JP2911884B2 - 管内を流れるガス状媒体の体積流を時間的に高分解能で測定する装置 - Google Patents
管内を流れるガス状媒体の体積流を時間的に高分解能で測定する装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、管内を流れるガス
状媒体の体積流を時間的に高分解能で測定する装置であ
って、装置は第１の音波信号を発生する第１の音波送波
器と、第２の音波信号を発生する第２の音波送波器と、
第１および第２の音波信号を受波する第１および第２の
音波受波器と、制御‐評価装置とを有し、前記第１の音
波信号は管を、体積流に対し所定の角度で設けられた区
間に沿って該区間の第１の端部から第２の端部へ横断し
て走行し、前記第２の音波信号は前記区間の第２の端部
から第１の端部へ走行し、前記第１の音波信号および第
２の音波信号は前記区間を走行した後に第１の電気信号
を用いる第２の電気信号に変換され、前記制御測定‐装
置により第１および第２の音波信号の走行時間が第１お
よび第２の電気信号を用いて求められ、かつこの電気信
号を用いて体積流の速度が求められる、管内を流れるガ
ス状媒体の体積流を時間的に高分解能で測定する装置に
関する。
状媒体の体積流を時間的に高分解能で測定する装置であ
って、装置は第１の音波信号を発生する第１の音波送波
器と、第２の音波信号を発生する第２の音波送波器と、
第１および第２の音波信号を受波する第１および第２の
音波受波器と、制御‐評価装置とを有し、前記第１の音
波信号は管を、体積流に対し所定の角度で設けられた区
間に沿って該区間の第１の端部から第２の端部へ横断し
て走行し、前記第２の音波信号は前記区間の第２の端部
から第１の端部へ走行し、前記第１の音波信号および第
２の音波信号は前記区間を走行した後に第１の電気信号
を用いる第２の電気信号に変換され、前記制御測定‐装
置により第１および第２の音波信号の走行時間が第１お
よび第２の電気信号を用いて求められ、かつこの電気信
号を用いて体積流の速度が求められる、管内を流れるガ
ス状媒体の体積流を時間的に高分解能で測定する装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の装置は例えば内燃機関の排気ガ
ス測定技術の領域で、内燃機関から発生される排気ガス
の体積流の時間的特性を、例えば車両の種々異なる走行
状態をシミュレートするための種々のテストサイクル中
に検出するために使用される。
ス測定技術の領域で、内燃機関から発生される排気ガス
の体積流の時間的特性を、例えば車両の種々異なる走行
状態をシミュレートするための種々のテストサイクル中
に検出するために使用される。
【０００３】論文 Andreas Hess, Langstr.18.7526.Wei
her.Deutschland, "Sensor zurdynamischen Volumenstr
ombestimmung im verduennten Autoabgas", inZusammen
arbeit mit der Fachhochschule fuer Technik Mannhei
m, FachbereichNachrichtentechnik, 1993から、排気ガ
ス体積流をいわゆる走行時間差測定法によって求めるこ
とが公知である。これは体積流に対して一定の角度を有
し、第１の音波送波器から第１の音波受波器へ、またほ
ぼ逆の方向で第２の音波送波器から第２の音波受波器へ
走行する超音波信号の異なる走行時間を測定することに
より行われる。流速とそれぞれの音波信号の音速成分と
を加算または減算して測定された走行時間差から、走行
区間の角度と長さを用いて、管内の排気ガスの平均流速
が求められる。管の断面積の値との乗算によりここから
排気ガスの瞬時の平均体積流が求められる。前掲論文に
記載の装置では音波信号を発生し受波するために、２つ
の相互に対向する圧電結晶が使用される。これらの圧電
結晶のうち１つは送波器としても受波器としても駆動さ
れる。圧電結晶の機械的慣性に起因する立ち上がり過渡
振動特性により、音波信号が発生または受波される正確
な測定時点を求める際に比較的重大な誤差を生じる。こ
のため前述の装置は体積流を検出する場合に比較的精度
が小さい。さらにこの装置では圧電結晶の望ましくない
振動特性により、時間的に高分解能、例えば今日測定サ
イクル中に発生する有害物質量を検査および算出するの
に必要な程度の分解能で体積流を測定することができな
い。さらに前述の装置では圧電結晶が腐食性の高温ガス
と直接に接触する点が問題である。これにより耐用期間
が著しく短縮され、そのうえ決定的な温度特性により更
なる測定誤差をまねいてしまう。
her.Deutschland, "Sensor zurdynamischen Volumenstr
ombestimmung im verduennten Autoabgas", inZusammen
arbeit mit der Fachhochschule fuer Technik Mannhei
m, FachbereichNachrichtentechnik, 1993から、排気ガ
ス体積流をいわゆる走行時間差測定法によって求めるこ
とが公知である。これは体積流に対して一定の角度を有
し、第１の音波送波器から第１の音波受波器へ、またほ
ぼ逆の方向で第２の音波送波器から第２の音波受波器へ
走行する超音波信号の異なる走行時間を測定することに
より行われる。流速とそれぞれの音波信号の音速成分と
を加算または減算して測定された走行時間差から、走行
区間の角度と長さを用いて、管内の排気ガスの平均流速
が求められる。管の断面積の値との乗算によりここから
排気ガスの瞬時の平均体積流が求められる。前掲論文に
記載の装置では音波信号を発生し受波するために、２つ
の相互に対向する圧電結晶が使用される。これらの圧電
結晶のうち１つは送波器としても受波器としても駆動さ
れる。圧電結晶の機械的慣性に起因する立ち上がり過渡
振動特性により、音波信号が発生または受波される正確
な測定時点を求める際に比較的重大な誤差を生じる。こ
のため前述の装置は体積流を検出する場合に比較的精度
が小さい。さらにこの装置では圧電結晶の望ましくない
振動特性により、時間的に高分解能、例えば今日測定サ
イクル中に発生する有害物質量を検査および算出するの
に必要な程度の分解能で体積流を測定することができな
い。さらに前述の装置では圧電結晶が腐食性の高温ガス
と直接に接触する点が問題である。これにより耐用期間
が著しく短縮され、そのうえ決定的な温度特性により更
なる測定誤差をまねいてしまう。
【０００４】走行時間差測定法はさらに、"Dubbel", 1
8.Auflage, Springerverlag, W16頁からも公知である。
8.Auflage, Springerverlag, W16頁からも公知である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に述べた形式の装置を提供して、管内を流れるガス、特
に内燃機関の排気ガスの体積流を求める場合に走行時間
差測定法により精度と時間的分解能を改善することであ
る。本発明の課題はまた、管内を流れるガスの流速を求
める場合に走行時間差測定法により測定精度を付加的な
センサ素子を用いることなくさらに高めることである。
に述べた形式の装置を提供して、管内を流れるガス、特
に内燃機関の排気ガスの体積流を求める場合に走行時間
差測定法により精度と時間的分解能を改善することであ
る。本発明の課題はまた、管内を流れるガスの流速を求
める場合に走行時間差測定法により測定精度を付加的な
センサ素子を用いることなくさらに高めることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によ
り、第１の音波送波器および第２の音波受波器は、第１
の音波信号の少なくとも一部分が区間を走行する前に第
２の音波受波器に達して第１のトリガ信号を発生するよ
うに相互に設けられ、トリガ信号は制御‐評価装置によ
り第１の音波信号の走行時間を求めるために使用される
ように構成して解決される。本発明の他の特徴は従属請
求項に記載されている。
り、第１の音波送波器および第２の音波受波器は、第１
の音波信号の少なくとも一部分が区間を走行する前に第
２の音波受波器に達して第１のトリガ信号を発生するよ
うに相互に設けられ、トリガ信号は制御‐評価装置によ
り第１の音波信号の走行時間を求めるために使用される
ように構成して解決される。本発明の他の特徴は従属請
求項に記載されている。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明による装置は特に、排気ガ
スの温度変化、例えば内燃機関の１つのテストサイクル
中の種々異なる負荷状態において生じる温度変化が、ほ
とんど測定精度に障害となる影響をもたらさない利点を
有する。さらに本発明による装置は、排気ガスに含まれ
る腐食性の有害物質および浮遊物質が音波信号発生およ
び受波のための敏感な構成要素に接触しない利点を有す
る。これにより構成要素の損傷や汚れがわずかになり、
また耐用期間が高められる。
スの温度変化、例えば内燃機関の１つのテストサイクル
中の種々異なる負荷状態において生じる温度変化が、ほ
とんど測定精度に障害となる影響をもたらさない利点を
有する。さらに本発明による装置は、排気ガスに含まれ
る腐食性の有害物質および浮遊物質が音波信号発生およ
び受波のための敏感な構成要素に接触しない利点を有す
る。これにより構成要素の損傷や汚れがわずかになり、
また耐用期間が高められる。
【０００８】
【実施例】本発明を以下に図に関連して有利な実施例に
則して説明する。
則して説明する。
【０００９】図１には本発明による、管４内を流れるガ
ス状媒体２の体積流Ｊを測定するための装置１が示され
ている。この装置は音波信号８を発生する第１の音波送
波器６、および第２の音波信号１２を発生する第２の音
波送波器１０を有する。装置１はさらに第１の方向変換
鏡１４を有し、この第１の方向変換鏡は第１の音波送波
器６から発生される第１の音波信号８を、体積流Ｊに対
して角度αで走行する区間１６に沿って方向変換させ
る。区間１６の一方の端部に第１の音波受波器１８が設
けられる。この音波受波器は第１の音波信号８を対応す
る電気信号に変換し、この電気信号を電子制御‐測定装
置２０に供給する。
ス状媒体２の体積流Ｊを測定するための装置１が示され
ている。この装置は音波信号８を発生する第１の音波送
波器６、および第２の音波信号１２を発生する第２の音
波送波器１０を有する。装置１はさらに第１の方向変換
鏡１４を有し、この第１の方向変換鏡は第１の音波送波
器６から発生される第１の音波信号８を、体積流Ｊに対
して角度αで走行する区間１６に沿って方向変換させ
る。区間１６の一方の端部に第１の音波受波器１８が設
けられる。この音波受波器は第１の音波信号８を対応す
る電気信号に変換し、この電気信号を電子制御‐測定装
置２０に供給する。
【００１０】装置１はさらに第２の方向変換鏡２２を有
し、この第２の方向変換鏡は第２の音波送波器１０から
の第２の音波信号１２を第２の音波受波器２４の方向へ
方向変換させる。第２の音波受波器２４はこの場合に、
第２の音波送波器１０に対向して管４の側で区間１６の
他方の端部に設けられる。このため第２の音波信号１２
は区間１６を第１の音波信号８とは反対に、ほぼ逆の方
向でこの信号が第２の音波受波器２４に達するまで走行
する。第２の音波受波器２４は第２の音波信号１２を対
応する電気信号に変換し、この信号を電子制御‐測定装
置２０へ送出する。
し、この第２の方向変換鏡は第２の音波送波器１０から
の第２の音波信号１２を第２の音波受波器２４の方向へ
方向変換させる。第２の音波受波器２４はこの場合に、
第２の音波送波器１０に対向して管４の側で区間１６の
他方の端部に設けられる。このため第２の音波信号１２
は区間１６を第１の音波信号８とは反対に、ほぼ逆の方
向でこの信号が第２の音波受波器２４に達するまで走行
する。第２の音波受波器２４は第２の音波信号１２を対
応する電気信号に変換し、この信号を電子制御‐測定装
置２０へ送出する。
【００１１】本発明の有利な実施形態では、第１の音波
受波器１８および第２の音波受波器２４は公知の圧電結
晶により構成される。この圧電結晶は図１に示されるよ
うに、有利には方向変換鏡１４、２２の中心部に設けら
れ、数ｍｍの領域の大きさを有する。圧電結晶の大きさ
が小さいことにより生じる高い共振周波数により、この
場合有利に立ち上がり過渡振動時間および立ち下がり減
衰振動時間がきわめて短くなる。この種の圧電結晶から
送出される電気信号は通常比較的小さい振幅を有する
が、別の後述の本発明による音波発生器を使用する場合
にも、発生可能なきわめて高い音圧／振幅により、発生
したこれらの音波信号を確実に識別することが可能であ
る。外部音およびその他の障害信号は、その振幅が比較
的小さいためにほとんど出現しない。さらに音波受波器
から発生された電気信号を、例えばこの受波器に直接設
けられる（図示されない）電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）により、信号を別の増幅器に供給するまえに増幅す
るように構成することができる。
受波器１８および第２の音波受波器２４は公知の圧電結
晶により構成される。この圧電結晶は図１に示されるよ
うに、有利には方向変換鏡１４、２２の中心部に設けら
れ、数ｍｍの領域の大きさを有する。圧電結晶の大きさ
が小さいことにより生じる高い共振周波数により、この
場合有利に立ち上がり過渡振動時間および立ち下がり減
衰振動時間がきわめて短くなる。この種の圧電結晶から
送出される電気信号は通常比較的小さい振幅を有する
が、別の後述の本発明による音波発生器を使用する場合
にも、発生可能なきわめて高い音圧／振幅により、発生
したこれらの音波信号を確実に識別することが可能であ
る。外部音およびその他の障害信号は、その振幅が比較
的小さいためにほとんど出現しない。さらに音波受波器
から発生された電気信号を、例えばこの受波器に直接設
けられる（図示されない）電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）により、信号を別の増幅器に供給するまえに増幅す
るように構成することができる。
【００１２】第１の方向変換鏡１４および／または第２
の方向変換鏡２２は有利には放物面鏡または放物面鏡の
部分面として構成される。このため発生された球状の波
面はほぼ平行平面の波面に変換される。第１の音波送波
器６および第２の音波送波器１０による第１の音波信号
８および第２の音波信号１２の発生が、放物面鏡１３、
２２の焦点で行われると有利である。同様に別の公知の
形の鏡を使用することも可能であるため、本発明による
装置は放物面鏡の使用に限定されない。方向変換鏡１
４、２２は例えばプラスティックから製造できる。
の方向変換鏡２２は有利には放物面鏡または放物面鏡の
部分面として構成される。このため発生された球状の波
面はほぼ平行平面の波面に変換される。第１の音波送波
器６および第２の音波送波器１０による第１の音波信号
８および第２の音波信号１２の発生が、放物面鏡１３、
２２の焦点で行われると有利である。同様に別の公知の
形の鏡を使用することも可能であるため、本発明による
装置は放物面鏡の使用に限定されない。方向変換鏡１
４、２２は例えばプラスティックから製造できる。
【００１３】本発明の有利な実施形態では、第１の音波
信号８および第２の音波信号１２は第１の電気的スパー
クギャップ２５および第２の電気的スパークギャップ２
７で発生される。これらのスパークギャップは、第１の
音波送波器６の（図１では単に概略的にしか示されてい
ない）電極２６ａ、２６ｂまたは第２の音波送波器１０
の電極２８ａ、２８ｂにより形成される。スパークフラ
ッシュオーバにより発生される音波信号は、きわめて短
い、第１のピークを有するデルタピーク状の音波パルス
の形を有する。このピークは同様に生じる後続の音波パ
ルスに比べてはるかに高く、また爆発的な発生のため始
めに伝播経路の最初の０.５〜０.７ｃｍをガス状媒体２
の音速よりも大きな速度で伝播する。
信号８および第２の音波信号１２は第１の電気的スパー
クギャップ２５および第２の電気的スパークギャップ２
７で発生される。これらのスパークギャップは、第１の
音波送波器６の（図１では単に概略的にしか示されてい
ない）電極２６ａ、２６ｂまたは第２の音波送波器１０
の電極２８ａ、２８ｂにより形成される。スパークフラ
ッシュオーバにより発生される音波信号は、きわめて短
い、第１のピークを有するデルタピーク状の音波パルス
の形を有する。このピークは同様に生じる後続の音波パ
ルスに比べてはるかに高く、また爆発的な発生のため始
めに伝播経路の最初の０.５〜０.７ｃｍをガス状媒体２
の音速よりも大きな速度で伝播する。
【００１４】図２および図３に示されているように本発
明によるスパーク音波送波器６、１０の有利な実施形態
では、少なくとも１つの（有利には２つの）棒状の電極
２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂが使用される。これら
の電極は例えばグラファイト、白金、タングステンまた
は類似の材料から製作可能である。電極２６ａ、２６
ｂ、２８ａ、２８ｂの尖端部３８ａ、３８ｂは、電極を
把持するためのばね弾性を有する素子３０ａ、３０ｂ
（例えば図示の例では螺旋形ばね）を介し、絶縁材料か
ら成る突起部３２ａ、３２ｂに対して圧着される。前記
突起部内に切欠部３４、３４ｂが形成され、これらの切
欠部を発生されたスパーク３６が通過する。
明によるスパーク音波送波器６、１０の有利な実施形態
では、少なくとも１つの（有利には２つの）棒状の電極
２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂが使用される。これら
の電極は例えばグラファイト、白金、タングステンまた
は類似の材料から製作可能である。電極２６ａ、２６
ｂ、２８ａ、２８ｂの尖端部３８ａ、３８ｂは、電極を
把持するためのばね弾性を有する素子３０ａ、３０ｂ
（例えば図示の例では螺旋形ばね）を介し、絶縁材料か
ら成る突起部３２ａ、３２ｂに対して圧着される。前記
突起部内に切欠部３４、３４ｂが形成され、これらの切
欠部を発生されたスパーク３６が通過する。
【００１５】空間的かつ時間的に規定されたスパークフ
ラッシュオーバを電極間に発生させるために、ここでは
第１の音波送波器６および／または第２の音波送波器１
０の電極２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂの尖端部３８
ａ、３８ｂは、電極間に形成される本発明による放電面
４０の下方に設けられており、規定されるスパーク放電
が専ら放電面４０を越えて生じるようにしている。図２
および図３に示されるように、放電面４０は有利には、
ブロック４１におけるＶ字形の切欠部に形成される。前
記ブロックは絶縁材料例えば石英から成る。Ｖ字形に構
成される放電面４０の代わりに同様にして、図示しない
平面形またはアーチ面よぢｙｒ構成してもよい。この面
は例えばＵ字形または他の形を有する。本発明による放
電面４０を使用することにより、例えば通常カソードで
観察されるような電極の焼損とこれによるスパーク３６
の空間位置のずれが生じず、したがって付加的な測定誤
差が発生しないことが保証される。さらにばね負荷され
た電極２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂを使用し、その
尖端部３８ａ、３８ｂがばね弾性を有する手段３０ａ、
３０ｂにより突起部３２ａ、３２ｂに対して圧着されて
いるので、焼損により遠くなろうとするそれぞれの電極
尖端部の電極材料が自動的な追従送り出しにより補償さ
れる利点を有する。これによりスパークの形および位置
は比較的長い期間が経過しても変化しない。これは２つ
の電極尖端部３８ａ、３８ｂ間の距離が電極の焼損によ
って拡大しないからである。
ラッシュオーバを電極間に発生させるために、ここでは
第１の音波送波器６および／または第２の音波送波器１
０の電極２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂの尖端部３８
ａ、３８ｂは、電極間に形成される本発明による放電面
４０の下方に設けられており、規定されるスパーク放電
が専ら放電面４０を越えて生じるようにしている。図２
および図３に示されるように、放電面４０は有利には、
ブロック４１におけるＶ字形の切欠部に形成される。前
記ブロックは絶縁材料例えば石英から成る。Ｖ字形に構
成される放電面４０の代わりに同様にして、図示しない
平面形またはアーチ面よぢｙｒ構成してもよい。この面
は例えばＵ字形または他の形を有する。本発明による放
電面４０を使用することにより、例えば通常カソードで
観察されるような電極の焼損とこれによるスパーク３６
の空間位置のずれが生じず、したがって付加的な測定誤
差が発生しないことが保証される。さらにばね負荷され
た電極２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂを使用し、その
尖端部３８ａ、３８ｂがばね弾性を有する手段３０ａ、
３０ｂにより突起部３２ａ、３２ｂに対して圧着されて
いるので、焼損により遠くなろうとするそれぞれの電極
尖端部の電極材料が自動的な追従送り出しにより補償さ
れる利点を有する。これによりスパークの形および位置
は比較的長い期間が経過しても変化しない。これは２つ
の電極尖端部３８ａ、３８ｂ間の距離が電極の焼損によ
って拡大しないからである。
【００１６】さらに自動的な追従送り出し手段を有する
カソードのみを設け、このカソードをグラファイトから
製造し、アノードを固定のＮｉＣｒ電極として形成して
もよい。
カソードのみを設け、このカソードをグラファイトから
製造し、アノードを固定のＮｉＣｒ電極として形成して
もよい。
【００１７】さらに電極２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８
ｂの送り出しは同様にモータの駆動により、またはニュ
ーマティック手段を用いて行われる。後者の場合に例え
ば電極２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂの後方の空間へ
小さな過圧で送出されるガス例えば不活性ガスまたは清
掃ガスを、直接に電極またはこの電極に連結される（図
示されない）ピストンに作用させて、電極を一定の圧力
で突起部３２ａ、３２ｂの方向へ押すようにすることも
できる。
ｂの送り出しは同様にモータの駆動により、またはニュ
ーマティック手段を用いて行われる。後者の場合に例え
ば電極２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂの後方の空間へ
小さな過圧で送出されるガス例えば不活性ガスまたは清
掃ガスを、直接に電極またはこの電極に連結される（図
示されない）ピストンに作用させて、電極を一定の圧力
で突起部３２ａ、３２ｂの方向へ押すようにすることも
できる。
【００１８】図に概略的に示されているように、第１の
音波送波器６の電極２６ａ、２６ｂおよび第２の音波送
波器１０の電極２８ａ、２８ｂは、配属される第１の高
電圧発生器４２および第２の高電圧発生器４４に接続さ
れる。これらの高電圧発生器は詳細には図示されていな
い導波体を介して電子制御‐測定装置２０により制御さ
れる。
音波送波器６の電極２６ａ、２６ｂおよび第２の音波送
波器１０の電極２８ａ、２８ｂは、配属される第１の高
電圧発生器４２および第２の高電圧発生器４４に接続さ
れる。これらの高電圧発生器は詳細には図示されていな
い導波体を介して電子制御‐測定装置２０により制御さ
れる。
【００１９】本発明の別の有利な実施形態では、本発明
による音波送波器６、１０には対応する漏斗形の音波導
波装置４６、４８が設けられる。これらの音波導波装置
は第１の音波信号８および第２の音波信号１２を第１の
方向変換鏡１４および第２の方向変換鏡２２の方向へ導
波する。
による音波送波器６、１０には対応する漏斗形の音波導
波装置４６、４８が設けられる。これらの音波導波装置
は第１の音波信号８および第２の音波信号１２を第１の
方向変換鏡１４および第２の方向変換鏡２２の方向へ導
波する。
【００２０】さらに音波導波装置４６、４８に目の細か
い格子５０例えばプラスティックまたは金属から成る格
子が組み込むことができる。この格子は音波に対して透
過性を有し、第１の音波送波器６のスパークギャップ２
５および第２の音波送波器１０のスパークギャップ２７
を、特に腐食性のガス例えば内燃機関の排気ガスを使用
する場合に汚れおよび損傷から保護する。この場合に有
利には付加的に、スパークギャップ２５、２７の領域、
有利には電極２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂの領域に
清掃ガス例えば不活性ガスまたは空気が供給される。こ
の清掃ガスは格子５０を経て流れ込み、例えば体積流Ｊ
とともに排気される。有利には供給されるガス量と格子
の目の幅は相互に、スパークギャップ２５、２７の領域
の空間がつねに一定の小さな過圧下にあるように調整さ
れる。これにより確実に測定すべき体積流Ｊの組成成分
がこの領域へ侵入しないようにできる。
い格子５０例えばプラスティックまたは金属から成る格
子が組み込むことができる。この格子は音波に対して透
過性を有し、第１の音波送波器６のスパークギャップ２
５および第２の音波送波器１０のスパークギャップ２７
を、特に腐食性のガス例えば内燃機関の排気ガスを使用
する場合に汚れおよび損傷から保護する。この場合に有
利には付加的に、スパークギャップ２５、２７の領域、
有利には電極２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂの領域に
清掃ガス例えば不活性ガスまたは空気が供給される。こ
の清掃ガスは格子５０を経て流れ込み、例えば体積流Ｊ
とともに排気される。有利には供給されるガス量と格子
の目の幅は相互に、スパークギャップ２５、２７の領域
の空間がつねに一定の小さな過圧下にあるように調整さ
れる。これにより確実に測定すべき体積流Ｊの組成成分
がこの領域へ侵入しないようにできる。
【００２１】体積流Ｊの第１および第２の音波送波器
６、１０および第１および第２の音波受波器１８、２４
の領域への侵入に対して付加的な保護を行うために、管
４の壁の開口部に付加的な格子５２、５４を設けること
ができる。前記開口部を介して第１の音波信号８および
第２の音波信号１２が区間１６に沿って体積流Ｊを通っ
て伝播する。前記付加的な格子は同様に音波信号８、１
２に対しては透過性を有し、管４内の体積流Ｊに対して
は障壁として作用する。前記格子５０に関連して説明し
たのと同様に、第１の音波送波器６の格子５０、５２間
の領域および／または第２の音波送波器１０の格子５
０、５４間の領域にも清掃媒体を加えることができる。
この清掃媒体は有利には前述の場合と同様に一定の小さ
な圧力を有する。
６、１０および第１および第２の音波受波器１８、２４
の領域への侵入に対して付加的な保護を行うために、管
４の壁の開口部に付加的な格子５２、５４を設けること
ができる。前記開口部を介して第１の音波信号８および
第２の音波信号１２が区間１６に沿って体積流Ｊを通っ
て伝播する。前記付加的な格子は同様に音波信号８、１
２に対しては透過性を有し、管４内の体積流Ｊに対して
は障壁として作用する。前記格子５０に関連して説明し
たのと同様に、第１の音波送波器６の格子５０、５２間
の領域および／または第２の音波送波器１０の格子５
０、５４間の領域にも清掃媒体を加えることができる。
この清掃媒体は有利には前述の場合と同様に一定の小さ
な圧力を有する。
【００２２】測定の原理 本発明による装置の、専門文献では走行時間差測定法と
称される測定原理を以下詳細に説明する。図６に示され
るように、体積流Ｊが流れる管４に対して斜めに、相互
に対向する第１の音波送受波ユニットＳＥ１および第２
の音波送受波ユニットＳＥ２が相互に距離Ｌをおいて配
置される。これらの音波送受波ユニットＳＥ１、ＳＥ２
はほぼ同時に音波パルスを送出する。この音波パルスは
角度αで管４を通って伝播し、それぞれ対向する送受波
ユニットＳＥ２、ＳＥ１に達する。これらの送受波ユニ
ットにより音波パルスは対応する電気信号に変換され
る。管４内の体積流Ｊの流速Ｖ、およびガス状媒体２の
中の流れ方向を示す音速ｃの成分のベクトル重畳によ
り、音波信号の走行方向に応じて走行時間Ｔ＋、Ｔ−が
生じる。この走行時間は次の値すなわち、 Ｔ＋＝Ｌ／（ｃ＋Ｖｃｏｓα） Ｔ−＝Ｌ／（ｃ−Ｖｃｏｓα） を有する。ここでＬは体積流Ｊ内の走行区間１６の長さ
である。
称される測定原理を以下詳細に説明する。図６に示され
るように、体積流Ｊが流れる管４に対して斜めに、相互
に対向する第１の音波送受波ユニットＳＥ１および第２
の音波送受波ユニットＳＥ２が相互に距離Ｌをおいて配
置される。これらの音波送受波ユニットＳＥ１、ＳＥ２
はほぼ同時に音波パルスを送出する。この音波パルスは
角度αで管４を通って伝播し、それぞれ対向する送受波
ユニットＳＥ２、ＳＥ１に達する。これらの送受波ユニ
ットにより音波パルスは対応する電気信号に変換され
る。管４内の体積流Ｊの流速Ｖ、およびガス状媒体２の
中の流れ方向を示す音速ｃの成分のベクトル重畳によ
り、音波信号の走行方向に応じて走行時間Ｔ＋、Ｔ−が
生じる。この走行時間は次の値すなわち、 Ｔ＋＝Ｌ／（ｃ＋Ｖｃｏｓα） Ｔ−＝Ｌ／（ｃ−Ｖｃｏｓα） を有する。ここでＬは体積流Ｊ内の走行区間１６の長さ
である。
【００２３】ここから変換により音速ｃを消去して、管
４の断面積にわたって平均されたガス状媒体２の流速Ｖ
が求められる。すなわち Ｖ＝Ｌ（１／Ｔ＋−１／Ｔ−）／（２ｃｏｓα） である。
４の断面積にわたって平均されたガス状媒体２の流速Ｖ
が求められる。すなわち Ｖ＝Ｌ（１／Ｔ＋−１／Ｔ−）／（２ｃｏｓα） である。
【００２４】第１の音波パルスの走行時間Ｔ＋および第
２の音波パルスのＴ−を測定することにより直接に媒体
２の流速Ｖが求められ、またこの流速と管４の断面積を
乗算することにより体積流Ｊが求められる。
２の音波パルスのＴ−を測定することにより直接に媒体
２の流速Ｖが求められ、またこの流速と管４の断面積を
乗算することにより体積流Ｊが求められる。
【００２５】実際には測定された音波信号の走行時間Ｔ
＋、Ｔ−は、有利には較正により求められた対応する体
積流Ｊの値とともに固定値として電子メモリに記憶さ
れ、このメモリから測定動作中にコンピュータにより周
知のように読み出される。
＋、Ｔ−は、有利には較正により求められた対応する体
積流Ｊの値とともに固定値として電子メモリに記憶さ
れ、このメモリから測定動作中にコンピュータにより周
知のように読み出される。
【００２６】さらに実際の走行時間は通常厳密にいえ
ば、ほぼ一定のオフセット値が存在することにより測定
値Ｔ＋、Ｔ−とは異なっている。これは送受波ユニット
ＳＥ１、ＳＥ２（本発明による装置でも同様である）が
管４ないし体積流Ｊから距離をおいて設けられているこ
とにより生じる。オフセット値は一定であるので、この
値を体積流Ｊを求める際に簡単な手段で（例えば減算に
より）考慮可能である。このためこの値については以下
これ以上説明しない。
ば、ほぼ一定のオフセット値が存在することにより測定
値Ｔ＋、Ｔ−とは異なっている。これは送受波ユニット
ＳＥ１、ＳＥ２（本発明による装置でも同様である）が
管４ないし体積流Ｊから距離をおいて設けられているこ
とにより生じる。オフセット値は一定であるので、この
値を体積流Ｊを求める際に簡単な手段で（例えば減算に
より）考慮可能である。このためこの値については以下
これ以上説明しない。
【００２７】本発明による装置の動作の原理本発明によ
る装置１の動作の原理、特に電子制御‐測定装置２０の
動作原理を以下に図４および図５に則して詳細に説明す
る。
る装置１の動作の原理、特に電子制御‐測定装置２０の
動作原理を以下に図４および図５に則して詳細に説明す
る。
【００２８】図４に概略的に示されているように、電子
制御‐測定装置２０は本発明の有利な実施形態ではマル
チプレクサ６０を有しており、このマルチプレクサの第
１の入力側６０ａは第２の増幅器６４を介して第２の音
波受波器２４に、第２の入力側６０ｂは第１の増幅器６
２を介して第１の音波受波器１８に接続されている。第
１および第２の音波受波器１８、２４はマルチプレクサ
の第１の入力側６０ａ、６０ｂに第１の電気信号および
第２の電気信号を供給する。これらの電気信号は音波受
波器１８、２４により受波される第１の音波信号８およ
び第２の音波信号１２にほぼ相当する。マルチプレクサ
６０の出力側６０ｄは第１のトリガ回路６６の第１の入
力側６６ａに接続され、マルチプレクサ６０の出力側６
０ｅは第２のトリガ回路６８の第１の入力側６８ａに接
続される。マルチプレクサ６０の別の制御入力側６０ｃ
はマイクロプロセッサ７２に接続されている。このマイ
クロプロセッサはマルチプレクサ６０に制御信号を供給
する。この制御信号に依存してマルチプレクサは第１の
入力側６０ａ、６０ｂを交互に第１の出力側６０ｄおよ
び第２の出力側６０ｅに配属する。第１のトリガ回路６
６の第２の入力側６６ｂおよび第２のトリガ回路６８の
第２の入力側６８ｂは共通の制御線７０を介してマイク
ロプロセッサ７２に接続される。このマイクロプロセッ
サは第１のトリガ回路６６の第２の入力側６６ｂおよび
第２のトリガ回路６８の第２の入力側６８ｂに、対応す
る閾値信号を所定のトリガ閾値を検出するために印加す
る。第１のトリガ回路６６の出力側６６ｃは第１の電子
カウンタ７４の入力側７４ａと接続され、第２のトリガ
回路６８の出力側６８ｃは第２の電子カウンタ７６の入
力側７６ａと接続されている。これらの電子カウンタは
トリガ回路６６、６８から、音波受波器１８、２４によ
り測定された第１の音波信号６および第２の音波信号１
２の値がそれぞれのトリガ閾値として設定された値を超
過する場合に、対応する開始信号を受け取る。第１の電
子カウンタ７４の第２の入力側７４ｂおよび第２の電子
カウンタ７６の第２の入力側７６ｂは共通の線７８を介
してクロック発生器８０に接続される。このクロック発
生器は例えば１００Ｍｈｚのクロック周波数を有する正
規化されたパルスを発生し、この正規化パルスを第１の
電子カウンタ７４の第２の入力側７４ｂおよび第２の電
子カウンタ７６の第２の入力側７６ｂに供給する。
制御‐測定装置２０は本発明の有利な実施形態ではマル
チプレクサ６０を有しており、このマルチプレクサの第
１の入力側６０ａは第２の増幅器６４を介して第２の音
波受波器２４に、第２の入力側６０ｂは第１の増幅器６
２を介して第１の音波受波器１８に接続されている。第
１および第２の音波受波器１８、２４はマルチプレクサ
の第１の入力側６０ａ、６０ｂに第１の電気信号および
第２の電気信号を供給する。これらの電気信号は音波受
波器１８、２４により受波される第１の音波信号８およ
び第２の音波信号１２にほぼ相当する。マルチプレクサ
６０の出力側６０ｄは第１のトリガ回路６６の第１の入
力側６６ａに接続され、マルチプレクサ６０の出力側６
０ｅは第２のトリガ回路６８の第１の入力側６８ａに接
続される。マルチプレクサ６０の別の制御入力側６０ｃ
はマイクロプロセッサ７２に接続されている。このマイ
クロプロセッサはマルチプレクサ６０に制御信号を供給
する。この制御信号に依存してマルチプレクサは第１の
入力側６０ａ、６０ｂを交互に第１の出力側６０ｄおよ
び第２の出力側６０ｅに配属する。第１のトリガ回路６
６の第２の入力側６６ｂおよび第２のトリガ回路６８の
第２の入力側６８ｂは共通の制御線７０を介してマイク
ロプロセッサ７２に接続される。このマイクロプロセッ
サは第１のトリガ回路６６の第２の入力側６６ｂおよび
第２のトリガ回路６８の第２の入力側６８ｂに、対応す
る閾値信号を所定のトリガ閾値を検出するために印加す
る。第１のトリガ回路６６の出力側６６ｃは第１の電子
カウンタ７４の入力側７４ａと接続され、第２のトリガ
回路６８の出力側６８ｃは第２の電子カウンタ７６の入
力側７６ａと接続されている。これらの電子カウンタは
トリガ回路６６、６８から、音波受波器１８、２４によ
り測定された第１の音波信号６および第２の音波信号１
２の値がそれぞれのトリガ閾値として設定された値を超
過する場合に、対応する開始信号を受け取る。第１の電
子カウンタ７４の第２の入力側７４ｂおよび第２の電子
カウンタ７６の第２の入力側７６ｂは共通の線７８を介
してクロック発生器８０に接続される。このクロック発
生器は例えば１００Ｍｈｚのクロック周波数を有する正
規化されたパルスを発生し、この正規化パルスを第１の
電子カウンタ７４の第２の入力側７４ｂおよび第２の電
子カウンタ７６の第２の入力側７６ｂに供給する。
【００２９】電子制御‐測定装置２０が管４内の体積流
Ｊを求める方法を、以下に図５に示されるフローチャー
トおよび図４に示される電子回路の図に則して説明す
る。
Ｊを求める方法を、以下に図５に示されるフローチャー
トおよび図４に示される電子回路の図に則して説明す
る。
【００３０】ステップ１００での測定過程の開始後、制
御‐測定装置２０はステップ１１０で図４に示される制
御線８２を介して信号を第１の高電圧発生器４２および
第２の高電圧発生器４４に送出する。これらの信号は高
電圧発生器をトリガして、第１のスパークギャップ２５
および第２のスパークギャップ２７でそれぞれ電気的ス
パークフラッシュオーバを発生させる。このスパークフ
ラッシュオーバからほぼ同時に第１の音波信号８および
第２の音波信号１２が発生される。これらの音波信号は
対応する第１の方向変換鏡１４および第２の方向変換鏡
２２の方向へほぼ平面形の音波として伝播する。ここで
音波信号の伝播速度は爆発的な発生のために当初その大
きさがガス状の媒体中の音速ｃよりも大きい。
御‐測定装置２０はステップ１１０で図４に示される制
御線８２を介して信号を第１の高電圧発生器４２および
第２の高電圧発生器４４に送出する。これらの信号は高
電圧発生器をトリガして、第１のスパークギャップ２５
および第２のスパークギャップ２７でそれぞれ電気的ス
パークフラッシュオーバを発生させる。このスパークフ
ラッシュオーバからほぼ同時に第１の音波信号８および
第２の音波信号１２が発生される。これらの音波信号は
対応する第１の方向変換鏡１４および第２の方向変換鏡
２２の方向へほぼ平面形の音波として伝播する。ここで
音波信号の伝播速度は爆発的な発生のために当初その大
きさがガス状の媒体中の音速ｃよりも大きい。
【００３１】これに続いてマイクロプロセッサ７２はス
テップ１２０で所定の待機ループを設定し、第１の音波
信号８および第２の音波信号１２が第１の方向変換鏡１
４および第２の方向変換鏡２２（または第２の方向変換
鏡および第１の方向変換鏡）のわずかに前方で方向変換
鏡内に設けられた音波受波器２４、１８に達するまで待
機する。この待機ループの長さはスパークギャップ２
５、２７およびこれに対応する受波器２４、１８間の距
離に依存し、有利にはソフトウェアによって設定可能で
ある。本発明の有利な実施形態ではスパークギャップ２
７、２５およびこれらに対応する受波器１８、２４間の
距離は例えば約５〜７ｃｍであるが、この場合に持続時
間は１００μｓ〜１５０μｓの範囲となる。ステップ１
２０での待機ループは障害信号による測定障害を低減さ
せるために利用される。障害信号はスパークギャップ２
５、２７による音波信号８、１２の送出から対応する音
波受波器２４、１８に到達するまでの間に生じることが
ある。
テップ１２０で所定の待機ループを設定し、第１の音波
信号８および第２の音波信号１２が第１の方向変換鏡１
４および第２の方向変換鏡２２（または第２の方向変換
鏡および第１の方向変換鏡）のわずかに前方で方向変換
鏡内に設けられた音波受波器２４、１８に達するまで待
機する。この待機ループの長さはスパークギャップ２
５、２７およびこれに対応する受波器２４、１８間の距
離に依存し、有利にはソフトウェアによって設定可能で
ある。本発明の有利な実施形態ではスパークギャップ２
７、２５およびこれらに対応する受波器１８、２４間の
距離は例えば約５〜７ｃｍであるが、この場合に持続時
間は１００μｓ〜１５０μｓの範囲となる。ステップ１
２０での待機ループは障害信号による測定障害を低減さ
せるために利用される。障害信号はスパークギャップ２
５、２７による音波信号８、１２の送出から対応する音
波受波器２４、１８に到達するまでの間に生じることが
ある。
【００３２】次のステップ１３０でマイクロプロセッサ
７２は第１のトリガ回路６６および第２のトリガ回路６
８を作動させる。これは例えば所定の値のトリガ閾値信
号が第１のトリガ回路６６の第２の入力側６６ｂおよび
第２のトリガ回路６８の第２の入力側６８ｂに印加する
ことにより行われる。その直後に第２の音波受波器２４
に生じる第１の音波信号８、および第１の音波受波器１
８に生じる第２の音波信号１２は、音波受波器により対
応する第２の電気信号および第１の電気信号に変換され
る。これらの電気信号は第１のトリガ回路６６および第
２のトリガ回路６８に送出される。第１の音波信号およ
び第２の音波信号の値がマイクロプロセッサ７２により
セットされたトリガ回路６６、６８の第２の入力側６６
ｂ、６８ｂのトリガ閾値を超過した場合、トリガ回路６
６、６８はスイッチオンされ、第１のカウンタ７４の入
力側７４ａおよび第２のカウンタ７６の入力側７６ａに
対応するスタート信号を供給する。これによりカウンタ
はクロック発生器８０のパルスの数のカウントを開始す
る。
７２は第１のトリガ回路６６および第２のトリガ回路６
８を作動させる。これは例えば所定の値のトリガ閾値信
号が第１のトリガ回路６６の第２の入力側６６ｂおよび
第２のトリガ回路６８の第２の入力側６８ｂに印加する
ことにより行われる。その直後に第２の音波受波器２４
に生じる第１の音波信号８、および第１の音波受波器１
８に生じる第２の音波信号１２は、音波受波器により対
応する第２の電気信号および第１の電気信号に変換され
る。これらの電気信号は第１のトリガ回路６６および第
２のトリガ回路６８に送出される。第１の音波信号およ
び第２の音波信号の値がマイクロプロセッサ７２により
セットされたトリガ回路６６、６８の第２の入力側６６
ｂ、６８ｂのトリガ閾値を超過した場合、トリガ回路６
６、６８はスイッチオンされ、第１のカウンタ７４の入
力側７４ａおよび第２のカウンタ７６の入力側７６ａに
対応するスタート信号を供給する。これによりカウンタ
はクロック発生器８０のパルスの数のカウントを開始す
る。
【００３３】次にマイクロプロセッサ７２はマルチプレ
クサ６０にステップ１４０で例えば対応する制御信号を
マルチプレクサの制御入力側６０ｃに印加することによ
り、マルチプレクサ６０の第１の入力側６０ａを第１の
出力側６０ｄに、また第２の入力側６０ｂを第１の出力
側６０ｅに接続するように指示する。これにより第１の
音波受波器１８の信号は第２のトリガ回路６８に供給さ
れ、また第２の音波受波器２４の信号は第１のトリガ回
路６６に供給される。
クサ６０にステップ１４０で例えば対応する制御信号を
マルチプレクサの制御入力側６０ｃに印加することによ
り、マルチプレクサ６０の第１の入力側６０ａを第１の
出力側６０ｄに、また第２の入力側６０ｂを第１の出力
側６０ｅに接続するように指示する。これにより第１の
音波受波器１８の信号は第２のトリガ回路６８に供給さ
れ、また第２の音波受波器２４の信号は第１のトリガ回
路６６に供給される。
【００３４】続くステップ１５０でマイクロプロセッサ
７２は別の所定の待機ループを設定し、第１の音波信号
８および第２の音波信号１２が第１の音波受波器１８お
よび第２の音波受波器２４のわずか前に達するまで待機
する。この待機ループの長さは有利には設定可能であ
り、本発明の有利な実施形態で方向変換鏡１４、２２間
の距離が約２０ｃｍである場合には約６００μｓであ
る。ステップ１２０と関連して以前に説明したのと同様
に、マイクロプロセッサ７２のこの別の待機ループも場
合により生じることがある障害信号を低減させるために
利用される。この障害信号は例えば排気ガス流を検査す
べき内燃機関から発生することもある。所定の待機ルー
プをステップ１２０、１５０で設けることにより、本発
明による装置１の障害除去の確実性と測定精度が著しく
改善される。ただし待機ループをステップ１２０、１５
０に必ずしも設ける必要はない。
７２は別の所定の待機ループを設定し、第１の音波信号
８および第２の音波信号１２が第１の音波受波器１８お
よび第２の音波受波器２４のわずか前に達するまで待機
する。この待機ループの長さは有利には設定可能であ
り、本発明の有利な実施形態で方向変換鏡１４、２２間
の距離が約２０ｃｍである場合には約６００μｓであ
る。ステップ１２０と関連して以前に説明したのと同様
に、マイクロプロセッサ７２のこの別の待機ループも場
合により生じることがある障害信号を低減させるために
利用される。この障害信号は例えば排気ガス流を検査す
べき内燃機関から発生することもある。所定の待機ルー
プをステップ１２０、１５０で設けることにより、本発
明による装置１の障害除去の確実性と測定精度が著しく
改善される。ただし待機ループをステップ１２０、１５
０に必ずしも設ける必要はない。
【００３５】ステップ１５０に続くステップ１６０でマ
イクロプロセッサ７２はマルチプレクサ６０に対応する
制御信号をマルチプレクサの制御入力側６０ｃに供給す
ることにより、マルチプレクサ６０の第２の入力側６０
ｂを第１の出力側６０ｄに、また第１の入力側６０ａを
第２の出力側６０ｅに接続するように指示する。これに
より第１の音波受波器１８の信号は第１のトリガ回路６
６に供給され、また第２の音波受波器２４の信号は第２
のトリガ回路６８に供給される。
イクロプロセッサ７２はマルチプレクサ６０に対応する
制御信号をマルチプレクサの制御入力側６０ｃに供給す
ることにより、マルチプレクサ６０の第２の入力側６０
ｂを第１の出力側６０ｄに、また第１の入力側６０ａを
第２の出力側６０ｅに接続するように指示する。これに
より第１の音波受波器１８の信号は第１のトリガ回路６
６に供給され、また第２の音波受波器２４の信号は第２
のトリガ回路６８に供給される。
【００３６】その短時間後、体積流Ｊを通過して第１の
音波受波器１８および第２の音波受波器２４に受波され
た第１の音波信号８および第２の音波信号１２、ひいて
は変換された電気信号が発生され、第１のトリガ回路６
６および第２のトリガ回路６８によりその第２の入力側
６６ｂ、６８ｂに印加された閾値信号と比較され、その
値に基づいて第１のトリガ回路６６および第２のトリガ
回路６８がスイッチオンされる。これにより第１のカウ
ンタ７４の第１の入力側７４ａおよび第２のカウンタ７
６の第１の入力側７６ａにそれぞれのカウンタ７４、７
６のカウンタ過程を停止させる停止信号が供給される。
音波受波器１８および第２の音波受波器２４に受波され
た第１の音波信号８および第２の音波信号１２、ひいて
は変換された電気信号が発生され、第１のトリガ回路６
６および第２のトリガ回路６８によりその第２の入力側
６６ｂ、６８ｂに印加された閾値信号と比較され、その
値に基づいて第１のトリガ回路６６および第２のトリガ
回路６８がスイッチオンされる。これにより第１のカウ
ンタ７４の第１の入力側７４ａおよび第２のカウンタ７
６の第１の入力側７６ａにそれぞれのカウンタ７４、７
６のカウンタ過程を停止させる停止信号が供給される。
【００３７】次のステップ１７０でマイクロプロセッサ
７２は、第１のカウンタ７４および第２のカウンタ７６
の測定された走行時間Ｔ＋、Ｔ−に対応する値を読み出
し、この値から管４内の体積流Ｊを求める。この算出は
例えば第１のカウンタ７４および第２のカウンタ７６の
値を、測定された走行時間Ｔ＋、Ｔ−に対応する直接の
値に変換し、これらの値の前述の式への代入が行われ
る。本発明の有利な実施形態では体積流Ｊの値は直接に
次のようにして求められる。すなわち、マイクロプロセ
ッサ７２がカウンタ７４、７６の値を、メモリ内に例え
ば値テーブルの形で格納されたカウンタ状態に対する
値、およびこれに対応する、較正により求められた体積
流Ｊの値と比較することにより求められる。
７２は、第１のカウンタ７４および第２のカウンタ７６
の測定された走行時間Ｔ＋、Ｔ−に対応する値を読み出
し、この値から管４内の体積流Ｊを求める。この算出は
例えば第１のカウンタ７４および第２のカウンタ７６の
値を、測定された走行時間Ｔ＋、Ｔ−に対応する直接の
値に変換し、これらの値の前述の式への代入が行われ
る。本発明の有利な実施形態では体積流Ｊの値は直接に
次のようにして求められる。すなわち、マイクロプロセ
ッサ７２がカウンタ７４、７６の値を、メモリ内に例え
ば値テーブルの形で格納されたカウンタ状態に対する
値、およびこれに対応する、較正により求められた体積
流Ｊの値と比較することにより求められる。
【００３８】次のステップ１８０でマイクロプロセッサ
７２は、測定を終了しない場合にはステップ１１０に戻
る。ここで例えば同様に第１のカウンタ７４および第２
のカウンタ７６を再びゼロにリセットするように構成し
てもよい。
７２は、測定を終了しない場合にはステップ１１０に戻
る。ここで例えば同様に第１のカウンタ７４および第２
のカウンタ７６を再びゼロにリセットするように構成し
てもよい。
【００３９】最後に走行時間に対する測定された値
Ｔ＋、Ｔ−または第１のカウンタ７４および第２のカウ
ンタ７６の対応する値を補正値を用いて補正するように
構成可能である。この補正値は、音速ｃが音波信号の常
に一定ではない振幅量にわずかではあるが無視できない
程度に依存する点を考慮する。音波信号は本発明の有利
な実施形態では０.１５％までの測定誤差を生じさせる
ことがある。このために本発明の有利な実施形態では、
第１の音波信号８および第２の音波信号１２の、第１の
到来音波パルスが第２の音波受波器２４および第１の音
波受波器１８により測定される。測定される振幅値は例
えば振幅に対する次の値と比較される。すなわち、較正
により求められた対応する補正値とともにテーブルとし
て制御‐測定装置２０のメモリに格納されている値と比
較される。補正値を前もって求められた走行時間Ｔ＋、
Ｔ−ないしカウンタ７４、７６から読み出された値と加
算することにより、新たな補正値が求められ、この補正
値を用いて体積流Ｊに対する補正値が求められる。
Ｔ＋、Ｔ−または第１のカウンタ７４および第２のカウ
ンタ７６の対応する値を補正値を用いて補正するように
構成可能である。この補正値は、音速ｃが音波信号の常
に一定ではない振幅量にわずかではあるが無視できない
程度に依存する点を考慮する。音波信号は本発明の有利
な実施形態では０.１５％までの測定誤差を生じさせる
ことがある。このために本発明の有利な実施形態では、
第１の音波信号８および第２の音波信号１２の、第１の
到来音波パルスが第２の音波受波器２４および第１の音
波受波器１８により測定される。測定される振幅値は例
えば振幅に対する次の値と比較される。すなわち、較正
により求められた対応する補正値とともにテーブルとし
て制御‐測定装置２０のメモリに格納されている値と比
較される。補正値を前もって求められた走行時間Ｔ＋、
Ｔ−ないしカウンタ７４、７６から読み出された値と加
算することにより、新たな補正値が求められ、この補正
値を用いて体積流Ｊに対する補正値が求められる。
【００４０】本発明による装置１では有利にはスパーク
ギャップ２５、２７を含む第１の音波送波器６および第
２の音波送波器１０が使用されるが、同様に従来の音波
発生器例えば圧電結晶または従来のスピーカ形式の音波
発生器を使用してもよい。また本発明による音波受波器
を従来のマイクロフォンまたはグロー放電ギャップとし
て構成してもよい。後者の場合には音波信号はグロー放
電電流の変化および／またはグロー放電ギャップから出
る光の変化が測定されて電気信号に変換する。
ギャップ２５、２７を含む第１の音波送波器６および第
２の音波送波器１０が使用されるが、同様に従来の音波
発生器例えば圧電結晶または従来のスピーカ形式の音波
発生器を使用してもよい。また本発明による音波受波器
を従来のマイクロフォンまたはグロー放電ギャップとし
て構成してもよい。後者の場合には音波信号はグロー放
電電流の変化および／またはグロー放電ギャップから出
る光の変化が測定されて電気信号に変換する。
【００４１】本発明による装置を、排気ガスが流れる管
断面においてガスの体積流Ｊを求める例によって説明し
たが、本発明の基礎とする原理はこの例に限定されな
い。
断面においてガスの体積流Ｊを求める例によって説明し
たが、本発明の基礎とする原理はこの例に限定されな
い。
【００４２】したがって同様に、本発明の基礎とする原
理および本発明による装置は、一般的に例えば排気装置
においてガスの流速Ｖを求めるため、分析技術において
風速の測定を行うため、また物理実験でジェット推進機
関の燃料用ガスの噴射速度を求めるためなどに使用する
ことができる。
理および本発明による装置は、一般的に例えば排気装置
においてガスの流速Ｖを求めるため、分析技術において
風速の測定を行うため、また物理実験でジェット推進機
関の燃料用ガスの噴射速度を求めるためなどに使用する
ことができる。
【図１】本発明による体積流測定装置の横断面の概略図
である。
である。
【図２】本発明による装置の音波送波器に使用される、
自己追従送り出し手段を有する電極装置の斜視概略図で
ある。
自己追従送り出し手段を有する電極装置の斜視概略図で
ある。
【図３】対応するスパーク伝播領域および連結された漏
斗形の音波導波部分を有する、図２の電極装置の横断面
略図である。
斗形の音波導波部分を有する、図２の電極装置の横断面
略図である。
【図４】本発明による装置で使用される電子回路ユニッ
トのブロック回路図である。
トのブロック回路図である。
【図５】本発明による装置で使用される電子‐評価装置
の動作を説明するためのフローチャートである。
の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】走行時間差測定の原理を使用されるパラメータ
とともに示す概略図である。
とともに示す概略図である。
１ 測定装置 ２ 媒体 ４ 管 ６、１０ 音波送波器 ８、１２ 音波信号 １６ 区間 １８、２４ 音波受波器 ２０ 制御‐測定装置 ２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂ 電極 ４２、４４ 高電圧発生器 ４６、４８ 音波導波装置 ５０ 格子 ６０ マルチプレクサ ６６、６８ トリガ回路 ７４、７６ カウンタ ７２ マイクロプロセッサ ８０ クロック発生器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01F 1/66 101 G01S 11/00
Claims (13)
- 【請求項１】 管内を流れるガス状媒体の体積流を時間
的に高分解能で測定する装置であって、 該装置は第１の音波信号を発生する第１の音波送波器
と、第２の音波信号を発生する第２の音波送波器と、第
１および第２の音波信号を受波する第１および第２の音
波受波器と、制御‐評価装置とを有し、 前記第１の音波信号は管を、体積流に対し所定の角度で
設けられた区間に沿って該区間の第１の端部から第２の
端部へ横断して走行し、 前記第２の音波信号は前記区間の第２の端部から第１の
端部へ走行し、 前記第１の音波信号および第２の音波信号は前記区間を
走行した後に第１の電気信号を用いる第２の電気信号に
変換され、 前記制御測定‐装置により第１および第２の音波信号の
走行時間が第１および第２の電気信号を用いて求めら
れ、かつ該電気信号を用いて体積流の速度が求められ
る、管内を流れるガス状媒体の体積流を時間的に高分解
能で測定する装置において、 第１の音波送波器（６）および第２の音波受波器（２
４）は、第１の音波信号（８）の少なくとも一部分が前
記区間（１６）を走行する前に第２の音波受波器（２
４）に達して第１のトリガ信号を発生するように相互に
設けられ、 該トリガ信号は制御‐評価装置（２０）により第１の音
波信号の走行時間（Ｔ ＋、Ｔ−）を求めるために使用さ
れる、ことを特徴とする管内を流れるガス状媒体の体積
流を時間的に高分解能で測定する装置。 - 【請求項２】 第２の音波送波器（１０）および第１の
音波受波器（１８）は、第２の音波信号（１２）の少な
くとも一部分が前記区間（１６）を走行する前に第２の
音波受波器（１８）に達して第２のトリガ信号を発生す
るように相互に設けられ、該トリガ信号は制御‐評価装
置（２０）により第２の音波信号の走行時間（Ｔ＋、Ｔ
−）を求めるために使用される、請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 第１の方向変換鏡（１４）が第１の音波
送波器（６）から所定の距離をおいて設けられており、
前記第１の方向変換鏡は第１の音波信号（８）を第１の
音波受波器（１８）の方向へ方向変換し、第２の音波受
波器（２４）は前記第１の方向変換鏡（１４）の反射面
の内部に設けられている、請求項１または２記載の装
置。 - 【請求項４】 第１の方向変換鏡（１４）は放物面鏡か
ら構成され、前記第１の音波送波器（６）は第１の方向
変換鏡（１４）の焦点内に設けられている、請求項３記
載の装置。 - 【請求項５】 第２の方向変換鏡（２２）が第２の音波
送波器（１０）から所定の距離をおいて設けられてお
り、前記第２の方向変換鏡は第２の音波信号（１２）を
第２の音波受波器（２４）の方向へ方向変換し、第１の
音波受波器（１８）は前記第２の方向変換鏡（２２）の
反射面の内部に設けられている、請求項２から４までの
いずれか１項記載の装置。 - 【請求項６】 第２の方向変換鏡（２２）は放物面鏡か
ら構成され、前記第２の音波送波器（１０）は第２の方
向変換鏡（２２）の焦点内に設けられている、請求項５
記載の装置。 - 【請求項７】 走行区間（１６）の第１の端部および／
または第２の端部に格子網（５２、５４）が設けられ、
該格子網は使用される音波信号（８、１２）に対しては
透過性を有し、体積流（Ｊ）に対しては障壁として作用
する、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。 - 【請求項８】 第１の音波信号および／または第２の音
波信号（６、１０）は、電気的スパークギャップ（２
５、２７）によってスパークフラッシュオーバにより発
生されるように形成されている、請求項１から７までの
いずれか１項記載の装置。 - 【請求項９】 電気的スパークギャップ（２５、２７）
は第１の電極および第２の電極（２６ａ、２６ｂ、２８
ａ、２８ｂ）を有し、該電極の尖端部（３８ａ、３８
ｂ）は電極（２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂ）間に形
成される放電面（４０）の下方に、規定されるスパーク
放電が専ら放電面（４０）を越えて生じるように配置さ
れている、請求項８記載の装置。 - 【請求項１０】 放電面（４０）を形成する材料は石英
または類似の材料を含む、請求項９記載の装置。 - 【請求項１１】 電気的スパークギャップ（２５、２
７）の少なくとも１つの電極（２６ａ、２６ｂ、２８
ａ、２８ｂ）がばね負荷（３０ａ、３０ｂ）された電極
として構成され、該電極の尖端部（３８ａ、３８ｂ）は
絶縁材料から成る突起部に当接され、電極の尖端部（３
８ａ、３８ｂ）が焼損した場合に自動的に電極材料の追
従送り出しが行われる、請求項８から１０までのいずれ
か１項記載の装置。 - 【請求項１２】 第１の音波送波器（６）と第２の音波
受波器（２４）との間および／または第２の音波送波器
（１０）と第１の音波受波器（１８）との間に格子（５
０）が設けられ、該格子は発生される音波信号（８、１
２）に対しては透過性を有し、ガス状の体積流（Ｊ）に
対しては障壁として作用する、請求項１から１１までの
いずれか１項記載の装置。 - 【請求項１３】 格子（５０）と音波送波器（６、１
０）との間の空間に清掃媒体（２）が加えられる、請求
項１２記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19727960.0 | 1997-07-01 | ||
| DE19727960A DE19727960C2 (de) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | Vorrichtung zur zeitlich hochauflösenden Messung eines gasförmigen Volumenstromes, insbesondere eines Abgas-Volumenstromes eines Verbrennungsmotors, in einem von diesem durchströmten Rohr |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1183579A JPH1183579A (ja) | 1999-03-26 |
| JP2911884B2 true JP2911884B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=7834238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10186050A Expired - Fee Related JP2911884B2 (ja) | 1997-07-01 | 1998-07-01 | 管内を流れるガス状媒体の体積流を時間的に高分解能で測定する装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6227058B1 (ja) |
| JP (1) | JP2911884B2 (ja) |
| DE (1) | DE19727960C2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1311771B1 (it) * | 1999-02-24 | 2002-03-19 | Giorgio Bergamini | Misuratore perfezionato della portata di gas con gli ultrasuoni basato su specchi parabolici. |
| GB2357617A (en) * | 1999-12-23 | 2001-06-27 | Mars Inc | Methods for detecting surfaces in vending machines |
| DE60218856T2 (de) * | 2002-10-24 | 2008-01-17 | Mei, Inc. | Münzspeichermessung |
| KR100694937B1 (ko) | 2003-02-24 | 2007-03-14 | 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 | 초음파식 유체 계측 장치 |
| DE102005035265A1 (de) * | 2005-07-25 | 2007-02-01 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Durchflusses eines Mediums durch eine Rohrleitung |
| US7628081B1 (en) | 2007-03-05 | 2009-12-08 | Murray F Feller | Acoustic pulse flow meter |
| WO2009046736A1 (en) * | 2007-10-08 | 2009-04-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Piezo-electric crystal |
| DE102008016519B4 (de) | 2008-03-31 | 2014-09-18 | Technische Werke Ludwigshafen Ag | Verfahren zur Reinigung von Rauchgas in einer Müllverbrennungsanlage sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
| US9752959B2 (en) * | 2014-03-13 | 2017-09-05 | Siemens Energy, Inc. | Nonintrusive transceiver and method for characterizing temperature and velocity fields in a gas turbine combustor |
| RU2565348C1 (ru) * | 2014-04-22 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет" (ННГАСУ) | Измеритель расхода двухфазного потока диэлектрических материалов, перемещаемых воздухом по металлическому трубопроводу |
| DE102014216157A1 (de) * | 2014-08-14 | 2016-02-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Anemometer und Verfahren zur Bestimmung einer Strömungsgeschwindigkeit |
| EP3270149B1 (en) * | 2016-07-11 | 2019-12-04 | Rüeger S.A. | Method and arrangement for the analysis of gas characteristics by measuring speed of sound |
| JP7151311B2 (ja) * | 2018-09-19 | 2022-10-12 | 富士電機株式会社 | 超音波流量計 |
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| SE467552B (sv) * | 1988-10-31 | 1992-08-03 | Jerker Delsing | Saett och anordning foer maetning av massfloedet m av ett fluidium |
| US5277070A (en) * | 1991-08-01 | 1994-01-11 | Xecutek Corporation | Ultrasonic gas flow measurement method and apparatus |
| DE9201533U1 (ja) * | 1992-02-07 | 1992-04-02 | Siemens Ag, 8000 Muenchen, De | |
| DE4336370C1 (de) * | 1993-10-25 | 1995-02-02 | Siemens Ag | Vorrichtung zur Durchflußmessung |
| FR2722297B1 (fr) * | 1994-07-05 | 1996-08-30 | Inst Francais Du Petrole | Dispositif et methode de mesure de profil de vitesse dans un fluide poyphasique |
| DE19530807C2 (de) * | 1995-08-22 | 1999-11-18 | Krohne Ag Basel | Verfahren zur Bestimmung des Volumendurchflusses von strömenden Medien |
| DE19548882C2 (de) * | 1995-12-29 | 2000-04-06 | Peus Systems Gmbh | Vorrichtung zur zeitlich hochauflösenden Messung des Volumenstromes eines flüssigen oder gasförmigen Mediums in einem von diesem durchströmten Rohr |
| DE19648784C2 (de) * | 1996-05-28 | 1998-04-09 | Krohne Ag | Ultraschall-Durchflußmesser |
-
1997
- 1997-07-01 DE DE19727960A patent/DE19727960C2/de not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-02-27 US US09/032,736 patent/US6227058B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-07-01 JP JP10186050A patent/JP2911884B2/ja not_active Expired - Fee Related
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