CN1202241A - 确定流动介质通过能力的装置 - Google Patents
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Abstract
本文描述了用于确定流动介质通过能力的装置。在这一装置中,加热电阻加热至少一个在流向前和流向后的取决于温度的电阻。在这一装置中,由流动介质进行不同程度冷却的电阻联接到桥式电路中,其对角线电压取决于电阻的温差。最后,从这一还要整理的电压(UM)中测量流动介质的流量。借助于加热调节电路进行电阻的温度调节,该调节电路通过加热电阻这样调节电流:加热电阻的温度是流动介质的温度的规定函数。借助于高温调整级(DT)以及变换电路(UMS)进行温度调节以及在高温下补偿测量电压。
Description
现有技术
发明涉及的是确定流动介质通过能力的装置，例如根据主要要求分类的内燃机吸入的空气量。
传感器及其所属的计算电路(借助该电路可以测定流动介质的通过能力)例如可以从DE-OS4324040中了解。在这类众所周知的物料流量传感器中，流动的介质，例如空气流动，流过传感器元件。此外，传感器元件包括一个加热器，相对于流入介质，该加热器将被调节的流动物体加热到过热温度。在这一加热器上安装有一个加热器温度探头以及一个测量流动介质温度的温度探头。在加热器附近有两个取决于温度的电阻。就流入介质的流向来说，电阻在被加热电阻的侧面，这样它们由加热器均匀加热。但是，这些电阻由流动的介质进行不同程度的冷却，因为首先入流的电阻的冷却程度大于其它的电阻。由此产生的温差在所推荐的布线组桥中桥的对角线上产生测量电压。根据这一测量电压来测量流动介质的流量。发明的优点
与已知的装置相比，发明的、具有主要权利要求特征的确定流动介质通过能力的装置的优点是：进一步改善温度变化特性。这尤其适用于使用装置的高温变化特性。如果在已知的电路中补充上附加的电阻桥式电路，那么可以获得这一优点，同时，这一附加的电阻桥式电路还可进行高温调节。
由其它权利要求中说明的措施可获得发明的其它优点。附图
在附图中描述了发明的实施例，随后并进行了详细的描述。唯一的一张图显示了发明装置的总体布局，该装置中有一个加热调节器电路和一个所谓的ΔT桥式电路，正如至少部分从DE-OS4324040中获悉的那样。此外，电路还包括了附加的高温一调整级。实施例描述
在附图中描述了发明的、确定流动介质通过能力的装置，整个布局都在基体10上，并且待测量的介质，例如内燃机进气管中的空气流动，以适宜的方式流经这一装置。
加热调节器电路HK包括了一个具有电阻R1，R2，R3，RHF以及RLF的桥式电路，其中，RHF是加热器温度探头，RLF是空气或介质温度探头。这些电阻的值与温度相关。加热调节器电路HK的电阻桥处于电压UK和地之间。
借助于加热电阻RH进行加热，它通过晶体管T1的发射极-集电极-电路以及通过电阻R10与电源电压UB相连，同时，为了稳压，在电阻R10与地之间附加接上一个稳压二极管D1。加热电阻RH的另一端通过电阻R5接地。
加热调节器电路的桥式电路的第二个对角线与运算放大器OP1的两个输入端相连，运算放大器的输出端通向晶体管T1的基极。在运算放大器OP1的逆转输入端与加热电阻RH或者说晶体管T1的发射极之间有另一电阻R4。
原来的测量电路是一个被看作是温差桥DT的电阻桥式电路，该电路具有电阻RAB1，RAB2，RAU1，RAU2以及RP。这些电阻都是与温度相关的电阻，与介质温度相比，它们同加热电阻RH和加热器温度探头RHF一样都处于过热温度。此外，就流入介质的流向来说，电阻RAB1和RAB2布置在加热电阻后面，相反，电阻RAU1和RAU2布置在加热电阻前面。
ΔT-转换电路的电阻桥DT在运算放大器OP2输出端的一个对角线上，基准电压UR通过电阻R20传输给运算放大器OP2的非逆转输入端。在电阻R20和地之间还有一个电阻R14。提到的桥对角线的另一端同样接地。
借助于与电阻RP并联的电位器P1输出耦合在另一桥对角线上调节的电压。电位器P1的可变电阻的滑动触头通向放大器OP3的非逆转输入端，其逆转输入端与处于电阻RAB1和RAU1之间的联接点相连。放大器OP3是一个可调放大的放大器。借助于电路块VA进行数字放大调节，电路块VA具有三个接头PR，DA和TA。通过这一外部计算装置中的PA，DA和TA传输所需的控制信号。
此外，放大器OP3还通过分压器R21，R22与运算放大器OP2的输出端和逆转输入端相连。放大器OP3的输出端(在此可获得测量电压UM)通向电阻组合R7，R6和R13，这一电阻组合是要被描述的变换电路UMS的组成部分。
除了已提到的电阻外，变换电路UMS还包括一个运算放大器OP4，其非逆转输入端与在电阻R6，R7和R13之间的联接点相连，其输出端通过电阻R9与其逆转输入端相连。在运算放大器OP4的输出端生成输出电压UA，可考虑用它来确定流动介质的量。借助于变换电路UMS(它通过电阻R8通向高温-调整级HTA)，将在高温-调整级中生成的调节电压与由测量桥提供的电压UM叠加。高温-调整级HTA包括电阻R11，R12以及与温度相关的电阻R15和R16，它们联接成一个桥，且一端与运算放大器OP2的输出端以及DT-桥的相应接头相连，桥的另一端接地。
在另一桥对角线中有两个电位器P2和P3，其中，一个电位器连接是固定的，另一个是可调的。电位器P3的固定连接通过电阻R8通向变换电路UMS。电位器P2的可变电阻触头连接通过变换电路UMS的电阻R6和R7通向运算放大器OP3的输出端，在这里有测量电压UM。
在图中描述的总体布置中，高温调整级HTA以及变换电路是本发明的基本组成部分，而加热调节器电路HK以及DT-桥基本上已经从DE-OS4324040中了解。
为了描述整个装置的功能形式，首先应探讨加热调节器电路HK以及DT-桥的功能形式，然后再描述HTA调整级以及变换电路UMS的功能形式。
电阻RH(即加热电阻)，应测量加热电阻温度的电阻RHF以及电阻RAU和RAB(它们在实施例中构成分离电阻RAU1，RAU2，RAB1和RAB2)都布置在基体S(例如薄片)上。此外，加热电阻RH完全由电阻RHF环绕着，电阻RAU和RAB，即RAU1，RAU2和RAB1，RAB2，每次都布置在电阻RH和RHF的侧面。在图中用箭头以及符号m表示的介质的入流这样进行，流动首先流经电阻RAU，即RAU1，RAU2，然后经过电阻RH和电阻RAB，即RAB1，RAB2。这样，电阻RAU的冷却程度大于电阻RAB。不同的冷却程度用来测量流动的介质。
如图所示，测量基体温度(即加热电阻RH附近薄片温度)的电阻RHF布置在桥式电路中。布置有电阻RHF的桥臂与运算放大器OP1的逆转输入端相连。运算放大器OP1的输出端电压这样对晶体管T1的基极产生作用：在加热电阻RH上的反馈是，电阻RHF的加热导致电阻RH上通过流量的减少。
在另一桥臂中布置有电阻RLF，其电阻取决于空气温度。由于这一电阻桥臂对运算放大器OP1的非逆转输入端产生作用，那么，在空气(即流动介质)温度升高的情况下，通过加热电阻RH的流量一般都增大。因此，两个桥臂这样作用于加热电阻：相对于空气温度，调整确定的过热温度，即空气温度与加热器温度之间确定的温度差。
通过同样布置在桥臂(该桥臂可对运算放大器的逆转输入端产生反作用)上的电阻R1和R3的适当选择，产生了一个过热温度的附加温度依赖性。相对于空气温度的加热电阻RH的过热温度不是常数，而是空气温度的函数。此外，电阻R1和R3例如安排成铂电阻，其电阻由于空气或介质温度的变化而变化。这一加热电阻对环境温度的附加温度依赖性可以用来补偿次要因素影响，例如导热能力的温度依赖性，密度或类似的因素影响。通过电阻R1，R3和RHF电阻值的相应选择可以获得一特殊的传感器线性输出特性曲线。
为了计算物体流量，预先规定两个电阻RAU(前面)和RAB(后面)，即图中描述的布置RAU1，RAU2和RAB1，RAB2。当沿基体上面没有流体流动时，电阻RAB和RAU由加热电阻RH均匀加热。当基体上面有流体流动时，前面的电阻，即电阻RAU1，RAU2的冷却程度大于后面电阻RAB，即RAB1，RAB2的冷却程度。甚至可能出现，后面电阻RAB的温度由于流体的经过而升高，因为加热电阻RH的流体热传递给了后面的电阻。
电阻RAU1，RAB1和RAU2，RAB2布置在桥式电路中，借助于电阻RP以及由运算放大器OP3控制的、并联的电位器P1调节桥式电路。因为电位器P1的电阻比由于运算放大器OP3的外部作用可以随时改变，因此，可进行最优化调整。放大器OP3的作用通过调整级VA进行，用这一调整级可以进行数字放大调整。输入PR(程序)和DA(数据)的信号传输给调整级VA，TA的脉冲信号也传输给VA。
为了进一步改善描述的电路布线的性能引入了高温调整级HTA。这一高温调整级的主要组成部分是具有电阻R11，R12，R15和R16的电阻桥式电路。在这一桥式电路中，电阻R15和R16具有例如相同的温度依赖性。此外，在室温条件下应使电阻比R11/R15等于R12/R16。因此，室温条件下的桥的对角线电压等于0毫伏。
由于电阻R15和R16对温度的依赖性，在其它温度时产生对角线电压UD，它不等于0，并与温度成正比。
高温调整级HTA的两个电位器P2和P3布置在电阻桥的横向支路上。将P3固定调整到中间位置，即可变电阻滑动触头的左、右两边的电位器电阻是相同的。
在电位器P2中，滑动触头的位置是可变的。用这一电位器P2可以调节需要进行温度误差补偿的部分。根据运算放大器OP3上的输出电压UM进行其位置调节。在电阻R8和R6的最优去耦过程中，可以调节取决于温度的电压。在这一过程中，当符合下述条件时，高温时的调节不影响室温时的调节：
当控制在室温的前提条件下时，R11/R15＝R12/R16。此外，通过使用高电阻值的电阻R8和R6或使用电压顺序接通电路，可以实现电阻R8和R6的去耦。
尤其是在小流量情况下，用高温调整级可以使介质温度对测量结果的影响保持最小。此外，在高温调整时，温度没有必要是常数，只要求与室温相比有足够的温升。在图中描述的线路布线，特别是在加热调节电路HK或温差桥DT范围内的线路布线说明，可以有其它类似的有效的线路布线。正如已经提到的那样，例如可以将电阻RAB1和RAB2以及电阻RAU1和RAU2概括为一个电阻。此外，还可以将补偿电阻附加串联到加热器温度探头RHF上，在这一过程中，补偿电阻每次可以放置在桥的横向支路的前面和后面。
在DT桥式电路中，例如可以省去电阻RP，只用电位器P1取代。总体布置中用IC1表示的部分例如是一个由多个运算放大器、电源以及晶体管组成的复合式开关电路，它还包括了多个具有可选温度系数的复合式电阻。
在图中描述的总体布置可以集成为一个具有多个接头的电路板，可以将下述参数传输给这些接头，或从这些接头上得到下述参数：
UB：电池电压
UR：基准电压
PR：放大调节程序
DA：数据输入
TA：脉冲频率
UA：输出电压
GND：地线接头
Claims (7)
1.确定流动介质通过能力的装置特征是，有一个第三电阻布置(HTA)，它包括桥式电路中取决于温度的电阻，并得到取决于温度的对角线电压，测量电压被叠加。该装置具有一个可流过流动介质的基体，在这个基体上安装有第一电阻布置，它是加热调节电路的组成部分；还具有至少一个可加热到规定的过热温度的电阻以及第二电阻布置，第二电阻布置被联接为一个在电源电压和地之间对角线上的桥，并至少包括两个取决于温度的电阻，这两个电阻就流入介质的流向来说，被布置在加热电阻的前面和后面，使得它们可由加热电阻均匀加热，而流动介质对它们则是进行不同程度的冷却，由于温差而在其它桥式电路对角线上调节的测量电压被用来确定通过能力。
2.根据权利要求1的装置特征是，第三电阻布置至少包括两个电位器，它们在桥式电路的横向支路上，其中，一个电位器的调节是固定，而另一个是可变的。
3.根据权利要求2的装置特征是，根据测量电压可改变可调节变化的电位器，电位器电阻比的调节取决于运算放大器(OP3)的输出信号，运算放大器产生测量电压。
4.根据前述权利要求之一的装置特征是，将第三电阻布置的对角线电压与变换电路(UMS)中的测量电压叠加，以生成温度补偿输出信号(UA)。
5.根据前述权利要求之一的装置特征是，这样选择第三电阻布置中的电阻：室温条件下，R11/R15＝R12/R16。
6.根据前述权利要求2到5的装置特征是，可变电位器这样进行调节：在较高温度下进行温度误差的最优补偿。
7.根据前述权利要求之一的装置特征是，电阻(R6和R8)具有高电阻值，或者将运算放大器(OP4)联接为电压跟踪器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20030430 Termination date: 20100724 |