり低い流れ速度で既に高周波の乱流が発生する。

Claims (9)

1. 主流れ方向（１１２）に流れる流動媒体の少なくとも１つのパラメータを決定するためのセンサ装置（１１０）において、
   前記センサ装置（１１０）が、流動媒体のパラメータを決定するための、流動媒体内に配置された少なくとも１つのセンサ（１１５）を有しており、前記センサ装置（１１０）がさらに、主流れ方向（１１２）に対して横方向に配置された少なくとも１つの格子（１３２）を有していて、該格子（１３２）が少なくとも１つのステー（１３４）を有しており、該ステー（１３４）が、流動媒体によって流過される少なくとも１つの表面（１４０，１４２）を備え、かつ該表面（１４０，１４２）上に少なくとも１つの剪断エレメント（１４４）を有しており、該剪断エレメント（１４４）は、この剪断エレメント（１４４）の下流側の流動媒体流の中に乱流を有する領域（１５４）が生ぜしめられるように構成されており、前記剪断エレメント（１４４）が、ステー（１３４）の表面（１４０，１４２）において、主流れ方向（１１２）に対して横方向に配置された、角のとがった少なくとも１つの段部（１４６）を有していて、前記ステー（１３４）が、剪断エレメント（１４４）の下流に狭められた延長部（１５２）を有していることを特徴とする、流動媒体のパラメータを決定するためのセンサ装置（１１０）。
2. 前記ステー（１３４）が、互いに逆向きの表面（１４０，１４２）に配置された少なくとも２つの剪断エレメント（１４４）を有している、請求項１記載のセンサ装置（１１０）。
3. 前記ステー（１３４）が、ほぼ対称的な横断面を有している、請求項１又は２記載のセンサ装置（１１０）。
4. 前記延長部（１５２）が主流れ方向（１１２）に先細りしている、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ装置（１１０）。
5. 前記延長部（１５２）が０°より大きく１０°以下の先細り角度αを有している、請求項４記載のセンサ装置（１１０）。
6. 前記ステー（１３４）が前記剪断エレメント（１４４）の上流側に流入側セクション（１５０）を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のセンサ装置（１１０）。
7. 前記流入側セクション（１５０）がほぼ楔状に構成されている、請求項６記載のセンサ装置（１１０）。
8. 前記格子（１３２）が交差格子として構成されていて、２つのステー（１３４）が交差する箇所に少なくとも１つの交差箇所（１３６）を有しており、該交差箇所（１３６）の領域内で前記ステー（１３４）がそれぞれ少なくとも１つの下流側の切欠（１５８）を有していて、該切欠（１５８）内で前記ステー（１３４）のステー奥行きが減少されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のセンサ装置（１１０）。
9. 請求項１から８までのいずれか１項記載のセンサ装置（１１０）内に挿入するための格子（１３２）であって、少なくとも１つのステー（１３４）を有しており、該ステー（１３４）が、流動媒体によって流過される少なくとも１つの表面（１４０，１４２）を備え、かつ該表面（１４０，１４２）上に少なくとも１つの剪断エレメント（１４４）を有しており、該剪断エレメント（１４４）は、この剪断エレメント（１４４）の下流側の流動媒体流の中に高い速度勾配を有する領域（１５４）が生ぜしめられるように構成されており、前記剪断エレメント（１４４）が、ステー（１３４）の表面（１４０，１４２）において、主流れ方向（１１２）に対して横方向に配置された、角のとがった少なくとも１つの段部（１４６）を有していて、前記ステー（１３４）が、剪断エレメント（１４４）の下流に狭められた延長部（１５２）を有していることを特徴とする、センサ装置（１１０）内に挿入するための格子（１３２）。