Датчик вращающейся машины

Датчик вращающейся машины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данная заявка испрашивает приоритет заявки 0709397 на выдачу патента Великобритании.

Настоящее изобретение относится к датчику. В частности, но не исключительно, настоящее изобретение относится к датчику скорости для турбины, например, турбонагнетателя.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Турбонагнетатели являются хорошо известными устройствами для подачи воздуха в выпускной патрубок двигателя внутреннего сгорания с давлениями выше атмосферного давления. Традиционный турбонагнетаталь по существу содержит колесо турбины, приводимое в движение выхлопным газом, установленное на вращающемся валу внутри корпуса турбины. Вращение колеса турбины вращает колесо компрессора, установленное на другом конце вала, в корпусе компрессора. Колесо компрессора подает сжатый воздух к впускному патрубку двигателя, тем самым увеличивая мощность двигателя.

Снабжение турбомашины датчиком для измерения рабочих характеристик турбомашины хорошо известно. Любая подобная рабочая информация может быть использована в качестве одного параметра системы управления турбомашиной, например расстояние между элементами турбомашины.

Одним типом датчика, который использовался в качестве датчика турбомашины, является емкостный датчик, содержащий резонансный контур, включающий в себя конденсатор, между электродом датчика, смонтированным в отверстии, предусмотренном в стенке корпуса турбины, и электропроводным колесом турбины. При вращении колеса турбины емкость меняется в зависимости от расстояния между колесом турбины и электродом датчика при прохождении каждой лопасти мимо электрода. Зазор между электродом датчика и колесом турбины, таким образом, определяется посредством детектирования и усиления частотной модуляции в резонансном контуре из-за изменения емкости.

В известных емкостных датчиках зазор между электродом и другим компонентом турбомашины, посредством которого формируется конденсатор, должен поддерживаться минимальным, так как емкость резко изменяется с увеличением зазора как обратная функция величины разделяющего зазора. Тем не менее некоторое минимальное расстояние обычно требуется по причинам механической конструкции, установления допусков и допущения термического расширения. По существу, уровни сигналов часто являются очень низкими. В окружении двигателей обычно присутствует существенный уровень электрических помех по сравнению с лабораторией для тестирования, где обычно уровни шума намного меньшие. Этот низкий уровень сигнала и электрический шум в рабочей среде приводит к низкому отношению сигнал-шум и поэтому часто трудно усилить требуемый сигнал до требуемых уровней, отделяя при этом шум от сигнала. Емкостные датчики также являются проблематичными в том, что на их функционирование может в свою очередь повлиять присутствие загрязняющих веществ в газе, проходящем через турбокомпрессор, так же как присутствие загрязняющих отложений на самом электроде датчика.

Измерение других рабочих характеристик турбомашины может также быть полезным. Например, предоставляя информацию, касающуюся скорости турбокомпрессора, блоку управления двигателем (ECU) можно предотвратить или противодействовать любому превышению допустимой скорости турбокомпрессора.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является устранение или смягчение вышеописанных недостатков.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предложен датчик скорости для использования при измерении скорости вращения вращающейся детали с выступающим элементом, содержащий электрод и схему датчика;

причем схема датчика, содержит:

источник постоянного напряжения для подачи напряжения на электрод для генерирования электрического поля в диэлектрической среде;

детектор тока для детектирования тока, протекающего между источником постоянного напряжения и электродом вследствие возмущения электрического поля при прохождении, по меньшей мере, одного вращающейся детали с выступающим элементом через электрическое поле при вращении вращающейся детали, при этом детектор тока выводит первый сигнал, модулированный на частоте, соответствующей частоте возмущения электрического поля; и

схему усилителя, содержащую усилитель сигнала для усиления первого сигнала и вывода второго сигнала, модулированного на частоте, соответствующей частоте возмущения электрического поля;

при этом напряжение электрода, коэффициент усиления усилителя и положение электрода относительно вращающейся детали выбраны так, что модуляция второго сигнала преимущественно вызывается возмущением электрического поля в диэлектрической среде посредством создания и/или движения ионов в поле.

Следует отметить, что источник постоянного напряжения требуется только для функционирования при постоянном напряжении в течение периода времени, достаточного для того, чтобы датчик детектировал скорость вращения вращающейся детали. Источник постоянного напряжения может, например, быть способным выводить напряжение в диапазоне, которое может меняться в течение периода времени.

В дополнение, следует отметить, что в то время как источник напряжения пытается поддерживать постоянное напряжение, напряжение на электроде может фактически колебаться вследствие задержки между возмущением поля электрода и откликом источника напряжения. Термин «постоянный» должен быть интерпретирован соответствующим образом, так как любое такое отклонение может не приниматься во внимание.

Должно быть понято, что элементом вращающейся детали с выступающим элементом является любой элемент, который вызывает возмущение в электрическом поле во время своего прохождения через поле. Характерным элементом, может, например, быть элемент трехмерной конфигурации вращающейся детали или локализованным изменением свойства материала вращающейся детали (включая локализованное изменение материала), или их комбинацию.

Диэлектрическая среда может, например, содержать жидкость или газ (например, воздух) между электродом и вращающейся деталью, или непроводящее твердое вещество (например, электрически изолирующий пластический материал), или сочетание двух или более из них.

Схема датчика может содержать делитель частоты для приема второго сигнала и вывода третьего сигнала.

Схема датчика может содержать счетчик частоты для приема второго или третьего сигналов и подачи третьего сигнала, показывающего частоту возмущения. Схема датчика может включать в себя выходной разъем или кабель для подключения к контроллеру или другому средству для определения скорости вращения вращающейся детали из второго, третьего или четвертого сигналов.

Схема датчика может содержать средство для определения скорости вращения вращающейся детали из упомянутых первого, второго, третьего или четвертого выходных сигналов.

Источник напряжения может подавать напряжение, большее чем +/-30, например, в диапазоне от +/-30 В до +/-500 В или выше. В некоторых вариантах осуществления могут быть подходящими высокие значения напряжения в +/-1 кВ или более. В других вариантах осуществления могут быть подходящими напряжения в диапазоне от +/-30 до +/-150 В. Одним предпочтительным диапазоном напряжений является от +/-50 до

+/-150 В, например, порядка 120 В.

Например, повышенное напряжение датчика относительно соответствующего потенциала земли позволяет детектировать возмущение и дает улучшенные отношения сигнал/шум. Было обнаружено, что напряжения намного выше типичных напряжений, используемых в типичных электронных цепях (например, 5 В или 12 В), вызывают эффекты при движении заряда, которые согласуются с каждым оборотом вращающейся детали, тогда как более низкие напряжения позволяют потенциалу электрода колебаться в ответ на загрязнения в ближайшем потоке текучей среды, или любое другое изменение в потенциале любого соответствующего эффективного потенциала земли вследствие плохих электрических связей (таких как из-за вала или колеса, подсоединенного к земле через носитель масляной пленки).

По меньшей мере, участок датчика скорости может быть электрически экранирован, по меньшей мере, одним проводящим экраном. Например, соединение между электродом и схемой датчика (которая может быть удалена от электрода) или между элементами схемы датчика (которые могут быть удалены друг от друга) может быть экранировано.

Экран может поддерживаться под управляемым электрическим потенциалом.

Схема усилителя может включать в себя усилитель экрана, выходной сигнал которого приводит в действие каждый проводящий экран.

Датчик скорости может содержать, по меньшей мере, два проводящих экрана, экранирующих соответствующие участки схемы.

Усилитель экрана или усилитель каждого экрана могут поддерживать на каждом проводящем экране одинаковый электрический потенциал. Усилитель экрана или усилитель каждого экрана предпочтительно имеет единичное усиление.

Усилитель экрана или усилитель каждого экрана может быть подключен к усилителю сигнала.

Контур обратной связи может быть подключен параллельно усилителю и включать в себя первый конденсатор. В одном варианте осуществления усилитель экрана подключен последовательно с усилителем сигнала, а контур обратной связи подключен параллельно усилителю сигнала и усилителю экрана, при этом контур обратной связи включает в себя первый конденсатор. Первый конденсатор может быть частью емкостного делителя, который предназначен для уменьшения эффективной емкости конденсатора. Емкостный делитель может содержать первый конденсатор и делитель напряжения.

Коэффициент усиления схемы усилителя может управляться конденсатором с величиной менее 10 пФ, более предпочтительно менее 100 пФ, более предпочтительно менее 1 пФ, более предпочтительно менее 0,1 пФ, или еще более предпочтительно меньше, чем 0,01 пФ. Этот конденсатор может присутствовать в делителе емкости, например, отмечено выше, для обеспечения дополнительно уменьшенной эффективной емкости, которая предпочтительно меньше, чем 10 пФ, более предпочтительно меньше, чем 1 пФ, более предпочтительно меньше, чем 0,1 пФ, более предпочтительно меньше, чем 0,01 пФ, и наиболее предпочтительно меньше 0,001 пФ.

В предпочтительных вариантах осуществления первый выходной сигнал является модулированным напряжением.

Детектор тока может содержать конденсатор и сопротивление, подключенные параллельно через источник напряжения, причем электрод подключен к узлу между источником питания и первым выводом конденсатора, а первый выходной сигнал снимается с узла между вторым выводом конденсатора и сопротивлением.

Электрод может иметь поверхность, из которой продолжается электрическое поле, по меньшей мере, часть этой поверхности, которая используется, будет наиболее близкой к вращающейся детали, закрытой корпусом из защитного материала. Защитный материал может быть, например, непроводящим.

Электрод может содержать тело электрода и поверхность электрода, из которой продолжается электрическое поле, по меньшей мере, часть данной поверхности, которая используется, будет наиболее близко расположенной к вращающейся детали, определяемому проводящим материалом, отличным от тела электрода.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения, предложена вращающаяся машина, содержащая:

вращающуюся деталь с выступающим элементом, поддерживаемым для вращения вокруг оси, и датчик скорости для детектирования скорости вращения вращающейся детали, датчик скорости, содержащий:

электрод, зафиксированный в расположении относительно упомянутой оси;

источник постоянного напряжения, подключенный к электроду для установления электрического поля между электродом и частью с по существу постоянным потенциалом вращающейся машины,

при этом электрод расположен так, что по меньшей мере один элемент вращающейся детали с выступающим элементом проходит через электрическое поле, в то время как вращающаяся деталь вращается вокруг упомянутой оси, тем самым возмущая электрическое поле при каждом обороте вращающейся детали;

детектор тока для детектирования электрического тока между источником напряжения и электродом в ответ на возмущение электрического поля; и

схему усилителя, содержащую усилитель сигнала для усиления первого сигнала и вывода второго сигнала, модулированного на частоте, соответствующей частоте возмущения электрического поля;

при этом напряжение электрода, коэффициент усиления усилителя и положение электрода относительно вращающейся детали выбраны так, что модуляция второго сигнала преимущественно вызывается возмущением электрического поля в диэлектрической среде посредством создания и/или движения ионов в поле.

По существу участок с постоянным потенциалом вращающейся машины может быть упомянутой вращающейся детали.

Вращающаяся деталь может, например, быть непроводящим, а участок с постоянным потенциалом вращающейся машины может быть проводящим телом, поддерживаемым вращающейся машиной в фиксированном положении относительно электрода, так что, по меньшей мере, один элемент вращающейся детали с выступающим элементом проходит между электродом и участком с постоянным потенциалом при каждом обороте вращающейся детали вокруг оси.

Участок с постоянным потенциалом вращающейся машины может, например, быть проводящим участком корпуса вращающейся машины. В качестве альтернативы, вращающаяся деталь может быть смонтирована на валу, по меньшей мере, участок которого является проводящим и содержит участок с постоянным потенциалом вращающейся машины.

Вращающаяся деталь может содержать множество выступающих элементов на вращающейся детали, предпочтительно поверхность электрода, через которую проходит электрическое поле, имеет протяженность в направлении вращения вращающейся детали меньшую, чем промежуток между выступающими смежными элементами вращающейся детали.

Выступающий элемент или каждый выступающий элемент может содержать физический выступ и/или локализованное изменение в свойствах материала вращающейся детали.

В некоторых вариантах осуществления выступающий элемент является физический выступ, включая грань.

Выступающий элемент или каждый выступающий элемент может быть выступающей частью, проходящей, по существу, в радиальном и/или аксиальном направлении по отношению к оси. Например, выступающий элемент или каждый выступающий элемент может быть лопастью или пластиной.

Вращающаяся деталь может вращаться внутри камеры, заданной корпусом, в данной камере может находиться текучая среда, так что электрическое поле проходит через текучую среду между электродом и вращающейся деталью. Корпус может иметь впускное отверстие для текучей среды и выпускное отверстие для текучей среды, а камера может находиться в потоке текучей среды между впускным и выпускным отверстиями.

Вращающаяся машина может быть турбомашиной. Например, вращающаяся машина может быть турбиной или компрессором (включенным, например, в турбокомпрессор или другое) и вращающаяся деталь может быть колесом турбины или колесом компрессора.

Электрод может поддерживаться посредством элемента, вставленного во впускное отверстие или выпускное отверстие, электрически изолированное от элемента. Вставленный элемент может быть кольцеобразным элементом, таким как, например, поглотитель шума компрессора.

В некоторых вариантах осуществления электрод поддерживается корпусом вращающейся машины, при этом он электрически изолирован от упомянутого корпуса.

Электрод предпочтительно не подвержен воздействию текучей среды. Электрод может, например, быть отделен от текучей среды слоем или телом из материала, который является, по меньшей мере, существенно инертным к текучей среде. Электрод может быть отделен от текучей среды слоем или телом из электрически изолирующего материала.

Безотносительно способа поддержки электрода, в некоторых вариантах осуществления (таких как, например, где вращающейся машиной является компрессор) электрод предпочтительно имеет фиксированное расположение относительно корпуса, и установленное минимальное расстояние от вращающейся детали (этот минимум может быть только при одном или более ориентациях колеса, и может зависеть от колеса, принимая любой осевой люфт в подшипнике, и любое обычное термическое и центробежное расширение). Это минимальное расстояние предпочтительно, по меньшей мере, 0,1 мм, более предпочтительно, по меньшей мере, 0,2 мм, более предпочтительно, по меньшей мере, 0,3 мм, более предпочтительно, по меньшей мере, 0,4 мм, более предпочтительно, по меньшей мере, 0,6 мм, более предпочтительно, по меньшей мере, 0,8 мм, более предпочтительно, по меньшей мере, 1 мм, более предпочтительно, по меньшей мере, 1,5 мм, более предпочтительно, по меньшей мере, 2 мм, более предпочтительно, по меньшей мере, 5 мм, и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 10 мм.

Это расстояние также предпочтительно меньше, чем тройной диаметр вращающейся детали, или его части, проходящей через область электрического поля, и более предпочтительно, меньше указанного диаметра, а наиболее предпочтительно, меньше трети диаметра. Там, где вращающаяся деталь имеет набор лопастей, расстояние дополнительно предпочтительно меньше, чем промежуток между лопастями в области электрического поля, более предпочтительно, его половины.

Участок с постоянным потенциалом машины может находиться на потенциале земли или возможном потенциале земли.

Датчик скорости может быть датчиком скорости по любому аспекту изобретения.

В третьем аспекте изобретения предложен способ измерения скорости вращающейся машины, содержащей выступающий элемент вращающейся детали, поддерживаемый при вращении вокруг оси, с использованием датчика скорости по любому аспекту изобретения.

Согласно четвертому аспекту изобретения, предложен способ измерения скорости вращающейся машины, содержащей выступающий элемент вращающейся детали, поддерживаемый при вращении вокруг оси, причем способ содержит этапы, на которых:

поддерживают электрод в положении относительно оси;

подают постоянное напряжение на электроде для установления электрического поля между электродом и участком с, по существу, постоянным потенциалом вращающейся машины;

при этом электрод расположен так, что, по меньшей мере, один выступающий элемент вращающейся детали проходит через электрическое поле, в то время как вращающаяся деталь вращается вокруг оси, тем самым возмущая электрическое поле при каждом обороте вращающейся детали;

детектируют ток, протекающий между источником напряжения и электродом в ответ на возмущение электрического поля для получения первого сигнала, модулированного на частоте возмущения;

усиливают первый сигнал и выводят второй сигнал, модулированный на частоте, соответствующей частоте возмущения электрического поля;

при этом напряжение электрода, коэффициент усиления усилителя и положение электрода относительно вращающейся детали выбраны так, что модулирование второго сигнала преимущественно вызывается возмущением электрического поля в диэлектрической среде посредством создания и/или движения ионов в поле; и

определяют скорость вращения из модуляции сигнала.

Согласно пятому аспекту изобретения предложен датчик скорости для использования при измерении скорости вращения выступающего элемента вращающейся детали, содержащий электрод и схему датчика;

при этом схема датчика содержит:

источник постоянного напряжения для подачи напряжения на электрод для генерирования электрического поля;

детектор тока для детектирования тока, протекающего между источником постоянного напряжения и электродом вследствие возмущения электрического поля посредством прохождения, по меньшей мере, одного выступающего элемента вращающейся детали через электрическое поле при вращении вращающейся детали;

детектор тока, выводящий первый сигнал, модулированный на частоте, соответствующей частоте возмущения электрического поля.

Схема датчика предпочтительно дополнительно содержит усилитель сигнала для усиления первого выходного сигнала и вывода второго выходного сигнала.

Напряжение электрода, коэффициент усиления усилителя и расстояние между электродом и вращающейся деталью может быть выбрано таким, что импульсы тока электрода будут генерироваться преимущественно перемещением ионов, проходящих через локализованное электрическое поле. Ионы могут быть, по меньшей мере, в текучей среде или поглощенными в непроводящее твердое вещество.

По меньшей мере, участок датчика скорости может быть электрически экранирован, по меньшей мере, одним проводящим экраном, на котором может поддерживаться управляемый электрический потенциал. Предпочтительно датчик включает в себя, по меньшей мере, один усилитель экрана, выходной сигнал которого приводит в действие проводящий экран или каждый проводящий экран. Усилитель экрана или каждый усилитель экрана может быть подключен к усилителю сигнала. Усилитель экрана, например, может быть подключен последовательно с усилителем сигнала, а схема датчика может включать контур обратной связи, подключенный параллельно усилителю сигнала и усилителю экрана, причем контур обратной связи включает в себя первый конденсатор. Первый конденсатор может быть частью емкостного моста (который может содержать первый конденсатор и делитель напряжения), который приспособлен для уменьшения эффективной емкости конденсатора.

Согласно шестому аспекту изобретения предложен способ для измерения скорости вращающейся машины, содержащей выступающий элемент вращающейся детали, поддерживаемый в состоянии вращения вокруг оси, содержащий этапы, на которых:

поддерживают электрод в положении относительно оси;

подают постоянное напряжение на электрод для установления электрического поля между электродом и участком с, по существу, постоянным потенциалом вращающейся машины; причем электрод расположен так, что, по меньшей мере, один выступающий элемент вращающейся детали проходит через электрическое поле при вращении вращающейся детали вокруг оси, тем самым возмущая электрическое поле при каждом обороте вращающейся детали;

детектируют ток, протекающий, между источником напряжения и электродом в ответ на возмущение электрического поля для получения первого сигнала, модулированного на частоте возмущения; и определяют скорость вращения из модуляции сигнала.

Считается, что датчик функционирует посредством детектирования возмущения в электрическом поле вследствие или дополнительно следующему:

модуляции распределения заряда в электрическом поле вследствие перемещения заряда, создаваемого трением (трибоэлектрический эффект). Трение может, например, быть внутри самой текучей среды (например, турбулентность) или между текучей средой и телом в трубопроводе текучей среды (таким, как выступающий элемент вращающейся детали);

модуляции распределения заряда в электрическом поле вследствие изменения физических свойств текучей среды, вызванного движением выступающего элемента вращающейся детали через электрическое поле (например, увеличенного давления, приводящего к увеличенной плотности заряда);

модуляции электрических свойств любого диэлектрического материала, в котором создано электрическое поле (например, давления, и/или температуры, и/или влажности, или других изменений, влияющих на диэлектрическую постоянную диэлектрического материала).

Соответственно один аспект настоящего изобретения является способом измерения скорости вращения выступающего элемента, поддерживаемого при вращении вокруг оси, содержащий этапы, на которых:

поддерживают электрод в положении относительно оси;

подают постоянное напряжение на электрод для установления электрического поля между электродом и телом с, по существу, постоянным потенциалом;

при этом электрод расположен так, что, по меньшей мере, один выступающий элемент вращающейся детали проходит через электрическое поле, в то время как вращающаяся деталь вращается вокруг оси, тем самым возмущая электрическое поле при каждом обороте вращающейся детали;

детектируют ток, протекающий между источником напряжения и электродом в ответ на возмущение электрического поля для получения сигнала, модулированного на частоте возмущения; и

определяют скорость вращения из модуляции сигнала;

при этом возмущение происходит вследствие одного или в дополнение следующих эффектов:

модуляции распределения заряда в электрическом поле вследствие перемещения заряда, создаваемого трением (трибоэлектрический эффект). Трение может, например, быть внутри самой текучей среды (например, турбулентность) или между текучей средой и телом в трубопроводе текучей среды (таким, как выступающий элемент вращающейся детали);

модуляции распределения заряда в электрическом поле вследствие изменения физических свойств текучей среды, вызванного движением выступающего элемента вращающейся детали через электрическое поле (например, увеличенного давления, приводящего к увеличенной плотности заряда); и

модулирования электрических свойств любого диэлектрического материала, в котором сформировано электрическое поле (например, давления и/или температуры и/или влажности или других изменений, влияющих на диэлектрическую постоянную диэлектрического материала).

Сходным образом, согласно настоящему изобретению предложен датчик для измерения скорости вращения выступающего элемента вращающейся детали, поддерживаемой при вращении вокруг оси, содержащий электрод и схему датчика;

причем схема датчика содержит:

источник постоянного напряжения для подачи напряжения на электрод для генерирования электрического поля;

детектор тока для детектирования тока, протекающего между источником постоянного напряжения и электродом вследствие возмущения электрического поля посредством прохождения, по меньшей мере, одного выступающего элемента вращающейся детали через электрическое поле при вращении вращающейся детали;

детектор тока, выводящий первый сигнал, модулированный на частоте, соответствующей частоте возмущения электрического поля;

причем возмущение электрического поля вызывается одним или более из следующих эффектов:

модуляции распределения заряда в электрическом поле вследствие перемещения заряда, создаваемого трением (трибоэлектрический эффект). Трение может, например, быть внутри самой текучей среды (например, турбулентность) или между текучей средой и телом в трубопроводе (таким, как выступающий элемент вращающейся детали);

модуляции распределения заряда в электрическом поле вследствие изменения физических свойств текучей среды, вызванной движением выступающего элемента вращающейся детали через электрическое поле (например, увеличенного давления, приводящего к увеличенной плотности заряда); и

модуляции электрических свойств любого диэлектрического материала, в котором создано электрическое поле (например, давления, и/или температуры, и/или влажности, или других изменений, влияющих на диэлектрическую постоянную диэлектрического материала).

Схема датчика предпочтительно включает в себя усилитель, рабочие характеристики которого обеспечивают усиление выходного сигнала из-за одного или более этих эффектов, в то же время минимизируя шум сигнала, который может в противном случае мешать детектированию модуляции сигнала вследствие возмущения. Усилитель может, например, включать в себя усилитель сигнала и усилитель экрана, как обсуждалось выше.

Изобретение предполагает создание способа измерения изменений в характеристиках текучей среды, содержащего этапы, на которых:

поддерживают электрод, в положении относительно текучей среды;

подают постоянное напряжение на электрод для формирования электрического поля между электродом и телом с, по существу, постоянным потенциалом, при этом электрод размещают так, что электрическое поле проходит в текучую среду:

детектируют ток, протекающий между источником напряжения и электродом в ответ на возмущение электрического поля вследствие изменений характеристики текущей среды; и

определяют изменение в характеристике из детектированного тока;

при этом возмущение имеет место вследствие:

модуляции распределения заряда в электрическом поле вследствие перемещения заряда вызванного изменением в характеристике; и/или модуляции диэлектрической постоянной жидкости вследствие изменения в характеристике.

Характеристика может, например, быть температурой, давлением, влажностью или химическим составом жидкости.

Согласно изобретению предложен способ измерения массового расхода текучей среды, текущей через трубопровод, при этом способ содержит этапы, на которых:

поддерживают электрод в первом расположении относительно трубопровода;

подают постоянное напряжение на электрод для установления электрического поля между электродом и телом с, по существу, постоянным потенциалом, при этом электрод размещают так, что электрическое поле проходит в трубопровод:

изменяют характеристику текучей среды во втором расположении выше по потоку от первого расположения;

детектируют ток, протекающий между источником напряжения и электродом в ответ на возмущение электрического поля вследствие измененной характеристики текущей среды; и

определяют массовый расход текучей среды из промежутка от первого до второго расположения и истекшего времени между изменением характеристики текучей среды и детектированием тока.

Другие предпочтительные и особенно полезные признаки изобретения будут очевидны из последующего описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 - осевое сечение через турбокомпрессор с турбиной с фиксированной геометрией, который иллюстрирует базовые компоненты турбокомпрессора;

Фиг.2 - общий вид корпуса компрессора турбокомпрессора в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;

Фиг.3 - поперечное сечение участка компрессора на Фиг.2;

Фиг.4 - продольное сечение сборки электродов датчика компрессора на Фиг.2 и 3;

Фиг.4a - схематические признаки схемы датчика в соответствии с изобретением;

Фиг.5 - общий вид корпуса компрессора турбокомпрессора в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения;

Фиг.6 - поперечное сечение вставки подавителя шума турбокомпрессора на Фиг.5;

Фиг.7 - поперечное сечение участка компрессора на Фиг.5;

Фиг.8 - принципиальная схема варианта осуществления схемы датчика в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.9 - принципиальная схема дополнительного варианта осуществления схемы датчика, согласно настоящему изобретению;

Фиг.10a - упрощенное схематичное поперечное сечение, через электропроводящее колесо компрессора и сборку соседнего электрода в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.10b - упрощенное схематичное поперечное сечение, через электрически непроводящее колесо компрессора, поддерживаемое на электропроводящем валу, и сборку соседнего электрода в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.10c - упрощенная схема поперечного сечения через электрически непроводящее колесо компрессора и сборку соседнего электрода в соответствии с настоящим изобретением; и

Фиг.11a и 11b схематично иллюстрируют линии электрического поля между электродом датчика согласно изобретению и вращающейся детали.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг.1 показано поперечное сечение обычного турбокомпрессора с турбиной с фиксированной геометрией, который иллюстрирует базовые компоненты турбокомпрессора. Турбокомпрессор содержит турбину 1, присоединенную к компрессору 2 через корпус 3 центрального подшипника. Турбина 1 содержит корпус турбины 4, который вмещает колесо 5 турбины. Аналогично, компрессор 2 содержит корпус 6 компрессора, который вмещает колесо 7 компрессора. Колесо 5 турбины и колесо 7 компрессора смонтированы на противоположных концах общего турбовала 8, который поддерживается на сборках 9 подшипников в корпусе 3 подшипников.

Корпус 4 турбины снабжен впускным отверстием 10 выхлопного газа и выпускным отверстием 11 выхлопного газа. Впускное отверстие 10 направляет входящий выхлопной газ в кольцеобразную впускную камеру, например спиральную камеру 12, окружающую колесо 5 турбины и сообщающуюся вместе с этим через радиально проходящий впускной проходной канал 13. Вращение колеса 5 турбины вращает колесо 7 компрессора, которое втягивает воздух через осевое впускное отверстие 14, заданное частично посредством кольцевой стенки 6a впускного отверстия, и подает сжатый воздух на воздухозаборник двигателя (не показан) через выпускное отверстие 15.

Фиг.2-4a иллюстрируют компрессор турбокомпрессора, включающий в себя датчик скорости турбокомпрессора в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. Хотя признаки корпуса 6 компрессора в подробностях отличаются от таковых компрессора турбокомпрессора на фиг.1, конструкция, в общем, является аналогичной и для идентификации соответствующих признаков используются одинаковые ссылочные позиции. Сборка 16 датчика скорости согласно изобретению подходит к корпусу 6 компрессора. Сборка 16 датчика (показанная отдельно на фиг.4) содержит удлиненный электрод 17, удерживаемый в электропроводной защитной трубке 18, которая проходит через в целом радиальное отверстие 19, предусмотренное через стенку корпуса компрессора. Отверстие 19 открывается на внутренней поверхности 20 компрессора, которая формируется лопастями колеса 7 компрессора, так что увеличенный конец 21 электрода 17 расположен в близости к колесу 7 компрессора. Противоположный конец электрода 17 и защитная трубка 18 соединены с PCB 22 (печатной платой), которая помещена в электрически изолирующую оболочку 23 датчика, который включает в себя трубчатый участок 24, который покрывает защитную трубку 18. Сборка 16 датчика прикреплена к корпусу 6 посредством болта 25, который проходит через отверстие 26 в оболочке 23 датчика и в нарезное отверстие 27 в стенке корпуса. Предусмотрена кольцевая уплотнительная прокладка 28 для изоляции датчика в отверстии 19. Дополнительное нарезное отверстие 28a также предусмотрено с тем, чтобы облегчить размещение устройства датчика впускного отверстия, такого как датчик температуры (не показан).

PCB 22 электрически соединяет электрод 17 и защитную трубку 18 со схемой 29 датчика, расположенной на PCB 22 (схематически показано на фиг.4a). Схема 29 датчика содержит источник 31 постоянного напряжения, схему 32 детектирования тока, усилитель 33 и счетчик 34 частоты. Счетчик частоты может содержать делитель частоты (не показан). Счетчик частоты выводит сигнал, соответствующий скорости вращения колеса компрессора, который может, например, подаваться через соединительный кабель 30 на электронный блок управления двигателя (ECU) или другой контроллер. Дополнительные подробности и функционирование примерных вариантов осуществления схемы датчика описаны далее.

Второй вариант осуществления датчика скорости турбокомпрессора согласно настоящему изобретению проиллюстрирован на фиг.5 и 7. Хотя признаки корпуса компрессора в частностях отличаются от таковых компрессора турбокомпрессора на фиг.1 и 2-4, для идентификации соответствующих признаков используются одинаковые ссылочные номера. Компрессор (фиг.5) включает в себя поглотитель 35 шума в виде пластиковой вставки, которая установлена во впускном отверстии 14 компрессора. Предоставление поглотителя шума компрессора в качестве отдельной вставки в корпус компрессора является известным в данной области техники, и функционирование поглотителя шума не будет подробно описываться.

Тем не менее, как показано на фиг.6, поглотитель 35 шума является кольцеобразной структурой, которая включает в себя трубчатый участок 36.

В соответстви