AT527924A4 - Differenzdrucksensorvorrichtung - Google Patents

Abstract

Differenzdrucksensorvorrichtungen (1) zur Volumenstrombestimmung mit einem Strömungskanal (10), einem Pitot-Rohr (14), welches in den Strömungskanal (10) ragt und eine erste Druckmessöffnung (16) aufweist, die zur Strömung gerichtet ist und zumindest eine zweite Druckmessöffnung (18) aufweist, zumindest einem Differenzdruckmessgerät (22), einem ersten Druckmesskanal (20, 24), der sich von der ersten Druckmessöffnung (16) durch das Pitot-Rohr (14) zum Differenzdruckmessgerät (22) erstreckt und zumindest einem zweiten Druckmesskanal (24), der sich von der zweiten Druckmessöffnung (18) durch das Pitot-Rohr (14) zum Differenzdruckmessgerät (22) erstreckt, wobei zumindest im ersten Druckmesskanal (20) ein Puffervolumen (38) vergrößerten Querschnitts ausgebildet ist, sowie Abgasdurchflussmesser mit derartigen Differenzdrucksensorvorrichtungen, sind bekannt. Um die Messergebnisse zusätzlich zu verbessern und die Messungen unabhängig gegen störende Druckwellen in bestimmten Frequenzbereichen zu machen, wird vorgeschlagen, dass innerhalb des Puffervolumens (38) ein oder mehrere Strukturelemente (44) angeordnet sind, über welche die Strömung beeinflussbar ist.

Description

Differenzdrucksensorvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Differenzdrucksensorvorrichtung zur Volumenstrombestimmung mit einem Strömungskanal, der durch eine Gehäusewand radial begrenzt ist, einem Pitot-Rohr, welches in den Strömungskanal ragt und eine Druckmessöffnung aufweist, die zur Strömung gerichtet ist und zumindest eine zweite Druckmess6öffnung aufweist, zumindest einem Differenzdruckmessgerät, einem ersten Druckmesskanal, der sich von der ersten Druckmessöffnung durch das Pitot-Rohr zum Differenzdruckmessgerät erstreckt und zumindest einem zweiten Druckmesskanal, der sich von der zweiten Druckmessöffnung durch das Pitot-Rohr zum Differenzdruckmessgerät erstreckt, wobei zumindest im ersten Druckmesskanal ein Puffervolumen vergrößerten ÖQuerschnitts ausgebildet ist sowie einen

Abgasdurchflussmesser mit einer derartigen Differenzdrucksensorvorrichtung.

Differenzdrucksensorvorrichtungen können mit einer entsprechenden Dichtemessung zur Bestimmung von Massenströmen von Medien verwendet werden, wie beispielsweise Abgasmassenströmen von Verbrennungsmotoren. Um genaue Messwerte zu liefern, müssen die verwendeten Differenzdrucksensorvorrichtungen bei der Messung von Gasgemischen möglichst unempfindlich gegen die Anwesenheit von Wasser beziehungsweise Wasserdampf und ein mögliches Gefrieren des Wassers

sein.

Unter dem Begriff Pitot-Rohr werden unter anderem Prandtl-Staurohre verstanden, welche eine zur Strömung gewandte Öffnung aufweisen, über die ein Druck, bestehend aus dem Staudruck aufgrund der vorhandenen Strömungsgeschwindigkeit und dem statischen Druck, zu einem Druckaufnehmer geleitet wird. Dieser misst entweder eine Druckdifferenz zu einem Druck, der über eine Druckmessöffnung an einer Position des Staurohres gemessen wird, die strömungsabgewandt oder senkrecht zur Strömung angeordnet ist und somit zumindest näherungsweise keinem Staudruck unterliegt. Entsprechend wird eine Druckdifferenz zum vorhandenen statischen Druck gemessen. Der Staudruck beziehungsweise dynamische Druck ist somit der Druck, den das strömende Medium durch seine Geschwindigkeit und seine Masse ausübt. Somit bildet die Druckdifferenz zumindest ein Maß für die kinetische

Energie des strömenden Mediums. Je höher die Strömungsgeschwindigkeit, desto

größer ist entsprechend der Staudruck, so dass dieser ein Maß für den Volumenstrom darstellt. Alternativ werden als Pitot-Rohre Düsen, insbesondere Venturi- oder LavalDüsen verwendet, an deren unterschiedlichen Querschnitten die Druckmesskanäle ausgebildet sind, so dass der vorhandene Gesamtdruck sich aus dem statischen und dem dynamischen Druck zusammensetzt. Je nach zur Verfügung stehenden Querschnitt wird der vorhandene statische Druck entsprechend der Kontinuitätsgleichung in einen dynamischen Druck umgewandelt, so dass auf die

vorhandenen Strömungsgeschwindigkeiten geschlossen werden kann.

Insbesondere im Bereich der Abgasmassenstrommessung kommt es jedoch häufig zum Auskondensieren von Wasser, welches im Abgasstrom als Wasserdampf mitgefördert wird, wenn dieses auf kältere Oberflächen der Messapparatur trifft. Neben der daher häufig verwendeten Erwärmung der Leitungen, um dieses Auskondensieren zu verhindern, ist es zur Verringerung des Energieaufwandes bekannt geworden, die

Druckmesskanäle regelmäßig mit trockener Luft zu spülen.

So wird in der CN 217 180 965 U ein Durchflussmesser offenbart, der ein Pitot-Rohr mit zwei Messkanälen offenbart, in denen jeweils ein 3/2-Wege-Magnetventil angeordnet ist, und die mit einem Differenzdruckessgerät verbunden sind. Zum Spülen wird der zweite Eingang der 3/2-Wegeventile freigegeben. Der hier offenbarte

Durchflussmesser eignet sich auch zur nachträglichen Nullpunktkalibrierung.

Problematisch bleibt es bei diesem Durchflussmesser jedoch, Druckänderungen aufgrund von Pulsationen zwischen dem Differenzdruckmessgerät und dem Pitot-

Rohr, welche die Messergebnisse verfälschen, zu eliminieren.

Um dieses Problem zu lösen, wird in der EP 1 405 989 A1 vorgeschlagen, in den Druckmesskanälen zwischen den Druckmessöffnungen des Pitot-Rohres und dem Differenzdruckmessgerät Pufferbehälter anzuordnen. Diese sollen Druckwellen des

Abgasstroms filtern und glätten. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Verwendung solcher Pufferbehälter zwar

geeignet ist, die Pulsationen des Abgasstroms zu glätten, jedoch gelangen weiterhin

höherfrequente Druckgradienten im Bereich akustische Wellen zum Druckmessgerät

und verfälschen dessen Messergebnisse ebenso wie auftretende Verschmutzungen

oder Kondensate,

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Differenzdrucksensorvorrichtung zur Volumenstrombestimmung sowie einen Abgasdurchflussmesser zur Verfügung zu stellen, die auch gegen höherfrequente Druckgradienten im Frequenzbereich von Schallwellen unempfindlich sind und möglichst auch bei Auftreten von Kondensation

zuverlässige Messergebnisse liefern.

Diese Aufgabe wird durch eine Differenzdrucksensorvorrichtung zur Volumenstrombestimmung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen

Abgasdurchflussmesser mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.

Die erfindungsgemäße Differenzdrucksensorvorrichtung zur Volumenstrombestimmung weist einen Strömungskanal auf, der durch eine Gehäusewand radial begrenzt ist, so dass ein Fluid im Strömungskanal strömen kann. Der Strömungskanal ist beispielsweise rohrförmig. In den Strömungskanal ragt beispielweise senkrecht ein Pitot-Rohr, welches eine erste Druckmessöffnung aufweist, die zur Strömung gerichtet ist, so dass zumindest unmittelbar hinter der Druckmessöffnung ein Strömungsweg im Pitot-Rohr gebildet wird, der parallel zur Strömung im Strömungskanal gerichtet ist. Dies hat zur Folge, dass das Fluid mit seiner an dieser Position im Kanal herrschenden vollen Geschwindigkeit gerade durch die Druckmessöffnung und in den Strömungskanal strömt, wodurch der gesamte statische und dynamische Druck im ersten Druckmesskanal herrscht, der sich an die erste Druckmessöffnung anschließt. Des Weiteren weist das Pitot-Rohr eine zweite Druckmessöffnung auf, die nicht zur Strömung gerichtet ist. Diese kann beispielsweise entweder vollständig strömungsabgewandt sein oder im 90° Winkel zur Strömung im Strömungskanal angeordnet werden, wodurch theoretisch kein Fluid mit Geschwindigkeit über die zweite Druckmessöffnung in den zweiten Druckmesskanal einströmt, und einen dynamischen Druck verursacht, wodurch an dieser zweiten Druckmessö6ffnung lediglich ein statischer Druck wirkt. Die vorhandene Druckdifferenz in diesen Druckmesskanälen aufgrund der unterschiedlichen dynamischen und statischen Anteile kann als Maß zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit

genutzt werden. Ein erster Druckmesskanal erstreckt sich von der ersten

Druckmess6öffnung durch das Pitot-Rohr zu einem Differenzdruckmessgerät und zumindest ein zweiter Druckmesskanal erstreckt sich von der zweiten Druckmessöffnung durch das Pitot-Rohr zum Differenzdruckmessgerät, welches beispielsweise als Drucktransmitter ausgebildet ist, so dass die beiden durch eine Membran getrennten Seiten des Drucktransmitters mit den beiden Druckmesskanälen verbunden sind, so dass auf die Membran die vorhandene Druckdifferenz wirkt. Ein solcher Drucktransmitter gibt einen Spannungswert aus, der ein Maß für die anliegende Druckdifferenz und damit für den dynamischen Druck darstellt, welcher wiederum über die Bernoulli-Gleichung in bekannter Weise in eine Geschwindigkeit und einen Volumenstrom umgerechnet werden kann. Zumindest im ersten Druckmesskanal ist ein Puffervolumen vergrößerten Querschnitts ausgebildet, durch welches Druckwellen des Gasstroms geglättet werden, so dass dieses Puffervolumen

als pneumatischer Tiefpassfilter wirkt.

Zusätzlich sind erfindungsgemäß innerhalb des Puffervolumens ein oder mehrere Strukturelemente angeordnet, über welche die Strömung beeinflussbar ist. Unter dem Begriff Strukturelement sind jegliche Einbauten oder Beschichtungen zu verstehen, welche die Strömung beispielsweise durch Anströmung und/oder Durchströmung und/oder Absorption beeinflussen. Hierbei werden insbesondere gezielt die vorhandenen akustischen Wellen also Druckwellen höherer Frequenz, welche nicht auf die eigentlichen Ein- und Auslasswellen eines Verbrennungsmotors durch den

Kolbenhub zurückzuführen sind, zusätzlich ausgeglichen beziehungsweise geglättet.

Ein erfindungsgemäßer Abgasdurchflussmesser weist eine derartige erfindungsgemäße Differenzdrucksensorvorrichtung auf, deren Strömungskanal mit einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors verbunden ist, wobei die Differenzdrucksensorvorrichtung mit einer Recheneinheit verbunden ist, in der der Differenzdruck in einen Abgasdurchfluss umrechenbar ist. Durch einen derartig ausgestalteten Abgasdurchflussmesser kann entsprechend exakt ein Abgasmassenstrom bestimmt werden, dessen Messergebnisse nicht durch entstehende Druckgradienten und Schallwellen verfälscht wird. So können vor allem störende Pulsationseffekte, die häufig bei kleineren Motoren auftreten, vermieden

werden.

Vorzugsweise sind die Strukturelemente als Strömungsumlenkelemente ausgebildet. Durch eine solche Strömungsumlenkung entstehen Stauzonen und turbulente

Strömungen, die zu einer Durchmischung und zum Abbau von Druckspitzen führen.

In einer weiterführenden Ausführungsform umfassen die Strömungsumlenkelemente radial zur Strömungsrichtung zueinander versetzte Prallplatten. In diesem Zusammenhang wird die Hauptströmungsrichtung als axiale Richtung verstanden und unter radialer Richtung die zu dieser axialen Strömung senkrecht stehende Richtung. Dies bedeutet, dass die Prallplatten über den Querschnitt verteilt angeordnet sind und selbstverständlich auch axial zueinander versetzt sein können. Dies führt zu einer einfach herstellbaren und sehr wirkungsvollen Ausführung der Strukturelemente. Eine Herstellung kann beispielsweise durch 3D-Druck erfolgen.

In einer alternativen Ausführung ist das Strukturelement als Diffusor ausgebildet. Unter einem Diffusor wird ein Bauteil verstanden, welches viele kleine über den Querschnitt verteilte Öffnungen aufweist, die in axialer Richtung gesehen versetzt zueinander angeordnet sind. Diese Öffnung können diffus oder geordnet ausgebildet sein. Auch ein solcher Diffusor erzeugt eine stetige Strömungsumlenkung in kleinen Bereichen

und somit einen Abbau von Druckgradienten und -spitzen.

In einer hierzu weiterführenden Ausführung weist der Diffusor eine Netzstruktur auf.

Eine solche Netzstruktur kann einfach durch Einlegeteile erzeugt werden.

In einer wiederum weiterführenden Ausbildung der Erfindung erstreckt sich die Netzstruktur radial zur Strömungsrichtung und axial in Strömungsrichtung durch das Puffervolumen. Auf diese Weise wird ein Umströmen der Netzstruktur verhindert und eine ausreichend lange Strecke zur Verfügung gestellt, um zu verhindern, dass sich

Druckspitzen bis hinter das Puffervolumen fortsetzen.

In einer alternativen oder weiterführenden Ausführungsform ist das oder sind die Strukturelemente zumindest teilweise aus einem schallwellen-absorbierenden Material hergestellt. Ein solches Material absorbiert gezielt Frequenzen im

Schallwellenbereich und somit nicht erwünschte, das Ergebnis der

Differenzdruckmessung verfälschende Druckspitzen. Dieses Material kann auch für

die Diffusoren oder die Strömungsumlenkelemente verwendet werden.

In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist das die Schallwellen absorbierende Material an den radial begrenzenden Innenwänden des Puffervolumens angeordnet. So werden Absolutdruckverluste in den Druckmesskanälen vermieden

und dennoch die Ausbreitung von Druckgradienten reduziert.

Besonders bevorzugt ist es, wenn stromaufwärts des Puffervolumens eine Querschnittsverengung im Druckmesskanal ausgebildet ist. Durch eine solche vorgelagerte ÖQuerschnittsverengung wird ein vollständiger pneumatischer Tiefpassfilter geschaffen, durch den auch Druckwellen aus dem Abgasstrang eines

Fahrzeugs abgebaut werden können

Vorzugsweise ist das Puffervolumen unmittelbar stromaufwärts des Differenzdruckmessgerätes angeordnet. Durch die Nähe zum Differenzdruckmessgerät werden ein erneutes Entstehen von Pulsationseffekten und

Schallwellen im Gasstrom vermieden.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn in beiden Druckmesskanälen jeweils ein Puffervolumen mit Strukturelementen ausgebildet ist. Zwar ist die Pulsationsneigung in diesem Druckmesskanal geringer, da kein dynamischer Druck gemessen wird, jedoch können auch hier unerwünschte Effekte durch die Wellen im Frequenzbereich von Schallwellen entstehen, welche vorteilhaft herauszufiltern sind, um exakte

Messergebnisse zu erhalten.

Die Querschnittsverengungen können vorteilhaft durch schaltbare Drosseln, Ventile oder Düsen mit jeweils einem ersten Einlass und einem ersten Auslass im jeweiligen Druckmesskanal gebildet werden. Mit anderen Worten kann jede Querschnittsverengung durch eine schaltbare Drossel oder ein Ventil oder eine Düse gebildet werden. Durch dieses Schalten kann an der Position der Einschnürung auch ein Schließen des Kanals erfolgen, wenn dies für Wartungszwecke, zum Spülen oder

für einen gewünschten Nullabgleich gewünscht ist.

Wenn die Drosseln und/oder Ventile und/oder Düsen einstellbar sind, ist es vorteilhafterweise auch möglich, den Druckverlust und damit die Filterung bestimmter

Frequenzen der Druckwellen durch die Einstellung zu regeln.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zumindest eine Querschnittsverengung durch ein Ventil gebildet ist, das als Mehrwegeventil ausgeführt ist, welches zumindest einen zweiten Einlass aufweist, der mit einem Spülvolumen verbunden oder verbindbar ist. Entsprechend kann unmittelbar über die Ventile ein Spülvorgang des Pitot-Rohres beziehungsweise der Messkanäle vorgenommen werden, um Kondensate aus dem

Gasstrom zu entfernen.

Vorzugsweise ist das Spülvolumen über eine Pumpe auffüllbar, so dass eine

wiederkehrende Spülung ohne einen Umbau des Systems durchgeführt werden kann.

Es wird somit eine Differenzdrucksensorvorrichtung zur Volumenstrombestimmung sowie ein Abgasdurchflussmesser geschaffen, die auftretende Druckwellen beziehungsweise Druckspitzen insbesondere im unterwünschten Frequenzbereich der Schallwellen zuverlässig eliminiert und so die Messergebnisse deutlich verbessert. Zusätzlich kann diese Differenzdruckmessvorrichtung mit einem Spülsystem ausgerüstet werden, um so auch Fehlmessungen durch auftretende Kondensate zu

vermeiden. Verschiedene erfindungsgemäße Differenzdrucksensorvorrichtungen und ein erfindungsgemäßer Abgasdurchflussmesser sind in den nicht einschränkenden

Figuren dargestellt und werden nachfolgend beschrieben:

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen

Abgasdurchflussmessers mit erfindungsgemäßer Differenzdrucksensorvorrichtung,

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines alternativen Puffervolumens der

erfindungsgemäßen Differenzdrucksensorvorrichtung, und

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren alternativen

Puffervolumens der erfindungsgemäßen Differenzdrucksensorvorrichtung.

Die erfindungsgemäße Differenzdrucksensorvorrichtung 1 besteht aus einem Strömungskanal 10, der durch eine Gehäusewand 12 radial begrenzt wird und in dem ein Fluid strömt, dessen Volumenstrom bestimmt werden soll, indem der dynamische

Anteil des wirkenden Druckes beziehungsweise der Staudruck bestimmt wird, über

den bei bekannter Dichte über die Formel Dstau = 5 v? die mittlere Geschwindigkeit

berechnet werden kann.

Um diesen Differenzdruck zu bestimmen, ragt ein Pitot-Rohr 14 senkrecht in den Strömungskanal 10. Dieses weist eine erste Druckmessöffnung 16 auf, die zur Strömung gerichtet ist, also über ihren gesamten Öffnungsquerschnitt orthogonal angeströmt wird. Das Pitot-Rohr 14 weist zusätzlich eine zweite Druckmessöffnung 18 auf, die entweder strömungsabgewandt angeordnet ist, oder einen Öffnungsquerschnitt aufweist, der senkrecht zur Strömung liegt. In beiden Fällen liegt an der zweiten Druckmessöffnung 18 lediglich ein statischer Druck an, während an der ersten Druckmessöffnung 16 der Gesamtdruck, der aus dem statischen und dem dynamischen Anteil besteht, anliegt. Die gemessene Druckdifferenz ergibt entsprechend ein Maß für den dynamischen Anteil des Druckes beziehungsweise den Staudruck im Strömungskanal 10 und somit ein Maß für die Geschwindigkeit der Strömung im Strömungskanal 10. Bei der Ausführung des Pitot-Rohres 14 als Düse weist diese eine strömungszugewandte erste Druckmessöffnung und eine

strömungsabgewandte Öffnung auf, an der die Düse endet.

Die erste Druckmessöffnung 16 führt im Falle des Staurohres in einen ersten, sich orthogonal zur Druckmessöffnung 16 und somit entlang der Länge des Pitot-Rohres 14 und orthogonal zur Mittelachse des Strömungskanals 10 erstreckenden ersten Druckmesskanal 20, der an einem Differenzdruckmessgerät 22 mündet. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Drucktransmitter oder Druckmessumformer handeln, an dem der im ersten Druckmesskanal 20 wirkende Druck in einer Messkammer wirkt, die durch eine Membran begrenzt ist, die durch den auf sie wirkenden Druck ausgelenkt wird, wobei die Auslenkung in eine Spannung umgewandelt wird, die

wiederum ein Maß für den anliegenden Druck ist.

Die zweite Druckmessöffnung 18 führt in einen zweiten, sich ebenfalls orthogonal zur Druckmessöffnung 18 und somit entlang der Länge des Pitot-Rohres 14 und orthogonal zur Mittelachse des Strömungskanals 10 erstreckenden zweiten Druckmesskanal 24, der somit parallel zum ersten Druckmesskanal 20 verläuft und ebenfalls am Differenzdruckmessgerät 22 mündet. Bei Verwendung eines Drucktransmitters wird der Druck aus dem zweiten Druckmesskanal 24 in eine zweite Messkammer geleitet, die ebenfalls durch die Membran begrenzt ist, jedoch an der gegenüberliegenden Seite der Membran wirkt, so dass die Auslenkung der Membran ein Maß für die anliegende Druckdifferenz ist. Selbstverständlich können aber auch

andere Druckmessgeräte 22 verwendet werden.

Im Falle der Düse als Pitot-Rohr 14 erstrecken sich die Druckmesskanäle 20, 24 aus dem vorderen weiten Querschnitt und dem engsten Querschnitt der Düse jeweils

orthogonal zur Mittelachse der Düse.

Der Strömungskanal 10 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit dem Ende eines Abgaskanals 26 eines Verbrennungsmotors 28 verbunden, so dass das Abgas aus dem Abgaskanal 26 in den Strömungskanal 10 gelangt und dort der Abgasmassenstrom bestimmt werden kann. Dies erfolgt in einer Recheneinheit 30, die mit dem Differenzdruckmessgerät 22 zur Datenübertragung verbunden ist, indem die ermittelte Strömungsgeschwindigkeit mit dem Querschnitt des Strömungskanals 10 multipliziert wird, um einen Volumenstrom zu berechnen, der bestimmt werden soll, und der unter Verwendung der Dichte in einen Massenstrom umgerechnet werden kann. Hierzu ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel am Strömungskanal 10 ein zusätzlicher Dichtesensor 32 angeordnet, der ebenfalls mit der Recheneinheit 30

verbunden ist.

Abgasströme mit starken Schwankungen und hochdynamischen Druckänderungen erzeugen jedoch Druckgradienten und Druckimpulse, die von dem pneumatischen System und von dem Differenzdruckmessgerät 22 nicht korrekt übertragen und gemessen werden können. Dies führt zu verfälschten Messergebnissen, insbesondere bei kleineren Motoren mit minimalen Abgasnachbehandlungssystemen, da hier die

Aggregate des Abgasnachbehandlungssystem nicht bereits für eine

Vergleichmäßigung des Abgasstroms sorgen, kann jedoch auch bei größeren Motoren

vorkommen.

Aus diesem Grund ist im ersten Druckmesskanal 20 und im zweiten Druckmesskanal 24 stromabwärts des Pitot-Rohres 14 und möglichst nah am Differenzdruckmessgerät

22 jeweils ein pneumatischer Tiefpassfilter 34 verbaut.

Dieser besteht jeweils aus einer Querschnittsverengung 36, an die sich ein Puffervolumen 38 vergrößerten Querschnitts anschließt, das durch einen definierten vergrößerten Teil eines Schlauches oder Rohres gebildet werden kann. Die Querschnittverengung 36 kann als einfache Drossel beziehungsweise Blende 40, wie dies in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, oder als Ventil oder Düse ausgeführt werden. Diese können auch einstellbar sein, um die Druckwellen in definierten

Frequenzbereichen zu filtern.

Im Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 1 wird die Querschnittsverengung 36 durch ein Mehrwegeventil 42 gebildet, welches als 3/2-Wegeventil ausgeführt ist, jedoch für zusätzliche Funktionen auch als 4/2-Wegeventil ausgeführt werden kann, wie weiter

unten noch beschrieben wird.

Durch die Querschnittsverengung 36 wird der Abgasstrom zunächst beschleunigt und im Puffervolumen 38 anschließend deutlich entspannt. Dies führt zu einem Abbau der vorhandenen Druckwellen. Durch eine Anpassung der Querschnitte des Puffervolumens 38 und der Querschnittsverengung 36 kann die Charakteristik angepasst werden, also insbesondere die Grenzfrequenz der noch wahrzunehmenden

Druckwellen an die erforderliche Messfrequenz angepasst werden.

Dabei zeigt es sich jedoch, dass insbesondere im Frequenzbereich von Schallwellen

die Tiefpassfilterung noch nicht ausreichend ist und weiterhin Messfehler entstehen.

Aus diesem Grund werden im Puffervolumen 38 Strukturelemente 44 angeordnet, die beim Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 1 als Strömungsumlenkelemente 46 in Form von Prallplatten ausgebildet sind. Diese erstrecken sich jeweils senkrecht zur

Hauptströmungsrichtung und sind über den Querschnitt, also radial zur

Hauptströmungsrichtung sowie in axialer Richtung, also in Hauptströmungsrichtung über das Puffervolumen 38 verteilt angeordnet. Insbesondere erfolgt die Anordnung derart, dass kein rein axialer Strom über die Länge des Puffervolumens 38 frei liegt und somit der gesamte Abgasstrom zumindest einmal umgelenkt wird. Durch diese Umlenkungen werden turbulente Zonen bei einer gleichzeitigen Durchmischung des Abgasstroms erzeugt, wodurch insbesondere Druckwellen im Frequenzbereich von Schallwellen, welche die Ergebnisse der Messung negativ beeinflussen zuverlässig

herausgefiltert werden können.

Eine Alternative ist in der Figur 2 dargestellt. Statt der Strömungsumlenkelemente 46 wird hier als Strukturelement 44 ein Diffusor 48 oder Mischer verwendet, der eine Netzstruktur aufweist und sich über das gesamte Puffervolumen 38 sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung erstreckt. Diese Netzstruktur kann geordnet, ähnlich dem Netzgewebe eines Metallkatalysators ausgebildet werden oder durch ein chaotisches Gewebe, welches aus Metall oder anderen Materialien bestehen kann, gebildet werden. Auch ein solcher Diffusor erzeugt kleine Umlenkungen und ist entsprechend geeignet in bestimmten Frequenzbereichen Druckspitzen zu glätten,

beziehungsweise zu filtern.

Eine weitere alternative Ausführungsform ist in der Figur 3 dargestellt. Hier sind das Puffervolumen 38 radial begrenzende Innenwände 50 mit einem schallwellenabsorbierenden Material ausgekleidet, so dass diese Beschichtung als Absorber 52 wirkt. Ein solches Material ist ebenfalls geeignet, gezielt Druckwellen in einem definierten Frequenzbereich zu filtern, so dass die Messergebnisse verbessert werden. Dieses schallwellen-absorbierende Material kann auch zur Herstellung des Diffusors 48 oder der Strömungsumlenkelemente 46 genutzt werden oder zusätzlich

zu diesen im Puffervolumen 38 angeordnet werden.

Um die Differenzdrucksensorvorrichtung 1 zusätzlich gegen aus dem Abgasstrom kondensierenden Wasserdampf zu schützen, welcher ebenfalls die Messergebnisse verfälschen kann, weisen die beiden als 3/2 Wegeventile ausgeführten Mehrwegeventile 42, die auch die Querschnittsverengung 36 bilden, neben einem ersten Einlass 54 und einem ersten Auslass 56, die mit dem jeweiligen

Druckmesskanal 20, 24 verbunden sind, einen zusätzlichen, zweiten Einlass 58 auf,

der über jeweils eine Spülleitung 60 mit einem Spülvolumen 62 verbunden ist, welches über eine Pumpe 64 mit trockener Spülluft versorgt wird. Durch Umschalten der Mehrwegeventile 42 in ihre zweite Schaltposition können entsprechend die Druckmesskanäle 20, 24 gespült werden, wobei während der Spülung der erste Einlass 54 als zweiter Auslass dient. Dieser Spülvorgang kann entweder vorbeugend, insbesondere beim Startvorgang zur Vermeidung von Verschmutzungseffekten durch Lagerung, Transport und Installation erfolgen, oder als fehlersuchende Spülung des Pitot-Rohres und seiner Druckmesskanäle im Fall von unplausiblen Messergebnissen. Auch längere Spülzeiten zur vollständigen Reduzierung von Verschmutzung und Kondensaten ist möglich. Des Weiteren können die Spülvorgänge vorbeugend und genauigkeitserhöhend erfolgen, indem sie zyklisch mit sehr kurzen Spülzeiten von unter 10ms während der Messungen durchgeführt werden.

Werden die Mehrwegeventile 42 mit zusätzlichen Ein- und Ausgängen und möglichen Stellungen versehen, kann auch eine vorbeugende und genauigkeitserhöhende Spülung mit Druckdriftkompensation sowie ein Nullabgleich durchgeführt werden, indem auch das Differenzdruckmessgerät beidseitig mit dem Druck des Spülvolumens beaufschlagt wird. Eine solche Messung kann ebenfalls online, als während der Messungen durchgeführt werden, wobei die Spülzeiten hier erneut sehr kurz gewählt werden müssen. Selbstverständlich können diese Spülvorgänge auch beliebig

kombiniert werden.

Mit einer derartigen Differenzdrucksensorvorrichtung 1 beziehungsweise einem derartigen Abgasdurchflussmesser können auch pulsierende Strömungen sehr genau gemessen werden. Fehler durch Druckspitzen oder Druckgradienten sowie entstehenden Schallwellen werden ebenso eliminiert wie Fehler durch

Kondensatbildung.

Claims (16)

PATENTANSPRÜCHE

1. Differenzdrucksensorvorrichtung (1) zur Volumenstrombestimmung mit einem Strömungskanal (10), einem Pitot-Rohr (14), welches in den Strömungskanal (10) ragt und eine erste Druckmessö6öffnung (16) aufweist, die zur Strömung gerichtet ist und zumindest eine zweite Druckmessöffnung (18) aufweist, zumindest einem Differenzdruckmessgerät (22), einem ersten Druckmesskanal (20, 24), der sich von der ersten Druckmess$öffnung (16) durch das Pitot-Rohr (14) zum Differenzdruckmessgerät (22) erstreckt und zumindest einem zweiten Druckmesskanal (24), der sich von der zweiten Druckmessöffnung (18) durch das Pitot-Rohr (14) zum Differenzdruckmessgerät (22) erstreckt, wobei zumindest im ersten Druckmesskanal (20) ein Puffervolumen (38) vergrößerten Querschnitts ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Puffervolumens (38) ein oder mehrere Strukturelemente (44)

angeordnet sind, über welche die Strömung beeinflussbar ist.

2. Differenzdrucksensorvorrichtung (1) zur Volumenstrombestimmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

die Strukturelemente (44) als Strömungsumlenkelemente (46) ausgebildet sind.

3. Differenzdrucksensorvorrichtung (1) zur Volumenstrombestimmung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsumlenkelemente (46) radial zur Strömungsrichtung zueinander versetzte Prallplatten umfassen.

4. Differenzdrucksensorvorrichtung (1) zur Volumenstrombestimmung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (44) als Diffusor (48) ausgebildet ist.

5. Differenzdrucksensorvorrichtung (1) zur Volumenstrombestimmung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass

der Diffusor (48) eine Netzstruktur aufweist.

6. Differenzdrucksensorvorrichtung (1) zur Volumenstrombestimmung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die MNetzstruktur sich radial zur Strömungsrichtung und axial in

Strömungsrichtung durch das Puffervolumen (38) erstreckt.

7. Differenzdrucksensorvorrichtung (1) zur Volumenstrombestimmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren Strukturelemente (44) zumindest teilweise aus einem

Schallwellen absorbierenden Material hergestellt sind.

8. Differenzdrucksensorvorrichtung (1) zur Volumenstrombestimmung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die Schallwellen absorbierende Material an radial begrenzenden

Innenwänden (50) des Puffervolumens (38) angeordnet ist.

9. Differenzdrucksensorvorrichtung (1) zur Volumenstrombestimmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des Puffervolumens (38) eine Querschnittsverengung (36) im Druckmesskanal (20, 24) ausgebildet ist.

10. Differenzdrucksensorvorrichtung (1) zur Volumenstrombestimmung nach einem

der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

das Puffervolumen (38) unmittelbar stromaufwärts des

Differenzdruckmessgerätes (22) angeordnet ist.

11. Differenzdrucksensorvorrichtung (1) zur Volumenstrombestimmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in beiden Druckmesskanälen (20, 24) jeweils ein Puffervolumen (38) mit den

Strukturelementen (44) ausgebildet ist.

12. Differenzdrucksensorvorrichtung (1) zur Volumenstrombestimmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Querschnittsverengungen (36) durch schaltbare Drosseln (40), Ventile oder Düsen mit einem ersten Einlass (54) und einem ersten Auslass (56) im

ersten und zweiten Druckmesskanal (20, 24) gebildet sind.

13. Differenzdrucksensorvorrichtung (1) zur Volumenstrombestimmung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass

die Drosseln (40) und/oder Ventile und/oder Düsen einstellbar sind.

14. Differenzdrucksensorvorrichtung (1) zur Volumenstrombestimmung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Querschnittsverengung (36) durch ein Ventil gebildet ist, das als Mehrwegeventil (42) ausgeführt sind, welches zumindest einen zweiten Einlass (58) aufweist, der mit einem Spülvolumen (62) verbunden oder

verbindbar ist.

15. Differenzdrucksensorvorrichtung (1) zur Volumenstrombestimmung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass

das Spülvolumen (62) über eine Pumpe (64) auffüllbar ist.

16. Abgasdurchflussmesser mit einer Differenzdrucksensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (10) mit einem Abgaskanal (26) eines Verbrennungsmotors (28) verbunden ist, wobei die Differenzdrucksensorvorrichtung (1) mit einer Recheneinheit (30) verbunden ist, in der der Differenzdruck in einen

Abgasdurchfluss umrechenbar ist.