专利名称：用于检测流动的流体介质的特性的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测流动的流体介质的特性的装置。
背景技术：
由现有技术、例如由汽车技术已知大量用于检测流动的流体介质的特性的装置。 流体介质原则上可以是气体和/或液体，例如在内燃机进气歧管中流动的空气质量。但是原则上本发明的其它应用领域也是可想到的。该要检测的特性(其中也可以检测多个特性)尤其可以是流动特性，例如速度、质量流或体积流。原则上也可以检测所述的和/ 或其它的特性的组合。下面基本上参照空气质量测量计、尤其基于超声波信号的使用的空气质量测量计描述本发明，所述超声波信号通过流体介质传递并且通过流体介质的流动被影响。由对超声波信号的影响可以推导出流动特性。这类装置也称为超声波流量计 UFM(ultrasonic flow meter)。超声波空气质量测量计通常基于两个超声波信号的传播时间测量流动速度，这两个超声波信号可以由一个或多个超声波换能器发射和/或接收。流体介质在此通常流过测量管形式的流动管。超声波信号通常以至少一个与流体介质的流动方向平行或者逆平行的方向分量传送通过流体介质。由通过流体介质、例如通过信号分散和/或多普勒效应对信号的影响可以推导出流动速度和/或空气质量流和/或体积流。在此，传感器信号可以直接在这些超声波换能器之间传递，或者也可以使用一个或多个用于反射超声波信号的反射面。在此通常还使用所谓的流动格栅，该流动格栅设置在装置的上游或者作为装置的部分设置在流中并且应当用于流动的均勻化。然而所述类型的装置或者其它类型的用于检测流动的流体介质的至少一个特性的装置通常是有问题的，即装置的溢流表面上的流动分界层可能被看作负面的。流动分界层通常是表面区域中的层，例如与流动管更内部的、远离表面的流动区域相比流动速度减小的层。这些流动分界层可以具有不同的流动状态，例如层状流动状态、层状-紊乱-过渡状态以及紊乱的流动状态。这些状态的组合也可以存在。但是该装置区域中的流动分界层可以强烈地影响装置的信号和信号质量。尤其可能在各个流动状态之间进行过渡，该过渡并非总是可预测的，但是这显然可能明显地影响信号和信号质量。
发明内容
本发明相应地提出一种用于检测流动的流体介质的至少一个特性的装置，该装置至少在很大程度上避免了已知装置的缺点。尤其该装置具有明显改善的信号质量和明显改善的相对于不同的运行状态及由此相对于流动的流体介质在相关表面上的流动状态的健壮性。该装置原则上可以是根据以上描述的装置，它例如可以用在气态和/或液态介质、尤其空气、例如汽车的空气质量中。特别有利的是用在汽车的发动机进气歧管中。所述至少一个特性原则上可以是一个或多个上述特性，尤其是一个或多个流动特性，例如速度和/或体积流(即每单位时间流过的体积)和/或质量流(即每单位时间传送的质量)。但是原则上其它应用领域也是可行的。该装置包括至少一个用于检测所述至少一个特性的传感器装置。在此原则上可以是具有一个或多个传感器的传感器装置，所述传感器被设置用于检测所述至少一个特性。 就此而言也可以举例地参照现有技术的以上描述。例如传感器装置可以包括一个、优选两个或更多的超声波换能器并且构成为超声波传感器，例如构成为超声波空气质量测量计。 对于所述至少一个超声波换能器附加地可以可选地设置至少一个具有至少一个反射面的反射装置，其中，同样可以参照以上描述。但是原则上其它的传感器装置构型也是可行的。该装置还包括至少一个被流体介质溢流的表面。例如在此可以是流动管的内壁、 例如流动管序列，其中，流动管本身可以可选地是装置的组成部分，例如作为流动管段，传感器装置牢固地或者可更换地集成在该流动管段中。变换地或附加地，所述至少一个可溢流的表面也可以例如包括上述的可选的至少一个反射面，在该反射面上可反射超声波信号，例如在从传感器装置的第一超声波换能器至传感器装置的第二超声波换能器或者回到同一超声波换能器的路径上。不同的构型是可实现的。可溢流的表面尤其可以基本上平行于流动的流体介质的流动方向设置，例如相对于流体介质的流动方向具有不超过20°的偏差。流动方向在此理解为流体介质在该装置的区域中的主传送方向，例如在将装置常规用在流动管内部时的主传送方向。为了解决在所述至少一个表面的区域中的流动分界层的上述问题提出，该装置还包括至少一个吸出装置。该吸出装置被设置用于至少部分地吸出在所述至少一个表面的区域中的至少一个流动分界层。吸出在此理解为，吸出装置被设置用于在至少一个吸出位置和/或吸出区域的区域中产生负压，以借助负压从流动分界层去除流体介质。如上所述，传感器装置原则上可以以任意方式构成并且包括一个或多个传感器。 尤其该传感器装置可以包括至少一个超声波换能器和至少一个用于反射超声波信号的反射面。吸出装置可以尤其被设置用于至少部分地吸出所述至少一个反射面的流动分界层。 变换地或附加地，该装置也可以如上所述包括至少一个流动管、例如流动管段。该吸出装置也可以被设置用于变换地或附加地至少部分地吸出流动管的至少一个内壁上的流动分界层。例如该吸出装置可以包括至少一个吸出缝隙。在从流动管的内壁吸出的情况下，吸出缝隙可以例如设置在流动管的内壁上并且可以例如包括至少一个圆环形的和/或至少一个圆环段形的吸出缝隙。吸出缝隙可以尤其基本上垂直于主流动方向设置，例如相对于与主流动方向垂直的定向具有不超过20°的偏差。对于吸出缝隙在内壁上的布置变换地或附加地，也可以在可选的反射面上设置至少一个吸出缝隙。又对于至少一个吸出缝隙变换地或附加地，在该构型中或在本发明的装置的其它构型中也可以设置其它类型的吸出部，例如点状的吸出部，例如通过在至少一个表面中的多个点状的吸出汇合部，或者其他类型的吸出部。该装置可以如上所述包括至少一个流动管。该流动管可以例如构成为流动管段和 /或可以集成到一个更大的流动管装置中。但是变换地或附加地，该装置也可以至少部分地构成为插入式探测器并且被设置用于插入到流动管中。该插入能够可逆地或也可固定地进行。插入式探测器在此理解为一个装置，它可以这样地装入到流动管中，使得插入式探测器至少部分地、例如与传感器装置一起伸入到流动管的流动横截面中。在构造为插入式探测器的情况下，吸出装置可以尤其至少部分地集成在插入式探测器中。因此，插入式探测器可以例如包括传感器装置并且还包括吸出装置或吸出装置的至少一部分。例如在插入式探测器中可以集成一个、两个或更多的超声波换能器以及任选地至少一个反射面，它们能够可逆地或固定地插入到流动管中。吸出装置可以例如如上所述包括至少一个吸出缝隙和/或至少一个吸出汇合部、尤其是点状吸出汇合部的格栅。在构造为插入式探测器的情况下，所述至少一个吸出缝隙和/或所述至少一个吸出汇合部可以例如集成在插入式探测器中，可选地与一个或多个吸出通道一起集成。吸出装置可以尤其至少部分地设置在传感器装置上游和/或在传感器装置的区域中。如果例如设有一个、两个或更多的传感器换能器，则吸出装置、例如至少一个吸出汇合部、例如至少一个吸出缝隙和/或至少一个吸出开口可以设置在布置于最上游的超声波换能器的上游，例如设置在流动管的内壁中。变换地或附加地，至少一个吸出汇合部也可以设置在两个超声波换能器之间。变换地或附加地，所述至少一个吸出装置、例如至少一个吸出汇合部又可以设置在反射面的区域中，例如在反射面上，优选在反射面开始处，尤其在至少一个在装置运行期间发生超声波信号反射的区域上游。其它构型原则上是可行的。第一元件布置在第二元件“上游”在此原则上在本发明的范围中被理解为一种布置，其中流动的流体介质首先经过第一元件并且接着经过第二元件。类似地，“下游”布置被理解为相反的布置。如上所述，吸出装置尤其包括在表面上的至少一个吸出汇合部。吸出汇合部在此理解为一个开口，表面通过它可被加载负压。吸出汇合部可以尤其包括吸出缝隙和/或其它类型的开口。例如，可以设置至少一个吸出缝隙，该吸出缝隙可以如上所述横向于流体介质的流动方向、尤其基本上垂直于流动方向设置。对于至少一个吸出缝隙变换地或附加地， 也可以例如设置点状格栅。其它构型也是可行的。吸出装置本身可以尤其包括至少一个吸出泵，所述吸出泵本身可以是该装置的组成部分。以这种方式可以产生对于吸出所需的负压。变换地或附加地，吸出装置也可以包括至少一个吸出接管，例如在装置的外侧上，其中，吸出接管可以构成用于连接一外部的负压装置。以该方式可以借助吸出泵和/或至少一个外部的负压装置提供所需的负压。但是变换地或附加地特别优选的是，对于吸出所需的负压至少部分地、优选完全地在装置本身内部中产生，其中，优选不设置具有运动的、尤其被驱动的部件的机械部件意义上的泵。因此，对于吸出可以尤其利用许多流体静力的和/或流体动力的效应。尤其可以使用喷水泵的原理，它利用了伯努利效应。在此利用了，在一个区域中的流动加速导致该流体介质区域中的流体静压力下降。这种加速区域可以用作用于在至少一个表面上进行吸出的负压源。相应地，在本发明的一种优选构型中提出，吸出装置包括一集成的负压装置。 该集成的负压装置被设置用于在流体介质内部产生压降并且用于吸出。该压降可以尤其通过以下方式产生在流体介质内部产生速度降，其中，在至少一个表面区域(在其上要进行吸出)中的流动比在另一个流体介质区域(向着它进行该吸出)中的流动更缓慢。相应地特别优选的是，吸出装置包括至少一个用于加速流体介质的至少一部分的加速装置。吸出装置可以被设置用于使流动分界层向着流体介质的加速部分前移。这可以例如通过以下方式实现加速装置被设置用于引起至少一个流动收缩部，其中，流体介质在流动收缩部的区域中加速。相应地，该装置例如可以被设置用于将流动管的横截面分成至少两个区域，即至少一个测量区域和至少一个加速区域，其上要进行吸出的可溢流的表面设置在测量区域内部，在该加速区域中流体介质通过流动收缩部加速，其中，从测量区域向着加速区域的吸出可以进行。这些区域在此可以在空间上相互分开地构成。这些区域可以相对于流体介质的流动设置在同一高度上或者也可以相互错开地设置在上游和/或下游。不同的构型是可行的。为了流动收缩，吸出装置尤其包括至少一个收缩元件，所述收缩元件被设置用于收缩流动横截面，以提供流体介质的加速部分。该收缩元件可以尤其包括流动坡面，该流动坡面逐渐地或分级地在流动方向上收缩流动横截面。该收缩优选发生在流动管的一个区域中， 该区域不用于测量，即在测量区域外部，其中，收缩的区域可以优选在空间上与测量区域分开。流动坡面可以例如设置在流动管的内壁上和/或也可以设置在插入式探测器上，例如设置在插入式探测器的反射面下方。不同的构型是可行的。如果设有至少一个收缩元件， 则特别优选的是，吸出装置的至少一个吸出通道从吸出区域、例如表面 上的至少一个汇合部(例如吸出缝隙和/或吸出开口)通向流动横截面中的收缩部。以该方式可以实现从该表面向着流体介质的加速区域的吸出。所提出的装置相对于已知类型的已知装置具有许多优点。因此，由于流动分界层至少部分地被吸出，尤其该装置的信号质量可以明显改善。该装置还相对于运行状态的变换稳定地构成。尤其可以避免或至少减小通过在流动分界层的区域中不可预见或不可预测的在不同流动状态之间的转换引起的干扰影响。
本发明的实施例在附图中示出并且在下面详细地说明。其示出图IA至IC根据现有技术的用于检测流动的流体介质的至少一个特性的装置；图2A至2B根据图IA至IC的具有流动格栅的装置的变型；图3根据图2A和2B的装置中的流动分界层；图4在反射面区域中的具有模拟流动比的典型流动分界层的纵剖视图；图5A和5B具有吸出装置的根据本发明的装置的第一实施例；图6A和6B根据图5A和5B的装置的圆周侧的吸出缝隙的不同构型；图7A和7B具有集成的带流动收缩部的负压装置的根据本发明的装置的另一实施例；图8构造为插入式探测器的装置的实施例；和图9根据图8的具有流动收缩部的实施例的变型。
具体实施例方式在图IA至3中示出基本上按照现有技术的用于确定流动的流体介质的特性的装置110的不同构型。按照现有技术的装置110在此可以如下面详细阐述的那样根据本发明被改进，其方式是该装置110通过至少一个吸出装置被补充，如下面还要详细阐述的那样。 该装置Iio在所示的实施例中构造为超声波空气质量测量计112。但是本发明基本上也可应用于其它测量原理。图IA至IC以不同视图示出装置110的第一实施例。在此，图IA示出装置110的立体图，图IB示出分解图，而图IC示出在流体介质的流动方向上观察的立体图。这些图在下面一起阐述。
如在图IA至IC中所示，设置有至少一个流动管114。该流动管114本身可以是装置110的组成部分。但是变换地或附加地，该装置110也可以构造为插入式探测器并且仅被装入到流动管114中，如下面还要详细阐述的那样。尤其流动管114在该构型或其它构型中可以构造为流动管段116，该流动管段可以例如借助一个或多个连接元件118、例如法兰或类似连接元件118接入到进气歧管或其它流动管复合件中。流动管114具有一个可被流体介质在流动方向122上流过的敞开横截面120，包括流动管114的内壁124，该内壁被流体介质溢流。流动管114在下面同义地也称为测量管。在流动管114中还安装一传感器装置126，该传感器装置可以例如装入流动管114中的开口 128内并且在图IB中以分解图示出。传感器装置126在所示的实施例中示例地包括具有盖131和基本壳体138的传感器壳体130。该传感器装置126还可以包括一个或多个控制和分析电路132，例如呈一个或多个插装的电路板和/或其它电路载体的形式。为了控制和分析电路132的电接触，该传感器装置126在所示的实施例中还包括至少一个插接连接装置133，例如呈信号电缆插头的形式。传感器装置126还可以可选地包括压力传感器134和/或温度探测器140。传感器装置126在所示的实施例中还可选地包括冷却体136，例如用于冷却控制和分析电路132。 此外在所示的实施例中优选设有用于确定流动的流体介质的特性的传感器元件142，这些传感器元件在所示的实施例中构成为超声波换能器144。它们分别以在图IB中不可见的、 但是在图IC中示出的辐射面146指向流体介质，其中，通过辐射面146可以将超声波信号输出给流体介质和/或从流体介质接收超声波信号。超声波换能器144在此可以构成为用于发送的超声波换能器148、用于接收的超声波换能器150或以双重功能被用作用于发送且用于接收的超声波换能器，如在图1B、1C和2A中举例所示。不同的构型和变换是可实现的。 装置110在所示的实施例中基于超声波信号152的传播时间、例如基于两个超声波信号142的传播时间测量流动速度。空气或流体介质在此流过流动管114并且从安装在传感器壳体30中的超声波换能器144旁经过，该超声波换能器构成为超声波-发送器-接收器-单元。流动管114可以例如构成为圆柱壳体。横截面120在此可以例如构成为圆形的，但是基本上也可以具有其它的横截面，例如多边形横截面。压力传感器134和温度探测器140是可选的组成部分，温度探测器可以例如是温度测量电阻、例如具有负温度系数 (NTC)的测量电阻。例如温度探测器140视用途而定也可以可选地省去，因为例如空气温度同样可以由超声波传播时间求得。控制和分析电路132也可以以不同于在图IB中所示的方式构成。在图IC中以在流动方向122上的观察方向示出装置110的横截面120。在此可看出，装置Iio优选具有至少一个用于反射超声波信号152的反射面154。相应地，超声波信号152在所示的实施例中可选地包括发出的射束156和反射的射束158。反射面154在所示的例子中构成为桥接片160的指向超声波换能器144的表面，该桥接片伸入到横截面 120中。由用于发送的超声波换能器148发出的射束156借助反射面154被反射并且作为反射的射束158向用于接收的超声波换能器150反射。在图2A至3中示出根据图IA至IC的装置110的变型，它们同样基本上对应于现有技术，但是它们根据本发明被改进并且可以通过至少一个吸出装置被补充，如下面还要详细说明的那样。在此在图2A中以立体剖视图以向着超声波换能器152的观察方向示出装置110，因此对于大多数元件的说明可以参照图IA至IC的说明。图2B以在流动方向上的斜前观察方向示出装置110的立体图，而图3示出以在流动方向122上进入被流过的横截面120的观察方向示出装置110的俯视图。由根据图3的视图尤其得出，反射面154或桥接片160将被流过的横截面120分成两个优选相互分开的区域，即测量区域162和不用于测量的区域164。超声波信号152在测量区域162中传播。区域162、164在此可以如在图3中所示完全相互分开，但是也可以相互连接。同样内容通常也适用于根据图IA至IC 的构型。
在根据图2A至3的构型中，桥接片160具有相对于超声波换能器142的凹形弯曲部。反射面154相应地弯曲。但是变换地，桥接片160也以其它方式弯曲或者也没有弯曲地构成，如在图IA至IC中所示，或者倾斜直立地定向。桥接片160可以在流动管114中牢固地被固定，但是完全地或部分地，变换地或附加地也可以与传感器装置126连接，例如与传感器装置126的传感器壳体130连接，如下面还要详细阐述的那样。在这种情况下传感器装置126也可以完全地或部分地构成为插入式探测器，它可以固定在流动管114上。此外在流动管114的流入侧同样作为装置110的组成部分或者作为单独部件在图2A至3中的实施例中设有流动格栅166。该流动格栅166可以完全地或者也可以部分地如在图2A至 3中所示覆盖横截面120，该流动格栅基本上例如由热膜空气质量测量计已知。尤其可以完全地或部分地覆盖至少测量区域162。流动格栅166可以例如用于对流体介质的流动进行整流。由于射束分散(Strahlverwehungen)，在根据图IA至3的装置110中，在用于发送的超声波换能器148与用于接收的超声波换能器152之间的信号传播时间随着在超声波信号152的测量平面中流过的流体介质(例如空气)的速度而变化。为了均衡温度对超声波速度的影响和由此对传播时间的影响并且为了补偿部件散射和超声波换能器内部144的漂移，可以如上面的实施例所示发出一个相反的第二信号。第一信号的发送器在此是第二信号的接收器，反之亦然。通过该方法沿着超声波回路以积分方式求得的流动速度与由压力和温度确定的空气密度一起以及在借助适当的校准函数的条件下通常给出通过整个流动管114的空气质量流。但是其它分析方法和/或控制方法基本上也是可行的。通过校准可以建立计算出的在测量区域162的横截面中的质量流与通过整个流动管114、亦即通过整个横截面120的质量流之间的关系。沿着超声波回路的速度断面图和流动状态自然会影响接收的超声波信号152的品质。该流动状态可以例如是层状的或者也可以是在关于紊乱的纵刻度和时间刻度的不同显现中是紊乱的和/或也包括层状_紊乱_翻转以及稳定的或不稳定的流动状态。超声波信号152在经过流体介质例如空气时视流动断面图和流动状态而定以不同程度中断地被反射、散射或吸收。在此意义上力求实现横截面120的尽可能均勻的通流、例如在横截面 120中尽可能均勻的空气质量，尤其是在测量区域162中，亦即在横截面120的用作真正的测量横截面的部分中。此外，分界面的数量保持尽可能小。因此，在超声波信号152的测量平面中的强烈不稳定的且紊乱的流动状态应当通过结构上的措施尽可能被避免。用于流动整流和由此用于减少不稳定的流动状态的措施是在图2A至3中所示的在用于测量的区域上游的流动格栅166。对流动有利的桥接片160造型也用于在测量区域162中产生均勻的、 低紊乱的流动。
在传感器装置126上游和下游的空气导向系统的几何造型以及空气质量流的各个存在的值在此尤其在装置110中在流动管114内部引起不同的流动分界层。例如，流动管114的内壁124和反射面154分别是被流体介质溢流的表面168，如在图3中所示。尤其是在表面168上形成流动分界层170、172，它们在图3中突出显示。在此，通过附图标记 170表示内壁124的表面168的区域中的流动分界层，而通过附图标记172表示反射面154 的表面168的区域中的流动分界层。流动分界层170、172在此示意地示出。在此通常在本发明的框架内尤其可以被称为流动分界层的流动速度减小的层，例如与完全出现在其它敞开的横截面120的中心中的核心流动相比。流动分界层170、172在所示的装置110中尤其构造在内壁124上以及构造在具有在流动方向122上增加的传播长度的反射面154上。这些流动分界层170、172可以具有不同的流动状态。这在图4中示例地借助流动仿真示出。 在此，附图标记168重新表示表面168，在该表面上流动分界层在流动方向122上溢流时构成并且附图标记152表示相反的超声波信号，其中，传感器装置126的超声波换能器144可以例如分别一次作为发送器且一次作为接收器出现。流动分界层170、172可以如在图4中所示具有不同的流动状态，即层状的流动状态174、层状-紊乱的过渡状态176和完全出现紊紊乱的流动状态178。根据向着传感器装置126的流动，可以在测量区域162的区域中存在这些状态的组合，例如根据图4沿着流动方向122发展，该发展示出从在流动管144的入口处的层状流动状态174经过层状-紊乱过渡状态176过渡到紊乱的流动状态178。这些流动状态允许例如借助数字流动仿真和/或凭经验确定。图4为此示出超声波信号152传播通过流动分界面170、172的紊乱流动状态178。该紊乱的流动状态178含有不同时间和纵向刻度的漩涡。这引起不均勻的速度、压力和密度区。在通过该不均勻的区域时，超声波信号152在多个分界面上中断和/或散射，由此总体上得到超声波信号152的信号削弱和此外得到超声波信号152的超声波波束的特性改变。两种效应可以在确定的运行时间点导致甚至不可能实现速度测量。本发明相对于此具有任务，即在上述类型的装置110中或在其它用于确定流动的流体介质的特性的装置110中改善超声波信号质量。在各个运行状态中，在此尤其可以实现速度测量以及提高相对于流动分界层170、172的不同运行状态及由此流动状态的健壮性。如上所示，本发明的一个基本构思在于至少部分地、优选完全地吸出流动分界层170、 172，例如在反射面154上和/或在内壁124上和/或在装置110内部的至少一个另外 的表面168上。以该方式允许尤其在紊乱地流过相应的表面168的情况下减小流动分界层170、 172的分界层厚或者甚至实现流动分界层170、172的层流化。因此，超声波信号质量可以被改善，并且允许至少在各个运行状态中完全实现速度测量。此外，相对于不同运行状态和流动状态的测量健壮性可以明显提高。根据本发明相应地提出，该装置110配设至少一个吸出装置180，该吸出装置被设置用于至少部分地吸出至少一个表面168上的至少一个流动分界层170、172，该表面被流体介质溢流。相应地，例如在根据图IA至3的实施例中的装置 110可以通过这类吸出装置180扩展。根据本发明的装置110的一个实施例在图5A至6B中所示。在此图5A示出具有吸出装置180的该装置110的立体全视图，该吸出装置在流动方向122上可以例如设置在根据图IA至IC的装置110前面。该吸出装置180在此可以尤其构成为顶盖182，该顶盖在流动方向122上设置在流动管段116前面。顶盖182可以例如包括圆柱184，该圆柱因此同样是流动管114的组成部分，使得流动管114除了流动管段116外还可以包括顶盖182，在该流动管段中设有传感器装置126，该顶盖在流动方向上设置在流动管段116前面。图5B 示出用于将顶盖182与流动管段116连接的连接元件186，该连接元件例如可以构成为具有密封件188的法兰。此外，在根据图5B的视图中示出，吸出装置180在所示的实施例中包括一吸出缝隙190。该吸出缝隙190可以例如构成为环形通道并且可以例如圆环形地或圆环段形地构成。吸出缝隙190在该实施例中是吸出汇合部192的一个例子，即开口，它可以被加载负压。它可以通过外部吸出接管194通过一个在图5A和5B中未示出的吸出通道连接，其中，通过吸出接管194可连接一个外部的负压装置，例如泵。图6A和6B示出一个进入根据图5A和5B的装置110的横截面120中的视图，观察方向与流动方向122相反，亦即在与根据图IC的视图相反的观察方向上，因此对于该视图的元件可以参照根据图IC的说明。在此，图6A示出一个实施例，其中吸出缝隙190构成为环绕的、圆环形的吸出缝隙190，并且在图6B中示出一个实施例，其中吸出缝隙190不是围绕整个圆周环绕，而是仅仅构成为圆环形的吸出缝隙190并且仅设置在表面168在超声波换能器144前面的上部段中。例如，吸出缝隙190的圆环段包括11点钟至1点钟的位置， 即仅仅一个设置在传感器装置126前面的区域。但是其它构型原则上也是可行的。但是圆环段形的吸出缝隙190应当在所有情况下至少设置在一个扇形中，该扇形配属于测量区域 162并且尤其设置在传感器装置126前面。但是其它构型原则上也是可行的。对于其中如图4所示在传感器装置126和/或测量区域162上游已经建立紊乱的流动分界层170、172的运行点，该紊乱的流动分界层170、172的厚度可以借助吸出装置180 减小或者甚至实现重新层流化。吸出缝隙190的环形通道在根据图5B的装置中优选比较靠近流动管段116的入口横截面，以便避免随着在流动方向122上的传播长度发生紊乱的分界层的重新建立和重新形成。在图6B所示的变型中，它不是设置在整个圆周上、而是在仅一个圆段上，例如在超声波换能器144的区域中设置在前面，仅实现局部的吸出。但是由于来自吸出圆环段外部的分界层的干扰传播，吸出区域的壁分界层中的干扰的激励和/或煽动以及由此向紊乱的流动状态的过渡是可想到的。因此优选根据图6A的在整个圆环圆周上具有吸出装置的变型。对于根据图5A至6B的圆环或圆环段形式的吸出缝隙190的吸出缝隙190变换地或附加地，吸出汇合部192也可以以其他方式实现。例如吸出汇合部192也可以在桥接片 160的反射面154上实现，优选设置在反射区域196前面(见图2A)，在反射区域中在装置 110的运行中超声波信号152被反射。所有变型一起减小一个或多个表面168上的紊乱的流动分界层170、172的厚度。为了在至少一个吸出汇合部192的区域中实现所需的负压，考虑内部和/或外部的负压源。因此，可以例如使用一个外部泵和/或外部的马达部件，它例如可以连接到根据图5A的吸出接管194上。变换地或附加地，为了产生负压，这出于成本考虑对于成批的实现是特别优选的，也考虑负压源的无源实现形式的内部负压源，例如没有运动的泵部件、尤其根据伯努利效应。因此存在用于在流动加速中产生负压的可能性，根据由伯努利公式已知的在速度与压力之间的关系，例如借助一个或多个集成在装置110中的负压装置198。在图7A、7B和9中示出实施例。在此可以利用，横截面120在例如在图3中所示的装置110 实施例中被分成测量区域162和不用于测量的区域164。相应地，负压装置198例如包括加速装置200，该加速装置例如可以被设置用于借助至少一个收缩元件201在不用于测量的区域164中引起流动收缩部。该收缩元件202可以例如构成为流动坡面204，该流动坡面在流动方向122上、亦即在图7A和7B中由图平面出来的方向上使不用于测量的区域164的流动横截面收缩。相应地图7B示出在根据图7A的剖面上游的通过流动坡面204的剖面的实施例。在此可见，流动坡面分级地或连续地变大，其中，不用于测量的区域164的流动横截面在流动方向上变窄。因此，在根据图7A强烈收缩的区域中形成负压区域206。该负压区域可以通过至少一个吸出通道208与至少一个上述的吸出汇合部192连接。在图7A中所示的实施例中，吸出通道208与反射面154上的吸出区域210优选在反射区域196前面地并且在超声波换能器144上游地连接。在此示例地又在内壁124的上边缘上设有圆环段形式的吸出缝隙190，并且变换地或者附加地，在反射面154上设有至少一个吸出缝隙190。流动坡面204的坡面横截面因此优选具有至少一个吹出开口 202，该吹出开口通过至少一个吸出通道208与至少一个吸出汇合部192连接。对于使用至少一个具有在流动方向122上增加的横截面的流动坡面204变换地或附加地，也考虑其它类型的收缩元件 202。流动坡面204的坡面横截面在流动方向122上的分配确定了可实现的负压的大小。尽可能小的开始横截面(见例如图7B)和坡面在吹出开口 212的区域中的尽可能大的横截面 (图7A)因此可以作为大致的计算基线。对于根据图7A和7B的加速装置202的布置变换地或附加地，考虑其它位置。因此流动坡面204或者收缩元件20 2可以例如变换地或附加地也设置在流动管114内部的其它位置上，例如设置在图7A中的内壁124的6点钟位置上。 仅在测量区域162内部的布置，即在流动管114中在桥接片160上方的布置应当避免，因为在该布置中流动比和由此信号品质在确定的运行点可能不利地被改变。对于在图7A和7B 中所示的布置变换地或附加地，可以例如将收缩元件202也设置在桥接片160的指向不用于测量的区域164的一侧上。如上已经多次说明的那样，流动管114和/或流动管段116不必一定是装置110 的组成部分。装置110也已经可以完全地或部分地构成为插入式探测器214或者包括这种插入式探测器214。这种构成的实施例在图8和9中所示。例如插入式探测器214被插入到流动管114或流动管段116中，例如在空气导向装置，并且与其连接，例如旋紧。插入式探测器可以为此例如包括一个或多个固定元件216、例如螺纹孔或螺纹开口。反射面154可以在该插入式探测器变型中与传感器壳体130或插入式探测器壳体连接。桥接片160可以例如通过连接片218连接到传感器壳体130上或者与该传感器壳体一体地构成。也可想到反射面154或桥接片160通过其它连接元件、例如通过其它数量的连接片218 (例如呈U形或呈L形)连接。在根据图8的装置110中也可以集成一个根据本发明的吸出装置180，例如根据前述实施例之一所述的吸出装置。图9示出一个实施例，其中吸出装置又包括构成为流动坡面204的收缩元件202形式的加速装置200。它在图9所示的实施例中设置在桥接片190 的底面220上、亦即设置在从一个测量区域162指离的侧上。例如流动坡面204可以集成在桥接片160的底侧220中或者套装在其上。在那里实现用于吸出的负压的产生和取消。 又可以设有吸出通道208，该吸出通道可以与至少一个例如吸出缝隙190形式的吸出汇合部192连接，以便减小反射面154上的流动分界层172。对于吸出缝隙190、例如用于在反射面154的区域中进行吸出的通道段形式的吸出缝隙变换地或附加地，可以设置其它的吸出汇合部192。变换地或附加地，也可以在流动管114的内壁124上在超声波换能器114前面的区域进行吸出。这可以在根据图9的构型中例如通过以下方式实现一个或多个吸出通道208通过连接片218向上通向一个或多个在图9中未示出的吸出缝隙190，例如根据在图6A和/或6B中的构型。各种其它构型是可想到的
权利要求
1.用于检测流动的流体介质的至少一个特性、尤其内燃机中的空气质量的装置 (110)，其中，所述装置(110)具有至少一个用于检测所述特性的传感器装置(1 )，所述装置(100)还包括至少一个可被流体介质溢流的表面(168)，所述装置(100)还包括至少一个吸出装置(180)，所述吸出装置(180)被设置用于至少部分地吸出所述表面(168)上的至少一个流动分界层(170，172)。
2.根据权利要求1所述的装置(110)，其中，所述传感器装置(126)包括至少一个超声波换能器(144)和至少一个用于反射超声波信号的反射面(1M)，其中，所述吸出装置 (180)被设置用于将所述流动分界层(170，172)从所述反射面(154)至少部分地吸出。
3.根据以上权利要求中任一项所述的装置(110)，其中，所述装置(110)包括至少一个流动管(114)，其中，所述吸出装置(180)被设置用于至少部分地吸出所述流动管(114)的内壁(124)上的流动分界层(170，172)。
4.根据权利要求3所述的装置(110)，其中，所述吸出装置(180)包括所述内壁(124) 上的至少一个吸出缝隙(190)、尤其圆环形的和/或圆环段形的吸出缝隙(190)。
5.根据以上权利要求中任一项所述的装置(110)，其中，所述装置(110)至少部分地构成为插入式探测器014)并且被设置用于插入到流动管(114)中，所述吸出装置(180)至少部分地集成到所述插入式探测器014)中。
6.根据以上权利要求中任一项所述的装置(110)，其中，所述吸出装置(180)至少部分地设置在所述传感器装置(126)上游和/或在所述传感器装置(1 )的区域中。
7.根据以上权利要求中任一项所述的装置(110)，其中，所述吸出装置(180)包括至少一个吸出汇合部(192)、尤其至少一个吸出缝隙(190)。
8.根据以上权利要求中任一项所述的装置(110)，其中，所述吸出装置(180)包括至少一个吸出泵和/或至少一个用于连接外部负压装置的吸出接管(194)。
9.根据以上权利要求中任一项所述的装置(110)，其中，所述吸出装置(180)包括一集成的负压装置，所述集成的负压装置被设置用于在流体介质内部产生压降并且用于所述吸出ο
10.根据以上权利要求中任一项所述的装置(110)，其中，所述吸出装置(180)包括至少一个用于加速流体介质的至少一部分的加速装置000)，所述吸出装置(180)被设置用于使所述流动分界层(170，172)向着流体介质的加速部分前移。
11.根据权利要求10所述的装置(110)，其中，所述加速装置(200)被设置用于引起至少一个流动收缩部，流体介质在所述流动收缩部的区域中被加速。
12.根据以上权利要求中任一项所述的装置(110)，其中，所述吸出装置(180)包括至少一个用于收缩流动横截面的收缩元件002)、尤其至少一个流动坡面004)，其中，所述吸出装置(180)的至少一个吸出通道(208)从吸出区域(210)通向所述流动横截面中的收缩部。
全文摘要
本发明提出一种用于检测流动的流体介质的至少一个特性、尤其内燃机中的空气质量的装置(110)。所述装置(110)包括至少一个用于检测所述特性的传感器装置(126)。所述装置(100)还包括至少一个可被流体介质溢流的表面(168)。所述装置(100)还包括至少一个吸出装置(180)，所述吸出装置(180)被设置用于至少部分地吸出所述表面(168)上的至少一个流动分界层(170，172)。
文档编号G01D3/028GK102297704SQ201110181448
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月23日 优先权日2010年6月23日
发明者A·布里泽, T·朗, U·康策尔曼 申请人:罗伯特·博世有限公司