测量一个流动介质质量的测量装置 技术水平
本发明涉及一种根据权利要求1所述类型的测量一个流动介质质量的装置。
在DE 44 07 209 A1中已经提出了一个装置，该装置具有一个垂直于介质流动方向伸展的支架，该支架被可插入地导入到一个从该流动的边界壁上开出的孔中。该边界壁是例如一个吸管的一个壁，一个内燃机经过该吸管从周围环境中抽吸空气。该支架是微长形的，并且在其伸入到流动介质中的自由端部上具有一个测量通道，该测量通道被介质流过。在测量通道中安置了以所谓的微型机械结构构造的与温度有关的测量元件。这种测量元件例如由DE 195 24 634 A1公知，并且在一个片状载体上具有通过对一个硅晶片腐蚀而成的传感器区域。该传感器区域以多个电阻层构成至少一个与温度相关的测量电阻。该传感器区域在该载体上只有很短的一段，并具有一个特别小地厚度，以便能以很快的反映时间来测得流动速度的变化或者流动介质质量的变化。
在内燃机运转时，通过打开和关闭内燃机的进气阀，在吸管中产生具有湍流特性的强烈的脉动流动，通过将测量元件安置在测量通道中就减小了流动中脉动的影响。
由DE 44 41 874 A1已公知，在测量通道的流入口处设置一个流动阻碍件，该流动阻碍件引起一个对测量通道起作用的、确定的流动分离。这个流动阻碍件例如可以是一个障碍边(Stolperkante)或一个绊网，通过这些措施，在流动通道中的湍流被减小，而这表现在测量信号噪声的减小上。
由DE 43 40 882 A1已公知，在一个测量流动介质质量装置的一个测量通道中设置一个带有摩擦面的内套管。在摩擦面上引起涡流，它改变流动阻力，并从而导致一个有目的的测量校正。代替内套管，也可以设置一些片来作为控制流动的装置。
本发明的优点
具有权利要求1所述特征的根据本发明的测量装置相比而言具有如下优点，即，通过适当地确定突出部分的尺寸，测量装置可以被特别灵敏地调整，并可排除或至少减小由流动的脉动引起的系统测量误差。通过适当地确定测量通道的长度、流动阻力和横截面的尺寸大小，已经实现了脉动误差粗略的最小化，而通过对于设置在导流通道流出口周围的突出部分的配置、形状、长度、高度和其他参数的优化还可很灵敏地控制脉动误差，从而使脉动误差最小化。
通过在从属权利要求中所述的措施能够对在权利要求1中所述的测量装置作出进一步有利的构造和改进。
突出部分既可被设置在导流通道流出口的朝向管道主流动方向的周围区域，也可设置在导流通道流出口的背离管道主流动方向的周围区域。在将突出部分安置在流出口的上游时，脉动误差则向一个最小读数(Minderanzeige)方向调动，反之，在将突出部分安置在流出口的沿主流动方向的下游时，脉动误差则向一个增值显示(Mehranzeige)方向调动。
当突出部分被设置在流出口的朝向主流动方向的周围区域，该突出部分最好具有一个断开棱边(Abrisskante)，该断开棱边或者被构造为尖棱，或者具有一个很小的曲率半径。在此，这样有利地安置该突出部分，使得它伸出超过流出口，亦即，一个与断开棱边相切的、垂直于管道主流动方向伸展的平面与流出口相交。该突出部分最好具有一个基本上是三角形的横截面轮廓，其中，三角形横截面轮廓的一个角构成断开棱边，三角形横截面轮廓的另一个角与流出口的一个上游端部叠合。
当突出部分被安置在流出口的背离主流动方向的周围区域，将突出部分在至少一个朝向主流动方向的端面区域做成圆形是有利的。最好是将突起成形为波浪形，并且被如此连续地弯曲，使得它在相对于管道主流动方向的流动下游区域内没有形成棱边地过渡到一个平面，在该平面上伸展着具有流出口的外部面。这样，在突出部分的区域内，产生相对小的流动涡旋，并且该突出部分作用在管道主流动上的流动阻力也就相对很小。
附图
在附图中简单地示出本发明的一些实施例，并在下面的说明中对它们做进一步的讨论。附图示出：
图1：对应于第一个实施例的一个根据本发明构造的测量装置的部分剖侧视图。
图2：对应于第二个实施例的一个根据本发明构造的测量装置侧视图的一部分，图中为放大的剖面图。
图3：对应于第三个实施例的一个根据本发明构造的测量装置的侧视图的一部分，图中为放大的剖面图。
实施例的说明
图1以局部剖示出一个用“1”标明的装置的侧视图，该装置用来测量一个流动介质的质量，特别是测量内燃机吸入空气的质量。
测量装置1最好具有一个细长的、沿径向沿一个纵轴线10的方向微长形伸展的长方体形状，并且例如可插入地被导入到在一个管道2的边界壁5上开出的孔6中。该边界壁5例如是一个吸管的壁，内燃机经过该吸管从周围环境中抽吸空气。边界壁5构成一个流动横截面7的边界，该流动横截面在吸管例如为一个圆柱形的情况下具有一个大致圆形的横截面，在该横截面的中心，一个中心轴线11在轴向平行于边界壁5伸展，在该实施例中，该中心轴线11垂直于测量装置1的纵轴线10定向。该测量装置1借助一个在边界壁5上的密封环3被密封，并借助于例如一个螺纹连接而与该边界壁5固定连接。
测量装置1的一个在下面被称为测量部件17的部件伸入到流动介质中，这里，测量部件17例如大致在流动横截面7的中心被中心轴线11对称地分成两半，从而流动介质流过一个安置在测量部件17内的与温度相关的测量元件20，尽可能无边界壁5的起扰动作用的边缘影响。在由图1、2和3所示的实施例中，介质从右向左流动，其中主流动方向用相应的箭头30来标明。
测量装置1由测量部件17、一个支架18和一个固定件19组成为一个单件，并且例如通过塑料压铸技术由塑料制成。测量元件20可以通过对一个例如硅晶片的半导体件进行腐蚀以所谓的微型机械结构制成，并且具有一个可从DE 195 24 634 A1中获知的结构。该测量元件20具有一个通过腐蚀而生成的膜片形的传感器区域21，它在图1和图2中以线II为界。该传感器区域21具有一个特别小的厚度，并具有多个同样是通过腐蚀而制成的电阻层，这些电阻层构成至少一个与温度相关的测量电阻和例如一个加热电阻。
也可以将测量元件20设置为所谓的热膜传感元件(Heissfilmsensorelement)，其结构例如可从DE-OS 36 38 138知道。这种热膜传感元件同样也具有安置在一个板形的基底上的多个单独的电阻层，这些电阻层包括至少一个与温度相关的测量电阻和例如至少一个加热电阻。
测量元件20或者说传感器区域21的这些单独的电阻层借助于在测量装置1内分布的连接线经22与一个在图1中虚线示出的电子处理电路23电连接，该电子处理电路23含有例如一个类似电桥的电阻测量电路。该处理电路23被置于例如测量装置1的一个支架18或者一个固定件19中。利用一个设置在固定件19上的插接连接件24，由处理电路23提供的电信号能够被输送到例如一个另外的电子控制仪器上以进行分析处理，此外，该电子控制仪器还控制内燃机的电子空转控制功能或内燃机的发动机功率控制功能。在所示出的实施例中，该测量元件20被装入到一个小板26内，该小板最好由金属制成，该小板26可以具有一个迎着主流动方向的刀刃部27。在此，不对与温度相关的测量元件20的功能和结构作详细的说明，因为本领域技术人员可以从现有技术中了解到这些。
测量装置1的测量部件17具有例如一个长方体的结构、并具有一个在测量部件17内轴向伸展的测量通道33和一个例如形状为S形的导流通道34。测量通道33在中心轴线11的方向在测量部件17内轴向上从一个例如具有长方形横截面的流入口36伸展到一个出口35。测量通道33由一个远离中心轴线11的上面38和一个靠近中心轴线11的下面37以及两个侧面限制而成。代替相对于中心轴线11偏心地安置测量通道33，也可将该测量通道与中心轴线11同心地安置，或者将其安置在边界壁5的中心轴线11的区域内。板形的测量元件20在测量通道33内以其长边径向地沿纵轴线10的方向定向，并相对于该纵轴线10为对称的。测量元件20的窄的端部的一端单侧地被固定在上面38上的支架18上，从而测量元件20的两个侧面被介质大致平行于中心轴线11绕流。该介质从测量通道33的流入口36流到测量元件20，然后由该测量元件流入导流通道34，以便径向地沿图1和图2中箭头31标明的方向从一个流出口46流出而离开导流通道34。
接着，从流出口46流出的介质又与绕测量装置1流动的介质混合。与导流通道34一样，流出口46具有例如一个长方形的横截面，并被设置在测量部件17的一个平行中心轴线11定向的外部面45上。相对于主流动方向30在长方形流出口46的上游，测量部件17的一个迎着主流动方向30的边缘面42与下外部面45成横向地相连，该边缘面42在流入口36的上游以一个倒圆的形状由该外部面45通向测量通道33的下面37，直到到达流入口36。
根据本发明，在测量装置1的具有流出口46的外部面45上，在流出口46的周围设置了至少一个突出部分50。
在图1所示的实施例中，该突出部分50被安置在流出口46的对着主流动方向30的一个周围区域51，并具有一个断开棱边52。在图1所示的实施例中，该断开棱边被构造为尖棱。
图2以放大的视图示出在中心轴线11区域内的测量装置1。用相同的参考标号标明已经说明了的元件。与图1所示实施例的差别仅仅在于，在图2所示的实施例中，断开棱边52设有被构造为尖棱，而是具有一个很小的曲率半径r。
无论是在图1所示实施例中带有尖棱的断开棱边52，还是在图2所示实施例中带有倒圆的断开棱边52，突出部分50总是伸出超过流出口46的、在相对于主流方向30上游的端部53。换句话说，一个与断开棱边52相接触、并垂直于管道2主流动方向30伸展的平面54与流出口46相交。突出部分50具有一个基本上是三角形的横截面轮廓，其中，该三角形横截面轮廓的一个角构成该断开棱边52，三角形横截面轮廓的另一个角与流出口46在相对于管道2主流动方向30上游的端部53重合在一起。三角形横截面轮廓的第三个角构成一个切点55，在该切点55上，突出部分50过渡到弯曲的边缘面42。
通过将突出部分50配置在流出口46的在主流动方向30上游的周围区域51内，就使得在没有突出部分50时作为系统误差出现的脉动误差向最小读数方向移动，并且因此被补偿。
图3示出根据本发明的测量装置1的一个第三个实施例，其中，突出部分50被安置在流出口46的在主流动方向30下游的周围区域60内。这里，突出部分50被成形为波浪形，并在一个朝向主流动方向30的端面区域61上被倒圆。在突出部分50的端面区域61内，形成一个挡流压力，该挡流压力使通过测量通道33和导流通道34的流动变得困难。一个作为系统误差出现的脉动误差被向着增值显示方向移动，并且可以被相应地补偿。与此同时，在管道2中出现与主流动方向30相反的回流的情况下，会抵抗测量通道33和导流通道34中沿回流方向的流动。
由图3可知，在图3所示实施例中的突出部分50被连续弯曲，并且在主流动方向30的流动下游区域62内没有形成棱边地过渡到一个平面63，在其上伸展着开有流出口46的外部面45。
本来，通过适当地确定测量通道33和导流通道34的长度、流动阻力和通道横截面大小尺寸，已经能够粗略地使实际中出现的脉动误差最小化，通过至少一个根据本发明的、设置在导流通道34流出口46周围区域的突出部分50还能够很灵敏地补偿并从而消除脉动误差。根据测量装置1在没有根据本发明的突出部分50时由于脉动误差而是否倾向于给出最小读数或增值显示，将该突出部分50或是对应于在图1和图2所示实施例安置在流出口46朝向主流动方向30的周围区域51内，或是对应于图3所示实施例安置在流出口46的背离主流动方向30的周围区域60内。实验表明，将突出部分50增高大约0.5mm就已导致脉动误差减小5％至10％。因此，通过将突出部分50的高度和形状优化，可以大大减小甚至消除脉动误差。