[发明专利]用于测定流体介质的参数的传感器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量流动的流体介质的、尤其是流过流动管的流体介质的至少一个参数的装置，如其在现有技术的各个领域中已知的那样。因此，在许多过程中，例如在方法技术领域、化学领域或机械制造领域，必须按定义地输送具有某些特性(例如温度、压力、流动速度、质量流量、体积流量等)的流体介质、尤其是气团(例如空气团)。在规定的条件下进行的燃烧过程尤其属于这种情况。

背景技术

一个重要的应用例子是燃料在汽车内燃机中的燃烧，尤其是带有接着的催化废气净化，在这些过程中必须按规定地每单位时间输送一定的空气团(空气质量流)。为了测量空气质量流量，在此使用了各种类型的传感器。一种由现有技术已知的传感器类型是所谓的热膜式空气质量流量计(HFM)，例如在DE 196 01 791A1中描述了该热膜式空气质量流量计的一种实施方式。在这类热膜式空气质量流量计中通常使用一个具有薄的传感器膜片的传感器芯片，例如硅传感器芯片。在该传感器膜片上典型地设有至少一个加热电阻，所述加热电阻被两个或更多个温度测量电阻(温度探头)包围。在传导经过膜片的空气流中，温度分布发生变化，这又可以被温度测量电阻检测到并且可以借助控制与分析处理电路进行分析处理。因此，可以例如由温度测量电阻的电阻差测定空气质量流量。由现有技术已知了该传感器类型的各种其它变型。此外，本发明不限于所述的热膜式空气质量流量计的传感器类型，而原则上可以用于大多数类型的传感器，这些传感器作为固定地安装的传感器或作为插入式探头插入到流动的介质中。

然而，由现有技术所描述的插入式探头结构的缺点在于：所述的插入式探头在很多情况下会在吸入管中导致在由流动阻力引起的压力降方面的问题。这尤其意味着：这类传感器的信号的信号可重复性是没有优化的。

很多传感器，尤其是热膜式空气质量流量计，在实践中装备有栅格或栅格组合，该栅格例如可以集成在流动管中并且通常在流中位于插入式探头或传感器上游几厘米处，并且具有以下任务：使流动管中的速度剖面图均匀。此外，这类栅格具有以下任务：从该流中去除可能存在的漩涡。栅格的均衡作用通过其对该流的制动作用实现。同时产生小规模的漩涡，该漩涡使快速的和缓慢的流体混合，因此有助于在整个管横截面上的速度均衡。因此实现了几乎与流入的空气的速度剖面图无关的传感器特性曲线(例如空气质量与输出频率或输出电压之间的相互关系)。

这类具有栅格的装置的一个例子由DE 196 47 081 A1公开。与设有大小相同的、等距的流动孔的已知栅格相比，在该例子的栅格中提出：设置具有不同通流横截面的流动孔。在此，通流横截面与入流相适配，以便在栅格下游产生具有基本上均匀的速度分布的流。

然而，不利的是，与已知的栅格结构结合的很多传感器、尤其是很多空气质量流量计在一些空气团区域中展示出这样的特性曲线，该特征曲线的可重复性仍有进一步改进的空间。原因在于，紧接在栅条后面的流通常并不稳定。在栅条下游中构成分离区域并且在速度剖面图中形成不均匀性，它们在原则上是不稳定的，使得设置在栅格结构下游的传感器的测量值也可能是不稳定的。

发明内容

因此，本发明提出了一种用于测定以主流动方向流动的流体介质的至少一个参数的传感器装置以及一种在这种传感器装置中使用的流动管段，它们避免了已知的传感器装置或流动管段的所述缺点。尤其地，所提出的传感器装置在传感器的区域中、尤其是紧跟在栅格后面具有更稳定的流动，因此具有更高的可重复性。其它的使流动稳定化的措施，例如附加的金属线栅格，可以优选被省去，使得所提出的传感器装置的制造成本与传统的传感器装置相比也允许降低。总而言之，该传感器装置与传统的传感器装置相比具有高的信号质量、尤其是信号噪声得到改善。

该传感器装置原则上适合于很多开头提到的传感器和测量原理以及适合于很多流体介质(例如气体和液体)。其原则上允许测量很多可能的物理的和/或化学的参数，例如压力、温度、密度、质量流量、体积流量或类似参数。因此，该传感器装置具有至少一个与待测量的参数的类型相适配的传感器。在不限制本发明的可能的其它构造方案的情况下，以下假定：该传感器包括热膜式空气质量流量计，如其例如在开头所提到的DE 196 01791 A1或者此外在引用的现有技术文献中描述的那样。