DE102013211475A1 - Sensoranordnung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Kanal strömenden fluiden Mediums - Google Patents

Sensoranordnung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Kanal strömenden fluiden Mediums Download PDF

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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
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    • G01F1/68Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow

Abstract

Es wird eine Sensoranordnung (10) zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Kanal (28, 40) strömenden fluiden Mediums, insbesondere eines Ansaugluftmassenstroms einer Brennkraftmaschine, vorgeschlagen. Die Sensoranordnung (10) weist ein Sensorgehäuse (12), insbesondere einen in ein Strömungsrohr (16) eingebrachten oder einbringbaren Steckfühler (14), in dem mindestens ein erster Kanal (28) ausgebildet ist, und mindestens einen in dem ersten Kanal (28) angeordneten Sensorchip (50) mit einem ersten Sensorbereich (52) zur Bestimmung des Parameters des fluiden Mediums auf. Das Sensorgehäuse (12) weist mindestens einen ersten Einlass (20) in den ersten Kanal (28), der einer Hauptströmungsrichtung (22) des fluiden Mediums entgegenweist, und mindestens einen ersten Auslass (30) aus dem ersten Kanal (28) auf. Das Sensorgehäuse (12) weist einen zweiten Kanal (40) auf, der in dem Sensorgehäuse (12) ausgebildet ist, und der Sensorchip (50) weist einen in dem zweiten Kanal (40) angeordneten zweiten Sensorbereich (54) zur Bestimmung des Parameters des fluiden Mediums auf.

Description

  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung wenigstens einer Strömungseigenschaft fluider Medien, also von Flüssigkeiten und/oder Gasen, bekannt. Bei den Strömungseigenschaften als möglichem Parameter kann es sich dabei um beliebige physikalische und/oder chemische messbare Eigenschaften handeln, welche eine Strömung des fluiden Mediums qualifizieren oder quantifizieren. Insbesondere kann es sich dabei um eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder einen Massenstrom und/oder einen Volumenstrom handeln.
  • Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf so genannte Heißfilmluftmassenmesser beschrieben, wie sie beispielsweise aus Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, S. 146–148, bekannt sind. Derartige Heißfilmluftmassenmesser basieren in der Regel auf einem Sensorchip, insbesondere einem Silizium-Sensorchip, beispielsweise mit einer Sensormembran als Messoberfläche oder Sensorbereich, welcher von dem strömenden fluiden Medium überströmbar ist. Der Sensorchip umfasst in der Regel mindestens ein Heizelement sowie mindestens zwei Temperaturfühler, welche beispielsweise auf der Messoberfläche des Sensorchips angeordnet sind, wobei der eine Temperaturfühler stromaufwärts des Heizelements und der andere Temperaturfühler stromabwärts des Heizelements gelagert ist. Aus einer Asymmetrie des von den Temperaturfühlern erfassten Temperaturprofils, welches durch die Strömung des fluiden Mediums beeinflusst wird, kann auf einen Massenstrom und/oder Volumenstrom des fluiden Mediums geschlossen werden.
  • Heißfilmluftmassenmesser sind üblicherweise als Steckfühler ausgestaltet, welcher fest oder austauschbar in ein Strömungsrohr einbringbar ist. Beispielsweise kann es sich bei diesem Strömungsrohr um einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine handeln.
  • Dabei durchströmt ein Teilstrom des Mediums wenigstens einen in dem Heißfilmluftmassenmesser vorgesehen Hauptkanal. Zwischen dem Einlass und dem Auslass des Hauptkanals ist ein Bypasskanal ausgebildet. Insbesondere ist der Bypasskanal derart ausgebildet, dass er einen gekrümmten Abschnitt zur Umlenkung des durch den Einlass des Hauptkanals eingetretenen Teilstroms des Mediums aufweist, wobei der gekrümmte Abschnitt im weiteren Verlauf in einen Abschnitt übergeht, in welchem der Sensorchip angeordnet ist. Der zuletzt genannte Abschnitt stellt den eigentlichen Messkanal dar, in dem der Sensorchip angeordnet ist.
  • Derartige Heißfilmluftmassenmesser müssen in der Praxis einer Vielzahl von Anforderungen genügen. Neben dem Ziel, einen Druckabfall an dem Heißfilmluftmassenmesser insgesamt durch geeignete strömungstechnische Ausgestaltungen zu verringern, besteht eine der hauptsächlichen Herausforderungen darin, die Signalqualität sowie die Robustheit der Vorrichtungen gegenüber Kontamination durch Öl- und Wassertöpfchen sowie Ruß-, Staub- und sonstigen Festkörperpartikeln weiter zu verbessern. Diese Signalqualität bezieht sich beispielsweise auf einen Massenstrom des Mediums durch den zu dem Sensorchip führenden Messkanal sowie gegebenenfalls auf die Verminderung einer Signaldrift und die Verbesserung des Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses. Die Signaldrift bezieht sich dabei auf die Abweichung beispielsweise des Massenstroms des Mediums im Sinne einer Veränderung der Kennlinien-Beziehung zwischen dem tatsächlich auftretenden Massenstrom und dem im Rahmen der Kalibrierung bei der Fertigung ermittelten auszugebenden Signal. Bei der Ermittlung des Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses werden die in schneller zeitlicher Folge ausgegebenen Sensorsignale betrachtet, wohingegen sich die Kennlinien- oder Signaldrift auf eine Veränderung des Mittelwertes bezieht.
  • Bei herkömmlichen Heißfilmluftmassenmessern der beschriebenen Art ragt in der Regel ein Sensorträger mit einem darauf angebrachten oder eingebrachten Sensorchip in den Messkanal hinein. Beispielsweise kann der Sensorchip in den Sensorträger eingeklebt oder auf diesen aufgeklebt sein. Der Sensorträger kann beispielsweise mit einem Bodenblech aus Metall, auf welchem auch eine Elektronik, eine Ansteuer- und Auswerteschaltung (beispielsweise mit einem Schaltungsträger, insbesondere einer Leiterplatte) aufgeklebt sein kann, eine Einheit bilden. Beispielsweise kann der Sensorträger als angespritztes Kunststoffteil eines Elektronikmoduls ausgestaltet sein. Der Sensorchip und die Ansteuer- und Auswerteschaltung können beispielsweise durch Bondverbindungen miteinander verbunden werden. Das derart entstandene Elektronikmodul kann beispielsweise in ein Sensorgehäuse eingeklebt werden und der gesamte Steckfühler kann mit Deckeln verschlossen werden.
  • Derartige Heißfilmluftmassenmesser sind beispielsweise auch aus der DE 10 2011 077 682 A1 und der DE 10 2010 042 447 A1 bekannt.
  • Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Kanal strömenden fluiden Mediums beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. So wird bei herkömmlichen Heißfilmluftmassenmessern der Parameter an einer einzigen Stelle in dem Strömungsrohr gemessen. Da es jedoch bei unterschiedlichen Strömungsbedingungen unterschiedliche Geschwindigkeitsverteilungen innerhalb des Strömungsrohrs geben kann, kann die Messgenauigkeit unter Umständen verschlechtert sein.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es wird daher eine Sensoranordnung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Kanal strömenden fluiden Mediums vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Verfahren und Strategien zumindest weitgehend vermeiden kann und bei der insbesondere in kostengünstiger Weise eine Mehrpunktströmungsmessung, d.h. eine Messung der Strömung an mehreren Punkten oder Stellen, möglich ist.
  • Eine erfindungsgemäße Sensoranordnung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Kanal strömenden fluiden Mediums, insbesondere eines Ansaugluftmassenstroms einer Brennkraftmaschine, weist ein Sensorgehäuse, insbesondere einen in ein Strömungsrohr eingebrachten oder einbringbaren Steckfühler, in dem mindestens ein erster Kanal ausgebildet ist, und mindestens einen in dem ersten Kanal angeordneten Sensorchip mit einem ersten Sensorbereich zur Bestimmung des Parameters des fluiden Mediums auf. Das Sensorgehäuse weist mindestens einen ersten Einlass in den ersten Kanal, der einer Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums entgegenweist, und mindestens einen ersten Auslass aus dem ersten Kanal auf. Das Sensorgehäuse weist weiterhin einen zweiten Kanal auf, der in dem Sensorgehäuse ausgebildet ist. Der Sensorchip weist einen in dem zweiten Kanal angeordneten zweiten Sensorbereich zur Bestimmung des Parameters des fluiden Mediums auf.
  • Der erste Kanal und der zweite Kanal können spiegelsymmetrisch bezüglich einer Mittelebene ausgebildet sein.
  • Der erste Sensorbereich und der zweite Sensorbereich können auf einem gemeinsamen Sensorträger angeordnet sein. Eine Auswerteschaltung kann auf dem Sensorträger angeordnet sein. Die Auswerteschaltung kann im Wesentlichen in der Mitte zwischen dem ersten Sensorbereich und dem zweiten Sensorbereich angeordnet sein. Der erste Sensorbereich und der zweite Sensorbereich können spiegelsymmetrisch bezüglich einer Mittelebene angeordnet sein. Das Sensorgehäuse kann mindestens einen zweiten Einlass in den zweiten Kanal, der einer Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums entgegenweist, und mindestens einen zweiten Auslass aus dem zweiten Kanal aufweisen. Der zweite Einlass kann getrennt von dem ersten Einlass ausgebildet sein. Der zweite Auslass kann getrennt von dem ersten Auslass ausgebildet sein. Das Sensorgehäuse kann als in ein Strömungsrohr einbringbarer Steckfühler ausgebildet sein. Der Steckfühler kann eine Länge aufweisen, die im Wesentlichen identisch mit einem Durchmesser des Strömungsrohrs ist.
  • Unter der Hauptströmungsrichtung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung die lokale Strömungsrichtung des fluiden Mediums am jeweiligen in diesem Zusammenhang erwähnten Bezugsort, wie beispielsweise der Sensoranordnung oder des Sensorbereichs innerhalb des Kanals bzw. Messkanals, zu verstehen, wobei beispielsweise lokale Unregelmäßigkeiten, wie z. B. Turbulenzen unberücksichtigt bleiben können. Insbesondere kann unter der Hauptströmungsrichtung somit die lokale gemittelte Transportrichtung des strömenden fluiden Mediums am jeweiligen Bezugsort der Sensoranordnung verstanden werden. Dabei bezieht sich die gemittelte Transportrichtung auf eine Transportrichtung, in der das fluide Medium in einem zeitlichen Mittel überwiegend strömt.
  • Unter einer stromabwärtigen Anordnung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Anordnung eines Bauteils an einer Stelle zu verstehen, die das fluide Medium in der Hauptströmungsrichtung strömend zeitlich später als einen Bezugspunkt erreicht.
  • Analog ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einer stromaufwärtigen Anordnung eines Bauteils eine Anordnung des Bauteils an einer Stelle zu verstehen, die das in der Hauptströmungsrichtung strömende fluide Medium zeitlich gesehen früher als einen Bezugspunkt erreicht.
  • Unter einem Sensorchip ist dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Bauteil zu verstehen, das mindestens ein Heizelement sowie mindestens zwei Temperaturfühler aufweist, die auf dem Sensorbereich des Sensorchips angeordnet sind, wobei der eine Temperaturfühler stromaufwärts des Heizelements und der andere Temperaturfühler stromabwärts des Heizelements angeordnet ist.
  • Unter einem Sensorbereich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung derjenige Bereich eines Sensorchips, insbesondere eines Silizium-Sensorchips, zu verstehen, der die eigentliche sensierende Funktion erfüllt und der von dem strömenden fluiden Medium überströmbar ist. In dem Sensorbereich sind folglich die für die sensierende Funktion relevanten Bauteile, wie beispielswiese Temperaturfühler und Heizelement angeordnet. Der Sensorbereich kann eine als Sensormembran ausgebildete Messoberfläche sein.
  • Durch die erfindungsgemäße Sensoranordnung, die ein symmetrisches Sensorelement mit zwei Sensorbereichen umfasst, wird eine Mehrpunktströmungsmessung mit einem günstigen Aufbau eines Heißfilmluftmassenmessers geschaffen. Dabei wird die Messgenauigkeit durch die Erfassung zweier Messpunkte deutlich verbessert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Darstellung einer Sensoranordnung,
  • 2 eine vergrößerte Darstellung eines erfindungsgemäßen Sensorchips,
  • 3 eine vergrößerte Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Sensorchips,
  • 4 eine perspektivische Darstellung eines Sensorbereichs des Sensorchips und eine schematische Darstellung möglicher Temperaturverteilungen im Bereich des Sensorbereichs.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10 zur Bestimmung eines Parameters eines durch einen Kanal strömenden fluiden Mediums. Die Sensoranordnung 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Heißfilmluftmassenmesser ausgestaltet und kann insbesondere einen Ansaugluftmassenstrom einer Brennkraftmaschine erfassen. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Sensoranordnung 10 ein Sensorgehäuse 12, welches als Steckfühler 14 ausgebildet ist. Das Sensorgehäuse 12 kann in ein Strömungsrohr 16 eingebracht bzw. eingesteckt werden. Das Strömungsrohr 16 kann beispielsweise ein Ansaugtrakt einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine sein. In dem Sensorgehäuse 12 ist eine erste Kanalstruktur 18 ausgebildet, durch die über einen ersten Einlass 20, der im eingesetzten Zustand einer Hauptströmungsrichtung 22 des fluiden Mediums entgegenweist, eine repräsentative Menge des fluiden Mediums strömen kann.
  • Das Sensorgehäuse 12 kann eine Länge, d. h. eine Abmessung, entlang der sich das Sensorgehäuse 12 in das Strömungsrohr 16 erstreckt, aufweisen, die im Wesentlichen identisch mit einem Durchmesser des Strömungsrohrs 16 ist. Dadurch erstreckt sich das Sensorgehäuse 12 annähernd durch das gesamte Strömungsrohr 16 in einer Richtung des Durchmessers gesehen.
  • 1 zeigt dabei insbesondere eine Draufsicht des Sensorgehäuses 12 auf die erste Kanalstruktur 18. Die erste Kanalstruktur 18 weist einen ersten Hauptkanal 24 auf, welcher in einen ersten Hauptkanalauslass 26 auf einer Unterseite des Sensorgehäuses 12 bezogen auf die Darstellung der 1 mündet, sowie einen von dem ersten Hauptkanal 24 abzweigenden Bypass- bzw. Messkanal 28, der in einen auf der Unterseite des Sensorgehäuses 12 angeordneten ersten Auslass 30 des Bypass- oder Messkanals 28 mündet.
  • In dem Sensorgehäuse 12 ist weiter eine zweite Kanalstruktur 32 ausgebildet, durch die über einen zweiten Einlass 34, der im eingesetzten Zustand der Hauptströmungsrichtung 22 des fluiden Mediums entgegenweist, eine repräsentative Menge des fluiden Mediums strömen kann. Der zweite Einlass 34 ist getrennt von dem ersten Einlass 20 ausgebildet. Die zweite Kanalstruktur 32 weist einen zweiten Hauptkanal 36 auf, welcher in einen zweiten Hauptkanalauslass 38 auf der Unterseite des Sensorgehäuses 12 bezogen auf die Darstellung der 1 mündet, sowie einen von dem zweiten Hauptkanal 36 abzweigenden zweiten Bypass- bzw. Messkanal 40, welcher in einen auf der Unterseite des Sensorgehäuses 12 angeordneten zweiten Auslass 42 des zweiten Bypass- bzw. Messkanals 40 mündet. Der zweite Auslass 42 ist getrennt von dem ersten Auslass 30 ausgebildet.
  • Wie aus der Darstellung der 1 weiter zu erkennen ist, sind die erste Kanalstruktur 18 und die zweite Kanalstruktur 32 spiegelsymmetrisch bezüglich einer Mittelebene 44 angeordnet. Somit sind auch der erste Bypass- oder Messkanal 30 sowie der zweite Bypass- oder Messkanal 40 spiegelsymmetrisch bezüglich der Mittelebene 44 angeordnet. Die Mittelebene 44 verläuft beispielsweise parallel zu der Hauptströmungsrichtung 22. Das Sensorgehäuse 12 kann beispielsweise so in dem Strömungsrohr 16 angeordnet sein, dass die Mittelebene 44 eine Mittellinie 46 des Strömungsrohrs 16 enthält.
  • In den ersten Messkanal 28 und in den zweiten Messkanal 40 ragt ein gemeinsamer Sensorträger 48 herein. In den Sensorträger 48 ist ein Sensorchip 50 derart eingelassen, dass ein erster Sensorbereich 52 sowie ein zweiter Sensorbereich 54 gebildet werden. Da sowohl der erste Sensorbereich 52 als auch der zweite Sensorbereich 54 gemeinsam auf dem Sensorträger 48 angeordnet sind und nicht jeweils auf einem separaten Sensorträger, wird der Sensorträger 48 auch als gemeinsamer Sensorträger 48 bezeichnet. Sowohl der erste Sensorbereich 52 als auch der zweite Sensorbereich 54 können als Sensormembran ausgebildet sein, die von dem fluiden Medium überströmt wird, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Der erste Sensorbereich 52 ist in dem ersten Messkanal 28 angeordnet und der zweite Sensorbereich 54 ist in dem zweiten Messkanal 40 angeordnet. Der erste Sensorbereich 52 und der zweite Sensorbereich 54 sind spiegelsymmetrisch bezüglich der Mittelebene 44 angeordnet. Der Sensorträger 48 ist mit dem Sensorchip 50 Bestandteil eines Elektronikmoduls 56. Das Elektronikmodul 56 umfasst weiter eine Auswerteschaltung 58, die mit dem Sensorchip 50 elektrisch verbunden ist, beispielsweise mittels Draht-Bonding 60. Die Auswerteschaltung 58 ist ebenfalls elektrisch mit einem nicht näher gezeigten Stecker des Sensorgehäuses 12 verbunden, beispielsweise ebenfalls mittels Draht-Bonding 60.
  • 2 zeigt eine Draufsicht eines möglichen Ausführungsbeispiels des Sensorchips 50. Gezeigt sind in 2 der erste Sensorbereich 52 sowie der zweite Sensorbereich 54, die bezogen auf die Darstellung der 2 links und rechts der Mittelebene 44 angeordnet sind. In der Mitte des Sensorträgers 48 kann ein Kontaktierbereich 62 ausgebildet sein. Der Kontaktierbereich 62 ist sowohl mit dem ersten Sensorbereich 52 als auch mit dem zweiten Sensorbereich 54 über elektrische Verbindungen verbunden. Die Verbindungen können hier als Draht-Bonding 60 ausgestaltet sein, die aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung in 2 nicht gezeigt sind. Der Kontaktierbereich 62 ist des Weiteren mit der Auswerteschaltung 58 des Sensorgehäuses 12 verbunden, beispielsweise mittels Draht-Bonding 60, wie schematisch in 1 gezeigt ist.
  • 3 zeigt ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel des Sensorchips 50. In 3 sind der erste Sensorbereich 52 sowie der zweite Sensorbereich 54 gezeigt, die bezogen auf die Darstellung der 3 links und rechts der Mittelebene 44 angeordnet sind. Zwischen dem ersten Sensorbereich 52 und dem zweiten Sensorbereich 54 kann als Alternative zu dem Ausführungsbeispiel der 2 die Auswerteschaltung 58 angeordnet sein. Eine derartige Anordnung bzw. Integration der Auswerteschaltung 58 auf dem Sensorträger 48 ermöglicht eine Verkleinerung des Kontaktierbereichs 62, wie in 3 deutlich zu erkennen ist. Die Auswerteschaltung 58 ist beispielsweise im Wesentlichen in der Mitte zwischen dem ersten Sensorbereich 52 und dem zweiten Sensorbereich 54 angeordnet.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensorbereichs 52, 54 des Sensorchips 50, der hier der zweite Sensorbereich 54 ist, und mögliche Temperaturverteilungen im Bereich des Sensorchips 50. Die nachstehenden Erläuterungen des Sensorbereichs gelten sowohl für den ersten Sensorbereich 52 als auch für den zweiten Sensorbereich 54, weshalb vereinfacht und ohne Einschränkung ausschließlich ein Sensorbereich 52, 54 erwähnt wird. Der Sensorchip 50 weist ein Heizelement 64 sowie einen ersten Temperaturfühler 66 und einen zweiten Temperaturfühler 68 auf. Bezüglich der Hauptströmungsrichtung 22 ist der erste Temperaturfühler 66 stromaufwärts des Heizelements 64 angeordnet. Ferner ist bezüglich der Hauptströmungsrichtung 22 der zweite Temperaturfühler 68 stromabwärts des Heizelements 62 angeordnet. Das Heizelement 64, der erste Temperaturfühler 66 und der zweite Temperaturfühler 68 sind auf dem Sensorbereich 52, 54 so angeordnet, dass sie von dem fluiden Medium überströmbar sind. Das Heizelement 64, der erste Temperaturfühler 66 und/oder der zweite Temperaturfühler 68 können als elektrische Widerstände ausgebildet sein.
  • 4 zeigt weiter im oberen Bereich der Darstellung schematisch mögliche Temperaturverteilungen im Bereich des Sensorchips 50 zwischen dem ersten Temperaturfühler 66 und dem zweiten Temperaturfühler 68. In dem Diagramm ist auf der X-Achse 70 der Verlauf des Sensorbereichs 52, 54 des Sensorchips 50 von dem zweiten Temperaturfühler 68 zu dem ersten Temperaturfühler 66 dargestellt. Auf der Y-Achse 72 ist die Temperatur T aufgetragen. Das in der Mitte zwischen dem ersten Temperaturfühler 66 und dem zweiten Temperaturfühler 68 angeordnete Heizelement 64 beheizt den Sensorbereich 52, 54 und hält ihn in einer Heizzone, die bei Draufsicht mit dem Heizelement 64 überlappt, auf einer konstanten Temperatur T. Außerhalb dieser geregelten Heizzone fällt die Temperatur auf beiden Seiten ab. Wie anhand einer durchgezogenen Linie 74 zu erkennen ist, liegt bei Abwesenheit eines strömenden fluiden Mediums somit eine exakt symmetrische Temperaturverteilung um das Heizelement 64 bzw. die Heizzone vor, die beiderseits des Heizelements 64 abfällt.
  • Bei Vorhandensein eines strömenden fluiden Mediums ändert sich das gleichmäßige Temperaturprofil und es ergibt sich als möglicher Temperaturverlauf die gestrichelte Linie 76, so dass sich eine Asymmetrie der Temperaturverteilung ergibt. Auf der Ansaugseite ist der Temperaturverlauf steiler, da das vorbeiströmende fluide Medium diesen Bereich abkühlt. Auf der gegenüberliegenden Seite ändert sich der Temperaturverlauf nur wenig, weil das vorbeiströmende fluide Medium von dem Heizelement 64 erwärmt wurde. Die Änderung der Temperaturverteilung führt zu einer Temperaturdifferenz ΔT zwischen den Messpunkten des ersten Temperaturfühlers 66 und des zweiten Temperaturfühlers 68. So ist bei Vorhandensein einer Strömung des fluiden Mediums die Temperatur T bei dem ersten Temperaturfühler 66 niedriger als bei dem zweiten Temperaturfühler 68. Aus der Asymmetrie, wie beispielsweise einer Temperaturdifferenz ΔT, der Temperaturen bei dem ersten Temperaturfühler 66 und bei dem zweiten Temperaturfühler 68, kann auf die jeweilige Größe des Luftmassenstroms geschlossen werden. Die an das fluide Medium abgegebene Wärme und damit der Temperaturverlauf in dem Sensorbereich 52, 54 hängt von der vorbeiströmenden Masse des fluiden Mediums ab. Die Temperaturdifferenz ΔT ist ein Maß für die Masse des fluiden Mediums. Sie ist zudem richtungsabhängig, so dass die Sensoranordnung 10 sowohl den Betrag als auch die Richtung eines Massenstromes des fluiden Mediums erfassen kann.
  • Die Auswerteschaltung 58 wandelt die Widerstandsdifferenz an den Temperaturfühlern 66, 68 beispielsweise in ein analoges Spannungssignal zwischen 0 V und 5 V um. Mithilfe einer gespeicherten Sensorkennlinie kann die gemessene Spannung in einen Wert für einen Massenstrom des fluiden Mediums umgerechnet.
  • Dadurch, dass zwei Sensorbereiche 52, 54 vorliegen, können zwei Parameter des fluiden Mediums an unterschiedlichen Stellen innerhalb des Strömungsrohrs 16 erfasst werden, so dass die Messgenauigkeit der Sensoranordnung 10 im Vergleich zu herkömmlichen Sensoren mit nur einem Sensorbereich insgesamt erhöht wird. Dadurch, dass nur ein Sensorchip vorgesehen ist, sind die Herstellungskosten im Vergleich zu dem Vorsehen von zwei Sensorchips, die auf diese Weise auch insgesamt zwei Sensorbereichen bieten würden, deutlich geringer.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011077682 A1 [0007]
    • DE 102010042447 A1 [0007]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, S. 146–148 [0002]

Claims (10)

  1. Sensoranordnung (10) zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Kanal (28, 40) strömenden fluiden Mediums, insbesondere eines Ansaugluftmassenstroms einer Brennkraftmaschine, wobei die Sensoranordnung (10) ein Sensorgehäuse (12), insbesondere einen in ein Strömungsrohr (16) eingebrachten oder einbringbaren Steckfühler (14), in dem mindestens ein erster Kanal (28) ausgebildet ist, und mindestens einen in dem ersten Kanal (28) angeordneten Sensorchip (50) mit einem ersten Sensorbereich (52) zur Bestimmung des Parameters des fluiden Mediums aufweist, wobei das Sensorgehäuse (12) mindestens einen ersten Einlass (20) in den ersten Kanal (28), der einer Hauptströmungsrichtung (22) des fluiden Mediums entgegenweist, und mindestens einen ersten Auslass (30) aus dem ersten Kanal (28) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (12) einen zweiten Kanal (40), der in dem Sensorgehäuse (12) ausgebildet ist, und der Sensorchip (50) einen in dem zweiten Kanal (40) angeordneten zweiten Sensorbereich (54) zur Bestimmung des Parameters des fluiden Mediums aufweist.
  2. Sensoranordnung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Kanal (28) und der zweite Kanal (40) spiegelsymmetrisch bezüglich einer Mittelebene (44) ausgebildet sind.
  3. Sensoranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Sensorbereich (52) und der zweite Sensorbereich (54) auf einem gemeinsamen Sensorträger (48) angeordnet sind.
  4. Sensoranordnung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Auswerteschaltung (58) auf dem Sensorträger (48) angeordnet ist.
  5. Sensoranordnung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auswerteschaltung (58) im Wesentlichen in der Mitte zwischen dem ersten Sensorbereich (52) und dem zweiten Sensorbereich (54) angeordnet ist.
  6. Sensoranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Sensorbereich (52) und der zweite Sensorbereich (54) spiegelsymmetrisch bezüglich einer Mittelebene (44) angeordnet sind.
  7. Sensoranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorgehäuse (12) mindestens einen zweiten Einlass (34) in den zweiten Kanal (40), der einer Hauptströmungsrichtung (22) des fluiden Mediums entgegenweist, und mindestens einen zweiten Auslass (42) aus dem zweiten Kanal (40) aufweist.
  8. Sensoranordnung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der zweite Einlass (34) getrennt von dem ersten Einlass (20) ausgebildet ist.
  9. Sensoranordnung (10) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Auslass (42) getrennt von dem ersten Auslass (30) ausgebildet ist.
  10. Sensoranordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorgehäuse (12) als in ein Strömungsrohr (16) einbringbarer Steckfühler (14) ausgebildet ist, wobei der Steckfühler (14) eine Länge aufweist, die im Wesentlichen identisch mit einem Durchmesser des Strömungsrohrs (16) ist.
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