专利名称：用于校准物质流传感器的装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于校准物质流传感器的装置和方法。这种装置有时也称为流动台。
内燃机中的燃烧过程基本上与导入空气的量相关。由此使用物质流传感器，它们感知流过气体的质量。感知的测量信号以电流及电压值或周期信号的周期持续值的形式对应于随后的物质流的值，例如以千克/小时。为了由感知的测量值正确地给出所流过的量，需要校准物质流传感器。
由DE 198 57 329 A1公知了用于检测和校准物质流传感器的流动台和方法。在流动台中，待校准的物质流传感器和参考物质流传感器在流通道中前后排列。泵在流通道中产生空气物质流，其中两个空气物质流传感器位于节流阀的上游。也可以是一个上游位置。一个控制机构在流通道中调整节流阀，使得物质流的强度不同。由参考物质流传感器的测量值可确定待校准物质流传感器的的值。在确定待校准物质流传感器的值时必须考虑上游传感器的压力损失。
在尚未公开的的德国专利申请DE 101 49 292.8中给出，不需参考传感器工作。这里，通过流通道中的标准阀设置物质流-时间曲线。待校准物质流传感器在由标准阀调节的空气物质流中借助预给定的质量时间曲线校准。这种也称为无控制(masterlose)校准的方法的缺点是，泵的吸入侧的温度、压力变化必需保持绝对恒定。由于环境温度和/或环境压力的一些改变校准值会有偏差。
本发明的目的在于，提供校准物质流传感器的装置和方法，避免上述缺点并允许特别快及可靠地校准物质流传感器。
本发明的任务通过具有权利要求1的特征的物质流传感器校准装置解决。本发明装置的有利方案构成从属权利要求的主题。
本发明的装置具有一个流通道和一个在流通道中用于待校准的物质流传感器的保持件。流通道在一端与泵连接，该泵通过流通道输送气体，特别是空气。在保持件和泵之间设有可调节的节流机构。节流机构这样设计，在泵工作时流在节流机构最小横截面处具有声速。控制机构在校准过程中按照预给定的时间-行程曲线调节节流机构。可调节的节流机构在超临界条件下工作，其中达到入口压力与吸入侧压力之间预给定的压缩比。在节流机构的超临界工作条件下，在改变吸入侧压力时在喷管最窄横截面处的速度不变，因此通过节流机构的物质流保持恒定。可免去吸入侧压力的监控。
在一个优选方案中可调节的节流机构为一个可变化的喷管。有利的是，对于超临界工作的喷管可由压力、温度和相对空气湿度非常精确地计算出物质流。
在一个特别优选的方案中，可变喷管具有锥形扩展的段和设置在该段中的芯轴，芯轴的位置通过该段中的驱动器调节，以改变该段中的自由横截面。此外芯轴优选地为圆锥或截锥状，其位于该段的中央。芯轴优选地可沿其纵轴线通过驱动器调节。
优选地空气物质传感器和节流机构之间设有用于获得质量流状态参量的传感器。这里涉及温度、相对空气湿度及压力的探头。这些值用于确定流过的质量流。
本发明的目的同样由具有权利要求8的特征的方法实现。本发明一个优选的改进方案为权利要求9的主题。
本发明方法的第一步骤中在流通道中安置待校准的物质流传感器。在流通道中产生物质流，物质流的值随时间变化。例如单位为千克/小时的物质流在流通道中改变。在流通道中附加地设有一个节流机构，节流机构在最窄截面处的流过速度为声速。相对于传统平台流动台(Rampenflieβbank)这里吸入侧的压力和温度不重要，使得校准更稳定、更快捷。因此，本发明的方法与泵的吸入功率基本无关。
在本发明方法的优选改进方案中，一个可调节喷管设为节流机构，它相应于预给定的时间曲线流过待校准物质流传感器的预给定的物质流的值。
除所述校准外本发明还可用于检测和/或诊断物质流传感器。
下面借助附图详细说明本发明的优选方案，其中
图1 流动台(fliessbank)的示意图；图2 本发明的方法的流程图。
图1表示流动台10的示意图。通过漏斗形的接收孔12空气在流动方向A上进入流动台。可以看到在进气孔12的下游有插入式物质流传感器的头，空气流环绕冲刷传感器的测量区域。但流动台绝不限制于插入式传感器，而也可以校准流通道中的任意的空气量传感器。在此例如可以使待校准的空气量传感器已经与管段16一起置入定位在流通道中。
下游设有温度传感器18、相对空气湿度传感器20和压力传感器22。传感器下游有一个可调节的喷管24。其中图1所示的喷管为所谓的拉瓦尔喷管，分析得知其流动特性特别好。如果在最窄的横截面中达到声速，这样流出量即使在吸入侧压力(喷管下游)下降时也不受影响。只要过临界工况保持不变，吸入侧压力上升也不影响流出量。如果拉瓦尔喷管24在过临界区域工作，只要不超过临界压缩比，待校准的物质流传感器相关的喷管的流出量就不受泵输出量的波动影响。
通过喷管24的物质流通过一个芯轴26动态调节，芯轴可沿着双箭头B的方向移动。芯轴26通过驱动器28调整，驱动器由控制机构(未示出)控制。吸入侧上流通道中设有一个压力传感器30。压力传感器30与压力触感器22固定在一起，其压缩比存在于喷管24上，由此得出，是否已经达到过临界工况。泵32产生通过流通道的空气流。
当校准空气量传感器14时，按照预定的时间-行程曲线改变芯轴26的位置。这种改变是连续进行。因为在过临界区域中从喷管24中流出的物质流与吸入侧压力无关，待校准的物质流传感器可以特别可靠地得以校准及检测。
图2为根据本发明方法的单个方法步骤。在步骤34中待校准传感器装入流通道中。在步骤36中流由喷管建立。在步骤38中芯轴26连续地按照预定的行程-时间曲线拉出，该曲线通过喷管确定物质流-时间曲线。同时在步骤40中获得待校准物质流传感器的测量信号。
权利要求
1.用于校准物质流传感器(14)的装置，其具有一个流通道和一个用于流通道中的一个物质流传感器的保持件，流通道在一端与一个泵(32)相连，其特征在于，在保持件与泵之间设有一个可调节的节流机构(24、26)，该机构可通过一个控制机构在校准过程中按照一个预定的时间-行程曲线调节，在泵工作时产生一个过临界流，其中在节流机构的最窄横截面处流动介质具有声速。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，设置一个可变化的喷管作为可调节的节流机构。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，可变化的喷管(24)具有一个锥形扩展的段及设置在该段中的芯轴(26)，该芯轴通过一个伺服驱动器(28)在该段中可调，用以改变该段中的自由横截面。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，芯轴(26)为圆锥或截锥形，芯轴在该段的中央。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，芯轴可沿着一根纵轴线(B)调节。
6.根据权利要求1-5中一项所述的装置，其特征在于，在空气量传感器与节流机构之间设有传感器(18、19、20)以获得空气流的状态参量。
7.根据权利要求1-6中一项所述的装置，其特征在于，设置用于测量温度、相对空气湿度和/或压力的机构。
8.用于校准空气量传感器(14)的方法，其具有以下方法步骤-一个待校准的空气量传感器设置在一个流通道中，-在流通道中产生一个相应于物质流-时间曲线的物质流，-其中物质流以一个过临界的流通过节流机构，在节流机构最窄横截面处，流动介质具有声速。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，设置一个可调节喷管作为节流机构，其相应于一个预先给定的时间曲线改变流过待校准的物质流传感器的物质流。
全文摘要
用于校准物质流传感器的装置和方法。为达到用于校准物质流传感器良好的可再现的流动情况，节流机构过临界地工作，使得在最窄的横截面处至少具有声速。因此进一步得到与吸入侧压力波动的无关性。
文档编号G01F1/42GK1682098SQ03821727
公开日2005年10月12日 申请日期2003年8月8日 优先权日2002年9月12日
发明者R·比尔, M·施维迈尔 申请人:西门子公司