用於校準物質流傳感器的裝置和方法
2023-10-05 05:19:24
專利名稱：用於校準物質流傳感器的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及用於校準物質流傳感器的裝置和方法。這種裝置有時也稱為流動臺。
內燃機中的燃燒過程基本上與導入空氣的量相關。由此使用物質流傳感器，它們感知流過氣體的質量。感知的測量信號以電流及電壓值或周期信號的周期持續值的形式對應於隨後的物質流的值，例如以千克/小時。為了由感知的測量值正確地給出所流過的量，需要校準物質流傳感器。
由DE 198 57 329 A1公知了用於檢測和校準物質流傳感器的流動臺和方法。在流動臺中，待校準的物質流傳感器和參考物質流傳感器在流通道中前後排列。泵在流通道中產生空氣物質流，其中兩個空氣物質流傳感器位於節流閥的上遊。也可以是一個上遊位置。一個控制機構在流通道中調整節流閥，使得物質流的強度不同。由參考物質流傳感器的測量值可確定待校準物質流傳感器的的值。在確定待校準物質流傳感器的值時必須考慮上遊傳感器的壓力損失。
在尚未公開的的德國專利申請DE 101 49 292.8中給出，不需參考傳感器工作。這裡，通過流通道中的標準閥設置物質流-時間曲線。待校準物質流傳感器在由標準閥調節的空氣物質流中藉助預給定的質量時間曲線校準。這種也稱為無控制(masterlose)校準的方法的缺點是，泵的吸入側的溫度、壓力變化必需保持絕對恆定。由於環境溫度和/或環境壓力的一些改變校準值會有偏差。
本發明的目的在於，提供校準物質流傳感器的裝置和方法，避免上述缺點並允許特別快及可靠地校準物質流傳感器。
本發明的任務通過具有權利要求1的特徵的物質流傳感器校準裝置解決。本發明裝置的有利方案構成從屬權利要求的主題。
本發明的裝置具有一個流通道和一個在流通道中用於待校準的物質流傳感器的保持件。流通道在一端與泵連接，該泵通過流通道輸送氣體，特別是空氣。在保持件和泵之間設有可調節的節流機構。節流機構這樣設計，在泵工作時流在節流機構最小橫截面處具有聲速。控制機構在校準過程中按照預給定的時間-行程曲線調節節流機構。可調節的節流機構在超臨界條件下工作，其中達到入口壓力與吸入側壓力之間預給定的壓縮比。在節流機構的超臨界工作條件下，在改變吸入側壓力時在噴管最窄橫截面處的速度不變，因此通過節流機構的物質流保持恆定。可免去吸入側壓力的監控。
在一個優選方案中可調節的節流機構為一個可變化的噴管。有利的是，對於超臨界工作的噴管可由壓力、溫度和相對空氣溼度非常精確地計算出物質流。
在一個特別優選的方案中，可變噴管具有錐形擴展的段和設置在該段中的芯軸，芯軸的位置通過該段中的驅動器調節，以改變該段中的自由橫截面。此外芯軸優選地為圓錐或截錐狀，其位於該段的中央。芯軸優選地可沿其縱軸線通過驅動器調節。
優選地空氣物質傳感器和節流機構之間設有用於獲得質量流狀態參量的傳感器。這裡涉及溫度、相對空氣溼度及壓力的探頭。這些值用於確定流過的質量流。
本發明的目的同樣由具有權利要求8的特徵的方法實現。本發明一個優選的改進方案為權利要求9的主題。
本發明方法的第一步驟中在流通道中安置待校準的物質流傳感器。在流通道中產生物質流，物質流的值隨時間變化。例如單位為千克/小時的物質流在流通道中改變。在流通道中附加地設有一個節流機構，節流機構在最窄截面處的流過速度為聲速。相對於傳統平臺流動臺(Rampenflieβbank)這裡吸入側的壓力和溫度不重要，使得校準更穩定、更快捷。因此，本發明的方法與泵的吸入功率基本無關。
在本發明方法的優選改進方案中，一個可調節噴管設為節流機構，它相應於預給定的時間曲線流過待校準物質流傳感器的預給定的物質流的值。
除所述校準外本發明還可用於檢測和/或診斷物質流傳感器。
下面藉助附圖詳細說明本發明的優選方案，其中
圖1 流動臺(fliessbank)的示意圖；圖2 本發明的方法的流程圖。
圖1表示流動臺10的示意圖。通過漏鬥形的接收孔12空氣在流動方向A上進入流動臺。可以看到在進氣孔12的下遊有插入式物質流傳感器的頭，空氣流環繞衝刷傳感器的測量區域。但流動臺絕不限制於插入式傳感器，而也可以校準流通道中的任意的空氣量傳感器。在此例如可以使待校準的空氣量傳感器已經與管段16一起置入定位在流通道中。
下遊設有溫度傳感器18、相對空氣溼度傳感器20和壓力傳感器22。傳感器下遊有一個可調節的噴管24。其中圖1所示的噴管為所謂的拉瓦爾噴管，分析得知其流動特性特別好。如果在最窄的橫截面中達到聲速，這樣流出量即使在吸入側壓力(噴管下遊)下降時也不受影響。只要過臨界工況保持不變，吸入側壓力上升也不影響流出量。如果拉瓦爾噴管24在過臨界區域工作，只要不超過臨界壓縮比，待校準的物質流傳感器相關的噴管的流出量就不受泵輸出量的波動影響。
通過噴管24的物質流通過一個芯軸26動態調節，芯軸可沿著雙箭頭B的方向移動。芯軸26通過驅動器28調整，驅動器由控制機構(未示出)控制。吸入側上流通道中設有一個壓力傳感器30。壓力傳感器30與壓力觸感器22固定在一起，其壓縮比存在於噴管24上，由此得出，是否已經達到過臨界工況。泵32產生通過流通道的空氣流。
當校準空氣量傳感器14時，按照預定的時間-行程曲線改變芯軸26的位置。這種改變是連續進行。因為在過臨界區域中從噴管24中流出的物質流與吸入側壓力無關，待校準的物質流傳感器可以特別可靠地得以校準及檢測。
圖2為根據本發明方法的單個方法步驟。在步驟34中待校準傳感器裝入流通道中。在步驟36中流由噴管建立。在步驟38中芯軸26連續地按照預定的行程-時間曲線拉出，該曲線通過噴管確定物質流-時間曲線。同時在步驟40中獲得待校準物質流傳感器的測量信號。
權利要求
1.用於校準物質流傳感器(14)的裝置，其具有一個流通道和一個用於流通道中的一個物質流傳感器的保持件，流通道在一端與一個泵(32)相連，其特徵在於，在保持件與泵之間設有一個可調節的節流機構(24、26)，該機構可通過一個控制機構在校準過程中按照一個預定的時間-行程曲線調節，在泵工作時產生一個過臨界流，其中在節流機構的最窄橫截面處流動介質具有聲速。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，設置一個可變化的噴管作為可調節的節流機構。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，可變化的噴管(24)具有一個錐形擴展的段及設置在該段中的芯軸(26)，該芯軸通過一個伺服驅動器(28)在該段中可調，用以改變該段中的自由橫截面。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，芯軸(26)為圓錐或截錐形，芯軸在該段的中央。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，芯軸可沿著一根縱軸線(B)調節。
6.根據權利要求1-5中一項所述的裝置，其特徵在於，在空氣量傳感器與節流機構之間設有傳感器(18、19、20)以獲得空氣流的狀態參量。
7.根據權利要求1-6中一項所述的裝置，其特徵在於，設置用於測量溫度、相對空氣溼度和/或壓力的機構。
8.用於校準空氣量傳感器(14)的方法，其具有以下方法步驟-一個待校準的空氣量傳感器設置在一個流通道中，-在流通道中產生一個相應於物質流-時間曲線的物質流，-其中物質流以一個過臨界的流通過節流機構，在節流機構最窄橫截面處，流動介質具有聲速。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，設置一個可調節噴管作為節流機構，其相應於一個預先給定的時間曲線改變流過待校準的物質流傳感器的物質流。
全文摘要
用於校準物質流傳感器的裝置和方法。為達到用於校準物質流傳感器良好的可再現的流動情況，節流機構過臨界地工作，使得在最窄的橫截面處至少具有聲速。因此進一步得到與吸入側壓力波動的無關性。
文檔編號G01F1/42GK1682098SQ03821727
公開日2005年10月12日 申請日期2003年8月8日 優先權日2002年9月12日
發明者R·比爾, M·施維邁爾 申請人:西門子公司