-
Die
Erfindung betrifft einen Massenstromsensor.
-
Derartige
Massenstromsensoren sind geeignet zum Erfassen eines Massenstroms
eines Fluids in einem Kanal. Ein derartiger Kanal kann beispielsweise
ein Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine sein. Abhängig von
dem durch den Massenstromsensor erfassten Massenstrom können Diagnosen beispielsweise
des Betriebs der Brennkraftmaschine durchgeführt werden als auch eine Steuerung
der Brennkraftmaschine erfolgen. Zu diesen Zwecken ist ein auch
unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen zuverlässiges und
möglichst
präzises
Erfassen des tatsächlichen
Massenstroms wichtig.
-
Bei
einer Art von Massenstromsensoren wird von einem Temperatursensor
die Temperatur des Fluids erfasst, dessen Massenstrom ermittelt
werden soll. Ein Heizelement wird dann auf eine Temperatur oberhalb
der Temperatur des strömenden
Fluids aufgeheizt.
-
Die
Aufgabe der Erfindung ist, einen Massenstromsensor zu schaffen,
der präzise
und zuverlässig
betreibbar ist.
-
Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale des unabhängigen
Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
-
Die
Erfindung zeichnet sich aus durch einen Massenstromsensor, der ausgebildet
ist zum Erfassen einer charakteristischen Größe für einen Massenstrom eines strömenden Fluids,
und der aufweist ein Gehäuse,
das einen Hohlraum hat, und mindestens ein in dem Gehäuse angeordnetes
Sensorelement, das an den Hohlraum grenzt und ein erstes äußeres Wandelement
des Massenstromsensors bildet, wobei an den Hohlraum ein zweites äußeres Wandelement
angrenzt, wobei das zweite äußere Wandelement
des Gehäuses
eine Membran aufweist, die bei Anordnung des Massenstromsensors in
dem Fluid eine Transmission von Fluid in den Hohlraum oder aus dem
Hohlraum ermöglicht.
-
Dies
hat den Vorteil, dass, abhängig
von den Temperaturverhältnissen
am Massenstromsensor und damit den Druckverhältnissen in dem Hohlraum, Fluid
in den Hohlraum auf der Rückseite
des Sensorelements einströmen
oder Fluid aus dem Hohlraum ausströmen kann. Damit kann eine mechanische
Belastung des Sensorelements durch Druckschwankungen in dem Hohlraum
klein gehalten werden. Damit kann das Sensorelement fest in das
Gehäuse
eingegossen werden, ohne dass mechanische Spannungen am Sensorelement
auftreten. Das Eingießen des
Sensorelements in das Gehäuse
ermöglicht
wiederum eine sehr gute Anströmung
des Sensorelements.
-
In
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist das Sensorelement im wesentlichen flächenförmig ausgebildet und weist
eine Flächennormale
auf, die im wesentlichen senkrecht zu einer Hauptströmungsrichtung
des Fluids angeordnet ist, und die Membran ist auf einer dem Sensorelement
gegenüberliegenden
Seite des Gehäuses
angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass das zweite äußere Wandelement
des Gehäuses
und damit die Membran im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung
des Fluids ausgerichtet sind und damit eine Anlagerung von Schmutzpartikeln
auf der Membran vermieden werden kann.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Membran
mikroporös.
Dies hat den Vorteil, dass die Membran für Gase, insbesondere Luft, durchlässig ist,
ohne dass Partikel wie Staub oder Wassertröpfchen in den Hohlraum gelangen
können.
-
In
einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform ist die Membran
aus einem Material gebildet ist, das Polytetrafluorethylen aufweist.
Dies hat den Vorteil, dass die Membran als mikroporöse Membran ausgebildet
und damit für
Gase, insbesondere Luft, durchlässig
ist, für
Staub oder Wassertröpfchen
aber undurchlässig
ist. Damit kann eine Verschmutzung des Hohlraums mit Partikeln vermieden
werden. Des Weiteren ist Polytetrafluorethylen resistent gegenüber Säuren, Öl, Benzin
und Bremsflüssigkeit.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind nachfolgend anhand der schematischen
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1 eine
Aufsicht auf einen in einem Kanal angeordneten Massenstromsensor,
und
-
2 eine
Schnittansicht des Massenstromsensors entlang der Linie II-II' der 1.
-
Die
Figuren zeigen einen Massenstromsensor 10, der in einem
Kanal 12 angeordnet ist. Stromaufwärts des Massenstromsensors 10 ist
ein Einlasskanal 14, stromabwärts des Massenstromsensors 10 ein
Auslasskanal 16 angeordnet. Der Einlasskanal 14 und
der Auslasskanal 16 sind Bestandteile des Kanals 12.
Der Kanal 12 weist eine Innenwand 18 auf. In dem
Kanal 12 strömt
ein Fluid in einer Hauptströmungsrichtung
S.
-
Der
Massenstromsensor 10 hat mindestens ein Sensorelement 30.
Das Sensorelement 30 ist ausgebildet zum Erfassen einer
charakteristischen Größe für den Massenstrom
des Fluids. Bei dem Fluid handelt es sich in der Regel um ein Gas,
in das gegebenenfalls auch Partikel in fester oder flüssiger Form,
wie beispielsweise Staub oder Wassertropfen eingebettet sein können.
-
Das
Sensorelement 30 weist vorzugsweise Temperaturfühler auf. Ferner
ist dem Massenstromsensor 10 ein Temperatursensor zugeordnet,
der zum Erfassen der Temperatur des in dem Kanal 12 strömenden Fluids
vorgesehen ist.
-
Der
Massenstromsensor 10 umfasst ferner eine Signalverarbeitungselektronik 22,
die zum Aufbereiten des Messsignals des Sensorelements 10 ausgebildet
ist und elektrische Kontakte 24 aufweist. Der Massenstromsensor 10 ist über Zuleitungen 20, die
elektrisch mit den Kontakten 24 der Signalverarbeitungselektronik 22 gekoppelt
ist, mit einer Spannungsquelle und einer Auswerteeinheit verbunden.
-
2 zeigt
den in dem Kanal 12 angeordneten Massenstromsensor 10 in
einer Schnittansicht. Der Massenstromsensor 10 hat ein
Gehäuse 26 mit einem
ersten äußeren Wandelement 27 und
einem dem ersten äußeren Wandelement 27 gegenüberliegenden
zweiten äußeren Wandelement 28.
Das erste äußere Wandelement 27 des
Massenstromsensors 10 wird durch das Sensorelement 30 gebildet.
Das Sensorelement 30 ist flächenförmig ausgebildet und hat eine
Flächennormale
N, die senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung
S des Fluids angeordnet ist.
-
Das
zweite äußere Wandelement 28 ist
derart von dem Sensorelement 30 beanstandet, dass zwischen
dem zweiten äußeren Wandelement 28 und
dem Sensorelement 30 ein Hohlraum 36 ausgebildet
ist.
-
Das
zweite äußere Wandelement 28 des
Gehäuses 26 weist
weiter eine Membran 34 mit einer äußeren Oberfläche 35 auf.
Da die Membran 34 dem Sensorelement 30 gegenüberliegt,
und die Flächennormale
N des Sensorelements 30 senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung
S des Fluids angeordnet ist, ist die Membran im Wesentlichen parallel
zu der Hauptströmungsrichtung
S des Fluids angeordnet. In dem Fluid mitgeführte Partikel strömen damit
im Wesentlichen parallel zu der äußeren Oberfläche 35 der Membran 34,
wodurch einen Ablagerung der Parti kel auf der äußeren Oberfläche 35 der
Membran 34 weitgehend vermieden werden kann.
-
Die
Membran 34 weist vorzugsweise eine Dicke von zirka 0,5
mm auf, und ist vorzugsweise aus einem Material gebildet, das mikroporös ist. Besonders
bevorzugt ist, wenn die Membran aus einem Material gebildet ist,
das Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweist. Die Membran 34 ermöglicht,
dass Fluid von dem Kanal 12 in den Hohlraum 36 oder
aus dem Hohlraum 36 in den Kanal 12 gelangen kann, ohne
dass Partikel in den Hohlraum 36 eindringen können.
-
Im
Folgenden soll die Funktionsweise des Massenstromsensors 10 im
Detail dargestellt werden:
Fluid strömt in einer Hauptströmungsrichtung
S durch den Kanal 12. Das auf einem Messabschnitt 32 des
Sensorelements 30 angeordnete Heizelement heizt das Fluid
auf und die für
die Beheizung des Heizelements erforderliche elektrische Leistung
kann bestimmt werden. Des Weiteren werden auf dem Messabschnitt 32 die
Temperaturen des Fluidstroms vor und nach dem Heizelement erfasst.
Aus der auf dem Messabschnitt 32 des Sensorelements 30 für die Beheizung
des Heizelements bestimmten elektrischen Leistung und den Temperaturen
des Fluidstroms vor und nach dem Heizelement kann der Massenstrom
des Fluids durch den Kanal 12 bestimmt werden.
-
Durch
das Aufheizen des Sensorelements 30 kann das in den Hohlraum 36 befindliche
Fluid erhitzt beziehungsweise abgekühlt werden. Dabei kommt es
zu Änderungen
des Hohlraums 36 und in der Folge zu Druckschwankungen
in dem Hohlraum 36. Durch die Ausbildung der Membran 34 als
luftdurchlässige
Membran kann erreicht werden, dass beim Aufheizen des Sensorelements 30 in
dem Hohlraum 36 erwärmtes
Fluid über
die Membran 34 aus diesem entweichen kann. Beim Abkühlen des
Sensorelements 30 und in der Folge beim Abkühlen des Fluids
in dem Hohlraum 36 kann Fluid über die Membran 34 in
den Hohlraum 36 nachströmen,
so dass der Druck in dem Hohlraum 36 im Wesentlichen konstant
bleibt.
-
Durch
den über
die Membran 34 möglichen Druckausgleich
in dem Hohlraum 36 kann das Sensorelement 30 vollständig dicht
in das Gehäuse 26 eingegossen
werden, ohne dass es zu mechanischen Spannungen an dem Sensorelement 30 kommt.
Das Eingießen
des Sensorelements 30 ermöglicht eine sehr gute Anströmung des
Sensorelements 30 durch das Fluid. Des Weiteren kann vermieden,
dass sich Schmutzpartikel, zum Beispiel Staub, in Öffnungen
der Membran 34 ablagern. Damit kann das Einströmen und
Ausströmen
von Fluid in den Hohlraum 36 beziehungsweise aus dem Hohlraum 36 sichergestellt
werden.
-
Durch
die Ausbildung der Membran 34 aus Polytetrafluorethylen
(PTFE) kann eine Resistenz der Membran 34 gegen Öl, Benzin
und Bremsflüssigkeit erreicht
werden. Darüber
hinaus ist eine Membran 34 aus diesem Material gut dazu
geeignet, in dem Gehäuse 26 vergossen
zu werden.
-
- 10
- Massenstromsensor
- 12
- Kanal
- 14
- Einlasskanal
- 16
- Auslasskanal
- 18
- Innenwand
des Kanals
- 20
- Zuleitungen
- 22
- Signalverarbeitungselektronik
- 24
- Kontakte
- 26
- Gehäuse
- 27
- erstes äußeres Wandelement
des Gehäuses
- 28
- zweites äußeres Wandelement
des Gehäuses
- 30
- Sensorelement
- 32
- Messabschnitt
- 34
- Membran
- 35
- äußere Oberfläche der
Membran
- 36
- Hohlraum
- S
- Hauptströmungsrichtung
des Fluids
- N
- Flächennormale
des Sensorelements