CN1130941A - 测量流动介质质量的装置 - Google Patents

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Abstract

公知的测量流动介质质量的装置具有一个板形的传感元件，其具有至少一个加热电阻和至少一个测量用电阻。为补偿流动介质的温度，通常在传感元件上还安置一个介质温度电阻，但是它会受到加热电阻的不利影响。
本发明装置(1)具有一个在装置(1)的外壳(15)外边安置的介质温度电阻(86)，为的是通过一个相对传感元件(25)的空间距离，可不受热力影响地感受流动介质的温度，这样，装置(1)就具有一个提高的测量精度和缩短的反应时间。
本装置适用于测量流动介质的质量，特别是用于内燃机的吸入空气质量的测量。

Description

测量流动介质质量的装置
技术背景
本发明涉及一个测量流动介质之质量的装置，属于权利要求1前序部分的技术领域。在DE-OS 3638138中已公开了一个装置，其中，一个所谓的加热膜片-传感器元件安置在流动介质中，它具有一个依赖于温度的传感器部分以用于测量流动介质的质量。所述传感器部分由单个的电阻层组成，其安置在板形的基底上并包括至少一个加热电阻和至少一个取决于温度的测量用电阻。为了测量，该测量用电阻被保持在一个远远高于流动介质的温度的过高温度处，因此，这个测量用电阻基本上依据对流作用亦即与流动介质的流过质量相关地往流动介质排放一个确定的热量。该加热电阻以公知方式维持测量用电阻的稳定的过高温度并安置得能保持与测量用电阻尽可能好的热接触，以便尽可能快地提高其温度。该测量用电阻具有一个取决于温度的电阻值，因此，过高温度的变化就会导致其电阻值的变化，同时，一个与测量用电阻和加热电阻相连接的调节电路就会失调了。该调节电路例如是一个类似桥式的电阻测量电路，它在由于测量电阻而失调时可改变加热电阻的加热电流或加热电压，以便使测量电阻的过高温度保持常数，因此，为了维持测量电阻过高温度，其所必需的加热电流或加热电压对于流动介质的质量来说是至关重要的。如从开头所述现有技术中获知的，该基底还具有另一个电阻，它在后面称之为介质温度电阻，并且它借助由基底形成的间隔以相对加热电阻和测量电阻热力散失(退耦)的方式安置在该基底上。该介质温度电阻具有一个取决于温度的电阻值并且是调节电路的一构件，它可确保，流动介质的温度变化不影响装置的测量精度。由于介质温度电阻相对加热电阻在空间上较为接近，因此，一个热力影响问题不能完全排除，因为，尽管由基底形成的间槽可以在基底内引起热量流，它例如通过固定加热膜片-传感器元件流至介质温度电阻，所以这个介质温度电阻不能精确地承纳流动介质的温度。此外，由加热电阻没有传送给流动介质的热量流产生的作用是，装置的反应时间随流动介质之温度变化而加长。还有，在具有部分回流的脉动式流动情况下，可能在加热膜片-传感器元件上发生，被加热的介质从加热电阻到达介质温度电阻，因此，这个介质温度电阻以错误方式确定了一个由加热电阻提高的流动介质温度。本发明的优点
本发明权利要求1特征部分的装置相对现有技术的优点是，它具有一个提高的测量精度和缩短的反应时间。
通过从属权利要求记载的措施可实现有利的变型方案和对权利要求1确定的装置的进一步有效改型。附图简述
本发明的实施例简单表明在附图中，并在随后的说明书中详细说明。图1为本发明装置一个截面的侧视图。图2为本发明装置的正视图。图3为沿图1中III-IV线的截面图。图4为本发明装置中的套箱底座单件立体图。图5为沿图4中的V-V线的剖面图。对实施例的详细说明
侧视图图1中展示了用于测量流动介质质量，特别是内燃机吸入空气质量的本发明装置1。在此，对内燃机未加详示。本装置1为细长圆筒状，并沿贯穿本装置1中心的纵轴线10伸展。本装置1穿过一个壁4上的开孔3，比方说吸入管上的开孔，内燃机的吸入管内流动着从周围环境中吸入的空气。藉助两个连接螺柱5，该装置1插入后被固定在壁4的外表面7上。装置1的内表面8构成流动截面12的边界，在流动截面12内流动介质垂直于图1平面，以从纸面向里的方向流动。本装置1有一延伸很长的塑料外壳15，其末端区14形成一测量槽20，其矩形横截面大体在流动截面12的中部向内凸出，并大体在平行于流动的方向上伸展，使流动介质经过它流动。在测量槽20内的纵轴线10方向上装有一个片状的传感元件25。它的最大表面60与垂直于图1画面、向图里流动的介质平行。在图2至图5中介质的流动方向用箭头9表示，并由右向左方流动。测量槽20部分以外壳15、部分以比方说塑料密封盖28为界。密封盖28可以插入外壳15末端区14上的键槽29内，并坐在外壳15之上。
传感元件25可以通过蚀刻半导体，比方说硅片，由所谓微机械加工的方法制造出来。其结构可以从，比方说从德国专利DE-OS 4219454中获悉。故在此不加详述。传感元件25上同样有一个通过蚀刻制作的膜片状传感区26，如在图2上，即本装置1的正视图中II线标记所示。传感区26的厚度只有几个毫米，并具有同样通过蚀刻法制作的多层电阻，其至少构成一个取决于温度的测量电阻，比方说热电阻。也可以把传感元件25做成所谓的热膜片-传感元件，其结构比方说，可以从DE-OS 3638138中获悉。这种热膜片-传感元件同样有放在片状底基上的多层电阻，以至少产生依赖于温度的测量电阻，比方说热电阻。
本装置1的接线部分38在流动截面12以外的外壳15上的另一端。测量槽20与接线部分38之间有一个外壳15的掏空部分16，一控制电路30就放在外壳掏空部分16内，如图2所示，传感器导线31把控制电路30与传感元件25连在一起。控制电路30向传感元件25供电并判断由传感元件25提供的电信号。这类控制电路30，专业人员久已知晓，并可以比方说从DE-OS 3638183中获悉。控制电路30包括许多电气元件，通常以所谓混合结构方式联接成一个混合电路。控制电路30放在一个金属的保护套箱34内。该箱34由金属的套箱底座35及金属的套箱密封盖50组成。二者可相互连接在一起。混合电路做为集成薄膜电路放在混合电路板17上，在本实施例中用某种粘结剂把混合电路贴在，比方说金属的套箱底座35矩形主壁36的上侧表面46上。
图4是不包括传感元件25在内的套箱底座35的主体图。可以用薄金属带材，例如金属薄板把套箱底座35制造出来。加工金属带材可以用冲出、弯曲、折合深冲或冲压等方法。也可用同样方法把套箱底座密封盖50加工出来。套箱底座35的主壁36可以是比方说矩形，混合电路板17就贴在其上表面46上。矩形主壁36的二个长边上垂直立着局部被弯曲、相互平行而立的侧壁37。侧壁37用来做为可以放在主壁36的两个侧壁37之间的金属套箱密封盖50(图1)的支持。套箱底座35主壁36的下表面45上有4个突起的固定销41把套箱底座35装入外壳15掏空部分16时，固定销41便嵌入外壳15上相应掏空的孔洞49内，把套箱底座35插入并固定在外壳15上。也可以用某种粘结剂把套箱底座35与外壳15粘贴在一起。
如图4所示，套箱底座35在其矩形主壁36的短边上有一舌状延伸部分，做为传感元件框架27，用于托住传感元件25。传感元件托架27和套箱底座35可以在同一生产过程中制造出来，如图4中所示，也可以用冲孔、弯曲、折曲，深冲或冲压等方法分别加工出来，然后再通过适当的粘合方法，例如激光焊接，将二者再联接在一起。传感元件托架27是用折叠薄金属条带的方法制造出来的。在图4展示的实施例中，以保护套箱的纵轴线11为中心，在主壁36的矩形舌状延伸部分上，通过比方说冲孔的方法冲出一个开孔62。然而把舌状延伸的金属条带绕着平行于保护套箱纵轴线11的弯曲轴对折起来，最终成为两个大小相同，上下互相紧贴的部件56、57。以下把绕主壁36弯折而成的部件称做托架57。托架57位于底面45之下。图5是沿图4中的V-V线截出的包括传感元件25在内的截面图。弯折180度而成的托架57盖住了没有被弯曲的框架56上的开孔62，并与托架57共同围出一个掏空部分58。框架56，更确切地说，掏出部分58的横截面，其大小大体与矩形的、板片状的传感元件25相当，其厚度t大于垂直于流动方向9的传感元件25的厚度d，以便把传感元件25完全放在掏出部分58内。金属条带被弯折后，用一种工具，比方说一个冲压工具，使托架57的外表面61发生局部变形，使框架56上的掏出部分58面对一个在托架57上的底面63产生的略向框架56上的掏空部分58突起的台状突出部分64。框架56上的开孔62内的这一台状突起部分64，其横截面比开孔62以及座落在凸起部分64上的传感元件25的横截面小。此外，冲压过程中还可以在底面63上加工出一个或几个分布在台状凸起部分64周围的沟槽65。传感元件托架27的侧面67面向流动方向9，走向与弯曲轴一致。用比方说冲压的方法，使侧面67绕着弯曲轴圆化，并形成轴表面59方向平滑的边帮68。介质经过圆化的、大体为楔形式的边帮68，沿传感元件25均匀流过，传感元件25的表面60上没有旋涡或断流区出现。把粘合剂涂敷于台状突起部分64上，再把掏出部分58内的传感元件25放在粘结剂上，传感元件25便可以被固定在传感区26以外的台状突起部分64上了。在粘结过程中，过量的粘结剂可以会集在从底面63上掏出的沟槽65内，使传感元件25上的粘结层厚薄均匀地粘结在台状凸状部分64上。此外，台状凸起部分64在弯折金属条带之后制成，尺寸公差很小，把传感元件25粘贴入掏出部分58时，其表面60可以精确地与框架56的表面59齐平。台状凸起部分64的形状被做得使它不能盖住传感元件25上的传感区26，因此只有传感区26以外的那部分被粘贴住。装在掏空部分58中的传感元件25及其传感区26与底面63之间没有接触。在托架57内，通过传感元件25与底面63之间的气垫作用造成传感元件25良好的绝热状态。此外，流动方向9上的掏空部分58的横截面略大于传感元件25的截面，使传感元件25与掏空部分58的侧壁之间产生间隙，对框架56内的传感元件25也形成良好的绝热状态。如台状凸部分64选定的高度要使框架56的表面59和传感元件25的表面60齐平。
为使混合电路板17上的混合电路和本装置1的接线部分38上的插入连接件39相通，有若干连接导线54从插入连接件39直通套箱底座35以外，连接导线54的末端在外壳15内构成接触点43，如图1中所示。弯成U形的混合电路连接导线52把各接触点43与混合电路17上相对应的各接触点42连通。混合电路连接导线52从外部单独穿过各个穿管电容40到达套箱底座35内部，并通向混合电路板17上。各导线末端分别通过，比方说钎焊或激光焊的方法与混合电路板17上的接触点42及外壳15上的接触点43接触在一起。各穿管电容40逐个放在一个有预先开好的孔洞的共用插板47上。通过比方说钎焊法，把它们就此固定在那里，并与插板47形成通路。为把插板47装入套箱底座35内，在套箱底座35的侧壁37上预先设置两个弹簧件70。插板47在套箱底座35的两个侧壁37之间插入两个弹簧件70之间。插板47本身成为套箱底座35的面向插入连接件39的金属前壁。弹簧件70是在制造套箱底座35时一起加工出来的。制造插板47时，插板47上逐个配置管状的穿管电容40。混合电路各连接导线52被插入各相应穿管电容40，通过比方说钎焊法使之固定并与电路相连。此后，可把混合电路连接导线52弯成U形，使插板47以简单的方式方法成为一个可以推入套箱底座35的独立整体，并固定在弹簧件70上。插板47到套箱底座35经弹簧件70接地。装好插板47后，即可通过钎焊或粘接的方法把混合电路连接导线52的各末端与混合电路板17上的接触点42及外壳15内的接触点43连通。外壳15内的连接导线54从外壳15上的接触点43通到插入连接件39上，它也是本实施例中的插销连接座。为使控制电路30通电，把一个与电子控制器相连接的电插销插入上述插销连接座上。图上未示出该电子控制器，它负责评判由控制电路30提供的电信号，并藉此调控比方说内燃机的功率。
套箱密封盖50用来盖住套箱底座35和混合电路板17，并用卡式弹簧件72抓住插板47，如图1中所示。插板47的上表面75面向插入连接件39，下表面76面向混合电路板17。弹簧件72只是盖住了上表面75及下表面76的一部分，以便通过弹簧接触使套箱密封盖50经插板47和弹簧件70到套箱底座35接地。此外，套箱密封盖50在它矩形的主平面78两侧，有两个相对而立的侧平面79，在侧平面79上比方说多开几个缝，而构成几个弹簧件73。制造套箱密封盖50时，把这些弹簧件73稍微向外张开些。把套箱密封盖50装入套箱底座35，套箱密封盖50便弹性地紧靠在套箱底座35的侧壁37上，如沿III-III线截面的图3所示。
保护套箱34由套箱底座35、套箱密封盖50以及，比方说插板47构成，并包围在混合电路周围，以保护控制电路30尤其是不受到电磁波辐射的损害。插板47配备有穿管电容40，可以保护没有电磁波通过连接导线54和混合电路连接导线52到达混合电路，穿管电容40将把电磁波过滤掉。此外，金属的套箱底座35和金属的套箱密封盖50可以避免可能来自控制电路30的电磁波辐射，使得直接布局在本装置1附近的电气系统可以正常进行工作，而不会受本装置的影响。如果不需要这种有穿管电容40的抗干扰保护装置的话，可以把插板47干脆拿掉，而不必对套箱底座35做昂贵的结构改造。只需要把外壳15内的接触点43与混合电路板17上的接触点42，比方说通过粘接、钎焊或激光焊接相互连通在一起。
出于污染的原因，还需把套箱密封盖50进一步用塑料封板80盖住。封板80可插入围绕在外壳掏出部分16周围的键槽81内。为便于看清总貌，未把护板80表示在图2中。装置1上有一个电阻，用于补偿传感元件25的与流动介质温度有关的测量值。以下把这个电阻叫做介质温度电阻86。介质温度电阻86是控制电路30的一部分，保证流动介质的温度发生变化时，不影响测量的精度。除了使介质温度电阻86与控制电路30相连接以外，也可以用一根外壳15内的电导线以及一个附加在插入连接件39内的接触销，把介质温度电阻86单独地和可插在插入连接件39上的电插销相接触，使它也能与内燃机的其他控制电路相连，更确切地说和电子控制装置相连接。介质温度电阻86的阻值取决于温度。此外，可以把介质温度电阻86做成例如丝状、膜状或箱状的NTC-或PTC-电阻。介质温度电阻86安装在测量槽20以外，离与纵轴线10平行的外壳15的外表面84一定距离处。介质温度电阻86附近的外壳15在垂直于纵轴线10的方向上略有扩展并截止在外表面84上。外壳15之外的介质温度电阻86上有两根并排放置的连接导线92及93，其中一根导线93弯曲成U形，且其一部分平行于连接导线92。连接导线92、93通过比方说钎焊的办法固定在两个接触销，即两个接触支柱(或者说固定件)88上。接触支柱88在套箱底座35上的插板47对面，从外壳15的外表面84伸出来，向流动截面12凸出，相继处在流动方向9上。支撑介质温度电阻86的其他部件还包括立在外壳15外表面85上的塑料凸缘89，经局部弯曲的连接导线93绕塑料凸缘89上与接触支柱88相背的一面上的凹槽而过，使介质温度电阻86通过连接导线92、93固定在在相距外壳15的外表面84一定距离的流动介质之中。介质温度电阻86放在外壳15上的测量槽20以外，其好处在于介质温度电阻86与传感元件25及与混合电路板17上的混合电路间的空间距离可以排除介质温度电阻86的热影响。此外，介质温度电阻86在外壳15以外，所以不受可能来自测量槽20槽壁造成的对介质流的影响，使它可以不受干扰地认可流动介质的温度。
如图3中所见，在测量槽20与塑料凸缘89之间有一个走向与流动方向9相同的冷却通道90，用于冷却控制电路30并进一步改善介质温度电阻86与传感元件25之间以及与控制电路30之间的热影响。冷却通道90大体在平行于介质流动方向9上扩展，横向贯穿外壳15，套箱底座35有一部分下表面45不与塑料外壳15接触。通过这部分没有塑料外壳的下表面45，可以使控制电路30散发的热量经混合电路板17向套箱底座35及冷却通道90排入，避免控制电路30发出的热量使传感元件25和介质温度电阻86发热。冷却通道90有，比方说矩形的入口截面，在流动方向9上向装置1的中心部位逐渐减小至最小截面，然后按流动方向9重新扩大至使出口截面也成为大小与入口截面相当的矩形截面。冷却通道90的形状在一定程度上像半个拉伐尔喷咀，它的作用是加速流动介质从入口截面到套箱底座35的下表面45处的流动，提高流动介质在套箱底座35下表面45处对来自控制电路30的热量的散热能力。

Claims (6)

1、一种用于测量流动介质质量、特别是测量内燃机的吸入空气质量的装置，具有一个含纵轴线的纵向延伸的外壳，该外壳具有一个介质可流过的测量槽，其中，安置一个依赖于温度的并位于流动介质中的传感元件，其具有至少一个取决于温度的测量电阻，同时，为了补偿流动介质的温度设置一个依赖于温度的介质温度电阻，其特征在于：
该介质温度电阻(86)安置在测量槽(20)的一边并在外壳(15)的一个与纵轴线(10)大致平行配置的外表面(84)旁边且与该外表面(84)间距安置；该外壳(15)在其对着介质温度电阻(8b)的侧面上并在该介质温度电阻(86)的区域内作相对纵轴线(10)为垂直方向的延伸且仅仅延伸至外表面(84)。
2、按权利要求1所述的装置，其特征在于，在外壳(15)上设置电气固定件(88)，而且该固定件(88)与介质温度电阻(8b)连接导线(92，93)相连接。
3、按权利要求2所述的装置，其特征在于：至少一个连接导线(93)具有一个U形结构，而且该固定件(88)在流动介质的运动方向上是前后依次安置的。
4、按权利要求3所述的装置，其特征在于，其特征在于：该外壳(15)具有一个凸缘件(89)，至少一个连接导线(93)围绕着上述凸缘件(89)的远离固定件(88)的侧边延伸。
5、按权利要求1所述的装置，其特征在于：介质温度电阻(86)与传感元件(25)的控制电路(30)相连接。
6、按权利要求1所述的装置，其特征在于：介质温度电阻(86)与一个在外壳(15)上设置的插入连接件(39)相连接。
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