DE10002438A1 - Sensorhülle und Sensorvorrichtung mit einem Sensor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorhülle, insbesondere für einen thermischen Luftmassensensor, der zur Anordnung in einer Rohrleitung (11) vorgesehen ist, durch die ein Fluid strömt. Um bei einem Entzünden des Fluids in der Umgebung des Sensors ein Durchzünden auf den Rest des Fluids zu verhindern, ist ein Drahtgitter (17) vorgesehen, dessen Maschen (22) so ausgebildet sind, daß ein Fluid im wesentlichen ungestört durch das Drahtgitter (17) strömen kann und das eine Öffnung (18) aufweist, durch die der zu umhüllende Sensor in das Drahtgitter (17) einführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorhülle, insbesondere für einen thermischen Luftmassensensor, die zur Anordnung in einer Rohrleitung vorgesehen ist, durch die ein Fluid strömt, sowie eine Sensorvorrichtung mit einem Sensor, der von einer derartigen Sensorhülle umgeben ist.

STAND DER TECHNIK

Durch die DE 44 07 209 C2 ist eine Meßvorrichtung bekannt, die zur Messung der Masse eines strömenden Mediums, insbe­ sondere der Ansaugluftmasse von Brennkraftmaschinen, dient. Diese Meßvorrichtung ist plattenförmig ausgebildet und weist einen thermischen Luftmassenstrommesser auf, bei­ spielsweise mit einem Heißfilmwiderstand wie bei dem HFM5 der Robert Bosch GmbH. Die Meßvorrichtung befindet sich in einer zylindrischen Ansaugleitung und ist so ausgerichtet, daß das Meßelement parallel zur Strömung der Ansaugluft ausgerichtet ist, damit es optimal angeströmt wird.

Eine solche Meßvorrichtung mit einem Heißfilmwiderstand wird jedoch nicht nur in Kraftfahrzeugen zur Steuerung des lastabhängigen Mischungsverhältnisses von Kraftstoff und Luft verwendet, sondern findet auch in der allgemeinen Ver­ fahrenstechnik häufig Anwendung. Bei den dort eingesetzten fluiden Medien handelt es sich zum Teil um leicht brennbare oder sogar explosive Substanzen.

Durch den Betrieb eines thermischen Luftmassenmessers kann das Strömungsmedium lokal derart erhitzt werden, daß dessen Temperatur gegebenenfalls die Zündtemperatur erreicht. Die Folge wäre, daß sich eine nach dem Zünden des Strömungsme­ diums entstehende Flammfront als ein Brand ausdehnt. Dabei ist es denkbar, daß sich die Entzündung im schlimmsten Fall explosionsartig ereignet und zur Zerstörung der Meßvorrich­ tung, ihrer Umgebung und möglicherweise der gesamten ver­ fahrenstechnischen Anlage führt.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Die Sensorhülle mit den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß selbst wenn das Fluid sich am Sensor entzündet, die Flammfront nicht das Drahtgitter durchdringen kann, so daß sich das außerhalb des Drahtgitters befindliche Fluid nicht entzünden kann. Dabei ist durch das Drahtgitter trotzdem der ungestörte Zu­ strom des Fluids zum Sensor gewährleistet, so daß die Strö­ mungsverhältnisse an der Stelle, an der sich der Sensor be­ findet, nicht geändert werden und es nicht zu einer Verfäl­ schung der Messung kommt.

Das Drahtgitter wirkt dabei zur Vermeidung des Durchzündens auf zwei Arten. Als erstes wird die Temperatur des Fluids, selbst wenn es sich am Sensor entzündet, außerhalb des Drahtgitters infolge der Wärmekapazität des Drahtgitters derart gesenkt, daß die Temperatur des Fluids außerhalb des Drahtgitters unterhalb der Zündtemperatur des Fluids bleibt. Es liegt also eine thermische Senke vor. Zum zwei­ ten wirkt das Drahtgitter als Faradayscher Käfig, so daß sich der Durchsatz elektromagnetischer Wellen, als welche eine Flammfront auch zu betrachten ist, deutlich reduziert.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Drähte des Drahtgit­ ters zum einen parallel zur Strömungsrichtung des Fluids und zum anderen orthogonal zu dieser Strömungsrichtung an­ geordnet sind. Die von den Drähten des Drahtgitters gebil­ deten, parallelogrammförmigen Maschen sind dann in der Form von Rechtecken ausgebildet. Außerdem ist es besonders zweckmäßig, die einzelnen Drähte in Form von Ovalen auszu­ gestalten, so daß sie ein Drahtgitter bilden, das im Quer­ schnitt parallel und/oder senkrecht zur Strömungsrichtung des Fluids oval ist. Diese Form ist strömungstechnisch vor­ teilhaft und einfach herzustellen.

Bevorzugt wird eine Maschenweite von weniger als 1,2 mm, vorzugsweise von weniger als 0,8 mm, insbesondere von weni­ ger als 0,6 mm, da dann die Abschirmwirkungen des Drahtgit­ ters voll zum Tragen kommen und trotzdem noch ein ungehin­ dertes Strömen des Fluids durch das Drahtgitter zum Sensor möglich ist.

Bevorzugt ist die Öffnung, durch die der Sensor in die Um­ hüllung des Drahtgitters einführbar ist, gerade so groß, daß die Sensorvorrichtung problemlos hindurch paßt, wobei der Abstand zwischen Trägerkörper des Sensors und dem Rand der Öffnung vorzugsweise kleiner als die Maschenweite des Drahtgitters ist. Dadurch wird verhindert, daß die Umhül­ lung einen offene Flächenbereich aufweist, in dem die oben genannten Abschirmwirkungen nicht gegeben sind. Auf diese Weise wird verhindert, daß es im Randbereich der Öffnung zu einem Durchzünden des Fluids vom Innenraum des Drahtgitters in den Außenraum kommt, was unter Umständen zu einer Explo­ sion führen könnte.

ZEICHNUNG

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Ansicht eines, von einem Drahtgittergeflecht umhüllten Sensors, insbeson­ dere eines thermischen Luftmassensensors, der in einer Rohrleitung angeordnet ist.

BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Wie die Figur zeigt, ist eine Sensorvorrichtung 10 in einer Rohrleitung 11 angeordnet, durch die ein Fluid, insbesonde­ re ein leicht brennbares Fluid entlang einer Strömungsrich­ tung 12 strömen kann. Die Sensorvorrichtung 10 weist einen Trägerkörper 13 für einen Sensor (nicht gezeigt) auf, der im Innern des Trägerkörpers 13 hinter einem Einlaß 14 ange­ ordnet ist.

Der Trägerkörper 13 ist beispielsweise in der Form eines Quaders ausgebildet, wobei eine seiner schmalen Flächen als Stirnfläche 15 fungiert, die am weitesten stromaufwärts im Strom des Fluids angeordnet ist. Auf dieser Stirnfläche 15 ist der Einlaß 14 angebracht, durch den das vom Sensor zu messende Fluid in den Trägerkörper 13 eintritt. Dadurch ist eine zuverlässige Messung mit dem Sensor gegeben. Bei dem Sensor handelt es sich hier um einen thermischen Luft­ massenstrommesser, wie beispielsweise den HFM5 der Firma Robert Bosch GmbH.

Der Trägerkörper 13 wird ortsfest in der Rohrleitung 11 durch eine Halterung 16 gehalten, die gleichzeitig als Ver­ schluß dienen kann, so daß die Rohrleitung 11 auch an der Stelle für das durch sie strömende Fluid dicht ist, an der der Trägerkörper 13 in sie eingesetzt ist. Die Ausgestal­ tung der Halterung 16 an sich ist bekannt und für die Er­ findung nicht wesentlich, so daß sie hier nicht näher er­ läutert wird.

Den Trägerkörper 13 umschließt ein räumlich ausgebildetes Drahtgitter 17, das an seiner der Halterung 16 zugewandten Seite eine Öffnung 18 aufweist, durch die der Trägerkörper 13 in das Drahtgitter 17 eingeführt werden kann. Das Draht­ gitter 17 bildet also ein Innenraum 19, der vom restlichen Volumen der Rohrleitung 11 abgetrennt ist. Das Drahtgitter 17 ist insbesondere als ein Drahtgittergeflecht ausgebil­ det. Dies führt zu einer einfachen Herstellung bei guter Stabilität des Drahtgitters 17, insbesondere im Bereich der Öffnung 18.

Um das Drahtgitter 17 in einem definierten, festen Abstand vom Sensor zu halten, kann die Öffnung 18 des Drahtgitters z. B. als Schnappvorrichtung ausgebildet sein, die mit ent­ sprechenden Schnappmitteln am Trägerkörper 13 zusammen­ wirkt. Es sind jedoch auch andere Möglichkeiten zur Verbin­ dung des die Sensorumhüllung bildenden Drahtgitters 17 mit dem Trägerkörper 13 denkbar. Beispielsweise könnte die Öff­ nung 18 von einem sich im wesentlichen parallel zum Träger­ körper erstreckenden Kragen umgeben sein, der in einen ringförmigen Bereich zwischen dem Trägerkörper 13 und einem diesen umgebenden Hülsenabschnitt eingreift. Hierdurch wäre gleichzeitig sicher gestellt, daß der Abstand zwischen dem Trägerkörper (13) und dem Rand der Öffnung (18) kleiner als die Maschenweite des Drahtgitters (17) ist.

Der Sensor ist in einem definierten, nicht veränderlichen Abstand zum Drahtgitter 17 angeordnet. Das Drahtgitter 17 weist erste Drähte 20 auf, die vorzugsweise parallel zur Strömungsrichtung 12 des Fluids ausgerichtet sind, und zweite Drähte 21, die im wesentlichen senkrecht zur Strö­ mungsrichtung 12 des Fluids ausgerichtet sind. Sowohl die ersten Drähte 20 als auch die zweiten Drähte 21 weisen je­ weils einen Abstand von weniger als 1,2 mm, vorzugsweise von Weniger als 0,8 mm, insbesondere von weniger als 0,6 mm auf und können zum Beispiel mit einem Abstand von 0,5 mm zwischen jeweils benachbarten Drähten 20, 21 angeordnet sein.

Dadurch werden zwischen den Drähten 20, 21 Maschen 22 ge­ bildet, die quadratisch sind. Durch geänderte Abstände zwi­ schen den Drähten 20, 21 und andere Neigungen der Drähte 20, 21 relativ zur Strömungsrichtung können auch parallelo­ grammförmige und insbesondere rechteckige Maschen 22 gebil­ det werden. Die ersten Drähte 20 bilden an ihren beiden En­ den jeweils oval abgerundete Schlingen, die in sich ge­ schlossen sind. Das gleiche gilt für im wesentlichen für die zweiten Drähte 21. Die zweiten Drähte 21 im Bereich der Öffnung 18 bilden im wesentlichen U-förmige Schlingen, die nur an ihren von der Öffnung 18 abgewandten Enden oval ab­ gerundet sind, während sie an ihren andern Enden offen aus­ geführt sind. Damit ergibt sich sowohl für einen Quer­ schnitt des Drahtgitter 17 parallel als auch für einen Querschnitt senkrecht zur Strömungsrichtung 12 eine ovale Form, außer für die Stelle, an der sich die Öffnung 18 be­ findet.

Durch die oben beschriebene Ausbildung der gesamten Anord­ nung aus Rohrleitung 11, Trägerkörper 13 mit Einlaß 14 und Sensor und Drahtgitter 17 ist gewährleistet, daß das durch die Rohrleitung 11 strömende Fluid nahezu ungestört durch das Drahtgitter 17 strömen kann. Dieser Umstand und die An­ ordnung des Drahtgitters 17 in einem definierten Abstand, der eine ungestörte Strömung des Fluids am Einlaß 14 des Trägerkörpers 13 zur Folge hat, führen dazu, daß mit dem Sensor eine zuverlässige und genaue Bestimmung der Masse des Fluids vorgenommen werden kann, die durch die Rohrlei­ tung 11 fließt.

Das Problem, daß sich ein leicht brennbares und/oder explo­ sives Medium oder Fluid an einem heißen thermischen Sensor entzünden kann und daß sich die dadurch entstehende Flamm­ front durch das Fluid ausbreitet und möglicherweise zu ei­ nem Brand oder sogar zu einer Explosion führt, wird also durch das Drahtgitter 17 ausgeschaltet. Das Drahtgitter 17 verhindert nämlich ein Durchzünden einer möglicherweise auftretenden Flammfront vom Innenraum 19 des Drahtgitters 17 in das restliche Volumen der Rohrleitung 11, wenn sich das Fluid am Sensor entzündet. Dies geschieht zum einen da­ durch, daß die Temperatur durch die Wärmekapazität des Drahtgitters 17 im restlichen Volumen derart gesenkt wird, daß die Temperatur des Fluids dort unterhalb seiner Zün­ dungstemperatur liegt, obwohl sie im Innenraum 19 darüber liegt. Dies entspricht dem Effekt einer thermischen Senke. Zum anderen geschieht dies dadurch, daß das Drahtgitter 17 als Faradayscher Käfig dient, so daß sich der Durchsatz elektromagnetischer Wellen, als welche die Flammfront zu betrachten ist, deutlich reduziert wird.

Claims (10)

1. Sensorhülle, insbesondere für einen thermischen Luft­ massensensor, die zur Anordnung in einer Rohrleitung (11) vorgesehen ist, durch die ein Fluid strömt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drahtgitter (17) vorgesehen ist, dessen Ma­ schen (22) so ausgebildet sind, daß ein Fluid im we­ sentlichen ungestört durch das Drahtgitter (17) strö­ men kann, und das eine Öffnung (18) aufweist, durch die der zu umhüllende Sensor in das Drahtgitter (17) einführbar ist.

2. Sensorhülle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgitter (17) erste Drähte (20) und zweite Drähte (21) aufweist, wobei die dadurch gebildeten Maschen (22) parallelogrammförmig sind.

3. Sensorhülle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Drähte (20) parallel zur Strömungs­ richtung (12) ausgerichtet sind.

4. Sensorhülle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweiten Drähte (21) quer, insbeson­ dere senkrecht zur Strömungsrichtung (12) ausgerich­ tet sind.

5. Sensorhülle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Querschnitt durch das Drahtgitter (17) senkrecht zur Strömungsrichtung (12) oval ist.

6. Sensorhülle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Querschnitt durch das Drahtgitter (17) parallel zur Strömungsrichtung (12) oval ist.

7. Sensorhülle nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschenweite zwischen den er­ sten Drähten (20) und/oder die Maschenweite zwischen den zweiten Drähten (21) weniger als 1,2 mm, vorzugs­ weise weniger als 0,8 mm, insbesondere weniger als 0,6 mm betragen.

8. Sensorhülle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgitter (17) der­ art in einem definierten Abstand vom Sensor festleg­ bar ist, daß die Strömung des Fluids am Ort des Sen­ sors im wesentlichen ungestört ist.

9. Sensorvorrichtung (10) mit einem Sensor, insbesondere einem thermischen Luftmassensensor, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor an einem Trägerkörper (13) angebracht ist, der von einer Sensorhülle umgeben ist, die nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.

10. Sensorvorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Trägerkörper (13) des Sensors derart in der Öffnung (18) der Sensorhülle angeordnet ist, daß er die Öffnung (18) so verschließt, daß der Abstand zwischen Trägerkörper (13) und dem Rand der Öffnung (18) kleiner als die Maschenweite des Draht­ gitters (17) ist.