DE10103240A1 - Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung - Google Patents
Strömungsgeschwindigkeits-MessvorrichtungInfo
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Abstract
Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung, die eine Strömungsgeschwindigkeit eines flukutierenden Fluids genau messen kann. Eine Moduseinstellschaltung (20) stellt selektiv eine von mehreren vorbestimmten Übertragungsmodi ein, die sich in der Übertragungszeit unterscheiden. Die Moduseinstellschaltung (20) stellt einen ersten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer Ultraschallwelle zu einer vorbestimmten Zeit für jede Periode einer Strömungswellenform eines Auspuffgases erlaubt, einen zweiten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer Ultraschallwelle zu einem um eine vorbestimmte Zeit verschobenen Zeitraum für jede Periode der Strömungswellenform des Auspuffgases erlaubt, und einen dritten Übertragungsmodus ein, der die Übertragung einer Ultraschallwelle zu vorbestimmten Intervallen erlaubt.
Description
Diese Erfindung betrifft eine Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung und ins
besondere eine Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung zum Messen einer Strö
mungsgeschwindigkeit eines sich ändernden oder fluktuierenden Fluids wie eines
Auspuffgases, das von einem Verbrennungsmotor wie einem Automobilmotor o. dgl.
ausgestoßen wird.
Herkömmlich bekannt ist ein Ultraschall-Strömungsmessgerät oder -Strömungsge
schwindigkeits-Messvorrichtung zum Messen einer Strömungsgeschwindigkeit eines
Fluids mit Hilfe einer Ultraschallwelle. Ein solches Ultraschall-Fließmessgerät ist kon
struiert, um eine Strömungsgeschwindigkeit eines von einem Automobilmotor ausge
stoßenen Auspuffgases durch Übertragung/Empfang einer Ultraschallwelle zu messen,
und wird für eine Messung der Leistungsfähigkeit eines Automobilmotors, des Umwelt
schutzes o. dgl. verwendet. Ein solches herkömmliches Ultraschall-
Strömungsmessgerät ist dazu ausgelegt, eine Strömungsgeschwindigkeit in
vorbestimmten Intervallen innerhalb jedes Messabschnittes zu messen.
Nachfolgend wird ein solches herkömmliches Ultraschall-Strömungsmessgerät oder
-Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung anhand der Fig. 6 und 7 beschrieben,
wobei Fig. 6 ein Blockschaltbild der Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung ist
und Fig. 7 ein Diagramm ist, das Wellenverläufe der Strömungsgeschwindigkeit
während einer periodischen Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit in der Strö
mungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung zeigt.
Das in Fig. 6 gezeigte herkömmliche Strömungsmessgerät enthält eine Strömungsge
schwindigkeits-Erfassungssektion 104, die aus einem thermischen Fließsensor o. dgl.
besteht. Die Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungssektion 104 ist auf einem
Fluidrohr 110b befestigt und für die Erzeugung eines Ausgangssignales vorgesehen.
Das Ausgangssignal der Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungssektion 104 wird an
eine Signalverarbeitungssektion 103 übermittelt, die das Ausgangssignal digitalisiert.
An die Signalverarbeitungssektion 103 ist eine Mittelwertbildungssektion 105
angeschlossen, die vorgesehen ist, das digitalisierte Ausgangssignal der Signalver
arbeitungssektion 103 zu mitteln, wenn eine periodische Veränderung im Fluss des
Fluids im Fluidrohr 110b stattfindet. An die Mittelwertbildungssektion 105 ist eine
Strömungsgeschwindigkeitsverarbeitungssektion 106 angeschlossen, die vorgesehen
ist, um eine Durchschnittsströmungsgeschwindigkeit des Fluids unter Verwendung des
gemittelten Ausgangssignales zu berechnen. Die Strömungsgeschwindigkeits-
Messvorrichtung, wie in Fig. 7 gezeigt ist, ist zur Stichprobenkontrolle der
Strömungsgeschwindigkeit in intermittierender Weise vorgesehen, so dass die
Strömungsgeschwindigkeiten Q1, Q2 und Q3, die zu den Zeitpunkten t1, t2 und t3
gemessen werden, gemittelt werden können, was zur Berechnung der Strömun
gsgeschwindigkeit führt.
Jedoch kann das herkömmliche Ultraschall-Strömungsmessgerät nicht genau eine
Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids messen, das bei relativ hoher Frequenz
pulsiert, wie beispielsweise von von einem Verbrennungsmotor o. dgl. ausgestoßenem
Auspuffgas, so dass es erforderlich ist, eine Messung über einen langen Zeitraum
durchzuführen, um einen Mittelwert der Strömungsgeschwindigkeit zu berechnen.
Ebenfalls verursacht das herkömmliche Ultraschall-Strömungsmessgerät einen
signifikanten Fehler während einer Messung eines Augenblickswertes der
Strömungsgeschwindigkeit, wodurch eine Messung einer Strömungsgeschwindigkeit
in einem transienten Zustand im wesentlichen schwierig oder bedeutungslos wird.
Nichtsdestotrotz erfordert eine schärfere Kontrolle der Auspuffemission, dass eine
augenblickliche Strömungsgeschwindigkeit und ein pulsierender Fluss per se
gemessen oder analysiert werden, sowie eine Mittelwertbildung einer
Strömungsgeschwindigkeit.
Somit ist es absolut wünschenswert, ein Ultraschall-Strömungsmessgerät zu
entwickeln, das in der Lage ist, eine typische Strömungsgeschwindigkeit einer
pulsierenden Strömung in einer kurzen Zeitperiode zu messen und die pulsierende
Strömung zu reproduzieren.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf den zuvor genannten Nachteil des
Standes der Technik gemacht worden.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strömungs
geschwindigkeits-Messvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, eine Strömungs
geschwindigkeit eines sich ändernden oder fluktuierenden Fluids genau zu messen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Strömungsgeschwindigkeits-Messvor
richtung geschaffen. Die Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung weist eine Ul
traschall-Übertragungssektion zur Übertragung einer Ultraschallwelle zu einem Fluid,
das in einem Fließkanal fließt, und eine Ultraschall-Empfangssektion zum Empfang
einer Ultraschallwelle auf, die durch das Fluid gewandert ist. Die Vorrichtung weist
ferner eine Übertragungszeitsteuerungssektion, die so konstruiert ist, dass die
Ultraschallübertragungssektion eine Ultraschallwelle in Abhängigkeit von einer
Mehrzahl von Übermittlungsmodi übertragen kann, die sich im Übertragungszeitraum
voneinander unterscheiden, und eine Strömungsgeschwindigkeits-Bearbeitungs
sektion zur Berechnung einer Strömungsgeschwindigkeit des Fluids auf der Grundlage
eines Ausgangssignales der Ultraschall-Empfangssektion auf.
In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Strömungs
geschwindigkeits-Messvorrichtung außerdem eine Übertragungsmodusauswahlsek
tion auf, die eine Umschaltung zwischen den Übertragungsmodi in Abhängigkeit von
einem Ergebnis der Berechnung durch die Strömungsgeschwindigkeits-Bearbeitungs
sektion vornimmt.
In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfassen die Übertra
gungsmodi einen ersten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer Ultraschall
welle während eines bestimmten Zeitraumes für jede Periode eines Strömungswel
lenverlaufes des Fluids erlaubt, und einen zweiten Übertragungsmodus, der die Über
tragung einer Ultraschallwelle während eines Zeitraumes erlaubt, der um eine
vorbestimmte Zeit für jede Periode des Strömungswellenverlaufes des Fluids
verschoben ist.
In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfassen die Übertra
gungsmodi außerdem einen dritten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer
Ultraschallwelle in bestimmten Intervallen erlaubt.
In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Strömungs
geschwindigkeits-Messvorrichtung außerdem eine Übertragungszeit-Einstellsektion
zum Rücksetzen eines Übertragungszeitraumes des ersten Übertragungsmodus in
Abhängigkeit von einem Ergebnis der Berechnung durch die Strömungsgeschwindig
keits-Bearbeitungssektion auf. Die Übertragungsmodus-Auswahlsektion nimmt eine
Umschaltung vom zweiten Übertragungsmodus auf den so rückgesetzten ersten Über
tragungsmodus vor.
Bei einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Strömungs
geschwindigkeits-Messvorrichtung außerdem eine Strömungsgeschwindigkeits-Ände
rungsbeurteilungssektion zur Beurteilung auf, ob eine Variation in der Strömun
gsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Berechnung durch die
Strömungsgeschwindigkeits-Bearbeitungssektion reduziert ist oder nicht. Die Übertra
gungsmodus-Auswahlsektion nimmt eine Umschaltung vom ersten oder zweiten Über
tragungsmodus auf den dritten Übertragungsmodus vor, wenn eine Variation in der
Strömungsgeschwindigkeit reduziert ist.
Diese und andere Aufgaben und viele der vorhandenen Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung deutlich, und zwar
in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, wobei:
Fig. 1 ein Blockschaltbild ist, das eine Ausführung einer
Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2A bis 2C jeweils ein Wellenverlaufsdiagramm darstellen, die einen
Wellenverlauf aufgrund einer fluktuierenden Strömung
von Auspuffgas zeigt;
Fig. 3A bis 3C jeweils ein Diagramm sind, das einen Betrieb einer
Teilungs/Impuls-Erzeugungsschaltung zeigt, die in der
Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung von Fig. 1
enthalten ist;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht ist, die eine Messung einer
Strömungsgeschwindigkeit durch die Strömungsge
schwindigkeits-Messvorrichtung von Fig. 1 zeigt;
Fig. 5 ein Flussdiagramm ist, das den Betrieb der
Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung von Fig. 1
zeigt;
Fig. 6 ein Blockschaltbild ist, das eine herkömmliche
Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung zeigt; und
Fig. 7 ein Wellenverlaufsdiagramm ist, das einen Wellenver
lauf einer Strömungsgeschwindigkeit während einer
periodischen Strömungsgeschwindigkeitsänderung in
der herkömmlichen Strömungsgeschwindigkeits-Mess
vorrichtung von Fig. 6 zeigt.
Nachfolgend wird eine Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung gemäß der vorlie
genden Erfindung anhand der Fig. 1 bis 5 beschrieben. Die nachfolgende Beschrei
bung erfolgt in Verbindung mit einer Messung einer Strömungsgeschwindigkeit von
von einem Automobilmotor ausgestoßenem Auspuffgas.
In den Fig. 1 und 2 ist eine Ausführung einer Strömungsgeschwindigkeits-Messvor
richtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Eine Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung der in Fig. 1 gezeigten Ausführung
weist hauptsächlich einen Encoder 1, eine Übertragungszeit-Steuerungssektion 2,
eine Übertragungs/Empfangs-Schaltung 3, Ultraschallwandler 4a und 4b, eine
Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungsschaltung 5 und eine Verarbeitungsschaltung
6 auf.
Der Encoder 1 ist an einer Kurbelwelle 10a eines Automobilmotors 10 befestigt und
hat die Funktion, ein Winkelsignal von der Kurbelwelle 10a aufzunehmen und es zu
einer Teilungs-Impuls-Erzeugungsschaltung 21 der Übertragungszeit-Steue
rungssektion 2 auszugeben. Wie in den Fig. 2A bis 2C gezeigt ist, ist der Encoder 1 so
konstruiert, dass er einen ersten Kurbelimpuls bei jeder Umdrehung (Periode: 2π oder
Winkel: 360°) der Kurbelwelle 10a und 720 Sekunden Kurbelimpulse in bestimmten
Intervallen oder Winkelintervallen von 0,5° während jeder Umdrehung der Kurbelwelle
10a erzeugt.
Die Übertragungszeit-Steuerungssektion 2 ist so aufgebaut, dass die Ultraschall
wandler 4a und 4b eine Ultraschallwelle gemäß einer Mehrzahl von Übertragungs
modi, die sich im Übertragungszeitraum voneinander unterscheiden, übertragen kön
nen. Die Übertragungszeit-Steuerungssektion 2 weist eine Moduseinstellschaltung 20,
die Teilungs-Impuls-Erzeugungsschaltung 21 und eine Modusauswahlschaltung 22
auf. Die Übertragungszeit-Steuerungssektion 2 gibt einen Synchronimpuls (Trigger-
Impuls) an die Übertragungs/Empfangs-Schaltung 3 ab.
Die Moduseinstellschaltung 2 setzt einen gewünschten Modus aus der Mehrzahl von
vorbestimmten Übertragungsmodi. Insbesondere stellt die Moduseinstellschaltung 20
einen ersten Übertragungsmodus zur Übertragung einer Ultraschallwelle während
eines vorbestimmten Zeitraumes in jeder Periode eines Strömungwellenverlaufes des
von der Maschine 10 ausgestoßenen Auspuffgases, einen zweiten Über
tragungsmodus zur Übertragung einer Ultraschallwelle während eines Zeitraumes, der
um eine vorbestimmte Zeit in jeder Periode des Fließwellenverlaufes verschoben ist,
oder einen dritten Übertragungsmodus zur Übertragung einer Ultraschallwelle in
vorbestimmten Intervallen ein.
Die Teilungs-Impuls-Erzeugungsschaltung 21 erzeugt ein Ultraschall-Synchronsignal
in Abhängigkeit von einem von der Moduseinstellschaltung 20 gesetzten Übertra
gungsmodus und einem Ausgangssignal vom Encoder 1. Die Teilungs-Impuls-Erzeu
gungsschaltung 21 gibt einen Trigger-Impuls durch die Modusauswahlschaltung 22 an
die Übertragungs/Empfangs-Schaltung 3 ab.
Nachfolgend wird der Betrieb der Teilungs-Impuls-Erzeugungsschaltung 21 anhand
der Fig. 3A bis 3C beschrieben, wobei Fig. 3A den Betrieb der Teilungs-Impuls-
Erzeugungsschaltung 21 bei gesetztem erstem Übertragungsmodus, Fig. 3B den Be
trieb bei gesetztem zweitem Übertragungsmodus und Fig. 3C bei gesetztem drittem
Übertragungsmodus zeigt.
Wenn der erste Übertragungsmodus von der Moduseinstellschaltung 20 eingestellt ist,
erzeugt die Teilungs-Impuls-Erzeugungsschaltung 21, wie in Fig. 3A gezeigt ist, einen
Trigger-Impuls bei einem N-ten zweiten Kurbelimpuls in Abhängigkeit von der Zeit,
wenn ein erster Kurbelimpuls erzeugt ist. Dies führt dazu, dass die Teilungs-Impuls-
Erzeugungsschaltung 21 einen Trigger-Impuls an jedem Punkt der fluktuierenden
Strömung des Auspuffgases erzeugt.
Wenn der zweite Übertragungsmodus von der Moduseinstellschaltung 20 eingestellt
ist, erzeugt die Teilungs-Impuls-Erzeugungsschaltung 21, wie in Fig. 3B gezeigt ist, in
Abhängigkeit von der Zeit, wenn ein erster Kurbelimpuls erzeugt ist, einen Trigger-
Impuls bei jedem N-ten zweiten Kurbelimpuls in einer ersten Periode, (N+1)-ten
zweiten Kurbelimpuls in einer zweiten Periode, . . . und (N + n - 1)-ten zweiten
Kurbelimpuls in einer n-ten Periode. Dies führt dazu, dass die Teilungs-Impuls-
Erzeugungsschaltung 21 einen Trigger-Impuls erzeugt, während er in jeder Periode
variiert oder abgelenkt wird.
Wenn der dritte Übertragungsmodus eingestellt ist, erzeugt die Teilungs-Impuls-
Erzeugungsschaltung 21, wie in Fig. 3C gezeigt ist, einen Trigger-Impuls bei jedem N-
ten zweiten Kurbelimpuls oder in bestimmten Intervallen.
Die Modusauswahlschaltung 22 nimmt eine Umschaltung zwischen den Übertra
gungsmodi in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Berechnung durch die Verarbei
tungsschaltung 6 vor. Die Modusauswahlschaltung 22 setzt eine Übertragungszeit des
ersten Übertragungsmodus auf der Grundlage eines Ergebnisses der Berechnung der
Verarbeitungsschaltung 6 zurück, um dadurch eine Umschaltung vom zweiten
Übertragungsmodus auf den so rückgesetzten ersten Übertragungsmodus
vorzunehmen. Alternativ führt die Modusauswahlschaltung 22, wenn eine Verände
rung in der Strömungsgeschwindigkeit des Auspuffgases reduziert ist, eine Umschal
tung vom ersten Übertragungsmodus oder zweiten Übertragungsmodus auf den drit
ten Übertragungsmodus aus.
Die Übertragungs/Empfangs-Schaltung 3 ist so konfiguriert, dass jeder der Ultra
schallwandler 4a und 4b angewiesen wird, um eine Ultraschallwelle auszusenden oder
ein Ausgangssignal jedes der Wandler 4a und 4b einer bestimmten Verarbeitung zu
unterwerfen, um es an die Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungsschaltung 5 auszu
geben.
Die Ultraschallwandler 4a und 4b senden eine Ultraschallwelle in das Auspuffgas, das
in einer durch einen Pfeil in einem Rohr 10b in Fig. 1 angedeuteten Richtung fließt,
und empfangen eine Ultraschallwelle, die durch das Auspuffgas gelaufen ist. Die
Ultraschallwandler 4a und 4b sind so angeordnet, dass sie gegenüber dem Rohr 10b
zueinander schräg ausgerichtet sind, und an der Außenfläche des Rohres 10b in einer
Weise befestigt, dass sie zueinander geneigt angeordnet sind. Die Ultraschallwandler
4a und 4b sind auf einer stromabwärts gerichteten und einer stromaufwärts
gerichteten Seite entsprechend angeordnet, um gegenseitig zwischen sich eine
Übertragung und einen Empfang einer Ultraschallwelle vorzunehmen.
Nachfolgend wird die Messung einer Strömungsgeschwindigkeit von Auspuffgas durch
die Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung nach der dargestellten, so kon
struierten Ausführung anhand von Fig. 4 beschrieben.
Die Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungsschaltung 5 berechnet eine Strömungs
geschwindigkeit des im Rohr 10b strömenden Auspuffgases auf der Grundlage eines
Ausgangssignales von jedem der Ultraschallwandler 4a und 4b. Zu diesem Zweck ist
die Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungsschaltung 5 so aufgebaut, um eine
Strömungsgeschwindigkeit des Auspuffgases unter Verwendung einer sogenannten
inversen Laufzeitdifferenzmethode zu berechnen. Die Strömungsgeschwindigkeits-
Erfassungsschaltung 5 misst eine Laufzeit t1 und t2 einer Ultraschallwelle gemäß den
nachfolgenden Gleichungen (1) und (2) unter Bezug auf den Doppler-Effekt:
t1 = L/(C + Vcosθ) (1)
t2 = L/(C - Vcosθ) (2)
wobei t1 eine Laufzeit für eine Ultraschallwelle, die der Ultraschallwandler 4a übertrug,
um den Ultraschallwandler 4b zu erreichen, t2 eine Laufzeit für eine Ultraschallwelle,
die der Ultraschallwandler 4b übertrug, um den Ultraschallwandler 4a zu erreichen, L
eine lineare Distanz zwischen den Ultraschallwandlern 4a und 4b, C eine
Schallgeschwindigkeit im Auspuffgas, V eine Strömungsgeschwindigkeit des
Auspuffgases und θ ein Neigungswinkel der Ultraschallwandler 4a und 4b gegenüber
der Außenfläche des Rohres 10b ist.
Die Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungsschaltung 5 berechnet die Strömungs
geschwindigkeit V gemäss der nachfolgenden Gleichung (3) auf der Grundlage der
zuvor angegebenen Gleichungen (1) und (2) und gibt ein Ergebnis der Berechnung an
die Verarbeitungsschaltung 6 ab:
V = L(1/t1 - 1/t2)/2cosθ (3)
Die Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungsschaltung 5 verwendet ein Ergebnis der
Berechnung gemäss der Gleichung (3), um die Strömungsgeschwindigkeit im Hinblick
auf eine Querschnittsfläche des Rohres 10b, einen korrigierten Wert einer bekannten
Strömungsgeschwindigkeitsverteilung u. dgl. zu berechnen.
Die in Fig. 1 gezeigte Verarbeitungsschaltung 6 ist so aufgebaut, um einen Strö
mungswellenverlauf des Auspuffgases in Abhängigkeit von einem Ergebnis der
Berechnung durch die Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungsschaltung 5 zu
reproduzieren, um eine Analyse des Strömungswellenverlaufes, eine Berechnung
eines Nullpunktes eines Wechselspannungssignales des Strömungswellenverlaufes
oder eines Spitzenwertes von dessen oberen und unteren Grenzwerten oder eine
Beurteilung vorzunehmen, ob eine Veränderung oder Fluktuation in der Strömungs
geschwindigkeit des Auspuffgases reduziert ist. Die Verarbeitungsschaltung 6 gibt ein
Ergebnis der Berechnung an die Modusauswahlschaltung 22 aus.
Nachfolgend wird der Betrieb der Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung der
dargestellten Ausführung anhand von Fig. 5 erläutert, bei welcher es sich um ein
Flussdiagramm handelt, das den Betrieb der Strömungsgeschwindigkeits-Messvor
richtung zeigt.
In einem Schritt S1 beurteilt die Übertragungszeit-Steuerungssektion 2, welcher der
ersten, zweiten und dritten Übertragungsmodi ausgewählt wird. Wenn die Modus
auswahlschaltung 20 den ersten Übertragungsmodus einstellt, wird der Betrieb bei
einem Schritt S2 fortgesetzt. Wenn die Moduseinstellschaltung 20 den zweiten
Übertragungsmodus einstellt, wird der Betrieb bei einem Schritt S3 fortgesetzt. Wenn
die Moduseinstellschaltung 20 den dritten Übertragungsmodus setzt, wird der Betrieb
bei einem Schritt S9 fortgesetzt.
Im Schritt S2 führt die Übertragungszeit-Steuerungssektion 2 eine Verarbeitung im
ersten Übertragungsmodus durch. Die Teilungs-Impuls-Erzeugungsschaltung 21, wie
sie in Fig. 3A gezeigt ist, erzeugt einen Trigger-Impuls bei einem N-ten zweiten
Kurbelimpuls auf der Grundlage der Zeit, wenn ein erster Kurbelimpuls erzeugt wird.
Dies führt dazu, dass die Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungsschaltung 5 eine
Strömungsgeschwindigkeit des Auspuffgases zu einem Zeitpunkt misst, an dem ein N-
ter zweiter Kurbelimpuls erzeugt wird.
Im Schritt S3 führt die Übertragungszeit-Steuerungssektion 2 eine Verarbeitung im
zweiten Übertragungsmodus durch. Die Teilungs-Impuls-Erzeugungsschaltung 21, wie
in Fig. 3B gezeigt ist, erzeugt einen Trigger-Impuls bei einem (N + n - 1)-ten zweiten
Kurbelimpuls in einer n-ten Periode. Dies führt dazu, dass die Strömungs
geschwindigkeits-Erfassungschaltung 5 eine Strömungsgeschwindigkeit des
Auspuffgases jeweils bei einem N-ten zweiten Kurbelimpuls in einer ersten Periode,
einem (N + 1)-ten zweiten Kurbelimpuls in einer zweiten Periode, . . . und einem (N + n - 1)-
ten zweiten Kurbelimpuls in einer n-ten Periode misst.
In einem Schritt S4 reproduziert die Verarbeitungsschaltung 6 eine fluktuierende
Strömung des Auspuffgases auf der Grundlage eines Ergebnisses der Berechnung
durch die Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungschaltung 5. Die Verarbeitungs
schaltung 6 fügt die Gasströmungsgeschwindigkeiten bei einem N-ten zweiten
Kurbelimpuls in einer ersten Periode, einem (N + 1)-ten zweiten Kurbelimpuls in einer
zweiten Periode, . . . und einem (N + n - 1)-ten zweiten Kurbelimpuls in einer n-ten Periode
zusammen, um dadurch einen Strömungsgeschwindigkeitswellenverlauf zu
reproduzieren.
In einem Schritt S5 beurteilt die Übertragungszeit-Steuerungssektion 2, ob eine
Übertragungszeit zurückgesetzt ist oder nicht. Ein Strömungsgeschwindigkeits
wellenverlauf des Auspuffgases wird im Schritt S4 reproduziert, dadurch ermittelt die
Übertragungszeit-Steuerungssektion 2 einen Nullpunkt eines Wechselspan
nungsignals des Strömungsgeschwindigkeitswellenverlaufes, einen Spitzenwert von
jedem dessen oberer und unterer Grenzwerte u. dgl., so dass eine Übertragungszeit
entsprechend jedem dieser Punkte zurückgesetzt werden kann. Die Übertragungszeit-
Steuerungssektion 2 beurteilt, ob eine Übertragungszeit an jedem Punkt wie dem
Nullpunkt, dem Spitzenwert o. dgl. zurückgesetzt wird oder nicht. Wenn die
Übertragungszeit demnach zurückgesetzt wird, wird der Betrieb an einem Schritt S6
fortgesetzt; wenn die Übertragungszeit nicht zurückgesetzt wird, wird demgegenüber
der Betrieb an einem Schritt S7 fortgesetzt.
Im Schritt S6 setzt die Modusauswahlschaltung 22 den ersten Übertragungsmodus
zurück. Die Moduseinstellschaltung 20 setzt einen N-Wert des zweiten Kurbelimpulses
auf irgendeinen Pegel zurück, was dazu führt, dass der Zeitverlauf, an dem der
Trigger-Impuls erzeugt wird, variabel gestaltet wird.
Im Schritt S7 beurteilt die Verarbeitungsschaltung 6, ob die von der Strömungs
geschwindigkeits-Erfassungschaltung 5 berechnete Auspuffgas-Strömungsge
schwindigkeit unterhalb eines bestimmten Pegels liegt oder nicht. Wenn ermittelt wird,
dass die Auspuffgas-Strömungsgeschwindigkeit unterhalb des vorbestimmten Pegels
liegt, wird der Betrieb an einem Schritt S8 fortgesetzt.
Im Schritt S8 nimmt die Modusauswahlschaltung 22 eine Umschaltung vom zweiten
Übertragungsmodus auf den dritten Übertragungsmodus vor. Wenn die Auspuffgas-
Strömungsgeschwindigkeit unterhalb des vorbestimmten Pegels liegt, wird
angenommen, dass eine Wirkung durch Pulsation reduziert wird, so dass die
Modusauswahlschaltung 22 eine Umschaltung vom zweiten Übertragungsmodus auf
den dritten Übertragungsmodus vornimmt, wodurch eine Auspuffgas-Strömungsge
schwindigkeit unter Reduzierung eines Messintervalls gemessen werden kann.
Im Schritt S9, wie kurz zuvor erläutert wurde, führt die Übertragungszeit-Steue
rungssektion 2 eine Verarbeitung im dritten Übertragungsmodus durch. Die Teilungs-
Impuls-Erzeugungsschaltung 21, wie in Fig. 3C gezeigt ist, erzeugt einen Trigger-
Impuls zu jeder Zeit, wenn N zweite Kurbelimpulse erzeugt werden. Auch erzeugt die
Teilungs-Impuls-Erzeugungsschaltung 21 einen Trigger-Impuls zu bestimmten
Intervallen unabhängig von einem Drehwinkel der Kurbelwelle 10a. Dadurch kann die
Strömungsgeschwindigkeits-Erfassungschaltung 5 eine Auspuffgas-Strömungsge
schwindigkeit unter Reduzierung eines Messintervalls messen.
Die Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung der dargestellten Ausführung, die in
der zuvor beschriebenen Weise konstruiert ist, zeigt eine Vielzahl von Vorteilen.
Insbesondere ist die Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung der dargestellten
Ausführung so aufgebaut, dass es die mehreren oder ersten bis dritten Übertra
gungsmodi, die sich im Übertragungszeitverlauf voneinander unterscheiden, den
Ultraschallwandlern 4a und 4b erlauben, eine Übertragung und einen Empfang einer
Ultraschallwelle durchzuführen. Durch einen solchen Aufbau kann eine Strömungs
geschwindigkeit von Auspuffgas zu jeder gewünschten Zeit gemessen werden.
Ebenfalls nimmt in der Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung der dargestellten
Ausführung die Modusauswahlschaltung 22 eine Umschaltung des Übertra
gungsmodus auf der Grundlage eines Ergebnisses der Verarbeitung durch die
Verarbeitungsschaltung 6 vor. Dies führt dazu, dass die Strömungsgeschwindigkeits-
Messvorrichtung eine optimale Strömungsgeschwindigkeit eines fluktuierenden Fluids
misst.
Außerdem ist die dargestellte Ausführung so aufgebaut, um eine Ultraschallwelle zu
einer vorbestimmten Zeit (erster Übertragungsmodus) zu jeder Periode eines
Strömungswellenverlaufes des Auspuffgases zu übertragen, so dass die Messung
einer Strömungsgeschwindigkeit an jedem Punkt in einer fluktuierenden Auspuff
gasströmung eine einfachere Analyse der fluktuierenden Strömung ermöglicht.
Ebenfalls wird im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Ultraschallwelle in einem
Zeitraum, der um eine vorbestimmte Zeit verschoben ist, zu jeder Periode eines
Strömungswellenverlaufes von Auspuffgas oder im zweiten Übertragungsmodus
übertragen. Somit erlaubt die Zusammenführung der Strömungsgeschwindigkeits
daten zu den jeweiligen Zeiten eine vereinfachte Reproduktion und Analyse der
fluktuierenden Strömung. Außerdem wird im dargestellten Ausführungsbeispiel eine
Übertragung einer Ultraschallwelle in vorbestimmten Intervallen (dritter Übertra
gungsmodus) unabhängig von einem Drehwinkel der Kurbelwelle 10a durchgeführt, so
dass eine Durchschnittsströmungsgeschwindigkeit unter erhöhter Zuverlässigkeit
gemessen werden kann.
Außerdem ist die dargestellte Ausführung so aufgebaut, dass die Modusauswahl
schaltung 22 eine Übertragungzeit N im ersten Übertragungsmodus auf der Grundlage
eines Ergebnisses der Berechnung durch die Verarbeitungsschaltung 6 zurücksetzt.
Ein solcher Aufbau erlaubt das Rücksetzen der Übertragungszeit N im Hinblick auf
eine pulsierende Strömung, die von der Verarbeitungsschaltung 6 reproduziert wird.
Insbesondere kann die Übertragungszeit N zu einer Zeit entsprechend einem
Nullpunkt der pulsierenden Strömung oder einem Spitzenwert von jedem dessen
oberer und unterer Grenzwerte zurückgesetzt werden. Dies führt dazu, dass ein
Durchschnittswert der fluktuierenden Strömung oder deren Spitzenwert genau
gemessen werden kann.
Außerdem ist die dargestellte Ausführung so aufgebaut, dass bei reduzierter Ver
änderung der Strömungsgeschwindigkeit die Modusauswahlschaltung 22 den Übertra
gungsmodus vom zweiten Übertragungsmodus auf den dritten Übertragungsmodus
verändert. Dies führt dazu, dass eine durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit mit
erhöhter Zuverlässigkeit unter Reduzierung des Messintervalls gemessen werden
kann.
Die dargestellte Ausführung ist in Verbindung mit der Messung einer Auspuffgas-
Strömungsgeschwindigkeit beschrieben worden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung
nicht auf die Messung von Gas beschränkt. Somit kann die vorliegende Erfindung in
geeigneter Weise auch auf anderes Fluid als Gas wie beispielsweise eine Flüssigkeit
o. dgl. angewandt werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Umschalten des Übertragungsmodus
manuell durchgeführt. Alternativ kann es aber auch automatisch vorgenommen
werden.
Während ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnun
gen beschrieben worden ist, sind offensichtliche Modifikationen und Variationen im
Lichte der zuvor beschriebenen technischen Lehre möglich. Es ist deshalb zu
verstehen, dass innerhalb des Umfanges der Ansprüche die Erfindung auf andere
Weise als zuvor beschrieben umgesetzt werden kann.
Claims (9)
1. Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung, mit
einer Ultraschall-Sendesektion (3, 4a, 4b) zum Aussenden einer Ultraschallwelle zu einem Fluid, das in einem Fließkanal fließt; und
einer Ultraschall-Empfangssektion (3, 4a, 4b) zum Empfang einer Ultraschallwelle, die durch das Fluid gewandert ist;
gekennzeichnet durch
eine Übertragungszeit-Steuersektion (2), die so konstruiert ist, dass die Ultraschall- Sendesektion (3, 4a, 4b) eine Ultraschallwelle in Abhängigkeit von einer Vielzahl von Sendemodi aussenden kann, welche sich in der Übertragungszeit voneinander unterscheiden; und
eine Strömungsgeschwindigkeits-Verarbeitungssektion (5, 6) zur Berechnung einer Strömungsgeschwindigkeit des Fluids auf der Grundlage eines Ausgangssignales von der Ultraschall-Empfangssektion (3, 4a, 4b).
einer Ultraschall-Sendesektion (3, 4a, 4b) zum Aussenden einer Ultraschallwelle zu einem Fluid, das in einem Fließkanal fließt; und
einer Ultraschall-Empfangssektion (3, 4a, 4b) zum Empfang einer Ultraschallwelle, die durch das Fluid gewandert ist;
gekennzeichnet durch
eine Übertragungszeit-Steuersektion (2), die so konstruiert ist, dass die Ultraschall- Sendesektion (3, 4a, 4b) eine Ultraschallwelle in Abhängigkeit von einer Vielzahl von Sendemodi aussenden kann, welche sich in der Übertragungszeit voneinander unterscheiden; und
eine Strömungsgeschwindigkeits-Verarbeitungssektion (5, 6) zur Berechnung einer Strömungsgeschwindigkeit des Fluids auf der Grundlage eines Ausgangssignales von der Ultraschall-Empfangssektion (3, 4a, 4b).
2. Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Übertragungsmodus-Auswahlsektion (22)
vorgesehen ist zur Durchführung einer Umschaltung unter den Übertragungsmodi in
Abhängigkeit von einem Ergebnis der Berechnung durch die Strömungsgeschwin
digkeits-Verarbeitungssektion (5, 6).
3. Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsmodi umfassen:
einen ersten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer Ultraschallwelle während eines bestimmten Zeitraumes für jede Periode einer Strömungswellenform des Fluids erlaubt; und
einen zweiten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer Ultraschallwelle während eines um eine vorbestimmte Zeit verschobenen Zeitraumes für jede Periode der Strömungswellenform des Fluids erlaubt.
einen ersten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer Ultraschallwelle während eines bestimmten Zeitraumes für jede Periode einer Strömungswellenform des Fluids erlaubt; und
einen zweiten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer Ultraschallwelle während eines um eine vorbestimmte Zeit verschobenen Zeitraumes für jede Periode der Strömungswellenform des Fluids erlaubt.
4. Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsmodi umfassen:
einen ersten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer Ultraschallwelle während eines bestimmten Zeitraumes für jede Periode einer Strömungswellenform des Fluids erlaubt; und
einen zweiten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer Ultraschallwelle während eines um eine vorbestimmte Zeit verschobenen Zeitraumes für jede Periode der Fließwellenform des Fluids erlaubt.
einen ersten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer Ultraschallwelle während eines bestimmten Zeitraumes für jede Periode einer Strömungswellenform des Fluids erlaubt; und
einen zweiten Übertragungsmodus, der die Übertragung einer Ultraschallwelle während eines um eine vorbestimmte Zeit verschobenen Zeitraumes für jede Periode der Fließwellenform des Fluids erlaubt.
5. Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsmodi außerdem einen dritten
Übertragungsmodus umfassen, der die Übertragung einer Ultraschallwelle in
bestimmten Intervallen erlaubt.
6. Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsmodi außerdem einen dritten
Übertragungsmodus umfassen, der die Übertragung einer Ultraschallwelle in
bestimmten Intervallen erlaubt.
7. Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Übertragungszeit-Einstellsektion (20) vorgesehen
ist zum Rücksetzen eines Übertragungszeitraumes des ersten Übertragungsmodus in
Abhängigkeit von einem Ergebnis der Berechnung durch die Strömungs
geschwindigkeits-Verarbeitungssektion (5, 6); und
die Übertragungsmodus-Auswahlsektion (22) ein Umschalten vom zweiten Über
tragungsmodus auf den dann rückgesetzten ersten Übertragungsmodus ausführt.
8. Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Übertragungszeit-Einstellsektion (20) vorgesehen
ist zum Rücksetzen eines Übertragungszeitraumes des ersten Übertragungsmodus in
Abhängigkeit von einem Ergebnis der Berechnung durch die Strömungs
geschwindigkeits-Verarbeitungssektion (5, 6); und
die Übertragungsmodus-Auswahlsektion (22) ein Umschalten vom zweiten Über
tragungsmodus auf den dann rückgesetzten ersten Übertragungsmodus ausführt.
9. Strömungsgeschwindigkeits-Messvorrichtung nach Anspruch 6 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Strömungsgeschwindigkeitsvariationsbeur
teilungssektion (6) vorgesehen ist zur Beurteilung, ob eine Veränderung der Strö
mungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Berechnung durch die
Strömungsgeschwindigkeits-Verarbeitungssektion (5, 6) reduziert wird oder nicht; und
die Übertragungsmodus-Auswahlsektion (22) ein Umschalten vom ersten oder zweiten
Übertragungsmodus auf den dritten Übertragungsmodus durchführt, wenn eine
Variation in der Strömungsgeschwindigkeit reduziert wird.
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