组合有湿度感测的超声波测量单元及其测量方法技术

本发明专利技术涉及一种超声波测量装置（１０）以及用于探测超声波渡越时间的方法。提出一种超声波测量装置（１０）具有两个超声波换能器（１４，１６）用于将超声波信号（２０）输入耦合到流动介质。一个分析单元（１８）被容纳在流动管（１２）内或该流动管上，流动介质例如环境空气在该流动管中流动。一个敏感单元（４８）被容纳在流动管（１２）内，为该敏感单元配置一个被绕流的温度敏感元件（４４），它的测量值被用于修正通过超声波感测的温度信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】组合有湿度感测的超声波测量单元
5 本专利技术涉及一种具有组合有湿度感测的超声波测量单元，尤其是用于内燃机上的空气质量测量。
技术介绍
由DE 44 42078 Al已知一种用于在测量管中测量流体温度的方 法。按照该方法，在流体流动方向上向测量管中入射第一超声波信号 io并接收，其中测量第一超声波信号的渡越时间Tab。此外向测量管中逆 着流体流动方向入射第二超声波信号并接收，其中测量第二超声波信号的渡越时间Tauf。根据两个渡越时间Tab和Tauf求得流体在测量管中的流动速度v。由声速Co确定流体的流动速度v，并且由声速C反推 在测量管中流动的流体的温度T。15 由DE 42 37 907 Al已知一种质量流量计。用于测量质量流量的超声波流量计包括至少两个超声波换能器，它们安置在流动通道的一个 壁上或多个壁中。为了测量体积流量，两个超声波换能器与一个分析 单元连接。在流动通道的壁上或壁内设置有用于测量温度的热传感器。 为了分析测量结果，该传感器与同一个或另一个分析单元连接，其中20该分析单元至少原则上确定流动通道中的材料的密度。分析单元这样 实现，使得在超声波换能器失效时热传感器能够有助于质量流量的至 少近似的测量。该热传感器可以构造为一组加热丝、构造为热膜、构造为NTC电 阻、构造为PTC电阻或构造为微机械的热传感器。 25 按照DE 42 37 907 Al的解决方案的缺陷是，在超声波换能器失效时通过热传感器仅实现至少近似的质量流量测量，这对于以燃烧空气 精确充注内燃机燃烧室导致不精确的结果。为了能够最佳地燃烧，需 要关于在内燃机燃烧室中含有的空气量的极精确信息，以便以理想的 化学计算的与燃烧室中存在的空气量的比例喷射与其协调的燃料量。 5 此外由现有技术已知超声波测量单元，其中在气体介质其中流动的测量管中设置两个相对置的超声波换能器。它们交替地或同时地发 射超声波信号。沿着气体流动方向和逆着气体流动方向测量所出现的 超声波信号渡越时间&和t2，以便测量流动介质的流速。
技术实现思路
10 按照本专利技术建议的解决方案能够极精确地测量在汽车内燃机的吸 气管中流动的空气量，由此可以实现精确的发动机控制，即很精确地 将燃料输送给多缸内燃机燃烧室。由此保证，可以遵守目前的废气标 准以及未来预计出现的更加严格的废气标准。按照本专利技术，提出一种敏感元件，它包括一个超声波流动传感器，15 该超声波流动传感器密封地置入内燃机吸气管的流动管中。该敏感元 件包括至少两个组合在其中的超声波换能器和一个温度传感器、 一个 用于分析超声波信号的分析电子装置以及一个反射面。所述温度传感 器可以或者固定在反射面上或者固定在从属的保持架上。通过敏感元件确定在管道中流动的介质、如空气的质量流量，其20中通过超声波装置感测一个代表介质的体积流量的体积流量信号和一 个代表流动介质的温度的超声波温度信号。通过压力感测装置还产生 一个代表流动介质压力的压力信号并且根据所述体积流量信号、超声 波温度信号和压力信号计算质量流量。与此无关地借助例如可以构造 为NTC元件的温度敏感元件感测表征流动介质的介质温度的温度值并25且将借助温度敏感元件感测的该值用于修正所计算的质量流量和/或用于修正超声波温度信号。此外，借助该温度敏感元件确定的流动介质温度值可以用于求出 代表流动介质含湿量的值。通过上述方法可以以有利的方式将两种不同的温度测量方法的优5点组合。这些优点是， 一方面将例如构造为NTC元件的否则迟钝的温 度敏感元件的与湿度无关性与否则与湿度相关的超声波温度信号的快 速性和无接触性相结合。上述优点组合在一个唯一的敏感元件或传感 器或连接在其后的分析装置内，导致与现有技术的解决方案相比明显 更精确的质量流信号和温度信号以及附加的、可在发动机控制器内处 io 理的湿度信号。使用该超声波流体测量装置的主要优点首先在于，这种技术在污 染情况下只具有小的漂移，即，超声波信号在其可信性和真实表达力 方面与其它测量技术相比仅很少受到污染的影响。通过测量超声波渡 越时间，除了气体介质在流动管中的流速还可以感测其声速。气体介15 质的声速主要取决于温度和空气湿度。因此，感测声速允许很快速地 反推温度和/或空气湿度。与通过温度敏感元件测量不同，超声波温度 测量完全与流动管管壁的温度脱离。附图说明下面借助于附图详细描述本专利技术。附图中示出 20 图1由现有技术已知的超声波流量计，具有相互对置的超声波换能器，图2 以侧视图示出的本专利技术建议的敏感元件的剖面，具有反射 面和超声波换能器以及组合的温度敏感元件，图3 本专利技术建议的具有超声波换能器和组合的温度敏感元件 25的敏感元件从前面看的一个视图，具有横剖的流动管。具体实施方式按照图1的视图示出一个由现有技术已知的超声波流量测量单元。在流动管M中相互对置地容纳一个第一超声波换能器Pl以及一个第 二超声波换能器P2。为此在流动管M中安置缺口，在其中置入第一超 5声波换能器Pl和第二超声波换能器P2。按照图1的视图，第一超声波 换能器Pl与第二超声波换能器P2之间的距离通过L表示。不仅第一 超声波换能器Pl 、而且第二超声波换能器P2相对于流动管M的对称 轴线S倾翻一个角度a设置。在流动管M中流动的介质v沿图1中绘 出的箭头的方向流动。第一超声波换能器Pl和第二超声波换能器P2io交替地发射和接收超声波信号。由获得的超声波信号在流动介质v的 流动方向上的渡越时间(渡越时间t,)和逆着流动方向的渡越时间(渡 越时间t2)确定渡越时间差，通过该渡越时间差在图1中未示出的分析 电子装置中可以推断在流动管M中流动的介质的流速。按照图2的视图以局部剖切的侧视图示出本专利技术建议的敏感元件。15 超声波流动传感器IO嵌入到流动管12的上侧面上的容纳孔46内。在图2中示出的超声波流动传感器包括一个第一超声波换能器14以及 一个第二超声波换能器16。第一超声波换能器14和第二超声波换能器 16设置在流动管12同一侧上，在它们之间有一个分析电子装置18。 例如第一超声波换能器14相应受控地发射超声波信号20到反射面30，20 32上，这些超声波信号被第二超声波换能器16接收。当然也可以是， 使第二超声波换能器16以发射模式运行并且第一超声波换能器14以 接收模式运行。两个超声波换能器14以及16是敏感单元48的整体组 成部分，该敏感单元被嵌入到流动管12的管壁22中的容纳孔46内。 两个超声波换能器14以及16相对于敏感单元48内的面法线倾斜一个25翻转角设置。第一超声波换能器14和第二超声波换能器16在敏感单元48的上部区域内限定一个缺口 52。图2中所示的敏感单元48除分析电子装置48、第一超声波换能器 14和第二超声波换能器16外还包括一个保持架28。保持架28主要具 有第一连接臂36和第二连接臂38，它们在流动介质v的流动方向26 5上看通过开口 34相互分开。在背离第一超声波换能器14和第二超声 波换能器16的端部上在保持架28上构成反射面30。该反射面30的上 侧面用标记符号40表示，该反射面30的下侧面用标记符号42表示。 在反射面30的上侧面40上可以以有利的方式粘接上或以其它手 段设置上一个有利于超声波信号20的反射特本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于确定在流动管（１２）中流动的介质的质量流量的方法，在该方法中：ａ）借助一个超声波装置（１４，１６）获得代表该流动介质的体积流量的体积流量信号和代表该流动介质的温度的超声波温度信号和ｂ）借助压力感测装置获得代表该流动介质的压力的压力信号并且ｃ）在该方法中根据所述体积流量信号、超声波温度信号和压力信号计算质量流量，其中ｄ）借助温度敏感元件（４４）获得代表该流动介质的温度的温度值并将该值用于修正质量流量和／或用于修正按照方法步骤ａ）获得的超声波温度信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：U康策尔曼，T朗，
申请(专利权)人：罗伯特博世有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]