專利名稱：用于確定質量流的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于確定在流道中流動的氣體的質量流的裝 置，其具有分別在測量路徑的端部"i殳置的聲換能器，評估單元連《|妾 在該聲換能器的下游，該評估單元由聲信號的渡越時間確定氣體的 流速和聲速并才艮據流速以及根據壓力和溫度確定總質量流。
背景技術：
這種類型的裝置由US 47 54 650公開。已知的裝置具有兩個在 測量路徑的端部設置的超聲波換能器，這兩個超聲波換能器安裝在 流道的壁上。利用超聲波換能器可以確定聲信號沿著測量路徑的渡 越時間。然后，由渡越時間可以確定出在流道中流動的氣體的流速 和在氣體中的聲音信號的聲速。在已知的裝置中，有確定的聲速來 確定在流道中流動的氣體的平均分子質量。由此，可以在壓力已知 以及溫度已知時確定出在流道中流動的氣體的質量流。
此夕卜，由EP 0 477 419 ^Hf了一種具有超聲波流量計的i殳備單 元，其尤其用于在機動車發動機中進行空氣質量測量。該設備單元 同樣包括設置在測量路徑的端部的聲換能器，利用該聲換能器可以 確定聲信號的渡越時間。然后，由聲信號的渡越時間可以確定出在 流道中流動的空氣的流速。然后，可以通過附加的溫度傳感器和另 外的壓力傳感器來測定入流的空氣的質量流。然而，才由吸入的空氣
總是具有一部分濕度，由此有水份。由于有附加的水^除，空氣質量 的測量值是有錯誤的。
發明內容由該現有技術出發，本發明的目的在于提出一種用于在存在其 他氣體時確定氣體質量流的裝置。該目的通過具有獨立權利要求的特征的裝置實現。在從屬權利 要求中提出了有利的設計方案和改進方案。在該裝置中，評估單元根據聲信號的渡越時間確定流速并才艮據壓力和溫度確定總質量流。此外，；平估單元由渡越時間確定聲速并 由此確定出在流道中流動的其他的氣體的含量。然后，評估單元可 以將總質量流校正為氣體的質量流。因此，在該裝置中不需要用于確定在氣體流中的另外的氣體含 量的單獨的傳感器。相反地，只要知道壓力和溫度，就可以在存在 其他氣體時確定氣體的質量流。在一個優選的實施例中，評估單元^皮連4妄到溫度傳感器和壓力 傳感器上，這些傳感器為評估單元提供關于溫度和壓力的實時值。 由此，該裝置也可以在壓力波動和溫度變化時運4亍。在另 一個優選的實施例中，評估單元才艮據聲速確定處在空氣流 中的水含量并且將總質量流校正為空氣流的質量流。為此，該裝置特別適合于測量在用于機動車的內燃機的吸氣管 線中的空氣質量流。
本發明的其他細節和優點由接下來的描述獲知，在描述中根據 附圖來i羊細"i兌明本發明的實施例。圖中示出圖1用于確定在流道中的質量流的框圖；以及
圖2是一個圖表，由該圖表可以獲知聲速與用于不同溫度的相 對空氣濕度的依賴關系。
具體實施例方式
圖1示出測量裝置1，利用該測量裝置可以確定在機動車的內 燃才幾的抽吸管2中的空氣質量流。測量裝置1包括i殳置在抽吸管2 的壁3中的超聲波換能器4,該超聲波換能器限定測量路徑5。測 量路徑5以相對于流動方向6成一定角度i也4黃過4由吸管2延伸。
超聲波換能器4不僅可以發射超聲波而且可以4姿收超聲波。因 此，超聲波信號7由超聲波換能器4在流動方向6上發射和4妾收。 相反于流動方向6來發射和接收另外的超聲波信號8。
對于超聲波信號7，連接在超聲波換能器4下游的渡越時間測 量電路9確定渡越時間td，對于超聲波信號8確定渡越時間tu。拋 開可能歪曲測量結果的不同的干擾作用，在抽吸管2中的氣體的流 速v與At/tu td成比例，其中，At是渡越時間tu和td的差。然后， 在抽吸管2中的氣體的聲速c與St/tu td成比例，其中St是渡越時 間的和。
在連4妄在渡越時間測量電if各9下游的運算器10中確定聲速c 并且在連接在渡越時間測量電路9下游的另外的運算器11中確定 流速v。
此外，在抽吸管2上設置有具有連接在下游的溫度測量電路13 的溫度傳感器12和具有連4妄在下游的壓力測量電路15的壓力傳感 器14。為此，由溫度測量電路13和壓力測量電路15提供的溫度T和壓力p的測量值可以在i殳置在運算器11下游的運算器16中應用， 以確定總質量流。因為總壓力由空氣的分壓力和水蒸氣的分壓力構 成，所以總質量流不等于空氣質量流。相反地，鑒于存在水蒸氣流 必須校正總質量流。為此目的，在另外的運算器17中，才艮據在運 算器10中確定的聲速c和由溫度測量電路13提供的溫度的測量值 來確定在總質量流上的水蒸氣的含量并且在另外的運算器18中將 總質量流校正為空氣的質量流。然后，空氣質量流的值可以被傳輸到發動機控制裝置的輸出端 19。此外，空氣濕度的測量值可以被傳輸到發動機控制裝置上的另 一個輸出端20上。應該注意到，渡越時間測量電^各9、溫度測量電路13、壓力測 量電路15以及運算器10、 11以及16至18形成評估單元21，該評 估單元可以集成在一個物理i殳備中或者也可以分布在多個物J里i殳 備中。同時，運算器10、 11以及17至18的功能也可以通過在評 估單元21的樣t處理器上運行的軟件來實現。就此而言，渡越時間9、溫度測量電路13、壓力傳感器15以 及運算器10、 11和16至18表示功能單元，其可以設置為壽t件或 者硬件。此外，應該注意到，測量裝置1可以尤其在10。C以上的溫度范 圍內顯著地影響測量結果。這將參考圖2來進一步解釋。圖2示出了一個圖表，在空氣中的聲速c與相對的空氣濕度p 的依賴關系被記錄到該圖表中。曲線22示出在溫度T40。C時聲速 c的變化。另外的曲線23說明在溫度T-20。C時根據相對的空氣濕 度p的空氣速度的變化并且另外的曲線24示出在溫度T=30°C時聲速 的變4匕。才艮據圖2可以清晰地看到，聲速的變化相對強烈地依賴于溫度 T。相反，聲速c與相對的空氣濕度p的依賴關系顯示為比較弱，其 中該依賴關系越大，溫度就越高，因為隨著空氣溫度的增加在空氣 中的水蒸氣的絕對質量部分也強烈地增加。在空氣溫度T=l0°C時， 在空氣濕度卩=0%時的聲速c與在空氣濕度卩=100%時的聲速c的差 大約為0.5m/s。通過使溫度改變大約rC也導致聲速c的相同變化。 在空氣溫度T:3(TC時，在空氣濕度口=0%和口=100%時的聲速c之間 的差為2.5 m/s。根據圖2可以清晰地看到，為了進行水才交正，必須盡可能以小于rc的測量精度來確定溫度。當然，在確定溫度時的測量精度在溫度低于20。C、尤其是低于IO'C的溫度時不一定是關系重大的，這 是因為在這些溫度時，在空氣中的絕對水含量是很小的，從而不會 顯著地歪曲空氣質量流的測量結果。利用在此描述的裝置可以尤其確定出由內燃才幾抽吸的空氣質 量流。但是也可以考慮其他應用，在該應用中存在包括兩種主要成 分的氣體混合物并且應該確定出兩種主要成分中的 一種的質量流。
權利要求
1.一種用于確定在流道(2)中流動的氣體的質量流的裝置，具有分別設置在測量路徑(5)的端部上的聲換能器(4)，評估單元(21)連接在所述聲換能器的下游，所述評估單元由聲信號(7、8)的渡越時間確定出所述氣體的流速和聲速并且所述評估單元根據所述流速以及根據壓力和溫度確定出總質量流，其特征在于，所述評估單元(21)根據所述聲速確定在所述流道(2)中流動的另外的氣體的含量并將所述總質量流校正為所述氣體的質量流。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，溫度傳感器(12) 為所述評估單元(21) 4是供在所述流道(2)中流動的氣體的 溫度的值。
3. 根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，壓力傳感器(14 ) 為所述評估單元(21)提供在所述流道(2)中存在的壓力的 值。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的裝置，其特征在于，所述 流道是才幾動車的內燃才幾的抽吸管(2)。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于，所述 評估單元(21 )根據所述聲速和所述溫度確定在所述流道中流 動的水蒸氣的含量并且將所述總質量流校正為空氣質量流。
6. 根據權利要求4或5所述的裝置，其特征在于，所述評估單元 21)在10。C以上的溫度時根據水蒸氣的含量來校正所述總質量流。
全文摘要
其質量流應該被確定的氣體流過流道(2)。用于確定質量流的裝置(1)在測量路徑(5)的一端具有聲換能器(4)，利用該聲換能器可以確定聲信號(7、8)的渡越時間。通過渡越時間可以確定氣體流速和聲速。由流速以及壓力和溫度來確定總質量流。由聲速可以確定在總質量流中的另外的氣體的含量，并且總質量流可以被校正為氣體的質量流。
文檔編號G01F1/66GK101326427SQ200680046182
公開日2008年12月17日 申請日期2006年11月20日 優先權日2005年12月8日
發明者安德烈亞斯·邁爾, 弗蘭克·施托伊貝爾, 馬丁·萊塞, 魯道夫·比爾 申請人:大陸汽車有限責任公司
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