AT1157U1

AT1157U1 - Verfahren zur optischen messung von gasblasen in einer kühlflüssigkeit

Info

Publication number: AT1157U1
Application number: AT0068495U
Authority: AT
Inventors: Ernst Dipl Ing Dr Winklhofer; Harald Arnulf Dipl Ing Philipp; Horst Tschetsch
Original assignee: Avl Verbrennungskraft Messtech
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 1996-11-25
Also published as: DE19651485A1; DE19651485C2; US5864392A

Description

AT 001 157 Ul

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Messung von Gasblasen in der Kühlflüssigkeit einer Brennkraftmaschine, wobei über zumindest einen Emitter Licht in die Kühlflüssigkeit gestrahlt und der auf Grund der Gasblasen auf-tretende Streulichtanteil bzw. die Intensitätsänderung einer in die Kühlflüssigkeit emittierten Lichtstrahlung durch einen Sensor gemessen wird, sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Größe, Anzahl und Geschwindigkeit von Dampfblasen im Kühlmittel einer Brennkraftmaschine hat einen wesentlichen Einfluß auf die Kühlleistung des Kühlkreislaufes.

Es sind verschiedene Einrichtungen und Verfahren zur optischen Detektion von Gasblasen in Flüssigkeiten bekannt. Die EP 0 289 833 A2 beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung, bei der über eine Lichtquelle Licht radial in das Innere eines Rohres gestrahlt wird. Die Achse des Lichtsensors ist zur Achse des eingestrahlten Lichtes um einen Winkel geneigt angeordnet, sodaß der Lichtsensor nur in Anwesenheit von Luftblasen Streulicht registriert. Eine ähnliche Einrichtung ist weiters auch aus der GB 2 248 927 A bekannt. Diese bekannten Einrichtungen eignen sich allerdings nur zur reinen Registrierung von Blasen und nicht zur Geschwindigkeitsmessung der Blasen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Meßeinrichtung und ein Meßverfahren zur Messung der Geschwindigkeit von Gasblasen in Kühlflüssigkeiten bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Streulichtanteil bzw. die Intensitätsänderung in zumindest zwei räumlich benachbarten Bereichen gemessen wird und daß die Blasengeschwindigkeit aus der Wegzeitdifferenz der Meßsignale ermittelt wird. Dazu ist vorgesehen, daß zumindest zwei Lichtleiter zur Messung der Streulichtsignale räumlich distanziert über zumindest eine Sonde in den Kühlwasserkanal einmünden.

Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß die zumindest zwei Lichtleiter zur Messung der Streulicht-bzw. Intensitätsänderungssignale in einer einzigen Sonde angeordnet sind.

Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführung wird dabei das Licht über zumindest eine in den Kühlwasserkanal einge- 2 AT 001 157 Ul führte Sonde emittiert. Emissionssonde und Meßsonde können dabei verschieden oder identisch sein.

Wird das Licht über eine externe Lichtquelle in einer Meßsonde zugeführt, so kann vorgesehen sein, daß Lichtemission und Messung über einen monophilen Lichtleiter erfolgt, wobei im Lichtleiter ein Strahlteiler angeordnet ist. Die Zuführung des Lichtes und die Abführung des gemessenen Streulichtes erfolgt dabei über ein und denselben Lichtleiter.

Weiters kann vorgesehen sein, daß statt einer monophilen Faser und eines Strahlteilers ein zweiarmiger Lichtleiter verwendet wird.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Streulichtanteil einer Hintergrundstrahlung im Infrarotbereich gemessen wird. Die Hintergrundstrahlung im Infrarotbereich wird dabei von den Motorbetriebstemperatur aufweisenden Wänden des Kühlflüssigkeitskanales gebildet. Dies ermöglicht es, auf eine externe Lichtquelle zu verzichten und statt dessen die Wärmestrahlung der Brennkraftmaschine zu verwenden.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert .

Es zeigen schematisch Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung mit einer in einen Kühlflüssigkeitskanal eingeführten Meßlicht- und einer Sensorsonde, Fig. 2 bis 5 weitere Ausführungsvarianten der Erfindung mit einer kombinierten Meßlicht- und Sensorsonde, Fig. 6 eine Ansicht auf eine Sonde gemäß der Linie VI-VI in Fig. 5.

Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsvariante mündet die Meßeinrichtung 2, bestehend aus einem Emitter 2a, einem Sensor 2b und 2b', in den Kühlwasserkanal 1, wobei Emitter 2a und Sensoren 2b, 2b' durch räumlich getrennte Sonden 9a, 9b, 9b' gebildet sind. Der in den Kühlwasserkanal 1 gestrahlte Lichtkegel ist mit 3 bezeichnet. Die Sensoren 2b, 2b' sind so angeordnet, daß sich der Meßkegel 4, 4' mit dem Strahlkegel 3 überlappt und das durch Gasblasen 5 verursachte Streulicht empfängt. Der Streulichtanteil ist ein Maß für die Größe und Anzahl der Gasblasen.

Zur Messung der Blasengeschwindigkeit wird die Wegzeitdifferenz von bestimmten Blasen 5 oder Blasengruppen gemessen. Dazu werden zumindest zwei in einem Abstand 15 voneinander entfernte Lichtleiter 7, 7' bzw. 10, 10' verwendet, wo- 3 AT 001 157 Ul bei die Lichtleiter gemäß Fig. l in separaten Sonden 9b, 9b' angeordnet, bzw. wie in Fig. 5 gezeigt, in einer Sonde 9 integriert sein können. Aus der Zeitverzögerung der Streulichtsignale aus dem ersten Lichtleiter 10 und dem zweiten Lichtleiter 10' und dem Abstand 15 wird die Geschwindigkeit der Blasen bestimmt.

Gegebenenfalls kann auf eine externe Lichtquelle auch verzichtet werden, wenn der Sensor 2b als Infrarotsensor aus-gebildet ist und als Emitter die Kanalwände la der Kühlwasserkanäle 1 dienen, also als Strahlungsquelle die Abwärme des Motors verwendet wird. Als Meßsignal kann dabei die Intensitätsänderung der Hintergrundstrahlung oder die durch die Blasen verursachten Streulichtanteile der Infrarotstrahlung herangezogen werden.

Wie in Fig. 2 gezeichnet^ können die Lichtleiter^ und 7 des Emitters und des Sensors in einer einzigen Sonde 9 und dabei die Achsen des Strahlkegels 3 und des Meßkegels 4 etwa parallel zueinander angeordnet sein. Zur Messung der Geschwindigkeit sind zwei in Strömungsrichtung distanziert voneinander angeordnete Sonden 9 erforderlich.

Eine weitere Vereinfachung der Meßeinrichtung 2 ist in Fig. 3 gezeigt. Die Sonde 9 weist dabei einen einzigen Lichtleiter auf, der beispielsweise eine monophile Faser 10 sein kann. Über einen Strahlteiler 11 wird Licht einerseits von einer Lichtquelle 12 in den Lichtleiter 10 geleitet, andererseits Meßlicht aus dem Lichtleiter 10 einem Fotosensor 13, beispielsweise Fotodioden oder Fotomultiplier, zugeführt.

Zur Abgrenzung des Meßbereiches kann an der Mündung der Sonde 9 in den Kühlwasserkanal 1 eine Front linse 14 angebracht sein, wie in Fig. 4 angedeutet ist.

Anstelle einer monophilen Faser 10 und eines Strahl-teilers 11 ist auch die Verwendung eines zweiarmigen Lichtleiters denkbar.

In einem praktischen Ausführungsbeispiel können - wie in Fig.. 6 ersichtlich ist - beispielsweise vier Fasern in einem 4-Kanalsensor vorgesehen sein, wobei die Signalauswertung zur Bestimmung der Zeitverzögerung über eine Kreuzkorrelation erfolgt. 4

Claims

AT 001 157 Ul SCHUTZANSPRÜCHE 1. Verfahren zur optischen Messung von Gasblasen in der Kühlflüssigkeit einer Brennkraftmaschine, wobei über zumindest einen Emitter Licht in die Kühlflüssigkeit gestrahlt und der auf Grund der Gasblasen auftretende Streulichtanteil bzw. die Intensitätsänderung einer in die Kühlflüssigkeit emittierten Lichtstrahlung durch einen Sensor gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Streulichtanteil bzw. die Intensitätsänderung in zumindest zwei räumlich benachbarten Bereichen gemessen wird und daß die Blasengeschwindigkeit aus der Wegzeit-differenz der Meßsignale ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Streulichtanteil einer Hintergrundstrahlung im Infrarotbereich gemessen wird.
3. Einrichtung zur optischen Messung von Gasblasen in der Kühlflüssigkeit einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Emitter und zumindest einem mit einer Auswerteeinheit verbundenen optischen Sensor, zur Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, zumindest zwei Lichtleiter (7, 7'; 10, 10') zur Messung der Streulichtsignale räumlich distanziert über zumindest eine Sonde (9te*, 9b' ; 9) in den Kühlwasserka nal (1) einmünden.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest zwei Lichtleiter (10, 10') zur Messung der Streulicht- bzw. Intensitätsänderungssignale in einer einzigen Sonde (9) angeordnet sind.
5. Einrichtung nach einem der Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtemission über zumindest eine in den Kühlwasserkanal (1) eingeführte Sonde (9a; 9) erfolgt.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtemission und Messung über einen monophilen Lichtleiter (10) erfolgt, wobei im Lichtleiter (10) ein Strahlteiler (11) angeordnet ist. 5 AT 001 157 Ul
7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtemission und Messung über einen zweiarmigen Lichtleiter erfolgen.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtemitter ein vorzugsweise durch die Wand des Kühlflüssigkeitskanales gebildeter Infrarotstrahler ist. 6