JP2016516203A - 流動する流動媒体の湿度を検知するためのセンサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流動する流動媒体の湿度を検知するためのセンサ装置（１０）を提案する。【解決手段】 センサ装置は、前記湿度を検知するための少なくとも１つのセンサ要素（４２）と、該センサ要素（４２）を遮蔽している少なくとも１つの保護ダイヤフラム（４４）とを備えた少なくとも１つの湿度モジュール（３２）を含んでいる。前記センサ装置（１０）はさらに少なくとも１つのハウジング（３０）を有している。前記湿度モジュール（３２）は少なくとも部分的に前記ハウジング（３０）の測定室（４０）内に配置されている。前記ハウジング（３０）は、有利には、軸線方向（３４ａ）に対し主に垂直な主流動方向（１２）でもって流動する前記流動媒体内へ前記軸線方向において突出している保護管（１６）を有している。該保護管（１６）は少なくとも１つの流入路（３６）を有している。該流入路（３６）は、前記流動媒体が該流入路（３６）を通じて前記軸線方向とは逆の方向（３４ｂ）で前記測定室（４０）内へ流入することができ、且つ少なくとも１つの流出路（３８）を通じて前記軸線方向（３４ａ）において前記測定室（４０）から流出できるように構成されている。少なくとも１つの排出穴（４８）と少なくとも１つの吸込み穴（４６）とは重力方向において下にある。【選択図】 図１

Description

技術水準から、流動媒体、すなわち液体またはガスの流動特性を特定するための多数の方法および装置が知られている。流動特性とは、基本的には物理学的および／または化学的に測定可能な任意の特性であってよく、流動媒体の流動を定性化または定量化するものである。特に、ガスまたはガス混合物の相対湿度または絶対湿度である。湿度センサは、公知のように内燃機関の吸気路内または排気路内で使用される。この場合、たとえば燃焼効率を制御するためには、特に残滓のないクリーンな燃焼のためには、とりわけ供給された新気の湿度を検出して、たとえば新気と再循環排ガスとの間の対応的に望ましい混合比率を調整できるようにし、その後内燃機関のシリンダ内での所定の混合のために必要な量の燃料を特定することが重要である。他方、供給された周囲空気と排ガスとの湿度に関する情報は、多数の制御プロセスのためにエンジン制御器によって使用される。

内燃機関の吸気路内または排気路内で使用するためのこの種のセンサ装置は、たとえば特許文献１または特許文献２から知られている。これらの文献に従って提案されたセンサ装置は、流動媒体の多数の流動特性を検知するために複数のセンサの組み合わせを使用している。特に特許文献２から流動媒体の湿度の検出に関して読み取れることは、そこで提案されているセンサ装置内に湿度センサまたは湿度モジュールが受容され、この湿度センサまたは湿度モジュールがセンサ装置とともに流動媒体の流動通路内に挿入されることである。流動通路内部では、流動媒体の全部が湿度センサの半透性ダイヤフラムのそばを通過する。この場合、凝縮水から発生する滴がダイヤフラムのまわりに配置された吸込み穴のエッジに引っ掛かったままになり、その後半透性ダイヤフラムを湿潤させることがある。その際にダイヤフラムの透性が損なわれて、媒体の湿度の確実な検出が保証されなくなることがある。また、通常は濾過されていないおよび／または機械的に圧縮されているプロセスガスである流動媒体の作用をダイヤフラムが直接受けることにより、たとえば吸気路を介して吸込まれる周囲空気中の塵埃または他の汚染粒子のような粗い不純物によって損傷を受けることがある。その結果、センサ要素が直接汚染され、該センサ要素が破損することがある。

さらに、特許文献３から、被分析流体内のアグレッシブな物質からセンサを保護する湿度センサ用保護装置が知られている。この文献で提案されている保護装置には、センサを取り囲むキャップが設けられ、キャップは、水蒸気を透過させるダイヤフラムを備えた開口部を備えている。

この種の多数のセンサ装置の場合、特に最近の湿度センサの場合、通常は少なくとも１つのセンサ要素が使用される。この少なくとも１つのセンサ要素は、上に挙げた技術水準でも述べられているように、通常はただ１つの保護ダイヤフラムによって、流動媒体の流動とのダイレクトな接触から少なくとも部分的に保護される。しかしながら、この保護ダイヤフラムがたとえば水滴片またはオイル滴片によって汚染されると、これは湿度測定能力が少なくとも一時的に欠落することを意味している。

独国特許出願公開第１０２０１００４３０６２Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２０１００４３０８３Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２００６０３３２５１Ａ１号明細書

これに対応して、流動する流動媒体の湿度を検知するための、特に内燃機関の吸気路内または排気路内のプロセスガスの湿度を検知するためのセンサ装置を提案する。絶対値および／または相対値として検知することのできる、ガスの可能な検知湿度に関しては、技術水準に関する上記の説明を参照してもらいたい。

センサ装置は、湿度を検知するための少なくとも１つのセンサ要素と、該センサ要素を遮蔽する少なくとも１つの保護ダイヤフラムとを備えた少なくとも１つの湿度モジュールを含んでいる。センサ要素とは、少なくとも１つのパラメータを検知し、パラメータのこの検知に対応する少なくとも１つの信号を生成するために設置されている要素である。たとえば、センサ要素は、ガスまたはガス混合物の湿度を検出するために適した少なくとも１つのセンサチップを含んでいてよい。これに関しては、たとえば技術水準で説明した湿度センサを指摘することができる。しかしながら、基本的には、センサ要素の他の構成も可能である。

センサ装置は、さらに、少なくとも１つのハウジングを有し、このハウジング内に測定室が配置され、この場合湿度モジュールは少なくとも部分的にハウジングの測定室内に配置されている。ハウジングとは、一般に、少なくとも１つの内室を有し、該少なくとも１つの内室の中に受容されているセンサ装置の１つまたは複数の構成要素のために保護機能を行なう装置である。特に、ハウジングは、機械的保護機能を提供するために設置されていてよい。これとは択一的に、または、これに加えて、たとえば湿気に対する保護機能、センサ装置を構築する際の機械的荷重に対する保護機能、熱的保護機能、または他の保護機能、または上記保護機能および／もしくは他の保護機能の組み合わせが与えられていてよい。好ましくは、ハウジングは、少なくとも機械的荷重に対する保護作用を保証するために設置されていてよい。たとえば、ハウジングは、たとえば流動媒体の流動室内に固定する際に通常の力で、たとえば通常のねじ力で変形しないような硬い金属から少なくとも部分的に製造してよい。ハウジングは、たとえば全体的にまたは部分的に金属材料および／またはプラスチック材料から製造されていてよい。

本発明の基本的思想によれば、ハウジングは、流動する流動媒体内へ軸線方向において突出している保護管を有し、該保護管は少なくとも１つの流入路と少なくとも１つの流出路とを有している。軸線方向とは、保護管の長手方向延在部によって定義される回転軸線であって、たとえば流動室の長手軸線に対し垂直に配向されていてよい前記回転軸線に沿った方向である。本発明によれば、流動媒体は流入路を通じて軸線方向とは逆の方向で測定室内へ流入することができ、流出路を通じて軸線方向において測定室から流出できる。

ハウジングは、有利には、流動媒体が軸線方向とは逆の方向に、有利にはセンサ装置の保護ダイヤフラムに対して垂直に流入路内へ流入できるように、構成されている。たとえば、この軸線も流動媒体の主流動方向に対し実質的に垂直に配向されていてよい。流入路、流出路、保護ダイヤフラムを平行にまたはほぼ平行に配向した配置も考えられる。さらに、付加的にセンサ装置がその軸線方向でもって重力ベクトルに対し平行に配置され、保護ダイヤフラムが重力作用を主旨として吸込み穴および排出穴に対し相対的に上にあるならば、特に有利である。流動媒体は、軸線方向とは逆の方向において次のように流入路内へ流入するべきであり、すなわち流動媒体がさらに測定室を貫流でき、そこでセンサ要素に到達してたとえばセンサ要素および／もしくは該センサ要素の少なくとも１つの測定表面と接触でき、ならびに／または、センサ要素内へ流入でき、その後に流動媒体が軸線方向において排出路を貫流して流動室内へ還流できるように、流入路内へ流入するべきである。

保護管に対し課せられる諸要求に対応して、通常は正確な整合が必要である。たとえば、湿度センサの高度なダイナミクスを保証するには、通常は保護管を貫流する十分な質量流を達成せねばならないが、しかしこのことは、保護管内部および測定室内部の流動速度を高くさせることになる。これに対して、保護管は、センサ要素への凝縮水および汚染粒子の搬送が最少化されるように整合または適合されている一方で、媒体の湿度を検知するために十分な保護管貫流量が確保されているのが好ましい。それ故、保護ダイヤフラムの面が水滴またはオイル滴で湿潤されるのを阻止し、特に水膜の形成を阻止し、これによってセンサ装置の一時的または最終的な故障を阻止し、且つ流動速度が高くなることによる保護ダイヤフラムのオーバーフロー時の汚染粒子の摩耗作用を低減させるためには、保護ダイヤフラムの保護が特に必要である。

この種の保護管の更なる有利な作用は、吸気路内または排気路内で水および／または汚染粒子をセンサ要素および保護ダイヤフラムから離間させておくことにあり、すなわち吸込まれた塵埃粒子、オイル滴、または、たとえば煤粒子のような燃焼残滓による水撃および／または汚染から保護することにある。これと同時に、媒体による十分なオーバーフローが保証されている。従って、流動する媒体の湿度を高精度で検知することができ、センサ装置、特にセンサ要素の機能性は、粒子、水滴、オイル滴またはオイル蒸気で強く汚染された媒体の中でも、および、たとえば液面の噴出的上昇の場合も保証されている。これは、特に、本発明によるセンサ装置がその軸線方向でもって重力ベクトルに対し平行に配向されて、流動する媒体の中へ突出しているようなケースである。換言すれば、保護ダイヤフラムが重力作用の主旨で吸込み穴に対し相対的に上にあるケースである。

特定のケースでは、たとえば水たまり等を走行した後に、車両のエアフィルタ後方の空気吸込み路の領域に多量の水が集まることがあり、この多量の水は他の方法では逃がすことができず、媒体の大きな体積流によって一緒に流れ去ることがある。これがセンサ装置に衝撃的に作用し、流入路と流出路とは実質的に比較的多量の水と接触する。流入路と流出路とが水で閉塞するケースでは、保護管はその幾何学的形状に基づき潜水鐘のような保護作用を獲得し、すなわちこの時点で保護管の内部にある、特に測定室の内部にある媒体の体積を封じ込め、汚染が増すにつれて、逆圧の生成によって測定室内部への水の侵入を阻止する。

さらに、有利には、保護管は、本発明によれば保護ダイヤフラムの十分なオーバーフローと、従ってセンサ要素への流動媒体の短い拡散時間と、流動媒体の湿度の検知に関するセンサ要素の短い反応時間とを提供するために設置されている。

これにより、保護管内にある媒体の十分な交換が行われて、湿度の正確な測定を可能にすることを保証できる。保護管内にある媒体の交換は、流動している媒体の湿度の変化とセンサ要素によるこの変化の検知との間の時間的遅延を有利な態様で最小化するために、有利には高速度で行われる。

本発明の他の構成によれば、保護管内部の流入路と流出路とが軸線方向に延びている回転軸線に関し回転対称に形成されているように構成されていてよい。これにより、まず、簡単にわずかなコストで生産できる回転体としての保護管の有利な構成が提供される。保護管の有利には回転対称な外面でいかなるコーナー、エッジも回避することには、保護管が流動媒体内で小さな流動抵抗を有し、流体の渦を最大限に回避させるという利点がある。

さらに、本発明によるセンサ装置の、最後に説明した実施態様によれば、湿度モジュールのセンサ要素が回転軸線に対し整列するように配置され、従って保護管を貫流する流体の被分析流動の作用を直接受けるのが有利である。これにより、脈動流の場合も、流動逆転の場合も、同様に有利な態様でセンサ要素が同等の作用を受ける。保護ダイヤフラムを介して、よってセンサ要素をも介して質量流を増大させるため、保護管の回転軸線に対し相対的にセンサ要素を非対称に配向することが考えられる。

さらに、保護管の軸線方向が流動媒体の流動方向に対し実質的に垂直に配向され、加えて重力ベクトルに対し平行に配向されていれば、特に有利である。従って、通常内燃機関の吸気路内および排気路内で使用されるような、ほとんどの場合管状に構成された流動室または流動通路では、保護管を流動通路の壁領域に特に簡単に固定することができる。さらに、流動室内部で流動媒体の主流動方向に対し保護管を垂直に配向することは、保護管の回転方向とは関係なく、均一な向流面が形成されるという利点を提供する。加えて、保護管の領域で、流動する媒体の部分流がほぼ９０゜だけ流入路の方向に転向する。流動方向のこのような大きな変化によっても、たとえば水滴が保護管の中へ侵入するのが阻止される。というのは、水滴はたとえばその慣性のためにこの急激な方向変化に追従できないからである。

本発明によるセンサ装置の更なる実施態様によれば、流動路は流出路を少なくとも部分的に同心に環状に取り囲んでいる。これにより、流入路と流出路とを結合させている測定室内での保護ダイヤフラムへの均一な向流が生じる。

同様に、流入路が少なくとも１つの吸込み穴を保護管内に有し、流出路が少なくとも１つの排出穴を保護管内に有するようにした、保護管の構成が設けられていてよい。この場合保護管は、排出穴が吸込み穴よりもさらに流動媒体の流動内部に配置されているように、流動媒体の流動内へ突出している。

有利には流動媒体の流動室内へ垂直に突出している保護管は、該保護管の外面によって形成される作用面によって流動媒体に流動抵抗を提供し、特に流出路の領域でハウジングに比べて延長されている流出用接続部材の外面によって、従って流動室の内部へさらに深く突出している流出用接続部材の外面によって、流動抵抗を提供する。保護管の外面が向流を受けることにより、向流してくる流動媒体がその上流側で淀み、これによっても、この領域での、すなわち少なくとも１つの吸込み穴の領域での圧力上昇が結果的に得られる。これに加えて、少なくとも１つの吸込み穴に直接引き裂きエッジを設けたことにより、直接吸込み穴に、比較的低速の領域であって、ベルヌーイ効果に従って比較的高い静圧の前記領域が発生するよう保証できる。保護管全体の排出効果により、および、特に負圧用接続部材に設けた排出穴を比較的大きな半径にすることにより、排出穴の領域に媒体の比較的高い流動速度が生じる。このようにして、ベルヌーイ効果の結果として排出穴に、吸込み穴の領域よりも低い静圧が支配するよう特に保証でき、このことは、煙突効果を生じさせ、従って少なくとも１つの吸込み穴から排出穴への本発明に従って意図される方向での保護管の貫流を生じさせる。保護管の貫流の正確な調整のため、吸込み穴はさらに適合した開口横断面を有していてよく、この開口横断面は円形、楕円形、または他の幾何学的形状を有していてよい。これにより、特にセンサ装置の反応時間に影響を与えることができ、これに伴ってセンサ装置の測定精度に影響を与えることができる。

前述した実施形態によれば、さらに、排出穴のまわりに半径方向に間隔をもって同心に配置される複数の吸込み穴が設けられているならば、有利である。たとえば、保護管は、少なくとも１つの流入用接続部材、有利には複数の流入用接続部材を有している。これは、保護管の回転対称な構成という思想を考慮したもので、流動室内に保護管を取り付ける際の、回転方向に対するセンサ装置の効力の依存性を、特に簡単に最小化させる。この場合、複数の吸込み穴は、有利には保護管の回転軸線に対して等間隔で且つ互いに所定の角度等間隔で配置される。このことは、どの吸込み穴も回転軸線を中心とする仮想の円に沿って連なって、それぞれ隣接の吸込み穴に対し常に等間隔を有していることを意味している。このように複数の吸込み穴を条件付きで角度不連続に配置すれば、個別の使用例において、保護管の考えられるどの回転角度位置に対しても、保護管の貫流の変化はわずかであり、従ってセンサ装置の測定技術的特性において変化はわずかであるが、しかしこの貫流のわずかな変化は、複数の吸込み穴の開口横断面を適宜適合させることによって部分的にまたは完全に補償することができる。

保護管の更なる可能な構成によれば、流出路は少なくとも部分的に流出用接続部材内で保護管の内側に配置されていてよい。それぞれ１つの吸込み穴はそれぞれ１つの流入用接続部材内に配置されていてよい。流出用接続部材または流入用接続部材としては、特に少なくとも部分的に管状に構成され、たとえば中空シリンダとして構成された要素が考えられる。流出用接続部材の排出穴で支配的な圧力状態に基づき、流出用接続部材は負圧用接続部材と呼ぶこともできる。以下で説明する流出用接続部材の構成に関しては、一定の内径または外径をもった管状要素に決して限定されるものではなく、特に内径または外径は変化させることができる。流出用接続部材は、有利にはほぼ０．２ｍｍないし１０ｍｍの壁厚を有し、さらに、有利には５ｍｍないし５０ｍｍの取り付け深さを有している。同様に、流出用接続部材が有利にはほぼ０．５ｍｍないし１０ｍｍの範囲の内径と、有利にはほぼ１ｍｍないし２０ｍｍの範囲の外径とを有するようにしてよい。さらに、流出路は有利には関連する吸込み穴の横断面積の総和とほぼ同じ横断面積を有している。関連する吸込み穴として、保護管の取り付け後に特に媒体の主流動方向とは逆の方向に配向されるような吸込み穴が挙げられるが、下流側に、すなわち媒体の主流動方向に配向され、本発明に従って意図される態様で、比較的高い静圧に基づいて保護管の貫流に寄与し、よって測定室の貫流に寄与するような吸込み穴も挙げられる。

従って、流出路がそのセンサ装置側端部に横断面先細り部を有していれば、ベルヌーイ効果の増幅作用をさらに有利に生じさせることができる。というのは、これによって保護ダイヤフラムの領域でのオーバーフロー速度が上昇し、よってセンサ要素の応答時間が短くなるからである。横断面先細り部としては、一般に、保護管が特定の部分でこれに境を接している部分よりも小さな横断面を有していることが考えられる。特に、連続的な横断面先細り部によって流出路内に流動方向とは逆の方向に形成される、或いは、流出路内で流動方向に見れば横断面拡大部によって形成される、流出用接続部材の内側または内面のディフューザ状構成は、ベルヌーイ効果の特に有利な増幅を提供し、すなわちダイヤフラムの領域での速度上昇を提供する。ディフューザ状に形成された流出路により、流出用接続部材内での壁剪断応力は小さくなる。すなわち換言すれば、圧力ロスが少なくなり、排出穴の大きな横断面により、保護管を貫流する媒体の流出速度が小さくなる。これにより、この負圧レベルの局所的に効果的な利用が達成される。たとえば流出路の端部で、すなわち排出穴の領域で一部のみをディフューザ状の構成にすることも考えられる。

さらに、流入路の、測定室内への開口部と、流出路の、測定室内への開口部との間に、保護ダイヤフラムに対し平行に延在する少なくとも１つの輪郭部分を配置して、センサ要素の保護ダイヤフラムのそばを流動媒体を可能な限り平行に有利に通過させることが考えられる。また、この場合、保護管が流入路の領域および流出路の領域で有利には０．１ｍｍないし１０ｍｍの範囲の半径、特に有利には０．５ｍｍないし１０ｍｍの範囲の半径を有するようにしてよい。

さらに、質量流を保護ダイヤフラムを介して、よってセンサ要素をも介して増大させるため、保護管の回転軸線に対し相対的にセンサ要素を非対称に配向することが考えられる。この種の非対称実施態様では、主流動方向とは逆方向において保護管の回転軸線に対するセンサ要素のずれが存在し、特に上流側の輪郭部分の方向において且つこの輪郭部分の高さに至るまで前記回転軸線に対し平行なセンサ要素の配向が存在する。これにより、検知した湿度信号のダイナミックスが向上するので有利である。前述したセンサ装置の実施態様を補完するように、輪郭部分の領域で発生する媒体の平行通過は、有利には保護ダイヤフラムの後方中央部に配置されるセンサ要素の領域で行われるという利点が得られる。

さらに、保護管には、流出用接続部材の外周面と吸込み穴との間に位置するように環状隙間を設けて、いわゆる「スプラッシュ効果」（保護管の外面にぶつかる水滴が吸込み穴の方向にばらばらに噴射される）を特に有利に阻止することができる。この場合、保護管に対する吸込み穴の間隔および径のサイズが次のように選定され、すなわち吸込み穴の領域における負圧によって生じる吸引作用が噴出している滴を吸込まないように、選定されているのも有利である。

さらに、１つまたは複数の吸込み穴の領域に、少なくとも１つの引き裂きエッジが形成されていてよく、これによって、流動媒体と一緒に凝縮水から成る滴が運ばれてきても、或いは、管壁から吸込み穴の方向に水膜が流れても、まず引き裂きエッジに引っ掛かり、新たに滴形状でそばを流動する媒体から引き裂かれ、吸込み穴に侵入することがない。従って、保護管の外面に沿って移動する凝縮水から成る滴も、流入路内への侵入が阻止されて、センサモジュールの保護ダイヤフラムとの接触を有利に阻止する。さらに、ハウジングの外側領域に引き裂きエッジを形成してよく、特にセンサ装置の組み立て後に流動室の壁部分の面から突出しているパッキンの領域にあるハウジングのエッジによって形成してよい。

本発明の更なる実施態様によれば、半径方向において１つまたは複数の吸込み穴の外側に設けられ、広範囲の逃がし通路を形成するリブは、有利には発生する毛細管作用を利用して、該リブによって捕捉されて逃がし通路内へ誘導される滴を吸込み穴の周囲で保護管の下流側外側面へ誘導する。同様に、温度差によって流動室の壁領域で形成される凝縮水から成る膜もリブによって捕捉される。このようにして、流入路内への水滴の侵入が阻止されるとともに、水滴による保護ダイヤフラムに対する作用も阻止される。

さらに有利な構成によれば、ハウジングは、流動媒体が貫流する流動室または流動通路の壁部分にハウジングを固定するための少なくとも１つの固定要素を有し、この場合固定要素は、固定状態で保護管が少なくとも部分的に、有利には５０ｍｍ以下の取り付け深さで、流動室内へ突出するように、構成されている。この場合、流動室は有利には実質的に円形または楕円形の横断面を有している。しかし、長方形の横断面、または、少なくとも１つの平坦な部分を備えた横断面も考えられる。ハウジングは、有利には流動室と、特に流動室の外壁と次のように結合可能であり、すなわち固定状態でハウジングの保護管が流動室の壁部分に設けられる開口部を通じて少なくとも部分的に流動室内へ突出するように、結合可能である。この目的のため、ハウジングは、たとえば、流動室に対するハウジングの機械的固定および／または安定化を生じさせるように設置されている少なくとも１つの固定要素を含んでいてよい。このためハウジングは、たとえば金属材料から作製されていてよい。しかし、これとは択一的に、または、これに加えて、他の材料を使用してよく、たとえばセラミック材料および／またはプラスチック材料を使用してよい。

さらに、センサ装置を流動室の壁部分に固定するため、固定要素が少なくとも１つの密封要素を有し、特に保護管を取り囲む少なくとも１つのＯリングを有して、センサ装置の領域で流動室の気密な密封を保証するならば、有利である。これにより、被分析媒体と流動室の外側にある周囲大気との交換を阻止することができる。

これに加えて、本発明によるセンサ装置の有利な構成によれば、ハウジングは少なくとも部分的にプラグセンサとして構成されていてよい。これとは択一的に、ハウジングの構成は中間板の形状で、または、センサ受容板の形状で行われ、この構成は、もしセンサがあれば、わずかな機械的変更でわずかな手間で追装備することができる。

本発明の更なる実施態様によれば、ハウジング内には少なくとも１つの電子室が形成されていてよい。さらに少なくとも１つの制御回路が設けられ、該制御回路は、湿度センサを制御するため、および、発生した測定信号を転送するために設けられている。さらに、センサ装置の制御回路は評価回路をも一緒に含んでいてよく、有利には電子室内に配置されていてよい。更なる利点は、湿度モジュールが少なくとも部分的に電子室内に配置されていることによって得られる。この場合、電子室は有利には少なくとも部分的に流動媒体の外側に配置されている。電子室とは、有利には直方体状の中空空間として構成された、電子回路または電子素子を受容するための空間である。しかし電子室は、有利には長方形の基面を有する半筒体であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態が図面に図示されており、以下に具体的に詳細に説明する。

本発明によるセンサ装置の有利な１実施形態の横断面図である。図１Ａは、図１の細部Ａの拡大図である。図１Ｂは、図１の細部Ｂの拡大図である。 本発明によるセンサ装置の有利な１実施形態の断面斜視図である。 本発明によるセンサ装置の他の実施形態の横断面図である。

図１と図２には、本発明によるセンサ装置１０のわずかに異なる２つの実施形態が異なる視角で図示されている。図１の図示は、保護管１６上に配置された湿度モジュール３２を備えるセンサ装置１０を示している。図２には保護管１６の択一的実施形態が図示され、この実施形態では、簡略化のため、且つ説明のため、湿度モジュール３２は図示されていない。これら２つの図示に共通な点を以下に説明する。

図１はセンサ装置１０の有利な１実施形態の断面図を示すもので、断面は流動媒体の主流動方向１２に対し平行で且つ保護管１６の回転軸線１４に沿った面内に延在している。保護管１６は、流出用接続部材１８ａと少なくとも１つの流入用接続部材１８ｂとを含んでいる。有利には、保護管１６は、図１に示したように流出用接続部材１８ａに対し同心に配置された複数の流入用接続部材１８ｂを含んでいる。たとえば、流出用接続部材１８ａは回転軸線１４に対し同心に配置され、複数の流入用接続部材１８ｂは周方向において回転軸線１４のまわりに均等に配分されて流出用接続部材１８ａの半径方向外側に配置されている。流出用接続部材１８ａは負圧用接続部材として作用し、流入用接続部材１８ｂは以下に詳細に説明するように過圧用接続部材として作用する。主流動方向１２を特徴づけている矢印は図１の図面内にある。説明を容易にするため、保護管１６の有利には回転対称な構成に基づいて、図で右側から左側へ延びる流動媒体の主流動方向１２を想定することができる。

さらに、図１に示した実施形態から、本発明によるセンサ装置１０が流動室２２の壁部分２０内に配置され、固定要素２４によって壁部分２０で保持されていることを詳細に見て取ることができる。この場合、図示から、特に、センサ装置１０の図示した実施形態の保護管１６が取り付け状態で壁部分２０の貫通穴２６を貫通して流動室２２内に突出していることが見て取れる。この場合保護管１６は、密封要素２８（たとえばＯリングであってよい）を受容するための、詳細に表わしていない溝を有している。密封要素２８は、一方では貫通穴２６内での保護管１６の支持部として用いられ、他方では貫通穴２６を外部に対し気密に密封するために用いられる。

さらに、図１の図示から、本発明によるセンサ装置１０がハウジング３０を有し、該ハウジング内に湿度モジュール３２が少なくとも部分的に配置されていることを見て取ることができる。さらに、センサ装置１０の図示した有利な実施形態のハウジング３０は、流動する流動媒体内に軸線方向３４ａにおいて突出する保護管１６を有している。保護管１６内には、少なくとも１つの流入路３６と１つの流出路３８とが形成されている。この場合、保護管１６内の流出路３８は、有利には回転軸線１４を中心にして回転対称に配置されている。さらに、流入路３６は回転軸線１４および流出路３８を中心にして共回転対称に形成されている。より正確には、流出路３８は流出用接続部材１８ａ内に形成され、それぞれ１つの流入路３６は複数の流入用接続部材１８ｂの１つの流入用接続部材内に形成されている。

図１の図示からさらに見てとれるように、流入路３６と流出路３８とは測定室４０を介して流動結合している。測定室４０の、流出路３８から見て反対側の端部には、流出路３８に対し同軸に整列して湿度モジュール３２のセンサ要素４２が配置されている。この場合、図１の図示から詳細に見てとれるように、湿度モジュール３２のセンサ要素４２は保護ダイヤフラム４によって測定室４０から空間的に切り離されている。

本発明による保護管１６の作用は、回転軸線１４に対し実質的に垂直に流動室２２内を通りすぎる流動媒体が流出用接続部材１８ａの上流側外面で淀んで、この領域での流動速度が低下することによって特に明確になる。その後流動媒体は、流入用接続部材１８ｂの領域で、特に吸込み穴４６の領域で、流出用接続部材１８ａの下端に設けた排出穴４８の領域での流動媒体よりも遅い速度で流れる。排出穴４８での流動速度のほうが高いことに対応して、この領域でも、吸込み穴４６の領域でよりも高い動圧が支配する。物理学的に見て、流動速度は流動媒体の動圧に比例した挙動を示し、動圧は静圧に反比例した挙動を示す。その結果、流出用接続部材１８ａの流動抵抗により、排出穴４８の領域でよりも高い静圧が支配する領域が吸込み穴４６の手前に提供される。流動媒体はこの圧力差に関して自然に補償する傾向を有するので、流動媒体の一部は吸込み穴４６を通り流入路３６に沿って測定室４０へ流れる。測定室４０から流動媒体はさらに軸線方向３４ａにおいて流出路３８に沿って流れ、排出穴４８を介して流動室２２内へ戻る。

外部に対し測定室４０をさらに密封するため、図示した実施形態によれば、有利には更なる密封要素７６が設けられ、この密封要素は、たとえば公知のＯリングパッキンによって形成されていてよく、貫通穴２６の周囲領域で壁部分２０とハウジング３０との間に延在するように配置されている。保護管１６は、図示のように、有利にはさらに１つのジャーナル６８と少なくとも１つの更なるジャーナル７０とを有し、これらのジャーナルでもって保護管１６はハウジング３０に対し支持されている。このためハウジング３０は、有利には、ジャーナル６８を受容するために有利に用いられる配向孔７２と、更なるジャーナル７０を受容するための支持孔７４とを有している。この場合配向孔７２は、有利には、ジャーナル６８の外径に実施的に対応している内径を有している。すなわち、換言すれば、有利には、配向孔７２とジャーナル６８とが小さな公差で製造されているような、保護管１６とハウジング３０のための構成がなされる。従って、ジャーナル６８と配向孔７２との間の遊びは、技術的または製造技術的に可能な限り小さく設計される。これにより、配向孔７２内でのジャーナル６８の端面側当接面に加えて完全な当接面が提供され、すなわちジャーナル６８の端面の横でその周面の少なくとも一部分をも含む当接面が提供され、これによってジャーナル６８のサイドガイドが達成され、よって保護管１６のサイドガイドも達成される。これにより、保護管１６をセンサ要素４２に対し相対的に、回転軸線１４に対し垂直な方向に、有利には主流動方向において側方に配向させることができる。更なるジャーナル７０は、支持孔７４内での対応する側方配向に関して移動自在に配置され、端面側の接触面だけでハウジング３０に対し支持される。

図１Ａは図１の細部Ａの拡大図であり、図１Ｂは図１の細部Ｂの拡大図である。保護管１６をハウジング３０に固定するため、たとえば配向孔７２および／または支持孔７４内に接着剤８２を挿入することができ、接着剤は、図１Ａおよび図１Ｂに図示したように、ジャーナル６８および／または更なるジャーナル７０の外周面と接着する。たとえば、接着剤８２は、ジャーナル６８および／または更なるジャーナル７０の端面側端部、ジャーナル６８および／または更なるジャーナル７０の外周面の少なくとも一部分、ならびに配向孔７２および／または支持孔７４を取り囲んでいる壁部分と接触するように、配向孔７２および／または支持孔７４に挿入される。

保護管１６は、さらに、有利には、示していない面を介して壁部分２０の外面上に載置されている。従って、保護管１６はハウジング３０と壁部分２０との間で該保護管１６を締め付けることによって保持される。センサ要素４２をたとえば保護管１６の回転軸線１４に対して側方にずらすために、所望のずれが達成されるようにたとえば配向孔７２をハウジング３０内で適宜位置決めすることができる。このために、場合によっては、詳しくは示していない固定要素２４用の孔をハウジング３０内で同様に適当にずらして設けることが必要な場合がある。

さらに、図１の図示から見て取れることは、両ジャーナル６８，７０を介してハウジング３０を回転軸線１４に沿った方向におよびその逆の方向に保護管１６に対し相対的に配向できる可能性があることである。これによって、特に測定室４０の高さを適合させることができる。これは結果的に、測定室４０の貫流にさらに影響し、よってセンサ装置１０の反応時間および感度にも影響し、これによって有利な態様で媒体の湿度をより迅速且つ正確に検知することが可能になる。

図２に図示した本発明の有利な１実施形態によれば、測定室４０内への流入経路３６の開口部５０の領域と、測定室４０内への流出路３８の開口部５２の領域とに、流入路３６と流出路３８とを結合させる輪郭部分５４が設けられているようにすることができる。この場合輪郭部分５４は、有利には、流入路３６の開口部５０と流出路３８の開口部５２との間に、保護ダイヤフラム４４に平行に延在する平坦な輪郭部分５４が形成されるような、１つの半径または２つの半径を有していてよい。有利には測定室４０内で部分的に保護ダイヤフラム４４に対し平行に延在するこの輪郭部分５４により、同様に部分的に保護ダイヤフラム４４に対し平行に方向づけられる流動媒体の流動が生じ、このことは測定プロセスに対し有利に作用する。

流動媒体の流動と一緒に運ばれてきて、通常は吸込み穴４６のサイズ範囲内で移動することのできる水滴の侵入を本発明に従って阻止するため、図１に図示したように、有利には流入路３６と流出路３８との間に環状隙間５６が配置されていてよい。これにより、流出用接続部材１８ａの外面に対しより大きな水滴が衝突することで側方へ飛び散ることによって生じるより小さな水滴の吸込みまたは侵入が有利な態様で阻止される。というのは、水滴がこのために設けられている環状隙間５６内へ噴射され、或いは、図３で認められるようにシェーディングにより吸込み穴４６に到達できないからである。

流動室２２の外部に対する流動室２２の内部の温度差に基づいて、流動室２２の内壁に凝縮水が形成されることもありうる。主に流動室２２の内壁面に膜として形成されるこの凝縮水は、同様に流動媒体１２の流動により流動方向に一緒に運ばれる。さらに、凝縮水から成るこの膜が吸込み穴４６を介して測定室４０内へ侵入するのを阻止するため、図１に示したように、吸込み穴４６の領域にリブ５８を設けて、保護管１６の外面を下流側へ滑動する凝縮水から成る膜を捕捉し、リブ５８によって形成される逃がし通路６０を介して吸込み穴４６の領域のまわりに誘導するようにしてよい。リブ５８は下流側で引き裂きエッジ６２として機能し、この引き裂きエッジにおいて、形成される滴は流動している流動媒体から引き裂かれる。さらに、吸込み穴４６は有利には接続部材として形成されて、その下端に更なる引き裂きエッジ６２を形成する。図１の図示からさらに見て取れるように、ハウジング３０は少なくとも１つの電子室６４を有し、電子室は有利にはセンサ装置１０の制御回路６６を受容している。その結果、湿度モジュール３２は、保護管１６上方の測定室４０内のセンサ要素４２および保護ダイヤフラム４４とともに少なくとも部分的に電子室６４内に配置されている。

図３は、本発明によるセンサ装置１０の他の可能な実施形態の横断面図である。以下では、図１に示した実施形態と異なる点のみを説明する。

図３に示したように、保護管１６は、流動室２２の内部に、図１に図示した実施形態と比較して変更した表面構造を有している。特に、以下で詳細に説明するように、保護管１６には複数の引き裂きエッジ６２ａ，６２ｂ，６２ｃが形成されている。特に、保護管１６は、吸込み穴４６付近の少なくとも１つの引き裂きエッジ６２ｃと、排出穴４８付近の、比較的大きな半径を備えた少なくとも１つの丸み部６２ｄとを有している。吸込み穴４６付近の引き裂きエッジ６２ｃのエッジ半径は、排出穴４８付近の丸み部６２ｄの半径よりも著しく小さく、或いは、９０゜の角度よりも鋭いエッジである。従って、たとえば保護管１６の、吸込み穴４６と流出用接続部材１８ａの外面との間の領域は、すなわち衝突面７８ｂの領域は、回転軸線１４側で直接に吸込み穴４６に境を接して周回するように延びる衝突面７８ａを形成するような延在態様を有している。当該衝突面７８ａの、図示で下端に、引き裂きエッジ６２ａを形成するため、この引き裂きエッジ６２ａと流出用接続部材１８ａの外面との間に隙間８０が設けられている。吸込み穴４６に直接境を接している衝突面７８ａの構成は、吸込み穴４６の領域での過圧レベルを高くさせ、従って保護管１６の貫流を向上させるので有利である。さらに、主流動方向１２に見て排出穴４８の方向へ突出している流出用接続部材１８ａは、その外面に更なる衝突面７８ｂを有している。衝突面７８ｂの下端には丸み部６２ｄが形成され、この丸み部は、衝突面７８ｂと排出穴４８に境を接している流出用接続部材１８ａの壁との間の移行部を形成している。丸み部６２ｄの半径は、排出穴４８に可能な限り大きな負圧を生じさせる必要があるために、可能な限り大きく実施すべきである。引き裂きエッジ６２ａは比較的大きなエッジ半径を有していてよい。たとえば、丸み部６２ｄの半径は２ｍｍないし１５ｍｍの範囲内にあり、たとえば８ｍｍである。引き裂きエッジ６２ａは１ｍｍないし１０ｍｍのエッジ半径を有し、たとえば５ｍｍのエッジ半径を有している。

さらに、保護管１６は壁部分２０への外側移行領域においても衝突面７８ｃを形成しており、この衝突面は半径方向内側へ接続している平坦な延在部へ移行している。この、平坦な延在部への移行部の領域には、更なる引き裂きエッジ６２ｂが形成され、この引き裂きエッジには、たとえば壁部分２０の内表面に沿って流れる水膜が集まることができ、引き裂きエッジ６２ｂでの滴形成によって媒体の流動から引き裂くことができる。引き裂きエッジ６２ｂの半径はたとえば０．１ｍｍないし５ｍｍの範囲であってよい。

吸込み穴４６は、有利には、前述した保護管１６の平坦な延在部から突出している。これによって吸込み穴４６の半径方向外側部分に形成される更なる引き裂きエッジ６２ｃは、ほぼ０．１ｍｍないし１．０ｍｍの範囲のエッジ半径、たとえば０．８ｍｍのエッジ半径を有していてよく、従って引き裂きエッジ６２ａと６２ｂのエッジ半径よりも著しく小さいエッジ半径を有していてよい。引き裂きエッジ６２ｂはほぼ０．１ｍｍないし５ｍｍの範囲のエッジ半径、たとえば２ｍｍのエッジ半径を有していてよい。

１０ センサ装置
１２ 主流動方向
１４ 回転軸線
１６ 保護管
１８ａ 流出用接続部材
１８ｂ 流入用接続部材
２０ 流動室の壁部分
２２ 流動室
２４ 固定要素
３０ ハウジング
３２ 湿度モジュール
３４ａ 軸線方向
３４ｂ 軸線方向とは逆の方向
３６ 流入路
３８ 流出路
４０ 測定室
４２ センサ要素
４４ 保護ダイヤフラム
４６ 吸込み穴
４８ 排出穴
５０ 測定室への流入路の開口部
５２ 測定室への流出路の開口部
５４ 輪郭部分
５６ 環状隙間
６２ｃ 引き裂きエッジ
６２ｄ 丸み部

Claims (12)

1. 流動する流動媒体の湿度を検知するためのセンサ装置（１０）であって、前記湿度を検知するための少なくとも１つのセンサ要素（４２）と、該センサ要素（４２）を遮蔽している少なくとも１つの保護ダイヤフラム（４４）とを備えた少なくとも１つの湿度モジュール（３２）を含み、前記センサ装置（１０）がさらに少なくとも１つのハウジング（３０）を有し、前記湿度モジュール（３２）が少なくとも部分的に前記ハウジング（３０）の測定室（４０）内に配置されている、前記センサ装置（１０）において、
   前記ハウジング（３０）が、流動する前記流動媒体内へ軸線方向（３４ａ）において突出している保護管（１６）を有し、該保護管（１６）が少なくとも１つの流入路（３６）を有し、前記流動媒体が前記流入路（３６）を通じて前記軸線方向とは逆の方向（３４ｂ）で前記測定室（４０）内へ流入することができ、前記保護管（１６）がさらに少なくとも１つの流出路（３８）を有し、前記流動媒体が前記流出路（３８）を通じて前記軸線方向（３４ａ）において前記測定室（４０）から流出できることを特徴とするセンサ装置（１０）。
2. 前記保護管（１６）が、前記保護ダイヤフラム（４４）の十分なオーバーフローと、前記流動媒体の前記湿度の検知に関する前記センサ要素（４２）の短い反応時間とを提供するために設置されている、先行請求項に記載のセンサ装置（１０）。
3. 前記流入路（３６）と前記流出路（３８）とが前記軸線方向（３４ａ）に延びている回転軸線（１４）に関し回転対称に形成されている、先行請求項のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）。
4. 前記保護管（１６）の前記軸線方向（３４ａ）が前記流動媒体の主流動方向（１２）に対し実質的に垂直に配向されている、先行請求項のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）。
5. 前記流入路（３６）が前記流出路（３８）を少なくとも部分的に同心に環状に取り囲んでいる、先行請求項のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）。
6. 前記流入路（３６）が少なくとも１つの吸込み穴（４６）を前記保護管（１６）内に有し、前記流出路（３８）が少なくとも１つの排出穴（４８）を前記保護管（１６）内に有し、前記保護管（１６）は、前記排出穴（４８）が前記吸込み穴（４６）よりもさらに前記流動媒体の流動内部に配置されているように、前記流動媒体の流動内へ突出している、先行請求項のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）。
7. 前記保護管（１６）が、前記吸込み穴（４６）付近に配置される少なくとも１つの引き裂きエッジ（６２ｃ）と、前記排出穴（４８）付近に配置される少なくとも１つの丸み部（６２ｄ）とを有し、前記吸込み穴（４６）付近に配置される前記引き裂きエッジ（６２ｃ）のエッジ半径が、前記排出穴（４８）付近に配置される前記丸み部（６２ｄ）の半径よりも著しく小さい、先行請求項に記載のセンサ装置（１０）。
8. 前記排出穴（４８）のまわりに半径方向に間隔をもって同心に配置される複数の前記吸込み穴（４６）が設けられている、２つの先行請求項のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）。
9. 前記保護管（１６）が、１つの流出用接続部材（１８ａ）と、少なくとも１つの流入用接続部材（１８ｂ）とを含み、前記流出路（３８）が少なくとも部分的に前記流出用接続部材（１８ａ）内に配置され、前記流入路（３６）が前記流入用接続部材（１８ｂ）内に配置されている、先行請求項のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）。
10. 前記保護管（１６）が、前記流出用接続部材（１８ａ）の外周面と前記吸込み穴（４６）との間に環状隙間（５６）を有している、先行請求項に記載のセンサ装置（１０）。
11. 前記流入路（３６）の、前記測定室（４０）内への少なくとも１つの開口部（５０）と、前記流出路（３８）の、前記測定室（４０）内への少なくとも１つの開口部（５２）との間に、前記保護ダイヤフラム（４４）に対し平行に延在する少なくとも１つの輪郭部分（５４）が配置されている、先行請求項のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）。
12. 前記ハウジング（３０）が、前記流動媒体が貫流する流動室（２２）の壁部分（２０）に前記ハウジング（３０）を固定するための少なくとも１つの固定要素（２４）を有し、該固定要素（２４）は、固定状態で前記保護管（１６）が少なくとも部分的に前記流動室（２２）内へ突出するように、構成されている、先行請求項のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）。

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