Dispositivo detector para la medida de flujo de un medio fluido.

Se propone una disposición detectora (100) para la determinación de al menos una propiedad de flujo de un medio fluido que fluye con una dirección de flujo principal

(18), particularmente una masa de aire de succión de una máquina motriz de combustión interna. La disposición detectora (100) presenta un detector de inserción (12) dispuesto en un tubo de flujo (50), que presenta un sensor (32) para la determinación de la propiedad del flujo del medio fluido y al menos una abertura de entrada (16) dirigida hacia la dirección de flujo principal (18) y al menos una cascada de alas (74) dispuesta en la dirección de flujo principal (18) aguas arriba del detector de inserción (12). La cascada de alas (74) presenta para la desviación del medio fluido en la dirección de flujo principal (18) existente en el detector de inserción (12) varias alas (75) y travesaños (76). Las alas (75) están dispuestas al menos por secciones de forma circular, elíptica o con radio variable. Las alas (75) están dispuestas de tal manera que para la reducción de variaciones del flujo así como para la generación de elevadas velocidades de circulación homogéneas en el detector de inserción (12) presentan un ángulo de colocación (α) de 0º a 90º, preferentemente de 0º a 20º y de forma particularmente preferente de 0º a 10º.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201331938.

Solicitante: ROBERT BOSCH GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: POSTFACH 30 02 20 70442 STUTTGART ALEMANIA.

Inventor/es: BRIESE,Achim.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DEL VOLUMEN, FLUJO VOLUMETRICO, FLUJO MASICO... > Medida del flujo volumétrico o flujo másico de... > G01F1/684 (Disposiciones estructurales; Montaje de elementos, p. ej. con relación al flujo de fluido)
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Dispositivo detector para la medida de flujo de un medio fluido.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo detector para la medida de flujo de un medio fluido.

Estado de la técnica Por el estado de la técnica son conocidos numerosos procedimientos y dispositivos para la determinación de una propiedad de flujo de medios fluidos, es decir, de líquidos y/o gases. A este respecto, en el caso de las propiedades del flujo se puede tratar de propiedades mensurables de forma física y/o química básicamente discrecionales que cualifican o cuantifican un flujo del medio fluido. A este respecto, en particular, se puede tratar de una velocidad de circulación y/o de un caudal másico y/o de un flujo volumétrico.

A continuación, la invención se describe, en particular, con referencia a los denominados caudalímetros de lámina caliente, tal como están descritos, por ejemplo, en Konrad Reif (ed.) : Sensoren im Kraftfahrzeug, 1ª edición 2010, pág. 146-148. Tales caudalímetros de lámina caliente, por norma general, se basan en un chip detector, en particular un chip detector de silicio, con una superficie de medición sobre la que se puede hacer fluir el medio fluido circulante. Por norma general, el chip detector comprende al menos un elemento calefactor así como al menos dos detectores de temperatura que están dispuestos, por ejemplo, sobre la superficie de medición del chip detector. A partir de una asimetría del perfil de temperatura registrado por los detectores de temperatura, que se ve influido por el flujo del medio fluido, se puede deducir un caudal másico y/o un flujo volumétrico del medio fluido. Los caudalímetros de lámina caliente están configurados, habitualmente, como un detector insertable que es fijo o que se puede introducir de forma sustituible en un tubo de flujo. Por ejemplo, en el caso de este tubo de flujo se puede tratar de un tracto de succión de una máquina motriz de combustión interna.

Para que el caudalímetro de lámina caliente pueda proporcionar una señal de masa de aire lo más reducida posible en perturbaciones, es importante un flujo de entrada lo más uniforme posible al detector insertable y a través del canal de derivación en el mismo y, en particular, sobre la superficie de medición del chip detector. A este respecto, el canal de derivación representa el canal de medición en el que, a su vez, está introducido un soporte de sensor con el chip detector. El chip detector lleva la membrana y los detectores de temperatura.

Habitualmente, en máquinas motrices de combustión interna el tubo de flujo se encuentra en una salida del filtro de aire. Por tanto, la salida del filtro de aire se corresponde con la

entrada del tubo de flujo. Al fluir desde el lado de aire en bruto a través del filtro de aire al tubo de flujo con el caudalímetro de lámina caliente con frecuencia aparecen intensas desviaciones. En particular en la zona de la entrada al tubo de flujo existen, cerca de la pared del tubo de flujo, áreas con una reducida velocidad de circulación. Correspondientemente, las líneas de flujo están intensamente desviadas y en proximidad de la pared del tubo de flujo no tienen un recorrido en paralelo con respecto a su eje. A este respecto, en áreas próximas a la pared se pueden producir áreas con reducida velocidad de circulación o incluso desprendimientos del flujo con zonas de reflujo. Tales cambios del campo de velocidad tienen un efecto hasta la zona central del flujo y pueden aparecer de forma bastante repentina en particular con diferentes caudales másicos de aire. Además, en particular los desprendimientos llevan a campos de velocidad que cambian en el tiempo. Debido a los cambios del campo de flujo en proximidad de la entrada y de la salida del caudalímetro de lámina caliente se obtiene, por ello, una peor reproducibilidad de la señal y un mayor ruido de señal. Además, debido a tales desprendimientos del flujo aumenta la caída de presión.

En la Figura 1 está mostrada un dispositivo detector 10 convencional para la medida del flujo de un medio fluido que fluye con una dirección de flujo principal 18. En este ejemplo de realización, el dispositivo detector 10 está configurada como caudalímetro de lámina caliente y comprende un detector insertable 12 que se puede insertar, por ejemplo, en un tubo de flujo, en particular un tracto de succión de una máquina motriz de combustión interna. En el detector insertable 12 está alojada una estructura de canal 14, a través de la cual a través de una abertura de entrada 16 que está dirigida en el estado insertado hacia una dirección de flujo principal 18 del medio fluido, una cantidad representativa del medio fluido. La estructura de canal 14 presenta un canal principal 20 que desemboca en una salida de corriente principal 22 en el lado inferior con respecto a la representación en la Figura 1 del detector insertable 12 así como un canal de derivación o de medición 24 que se ramifica del canal principal 20, que desemboca en una salida de canal de derivación o de medición 26 dispuesta también en el lado inferior con respecto a la representación en la Figura 1 del detector insertable 12. En el canal de medición 24 se introduce un soporte de sensor 28 con un corte transversal habitualmente de forma aproximada rectangular y un canto anterior redondeado, que está dirigido habitualmente hacia el medio fluido que fluye en el canal de medición 24, es decir, excepto en caso de reflujos. En este soporte de sensor 28 está empotrado un chip detector 30 de tal manera que sobre una membrana detectora 32 configurada como zona detectora del chip detector 30 fluye el medio fluido. La membrana detectora 32 forma el sensor en sí, es decir, es la pieza constructiva que registra o establece

los parámetros a registrar. El soporte de sensor 28 con el chip detector 30 es parte de un módulo electrónico 34. Este módulo electrónico 34 presenta una chapa de fondo 36 doblada así como una placa de circuitos impresos 38 colocada sobre la misma, por ejemplo, adherida, con un circuito de control y evaluación 40. El soporte de sensor 28 puede estar unido mediante inyección, por ejemplo, como pieza constructiva de plástico a la chapa de fondo 36. El chip detector 30 está unido eléctricamente con el circuito de control y evaluación 40 a través de uniones eléctricas 42 que están configuradas, en el presente documento, como uniones por hilo. El módulo electrónico 34 producido de este modo se introduce en un espacio de electrónica 44 en una carcasa 46 del detector insertable 12 en el que está configurada también la estructura de canal 14 junto con las características de la tapa 48 que configuran también la estructura de canal, tal como, por ejemplo, adherida. Esto se realiza de tal manera que, a este respecto, el soporte de sensor 28 se introduce en el canal de medición 24. A continuación se cierra en el espacio de electrónica 44 y la estructura de canal 14 mediante la tapa 48.

La Figura 2 muestra la disposición del detector insertable 12 en un tubo de flujo 50 y su posición de montaje en un filtro de aire de 52 en un tracto de succión de una máquina motriz de combustión interna. En particular, mediante flechas están mostradas las distintas zonas del flujo del aire de succión y sus desviaciones entre un elemento de filtro de aire 54 y una zona de entrada 56 al tubo de flujo 50 o el dispositivo detector 10. Por el dibujo se ve que existen zonas 58 del flujo del aire de succión que experimentan una enérgica desviación de hasta aproximadamente 180º . Tal como se puede ver en la representación de la Figura 3A, que muestra el resultado de una simulación de flujo en la zona de la salida de un tubo de aire puro o el lado de aire puro de un filtro de aire que se encuentra a la derecha en la Figura 3A y en la zona de la entrada 56 al tubo de flujo 50 que se encuentra a la izquierda en la Figura 3A, existen en la zona de la entrada al tubo de...

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo detector (100) para la medida de flujo de un medio fluido, que fluye con una dirección de flujo principal (18) , presentando el dispositivo detector (100) un detector insertable (12) dispuesto en un tubo de flujo (50) que presenta un sensor (32) para la determinación de la propiedad del flujo del medio fluido y al menos una abertura de entrada (16) dirigida hacia la dirección de flujo principal (18) , caracterizado por que el dispositivo detector (100) además presenta al menos una cascada de alas (74) dispuesta en la dirección de flujo principal (18) aguas arriba del detector insertable (12) , presentando la cascada de alas (74) para la desviación del medio fluido en la dirección de flujo principal (18) existente en el detector insertable (12) varias alas (75) y travesaños (76) , estando dispuestas las alas (75) al menos por secciones de forma circular, elíptica o con radio variable, estando dispuestas las alas (75) presentando un ángulo de colocación (α) de 0º a 90º con respecto a la dirección del flujo principal (18) en la entrada de la cascada de alas (74) , para la reducción de variaciones del flujo así como para la generación de elevadas velocidades de circulación homogéneas en el detector insertable (12) .

2. Dispositivo detector (100) de acuerdo con la reivindicación precedente, en el que el ángulo de colocación (α) de las alas (75) es de 0º a 20º con respecto a la dirección del flujo principal (18) en la entrada de la cascada de alas (74) .

3. Dispositivo detector (100) de acuerdo con la reivindicación precedente, en el que el ángulo de colocación (α) de las alas (75) es de 0º a 10º con respecto a la dirección del flujo principal (18) en la entrada de la cascada de alas (74) .

4. Dispositivo detector (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, teniendo las alas (75) forma de plano sustentador, disminuyendo el ángulo de colocación α de las alas (75) con forma de plano sustentador desde el exterior hacia el interior con respecto a la cascada de alas (74) .

5. Dispositivo detector (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, estando configuradas las alas (75) , visto en la dirección de flujo principal (18) , por secciones de forma abombada.

6. Dispositivo detector (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, presentando las alas (75) y los travesaños (76) un espesor variable a lo largo de la dirección de flujo principal (18) .

7. Dispositivo detector (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que comprenden canales (81) entre las alas (75) y los travesaños (76) limitantes, teniendo los canales (81) una disposición seleccionada entre convergente, divergente y convergentedivergente hacia la dirección de flujo principal (18) .

8. Dispositivo detector (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, teniendo las alas (75) una longitud en la dirección de flujo principal (18) variable desde el exterior hacia el punto central (80) .

9. Dispositivo detector (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, presentando los travesaños (76) en la dirección de flujo principal una longitud igual o una longitud diferente que las alas (75) .

10. Dispositivo detector (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, presentando las alas (75) en una zona seleccionada entre zona terminal anterior (82) y zona terminal posterior (83) y combinación de ambas, visto en la dirección de flujo principal (18) , escotaduras (90) , particularmente en forma de rectángulos u ondas sinusoidales moduladas.

11. Dispositivo detector (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, presentando los travesaños (76) en una zona seleccionada entre zona terminal anterior (82) y zona terminal posterior (83) y combinación de ambas, visto en la dirección de flujo principal (18) , escotaduras (90) , particularmente en forma de rectángulos u ondas sinusoidales moduladas.

12. Dispositivo detector (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, presentando las alas (75) y los travesaños (76) un perfilado (98) , dispuesto en la zona terminal anterior (82) , en la parte superior (75e) más intensamente curvada.

13. Dispositivo detector (100) de acuerdo con la reivindicación precedente, siendo el perfilado (98) un engrosamiento transversal a la dirección de flujo principal (18) .