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Dokumentenidentifikation DE202005016862U1 21.12.2006
Titel Sensoreinheit für Fluide
Anmelder systec Controls Meß- und Regeltechnik GmbH, 82178 Puchheim, DE
DE-Aktenzeichen 202005016862
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 21.12.2006
Registration date 16.11.2006
Application date from patent application 26.10.2005
IPC-Hauptklasse G01F 1/46(2006.01)A, F, I, 20051026, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01P 5/16(2006.01)A, L, I, 20051026, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Messung von Massenstrom oder Normvolumenstrom und/oder Wärmefracht und/oder Schadstofffracht eines Fluids.

Stand der Technik

Zur Messung des Massenstroms sind Heißfilm-Anemometer bekannt. Bei diesem Typ von Sensor wird der Gasstrom über eine beheizte Fläche des Sensors geleitet. Durch das strömende Gas erfolgt eine Abkühlung der beheizten Fläche. Der Wert dieser Abkühlung ist die Ausgangsbasis für die Ermittlung des Massenstroms.

Durch das Gas werden oftmals auch Partikel oder Kondensate befördert, die zu Ablagerungen auf den beheizten Flächen führen, wodurch nachteilig während der Einsatzdauer ein Drift der Messwerte entsteht.

Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe

Es ist Aufgabe der Erfindung einen Sensor zur Messung des Massenstroms zu schaffen, bei dem Partikel oder Kondensate im Fluid keinen Drift der Messwerte verursachen.

Technische Lösung

Die Überlegungen, die zur Entstehung der vorliegenden Erfindung führten gingen davon aus, dass bei einem Sensor, der keine Flächen aufweist, an welchen das Fluid und die mitgeführten Partikel vorbeiströmen prinzipiell keine Ablagerungen entstehen können.

Die Erfindung basiert auf dem Prinzip der Staudrucksondenmessung, bei welcher in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und der Dichte des Fluids ein reproduzierbarer Differenzdruck entsteht.

Um den Massenstrom, den Normvolumenstrom oder den Enthalpiestrom eines Fluids ermitteln zu können, müssen der statische Druck, der Differenzdruck und die Temperatur bekannt sein.

Erfindungsgemäß werden diese Größen durch einzelne Sensoren, die sich in einer integrierten Einheit befinden erfasst und die von den einzelnen Sensoren erfassten Werte werden anschließend in einer ebenfalls integrierten Recheneinheit verarbeitet.

Die Sensoreinheit gibt an eine nachfolgende Regeleinheit einen Wert ab, der auch schon andere Parameter und/oder physikalische Konstanten berücksichtigt. Hierdurch wird vorteilhaft ein Teil der Rechenleistung in der Sensoreinheit erledigt und die Regeleinheit entlastet.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, einen weiteren Sensor zu integrieren, der eine Analyse der Fluidzusammensetzung ermöglicht. Hierdurch ist es möglich, z.B. Schadstofffrachten von Motorabgasen zu ermitteln.

Vorteilhafte Wirkungen

Die aufgeführten Messgrößen werden beispielsweise zur optimierten Steuerung eines Verbrennungsmotors benötigt. Da insbesondere bei dieser Anwendung das „driften" von Messwerten sehr nachteilige Auswirkungen hat, überwindet die vorliegende Erfindung vorteilhaft die Nachteile des Standes der Technik.

Die Integration aller Sensoren und der Recheneinheit hat den Vorteil einer kompakten, an vielen Orten und vielen Einsatzzwecken einsetzbaren Sensoreinheit mit einer Langzeitstabilität der Messwerte.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen die

1 in perspektivischer Darstellung die Sensoreinheit, die

2 die Sensoreinheit in der Ansicht von unten und die

3 in eine weitere Ausführungsform der Sensoreinheit.

Die Sensoreinheit 1 hat eine Messsonde 2, das mit dem Fluid in Berührung kommt und einen Gehäuseteil 3, das sich außerhalb des Fluids befindet.

Im Gehäuseteil 3 befinden sich die einzelnen hier nicht sichtbaren Sensoren und die Recheneinheit.

Die Sensoreinheit 1 ist vorgesehen direkt an eine fluidführende Leitung angebracht zu werden. Durch eine Öffnung in der fluidführenden Leitung kann die Messsonde 2 in den Fluidstrom ragen. An der Unterseite des Gehäuseteils 3 ist eine Dichtung 5 vorgesehen, welche die Öffnung abdichtet.

Die Messsonde 2 ist zumindest teilweise als Staudrucksonde 4 ausgestaltet. Das Fluid hat eine Strömungsrichtung gemäß des Pfeiles S. In bekannter Weise entsteht durch einen Staubereich 6 ein von der Strömung abhängiger Druckunterschied an zwei Messöffnungen.

Die 2 ist eine Sicht von unten auf die Sensoreinheit 1. In dieser Darstellung erkennt man die beiden Messöffnungen 7a und 7b der Staudrucksonde.

Am unteren Ende des Staubereiches 6 befindet sich eine weitere Messöffnung 8 zum Erfassen des statischen Druckes. Die Messöffnung 8 ist so angeordnet, dass das Fluid laminar an ihr vorbeiströmt.

Ebenfalls in der Messsode 2 befindet sich ein Temperatursensor 9. Der Temperatursensor ist oberflächennah in der Messsode 2 angeordnet, wodurch er schnell Temperaturänderungen des Fluids erfassen kann. Im gezeigten Beispiel befindet sich der Temperatursensor 9 in der Staufläche. Diese Staufläche besteht aus relativ wenig Material und folgt daher zeitnah den Temperaturänderungen des Fluids.

Bevorzugt ist der Temperatursensor 9 an einer Stelle angeordnet, an welcher das Fluid laminar vorbeiströmt. Hierdurch ist es vermieden, dass im Fluid transportierte Partikel außen auf der Messsonde 2 eine isolierende Schicht bilden, die den Temperaturmesswert verfälscht.

Mit den drei Messgrößen statischer Druck, dynamischer Differenzdruck und Temperatur lässt sich der Massenstrom eines Fluids bestimmen.

Vorteilhaft ist es das Gehäuse der Sensoreinheit ganz oder zumindest teilweise im Bereich der Messsonde 2 mit einer Oberfläche zu versehen, die eine sogenannten Nanostruktur aufweist.

Durch diese Nanostruktur wird erreicht, dass im Fluid transportierte Partikel sich nicht dauerhaft auf der Oberfläche der Messsonde festsetzen können.

Eine hinsichtlich des Fertigungsaufwandes besonders einfache Ausführungsform der Messsonde zeigt die 3.

Hier sind in der Messsonde Schlitze 10 vorhanden. In der gewählten Darstellung ist nur einer der Schlitze zu sehen. Diese Schlitze sind jeweils in der Außenwand der beiden Kanälen, die zum Differenzdrucksensor im Gehäuseteil führen. Die Verbindungswand zwischen den beiden Kanälen ist unverändert und findet als Staufläche Verwendung.

Durch die Länge der Schlitze ergibt sich eine gewisse Mittelwertfunktion wenn die Fließgeschwindigkeit des Fluids an verschiedenen Stellen des Schlitzes unterschiedlich ist.

Durch die Integration eines zusätzlichen, hier nicht gezeigten Gasanalysesensors lässt sich auch die Schadstoff- oder Kondensatfracht des Fluids bestimmen. Dieser Gasanalysesensor benötigt prinzipbedingt Kontakt zum strömenden Fluid.

Auch wenn dieser Gasanalysesensor einen Drift der Messwerte unterliegt, so ist durch die erfinderische Ausgestaltung der übrigen Sensoren vorteilhaft erreicht, dass nicht alle Sensoren einem Drift unterliegen. Diese Kombination ist in jedem Fall auch neu.

Im Gehäuseteil 3 sind die eine Recheneinheit und die Sensoren für den dynamischen Differenzdruck und der Sensor für den statischen Druck geschützt untergebracht.

An die Recheneinheit ist auch der Temperatursensor 9 und/oder der Gasanalysesensor angeschlossen. Von der Recheneinheit wird ein Messwert abgegeben, der sich aus den einzelnen Werten der verschiedenen Sensoren ergibt.

Die Recheneinheit ist flexibel gestaltet und lässt sich an unterschiedliche Anforderungen von nachfolgenden Regeleinheiten anpassen.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Die Erfindung ist gewerblich in vielen Bereichen anwendbar, in denen eine Langzeitstabilität der Messwerte von Bedeutung ist.


Anspruch[de]
Sensoreinheit für Fluide, bestehend aus einer Messsonde, welche mit dem Fluid in Kontakt steht und einem Gehäuseteil, in welchem Sensoren angeordnet sind dadurch gekennzeichnet, dass in der Messsonde Kanäle (7a, 7b) für das Erfassen des dynamischen Differenzdrucks und ein Kanal (8) für das Erfassen des statischen Drucks vorhanden sind und diese Kanäle (7a, 7b, 8) mit Sensoren im Gehäuseteil (3) der Sensoreinheit (1) verbunden sind. Sensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messsonde (2) zusätzlich ein Temperatursensor (9) vorhanden ist. Sensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messsonde (2) zusätzlich ein Gasanalyse Sensor vorhanden ist. Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dass bei beiden Kanälen (7a, 7b) die zum Differenzdrucksensor im Gehäuseteil führen in der Außenwand Schlitze (10a, 10b) angebracht sind und die zwischen den Kanälen (7a, 7b) verbleibende Wandung (11) als Staufläche Verwendung findet. Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (1) ganz oder teilweise eine Oberfläche mit einer Nanostruktur aufweist. Sensoreinheit nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonde (3) eine Oberfläche mit einer Nanostruktur aufweist.






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