WO2007134982A1 - Flow channel for housing a flow sensor - Google Patents

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WO2007134982A1
WO2007134982A1 PCT/EP2007/054558 EP2007054558W WO2007134982A1 WO 2007134982 A1 WO2007134982 A1 WO 2007134982A1 EP 2007054558 W EP2007054558 W EP 2007054558W WO 2007134982 A1 WO2007134982 A1 WO 2007134982A1
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WO
WIPO (PCT)
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sound
flow
flow channel
reflector
transducer
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/054558
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German (de)
French (fr)
Inventor
Rudolf Bierl
Stefan Pesahl
Frank Steuber
Andreas Wildgen
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Gmbh filed Critical Continental Automotive Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/662—Constructional details

Definitions

  • the invention relates to a flow channel having an opening for receiving a flow sensor, which has a first and a second sound transducer, wherein a respective sound transducer is arranged at the end of a measuring section and is connected to a downstream evaluation, which emitted from the duration of one of the sound transducers and received sound wave determines the flow velocity of a fluid.
  • Flow sensors are used, for example, as mass air flow sensors in the intake tract of internal combustion engines in order to determine the intake air mass and to supply the internal combustion engine accordingly with fuel.
  • the intake tract here forms the flow channel.
  • a flow sensor and a flow channel for receiving the flow sensor are known from DE 33 31 519 A1.
  • side nozzles are formed on a flow channel, in each of which ultrasonic transducers are arranged.
  • the ultrasonic transducers define a measuring path that runs at an angle to the flow direction.
  • An evaluation circuit connected downstream of the ultrasonic transducers determines the propagation time of the ultrasonic signals along the measuring path and calculates therefrom the flow velocity of the fluid in the flow channel.
  • a disadvantage of the known device is that the installation and adjustment of the sound transducer in the neck of the flow channel is expensive. On the one hand, it must be ensured that the transducers are aligned with each other. On the other hand, the supply lines for the sound transducers must pass through the wall of the connecting piece to the outside and from there to Evaluation unit to be guided. In this case, the cable strands must often be routed around the flow channel to the evaluation unit. Since the length of the measuring path between the one and the other sound transducer of high importance for the quality of the measurement result, the sound transducers must be positioned as far away from each other.
  • the known from the prior art flow sensors according to the ultrasonic principle relative are large and bulky components.
  • the present invention seeks to provide a flow channel, which allows the inclusion of a compact, easy-mount flow sensor.
  • the flow sensor should run well even with a compact design measurement results.
  • the flow sensor can be made extremely compact. Nevertheless, it is a relatively long time
  • the sound reflector is formed on or in the wall of the flow channel.
  • the sound reflector has the least influence on the fluid flow and can easily be formed in the production of the flow channel in or on the wall of the flow channel.
  • the sound reflector is connected by means of brackets with the flow channel and arranged away from the wall of the flow channel.
  • brackets with the flow channel and arranged away from the wall of the flow channel.
  • the sound reflector focuses the sound wave toward at least one of the sound transducers. This focusing effect of the sound reflector allows the use of sound waves of lower intensity, the quality of the measurement results are further improved.
  • the sound reflector compensates for the passage of the sound wave. This is very important for the measurement of high flow velocities, since without the compensation of the drift, the sound wave arriving at the sound transducer has a very low intensity. By compensating the drift with the help of the advantageously designed surface of the reflector, a very good measurement result can be achieved even at high flow velocities of the fluid.
  • the transducers can each be separate transmitters or receivers or combined transmitters and receivers.
  • the sound signals emitted and received by the sound transducers are ultrasonic signals.
  • FIG. 1 shows a cross section through a flow sensor mounted in a flow channel
  • FIG. 2 shows a flow sensor for determining the flow velocity of a fluid flowing in a flow channel
  • FIG. 3 shows the flow channel known from FIG. 2, wherein the fluid flows at a substantially higher speed
  • Figure 4 shows a further embodiment of the flow sensor
  • Figure 5 is a precise representation of the sound reflector
  • Figure 6 shows a sound reflector, which is supported by brackets.
  • Figure 1 shows a cross section through a flow channel 1, which has a side-mounted nozzle 2 with an opening 3.
  • the flow channel 1 is formed here as a tube.
  • a flow sensor 4 can be introduced into the interior of the tube 1.
  • the flow sensor 4 has a head part 5, in which a printed circuit board 6 is located, on which a transmitter 17 for the operation of the flow sensor 4 required evaluation 17, the components 7, is arranged.
  • the side strips 9 which extend into the interior of the tube 1 after the assembly of the flow sensor 4 on the tube 1, are also attached to the head part 5 of the flow sensor 4.
  • the side strips 9 hold sound transducers 10 and 11, which define a measuring section 12.
  • the measuring section 12 is aligned at an acute angle ⁇ to a flow direction 13 of a fluid 14 flowing in the pipe 1.
  • the angle ⁇ between the measuring section 12 and the flow direction 13 is preferably between 40 and 45 degrees.
  • the sound transducer 10 During operation of the flow sensor 4, the sound transducer 10, for example, emits a first ultrasonic wave 16.
  • This first ultrasonic wave is received by the sound transducer 11.
  • the sound transducer 11 then sends a second Ultrasonic wave 16, which is received by the transducer 10.
  • the transit time of the first and the second ultrasonic wave 16 is determined by a transmitter 17, which may be integrated on the circuit board 6 or which is arranged outside of the flow sensor 4.
  • the flow velocity v of the fluid 14 in the tube 1 is apart from various disturbing effects that can corrupt the measurement result proportional .DELTA.t / t up t dovm , .DELTA.t the difference of the maturities and t up and t down respectively the maturities in the direction of flow 13 or opposite the flow direction 13 are.
  • the arrow denoted by 13 symbolizes in the following the direction of flow and also the flow velocity of the fluid 14. From the flow velocity v of the fluid 14, taking into account the temperature, the mass of the required fluid 14 can be deduced.
  • the flow sensor 4 can be used as an air mass meter in the intake tract of an internal combustion engine.
  • the fluid 14 is preferably a gaseous medium, in particular air.
  • the fluid 14 may also be a liquid, such as gasoline.
  • FIG. 2 shows a flow sensor 4 for determining the
  • the flow sensor 4 consists of a head part 5 with a first and a second sound transducer 10,11. Each of these sound transducers 10, 11 is arranged at the end of a measuring section 12 and connected to a downstream evaluation electronics 17. The connection of the transmitter 17 to the transducers 10, 11 via electrical lines 8. The transducers 10, 11 are arranged symmetrically to the transmitter 17, whereby the electrical wires 8 have approximately the same length, resulting in time measurements a significant improvement in the measurement result has, since the signals from the Sound transducers 10, 11 arrive over approximately equal distances to the measuring electronics.
  • the measuring electronics 17 is in turn connected via electrical conductors 8 with an electrical connection 18, which may be designed as a plug and which is the connection to the subsequent electronics.
  • a sound reflector 15 is formed in the flow channel 1 with respect to flow sensor 4, a sound reflector 15 is formed. If, for example, the first sound transducer 10 emits a sound wave 16, it passes to the sound reflector 15 and is deflected there and directed to the second sound transducer 11. The second sound transducer 11 registers the impact of the first sound wave 16 and generates a corresponding signal, which reaches the evaluation electronics 17 via the electrical line 8. Thereafter, the second sound transducer 11 can emit a second sound wave 16, which reaches the first sound transducer 10 via the sound reflector 15. This also registers the impact of the sound wave 16 and generates an electrical signal, which is supplied to the transmitter 17.
  • the measuring path 12 is composed of the path from the first sound transducer 10 to the sound reflector 15 and the path from the sound reflector 15 to the second sound transducer 11 and vice versa. From the measured time differences can now be closed to the flow rate 13 of the fluid 14. If the flow sensor 4 is used in the intake passage of an internal combustion engine, then the mass of the intake air can be determined.
  • a long measuring section 12 can be realized, wherein the flow sensor 4 can be made very compact and the sound transducers 10, 11 can be arranged symmetrically in a very advantageous manner.
  • the flow sensor 4 is shown in its installed position in the flow channel 1.
  • the fluid 14 which may be a gas, in particular air.
  • the fluid 14 flows in the flow direction and with the Flow rate, which is indicated by the arrow 13.
  • the flow sensor 4 is installed here in an opening 3 of the flow channel 1.
  • a relatively small flow velocity is indicated by the arrow 13.
  • the arrow 13 is much larger and stronger, which should indicate a much higher flow velocity.
  • the phenomenon of bleeding (also referred to as blowing) of the surge wave 16 occurs.
  • the sound wave 16 propagates in space due to atomic and molecular collisions of the fluid particles.
  • the sound wave 16 is clearly deflected by its straight propagation direction and transported with the vector of the flow velocity 13.
  • the propagation line of the sound wave 16 results as a vectorial superposition of the sound velocity and the flow velocity 13 of the fluid 14, which is indicated by the slightly curved dashed lines.
  • the sound wave 16 no longer reaches the center of the sound reflector 15 at high flow velocity 13.
  • a situation is shown in which the sound wave 16 reaches the edge of the sound reflector 15 due to a very high flow velocity 13 of the fluid 14.
  • the sound reflector 15 is designed such that it deflects the sound wave 16 in such a way that it reaches the center of the first sound transducer 10 despite the drifts.
  • FIG. 3 a it has been assumed that the sound wave 16 is emitted by the second sound transducer 11, reflected by the sound reflector 15, and guided to the first sound transducer 10.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the flow sensor 4.
  • the sound transducers 10, 11 are located below the transmitter 17, but in turn symmetrically to this.
  • the flow sensor 4 according to FIG. 5 has now two sound reflectors 15 and a third sound reflector 15 is disposed in the flow channel 1. It is also conceivable that all three sound reflectors are arranged in the flow channel.
  • a sound wave 16 emitted by the first sound transducer 10 first reaches the right sound reflector 15 and is guided there to the middle parabolically configured sound reflector 15 which deflects the wave to the left sound reflector 15, where it is deflected again and then the second sound reflector 15 Sound converter 11 to achieve. In this way, a very long measuring section 12 is realized, which takes place in a very compact flow sensor 4 space.
  • FIG. 5 shows a precise representation of the sound reflector 15.
  • the sound reflector 15 is integrated into the wall of the flow channel 1. Important is the shape of the surface of the sound reflector 15.
  • the surface of the sound reflector 15 has a curvature K L along the flow direction 13 and a curvature K Q transverse to the flow direction 13 of the fluid 14.
  • the curvatures K L , K Q can be designed such that the sound wave 16 is optimally focused on the center of the first and second sound transducers 10, 11.
  • the curvatures K L , K Q of the surface of the acoustic reflector 15 can be designed in such a way that the weakening of the acoustic wave 16 is compensated so that the sound wave 16 reaches the center of the acoustic transducers 10, 11 even at high flow velocity 13.
  • This advantageous embodiment of the surface of the sound reflector in conjunction with the long measuring section 12 enables the production of very high quality and accurate measurement signals.
  • FIG. 6 shows a sound reflector having the properties for focusing and compensating for the drifting characteristic of FIG.
  • the sound reflector 15 is supported here by brackets 19 which are connected to the flow channel 1.
  • brackets 19 make it possible to position sound reflectors 15 in almost every position in the flow channel.

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Abstract

The invention relates to a flow channel with an opening to house a flow sensor, comprising a first and a second sonic transducer, one transducer being arranged at each end of a measuring run connected to a subsequent analytical electronic circuit which determines the flow speed of a fluid from the run times of a sound wave emitted and received by the sonic transducers. According to the invention, a flow channel permitting the housing of a compact easily assembled flow sensor with provision of good results even with a compact assembly can be achieved by means of placing a sound reflector in the flow channel which deflects a sound wave from one sonic transducer to the other.

Description

Beschreibungdescription
STRÖMUNGSKANAL ZUR AUFNAHME EINES ULTRASCHALLDURCHFLUSSENSORSFLOW CHANNEL FOR RECEIVING A ULTRASONIC FLOW SENSOR
Die Erfindung betrifft einen Stromungskanal mit einer Öffnung zur Aufnahme eines Durchflusssensors, der einen ersten und einen zweiten Schallwandler aufweist, wobei jeweils ein Schallwandler am Ende einer Messstrecke angeordnet ist und mit einer nachgeschalteten Auswerteelektronik verbunden ist, die aus der Laufzeit einer von den Schallwandlern ausgesandten und empfangenen Schallwelle die Stromungsgeschwindigkeit eines Fluids bestimmt.The invention relates to a flow channel having an opening for receiving a flow sensor, which has a first and a second sound transducer, wherein a respective sound transducer is arranged at the end of a measuring section and is connected to a downstream evaluation, which emitted from the duration of one of the sound transducers and received sound wave determines the flow velocity of a fluid.
Durchflusssensoren werden beispielsweise als Mass Air Flow Sensoren im Ansaugtrakt von Brennkraftmaschinen eingesetzt, um die angesaugte Luftmasse zu bestimmen und die Brennkraftmaschine entsprechend mit Kraftstoff zu versorgen. Der Ansaugtrakt bildet hier den Stromungskanal.Flow sensors are used, for example, as mass air flow sensors in the intake tract of internal combustion engines in order to determine the intake air mass and to supply the internal combustion engine accordingly with fuel. The intake tract here forms the flow channel.
Ein Durchflusssensor und ein Stromungskanal zur Aufnahme des Durchflusssensors sind aus der DE 33 31 519 Al bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung zur Messung der Stromungsgeschwindigkeit von Fluiden mit Hilfe von Ultraschall sind an einem Stromungskanal seitliche Stutzen ausgebildet, in denen je- weils Ultraschallwandler angeordnet sind. Die Ultraschallwandler definieren eine im Winkel zur Stromungsrichtung verlaufende Messstrecke. Eine den Ultraschallwandlern nachgeschaltete Auswerteschaltung bestimmt die Laufzeit der Ultraschallsignale entlang der Messstrecke und berechnet daraus die Stromungsgeschwindigkeit des Fluids im Stromungskanal.A flow sensor and a flow channel for receiving the flow sensor are known from DE 33 31 519 A1. In the known apparatus for measuring the flow velocity of fluids with the aid of ultrasound, side nozzles are formed on a flow channel, in each of which ultrasonic transducers are arranged. The ultrasonic transducers define a measuring path that runs at an angle to the flow direction. An evaluation circuit connected downstream of the ultrasonic transducers determines the propagation time of the ultrasonic signals along the measuring path and calculates therefrom the flow velocity of the fluid in the flow channel.
Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung ist, dass die Montage und Justage der Schallwandler in den Stutzen des Stromungskanals aufwandig ist. Zum einen muss sichergestellt sein, dass die Schallwandler aufeinander ausgerichtet sind. Zum anderen müssen die Versorgungsleitungen für die Schallwandler durch die Wand der Stutzen hindurch nach außen und von dort zur Auswerteeinheit gefuhrt werden. Dabei müssen die Kabelstrange häufig um den Stromungskanal herum zur Auswerteeinheit gefuhrt werden. Da die Lange der Messstrecke zwischen dem einen und dem anderen Schallwandler von hoher Bedeutung für die Qualität des Messergebnisses ist, müssen die Schallwandler in möglichst großer Entfernung voneinander positioniert werden. Die aus dem Stand der Technik bekannten Durchflusssensoren nach dem Ultraschallprinzip relativ sind große und sperrige Bauteile .A disadvantage of the known device is that the installation and adjustment of the sound transducer in the neck of the flow channel is expensive. On the one hand, it must be ensured that the transducers are aligned with each other. On the other hand, the supply lines for the sound transducers must pass through the wall of the connecting piece to the outside and from there to Evaluation unit to be guided. In this case, the cable strands must often be routed around the flow channel to the evaluation unit. Since the length of the measuring path between the one and the other sound transducer of high importance for the quality of the measurement result, the sound transducers must be positioned as far away from each other. The known from the prior art flow sensors according to the ultrasonic principle relative are large and bulky components.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde einen Stromungskanal zu schaffen, der die Aufnahme eines kompakten, einfach montierbaren Durchflusssensors ermöglicht. Der Durchflusssensor soll auch bei kompakter Bauweise gut Messergebnisse liefen.Based on this prior art, the present invention seeks to provide a flow channel, which allows the inclusion of a compact, easy-mount flow sensor. The flow sensor should run well even with a compact design measurement results.
Diese Aufgabe wird durch den Stromungskanal mit den in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Merkmalen gelost. In davon abhangigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.This object is achieved by the flow channel having the features specified in the independent claim. In dependent claims advantageous embodiments and developments are given.
Wenn in dem Stromungskanal ein Schallreflektor ausgebildet ist, der eine Schallwelle von dem einen Schallwandler zu dem anderen lenkt, kann der Durchflusssensor äußerst kompakt gestaltet werden. Dennoch steht eine relativ langeIf in the flow channel a sound reflector is formed, which directs a sound wave from one transducer to the other, the flow sensor can be made extremely compact. Nevertheless, it is a relatively long time
Messstrecke zwischen den Schallwandlern zur Verfugung, so dass ein qualtitativ hochwertiges Messergbnis erzielt wird.Measuring distance between the transducers at your disposal, so that a qualitatively high-quality Messersbnis is achieved.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Schallreflektor an oder in der Wand des Stromungskanals ausgebildet. Hier be- einflusst der Schallreflektor den Fluidstrom am wenigsten und er ist leicht bei der Herstellung des Stromungskanals in oder an der Wand des Stromungskanals mit ausbildbar.In an advantageous development of the sound reflector is formed on or in the wall of the flow channel. Here, the sound reflector has the least influence on the fluid flow and can easily be formed in the production of the flow channel in or on the wall of the flow channel.
Bei einer anderen Weiterbildung ist der Schallreflektor mittels Halterungen mit dem Stromungskanal verbunden ist und von der Wand des Stromungskanals entfernt angeordnet. Hier durch ist es möglich den Schallreflektor in jeder beliebigen Position im Stromungskanal zu positionieren.In another embodiment, the sound reflector is connected by means of brackets with the flow channel and arranged away from the wall of the flow channel. Here through It is possible to position the sound reflector in any position in the flow channel.
Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung fokussiert der Schallreflektor die Schallwelle zu mindestens einem der Schallwandler hin. Diese fokussierende Wirkung des Schallreflektors ermöglicht die Verwendung von Schallwellen geringerer Intensität, wobei die Messergebnisse in ihrer Qualität weiter verbessert werden.Within the scope of an advantageous embodiment of the invention, the sound reflector focuses the sound wave toward at least one of the sound transducers. This focusing effect of the sound reflector allows the use of sound waves of lower intensity, the quality of the measurement results are further improved.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kompensiert der Schallreflektor das Verwehen der Schallwelle. Dies ist sehr wichtig für die Messung hoher Stromungsgeschwindigkeiten, da ohne die Verwehungskompensation die am Schallwandler eintreffende Schallwelle ein sehr geringe Intensität aufweist. Durch die Kompensation der Verwehung mit der Hilfe der vorteilhaft gestalteten Oberflache des Reflektors, kann auch bei hohen Stromungsgeschwindigkeiten des Fluides ein sehr gutes Messergebnis erzielt werden.In a further advantageous embodiment, the sound reflector compensates for the passage of the sound wave. This is very important for the measurement of high flow velocities, since without the compensation of the drift, the sound wave arriving at the sound transducer has a very low intensity. By compensating the drift with the help of the advantageously designed surface of the reflector, a very good measurement result can be achieved even at high flow velocities of the fluid.
Die Schallwandler können jeweils separate Sender oder Empfanger oder auch kombinierte Sender und Empfanger sein. Vorzugsweise sind die von den Schallwandlern ausgesandten und empfangenen Schallsignale Ultraschallsignale.The transducers can each be separate transmitters or receivers or combined transmitters and receivers. Preferably, the sound signals emitted and received by the sound transducers are ultrasonic signals.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen anhand der beigefugten Zeichnung erläutert werden. Es zeigen:Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description, are explained in the exemplary embodiments of the invention in detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figur 1 einen Querschnitt durch einen in einem Stromungskanal montierten Durchflusssensor;1 shows a cross section through a flow sensor mounted in a flow channel;
Figur 2 einen Durchflusssensor zur Bestimmung der Stro- mungsgeschwindigkeit eines in einem Stromungskanal stromenden Fluids; Figur 3 den aus Figur 2 bekanten Stromungskanal, wobei das Fluid mit wesentlich höherer Geschwindigkeit strömt;FIG. 2 shows a flow sensor for determining the flow velocity of a fluid flowing in a flow channel; FIG. 3 shows the flow channel known from FIG. 2, wherein the fluid flows at a substantially higher speed;
Figur 4 eine weitere Ausgestaltung des Durchflusssensors;Figure 4 shows a further embodiment of the flow sensor;
Figur 5 eine genaure Darstellung des Schallreflektors;Figure 5 is a precise representation of the sound reflector;
Figur 6 einen Schallreflektor, der von Halterungen getragen wird.Figure 6 shows a sound reflector, which is supported by brackets.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Stromungskanal 1, das einen seitlich angebrachten Stutzen 2 mit einer Öffnung 3 aufweist. Der Stromungskanal 1 ist hier als Rohr ausgebildet. Durch die Öffnung 3 kann ein Durchflusssensor 4 in das Innere des Rohrs 1 eingebracht werden. Der Durchflusssensor 4 weist einen Kopfteil 5 auf, in dem sich eine Leiterplatte 6 befindet, auf der eine zum Betrieb des Durchflusssensors 4 erforderliche Auswerteelektronik 17, die Bauelemente 7 umfasst, angeordnet ist. Am Kopfteil 5 ist auch ein elektrischer An- schluss 18 angebracht, mit der der Durchflusssensor 4 an externe, nicht dargestellte Gerate angeschlossen werden kann.Figure 1 shows a cross section through a flow channel 1, which has a side-mounted nozzle 2 with an opening 3. The flow channel 1 is formed here as a tube. Through the opening 3, a flow sensor 4 can be introduced into the interior of the tube 1. The flow sensor 4 has a head part 5, in which a printed circuit board 6 is located, on which a transmitter 17 for the operation of the flow sensor 4 required evaluation 17, the components 7, is arranged. An electrical connection 18, with which the flow sensor 4 can be connected to external devices, not shown, is also attached to the head part 5.
Am Kopfteil 5 des Durchflusssensors 4 sind ferner Seitenleis- ten 9 angebracht, die sich nach der Montage des Durchflusssensors 4 am Rohr 1 ins Innere des Rohrs 1 erstrecken. Die Seitenleisten 9 halten Schallwandler 10 und 11, die eine Messstrecke 12 definieren. Die Messstrecke 12 ist unter einem spitzen Winkel φ zu einer Stromungsrichtung 13 eines im Rohr 1 stromenden Fluids 14 ausgerichtet. Der Winkel φ zwischen der Messstrecke 12 und der Stromungsrichtung 13 liegt vorzugsweise zwischen 40 und 45 Grad.Side strips 9, which extend into the interior of the tube 1 after the assembly of the flow sensor 4 on the tube 1, are also attached to the head part 5 of the flow sensor 4. The side strips 9 hold sound transducers 10 and 11, which define a measuring section 12. The measuring section 12 is aligned at an acute angle φ to a flow direction 13 of a fluid 14 flowing in the pipe 1. The angle φ between the measuring section 12 and the flow direction 13 is preferably between 40 and 45 degrees.
Beim Betrieb des Durchflusssensors 4 sendet beispielsweise der Schallwandler 10 eine erste Ultraschallwelle 16 aus.During operation of the flow sensor 4, the sound transducer 10, for example, emits a first ultrasonic wave 16.
Diese erste Ultraschallwelle wird vom Schallwandler 11 empfangen. Der Schallwandler 11 sendet daraufhin eine zweite Ultraschallwelle 16 aus, die vom Schallwandler 10 empfangen wird. Die Laufzeit der ersten und der zweiten Ultraschallwelle 16 wird von einer Auswerteelektronik 17 bestimmt, die auf der Leiterplatte 6 integriert sein kann oder die außerhalb des Durchflusssensors 4 angeordnet ist.This first ultrasonic wave is received by the sound transducer 11. The sound transducer 11 then sends a second Ultrasonic wave 16, which is received by the transducer 10. The transit time of the first and the second ultrasonic wave 16 is determined by a transmitter 17, which may be integrated on the circuit board 6 or which is arranged outside of the flow sensor 4.
Die Stromungsgeschwindigkeit v des Fluids 14 im Rohr 1 ist abgesehen von verschiedenen störenden Effekten, die das Messergebnis verfalschen können, proportional Δt / tup tdovm, wobei Δt die Differenz der Laufzeiten sowie tup und tdown jeweils die Laufzeiten in Stromungsrichtung 13 oder entgegen der Stromungsrichtung 13 sind. Der mit 13 bezeichnete Pfeil symbolisiert im Folgenden die Stromungsrichtung und auch die Stromungsgeschwindigkeit des Fluids 14. Aus der Stromungsge- schwindigkeit v des Fluids 14 kann unter Berücksichtigung der Temperatur auf die Masse des geforderten Fluids 14 geschlossen werden. So kann der Durchflusssensor 4 beispielsweise als Luftmassenmesser im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine verwendet werden.The flow velocity v of the fluid 14 in the tube 1 is apart from various disturbing effects that can corrupt the measurement result proportional .DELTA.t / t up t dovm , .DELTA.t the difference of the maturities and t up and t down respectively the maturities in the direction of flow 13 or opposite the flow direction 13 are. The arrow denoted by 13 symbolizes in the following the direction of flow and also the flow velocity of the fluid 14. From the flow velocity v of the fluid 14, taking into account the temperature, the mass of the required fluid 14 can be deduced. For example, the flow sensor 4 can be used as an air mass meter in the intake tract of an internal combustion engine.
Bei dem Fluid 14 handelt es sich vorzugsweise um ein gasformiges Medium, insbesondere um Luft. Das Fluid 14 kann jedoch auch eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Benzin sein.The fluid 14 is preferably a gaseous medium, in particular air. However, the fluid 14 may also be a liquid, such as gasoline.
Figur 2 zeigt einen Durchflusssensor 4 zur Bestimmung derFIG. 2 shows a flow sensor 4 for determining the
Stromungsgeschwindigkeit 13 eines in einem Stromungskanal 1 stromenden Fluids 14. Der Durchflusssensor 4 besteht aus einem Kopfteil 5 mit einem ersten und einem zweiten Schallwandler 10,11. Jeder dieser Schallwandler 10, 11 ist am Ende einer Messstrecke 12 angeordnet und mit einer nachgeschalteten Auswerteelektronik 17 verbunden. Die Verbindung der Auswerteelektronik 17 mit dem Schallwandlern 10, 11 erfolgt über elektrische Leitungen 8. Die Schallwandler 10, 11 sind symmetrisch zur Auswerteelektronik 17 angeordnet, wodurch die elektrischen Leitungen 8 annähernd die gleiche Lange aufweisen, was bei Zeitmessungen eine erhebliche Verbesserung des Messergebnisses zur Folge hat, da die Signale von den Schallwandlern 10, 11 über annähernd gleich lange Wege zur Messelektronik gelangen. Die Messelektronik 17 ist wiederum über elektrische Leiter 8 mit einem elektrischen Anschluss 18 verbunden, der als Stecker ausgeführt sein kann und der die Verbindung zur nachfolgenden Elektronik darstellt.Flow rate 13 of a current flowing in a flow channel 1 fluid 14. The flow sensor 4 consists of a head part 5 with a first and a second sound transducer 10,11. Each of these sound transducers 10, 11 is arranged at the end of a measuring section 12 and connected to a downstream evaluation electronics 17. The connection of the transmitter 17 to the transducers 10, 11 via electrical lines 8. The transducers 10, 11 are arranged symmetrically to the transmitter 17, whereby the electrical wires 8 have approximately the same length, resulting in time measurements a significant improvement in the measurement result has, since the signals from the Sound transducers 10, 11 arrive over approximately equal distances to the measuring electronics. The measuring electronics 17 is in turn connected via electrical conductors 8 with an electrical connection 18, which may be designed as a plug and which is the connection to the subsequent electronics.
Im Stromungskanal 1 gegenüber Durchflusssensor 4 ist ein Schallreflektor 15 ausgebildet. Sendet zum Beispiel der erste Schallwandler 10 eine Schallwelle 16 aus, so gelangt sie zum Schallreflektor 15 und wird dort umgelenkt und auf den zweiten Schallwandler 11 gerichtet. Der zweite Schallwandler 11 registriert das Auftreffen der ersten Schallwelle 16 und erzeugt ein entsprechendes Signal, das über die elektrische Leitung 8 an die Auswerteelektronik 17 gelangt. Danach kann der zweite Schallwandler 11 eine zweite Schallwelle 16 aussenden, die über den Schallreflektor 15 zum ersten Schallwandler 10 gelangt. Auch dieser registriert das Auftreffen der Schallwelle 16 und erzeugt ein elektrisches Signal, das der Auswerteelektronik 17 zugeführt wird. Die Messstrecke 12 setzt sich hierbei aus dem Weg vom ersten Schallwandler 10 zum Schallreflektor 15 und dem Weg vom Schallreflektor 15 zum zweiten Schallwandler 11 und umgekehrt zusammen. Aus den gemessenen Zeitdifferenzen kann nun auf die Stromungsgeschwindigkeit 13 des Fluids 14 geschlossen werden. Wird der Durch- flusssensor 4 im Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine eingesetzt, so kann die Masse der angesaugten Luft bestimmt werden .In the flow channel 1 with respect to flow sensor 4, a sound reflector 15 is formed. If, for example, the first sound transducer 10 emits a sound wave 16, it passes to the sound reflector 15 and is deflected there and directed to the second sound transducer 11. The second sound transducer 11 registers the impact of the first sound wave 16 and generates a corresponding signal, which reaches the evaluation electronics 17 via the electrical line 8. Thereafter, the second sound transducer 11 can emit a second sound wave 16, which reaches the first sound transducer 10 via the sound reflector 15. This also registers the impact of the sound wave 16 and generates an electrical signal, which is supplied to the transmitter 17. In this case, the measuring path 12 is composed of the path from the first sound transducer 10 to the sound reflector 15 and the path from the sound reflector 15 to the second sound transducer 11 and vice versa. From the measured time differences can now be closed to the flow rate 13 of the fluid 14. If the flow sensor 4 is used in the intake passage of an internal combustion engine, then the mass of the intake air can be determined.
Durch den hier dargestellten Aufbau ist eine lange Messstre- cke 12 realisierbar, wobei der Durchflusssensor 4 sehr kompakt gestaltet werden kann und die Schallwandler 10, 11 sehr vorteilhaft symmetrisch angeordnet werden können.As a result of the construction shown here, a long measuring section 12 can be realized, wherein the flow sensor 4 can be made very compact and the sound transducers 10, 11 can be arranged symmetrically in a very advantageous manner.
In Figur 2 ist der Durchflusssensor 4 in seiner Einbaulage im Stromungskanal 1 dargestellt. Im Stromungskanal 1 befindet sich das Fluid 14, das ein Gas, insbesondere Luft, sein kann. Das Fluid 14 strömt in der Stromungsrichtung und mit der Stromungsgeschwindigkeit, was durch den Pfeil 13 angedeutet ist. Der Durchflusssensor 4 ist hier in eine Öffnung 3 des Stromungskanals 1 eingebaut. In Figur 2 ist eine relativ kleine Stromungsgeschwindigkeit durch den Pfeil 13 angedeu- tet . In Figur 3 ist der Pfeil 13 wesentlich großer und starker dargestellt was eine wesentlich höhere Stromungsgeschwindigkeit andeuten soll. Bei hoher Stromungsgeschwindigkeit 13 tritt das Phänomen des Verwehens (auch als Verblasen bezeichnet) der Schwallwelle 16 auf. Die Schallwelle 16 pflanzt sich aufgrund von atomaren und molekularen Kollisionen der Fluid- teilchen im Raum fort. Bewegen sich die einzelnen Fluidteil- chen mit sehr hoher Geschwindigkeit, so wird die Schallwelle 16 von ihrer geraden Ausbreitungsrichtung deutlich abgelenkt und mit dem Vektor der Stromungsgeschwindigkeit 13 transpor- tiert. Die Ausbreitungslinie der Schallwelle 16 ergibt sich als vektorielle Überlagerung der Schallgeschwindigkeit und der Stromungsgeschwindigkeit 13 des Fluides 14, was durch die leicht gekrümmten Strichlinien angedeutet ist.In Figure 2, the flow sensor 4 is shown in its installed position in the flow channel 1. In the flow channel 1 is the fluid 14, which may be a gas, in particular air. The fluid 14 flows in the flow direction and with the Flow rate, which is indicated by the arrow 13. The flow sensor 4 is installed here in an opening 3 of the flow channel 1. In FIG. 2, a relatively small flow velocity is indicated by the arrow 13. In Figure 3, the arrow 13 is much larger and stronger, which should indicate a much higher flow velocity. At high flow rate 13, the phenomenon of bleeding (also referred to as blowing) of the surge wave 16 occurs. The sound wave 16 propagates in space due to atomic and molecular collisions of the fluid particles. If the individual fluid particles move at a very high speed, the sound wave 16 is clearly deflected by its straight propagation direction and transported with the vector of the flow velocity 13. The propagation line of the sound wave 16 results as a vectorial superposition of the sound velocity and the flow velocity 13 of the fluid 14, which is indicated by the slightly curved dashed lines.
Durch das Verwehen erreicht die Schallwelle 16 bei hoher Stromungsgeschwindigkeit 13 nicht mehr das Zentrum des Schallreflektors 15. Hier ist eine Situation dargestellt, bei der die Schallwelle 16 aufgrund einer sehr hohen Stromungsgeschwindigkeit 13 des Fluides 14 den Rand des Schallreflektors 15 erreicht. Der Schallreflektor 15 ist derart gestaltet, dass er die Schallwelle 16 so abgelenkt, dass sie trotz der Verwehungen das Zentrum des ersten Schallwandlers 10 erreicht. In der Darstellung in Figur 3a wurde davon ausgegangen, dass die Schallwelle 16 vom zweiten Schallwandler 11 ausgesendet, am Schallreflektor 15 reflektiert und zum ersten Schallwandler 10 gefuhrt wird.Due to the swirling, the sound wave 16 no longer reaches the center of the sound reflector 15 at high flow velocity 13. Here, a situation is shown in which the sound wave 16 reaches the edge of the sound reflector 15 due to a very high flow velocity 13 of the fluid 14. The sound reflector 15 is designed such that it deflects the sound wave 16 in such a way that it reaches the center of the first sound transducer 10 despite the drifts. In the illustration in FIG. 3 a, it has been assumed that the sound wave 16 is emitted by the second sound transducer 11, reflected by the sound reflector 15, and guided to the first sound transducer 10.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Durchflusssensors 4. Am Kopfteil 5 ist der elektrischen Anschluss 18 nun seitlich angebracht. Die Schallwandler 10, 11 befinden sich unterhalb der Auswerteelektronik 17, jedoch wiederum symmetrisch zu dieser. Der Durchflusssensor 4 nach Figur 5 weist nun zwei Schallreflektoren 15 auf und ein dritter Schallreflektor 15 ist im Stromungskanal 1 angeordnet. Es ist auch denkbar, dass alle drei Schallreflektoren im Stromungskanal angeordnet sind. Eine vom ersten Schallwandler 10 ausgesende- te Schallwelle 16 erreicht zunächst den rechten Schallreflektor 15 und wird dort zum mittleren parabolisch ausgestalteten, im Stromungskanal 1 angeordneten Schallreflektor 15 gefuhrt, der die Welle zum linken Schallreflektor 15 umlenkt, wo sie wiederum abgelenkt wird um dann den zweiten Schall- wandler 11 zu erreichen. Auf diese Weise wird eine sehr lange Messstrecke 12 realisiert, die in einem sehr kompakten Durchflusssensor 4 Platz findet.Figure 4 shows a further embodiment of the flow sensor 4. At the head part 5 of the electrical connection 18 is now attached laterally. The sound transducers 10, 11 are located below the transmitter 17, but in turn symmetrically to this. The flow sensor 4 according to FIG. 5 has now two sound reflectors 15 and a third sound reflector 15 is disposed in the flow channel 1. It is also conceivable that all three sound reflectors are arranged in the flow channel. A sound wave 16 emitted by the first sound transducer 10 first reaches the right sound reflector 15 and is guided there to the middle parabolically configured sound reflector 15 which deflects the wave to the left sound reflector 15, where it is deflected again and then the second sound reflector 15 Sound converter 11 to achieve. In this way, a very long measuring section 12 is realized, which takes place in a very compact flow sensor 4 space.
Figur 5 zeigt eine genaure Darstellung des Schallreflektors 15. Der Schallreflektor 15 ist in die Wand des Stromungskanals 1 integriert. Wichtig ist die Form der Oberflache des Schallreflektors 15. Die Oberflache des Schallreflektors 15 weist eine Krümmung KL längs zur Stromungsrichtung 13 und eine Krümmung KQ quer zur Stromungsrichtung 13 des Fluids 14 auf. Die Krümmungen KL, KQ können derart gestaltet werden, dass die Schallwelle 16 optimal auf das Zentrum des ersten bzw. zweiten Schallwandlers 10, 11 fokussiert ist. Darüber hinaus können die Krümmungen KL, KQ der Oberflache des Schallreflektors 15 derart gestaltet werden, dass die Verwe- hung der Schallwelle 16 kompensiert wird, so dass auch bei großer Stromungsgeschwindigkeit 13 die Schallwelle 16 das Zentrum der Schallwandler 10, 11 erreicht. Diese vorteilhafte Ausgestaltung der Oberflache des Schallreflektors in Verbindung mit der langen Messstrecke 12 ermöglicht die Erzeugung sehr hochwertiger und genauer Messsignale.FIG. 5 shows a precise representation of the sound reflector 15. The sound reflector 15 is integrated into the wall of the flow channel 1. Important is the shape of the surface of the sound reflector 15. The surface of the sound reflector 15 has a curvature K L along the flow direction 13 and a curvature K Q transverse to the flow direction 13 of the fluid 14. The curvatures K L , K Q can be designed such that the sound wave 16 is optimally focused on the center of the first and second sound transducers 10, 11. In addition, the curvatures K L , K Q of the surface of the acoustic reflector 15 can be designed in such a way that the weakening of the acoustic wave 16 is compensated so that the sound wave 16 reaches the center of the acoustic transducers 10, 11 even at high flow velocity 13. This advantageous embodiment of the surface of the sound reflector in conjunction with the long measuring section 12 enables the production of very high quality and accurate measurement signals.
Figur 6 zeigt einen Schallreflektor mit den aus Figur 5 be- kanten Eigenschaften zur Fokussierung und Kompensation der Verwehung. Der Schallreflektor 15 wird hier von Halterungen 19 getragen, die mit dem Stromungskanal 1 verbunden sind.FIG. 6 shows a sound reflector having the properties for focusing and compensating for the drifting characteristic of FIG. The sound reflector 15 is supported here by brackets 19 which are connected to the flow channel 1.
Derartige Halterungen 19 ermöglichen es Schallreflektoren 15 in nahezu jeder Position im Stromungskanal zu positionieren. Such brackets 19 make it possible to position sound reflectors 15 in almost every position in the flow channel.

Claims

Patentansprüche claims
1. Stromungskanal (1) mit einer Öffnung (3) zur Aufnahme eines Durchflusssensors (4), der einen ersten und einen zweiten Schallwandler (10, 11) aufweist, wobei jeweils ein Schallwandler (10, 11) am Ende einer Messstrecke (12) angeordnet ist und mit einer nachgeschalteten Auswerteelektronik (17) verbunden ist, die aus der Laufzeit einer von den Schallwandlern (10, 11) ausgesandten und empfan- genen Schallwelle (16) die Stromungsgeschwindigkeit eines Fluids (14) bestimmt, wobei in dem Stromungskanal (1) ein Schallreflektor (15) ausgebildet ist, der eine Schallwelle (16) von dem einen Schallwandler (10, 11) zu dem anderen lenkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallreflektor (15) die Schallwelle (16) zu mindestens einem der Schallwandler (10, 11) hin fokussiert .1. flow channel (1) having an opening (3) for receiving a flow sensor (4) having a first and a second sound transducer (10, 11), wherein in each case a sound transducer (10, 11) at the end of a measuring section (12) is arranged and connected to a downstream evaluation electronics (17), which determines the flow velocity of a fluid (14) from the duration of one of the sound transducers (10, 11) emitted and received sound wave (16), wherein in the flow channel (1 a sound reflector (15) is formed, which directs a sound wave (16) from one sound transducer (10, 11) to the other, characterized in that the sound reflector (15) projects the sound wave (16) to at least one of the sound transducers (10 , 11) focused.
2. Stromungskanal (1) mit einer Öffnung (3) zur Aufnahme ei- nes Durchflusssensors (4), der einen ersten und einen zweiten Schallwandler (10, 11) aufweist, wobei jeweils ein Schallwandler (10, 11) am Ende einer Messstrecke (12) angeordnet ist und mit einer nachgeschalteten Auswerteelektronik (17) verbunden ist, die aus der Laufzeit einer von den Schallwandlern (10, 11) ausgesandten und empfangenen Schallwelle (16) die Stromungsgeschwindigkeit eines Fluids (14) bestimmt, wobei in dem Stromungskanal (1) ein Schallreflektor (15) ausgebildet ist, der eine Schallwelle (16) von dem einen Schallwandler (10, 11) zu dem anderen lenkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallreflektor (15) das Verwehen der Schallwelle (16) kompensiert.2. flow channel (1) having an opening (3) for receiving a flow sensor (4) having a first and a second sound transducer (10, 11), wherein in each case a sound transducer (10, 11) at the end of a measuring section ( 12) is arranged and connected to a downstream evaluation electronics (17), which determines the flow velocity of a fluid (14) from the transit time of one of the sound transducers (10, 11) emitted and received sound wave (16), wherein in the flow channel (1 ) a sound reflector (15) is formed, which directs a sound wave (16) from the one transducer (10, 11) to the other, characterized in that the sound reflector (15) compensates for the passage of the sound wave (16).
3. Stromungskanal (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallreflektor (15) an oder in der Wand des Stromungskanals (1) ausgebildet ist. 3. flow channel (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the sound reflector (15) is formed on or in the wall of the flow channel (1).
4. Stromungskanal (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallreflektor (15) mittels Halterungen (19) mit dem Stromungskanal (1) verbunden ist und von der Wand des Stromungskanals (1) entfernt angeordnet ist. 4. flow channel (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the sound reflector (15) by means of holders (19) with the flow channel (1) is connected and from the wall of the flow channel (1) is arranged away.
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