CN1157913A - 测量流动介质质量的装置 - Google Patents

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Abstract

一种装置，用来测量一种流动介质特别是内燃机的吸入空气质量，具有安置在传感器载体(1)的空穴(20)中的一个板形传感元件(2)，传感元件有一传感区(4)，传感区至少配有一个测量电阻器(6)，它暴露于流动的介质中以实现对该介质的质量的测量，在这里，传感元件(2)基本上是齐平地安置在上述空穴(20)中，并用粘贴方法将之粘贴在空穴(20)的底面(25)上，以保持在该空穴中，底面(25)具有一沟槽形下凹部(30)，该下凹部至少部分地沿着传感元件(2)的周边在传感区(4)的外面延伸。

Description

测量流动介质质量的装置
本发明涉及一种用于测量一种流动介质的质量的装置，它具有一板形传感元件，该传感元件安置在一个传感器载体的一个空穴中，具有带至少有一个测量电阻器的传感区，暴露于流动的介质中以实现对介质质量的测量，在这里，传感元件基本上是平整地安置在上述空穴中，并用粘贴方法将之粘贴在该空穴的底面上以保持在该空穴中。已经公开过一种装置(DE-OS 4219454)，它具有一个配备一种介电膜片的板形传感元件，该传感元件用一粘合剂平面地，即以它的大部分表面粘贴在一个传感器载体的空穴中。传感元件在该空穴中的平面粘贴可以确保安全，使得在空穴中的传感元件下面不会出现潜流，特别是不会出现由传感元件的膜片和空穴的底面留下的空腔的潜流，否则这种潜流会给测量结果带来不利影响。在进行平面粘贴时，特别在传感元件的安装和粘贴过程中，存在着很大的破裂危险。为了减少这种破裂危险，有一种固定方法是大家知道的，按此方法，只将传感元件的一侧粘贴在上述空穴中，这样传感元件连同它的膜片自由悬挂地安置在该空穴中。在采用传感元件的这样一种自由悬挂的固定方法时，有可能在空穴中的传感元件下面出现一种不希望有的潜流，这种潜流会对该测量装置的测量结果有不利的影响。
按照本发明的测量装置具有这样的特点：传感器载体的空穴的底面具有一沟槽形下凹部，该下凹部至少是部分地沿着传感元件的周边在至少含有一个测量电阻器的传感区的外面延伸。
按照本发明的测量装置与已知的这类装置相比，其优点在于：大大地减少了传感元件的破裂危险，与此同时也可靠地防止了传感元件下面的潜流，从而可以获得精确的测量结果。
按照本发明的进一步方案，该测量装置还具有下述特点：传感器载体由两个元件即框架元件和支承元件组成，这两个元件是上下相叠地安置的，在框架元件上设置有一个孔口，该孔口被支承元件盖住，从而形成出空穴，而在支承元件的底面上至少设置一个平台状隆起部，在该隆起部四周延伸着沟槽状的下凹部，这样，传感元件的配有测量电阻器的传感区至少部分地由该下凹部所包围。
本发明的一些实施例在附图中做了简单的图示，在下面的说明中有较详细的解释。图1所示是按照本发明的测量装置的第一个实施例的带有一传感元件的传感器载体横截面示意图；图2所示是按照图1所示的传感器载体俯视图；图3所示是按照本发明的测量装置第二个实施例的带有传感元件的传感器载体横截面示意图；图4所示是按照图3所示的传感器载体俯视图。
实施例的说明：
图1中横截面图上所示的传感器载体1是为一种板形传感元件2而提供的。传感器载体1和传感元件2是图中未详示的测量装置的组成部分，该测量装置是用于测量一种流动介质的质量，特别用于测量内燃机的吸入空气质量。传感器载体1用来承受和支持传感元件2，该传感元件具有一个膜片状传感区，例如可将该传感区设计成介电膜片4的形式。传感元件2或者说膜片4，可以通过对一半导体的腐蚀，例如对一硅晶片的腐蚀，用所谓的微型机械制造方法制作出来。为了测量一种流动介质的质量，在膜片4上，须设置至少一个与温度相关的测量电阻器6，及例如至少一个加热电阻器，这两个电阻器例如也可通过腐蚀方法加以制作。在膜片4之外，在传感元件2上可配置一个参考电阻器。测量电阻器6、加热电阻器及参考电阻器，例如可以通过导线通道，利用在连接区(Bondpads)所布置的电线10而与图上未详示的电子调节线路进行电连接。按照已知的方法，电子调节线路用来向传感元件2上的各电阻器供给电流或电压，同时用来处理由上述各电阻器发出的电信号。上述电子调节线路例如可以安置在按照本装置的外壳之中，或者外壳之外。介电膜片4例如由氮化硅和/或氧化硅构成。加热电阻器设计成一种电气用的电阻层形式，该电阻层在电流通过时受到加热，并将膜片4加热到超过待测介质温度的一个温度。加热电阻器例如可用一种金属或者也可用相应掺杂质的硅做成。测量电阻器和参考电阻器例如也可由一种电气用电阻层构成，其导电率依温度而改变。上述电阻层所用的合适材料是某些金属或相应的掺杂质的硅。
传感元件2呈板状，比如具有矩形形状，经调整，以它的最大表面8与图1所示平面中所流入的介质大致相平行，与此同时，所述矩形传感元件2的一个短边依介质流动方向伸展。介质的流动方向在图2和4中以相应箭头9表示，并在此由上向下走。通过在膜片4上所安置的加热电阻器，膜片4被加热到一个温度，该温度高于从其旁边流过的介质的温度。从旁边流过的介质主要靠对流所吸走的加热电阻器热量与流动的介质的质量有关，因此，只要测量出膜片4的温度，便可测定流动介质的质量了。通过测量电阻器6或者通过对加热电阻器的电阻的测量，便可实现对膜片温度的测量。参考电阻器的作用在于抵消流动介质的温度的影响，这里的出发点是，在膜片4之外的传感元件2具有介质的温度。
传感器载体1最好用金属做成，可以用薄的金属带通过折叠加以制作，为此适宜采用冲压、弯折、折叠、深拉及精压等方法。在金属带弯折后的最终状态中，比方说有两个大小相等的彼此相叠的元件14和15。下面把包围着传感元件2的未弯曲的元件14称作为框架元件14，而将其下面的弯曲的元件15称作为支承元件15。支承元件15在弯曲大约180度的最终状态中覆盖着未弯曲的框架元件14的孔口19，以便与框架元件14共同限定出一个空穴20，用来容纳传感元件2。框架元件14，或者说空穴20，具有一个横断面，该横断面基本上与传感元件2的矩形形状相适应，具有一个深度t，该深度大于传感元件2垂直于流动方向9测得的厚度d，从而可将传感元件2完全地容纳在空穴20中。这时，在空穴20中的传感元件2以它的表面8大致地与框架元件14的表面37对齐。在金属带经折叠之后，即可使用一种冲击工具例如冲压工具来冲压支承元件15的外表面22，使得由框架元件14的空穴20所限界的支承元件15的底面25的变形的部分区域，例如以矩形平台状隆起部26的形式，大体上突入到框架元件14的空穴20中。在框架元件14的孔口19的范围中，从介质流动方向平行地看，已形成的平台状隆起部26所具有的横截面略小于孔口19的横截面和安置在隆起部26上方的传感元件2的横截面，这样，膜片4的区域连同空腔5都被隆起部26所遮盖。
按照本发明，在平台状隆起部26和框架元件14的界定空穴20的侧壁27之间，或者说，和支承元件15的环绕侧壁28之间，设置有一个流通道30。在这里，可将框架元件14的环绕侧壁27的处于上游或下游的一个部分33例如做得与相应处于上游或下游的支承元件15的侧壁28对齐，而将与流动方向9相平行的侧壁27的一部分29设置得与支承元件15的侧壁28相错开。在平台状隆起部26和支承元件15的侧壁28之间设置的流通道30呈沟槽形下凹，是在支承元件15的底面25上加工出来的，而且例如具有矩形的横截面。也可以把沟槽形的下凹部30的横截面设计成三角形、半圆形或其它形状。例如在加工成形平台状隆起部26的时候，可自然地成形出沟槽形的下凹部30。
如图2所示，即在传感器载体1的俯视图中表明：流通道30完全围绕着平台状隆起部26延伸。图2中用虚线表示的流通道30在这里沿着传感元件2的周边伸展，这样，流通道30在传感元件2的下方沿着其侧边32呈框架状朝支承元件15方向延伸。传感元件2所具的横截面略小于空穴20，所以在传感元件2的环绕的侧壁32和框架元件14的侧壁27之间，沿着传感元件2的周边，在上游方向一侧有一极小的缝隙23，在下游方向一侧亦有一极小的隙缝24，该隙缝过渡到流通道30中。特别是靠近流9的隙缝23所具有的宽度仅为几个微米。由于靠近流9的隙缝23的宽度非常小，所以对流动有很高的扼流作用，从而使得只有很小一部分介质能够流入隙缝23中。于是，绝大部分的介质不受隙缝23的干扰，从入流边缘34经过框架元件14的表面37，再经过传感元件2的表面8，继续向前流去。按照本发明，利用与隙缝24相比具有大横截面的流通道30来引导经隙缝23进入流通道30的极小量介质环绕传感元件2的膜片4的区域流动，然后该介质从背着流9的后面的隙缝24再离开空穴20。按照本发明，流体沿传感元件2的边缘的绕行阻止了经隙缝23流入的介质到达传感元件2的膜片4下方的由膜片4和平台状隆起部26所界定的空腔5中。否则，在膜片4下面的或者说在空腔5中的流动便会导致将膜片4上不合适的热量散失，这种散失的热量与在外部流动的介质的质量没有依赖关系，从而对测量结果产生不利的影响。为此，利用流通道30就可以放弃所谓的传感元件2紧密粘贴在空穴20的做法，而按照这种紧密粘贴做法传感元件2须以它的大部分表面粘贴在空穴20中，才能借助平面粘合来阻止膜片4下面的潜流。因此只要做到下述一点就足够了：只在一侧将传感元件2粘贴在一粘结区域39中，该粘合区域不一直延伸到膜片4，为此用粘合剂40在图1至4左边所示的一侧将传感元件2粘贴在平台状的隆起部26上，这样，传感元件2的包含着膜片4的剩余区域离开平台状隆起部26有一个很小的距离，在一定程度上自由悬挂地被保持在空穴20中。在粘贴时，粘合剂40应如此涂敷在隆起部26上，使得尽可能没有粘合剂40进入流通道30中。如在图2中所示，为了实现传感元件2在空穴20中的定位，框架元件14可以在它的平行于流动方向9的短侧壁27上有两个区域44，这两个区域的构形是这样设计的，使流通道30的平行于流动方向9的那一部分31至少部分地由框架14的侧壁27的平行于流动方向9的区域44所遮盖。与此同时，框架元件14的侧壁27的角区45可以具有圆形，使框架元件14的侧壁27的制作简单易行。例如，图2中左边所示的空穴20的两个角区45也可加以倒圆，使得它们部分地越过流通道30的区域，从而流通道30以及支承元件15的底面25部分地不被框架元件14所盖住。
图3所示是按照本发明的传感器载体1的第二个实施例，在此，所有相同的或起相同作用的部分均用图1和2所示第一实施例的相同参考代号表示。如在图3中带有传感元件2的传感器载体1的横截面图上所示，可以设置两个平台状隆起部41、42以代替单个平台状隆起部26，在下文中这两个隆起部分别称为第一隆起部41和第二隆起部42。隆起部41、42稍微突出于支承元件15的底面25。在此，在图3和4右边所示的第二个隆起部42例如具有矩形和大于膜片4的表面的表面，以便在传感元件2安装上去时完全盖住膜片4及处于膜片4下方的空腔5。按照本发明，流通道30环绕着两个隆起部41、42伸展，而且从支承元件15的底面25形成一个沟槽形下凹部30。流通道30这样环绕两个隆起部41、42伸展，使得在图4所示的俯视图中流通道30的走向呈一个横着的“8”字形。如同在第一个实施例中那样，设置流通道30的目的在于：将经过前隙缝23流入的极小量介质绕过膜片4流动。由于流通道30也是延伸在隆起部41和42之间，所以在隆起部41和42之间的那一部分介质也可以在流通道30中流动，以便此后再次从后隙缝24处离开流通道。将图1和2中所示的隆起部26分成两个相隔一定距离的隆起部41和42，这一设计具有如下优点：经过前隙缝23流入流通道30中的介质在隆起部41和42之间只需要一相对短的路程来环绕膜片4，从而达到此后再次从后隙缝24处离开流通道30的目的，这样便大大地减少了膜片4的或者说空腔5的潜流危险。
如图3所示，框架元件14可以具有侧壁27，该侧壁至少在各个区域44、46中略微与支承元件15的侧壁28相错开，并且更靠近传感元件2的周边地突出来，以便盖住流通道30的例如大约一半。尤其是两个区域44，它们的作用在于使传感元件2在空穴20中定位，它们并且处于空穴20的角区45之外。传感元件2用粘合剂40仅仅粘贴在图3和4左边所示的第一隆起部41上，以便使带有膜片4的传感元件2的余下区域自由悬挂地即与第二隆起部42相距很小地保持在空穴20中。在粘贴过程中必须确保尽可能没有粘合剂40进入流通道30中。

Claims (9)

1.测量一种流动介质的质量，特别是内燃机吸入空气质量用的装置，它具有一板形传感元件，该传感元件安置在一个传感器载体的一个空穴中，具有带至少有一个测量电阻器的传感区，暴露于流动的介质中以实现对介质质量的测量，在这里，传感元件基本上是平整地安置在上述空穴中，并用粘贴方法将之粘贴在该空穴的底面上以保持在该空穴中，其特征在于：传感器载体(1)的空穴(20)的底面(25)具有一沟槽形下凹部(30)，该下凹部至少是部分地沿着传感元件(2)的周边在至少含有一个测量电阻器(6)的传感区(4)的外面延伸。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：
传感器载体(1)由两个元件即框架元件(14)和支承元件(15)组成，这两个元件是上下相叠地安置的，在框架元件(14)上设置有一个孔口(19)，该孔口被支承元件(15)盖住，从而形成出空穴(20)，而在支承元件(15)的底面(25)上至少设置一个平台状隆起部(26)，在该隆起部四周延伸着沟槽状的下凹部(30)，这样，传感元件(2)的配有测量电阻器(6)的传感区(4)至少部分地由该下凹部(30)所包围。
3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于：传感元件(2)只是局部地粘贴在至少是一个的隆起部(26)上，从而使得配有测量电阻器(6)的传感区(4)没有被粘接地并与隆起部(26)保持一定距离地安置在空穴(20)中。
4.按照权利要求2所述的装置，其特征在于：支承元件(15)的底面(25)有两个平台状隆起部(41，42)，沟槽形下凹部(30)环绕这两个隆起部延伸。
5.按照权利要求4所述的装置，其特征在于：隆起部中的一个(42)设置在传感元件(2)的配有测量电阻器(6)的传感区(4)中，并且传感元件(2)的配有测量电阻器(6)的传感区(4)相比具有更大的横截面积。
6.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：设置在底面(25)中的沟槽状下凹部(30)具有一多角形的特别是三角形或矩形的横截面或者圆形的横截面。
7.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：传感元件(2)这样安置在空穴(20)中，使得至少在它的迎着介质流的侧边上只有一极小的隙缝(23，24)存在于传感元件(2)和空穴(20)的一个壁部(27)之间。
8.按照权利要求7所述的装置，其特征在于：隙缝(23，24)的大小仅为几个微米。
9.按照上述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于：至少配有一个测量电阻器(6)的传感区(4)是设计成膜片状的。
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