WO1995033185A2 - Probe for measuring the speed or rate of flow of a flowing medium, in particular for air volume measurement, and pressure cell in particular for use with such a probe - Google Patents

Probe for measuring the speed or rate of flow of a flowing medium, in particular for air volume measurement, and pressure cell in particular for use with such a probe Download PDF

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    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0076Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means
    • G01L9/0077Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using photoelectric means for measuring reflected light

Definitions

  • Probe for measuring the flow velocity or flow quantity of a flowing medium, in particular for measuring the air quantity and pressure transducer, in particular for use with such a probe
  • the invention relates to a probe for measuring the flow velocity and thus for measuring the amount of a flowing medium.
  • the invention relates to a pressure cell, in particular for use with such a probe, according to the preamble of claim 11, and to a device for measuring an amount of air or gas, consisting of a probe and a pressure cell, according to the preamble of claim 23.
  • the object of the invention is to show a probe with which a speed measurement or quantity measurement of a flowing medium is reliably possible with simple means.
  • a probe is designed in accordance with the characterizing part of patent claim 1.
  • the basic mode of operation of the probe according to the invention is based on a difference measurement between a static and a dynamic pressure.
  • the main advantages of the probe according to the invention are that the static pressure measurement takes place in the flow and not at the edge of this flow or in a flow channel.
  • the static pressure measurement is therefore independent of the shape of the channel.
  • Another advantage of the probe according to the invention is that, with the exception of the means used for the pressure difference measurement, for example a pressure cell used for the pressure difference or the measuring membrane there, no mechanical moving elements are necessary. This not only ensures a high level of operational reliability even in harsh environments, but also virtually eliminates external influences on the measurement result, in particular due to acceleration or gravitational forces.
  • Another advantage of the probe according to the invention is that it can be expanded in a simple construction and can therefore be manufactured inexpensively.
  • the probe according to the invention is also particularly easy to install in flow channels, in particular also in air intake channels of internal combustion engines.
  • the probe according to the invention also allows, in the case of an internal combustion engine, at least one separate probe for each individual cylinder or for its intake duct To be provided so that each cylinder of an internal combustion engine can then be individually controlled with respect to the fuel supply via the measurement signals supplied by these probes or their transducers.
  • the object of the invention is therefore also to show a pressure transducer which delivers flawless measurement results with high accuracy even under difficult environmental conditions.
  • a pressure cell is designed according to the characterizing part of claim 11.
  • the invention also relates to a device for measuring the mass or amount of a gaseous flow medium flowing through a flow channel, preferably air, and in particular an air mass meter with which the amount of air or gas supplied to internal combustion engines can be measured very precisely and without interference and which delivers a signal corresponding to this amount of air.
  • a device which comprises at least one probe and at least one pressure transducer, is designed in accordance with the characterizing part of patent claim 23.
  • the pressure transducer according to the invention has the advantage that the pressure measurement is free of hysteresis with high resolution, in particular because the convex design of the mirror surface of the mirror element when the optical axis of the mirror element is arranged transversely to the axis of the movement of the membrane results in a reflection of the Luminous flux emerging from the light transmitter at different positions of the membrane and thus of the mirror element is carried out in different areas of the concave curved mirror surface such that not only does a different angle depending on the position of the membrane result between the incident and the reflected luminous flux, but also a different diameters dependent on the respective position of the membrane for the luminous flux incident on the light receiver and thus a light density dependent on the position of the membrane of the light incident on the light receiver light flux.
  • the measurement signal is only slightly influenced by the deposition of foreign and dust particles, for example on the mirror surface of the mirror element.
  • the membrane and the mirror element can be manufactured with a low mass, so that acceleration forces do not falsify the measurement result, so the pressure cell is particularly suitable for use in vehicles.
  • the size of the mirror surface is selected so that it is in any case larger than the cross section of the light flux of the light transmitter striking the mirror surface, so that the reflection of this light flux at different areas of the mirror surface is possible in different positions of the membrane.
  • the pressure transducer is designed to measure a differential pressure, preferably to measure the differential pressure between a static and a dynamic pressure in a flow channel.
  • the load cell is then part of the device for measuring the mass or quantity of a flow medium flowing through the channel, preferably part of an air mass meter for measuring the quantity of air flowing through the intake duct of an internal combustion engine.
  • the output signal of the pressure load cell or several pressure load cells is combined with other parameters for measuring the flow rate or mass in an electrical control device, in particular with the temperature of the flow medium and / or with the ambient pressure.
  • Figure 1 in a simplified representation and in longitudinal section a probe according to the invention.
  • Fig. 2 is a top view of the probe of Fig. 1; 3 shows a schematic illustration of an internal combustion engine having a plurality of cylinders;
  • FIG. 4 in a simplified representation and in section a pressure cell according to the invention
  • FIG. 5 is a simplified representation of a plan view of the left side of the diaphragm of the pressure cell in FIG. 4 and of the mirror element and the light-transmitting and detector unit;
  • Figures 6 and 7 are a graph for explaining the operation of the pressure cell
  • FIG. 9 shows in a simplified representation and in the block diagram an internal combustion engine having a plurality of cylinders and with an air mass meter common to these cylinders with individual control of the cylinders;
  • Fig. 10 is a graph showing, as a function of time, the signal supplied by the pressure sensor and corresponding to the pressure in the intake duct of the engine of Fig. 9, in comparison to the signal of a conventional air flow meter;
  • FIG. 11 shows a further possible embodiment of the invention in a representation similar to FIG. 9;
  • FIG. 12 in a simplified representation and in section a further possible pressure cell for use with the Probe according to Figure 1;
  • FIG. 13 shows a detail of the pressure cell of FIG. 12.
  • the probe 1 shown in the figures and used to measure the flow velocity of a flowing medium is perpendicular to the direction of flow in one of the two with its longitudinal extension or longitudinal axis L.
  • the main direction of flow of the medium is indicated in FIG. 1 by A and the direction of a possible backflow by arrow B.
  • the probe 1 consists essentially of an inner pipe section 2 and an outer pipe section 3, which encloses the inner pipe section over a partial length, in such a way that two channels are formed, namely the channel 4 lying coaxially with the longitudinal axis in the inner pipe section 2 and the annular channel surrounding the inner tube section 2, which is delimited to the outside by the tube section 3 and concentrically surrounds the longitudinal axis L.
  • the channel 5 is closed by a conical wall section 6 which merges into the pipe section 2 on the inside and into the pipe section 3 on the outside.
  • the inner pipe section 2 projects with a length 2 'over the upper, closed end of the pipe section 3 or over the wall section 6 there.
  • the inner pipe section 2 protrudes with a length 2 ′′ over the lower, closed end of the wall section 7.
  • the inner pipe section 2 is open at its upper end (measuring opening 4 ') and in the area thereof Opening provided with a plate-like, radially projecting flange or section 8, which is flat on its upper side, ie on the side facing away from the length 2 'and there has the measuring opening 4' of the channel 4.
  • section 8 is frusto-conical, tapering towards the bottom, in such a way that the edge of the section is designed like a knife.
  • the lower end of the pipe section 2 or the channel 4 is also open.
  • a pressure transducer, not shown, for measuring a static pressure P1 is connected to this end.
  • the outer pipe section 3 has an opening 9 slightly below the wall section which tapers in the shape of a truncated cone, via which the channel 5 communicates with the outside.
  • a connection 10 which is connected to the channel 5 and via which the channel 5 can be connected to the pressure meter 20 shown in FIGS. 4 and 5 for measuring the dynamic pressure P2.
  • the opening 9 and the connection 10 are located on different sides of this longitudinal axis with respect to the longitudinal axis L.
  • the probe 1 is oriented in such a way that the opening 9 is located on that side of the probe 1 on which the main flow direction A strikes directly.
  • the flow velocity of the medium and thus also the amount of the fluid flowing through a channel, for example per unit time, can be optimally determined by determining the static pressure P1 and the dynamic pressure P2 Medium are determined.
  • probe 1 The advantages of probe 1 include also that the static pressure measurement takes place directly in the flow and not at the edge of a flowed-through space or channel and is therefore independent of the shape of the channel. Another important advantage of the probe 1 is that a measurement of possible reverse currents is possible.
  • the probe 1 is still insensitive to oblique flow, i.e. the adjustment of the probe 1 with respect to the direction of flow is not critical. Since channels 4 and 5 as well as the openings of these channels, i.e. in particular, the opening 9 can also have a large cross-section, a highly dynamic measurement with the probe 1 is possible or inertia in the measurement is avoided. Another significant advantage is the relatively simple construction of the probe 1 and the possibility of arranging this probe in flow channels in a particularly simple manner.
  • the probe 1 is also particularly suitable as a component of an air mass or air flow meter in the air intake duct of internal combustion engines for the control of such engines.
  • an individual measurement is then preferably carried out for each cylinder 12 of such an engine 1, ie, such a probe 1 is arranged in the air intake duct 13 of each cylinder 12.
  • Each probe 1 is then provided with a converter device which evaluates the pressures P1 and P2 and / or converts it into electrical signals, which is connected via signal lines 14 to central control electronics 15 for the motor which (control electronics) correspond to those of the probes 1 supplied signals, for example, individually control the fuel supply to the individual cylinders 12.
  • the intake ducts 13 open into a common air duct 13 '.
  • the pressure load cell 30 shown specifically in FIGS. 4 and 5 is used.
  • This essentially consists of a housing 31, which is made of a circular disk-shaped membrane 32 made of metal and attached to it Is circumferentially clamped on the housing 31, is divided into two outwardly and mutually sealed sub-spaces 33 and 34, of which one sub-space, for example the sub-space 33, is subjected to the static pressure, ie is connected to the channel 4 and the other sub-space 34 applied with the dynamic pressure, that is connected to the channel 5 of the probe 1.
  • the pressure load cell 30 is preferably provided integrated on the corresponding probe 1, so that very short lengths ensuring high dynamics and an accurate measurement result are obtained for the channels or for the connections between the measurement openings 4 'and 9 and the associated subspaces 33 and 34 surrender.
  • a mirror element 35 is fastened in the middle of the membrane 32, which in the embodiment shown is formed by a metal plate forming a concave mirror surface 36 and protruding from the membrane 32 into the partial space 33 is.
  • the mirror surface 36 is only curved in one plane in the embodiment shown, i.e. In the embodiment shown, the mirror surface 36 corresponds to part of a circular cylinder surface with a cylinder axis running parallel to the plane E of the membrane 2 and thus perpendicular to the axis and / or deflection direction A of the membrane 32 and perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 4.
  • a light transmission and detector unit 37 Opposite the concave mirror surface 36 is a light transmission and detector unit 37 at a predetermined distance, - ll -
  • a reflex light barrier which contains an infrared light transmitter 39 in the form of an IR diode and an infrared light receiver 40 in the form of a photo transistor in a common housing 38.
  • the unit 37 is arranged in such a way that the IR transmitter 39 and the IR receiver 40 in the illustration selected for FIG. 4 are perpendicular to the plane of the drawing in FIG. are mutually offset parallel to the axis of curvature of the mirror surface 36, both with their light exit opening or light entry opening formed by a lens-like body facing the mirror surface 36 and with their optical axes define a plane M 'which is perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 4 lies.
  • M in FIG. 4 denotes a plane that runs radially to the curvature of the mirror element 35 and includes the curvature or cylinder axis as well as the optical axis of this mirror element and is parallel to the plane E of the membrane 32.
  • the plane M is the central plane to which the mirror surface 36 is formed symmetrically.
  • the diaphragm 22 is deflected perpendicular to the plane M.
  • the optical axis of the measuring arrangement comprising the mirror element 35 and the light path (between the transmitter 39 and the receiver 40) is thus parallel to the plane of the membrane 32 and perpendicular to the deflection or movement of this membrane.
  • the unit 37 is adjusted, taking into account the curvature of the mirror surface 36 and the focal points of the lenses on the transmitter 39 and receiver 40, in such a way that in an assumed end position of the movement or the stroke of the diaphragm 2 in the direction of the axis A, the axes of the The transmitter 39 and the receiver 40 are also in the plane M, ie the planes M and M 'coincide, and the entire luminous - 1.2 -
  • Area of the transmitter 39 is mapped on the active area of the receiver 40, and as far as possible to fill the format, i.e. the emitted luminous flux 41 is reflected in the luminous flux 42 in such a way that the cross section of the luminous flux 42 incident on the receiver 40 is equal to the opening of the receiver 40. In this first position, the greatest amount of light hits the receiver 40, so that it accordingly delivers the largest signal at its output.
  • the diaphragm 32 is deflected from this first position due to the changing differential pressure in the subspaces 33 and 34 and the mirror element is thereby moved relative to the plane M ', which is determined by the optical axes of the transmitter 39 and the receiver 40, so not only is the light from the transmitter 39 reflected on the mirror surface 36 such that only a part of the opening of the receiver 40 is struck by the luminous flux 42, but at the same time there is an increase in the cross section of the reflected luminous flux 42, ie a reduction in the light density of the luminous flux incident on the receiver 40. This ensures that even small deflections of the membrane 32 cause a strong change in the signal delivered by the receiver 40.
  • FIGS. 6 and 7 These aforementioned relationships are shown in FIGS. 6 and 7 for two assumed end positions of the deflection of the membrane 32.
  • the mirror surface 36 is shown in each of these figures, and the double arrow A indicates the deflection of the membrane 32 and thus the movement of the mirror element or the mirror surface 36.
  • the IR transmitter and the IR receiver are each offset perpendicular to the plane of the drawing in FIGS. 6 and 6 7.
  • the two interrupted, parallel horizontal lines 43 each delimit the light entry opening or opening of the IR receiver, which (light entry opening) in the present embodiment is equal to the light exit opening of the IR transmitter.
  • the interrupted, vertical line 44 indicates the cross section that the reflected light bundle 42 has when it strikes the IR receiver 40.
  • the upper and lower edges of the light beam 41 are designated by 45 and 46 in FIG. 6. These edges are reflected on the mirror surface 36 symmetrically to the center plane M.
  • Fig. 7 the corresponding conditions are shown for the case - that the mirror surface 36 has been moved downward in the direction of the axis A, namely by the stroke H, so that the two planes M and M 'offset from each other by this stroke are.
  • the reflection of the light bundle 41 on the mirror surface 36 is no longer symmetrical to the central axis M, ie the accepted edge beam 45 of the light bundle 41 is at a greater distance from the surface than in FIG Center axis M reflects, so that due to the different orientation of the mirror surface at this reflection point there is an increase in the angle between the incident edge ray 45 and the reflected edge ray 45 '.
  • the lower edge beam 46 of the light bundle 41 is reflected at a point on the mirror surface 36 which, in comparison to FIG. 6, the central axis M First 4 _
  • the reflected light flux 42 incident on the IR receiver 40 ver ⁇ ver ⁇ not only opposite the opening 43 of the light receiver 40 is pushed, that is to say only a part of the opening is struck by the light flux 42, but the reflected light flux 42 also has in the plane of the receiver 40 a diameter 44 which is substantially larger than in FIG. 6, which corresponds to a reduction in the light density.
  • FIG. 7 this is shown again to the left of the mirror surface 36 by two circles.
  • the circle 43 ' defines the opening of the IR receiver 40.
  • the circle 44' defines the diameter of the reflected luminous flux 42 incident on this receiver.
  • the signal supplied by the IR receiver 40 corresponds to the hatched area, which is only one A fraction of the area of the circle 44 and thus the amount of light of the reflected luminous flux 42.
  • the diameter of the reflected light flux 42 at the IR receiver 40 is equal to the opening 43, that is to say the circles 43 'and 44' are congruent, the total amount of light of the reflected light flux 42 arrives the IR receiver 40.
  • the state shown in FIG. 6 corresponds to this initial position, for example. If a deflection of the membrane 32 is to be expected in both directions, the state shown in FIG. 6 corresponds, for example, to the position which the membrane has in one direction at the maximum deflection, so that despite the use of only a single mirror - - 1.5 -
  • FIG. 8 shows in a block diagram the complete design of a gas and / or air flow meter.
  • the probe 1 and the pressure transducer 30 are again shown with the opto-electrical detection unit formed by the mirror element 35 and by the component 37 or by the light transmitter 38 and the light receiver 39.
  • Designated at 48 is control electronics which, on the one hand, supply the operating voltages for the IR transmitter 39 and the IR receiver 40 and, on the other hand, the output signal of the IR receiver 40 is supplied.
  • a temperature sensor 49 which is arranged in the flow path of the medium to be measured and is, for example, a temperature-dependent resistor (PT, NTC).
  • a sensor 50 measuring ambient pressure which e.g. is formed by a further pressure cell 30 or another pressure sensor.
  • the signal supplied by or derived from the pressure sensor 30 or from the IR receiver 40 is modified such that the temperature of the signal at the output 51 increases as the temperature measured by the sensor 49 increases the circuit 48 reduced and increased with falling temperature - 1.6
  • the temperature and the ambient pressure can be taken into account in a particularly simple manner in that with the sensor 49 the brightness of the diode of the IR transmitter 39 is inversely proportional to the temperature profile and with the sensor 50 the signal supplied by the IR receiver 40 or its amplification is proportional to Ambient pressure is changed.
  • the air mass meter shown in FIG. 8 is used to control an internal combustion engine, in which, according to the illustration in FIG. 3, a separate probe 1 with associated pressure sensor 30 is provided for each cylinder 12 or intake duct 13.
  • the control electronics 48 then have a separate input for each probe 1 and a separate output 51 for each cylinder 12.
  • the probes 49 and 50 are preferably provided only once.
  • the signals supplied by the individual pressure transducers 30 are processed individually, so that in each case an output signal is generated individually for each cylinder at the respective output 51, which corresponds to the amount of air measured at this cylinder, taking into account the sensors 49 and 50 determined temperature and ambient pressure.
  • the probe 1 is highly dynamic, i.e. can be designed in such a way that it enables the respective values of the pressures P1 and P2 to be measured with an extremely short time delay at a common measuring range or in the immediate vicinity, in contrast to the motor control system shown in FIG. 3, a control system is also appropriate 9 and 10 possible.
  • FIG. 9 shows, in a representation similar to FIG. 3, a further possible embodiment in which a single probe 1 at the entrance of a common air intake duct 13 'is one or more - 1.7
  • Cylinder 12 having an internal combustion engine is provided.
  • the probe 1 is provided with a converter device which evaluates the pressures P1 and P2 and converts them into electrical signals, which is connected via a signal line to control electronics 53 for the engine which, in accordance with the signal supplied by the probe 1, supply the fuel to the individual Controls cylinder 12 individually.
  • the transducer device which converts the pressures P1 and P2 into electrical signals is the pressure load cell 30.
  • Fig. 10 shows in a diagram as a time-changing curve 54 the signal supplied by the pressure meter 30 on the signal line 52 with the engine 11 running, in comparison to the signal of a conventional hot-film air mass meter, as was previously the case for air mass measurement in motor vehicles is used.
  • the curve 54 shows not only with its upper amplitudes in a very pronounced form the positive air flow, ie the flow in the respective cylinders or in the direction of arrow B, and with its lower amplitudes one in the intake pipe 13 'or at the measuring point there Existing negative flow (against arrow B), but due to the pronounced upper amplitudes or peaks, which each correspond to the intake stroke of one of the cylinders 12, is also an individual evaluation of each amplitude or half-wave and in particular each positive half-wave as well as a temporal Allocation to the respective cylinders 12 is possible, taking into account a signal that is supplied to the control electronics 53 via a signal line 56, for example from a signal generator or the ignition, and always when the engine 11 reaches a predetermined rotational position or has made a predetermined number of revolutions, for example with each he fourth - 1 .8 -
  • the signal value present at the signal line 52 at any time, in particular also a positive half-wave of the curve 54, can be unequivocally assigned to the cylinder 12 performing the respective intake stroke by the control electronics 53 and the fuel supply to this cylinder be controlled accordingly.
  • control electronics 53 are also supplied with the signal from the sensor 50 (ambient pressure) and preferably also the signal from the sensor 49 (air temperature). In principle, however, it is also possible to process the signals supplied by the pressure cell 30 and the additional sensors 49 and 50 in separate control electronics, the output signal of which is then fed to the control electronics 53.
  • the embodiment shown in FIG. 9 has the advantage that individual control of a plurality of cylinders 12 of an internal combustion engine 11 is possible with only a single sensor 1 and associated pressure cell 30.
  • FIG. 11 shows, as a further embodiment, an internal combustion engine having a plurality of cylinders 12 together with the common intake duct 13 'and a duct 57 common to all the cylinders 12, which serves to discharge the combustion gases and leads to the exhaust, not shown, of the motor vehicle with catalyst.
  • a probe 1 with a pressure sensor 58, with which the flow velocity of the combustion gases and their change are measured.
  • the pressure transducer 58 provides at its output a signal corresponding to the signal in FIG. 10, which signal consists of several pulses following in time or put together waves. Each pulse corresponds to the amount of exhaust gas emitted by a cylinder 12 to the channel 57 after the combustion process.
  • the control electronics 53 which is also connected to the pressure transducer 58, can conclude that there is no combustion process in the cylinder 12 in question and can be determined on the basis of the signal and, for example, initiate a control measure to counteract this malfunction and / or issue an error message to the user of the vehicle.
  • the particular advantage here is that the catalyst in the exhaust system is not overheated or damaged by excessive amounts of unburned fuel.
  • FIGS. 12 and 13 also show a simplified pressure cell 20 which can be used for evaluating the static pressure P1 and the dynamic pressure P2 and essentially consists of a housing 21 and a membrane 32 which divides the interior thereof into two subspaces. One subspace is then connected to the inner tube 4 of the probe 1 and the other subspace to the connection 10, so that the membrane 22 is deflected by the differential pressure. To detect this deflection, a plate 23 is attached to the membrane 22, which is arranged in a plane perpendicular to the plane of the membrane. According to FIG. 13, one side of the plate 23 is provided with a surface which partly has a darker region 24 and partly a lighter region 25. A light beam 26 from a light source 27 is directed onto this surface. The light reflected from the surface is detected by a light detector 28 2.0 -
  • the light source 27 and the light detector 28 form, for example, a light barrier-like electronic component.
  • the light beam 26 strikes the boundary line between the surfaces 24 and 25. Depending on the deflection of the membrane 22, the light beam 26 strikes the lighter surface 25 or the darker surface 24.
  • the amount of light reflected at the light detector 28 is therefore a function of the deflection of the membrane 22 and the differential pressure or the flow rate of the medium.
  • Pipe section 5 channel, 7 wall section, plate-shaped head or section
  • IR receiver 42 luminous flux, 44 line ', 44' circle, 46 edge beam ', 46' reflected edge beam area control circuit temperature sensor pressure sensor output signal line control electronics, 55 curve signal line channel pressure sensor

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Abstract

A probe for measuring the speed or rate of flow of a flowing medium consists of an elongated probe body perpendicular or transversely oriented to the direction of flow and that extends into a chamber through which flows the medium. At its free end, the probe body has a first measurement opening that opens into a first channel and lies in a plane perpendicular to the probe for measuring the static pressure of the flow, as well as a second measurement opening for measuring dynamic pressure that opens into a second channel separate from the first channel. The probe is preferably connected with its two channels to a differential pressure cell and forms together with said cell an air volume measurement device for use in an internal combustion engine, for example.

Description

Sonde zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Strömungsmenge eines strömenden Mediums, insbesondere zur Luftmengenmessung sowie Druckmeßdose, insbesondere zur Verwendung bei einer solchen Sonde Probe for measuring the flow velocity or flow quantity of a flowing medium, in particular for measuring the air quantity and pressure transducer, in particular for use with such a probe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sonde zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit und damit zur Messung der Menge eines strömenden Mediums, gemäß Oberbergriff Patentanspruch 1.The invention relates to a probe for measuring the flow velocity and thus for measuring the amount of a flowing medium.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckmeßdose, insbe¬ sondere zur Verwendung mit einer solchen Sonde, gemäß Oberbegriff Patentanspruch 11 sowie auf eine Vorrichtung zur Messung einer Luft- oder Gasmenge, bestehend aus einer Sonde und einer Druckmeßdose, entsprechend Oberbegriff Patentan¬ spruch 23.The invention relates to a pressure cell, in particular for use with such a probe, according to the preamble of claim 11, and to a device for measuring an amount of air or gas, consisting of a probe and a pressure cell, according to the preamble of claim 23.
Insbesondere bei Verbrennungsmotoren ist eine möglichst exakte Messung der einen Ansaugkanal durchströmenden Luft¬ oder Gemischmenge zur optimalen Steuerung der Kraftstoff¬ zufuhr unerläßlich.In the case of internal combustion engines in particular, the most exact possible measurement of the amount of air or mixture flowing through an intake duct is essential for optimal control of the fuel supply.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sonde aufzuzeigen, mit der eine Geschwindigkeitsmessung bzw. Mengenmessung eines strömenden Mediums mit einfachen Mitteln zuverlässig möglich ist.The object of the invention is to show a probe with which a speed measurement or quantity measurement of a flowing medium is reliably possible with simple means.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Sonde entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ausgebildet. Die grundsätzliche Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Sonde beruht auf einer Differenzmessung zwischen einem statischen und dem dynamischen Druck.To solve this problem, a probe is designed in accordance with the characterizing part of patent claim 1. The basic mode of operation of the probe according to the invention is based on a difference measurement between a static and a dynamic pressure.
Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Sonde bestehen darin, daß die statische Druckmessung in der Strömung und nicht etwa am Rand dieser Strömung oder eines Strömungskanales erfolgt. Die statische Druckmessung ist daher unabhängig von der Form des Kanales.The main advantages of the probe according to the invention are that the static pressure measurement takes place in the flow and not at the edge of this flow or in a flow channel. The static pressure measurement is therefore independent of the shape of the channel.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Sonde besteht darin, daß mit Ausnahme der für die Druckdifferenzmessung verwendeten Mittel, beispielsweise einer für die Druck¬ differenz verwendeten Druckdose bzw. der dortigen Meßmembran keine mechanische bewegten Elemente notwendig sind. Hierdurch wird nicht nur eine hohe Betriebssicherheit auch in rauhen Umgebungen gewährleistet, sondern hierdurch sind auch äußere Einflüsse auf das Meßergebnis, insbesondere durch Beschleuni- gungs- oder Gravitationskräfte nahezu ausgeschlossen.Another advantage of the probe according to the invention is that, with the exception of the means used for the pressure difference measurement, for example a pressure cell used for the pressure difference or the measuring membrane there, no mechanical moving elements are necessary. This not only ensures a high level of operational reliability even in harsh environments, but also virtually eliminates external influences on the measurement result, in particular due to acceleration or gravitational forces.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Sonde besteht darin, daß sie einen einfachen Aufbau aufweit und daher kostengünstig hergestellt werden kann.Another advantage of the probe according to the invention is that it can be expanded in a simple construction and can therefore be manufactured inexpensively.
Die erfindungsgemäße Sonde ist weiterhin besonders einfach in Strömungskanäle insbesondere auch in Luftansaugkanäle von Verbrennungsmotoren einbaubar.The probe according to the invention is also particularly easy to install in flow channels, in particular also in air intake channels of internal combustion engines.
Wegen der einfachen Konstruktion und zuverlässigen Arbeits¬ weise gestattet es die erfindungsgemäße Sonde weiterhin auch, bei einem Verbrennungsmotor für jeden einzelnen Zylinder bzw. für dessen Ansaugkanal wenigstens eine gesonderte Sonde vorzusehen, so daß dann über die von diesen Sonden bzw. deren Wandler gelieferten Meßsignale jeder Zylinder eines Ver¬ brennungsmotors individuell bezüglich der Kraftstoffver¬ sorgung angesteuert werden kann.Because of the simple construction and reliable method of operation, the probe according to the invention also allows, in the case of an internal combustion engine, at least one separate probe for each individual cylinder or for its intake duct To be provided so that each cylinder of an internal combustion engine can then be individually controlled with respect to the fuel supply via the measurement signals supplied by these probes or their transducers.
Bei Brennkraftmaschinen, aber auch in vielen anderen Be¬ reichen der Technik ist es erforderlich oder wünschenswert, den Druck eines Strömungsmediums, nämlich von Luft und/oder Gasen mit hoher Genauigkeit zu messen. Weiterhin besteht bei Brennkraftmaschinen das Problem der genauen Messung der ein Ansaugsystem (Ansaugkanal oder Ansaugrohr) durchströmenden und an eine Brennkammer oder einen Zylinder geleiteten Luft oder des Luft-Treibstoff-Gemisches, um so eine optimale Treibstoffzufuhr und damit eine optimale Verbrennung steuern zu können.In internal combustion engines, but also in many other areas of technology, it is necessary or desirable to measure the pressure of a flow medium, namely air and / or gases with high accuracy. There is also the problem with internal combustion engines of the precise measurement of the air or the air / fuel mixture flowing through an intake system (intake duct or intake pipe) and directed to a combustion chamber or a cylinder, in order to be able to control an optimal fuel supply and thus an optimal combustion.
Aufgabe der Erfindung ist es daher auch, eine Druckmeßdose aufzuzeigen, die selbst unter erschwerten Umgebungsbe¬ dingungen einwandfreie Meßergebnisse mit hoher Genauigkeite liefert.The object of the invention is therefore also to show a pressure transducer which delivers flawless measurement results with high accuracy even under difficult environmental conditions.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Druckmeßdose entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 11 ausgebildet.To solve this problem, a pressure cell is designed according to the characterizing part of claim 11.
In Weiterbildung betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zum Messen der Masse oder Menge eines einen Strömungskanal durchströmenden gasförmigen Strömungsmediums, vorzugsweise Luft und dabei speziell einen Luftmassenmesser, mit dem sich die Verbrennungskammern oder Zylinder von Brennkraftmaschinen zugeführte Luft- oder Gasmenge sehr exakt und störungsfrei messen läßt und der ein dieser Luftmenge entsprechendes Signal liefert. Eine solche Vorrichtung, die wenigstens eine Sonde sowie wenigstens eine Druckmeßdose umfaßt, ist entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 23 ausgebildet.In a further development, the invention also relates to a device for measuring the mass or amount of a gaseous flow medium flowing through a flow channel, preferably air, and in particular an air mass meter with which the amount of air or gas supplied to internal combustion engines can be measured very precisely and without interference and which delivers a signal corresponding to this amount of air. Such a device, which comprises at least one probe and at least one pressure transducer, is designed in accordance with the characterizing part of patent claim 23.
Die erfindungsgemäße Druckmeßdose hat den Vorteil, daß die Druckmessung hysteresefrei mit großer Auflösung erfolgt, und zwar insbesondere auch deswegen, weil sich durch die konvexe Ausbildung der Spiegelfläche des Spiegelelementes bei Anordnung der optischen Achse des Spiegelelementes quer zur Achse der Bewegung der Membran eine Reflexion des aus dem Lichtsender austretenden Lichtstromes bei unterschiedlichen Stellungen der Membrane und damit des Spiegelelementes jeweils an unterschiedlichen Bereichen der konkav gekrümmten Spiegelfläche derart erfolgt, daß sich nicht nur jeweils ein von der Stellung der Membran abhängiger unterschiedlicher Winkel zwischen dem auftreffenden und dem reflektierten Lichtstrom ergibt, sondern auch ein von der jeweiligen Stellung der Membrane abhängiger unterschiedlicher Durch¬ messer für den auf den Lichtempfänger auftreffenden Licht¬ strom und somit eine von der Stellung der Membran abhängige Lichtdichte des auf den Lichtempfänger auftreffenden Licht¬ stromes.The pressure transducer according to the invention has the advantage that the pressure measurement is free of hysteresis with high resolution, in particular because the convex design of the mirror surface of the mirror element when the optical axis of the mirror element is arranged transversely to the axis of the movement of the membrane results in a reflection of the Luminous flux emerging from the light transmitter at different positions of the membrane and thus of the mirror element is carried out in different areas of the concave curved mirror surface such that not only does a different angle depending on the position of the membrane result between the incident and the reflected luminous flux, but also a different diameters dependent on the respective position of the membrane for the luminous flux incident on the light receiver and thus a light density dependent on the position of the membrane of the light incident on the light receiver light flux.
Kleine Bewegungen der Membran führen somit bereits zu großen Änderungen des Meßsignales, wodurch sich eine hohe Empfind¬ lichkeit ergibt. Weiterhin wird aber das Meßsignal nur geringfügig beeinflußt durch Ablagerung von Fremd- und Staubpartikeln z.B. an der Spiegelfläche des Spiegelele¬ mentes. Die Membrane und das Spiegelelement können mit geringer Masse hergestellt werden, so daß auch Beschleu¬ nigungskräfte das Meßergebnis nicht verfälschen, die Druck¬ meßdose also insbesondere für eine Verwendung in Fahrzeugen geeignet ist. Die Größe der Spiegelfläche ist so gewählt, daß diese auf jeden Fall größer ist als der Querschnitt des auf die Spiegelfläche auftreffenden Lichtstromes des Lichtsenders, so daß in unterschiedlichen Stellungen der Membrane die Re¬ flexion dieses Lichtstromes an unterschiedlichen Bereichen der Spiegelfläche möglich ist.Small movements of the membrane thus lead to large changes in the measurement signal, which results in a high sensitivity. Furthermore, the measurement signal is only slightly influenced by the deposition of foreign and dust particles, for example on the mirror surface of the mirror element. The membrane and the mirror element can be manufactured with a low mass, so that acceleration forces do not falsify the measurement result, so the pressure cell is particularly suitable for use in vehicles. The size of the mirror surface is selected so that it is in any case larger than the cross section of the light flux of the light transmitter striking the mirror surface, so that the reflection of this light flux at different areas of the mirror surface is possible in different positions of the membrane.
In ihrer bevorzugten Ausführungsform ist die Druckmeßdose zur Messung eines Differenzdruckes ausgebildet, und zwar bevor¬ zugt zur Messung des Differenzdruckes zwischen einem sta¬ tischen und einem dynamischen Druck in einem Strömungskanal. Die Druckmeßdose ist dann Bestandteil der Vorrichtung zur Messung der Masse oder Menge eines den Kanal durchströmenden Strömungsmediums, bevorzugt Bestandteil eines Luftmassen¬ messers zur Messung der den Ansaugkanal einer Brennkraft¬ maschine durchströmenden Luftmenge.In its preferred embodiment, the pressure transducer is designed to measure a differential pressure, preferably to measure the differential pressure between a static and a dynamic pressure in a flow channel. The load cell is then part of the device for measuring the mass or quantity of a flow medium flowing through the channel, preferably part of an air mass meter for measuring the quantity of air flowing through the intake duct of an internal combustion engine.
Das Ausgangssignal der Druckmeßdose oder mehrerer Druckme߬ dosen wird zur Messung der Strömungsmenge oder Masse in einer elektrischen Steuereinrichtung mit weiteren Parametern kombiniert, insbesondere mit der Temperatur des Strömungs¬ mediums und/oder mit dem Umgebungsdruck.The output signal of the pressure load cell or several pressure load cells is combined with other parameters for measuring the flow rate or mass in an electrical control device, in particular with the temperature of the flow medium and / or with the ambient pressure.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran¬ sprüche.Further developments of the invention are the subject of the subclaims.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the figures using an exemplary embodiment. Show it:
Fig. 1 in vereinfachter Darstellung und im Längsschnitt eine Sonde gemäß der Erfindung;Figure 1 in a simplified representation and in longitudinal section a probe according to the invention.
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Sonde der Fig. 1; Fig. 3 in schematischer Darstellung eine mehrere Zylinder aufweisende Brennkraftmaschine;Fig. 2 is a top view of the probe of Fig. 1; 3 shows a schematic illustration of an internal combustion engine having a plurality of cylinders;
Fig. 4 in vereinfachter Darstellung und im Schnitt eine Druckmeßdose gemäß der Erfindung;Fig. 4 in a simplified representation and in section a pressure cell according to the invention;
Fig. 5 in vereinfachter Darstellung eine Draufsicht auf die in der Fig. 4 linke Seite der Membrane der Druck¬ meßdose sowie auf das Spiegelelement und die Licht¬ sende- un Detektoreinheit;5 is a simplified representation of a plan view of the left side of the diaphragm of the pressure cell in FIG. 4 and of the mirror element and the light-transmitting and detector unit;
Fig. 6 und 7 eine Graphik zur Erläuterung der Wirkungsweise der Druckmeßdose;Figures 6 and 7 are a graph for explaining the operation of the pressure cell;
Fig. 8 in vereinfachter Darstellung und im Blockdiagramm weitere, einen Luftmesser bildende Elemente;8 in a simplified representation and in the block diagram further elements forming an air knife;
Fig. 9 in vereinfachter Darstellung und im Blockdiagramm eine mehrere Zylinder aufweisende Brennkraftmaschine und mit einem für diese Zylinder gemeinsamen Luft¬ massenmesser bei individueller Steuerung der Zy¬ linder;9 shows in a simplified representation and in the block diagram an internal combustion engine having a plurality of cylinders and with an air mass meter common to these cylinders with individual control of the cylinders;
Fig. 10 ein Diagramm, welches in Abhängigkeit von der Zeit das von der Druckmeßdose gelieferte und dem Druck im Ansaugkanal des Motors der Fig. 9 entsprechende Signal wiedergibt, und zwar im Vergleich zu dem Signal eines herkömmlichen Luftmengenmessers;Fig. 10 is a graph showing, as a function of time, the signal supplied by the pressure sensor and corresponding to the pressure in the intake duct of the engine of Fig. 9, in comparison to the signal of a conventional air flow meter;
Fig. 11 in ähnlicher Darstellung wie Figur 9 eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung;11 shows a further possible embodiment of the invention in a representation similar to FIG. 9;
Fig. 12 in vereinfachter Darstellung und im Schnitt eine weitere mögliche Druckmeßdose zur Verwendung mit der Sonde gemäß Figur 1;Fig. 12 in a simplified representation and in section a further possible pressure cell for use with the Probe according to Figure 1;
Fig. 13 ein Detail der Druckmeßdose der Figur 12.13 shows a detail of the pressure cell of FIG. 12.
Die in den Figuren dargestellte und zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines strömenden Mediums, ins¬ besondere zur Messung der Strömungsgeschwndigkeit von Luft, Gasen oder Luft- und/oder Gasgemischen dienende Sonde 1 ist mit ihrer Längserstreckung bzw. Längsachse L senkrecht zur Strömungsrichtung in einem von dem Medium durchströmten Raum oder Kanal angeordnet. Die Hauptströmungsrichtung des Mediums ist in der Fig. 1 mit A und die Richtung einer möglichen Rückströmung mit dem Pfeil B angedeutet.The probe 1 shown in the figures and used to measure the flow velocity of a flowing medium, in particular to measure the flow velocity of air, gases or air and / or gas mixtures, is perpendicular to the direction of flow in one of the two with its longitudinal extension or longitudinal axis L. Medium through which space or channel is arranged. The main direction of flow of the medium is indicated in FIG. 1 by A and the direction of a possible backflow by arrow B.
Die Sonde 1 besteht im wesentlichen aus einem inneren Rohrstück 2 und einem äußeren Rohrstück 3, welches das innere Rohrstück auf einer Teillänge umschließt, und zwar derart, daß zwei Kanäle gebildet sind, und zwar der achsgleich mit der Längsachse liegende Kanal 4 im inneren Rohrstück 2 und der das innere Rohrstück 2 umschließende ringförmige Kanal, der nach außen hin durch das Rohrstück 3 begrenzt ist und die Längsachse L konzentrisch umschließt.The probe 1 consists essentially of an inner pipe section 2 and an outer pipe section 3, which encloses the inner pipe section over a partial length, in such a way that two channels are formed, namely the channel 4 lying coaxially with the longitudinal axis in the inner pipe section 2 and the annular channel surrounding the inner tube section 2, which is delimited to the outside by the tube section 3 and concentrically surrounds the longitudinal axis L.
An dem in der Fig. 1 oberen Ende ist der Kanal 5 durch einen kegelförmig verlaufenden und innen in das Rohrstück 2 und außen in das Rohrstück 3 übergehenden Wandabschnitt 6 verschlossen. Ein weiterer Wandabschnitt 7, der innen in das Rohrstück 2 und außen in das Rohrstück 3 übergeht, ver¬ schließt den Kanal 5 an dem in der Fig. 1 unteren Ende. Das innere Rohrstück 2 steht mit einer Länge 2' über das obere, verschlossene Ende des Rohrstückes 3 bzw. über den dortigen Wandabschnitt 6 vor. Ebenso steht das innere Rohrstück 2 mit einer Länge 2' ' über das untere, verschlossene Ende des Wandabschnittes 7 vor. Das innere Rohrstück 2 ist an seinem oberen Ende offen (Meßöffnung 4' ) und im Bereich dieser Öffnung mit einem tellerartigen, radial wegstehenden Flansch oder Abschnitt 8 versehen, der an seiner Oberseite, d.h. an der der Länge 2' abgewandten Seite plan ausgebildet ist und dort die Meßöffnung 4' des Kanales 4 aufweist. An der Unterseite ist der Abschnitt 8 kegelstumpfförmig, sich nach unten hin verjüngend ausgebildet, und zwar derart daß der Rand des Abschnittes schneidenartig ausgebildet ist.At the upper end in FIG. 1, the channel 5 is closed by a conical wall section 6 which merges into the pipe section 2 on the inside and into the pipe section 3 on the outside. A further wall section 7, which merges into the pipe section 2 on the inside and into the pipe section 3 on the outside, closes the channel 5 at the lower end in FIG. 1. The inner pipe section 2 projects with a length 2 'over the upper, closed end of the pipe section 3 or over the wall section 6 there. Likewise, the inner pipe section 2 protrudes with a length 2 ″ over the lower, closed end of the wall section 7. The inner pipe section 2 is open at its upper end (measuring opening 4 ') and in the area thereof Opening provided with a plate-like, radially projecting flange or section 8, which is flat on its upper side, ie on the side facing away from the length 2 'and there has the measuring opening 4' of the channel 4. On the underside, section 8 is frusto-conical, tapering towards the bottom, in such a way that the edge of the section is designed like a knife.
Das untere Ende des Rohrstückes 2 bzw. des Kanales 4 ist ebenfalls offen. An dieses Ende ist eine nicht dargestellte Druckmeßdose zum Messen eines statischen Druckes Pl ange¬ schlossen.The lower end of the pipe section 2 or the channel 4 is also open. A pressure transducer, not shown, for measuring a static pressure P1 is connected to this end.
Das äußere Rohrstück 3 besitzt etwas unterhalb des sich nach oben hin kegelstumpfförmig verjüngenden Wandabschnittes eine Öffnung 9, über die der Kanal 5 nach außen hin in Verbindung steht. Im Bereich des unteren Endes befindet sich ein mit dem Kanal 5 in Verbindung stehender Anschluß 10, über welchen der Kanal 5 an den in den Fig. 4 und 5 dargestellten Druckmesser 20 zur Messung des dynamischen Druckes P2 anschließbar ist. Bei der dargestellten Ausführungsform befinden sich die Öffnung 9 und der Anschluß 10 bezogen auf die Längsachse L auf verschiedenen Seiten dieser Längsachse.The outer pipe section 3 has an opening 9 slightly below the wall section which tapers in the shape of a truncated cone, via which the channel 5 communicates with the outside. In the area of the lower end there is a connection 10 which is connected to the channel 5 and via which the channel 5 can be connected to the pressure meter 20 shown in FIGS. 4 and 5 for measuring the dynamic pressure P2. In the embodiment shown, the opening 9 and the connection 10 are located on different sides of this longitudinal axis with respect to the longitudinal axis L.
Die Sonde 1 ist so ausgerichtet, daß sich die Öffnung 9 auf derjenigen Seite der Sonde 1 befindet, auf die die Haupt¬ strömrichtung A unmittelbar auftrifft.The probe 1 is oriented in such a way that the opening 9 is located on that side of the probe 1 on which the main flow direction A strikes directly.
Mit der Sonde kann in optimaler Weise durch Ermittlung des statischen Druckes Pl und des dynamischen Druckes P2 die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums und damit auch die je Zeiteinheit beispielsweise ein Kanal durchströmende Menge des Mediums ermittelt werden.With the probe, the flow velocity of the medium and thus also the amount of the fluid flowing through a channel, for example per unit time, can be optimally determined by determining the static pressure P1 and the dynamic pressure P2 Medium are determined.
Die Vorteile der Sonde 1 sind u.a. auch, daß die statische Druckmessung unmittelbar in der Strömung und nicht etwa am Rand eines durchströmten Raumes oder Kanales erfolgt und daher unabhängig von der Form des Kanales ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Sonde 1 besteht auch darin, daß eine Messung von möglichen Rückströmen möglich ist.The advantages of probe 1 include also that the static pressure measurement takes place directly in the flow and not at the edge of a flowed-through space or channel and is therefore independent of the shape of the channel. Another important advantage of the probe 1 is that a measurement of possible reverse currents is possible.
Die Sonde 1 ist weiterhin unempfindlich gegen schräges Anströmen, d.h. die Justage der Sonde 1 in bezug auf die Strömungsrichtung ist unkritisch. Da die Kanäle 4 und 5 sowie die Öffnungen dieser Kanäle, d.h. insbesondere auch die Öffnung 9 einen großen Querschnitt aufweisen können, ist eine hochdynamische Messung mit der Sonde 1 möglich bzw. Träg¬ heiten in der Messung werden vermieden. Ein weiterer wesent¬ licher Vorteil besteht auch in dem relativ einfachen Aufbau der Sonde 1 sowie in der Möglichkeit, diese Sonde in be¬ sonders einfacher Weise in Strömungskanälen anzuordnen.The probe 1 is still insensitive to oblique flow, i.e. the adjustment of the probe 1 with respect to the direction of flow is not critical. Since channels 4 and 5 as well as the openings of these channels, i.e. in particular, the opening 9 can also have a large cross-section, a highly dynamic measurement with the probe 1 is possible or inertia in the measurement is avoided. Another significant advantage is the relatively simple construction of the probe 1 and the possibility of arranging this probe in flow channels in a particularly simple manner.
Wie die Fig. 3 zeigt, eignet sich die Sonde 1 insbesondere auch als Bestandteil eines Luftmassen- bzw. Luftmengenmessers im Luft-Ansaugkanal von Verbrennungsmotoren für die Steuerung solcher Motoren. Hierbei erfolgt dann bevorzugt eine Einzel- messung für jeden Zylinder 12 eines solchen Motors 1, d.h. in dem Luft-Ansaugkanal 13 jedes Zylinders 12 ist eine derartige Sonde 1 angeordnet. Jede Sonde 1 ist dann mit einer die Drücke Pl und P2 auswertenden und/oder in elektrische Signale umsetzenden Wandlereinrichtung versehen, die über Signal¬ leitungen 14 mit einer zentralen Steuerelektronik 15 für den Motor verbunden ist, die (Steuerelektronik) entsprechend den von den Sonden 1 gelieferten Signalen beispielsweise die Kraftstoffzufuhr an die einzelnen Zylinder 12 individuell steuern. Bei der gezeigten Ausführungsform münden die Ansaugkanäle 13 in einen gemeinsamen Luftkanal 13'. Zur Bestimmung der Differenz zwischen dem statischen Druck Pl und dem dynamischen Druck P2 dient die speziell in den Figuren 4 und 5 dargestellte Druckmeßdose 30. Diese besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 31, welches durch eine aus Metall gefertigte, kreisscheibenförmige Membrane 32, die an ihrem Umfang am Gehäuse 31 eingespannt ist, in zwei nach außen hin und gegeneinander abgedichtete Teilräume 33 und 34 unterteilt wird, von denen der eine Teilraum, beispielsweise der Teilraum 33 mit dem statischen Druck beaufschlagt ist, d.h. mit dem Kanal 4 verbunden ist und der andere Teilraum 34 mit dem dynamischen Druck beaufschlagt, d.h. mit dem Kanal 5 der Sonde 1 verbunden ist. Bevorzugt ist die Druckmeßdose 30 an der entsprechenden Sonde 1 integriert vorgesehen, so daß sich für die Kanäle bzw. für die Verbindungen zwischen den Meßöffnungen 4' und 9 und den zugehörigen Teilräumen 33 bzw. 34 sehr kurze eine hohe Dynamik und ein genaues Meßergebnis sicherstellende Längen ergeben.As shown in FIG. 3, the probe 1 is also particularly suitable as a component of an air mass or air flow meter in the air intake duct of internal combustion engines for the control of such engines. In this case, an individual measurement is then preferably carried out for each cylinder 12 of such an engine 1, ie, such a probe 1 is arranged in the air intake duct 13 of each cylinder 12. Each probe 1 is then provided with a converter device which evaluates the pressures P1 and P2 and / or converts it into electrical signals, which is connected via signal lines 14 to central control electronics 15 for the motor which (control electronics) correspond to those of the probes 1 supplied signals, for example, individually control the fuel supply to the individual cylinders 12. In the embodiment shown, the intake ducts 13 open into a common air duct 13 '. To determine the difference between the static pressure Pl and the dynamic pressure P2, the pressure load cell 30 shown specifically in FIGS. 4 and 5 is used. This essentially consists of a housing 31, which is made of a circular disk-shaped membrane 32 made of metal and attached to it Is circumferentially clamped on the housing 31, is divided into two outwardly and mutually sealed sub-spaces 33 and 34, of which one sub-space, for example the sub-space 33, is subjected to the static pressure, ie is connected to the channel 4 and the other sub-space 34 applied with the dynamic pressure, that is connected to the channel 5 of the probe 1. The pressure load cell 30 is preferably provided integrated on the corresponding probe 1, so that very short lengths ensuring high dynamics and an accurate measurement result are obtained for the channels or for the connections between the measurement openings 4 'and 9 and the associated subspaces 33 and 34 surrender.
Zur Erfassung der Auslenkung der Membrane 32 in Abhängigkeit zwischen der Druckdifferenz ist in der Mitte der Membrane 32 ein Spiegelelement 35 befestigt, welches bei der darge¬ stellten Ausführungsform von einem eine konkave Spiegelfläche 36 bildenden und von der Membran 32 in den Teilraum 33 vorstehenden Metallplättchen gebildet ist. Die Spiegelfläche 36 ist bei der dargestellten Ausführungsform nur in einer Ebene gekrümmt, d.h. die Spiegelfläche 36 entspricht bei der dargestellten Ausführungsform einem Teil einer Kreiszylinder¬ fläche mit einer parallel zur Ebene E der Membrane 2 und damit senkrecht zur Achse und/oder Auslenkungsrichtung A der Membrane 32 und senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 4 verlaufenden Zylinderachse.To detect the deflection of the membrane 32 as a function of the pressure difference, a mirror element 35 is fastened in the middle of the membrane 32, which in the embodiment shown is formed by a metal plate forming a concave mirror surface 36 and protruding from the membrane 32 into the partial space 33 is. The mirror surface 36 is only curved in one plane in the embodiment shown, i.e. In the embodiment shown, the mirror surface 36 corresponds to part of a circular cylinder surface with a cylinder axis running parallel to the plane E of the membrane 2 and thus perpendicular to the axis and / or deflection direction A of the membrane 32 and perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 4.
Der konkaven Spiegelfläche 36 gegenüberliegend ist in einem vorgegebenen Abstand eine Lichtsende- und Detektoreinheit 37, - l l -Opposite the concave mirror surface 36 is a light transmission and detector unit 37 at a predetermined distance, - ll -
beispielsweise eine Reflexlichtschranke, die in einem gemeinsamen Gehäuse 38 einen Infrarot-Licht-Sender 39 in Form einer IR-Diode und ein Infrarot-Licht-Empfänger 40 in Form eines Fototransistors enthält. Die Einheit 37 ist so ange¬ ordnet, daß der IR-Sender 39 und der IR-Empfänger 40 bei der für die Fig. 4 gewählten Darstellung senkrecht zur Zeichen¬ ebene der Fig. 4, d.h. parallel zur Krü mungsachse der Spiegelfläche 36 gegeneinander versetzt sind, beide mit ihrer jeweils von einem linsenartigen Körper gebildeten Lichtaus¬ trittsöffnung bzw. Lichteintrittsöffnung der Spiegelfläche 36 zugewandt sind und mit ihren optischen Achsen eine Ebene M' definieren, die senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 4 liegt.For example, a reflex light barrier, which contains an infrared light transmitter 39 in the form of an IR diode and an infrared light receiver 40 in the form of a photo transistor in a common housing 38. The unit 37 is arranged in such a way that the IR transmitter 39 and the IR receiver 40 in the illustration selected for FIG. 4 are perpendicular to the plane of the drawing in FIG. are mutually offset parallel to the axis of curvature of the mirror surface 36, both with their light exit opening or light entry opening formed by a lens-like body facing the mirror surface 36 and with their optical axes define a plane M 'which is perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 4 lies.
Mit M ist in der Figur 4 eine Ebene bezeichnet, die radial zur Krümmung des Spiegelelementes 35 verläuft und die Krümmungs- bzw. Zylinderachse sowie auch dei optische Achse dieses Spiegelelementes einschließt sowie parallel zur Ebene E der Membrane 32 liegt. Bei der dargestellten Ausführungs¬ form ist die Ebene M die Mittelebene, zu der die Spiegel¬ fläche 36 symmetrisch ausgebildet ist. Die Auslenkung der Membrane 22 erfolgt senkrecht zu der Ebene M.M in FIG. 4 denotes a plane that runs radially to the curvature of the mirror element 35 and includes the curvature or cylinder axis as well as the optical axis of this mirror element and is parallel to the plane E of the membrane 32. In the embodiment shown, the plane M is the central plane to which the mirror surface 36 is formed symmetrically. The diaphragm 22 is deflected perpendicular to the plane M.
Die optische Achse der das Spiegelelement 35 und die Licht¬ strecke (zwischen Sender 39 und Empfänger 40) aufweisenden Meßanordnung liegt somit parallel zur Ebene der Membram 32 und senkrecht zur Auslenkung bzw. Bewegung dieser Membran.The optical axis of the measuring arrangement comprising the mirror element 35 and the light path (between the transmitter 39 and the receiver 40) is thus parallel to the plane of the membrane 32 and perpendicular to the deflection or movement of this membrane.
Die Einheit 37 ist u.a. unter Berücksichtigung der Krümmung der Spiegelfläche 36 sowie der Brennpunkte der Linsen am Sender 39 und Empfänger 40 so justiert, daß in einer ange¬ nommenen Endstellung der Bewegung bzw. des Hubes der Membrane 2 in Richtung der Achse A die Achsen des Senders 39 und des Empfängers 40 ebenfalls in der Ebene M liegen, d.h. die Ebenen M und M' zusammenfallen, und die gesamte leuchtende - 1.2 -The unit 37 is adjusted, taking into account the curvature of the mirror surface 36 and the focal points of the lenses on the transmitter 39 and receiver 40, in such a way that in an assumed end position of the movement or the stroke of the diaphragm 2 in the direction of the axis A, the axes of the The transmitter 39 and the receiver 40 are also in the plane M, ie the planes M and M 'coincide, and the entire luminous - 1.2 -
Fläche des Senders 39 auf der aktiven Fläche des Empfängers 40 abgebildet wird, und zwar möglichst formatfüllend, d.h. der ausgesandte Lichtstrom 41 in den Lichtstrom 42 derart reflektiert wird, daß der Querschnitt des auf den Empfänger 40 auftreffenden Lichtstromes 42 gleich der Öffnung des Empfängers 40 ist. In dieser ersten Stellung trifft die größte Lichtmenge auf den Empfänger 40, so daß dieser dementsprechend auf das größte Signal an seinem Ausgang liefert.Area of the transmitter 39 is mapped on the active area of the receiver 40, and as far as possible to fill the format, i.e. the emitted luminous flux 41 is reflected in the luminous flux 42 in such a way that the cross section of the luminous flux 42 incident on the receiver 40 is equal to the opening of the receiver 40. In this first position, the greatest amount of light hits the receiver 40, so that it accordingly delivers the largest signal at its output.
Wird die Membrane 32 aufgrund des sich ändernden Differenz¬ druckes in den Teilräumen 33 und 34 aus dieser ersten Lage ausgelenkt und dadurch das Spiegelelement relativ zu der Ebene M' bewegt, die durch die optischen Achsen des Senders 39 und des Empfängers 40 bestimmt ist, so wird nicht nur das Licht des Senders 39 derart an der Spiegelfläche 36 reflek¬ tiert, daß nur noch ein Teil der Öffnung des Empfänger 40 vom Lichtstrom 42 getroffen wird, sondern es tritt zugleich auch eine Vergrößerung des Querschnittes des reflektierten Lichtstromes 42 auf, d.h. eine Reduzierung der Lichtdichte des auf den Empfänger 40 auftreffenden Lichtstromes. Hier¬ durch ist gewährleistet, daß bereits kleine Auslenkungen der Membrane 32 eine starke Änderung des vom Empfänger 40 gelieferten Signales bewirken.If the diaphragm 32 is deflected from this first position due to the changing differential pressure in the subspaces 33 and 34 and the mirror element is thereby moved relative to the plane M ', which is determined by the optical axes of the transmitter 39 and the receiver 40, so not only is the light from the transmitter 39 reflected on the mirror surface 36 such that only a part of the opening of the receiver 40 is struck by the luminous flux 42, but at the same time there is an increase in the cross section of the reflected luminous flux 42, ie a reduction in the light density of the luminous flux incident on the receiver 40. This ensures that even small deflections of the membrane 32 cause a strong change in the signal delivered by the receiver 40.
Diese vorgenannten Verhältnisse sind in den Figuren 6 und 7 für zwei angenommene Endstellungen der Auslenkung der Membrane 32 wiedergegeben. In diesen Figuren ist jeweils die Spiegelfläche 36 dargestellt und mit dem Doppelpfeil A die Auslenkung der Membrane 32 und damit die Bewegung des Spiegelelementes bzw. der Spiegelfläche 36 angedeutet. Der IR-Sender und der IR-Empfänger befinden sich jeweils gegen¬ einander versetzt senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 6 und 7. Die beiden unterbrochenen, parallelen horizontalen Linien 43 begrenzen jeweils die Lichteintrittsöffnung bzw. Öffnung des IR-Empfängers, die (Lichteintrittsöffnung) bei der vorliegenden Ausführungsform gleich der Lichtaustrittsöffnung des IR-Senders ist. Die unterbrochene, vertikale Linie 44 deutet den Querschnitt an, den das reflektierte Lichtbündel 42 beim Auftreffen auf den IR-Empfänger 40 aufweist.These aforementioned relationships are shown in FIGS. 6 and 7 for two assumed end positions of the deflection of the membrane 32. The mirror surface 36 is shown in each of these figures, and the double arrow A indicates the deflection of the membrane 32 and thus the movement of the mirror element or the mirror surface 36. The IR transmitter and the IR receiver are each offset perpendicular to the plane of the drawing in FIGS. 6 and 6 7. The two interrupted, parallel horizontal lines 43 each delimit the light entry opening or opening of the IR receiver, which (light entry opening) in the present embodiment is equal to the light exit opening of the IR transmitter. The interrupted, vertical line 44 indicates the cross section that the reflected light bundle 42 has when it strikes the IR receiver 40.
In der Fig. 6 bilden die Mittelebene M der Spiegelfläche 36 und die Ebene M' eine gemeinsame Ebene. Durch die vorgenannte Justierung der Einheit 37 wird das Licht des IR-Senders 39 vollständig an den IR-Empfänger 40 reflektiert, und zwar derart, daß der Durchmesser 44 des auftreffenden, reflek¬ tierten Lichtstromes 42 gleich dem Öffnungsquerschnitt 43 des IR-Empfängers 40 ist. Mit 45 und 46 ist in der Fig. 6 der obere und der untere Rand des Lichtbündels 41 bezeichnet. Diese Ränder werden an der Spiegelfläche 36 symmetrisch zur Mittelebene M reflektiert.6, the center plane M of the mirror surface 36 and the plane M 'form a common plane. Due to the aforementioned adjustment of the unit 37, the light of the IR transmitter 39 is completely reflected on the IR receiver 40, in such a way that the diameter 44 of the incident, reflected luminous flux 42 is equal to the opening cross section 43 of the IR receiver 40 . The upper and lower edges of the light beam 41 are designated by 45 and 46 in FIG. 6. These edges are reflected on the mirror surface 36 symmetrically to the center plane M.
In der Fig. 7 sind die entsprechenden Verhältnisse für den Fall dargestellt,- daß die Spiegelfläche 36 in Richtung der Achse A nach unten bewegt wurde, und zwar um den Hub H, so daß die beiden Ebenen M und M' um diesen Hub gegeneinander versetzt sind. Wie die Fig. 7 zeigt, erfolgt in diesem Fall die Reflexion des Lichtbündels 41 an der Spiegelfläche 36 nicht mehr symmetrisch zur Mittelachse M, d.h. der angenomme¬ ne Randstrahl 45 des Lichtbündels 41 wird in einem im Vergleich zur Fig. 6 größeren Abstand von der Mittelachse M reflektiert, so daß sich aufgrund der anderen Orientierung der Spiegelfläche an diesem Reflexionspunkt eine Vergrößerung des Winkels zwischen dem auftreffenden Randstrahl 45 und dem reflektierten Randstrahl 45' ergibt. Der untere Randstrahl 46 des Lichtbündels 41 wird an einem Punkt der Spiegelfläche 36 reflektiert, der im Vergleich zur Fig. 6 der Mittelachse M 1.4 _In Fig. 7, the corresponding conditions are shown for the case - that the mirror surface 36 has been moved downward in the direction of the axis A, namely by the stroke H, so that the two planes M and M 'offset from each other by this stroke are. As shown in FIG. 7, in this case the reflection of the light bundle 41 on the mirror surface 36 is no longer symmetrical to the central axis M, ie the accepted edge beam 45 of the light bundle 41 is at a greater distance from the surface than in FIG Center axis M reflects, so that due to the different orientation of the mirror surface at this reflection point there is an increase in the angle between the incident edge ray 45 and the reflected edge ray 45 '. The lower edge beam 46 of the light bundle 41 is reflected at a point on the mirror surface 36 which, in comparison to FIG. 6, the central axis M First 4 _
näherliegt, so daß sich eine Verkleinerung des Winkels zwischen dem unteren Randstrahl 46 und dem reflektierten Randstrahl 46' ergibt, mit der Folge, daß der auf den IR-Empfänger 40 auftreffende reflektierte Lichtstrom 42 nicht nur gegenüber der Öffnung 43 des Lichte pfängers 40 ver¬ schoben ist, also nur ein Teil der Öffnung von dem Lichtstrm 42 getroffen wird, sondern der reflektierte Lichtstrom 42 weist in der Ebene des Empfängers 40 auch einen gegenüber der Fig. 6 wesentlich größeren Durchmesser 44 aufweist, was einer Reduzierung der Lichtdichte entspricht.is closer, so that there is a reduction in the angle between the lower edge beam 46 and the reflected edge beam 46 ', with the result that the reflected light flux 42 incident on the IR receiver 40 ver¬ ver¬ not only opposite the opening 43 of the light receiver 40 is pushed, that is to say only a part of the opening is struck by the light flux 42, but the reflected light flux 42 also has in the plane of the receiver 40 a diameter 44 which is substantially larger than in FIG. 6, which corresponds to a reduction in the light density.
In der Fig. 7 ist dies nochmals links von der Spiegelfläche 36 durch zwei Kreise wiedergegeben. Der Kreis 43' definiert die Öffnung des IR-Empfängers 40. Der Kreis 44' definiert den Durchmesser des auf diesen Empfänger auftreffenden reflek¬ tierten Lichtstromes 42. Das von dem IR-Empfägner 40 ge¬ lieferte Signal entspricht dem schraffierten Bereich, der nur einen Bruchteil der Fläche des Kreises 44 und damit der Lichtmenge des reflektierten Lichtstromes 42 darstellt. In der der Fig. 6 dargestellten Lage der Spiegelfläche 36, in der der Durchmesser des reflektierten Lichtstromes 42 am IR-Empfänger 40 gleich der Öffnung 43, also die Kreise 43' und 44' deckungsgleich sind, gelangt die gesamte Lichtmenge des reflektierten Lichtstromes 42 an den IR-Empfänger 40.In FIG. 7, this is shown again to the left of the mirror surface 36 by two circles. The circle 43 'defines the opening of the IR receiver 40. The circle 44' defines the diameter of the reflected luminous flux 42 incident on this receiver. The signal supplied by the IR receiver 40 corresponds to the hatched area, which is only one A fraction of the area of the circle 44 and thus the amount of light of the reflected luminous flux 42. In the position of the mirror surface 36 shown in FIG. 6, in which the diameter of the reflected light flux 42 at the IR receiver 40 is equal to the opening 43, that is to say the circles 43 'and 44' are congruent, the total amount of light of the reflected light flux 42 arrives the IR receiver 40.
Wird davon ausgegangen, daß eine Auslenkung der Membrane 32 auf einer Ausgangsstellung, in der ein Differenzdruck zwischen den beiden Teilräumen 33 und 34 nicht besteht, nur in einer Richtung erfolgt, so entspricht der in der Fig. 6 wiedergegebene Zustand beispielsweise dieser Ausgangsstel¬ lung. Ist eine Auslenkung der Membrane 32 in beiden Rich¬ tungen zu erwarten, so entspricht der in der Fig. 6 darge¬ stellte Zustand beispielsweise derjenigen Lage, die die Membrane bei der maximalen Auslenkung in einer Richtung aufweist, so daß trotz Verwendung nur eines einzigen Spiegel- - 1.5 -If it is assumed that a deflection of the diaphragm 32 in an initial position in which there is no differential pressure between the two partial spaces 33 and 34 occurs only in one direction, the state shown in FIG. 6 corresponds to this initial position, for example. If a deflection of the membrane 32 is to be expected in both directions, the state shown in FIG. 6 corresponds, for example, to the position which the membrane has in one direction at the maximum deflection, so that despite the use of only a single mirror - - 1.5 -
elementes und einer einzigen Einheit 37 ein Ausgangssignal am Empfänger 40 erhalten wird, welches nicht nur die Größe, sondern auch die Richtung der Auslenkung der Membran 32 wiedergibt.element and a single unit 37 an output signal is received at the receiver 40, which reflects not only the size but also the direction of the deflection of the membrane 32.
Grundsätzlich sind auch Ausführungen denkbar, bei denen zwei oder mehrere Spiegelelemente 35 mit zugehörigen Einheiten 37 vorgesehen sind.In principle, designs are also conceivable in which two or more mirror elements 35 with associated units 37 are provided.
Fig. 8 zeigt in einem Blockdiagramm die vollständige Aus¬ bildung eines Gas- und/oder Luftmengenmessers. Dargestellt sind wiederum die Sonde 1 und die Druckmeßdose 30 mit dem vom Spiegelelement 35 und von dem Bauelement 37 bzw. von dem Lichtsender 38 und dem Lichtempfänger 39 gebildeten opto- elektrischen Erfassungseinheit.8 shows in a block diagram the complete design of a gas and / or air flow meter. The probe 1 and the pressure transducer 30 are again shown with the opto-electrical detection unit formed by the mirror element 35 and by the component 37 or by the light transmitter 38 and the light receiver 39.
Mit 48 ist eine Steuerelektronik bezeichnet, die einerseits die Betriebsspannungen für den IR-Sender 39 und den IR- Empfänger 40 liefert und der andererseits das Ausgangssignal des IR-Empfängers 40 zugeführt wird. Angeschlossen an die Schaltung 48 ist ein Temperatursenεor 49, der im Strömungsweg des zu messenden Mediums angeordnet ist und beispielsweise ein temperaturabhängiger Widerstand (PT, NTC) ist. Ange¬ schlossen an die Schaltung 48 ist weiterhin ein Umgebungs¬ druck messender Sensor 50, der z.B. von einer weiteren Druckmeßdose 30 oder einem anderen Drucksensor gebildet ist.Designated at 48 is control electronics which, on the one hand, supply the operating voltages for the IR transmitter 39 and the IR receiver 40 and, on the other hand, the output signal of the IR receiver 40 is supplied. Connected to the circuit 48 is a temperature sensor 49, which is arranged in the flow path of the medium to be measured and is, for example, a temperature-dependent resistor (PT, NTC). Connected to the circuit 48 is a sensor 50 measuring ambient pressure, which e.g. is formed by a further pressure cell 30 or another pressure sensor.
Mit Hilfe der Signale des Temperatursensors 49 und des Drucksensors 50 wird das von der Druckmeßdose 30 bzw. von dem IR-Empfänger 40 gelieferte oder hiervon abgeleitete Signal derart modifiziert, daß bei steigender, von dem Sensor 49 gemessener Temperatur die Größe des Signals am Ausgang 51 der Schaltung 48 reduziert und bei fallender Temperatur erhöht - 1.6With the aid of the signals from the temperature sensor 49 and the pressure sensor 50, the signal supplied by or derived from the pressure sensor 30 or from the IR receiver 40 is modified such that the temperature of the signal at the output 51 increases as the temperature measured by the sensor 49 increases the circuit 48 reduced and increased with falling temperature - 1.6
sowie umgekehrt bei steigendem Umgebungsdruck erhöht und bei fallendem Umgebungsdruck reduziert wird. Die Temperatur und der Umgebungsdruck können in besonders einfacher Weise dadurch berücksichtigt werden, daß mit dem Sensor 49 die Helligkeit der Diode des IR-Senders 39 umgekehrt proportional zum Temperaturverlauf und mit dem Sensor 50 das vom IR- Empfänger 40 gelieferte Signal oder dessen Verstärkung proportional zum Umgebungsdruck verändert wird.and vice versa is increased with increasing ambient pressure and reduced with decreasing ambient pressure. The temperature and the ambient pressure can be taken into account in a particularly simple manner in that with the sensor 49 the brightness of the diode of the IR transmitter 39 is inversely proportional to the temperature profile and with the sensor 50 the signal supplied by the IR receiver 40 or its amplification is proportional to Ambient pressure is changed.
Dient der in der Fig. 8 dargestellte Luftmassenmesser zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, bei dem entsprechend der Darstellung der Fig. 3 für jeden Zylinder 12 bzw. Ansaugkanal 13 eine eigene Sonde 1 mit zugehöriger Druckmeßdose 30 vorgesehen ist. Die Steuerelektronik 48 besitzt dann für jede Sonde 1 einen gesonderten Eingang und für jeden Zylinder 12 einen gesonderten Ausgang 51. Die Sonden 49 und 50 sind aber bevorzugt nur einmal vorgesehen. Die von den einzelnen Druckmeßdosen 30 gelieferten Signale werden individuell verarbeitet, so daß jeweils individuell für jeden Zylinder ein Ausgangssignal an dem jeweiligen Ausgang 51 erzeugt wird, welches der an diesem Zylinder gemessenen Luftmenge ent¬ spricht, und zwar jeweils unter Berücksichtigung der von den Sensoren 49 und 50 ermittelten Temperatur und Umgebungsdruck.The air mass meter shown in FIG. 8 is used to control an internal combustion engine, in which, according to the illustration in FIG. 3, a separate probe 1 with associated pressure sensor 30 is provided for each cylinder 12 or intake duct 13. The control electronics 48 then have a separate input for each probe 1 and a separate output 51 for each cylinder 12. However, the probes 49 and 50 are preferably provided only once. The signals supplied by the individual pressure transducers 30 are processed individually, so that in each case an output signal is generated individually for each cylinder at the respective output 51, which corresponds to the amount of air measured at this cylinder, taking into account the sensors 49 and 50 determined temperature and ambient pressure.
Da die Sonde 1 hochdynamisch, d.h. so ausgebildet werden kann, daß sie mit extrem geringer zeitlicher Verzögerung eine Messung des jeweiligen Wertes der Drücke Pl und P2 an einem gemeinsamen Meßbereich bzw. in unmittelberer Nähe ermöglicht, ist abweichend von dem in der Fig. 3 wiedergegebenen Motor¬ steuerung auch eine Steuerung entsprechend den Fig. 9 und 10 möglich.Since the probe 1 is highly dynamic, i.e. can be designed in such a way that it enables the respective values of the pressures P1 and P2 to be measured with an extremely short time delay at a common measuring range or in the immediate vicinity, in contrast to the motor control system shown in FIG. 3, a control system is also appropriate 9 and 10 possible.
Fig. 9 zeigt in einer Darstellung ähnlich Fig. 3 eine weitere mögliche Ausführungsform, bei der eine einzige Sonde 1 am Eingang eines gemeinsamen Luftansaugkanales 13' eines mehrere - 1.7FIG. 9 shows, in a representation similar to FIG. 3, a further possible embodiment in which a single probe 1 at the entrance of a common air intake duct 13 'is one or more - 1.7
Zylinder 12 aufweisenden Verbrennungsmotors vorgesehen ist. Die Sonde 1 ist mit einer die Drücke Pl und P2 auswertenden und in elektrische Signale umsetzenden Wandlereinrichtung versehen, die über eine Signalleitung mit einer Steuerelek¬ tronik 53 für den Motor verbunden ist, die entsprechend dem von der Sonde 1 gelieferten Signal die Kraftstoffzufuhr an die einzelnen Zylinder 12 individuell steuert. Die Wandler¬ einrichtung, die die Drücke Pl und P2 in elektrische Signale umsetzt ist die Druckmeßdose 30.Cylinder 12 having an internal combustion engine is provided. The probe 1 is provided with a converter device which evaluates the pressures P1 and P2 and converts them into electrical signals, which is connected via a signal line to control electronics 53 for the engine which, in accordance with the signal supplied by the probe 1, supply the fuel to the individual Controls cylinder 12 individually. The transducer device which converts the pressures P1 and P2 into electrical signals is the pressure load cell 30.
Fig. 10 zeigt in einem Diagramm als sich zeitlich ändernde Kurve 54 das von dem Druckmesser 30 an der Signalleitung 52 gelieferte Signal bei laufendem Motor 11, und zwar im Vergleich zu dem Signal eines herkömmlichen Heißfilm- Luftmassenmessers, wie er bisher zur Luftmassenmessung bei Kraftfahrzeugen bisher verwendet wird.Fig. 10 shows in a diagram as a time-changing curve 54 the signal supplied by the pressure meter 30 on the signal line 52 with the engine 11 running, in comparison to the signal of a conventional hot-film air mass meter, as was previously the case for air mass measurement in motor vehicles is used.
Die Kurve 54 zeigt nicht nur mit ihren oberen Amplituden in sehr ausgeprägter Form die positive Luftströmung, d.h. die Strömung in den jeweiligen Zylindern bzw. in Richtung des Pfeiles B, und mit ihren unteren Amplituden eine im Ansaug¬ rohr 13' bzw. am dortigen Meßpunkt vorhandene negative Strömung (entgegen dem Pfeil B), sondern durch die ausge¬ prägten oberen Amplituden oder Spitzen, die jeweils dem Ansaughub eines der Zylinder 12 entsprechen, ist auch eine individuelle Auswertung jeder Amplitude oder Halbwelle und dabei insbesondere jeder positiven Halbwelle sowie auch eine zeitliche Zuordnung zu dem jeweiligen Zylindern 12 möglich, und zwar unter Berücksichtigung eines Signals, welches der Steuerelektronik 53 über eine Signalleitung 56 beispielsweise von einem Signalgeber oder der Zündung zugeführt wird, und zwar immer dann, wenn der Motor 11 eine vorgegebene Dreh¬ stellung erreicht bzw. eine vorgegebene Anzahl von Um¬ drehungen ausgeführt hat, beispielsweise bei jeder vierten - 1 .8 -The curve 54 shows not only with its upper amplitudes in a very pronounced form the positive air flow, ie the flow in the respective cylinders or in the direction of arrow B, and with its lower amplitudes one in the intake pipe 13 'or at the measuring point there Existing negative flow (against arrow B), but due to the pronounced upper amplitudes or peaks, which each correspond to the intake stroke of one of the cylinders 12, is also an individual evaluation of each amplitude or half-wave and in particular each positive half-wave as well as a temporal Allocation to the respective cylinders 12 is possible, taking into account a signal that is supplied to the control electronics 53 via a signal line 56, for example from a signal generator or the ignition, and always when the engine 11 reaches a predetermined rotational position or has made a predetermined number of revolutions, for example with each he fourth - 1 .8 -
Umdrehung. Aufgrund des Steuersignals an der Signalleitung 56 kann der zu jedem Zeitpunkt an der Signalleitung 52 anliegen¬ de Signalwert, insbesondere auch einer positiven Halbwelle der Kurve 54 zweifelsfrei dem den jeweiligen Ansaughub ausführenden Zylinder 12 von der Steuerelektronik 53 zuge¬ ordnet und die Kraftstoffzufuhr an diesen Zylinder ent¬ sprechend gesteuert werden.Revolution. On the basis of the control signal on the signal line 56, the signal value present at the signal line 52 at any time, in particular also a positive half-wave of the curve 54, can be unequivocally assigned to the cylinder 12 performing the respective intake stroke by the control electronics 53 and the fuel supply to this cylinder be controlled accordingly.
Es versteht sich, daß der Steuerelektronik 53 wiederum auch das Signal des Sensors 50 (Umgebungsdruck) sowie vorzugsweise auch das Signal des Sensors 49 (Lufttemperatur) zugeführt werden. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Ver¬ arbeitung der von der Druckmeßdose 30 und den zusätzlichen Sensoren 49 und 50 gelieferten Signale in einer gesonderten Steuerelektronik vorzunehmen, deren Ausgangssignal dann der Steuerelektronik 53 zugeleitet wird.It goes without saying that the control electronics 53 are also supplied with the signal from the sensor 50 (ambient pressure) and preferably also the signal from the sensor 49 (air temperature). In principle, however, it is also possible to process the signals supplied by the pressure cell 30 and the additional sensors 49 and 50 in separate control electronics, the output signal of which is then fed to the control electronics 53.
Die in der Fig. 9 dargestellte Ausführung hat den Vorteil, daß mit nur einem einzigen Sensor 1 und zugehöriger Druck¬ meßdose 30 eine individuelle Steuerung mehrer Zylinder 12 eines Verbrennungsmotors 11 möglich ist.The embodiment shown in FIG. 9 has the advantage that individual control of a plurality of cylinders 12 of an internal combustion engine 11 is possible with only a single sensor 1 and associated pressure cell 30.
Figur 11 zeigt als weitere Ausführungsform einen mehrere Zylinder 12 aufweisenden Verbrennungsmotor zusammen mit dem gemeinsamen Ansaugkanal 13 ' und einem für sämtliche Zylinder 12 gemeinsamen Kanal 57, der zum Abführen der Verbrennungs¬ gase dient und an den nicht dargestellten Auspuff des Kraftfahrzeugs mit Katalysator führt. Im Kanal 57 ist ebenfalls eine Sonde 1 mit Druckmeßdose 58 angeordnet, mit der die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase und deren Änderung gemessen werden. Die Druckmeßdose 58 liefert an ihrem Ausgang ein dem Signal der Figur 10 entsprechendes Signal, welches sich aus mehreren zeitlich folgenden Impulsen oder Wellen zusammensetzt. Jeder Impuls entspricht der nach dem Verbrennungsvorgang von einem Zylinder 12 an den Kanal 57 abgegebenen Abgasmenge.FIG. 11 shows, as a further embodiment, an internal combustion engine having a plurality of cylinders 12 together with the common intake duct 13 'and a duct 57 common to all the cylinders 12, which serves to discharge the combustion gases and leads to the exhaust, not shown, of the motor vehicle with catalyst. In the channel 57 there is also a probe 1 with a pressure sensor 58, with which the flow velocity of the combustion gases and their change are measured. The pressure transducer 58 provides at its output a signal corresponding to the signal in FIG. 10, which signal consists of several pulses following in time or put together waves. Each pulse corresponds to the amount of exhaust gas emitted by a cylinder 12 to the channel 57 after the combustion process.
Erfolgt in einem der Zylinder 12 durch ein Fehlverhalten beispielsweise der Zündanlage und/oder durch einen zu geringen Anteil an zugeführtem Brennstoff keine Verbrennung, so fehlt in dem von der Druckmeßdose abgegebenen Signal der entsprechende Impuls. Hieraus kann die mit der Druckmeßdose 58 ebenfalls verbundene Steuerelektronik 53 auf einen fehlenden Verbrennungsvorgang in dem betreffenden und aufgrund des Signals zu bestimmenden Zylinder 12 schließen und beispielsweise eine diesem Fehlverhalten entgegenwirkende Steuerungs-Maßnahme einleiten und/oder eine Fehlermeldung an den Benutzer des Fahrzeuges abgeben. Der besondere Vorteil besteht hierbei darin, daß der Katalysator in der Auspuff¬ anlage nicht durch zu großen Mengen an unverbranntem Kraft¬ stoff überhitzt ober beschädigt wird.If there is no combustion in one of the cylinders 12 due to a malfunction, for example of the ignition system and / or due to an insufficient amount of supplied fuel, then the corresponding pulse is missing in the signal emitted by the pressure sensor. From this, the control electronics 53, which is also connected to the pressure transducer 58, can conclude that there is no combustion process in the cylinder 12 in question and can be determined on the basis of the signal and, for example, initiate a control measure to counteract this malfunction and / or issue an error message to the user of the vehicle. The particular advantage here is that the catalyst in the exhaust system is not overheated or damaged by excessive amounts of unburned fuel.
Die Figuren 12 und 13 zeigen noch eine vereinfachte Druck¬ meßdose 20, die zur Auswertung des statischen Druckes Pl und des dynamischen Druckes P2 verwendet werden kann und im wesentlichen aus einem Gehäuse 21 und einer dessen Innenraum in zwei Teilräume unterteilenden Membrane 32 besteht. Der eine Teilraum ist dann an das innere Rohr 4 der Sonde 1 und der andere Teilraum an dem Anschluß 10 angeschlossen, so daß die Membrane 22 durch den Differenzdruck ausgelenkt wird. Zur Erfassung dieser Auslenkung ist an der Membrane 22 ein Plättchen 23 befestigt, welches in einer Ebene senkrecht zur Ebene der Membrane angeordnet ist. Eine Seite des Plättchens 23 ist entsprechend der Figur 13 mit einer Fläche versehen, die teilweise einen dunkleren Bereich 24 und teilweise einen helleren Bereich 25 aufweist. Auf diese Fläche ist ein Lichtstrahl 26 einer Lichtquelle 27 gerichtet. Das von der Fläche reflektierte Licht wird von einem Lichtdetektor 28 2,0 -FIGS. 12 and 13 also show a simplified pressure cell 20 which can be used for evaluating the static pressure P1 and the dynamic pressure P2 and essentially consists of a housing 21 and a membrane 32 which divides the interior thereof into two subspaces. One subspace is then connected to the inner tube 4 of the probe 1 and the other subspace to the connection 10, so that the membrane 22 is deflected by the differential pressure. To detect this deflection, a plate 23 is attached to the membrane 22, which is arranged in a plane perpendicular to the plane of the membrane. According to FIG. 13, one side of the plate 23 is provided with a surface which partly has a darker region 24 and partly a lighter region 25. A light beam 26 from a light source 27 is directed onto this surface. The light reflected from the surface is detected by a light detector 28 2.0 -
erfaßt. Die Lichtquelle 27 und der Lichtdetektor 28 bilden beispielsweise ein lichtschrankenartiges elektronisches Bauteil.detected. The light source 27 and the light detector 28 form, for example, a light barrier-like electronic component.
Bei fehlender Auslenkung der Membrane 22, d.h. bei fehlender Druckdifferenz, trifft der Lichtstrahl 26 auf die Grenzlinie zwischen den Flächen 24 und 25. Je nach Auslenkung der Membrane 22 trifft der Lichtstrahl 26 mehr auf die hellere Fläche 25 oder auf die dunklere Fläche 24. Die an den Lichtdetektor 28 reflektierte Lichtmenge ist daher eine Funktion der Auslenkung der Membran 22 und des Differenz¬ druckes bzw. der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums.In the absence of deflection of the membrane 22, i.e. if there is no pressure difference, the light beam 26 strikes the boundary line between the surfaces 24 and 25. Depending on the deflection of the membrane 22, the light beam 26 strikes the lighter surface 25 or the darker surface 24. The amount of light reflected at the light detector 28 is therefore a function of the deflection of the membrane 22 and the differential pressure or the flow rate of the medium.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß Änderungen sowie Ab¬ wandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der die Erfindung tragende Gedanke verlassen wird. The invention has been described above using exemplary embodiments. It goes without saying that changes and modifications are possible without thereby departing from the concept which bears the invention.
BezugszeichenlisteReference list
Sondeprobe
Rohrstück ' , 2" LängePipe piece ', 2 "length
Rohrstück , 5 Kanal , 7 Wandabschnitt tellerförmiger Kopf oder AbschnittPipe section, 5 channel, 7 wall section, plate-shaped head or section
Öffnungopening
AnschlußConnection
Motorengine
Zylinder , 13' LuftansaugkanalCylinder, 13 'air intake duct
SignalleitungSignal line
SteuerelektronikControl electronics
DruckmeßdosePressure cell
Gehäusecasing
Membranmembrane
Plättchen , 25 FlächeTile, 25 area
LichtstrahlBeam of light
LichtquelleLight source
LichtdetektorLight detector
DruckmeßdosePressure cell
Gehäusecasing
Membran , 34 TeilraumMembrane, 34 compartments
SpiegelelementMirror element
Spiegelfläche optoelektrische EinheitMirror surface optoelectric unit
Gehäusecasing
IR-SenderIR transmitter
IR-Empfänger , 42 Lichtstrom , 44 Linie ', 44' Kreis , 46 Randstrahl ', 46' reflektierter Randstrahl Fläche Steuerschaltung Temperatursensor Drucksensor Ausgang Signalleitung Steuerelektronik , 55 Kurve Signalleitung Kanal Druckmeßdose IR receiver , 42 luminous flux, 44 line ', 44' circle, 46 edge beam ', 46' reflected edge beam area control circuit temperature sensor pressure sensor output signal line control electronics, 55 curve signal line channel pressure sensor

Claims

Patentansprüche Claims
1. Sonde zur Messung der Geschwindigkeit oder Strömungsmenge von strömenden Medien, bestehend aus einem langgestreck¬ ten Sondenkörper, der mit seiner Längserstreckung oder Längsachse (L) quer bzw. senkrecht zur Richtung der Strömung orientiert ist und mit einem Ende in die Strömung hineinreicht und dort eine erste in einem ersten Kanal (4) mündende und in einer Ebene senkrecht zur Längserstreckung (L) der Sonde liegende Meßöffnung (4' ) zur Messung eines statischen Druckes (Pl ) der Strömung aufweist, und daß am Sondenkörper eine zweite Meßöffnung (9) an einem zweiten, vom ersten getrennten Kanal (5) für die Messung eines dynamischen Druckes (P2) vorgesehen ist, und daß die zweite Meßöffnung (9) in einer Ebene senkrecht oder quer zur Richtung der Strömung angeordnet ist.1. Probe for measuring the speed or flow rate of flowing media, consisting of an elongated probe body which is oriented with its longitudinal extension or longitudinal axis (L) transversely or perpendicularly to the direction of the flow and with one end reaching into the flow and there has a first measuring opening (4 ') opening into a first channel (4) and lying in a plane perpendicular to the longitudinal extent (L) of the probe for measuring a static pressure (Pl) of the flow, and that a second measuring opening (9) on the probe body on a second, separate from the first channel (5) for measuring a dynamic pressure (P2) is provided, and that the second measuring opening (9) is arranged in a plane perpendicular or transverse to the direction of flow.
2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Kanal (4, 5) jeweils mit einem Druckmesser (20, 30) oder mit einer Drucksonde zur Erzeugung eines dem statischen Druck (Pl ) und/oder dem dynamischen Druck (P2) entsprechenden elektrischen Meßsignal verbunden sind.2. Probe according to claim 1, characterized in that the first and the second channel (4, 5) each with a pressure gauge (20, 30) or with a pressure probe for generating a static pressure (Pl) and / or the dynamic pressure (P2) corresponding electrical measurement signal are connected.
3. Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßöffnung (4' ) an einer Fläche, vorzugsweise an einer planen Fläche eines Strömungsleitelementes (8) , beispielsweise eines tellerartigen Strömungsleitelementes vorgesehen ist. 3. Probe according to claim 1 or 2, characterized in that the first measuring opening (4 ') is provided on a surface, preferably on a flat surface of a flow guide element (8), for example a plate-like flow guide element.
4. Sonde nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die erste Meßöffnung (4' ) von einem offenen Ende eines Rohrstückes oder Rohrabschnittes (2) gebildet ist.4. Probe according to one of claims 1-3, characterized gekenn¬ characterized in that the first measuring opening (4 ') is formed by an open end of a pipe section or pipe section (2).
5. Sonde nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die zweite Meßöffnung (9) von einer Öffnung in einer Wandung eines Rohrstückes (3) gebildet ist.5. Probe according to one of claims 1-4, characterized gekenn¬ characterized in that the second measuring opening (9) is formed by an opening in a wall of a pipe section (3).
6. Sonde nach einem der Ansprüche 1 - 5, gekennzeichnet durch ein inneres Rohrstück (2 ) , welches mit einem Ende die erste Meßöffnung (4' ) sowie den ersten Kanal bildet, sowie durch ein zweites, das erste Rohrstück (2) auf wenigstens einer Teillänge konzentrisch und im Abstand umschließendes Rohrstück (3), an dem die zweite Me߬ öffnung (9 ) vorgesehen ist und welches einen das erste Rohrstück (2) umschließenden ringförmigen zweiten Kanal (5) nach außen hin begrenzt.6. Probe according to one of claims 1-5, characterized by an inner pipe section (2) which forms the first measuring opening (4 ') and the first channel with one end, and by a second, the first pipe section (2) on at least a partial length concentrically and at a distance enclosing pipe section (3), on which the second measuring opening (9) is provided and which delimits an annular second channel (5) surrounding the first pipe section (2) to the outside.
7. Sonde nach einem der Ansprüche 1 - 6, gekennzeichnet durch ihre Ausbildung als Luftmengenmesser oder Luft- massenmesser für einen Verbrennungsmotor, vorzugsweise zusammen mit einer Druckmeßdose.7. Probe according to one of claims 1-6, characterized by its design as an air flow meter or air mass meter for an internal combustion engine, preferably together with a pressure cell.
8. Sonde nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der erste und zweite Kanal (4, 5) jeweils mit einer Kammer oder mit einem Teilraum einer Differenz- druckmeßdose (20, 30) verbunden sind.8. Probe according to one of claims 1-7, characterized gekenn¬ characterized in that the first and second channels (4, 5) are each connected to a chamber or to a partial space of a differential pressure cell (20, 30).
9. Sonde nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß sie zusammen mit einer Druckmeßdose (20, 30) einen für mehrer Zylinder (12) einer Brennkraft- maschine (11) gemeinsamen Luftmassenmesser bildet, der ein die einzelnen Ansaughübe des Verbrennungsmotors wiederspiegelndes, sich zeitlich in der Amplitude änderndes Signal ( 54 ) an eine Steuerelektronik (53) liefert, die aus der dem jeweiligen Zylinder (12) zugeordneten Verlauf oder Amplitude des Signals (54) die Zylinder bzw. deren Treibstoffzufuhr individuell steuert.9. Probe according to one of claims 1-8, characterized gekenn¬ characterized in that it together with a pressure cell (20, 30) one for several cylinders (12) of an internal combustion engine The machine (11) forms a common air mass meter, which supplies a signal (54), which reflects the individual intake strokes of the internal combustion engine and changes in amplitude over time, to control electronics (53) which, based on the curve or amplitude of the signal assigned to the respective cylinder (12) (54) controls the cylinders or their fuel supply individually.
10. Sonde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerelektronik ( 53 ) ein den zeitlichen Verlauf des Signals ( 54 ) des Luftmassenmessers oder der Druckmeßdose der Drehstellung bzw. dem Arbeitstakt oder Zyklus des Motors (11) zugeordnetes Hilfssignal (56) zugeführt wird.10. A probe according to claim 9, characterized in that the control electronics (53) a the time course of the signal (54) of the air mass meter or the load cell of the rotational position or the working cycle or cycle of the engine (11) associated auxiliary signal (56) is supplied .
11. Druckmeßdose, insbesondere zur Verwendung mit einer Sonde nach einem der Ansprüche 1 - 10, zur Messung des Druckes eines Strömungsmediums, insbesondere zur Messung des Druckes von Gasen und/oder Luft, mit einem Gehäuse (31), mit wenigstens einer in dem Gehäuse (31) vorgesehenen Membran (32), die wenigstens einen im Gehäuse (31) gebildeten und mit dem Strömungsmediumdruck beauf¬ schlagbaren Teilraum (33, 34) begrenzt sowie mit einer Meßeinrichtung (35, 37) zur Erzeugung wenigstens eines in seiner Größe von der Auslenkung der Membran (32) ab¬ hängigen elektrischen Meßsignal, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung von einem Spiegelelement (35) und von einer optoelektrischen Einheit (37) gebildet ist, welche wenigstens eine Lichtstrecke mit wenigstens einem Lichtsender zur Erzeugung eines auf eine Spiegelfläche (36) des Spiegelelementes (35) auftreffenden Lichtstromes (41) sowie mit wenigstens einem Lichtempfänger (40) zum Empfang eines von der Spiegelfläche (36) reflektierten Lichtstromes aufweist, daß das Spiegelelement (35) an der Membran (32) bzw. am Gehäuse (31) und die optoelektrische Einheit (37) am Gehäuse bzw. an der Membran (32) vor¬ gesehen sind, daß die Spiegelfläche (36) konkav gewölbt ist, und daß der Lichtsender (39) und/oder der Licht¬ empfänger (40) so justiert sind, daß die auf den Licht¬ empfänger (40) auftreffende Lichtmenge eine Funktion der Auslenkung der Membrane (32) ist.11. Load cell, in particular for use with a probe according to any one of claims 1-10, for measuring the pressure of a flow medium, in particular for measuring the pressure of gases and / or air, with a housing (31), with at least one in the housing (31) provided diaphragm (32), which delimits at least one partial space (33, 34) formed in the housing (31) and which can be acted upon by the flow medium pressure, and with a measuring device (35, 37) for generating at least one of its size Deflection of the membrane (32) -dependent electrical measurement signal, characterized in that the measurement device is formed by a mirror element (35) and by an optoelectric unit (37) which has at least one light path with at least one light transmitter for generating a light on a mirror surface ( 36) of the mirror element (35) incident light flux (41) and with at least one light receiver (40) for receiving one of the mirror surface (36) reflected Luminous flux that the mirror element (35) on the membrane (32) or on the housing (31) and the optoelectric unit (37) on the housing or on the membrane (32) are provided that the mirror surface (36) is concave, and that the light transmitter (39) and / or the light receiver (40) are adjusted so that the amount of light incident on the light receiver (40) is a function of the deflection of the membrane (32).
12. Druckmeßdose nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiegelelement (35) so angeordnet ist, daß die optische Achse der Spiegelfläche (36) sowie der der Lichtstrecke quer oder senkrecht zur Bewegung der Membrane (32) liegt.12. Load cell according to claim 11, characterized in that the mirror element (35) is arranged so that the optical axis of the mirror surface (36) and that of the light path is transverse or perpendicular to the movement of the membrane (32).
13. Druckmeßdose nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die optoelektrische Einheit (37) so angeordnet ist, daß der von dem Lichtsender (39) ausge¬ sandte und der von der Spiegelfläche (36) reflektierte Lichtstrom (41, 42) radial zur Achse (A) der Bewegung der Membrane (32) liegen.13. Pressure sensor according to claim 11 or 12, characterized gekenn¬ characterized in that the optoelectric unit (37) is arranged so that the emitted by the light transmitter (39) and the from the mirror surface (36) reflected light flux (41, 42nd ) radially to the axis (A) of the movement of the membrane (32).
14. Druckmeßdose nach einem der Ansprüche 11 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Spiegelelement (35) sowie die optoelektrische Einheit (37) in einem im Gehäuse (31) gebildeten und durch die Membrane (32) begrenzten Teilraum (33) untergebracht ist.14. Load cell according to one of claims 11 - 13, characterized in that the at least one mirror element (35) and the optoelectric unit (37) in a housing (31) formed and delimited by the membrane (32) subspace (33) is.
15. Druckmeßdose nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der das Spiegelelement (35) und die optoelektrische Einheit (37) enthaltende Teilraum (33) ein mit dem Strömungsmediumdruck beaufschlagter Teilraum ist. 15. Pressure sensor according to claim 14, characterized in that the mirror element (35) and the optoelectric unit (37) containing sub-space (33) is a sub-space acted upon by the flow medium pressure.
16. Druckmeßdose nach einem der Ansprüche 11 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfläche (36) zumindest in einer Schnittebene die konkave Krümmung aufweist, und daß der wenigstens eine Lichtsender (39 ) und der wenigstens eine Lichtempfänger (40) mit ihrer optischen Achse eine weitere Ebene (M' ) definieren, die senkrecht oder in etwa senkrecht zu der genannten Schnittebene liegt.16. Pressure sensor according to one of claims 11 - 15, characterized in that the mirror surface (36) has the concave curvature at least in one sectional plane, and that the at least one light transmitter (39) and the at least one light receiver (40) with their optical axis define a further plane (M ') which is perpendicular or approximately perpendicular to the said cutting plane.
17. Druckmeßdose nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfläche (36) eine Mittelebene (M) bildet, und daß die von den optischen Achsen des Lichtsenders17. Pressure sensor according to claim 16, characterized in that the mirror surface (36) forms a central plane (M), and in that of the optical axes of the light transmitter
(39) und des Lichtempfängers (40) definierte Ebene (M' ) der optoelektrischen Einheit (37) zugleich die Mittel¬ ebene (M) der Spiegelfläche (36) ist, oder aber parallel oder in etwa parallel zu dieser Mittelebene angeordnet ist.(39) and the light receiver (40) defined plane (M ') of the optoelectric unit (37) is at the same time the central plane (M) of the mirror surface (36), or is arranged parallel or approximately parallel to this central plane.
18. Druckmeßdose nach einem der Ansprüche 11 - 17, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Lichtsender (39) aus¬ tretende und an der Spiegelfläche (36) reflektierte Lichtstrahl so fokussiert ist, daß der reflektierte und auf den Lichtempfänger (40) auftreffende Lichtstrahl in einer ersten Stellung der Membrane (32) und des Spiegel¬ elementes (35) vollständig oder nahezu vollständig auf den Lichtempfänger (40) auftrifft und einem der Öffnung18. Load cell according to one of claims 11 - 17, characterized in that the light beam emerging from the light transmitter (39) and reflected on the mirror surface (36) is focused such that the reflected light beam incident on the light receiver (40) in a first position of the membrane (32) and the mirror element (35) completely or almost completely strikes the light receiver (40) and one of the openings
(43) des Lichtempfängers (40) entsprechenden oder nahezu entsprechenden Querschnitt (44) aufweist, und daß in einer zweiten Stellung der Membrane (32) und des Spiegel¬ elementes (35) der Querschnitt des auf den Lichtempfänger(43) of the light receiver (40) has a corresponding or almost corresponding cross section (44), and that in a second position of the membrane (32) and the mirror element (35) the cross section of the light receiver
(40) auftreffenden reflektierten Lichtstron.es (42) größer ist als die Öffnung des Lichtempfängers (40). (40) impinging reflected Lichtstron.es (42) is larger than the opening of the light receiver (40).
19. Druckmeßdose nach einem der Ansprüche 11 - 18, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Stellung der Membrane (32) nur ein Teil der Öffnung (43) des Lichtempfängers (40) von dem reflektierten Lichtstrom (42) getroffen wird.19. Pressure sensor according to one of claims 11 - 18, characterized in that in the second position of the membrane (32) only a part of the opening (43) of the light receiver (40) is hit by the reflected light flux (42).
20. Druckmeßdose nach einem der Ansprüche 11 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfläche (36) nur in einer Ebene gekrümmt ist.20. Load cell according to one of claims 11 - 19, characterized in that the mirror surface (36) is curved only in one plane.
21. Druckmeßdose nach einem der Ansprüche 11 - 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfläche (36) in zwei Ebenen gekrümmt ist.21. Pressure cell according to one of claims 11 - 20, characterized in that the mirror surface (36) is curved in two planes.
22. Druckmeßdose nach einem der Ansprüche 21 - 21, gekenn¬ zeichnet durch ihre Ausbildung als Differenzdruckmeß- dose.22. Pressure sensor according to one of claims 21-21, characterized by its design as a differential pressure sensor.
23. Vorrichtung zum Messen der Menge bzw. Masse eines einen Raum oder Strömungskanal (13) durchströmenden Mediums, insbesondere Gas und/oder Luft, unter Verwendung wenigs¬ tens einer Druckmeßdose nach einem der Ansprüche 11 - 22, gekennzeichnet durch Sondenelemente zur Erfassung des statischen sowie dynamischen Druckes in den Strömungs¬ kanal, wobei ein mit einer Meßöffnung (4', 9) versehener Kanal (4, 5, ) jedes Sondenelementes jeweils mit einem Teilraum (33, 34) einer Druckmeßdose (30) in Verbindung steht und das von der optoelektrischen Einheit (37) der wenigstens einen Druckmeßdose (30) gelieferte Meßsignal einer elektrischen Schaltungsanordnung (48) zugeführt wird, die aus diesem Meßsignal unter Berücksichtigung der Temperatur des Strömungsmediums und/oder des Umgebungs¬ druckes ein der Menge bzw. der Masse des den Strömungs¬ kanal durchströmenden Strömungsmediums entsprechendes elektrisches Signal liefert.23. Device for measuring the amount or mass of a medium flowing through a space or flow channel (13), in particular gas and / or air, using at least one pressure sensor according to one of claims 11 to 22, characterized by probe elements for detecting the static as well as dynamic pressure in the flow channel, a channel (4, 5) provided with a measuring opening (4 ', 9) of each probe element being connected to a partial space (33, 34) of a pressure cell (30) the optoelectric unit (37) of the at least one pressure transducer (30) is supplied with a measurement signal of an electrical circuit arrangement (48) which delivers an electrical signal corresponding to the quantity or the mass of the flow medium flowing through the flow channel from this measurement signal, taking into account the temperature of the flow medium and / or the ambient pressure.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch einen Temperatursensor (49) und/oder durch einen zusätzlichen Drucksensor (50) zur Messung der Temperatur des Strömungsmediums sowie des Umgebungsdruckes.24. The device according to claim 23, characterized by a temperature sensor (49) and / or by an additional pressure sensor (50) for measuring the temperature of the flow medium and the ambient pressure.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Temperatursensor (49) die Intensität des von dem Lichtsender (39) ausgesandten Lichtes und/oder die Amplitude des von dem Lichtempfänger (40) gelieferten Meßsignals gesteuert wird.25. The device according to claim 24, characterized in that the temperature sensor (49) controls the intensity of the light emitted by the light transmitter (39) and / or the amplitude of the measurement signal supplied by the light receiver (40).
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 - 25, dadurch gekennzeichnet, daß durch den zusätzlichen Drucksensor (50) die Intensität des von dem Lichtsender (39) aus¬ gesandten Lichtes und/oder die Amplitude des von dem Lichtempfänger (40) erzeugten Meßsignals gesteuert wird.26. Device according to one of claims 23 - 25, characterized in that the intensity of the light emitted by the light transmitter (39) and / or the amplitude of the measurement signal generated by the light receiver (40) is controlled by the additional pressure sensor (50) becomes.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 - 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenelemente für den statischen und dynamischen Druck bzw. deren Kanäle (4, 5) mit jeweils einem Teilraum (33, 34) einer gemeinsamen27. The device according to one of claims 23 - 26, characterized in that the probe elements for the static and dynamic pressure or their channels (4, 5) each with a partial space (33, 34) of a common
Differenzdruckmeßdose (30) verbunden sind.Differential pressure cell (30) are connected.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 - 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Sondenelemente für den statischen und dynamischen Druck von einer einzigen Sonde ( 1 ) gebildet sind. 28. Device according to one of claims 23 - 27, characterized in that the probe elements for the static and dynamic pressure are formed by a single probe (1).
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 - 28, dadurch gekennzeichnet, daß an eine gemeinsame Schaltungsein¬ richtung (48) mehrere Druckmeßdosen (30) zur gesonderten Erfassung der Strömungsmenge oder Masse des Strömungs¬ mediums in mehreren Kanälen (13) angeschlossen sind.29. The device according to any one of claims 23 - 28, characterized in that a plurality of pressure transducers (30) for separate detection of the flow quantity or mass of the flow medium in several channels (13) are connected to a common Schaltungsein¬ device (48).
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (48) für sämtliche Kanäle (13) einen gemeinsamen zusätzlichen Temperatursensor (49) und/oder Drucksensor (50) aufweist.30. The device according to claim 29, characterized in that the circuit (48) for all channels (13) has a common additional temperature sensor (49) and / or pressure sensor (50).
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 - 30, gekenn¬ zeichnet durch ihre Ausbildung als Luftmassenmesser für Verbrennungsmotoren.31. The device according to any one of claims 23 - 30, gekenn¬ characterized by its training as an air mass meter for internal combustion engines.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 - 32, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein für mehrere Zylinder (12) eines Verbrennungsmotors (11) gemeinsamer Luftmassen¬ messer ist, und daß das Signal der Druckmeßdose (30) bzw. der optoelektrischen Einheit (37) oder ein hieraus unter Berücksichtigung der Temperatur des Strömungsmediums und/oder des Umgebungsdruckes abgeleitetes, sich zeitlich änderndes Signal ( 54) einer Steuerelektronik ( 53) zugeführt wird, die entsprechend der Amplitude des Signals (54) die Zylinder (12) bzw. die Treibstoffzufuhr an diese Zylinder steuert, und zwar individuell jeden Zylinder ( 12 ) in Abhängigkeit von der diesem zugeordneten Amplitude des sich zeitlich ändernden Signals (54).32. Device according to one of claims 23 - 32, characterized in that it is a common for several cylinders (12) of an internal combustion engine (11) Luftmassen¬, and that the signal from the pressure cell (30) or the optoelectric unit (37 ) or a signal (54), which changes over time and is derived from this taking into account the temperature of the flow medium and / or the ambient pressure, is fed to control electronics (53) which, according to the amplitude of the signal (54), the cylinders (12) or the fuel supply controls these cylinders, specifically each cylinder (12) depending on the associated amplitude of the time-changing signal (54).
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerelektronik ( 53 ) ein vom Motor oder dessen Zündung abgeleitetes Hilfssignal (56) zugeführt wird, und zwar immer dann, wenn der Motor einen vorgegebenen Zyklus durchlaufen hat. 33. Apparatus according to claim 32, characterized in that the control electronics (53) from the engine or its ignition derived auxiliary signal (56) is supplied, and always when the engine has run through a predetermined cycle.
34. Verbrennungsmotor mit wenigstens einer in einem Ansaug¬ kanal ( 13 ) angeordneten Sonde ( 1 ) nach einem der An¬ sprüche 1 - 10.34. Internal combustion engine with at least one probe (1) arranged in an intake duct (13) according to one of claims 1-10.
35. Verbrennungsmotor nach Anspruch 34, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß in jedem Ansaugkanal (13) jedes Zylinders ( 12 ) des Verbrennungsmotors wenigstens eine Sonde vorgesehen ist.35. Internal combustion engine according to claim 34, characterized in that at least one probe is provided in each intake duct (13) of each cylinder (12) of the internal combustion engine.
36. Verbrennungsmotor nach Anspruch 35, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Zylinder (12) über die Sonden (1) individuell gesteuert werden.36. Internal combustion engine according to claim 35, characterized gekenn¬ characterized in that the cylinders (12) via the probes (1) are individually controlled.
37. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 34 - 36, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal jeder Sonde bzw. jeder einer Sonde zugeordneten Druckmeßdose (20, 30) einer Steuerelektronik (15) zugeführt wird, die aus diesen Signalen für jeden Ansaugkanal (13) ein der Luftmenge bzw. Luftmasse entsprechendes Signal erzeugt, und zwar vorzugsweise unter Berücksichtigung weitere Parameter, wie Lufttemperatur und/oder Umgebungsdruck.37. Internal combustion engine according to any one of claims 34 - 36, characterized in that the signal of each probe or each pressure sensor associated with a probe (20, 30) is fed to control electronics (15) which, based on these signals, are used for each intake duct (13) generates a signal corresponding to the amount of air or air mass, preferably taking into account further parameters such as air temperature and / or ambient pressure.
38. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 34 - 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (1) mit der Druckmeßdose (20, 30) einen für mehrere Zylinder (12) des Motors (11) gemeinsamen Luftmassenmesser bildet, der ein die einzelnen Ansaughübe des Verbrennungsmotors wieder¬ spiegelndes, sich zeitlich in der Amplitude änderndes Signal (54) an eine Steuerelektronik (53) liefert, die aus der mit dem jeweiligen Zylinder zugeordneten Verlauf oder Amplitude des Signals (54) die Zylinder bzw. deren Treibstoffzufuhr individuell steuert.38. Internal combustion engine according to one of claims 34 - 37, characterized in that the probe (1) with the pressure cell (20, 30) forms a common mass flow meter for a plurality of cylinders (12) of the engine (11), which measures the individual intake strokes of the Signal (54) which reflects the internal combustion engine and changes in amplitude over time, is supplied to control electronics (53) which individually control the cylinders or their fuel supply from the curve or amplitude of the signal (54) associated with the respective cylinder.
39. Verbrennungsmotor nach Anspruch 38, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Steuerelektronik (53) ein den zeit- liehen Verlauf des Signals (54) des Luftmassenmessers oder der Druckmeßdose der Drehstellung bzw. dem Arbeits¬ takt oder Zyklus des Motors (11) zuordnendes Hilfssignal (56) zugeführt wird.39. Internal combustion engine according to claim 38, characterized gekenn¬ characterized in that the control electronics (53) one the time The course of the signal (54) of the air mass meter or the pressure transducer of the rotary position or the work cycle or cycle of the motor (11) is supplied with an auxiliary signal (56).
40. Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch wenigstens eine in einem Kanal ( 57 ) für die Verbrennungsgase vorgesehenen Sonde ( 1 ) zur Messung des Druckes und/oder der Druck¬ änderungen und/oder zur Messung der Strömungsmenge und/oder Änderungen der Strömungsmenge in diesem Kanal (57).40. Internal combustion engine, characterized by at least one probe (1) provided for the combustion gases in a channel (57) for measuring the pressure and / or the pressure changes and / or for measuring the flow rate and / or changes in the flow rate in this channel ( 57).
41. Verbrennungsmotor nach Anspruch 40, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Sonde eine solche nach einem der Ansprüche 1 - 12 ist.41. Internal combustion engine according to claim 40, characterized gekenn¬ characterized in that the probe is one according to one of claims 1-12.
42. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (1) an eine Druckmeßdose (58), vorzugsweise an einer Differenz¬ druck-Meßdose angeschlossen ist.42. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the probe (1) is connected to a pressure load cell (58), preferably to a differential pressure load cell.
43. Verbrennungsmotor nach Anspruch 42, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Druckdose eine Differenzdruck-Meßdose nach einem der Ansprüche 11 - 22 ist. 43. Internal combustion engine according to claim 42, characterized gekenn¬ characterized in that the pressure cell is a differential pressure load cell according to any one of claims 11-22.
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