[发明专利]具有流体分离元件的热膜空气质量计

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有流体分离元件的热膜空气质量计，用于避免表面污染和由污染引起的信号漂移。

背景技术

在许多工艺过程中、例如在工艺技术、化学或机械制造领域中必需确定地输送气体质量、尤其是空气质量。尤其是在被调节的条件下进行的燃烧过程属于此类。在此一个重要的示例是汽车内燃机中的燃烧燃料，尤其是后面连接有废气催化净化的燃烧燃料。在此为了测量空气质量流使用不同类型的传感器。

一种由现有技术已知的传感器类型是所谓的热膜空气质量计(HFM)，它例如在DE 196 01 791 A1中在一个实施方式中描述。在该热膜空气质量计中通常在传感器芯片上、例如硅传感器芯片上涂覆薄的传感器膜。在传感器膜上一般设置至少一个热电阻，它被两个或多个热敏电阻包围。在通过膜导引的空气流中，温度分布改变，这也可以被温度测量电阻获知。因此例如可以由温度测量电阻的电阻差确定空气质量流。由现有技术已知这种传感器类型的许多其它变化。这些传感器例如直接安装在内燃机的吸气管或者旁路通道中。例如在DE103 48 400 A1中描述了一个传感器芯片安装在旁路通道中的实施方式。

但例如由DE 101 11 840 C2已知的这种类型传感器的问题是，可能经常产生传感器芯片的污染，例如由于油。传感器芯片通常直接安装在内燃机的吸气管或者吸气管旁路通道中。在此在内燃机运行中或者在关断后不久，油沉积在传感器芯片上，尤其是传感器膜上。这种油沉积可能导致对传感器芯片测量信号的不期望的影响，尤其是因为油膜在传感器芯片的表面上影响表面的导热性，这导致测量信号错误或者信号漂移。

此外已知，液体在具有温度梯度的表面上经受朝向较冷区域方向的力(参见例如V.G.Levich，“物理化学流体动力学”Prentice-Hall，N.J.1962第384页)。这是为什么在热空气质量计运行时在热的测量区域的边界区域聚积液体、例如油并因此随着时间导致热膜空气质量计测量信号漂移的原因之一。空气流推动位于表面上的液滴和其它污物直到热测量区域的边界，在边界上产生强的温度梯度。在那里强的温度梯度对空气流引起的力产生反作用力。因此在边界线上聚积液滴，它们在达到一定的尺寸时易于再被空气流携带，由此污染测量区域的表面。除了油滴以外由于这种效应一般也使粘附在油滴上的其它污物(例如灰尘)到达测量区域的表面上。

以不均匀的间距通过空气质量流将油和其它污物推动到测量区域表面上的这种效应尤其引起瞬时的且不可预见的热膜空气流质量计信号不稳定。这尤其由此引起：分散产生的污染改变测量区域表面的导热性，由此使以前完成的热膜空气质量计校准失去其有效性。除了瞬时变化以外也可能产生热膜空气质量计特性的长时间持续的变化，尤其是当在测量表面上的污染较长时间地粘附在那里的时候。

由尤其在测量区域边界上建立的污染所引起的另一问题是，影响热膜空气质量计的流体动力特性。热膜空气质量计在投入运行前被校准，其中校准从热膜空气质量计表面上的确定的空气质量流流体特性出发。但如果在运行中在测量区域的边界面上产生污染、尤其是液体墙，因此这种污染也影响空气质量流在测量表面上的速度断面图并由此影响温度断面图。但因为热量在测量表面上的输送取决于速度断面图和温度断面图的形状，这导致热膜空气质量计的信号漂移。

发明内容

因此，按照本发明，提出一种热膜空气质量计，它避免由现有技术已知的热膜空气质量计的缺陷。尤其是所建议的热膜空气质量计在其一种构型中具有与从现有技术中已知的热膜空气质量计相比明显减小的表面污染和由表面污染引起的减小的信号不稳定。该热膜空气质量计尤其适用于测量在0至60米每秒范围中的空气质量流并因此尤其可以装在内燃机的吸气管中。

本发明涉及这种认识：例如从约15μm起的小高度污物沉积就已经可能对热膜空气质量计表面上的空气质量流的流动特性产生明显的影响。这种污染导致流体分离使得流体延迟返回到热膜空气质量计的传感器芯片上并且导致用于改变边界层的湍流特性发生变化。这又导致信号漂移。因此本发明的基本思想是，使各种类型的由于污物沉积对空气质量流的流体速度断面图的影响最小化。