DE10202210A1

DE10202210A1 - Fluid flow sensor has pulsed heater operation is more reliable

Info

Publication number: DE10202210A1
Application number: DE2002102210
Authority: DE
Inventors: Gerd Mattes
Original assignee: Karl Dungs GmbH and Co KG
Current assignee: Karl Dungs GmbH and Co KG
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2022-01-23
Also published as: DE10202210B4

Abstract

A fluid flow sensor (1) has an electric heating element (H1) with two temperature sensors (R1, R2) downstream and may have a second heater between the sensors and measures the temperature changes when the heater is activated or pulsed.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erfassung einer Strömung eines fluiden Mediums. Das fluide Medium (Fluid) ist flüssig oder vorzugsweise gasförmig. The invention relates to a sensor for detection a flow of a fluid medium. The fluid medium (Fluid) is liquid or preferably gaseous.

Zur Strömungsmessung ist es prinzipiell bekannt, in einem Fluidkanal ein Heizelement anzuordnen, das das vorbeiströmende Fluid erwärmt. In Strömungsrichtung vor und hinter dem Heizelement ist bei dieser Anordnung jeweils ein Temperatursensor angeordnet. Der stromaufwärtige Temperatursensor erfasst die Temperatur des nicht erwärmten Fluids. Der stromabwärtige Temperatursensor erfasst eine Temperatur, die von der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids und der Heizleistung des Heizelements abhängt. Bei bekannter Heizleistung lässt sich aus der Temperaturdifferenz der beiden Sensoren die Strömungsgeschwindigkeit und die Strömungsrichtung des Fluids bestimmen. For flow measurement, it is known in principle in a fluid channel to arrange a heating element that flowing fluid warms up. In the flow direction before and behind the heating element is in each case with this arrangement Temperature sensor arranged. The upstream Temperature sensor detects the temperature of the unheated Fluid. The downstream temperature sensor detects one Temperature by the flow rate of the fluid and the heating power of the heating element depends. at known heating power can be derived from the temperature difference both sensors the flow rate and the Determine the direction of flow of the fluid.

Bei dieser Anordnung sind mehrere Fehlerfälle denkbar bei denen ein Ausfall einzelner Elemente der Sensoranordnung unbemerkt bleibt. Several errors are conceivable with this arrangement where a failure of individual elements of the Sensor arrangement remains unnoticed.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Sensoranordnung zur Erfassung einer Strömung eines fluiden Mediums mit hoher Erfassungssicherheit zu schaffen. Based on this, it is an object of the invention to Sensor arrangement for detecting a flow of a fluid To create medium with high detection security.

Diese Aufgabe wird mit dem Strömungssensor nach Anspruch 1 gelöst:
Zu dem Strömungssensor gehören ein elektrisches Heizelement und zwei Temperatursensoren, die beide stromabwärts des Heizelements angeordnet und somit von dem erwärmten Medium überstrichen werden, wenn eine Fluidströmung vorhanden ist. Somit erfassen beide Temperatursensoren Temperaturänderungen. Eine laufende Funktionsüberwachung kann deshalb davon abhängig gemacht werden, ob beide Temperatursensoren eine Temperaturänderung erfassen, wenn das Heizelement aktiviert wird. Auf diese Weise ist eine häufige oder sogar permanente Funktionsüberwachung der Sensoranordnung mit einfachen Mitteln möglich. Der Fehlerfall, bei dem ein Fluidstrom angezeigt wird obwohl er tatsächlich nicht vorhanden ist, ist somit extrem unwahrscheinlich. Der Strömungssensor eignet sich somit zur sicherheitsrelevanten Strömungserfassung. This object is achieved with the flow sensor according to claim 1:
The flow sensor includes an electrical heating element and two temperature sensors, both of which are arranged downstream of the heating element and are therefore swept by the heated medium when there is a fluid flow. Both temperature sensors thus detect temperature changes. Ongoing function monitoring can therefore be made dependent on whether both temperature sensors detect a change in temperature when the heating element is activated. In this way, frequent or even permanent function monitoring of the sensor arrangement is possible with simple means. The error case in which a fluid flow is displayed even though it is actually not present is extremely unlikely. The flow sensor is therefore suitable for safety-relevant flow detection.

Es sind prinzipiell lediglich drei Einzelelemente, nämlich das Heizelement und die beiden Temperatursensoren, erforderlich. Damit kann der Strömungssensor sehr kostengünstig aufgebaut werden. Werden die genannten drei Elemente auf einem Chip aufgebaut, genügt eine geringe Chipfläche zur Realisierung. Der Strömungssensor ist somit sehr integrationsfreundlich. Er kann mit einer Ansteuerschaltung auf einem Chip vereinigt werden, der nach außen hin lediglich drei Anschlüsse, nämlich einen Bezugspotentialanschluss, einen Versorgungsspannungsanschluss und einen Signalleitungsanschluss aufweist. In principle there are only three individual elements, namely the heating element and the two temperature sensors, required. So the flow sensor can do a lot can be built inexpensively. Will the three mentioned A small chip area is sufficient for elements built on a chip for realization. The flow sensor is therefore very integration friendly. He can with a control circuit be united on a chip facing the outside only three connections, namely one Reference potential connection, a supply voltage connection and one Signal line connection has.

Die beiden Temperatursensoren des Strömungssensors können bezüglich der vorgesehenen Strömungsrichtung des fluiden Mediums nebeneinander oder hintereinander angeordnet sein. Im letzteren Fall erfassen die Temperatursensoren eine Erwärmung des fluiden Mediums oder den Wegfall einer Erwärmung zeitlich nacheinander. Sind die Temperatursensoren hingegen nebeneinander angeordnet, erfassen sie die entsprechende Temperaturänderung gleichzeitig. Beides kann zur Funktionsprüfung des Strömungssensors herangezogen werden. The two temperature sensors of the flow sensor can with respect to the intended flow direction of the fluid medium side by side or one behind the other be arranged. In the latter case, the temperature sensors record heating of the fluid medium or the loss of one Warming up one after the other. Are the Temperature sensors, on the other hand, arranged side by side, they record the corresponding temperature change at the same time. Both can used for the functional test of the flow sensor become.

Es wird als vorteilhaft angesehen, die Temperatursensoren bezüglich der Strömungsrichtung des fluiden Mediums hintereinander und in unterschiedlichen Abständen zu dem Heizelement anzuordnen. Damit werden beide Temperatursensoren von den gleichen Fluidportionen überstrichen. Dies kann der Messgenauigkeit zugute kommen. It is considered beneficial that Temperature sensors with respect to the direction of flow of the fluid medium one after the other and at different distances from the Arrange heating element. With that both Temperature sensors swept by the same portions of fluid. This can the measuring accuracy benefit.

Bedarfsweise kann zwischen den beiden Temperatursensoren ein weiteres Heizelement angeordnet werden. Damit sind zwei jeweils aus Heizelement und Temperatursensor gebildete Teilsensoren geschaffen, die jeweils für sich die Fluidströmung erfassen können. Außerdem kann die Auswirkung des stormaufwärtigen Heizelements auf beide Temperatursensoren überprüft werden, um eine Funktionsüberwachung durchzuführen. If necessary, can be between the two Temperature sensors are arranged a further heating element. With that two each formed from heating element and temperature sensor Sub-sensors created, each for themselves Can detect fluid flow. In addition, the impact of the Storm upstream heating element on both temperature sensors be checked for a function monitoring perform.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein dritter Temperatursensor vorgesehen, der stromaufwärts zu dem Heizelement angeordnet ist. Damit ist die Erfassung der ungestörten Fluidtemperatur möglich. Dies kann der Messgenauigkeit zugute kommen. Außerdem kann der Strömungssensor dann ohne Weiteres darauf ausgelegt werden, die Durchströmung in zwei einander entgegen gesetzten Strömungsrichtungen zu erfassen. In another embodiment of the invention a third temperature sensor is provided upstream is arranged to the heating element. So that's the capture the undisturbed fluid temperature possible. The can Measurement accuracy benefit. In addition, the Flow sensor can then be easily designed, the Flow in two opposite to each other To record flow directions.

Der Strömungssensor kann im Impulsbetrieb arbeiten. Dazu wird das Heizelement abwechselnd aktiviert und deaktiviert, wobei die sich an den Temperatursensoren einstellenden Temperaturen erfasst und ausgewertet werden. Durch die abwechselnde Aktivierung und Deaktivierung entsteht an den Temperatursensoren ein Temperaturwechselsignal. Das Tastverhältnis beim Aktivieren und Deaktivieren des Heizelements wird dabei vorzugsweise so festgelegt, dass in den Heizpausen (Heizelement deaktiviert) nicht erwärmtes Fluid zu den Temperatursensoren gelangt. Es kann ein erster einfacher Funktionstest durchgeführt werden, der prüft, ob an beiden Temperatursensoren wechselnde Temperaturen erfasst werden. Falls dies nur an einem der Sensoren der Fall ist, liegt ein Fehler vor, der so erfassbar ist. The flow sensor can work in pulse mode. To do this, the heating element is activated alternately and deactivated, which is located on the temperature sensors setting temperatures are recorded and evaluated. Through the alternating activation and deactivation occurs on the Temperature sensors a temperature change signal. The Duty cycle when activating and deactivating the Heating element is preferably set so that in the Heating breaks (heating element deactivated) not heated fluid reaches the temperature sensors. It can be a first simple function test is carried out, which checks whether on Both temperature sensors recorded changing temperatures become. If this is only the case on one of the sensors, there is an error that can be detected in this way.

Zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Fluidströmung kann auf die Höhe der von den Temperatursensoren erfassten Temperaturänderung zurückgegriffen werden. Dabei ist die erfasste Temperaturänderung bei konstanter Heizleistung des Heizelements ein Maß für den Massenstrom des Fluids und somit auch für die Fluidgeschwindigkeit. Zusätzlich oder alternativ kann die Zeitspanne registriert werden, die von einer Aktivierung oder Deaktivierung des Heizelements vergeht, bis eine entsprechende Temperaturänderung an dem jeweiligen Temperatursensor auftritt. Auch hier kann wieder ein Fehlersignal erzeugt werden, wenn sich aus den erfassten Zeitintervallen keine übereinstimmende Fluidgeschwindigkeit oder kein übereinstimmender Massenstrom bestimmen lässt. To determine the speed of the fluid flow can match the level of the temperature sensors Temperature change can be used. Here is the recorded temperature change with constant heating output of the Heating element a measure of the mass flow of the fluid and thus also for the fluid velocity. In addition or alternatively, the period of time can be registered by activation or deactivation of the heating element passes until a corresponding temperature change occurs on the respective temperature sensor occurs. Again, again an error signal will be generated if the time intervals recorded do not match Determine fluid velocity or no matching mass flow leaves.

Es ist auch möglich, die, von einem Temperatursensor erfasste Temperaturdifferenz mit einem Temperaturdifferenzsollwert zu vergleichen und den Heizstrom des Heizelements in den einzelnen Heizperioden so einzustellen, dass die sich einstellende Temperaturdifferenz mit dem Temperaturdifferenzsollwert übereinstimmt. Der Heizstrom verändert sich somit in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit. Er kann als Maß für diese dienen. Die Umsetzung des Heizstroms in einen Strömungssignalwert kann durch einen Tabellen- oder Kennlinienblock erfolgen. It is also possible to use a temperature sensor recorded temperature difference with a To compare the temperature difference setpoint and the heating current of the heating element in the individual heating periods so that the temperature difference with the Temperature difference setpoint agrees. The heating current changed thus depending on the Flow rate. It can serve as a measure of this. Implementation of the Heating current in a flow signal value can be determined by a Block of tables or characteristic curves.

Sind zwei Heizelemente vorhanden können diese zugleich oder abwechselnd und in zeitlichem Abstand zueinander aktiviert werden. Die Aktivierungsdauern und Deaktivierungsdauern können bedarfsweise abhängig von der Fluiddurchströmung festgelegt werden. Beispielsweise kann das Heizelement immer dann deaktiviert werden, wenn mit dem Temperatursensor eine bestimmte Erwärmung erfasst worden ist und es kann aktiviert werden, wenn an dem nachfolgenden Temperatursensor eine bestimmte Abkühlung erfasst worden ist. Die sich auf diese Weise ergebende Ansteuerfrequenz des Heizelements ist dann ein Maß für den Massenstrom. If there are two heating elements, they can be used at the same time or alternately and at intervals to be activated. The activation times and Deactivation periods may depend on the Fluid flow can be determined. For example, the heating element be deactivated whenever the Temperature sensor a certain warming has been detected and it can be activated when on the following Temperature sensor a certain cooling has been detected. Which in this way the control frequency of the heating element is then a measure of the mass flow.

Weitere Abwandlungen und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung und Unteransprüchen. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen: Further modifications and embodiments of the Invention result from the drawing, the description and Dependent claims. Exemplary embodiments are shown in the drawing of the invention. Show it:

Fig. 1 einen Strömungssensor in schematischer Prinzipdarstellung, Fig. 1 shows a flow sensor in a schematic principle representation,

Fig. 2 die gesamte Sensoranordnung als Blockschaltbild, Fig. 2, the entire sensor arrangement as a block diagram,

Fig. 3 ein Zeitdiagramm für den Betrieb des Strömungssensors nach Fig. 1, Fig. 3 is a timing chart for the operation of the flow sensor of FIG. 1,

Fig. 4 einen Plausibilitätstest für den Betrieb des Strömungssensors nach Fig. 1 als Flussbild, Fig. 4 is a plausibility test for the operation of the flow sensor of FIG. 1 as a flow diagram,

Fig. 5 ein Betriebsverfahren für den Strömungssensor nach Fig. 1 als Flussbild, Fig. 5 shows an operating method for the flow sensor according to Fig. 1 as a flow diagram,

Fig. 6 ein weiteres Betriebsverfahren als Flussbild, Fig. 6 shows another method of operation as a flowchart,

Fig. 7 einen abgewandelten Strömungssensor in Prinzipdarstellung, Fig. 7 shows a modified flow sensor in a basic representation,

Fig. 8 den Strömungssensor nach Fig. 7 als Blockschaltbild, Fig. 8 shows the flow sensor of FIG. 7 as a block diagram,

Fig. 9 Diagramme zur Veranschaulichung einer möglichen Betriebsart des Strömungssensors nach Fig. 7 und 8 und Fig. 9 diagrams illustrating a possible mode of operation of the flow sensor of Fig. 7 and 8 and

Fig. 10 eine Schaltung zum Messen der Fluidströmung bei geregeltem Heizstrom als Blockdiagramm. Fig. 10 is a circuit for measuring the fluid flow at a controlled heating current as a block diagram.

In Fig. 1 ist ein Strömungssensor 1 veranschaulicht, der zu einer Sensoranordnung nach Fig. 2 gehört. Diese ist aus dem Strömungssensor 1 nach Fig. 1 und einer Ansteuerschaltung 3 gebildet, die zu einer Einheit zusammengefügt sind. Der Strömungssensor 1 weist ein mit einem Eingangsanschluss 4 und einem Ausgangsanschluss 5 versehenes Gehäuse 6 auf, das von einem fluiden Medium durchströmbar ist. In dem Innenraum des Gehäuses 6 ist der Strömungssensor 1 angeordnet, der bezüglich einer Strömungsrichtung S hintereinander ein Heizelement H₁ und zwei Temperatursensoren R1, R2 aufweist. Der Abstand d1 zwischen dem Heizelement H1 und dem ersten Temperatursensor R1 ist geringer als der Abstand d2 zwischen dem Heizelement H1 und dem zweiten Temperatursensor R2. Das Heizelement H1 und die Temperatursensoren R1, R2 sind somit auf einer Linie und außerdem so angeordnet, dass sie mit einem vorbei strömenden Fluid in Wärmeaustausch treten. Das Fluid streift, wenn es durch den Strömungssensor 1 fließt, zuerst das Heizelement H1, danach den ersten Temperatursensor R1 und danach den zweiten Temperatursensor R2. In Fig. 1, a flow sensor 1 is illustrated, which belongs to a sensor arrangement according to FIG. 2. This is formed from the flow sensor 1 according to FIG. 1 and a control circuit 3 , which are combined to form a unit. The flow sensor 1 has a housing 6 which is provided with an input connection 4 and an output connection 5 and through which a fluid medium can flow. The flow sensor 1 is arranged in the interior of the housing 6 and has a heating element H ₁ and two temperature sensors R1, R2 in succession with respect to a flow direction S. The distance d1 between the heating element H1 and the first temperature sensor R1 is less than the distance d2 between the heating element H1 and the second temperature sensor R2. The heating element H1 and the temperature sensors R1, R2 are thus in a line and also arranged so that they exchange heat with a fluid flowing past. When flowing through the flow sensor 1 , the fluid first strips the heating element H1, then the first temperature sensor R1 and then the second temperature sensor R2.

Die Ansteuerschaltung 3 ist über eine Bezugspotentialleitung B sowie Signalleitungen 8, 9, 10 mit dem Strömungssensor 1 verbunden. Die Signalleitung 8 führt zu dem Heizelement H1, die Signalleitung 9 führt zu dem Temperatursensor R1 und die Signalleitung 10 führt zu dem Temperatursensor R2. Nach außen hin ist die Sensoranordnung 2 durch insgesamt drei Leitungen, nämlich eine Bezugspotentialleitung 12, eine Versorgungsspannungsleitung 13 und eine Signalleitung 14 anzuschließen. An der Signalleitung 14 wird ein Signal abgegeben, das kennzeichnet, ob die Sensoranordnung 2 gültige Signale erfasst oder inoperativ ist. The control circuit 3 is connected to the flow sensor 1 via a reference potential line B and signal lines 8 , 9 , 10 . The signal line 8 leads to the heating element H1, the signal line 9 leads to the temperature sensor R1 and the signal line 10 leads to the temperature sensor R2. To the outside, the sensor arrangement 2 is to be connected by a total of three lines, namely a reference potential line 12 , a supply voltage line 13 and a signal line 14 . A signal is emitted on the signal line 14 , which indicates whether the sensor arrangement 2 detects valid signals or is inoperative.

Die insoweit beschriebene Sensoranordnung 2 arbeitet wie folgt:
Das Heizelement H1 arbeitet im Impulsbetrieb. Es wird abwechselnd aktiviert und deaktiviert. In Fig. 3 ist dies auf der oberen Zeile veranschaulicht. Beispielsweise erfolgt die Aktivierung zu einem Zeitpunkt t0 und die Deaktivierung zu einem Zeitpunkt t1. Innerhalb dieses Zeitraums t0 bis t1 wird das Heizelement H1 beispielsweise mit einem vorgegebenen Strom i beaufschlagt oder an eine vorgegebene Spannung angeschlossen. Damit wird über die Zeitspanne t0 bis t1 eine festgelegte Heizleistung an das fluide Medium abgegeben, d. h. es wird ein vorgegebener Wärmebetrag oder eine Wärmemenge auf das fluide Medium übertragen. Dieses erwärmt sich somit. In einem zeitlichen Abstand der umkehrproportional zur Fluidgeschwindigkeit ist trifft das erwärmte Fluid auf den ersten Temperatursensor R1, so dass dieser eine ansteigende Temperatur signalisiert. Die Temperatur steigt dabei bis auf einen Grenzwert T1 um den Temperaturdifferenzbetrag ΔT1 an. Die Größe des Temperaturanstiegs ΔT1 stellt ein Maß für die Fluidgeschwindigkeit und somit für den Massenstrom dar. The sensor arrangement 2 described so far operates as follows:
The heating element H1 works in pulse mode. It is activated and deactivated alternately. In Fig. 3 this is illustrated on the top line. For example, the activation takes place at a time t0 and the deactivation at a time t1. Within this period of time t0 to t1, the heating element H1 is subjected, for example, to a predetermined current i or connected to a predetermined voltage. In this way, a specified heating output is delivered to the fluid medium over the time period t0 to t1, ie a predetermined amount of heat or a quantity of heat is transferred to the fluid medium. This warms up. The heated fluid strikes the first temperature sensor R1 at a time interval which is inversely proportional to the fluid speed, so that it signals an increasing temperature. The temperature rises up to a limit value T1 by the temperature difference amount ΔT1. The magnitude of the temperature rise ΔT1 represents a measure of the fluid velocity and thus of the mass flow.

Wird das Heizelement H1 zu dem Zeitpunkt t1 deaktiviert fällt die Heizleistung des Heizelements augenblicklich weg. Somit fällt auch die Temperatur des vor dem Heizelement befindlichen Fluids ab. Der Beginn des Temperaturabfalls ist ein charakteristischer Punkt, der dem Abstand d1 entsprechend und umgekehrt proportional zur Fluidgeschwindigkeit verzögert an dem Temperatursensor R1 zum Zeitpunkt t2 eintrifft. Aus der Zeitspanne T1, T2 schließt die Ansteuerschaltung 3 auf die Fluidgeschwindigkeit. Der charakteristische Beginn des Temperaturabfalls trifft an dem zweiten Temperatursensor T2 dem Abstand d2 entsprechend zeitverzögert zu einem Zeitpunkt t3 ein. Der Temperatursensor R2 hatte die Erwärmung auf die Temperatur T2 um die Temperaturdifferenz ΔT2 zeitverzögert erfasst. Wiederum kann aus der Zeitspanne zwischen dem Abschalten des Heizelements H1 und dem Temperaturabfall an dem zweiten Temperatursensor R2, d. h. der Zeitspanne t1, t3, die Fluidgeschwindigkeit bestimmt werden. Außerdem kann die Ansteuerschaltung dies anhand der Temperaturänderung 22 tun. If the heating element H1 is deactivated at the point in time t1, the heating power of the heating element ceases immediately. Thus the temperature of the fluid in front of the heating element also drops. The beginning of the temperature drop is a characteristic point, which arrives at the temperature sensor R1 at the time t2 with a delay corresponding to the distance d1 and inversely proportional to the fluid velocity. The control circuit 3 deduces the fluid velocity from the time period T1, T2. The characteristic beginning of the temperature drop arrives at the second temperature sensor T2 with a time delay corresponding to the distance d2 at a time t3. The temperature sensor R2 had detected the heating to the temperature T2 with a time delay by the temperature difference ΔT2. Again, the fluid speed can be determined from the time period between the switching off of the heating element H1 and the temperature drop at the second temperature sensor R2, ie the time period t1, t3. In addition, the control circuit can do this on the basis of the temperature change 22 .

Die Ansteuerschaltung 3 führt ständig oder von Zeit zu Zeit einen der nachstehend beschriebenen Plausibilitätstests durch, um sicherzustellen, dass eine eingeschränkte oder fehlende Betriebsfähigkeit der Sensoranordnung 2 baldigst möglich erfasst wird:
Nach einem einfachen, in Fig. 4 veranschaulichten, Schema wird überprüft, ob die mit den Temperatursensoren R1, R2 nacheinander erfassten Temperaturdifferenzen ΔT1, ΔT2 übereinstimmen (Block 21). Falls ja, wird die Geschwindigkeit des fluiden Mediums beispielsweise als Funktion der Temperaturdifferenz ΔT1 in Block 22 bestimmt und über die Signalleitung ausgegeben. Falls nicht, wird gemäß Block 23 eine Fehlermeldung ausgegeben, beispielsweise durch Fehlersignal an der Leitung 14. The control circuit 3 continuously or from time to time carries out one of the plausibility tests described below in order to ensure that a restricted or inadequate operability of the sensor arrangement 2 is detected as soon as possible:
According to a simple scheme, illustrated in FIG. 4, a check is carried out to determine whether the temperature differences ΔT1, ΔT2 recorded in succession with the temperature sensors R1, R2 match (block 21 ). If so, the speed of the fluid medium is determined, for example, as a function of the temperature difference ΔT1 in block 22 and output via the signal line. If not, an error message is output according to block 23 , for example by an error signal on line 14 .

Eine andere Möglichkeit des Plausibilitätstests ist in Fig. 5 veranschaulicht. Hier wird zu Beginn der Abarbeitung in Block 24 zunächst geprüft, ob der Sensor R1 eine Temperaturdifferenz erfasst hat. Ist die Temperaturdifferenz hingegen Null ist es möglich, dass der Temperatursensor R1 defekt ist oder dass keine Strömung vorliegt. Es wird deshalb in Block 25 geprüft, ob die an dem Temperatursensor R2 erfasste Temperaturdifferenz ebenfalls Null ist. Ist dies nicht der Fall, geben beide Temperatursensoren R1 und R2 verschiedene Signale ab, d. h. einer von beiden muss defekt sein. Es wird deshalb zu Block 26 verzweigt, indem eine Fehlermeldung über die Leitung 14 ausgegeben wird. Zeigt der zweite Temperatursensor R2 hingegen ebenfalls keine Temperaturdifferenz, wird ein Ausgangssignal ausgegeben, das eine Strömung von Null kennzeichnet. Another possibility of the plausibility test is illustrated in FIG. 5. At the beginning of processing in block 24, it is first checked whether the sensor R1 has detected a temperature difference. However, if the temperature difference is zero, it is possible that the temperature sensor R1 is defective or that there is no flow. It is therefore checked in block 25 whether the temperature difference detected at the temperature sensor R2 is also zero. If this is not the case, both temperature sensors R1 and R2 emit different signals, ie one of the two must be defective. The program therefore branches to block 26 by issuing an error message via line 14 . On the other hand, if the second temperature sensor R2 also shows no temperature difference, an output signal is output which characterizes a flow of zero.

Wurde in Block 24 festgestellt, dass die Temperaturdifferenz ΔT1 des ersten Temperatursensors R1 von Null verschieden ist wird geprüft, ob der zweite Temperatursensor R2 eine Temperaturdifferenz ΔT2 von Null anzeigt (Block 27). Falls ja, wird zu Block 28 verzweigt, der die Ausgabe eines Fehlersignals beinhaltet. Ist die zweite Temperaturdifferenz ΔT2 wie auch schon die erste Temperaturdifferenz ΔT1 nicht Null, kann die Geschwindigkeit des strömenden Mediums in Block 29 anhand der ersten Temperaturdifferenz ΔT1 bestimmt werden. In Block 31 kann die Strömungsgeschwindigkeit nochmals anhand der zweiten Temperaturdifferenz ΔT2 bestimmt werden. Stimmen die so bestimmten Strömungsgeschwindigkeiten V1, V2 nicht überein und wird dies in einem entsprechenden Block 32 festgestellt, wird zu einem Block 33 verzweigt, der die Ausgabe eines Fehlersignals beinhaltet. Stimmen die so bestimmten Geschwindigkeiten V1, V2 jedoch überein, kann zu einem Ausgabeblock 34 verzweigt werden, der ein die Fluidgeschwindigkeit kennzeichnendes Signal an der Leitung 14 ausgibt. If it was determined in block 24 that the temperature difference ΔT1 of the first temperature sensor R1 is different from zero, it is checked whether the second temperature sensor R2 indicates a temperature difference ΔT2 of zero (block 27 ). If so, the program branches to block 28 , which contains the output of an error signal. If the second temperature difference .DELTA.T2, like the first temperature difference .DELTA.T1, is not zero, the speed of the flowing medium can be determined in block 29 on the basis of the first temperature difference .DELTA.T1. In block 31 , the flow rate can be determined again on the basis of the second temperature difference ΔT2. If the flow velocities V1, V2 determined in this way do not match and this is determined in a corresponding block 32 , a branch is made to a block 33 which contains the output of an error signal. If the speeds V1, V2 determined in this way match, however, it is possible to branch to an output block 34 which outputs a signal on line 14 which characterizes the fluid speed.

Ein weiteres Verfahren zur fehlersicheren Massenstrom- oder Fluidgeschwindigkeitsbestimmung ist aus Fig. 6 ersichtlich. Dieses beruht weniger auf der Auswertung der Temperaturdifferenzen ΔT1, ΔT2 sondern mehr auf der Auswertung der Zeitpunkte t1, t2, t3, zu denen charakteristische Temperaturänderungen erfasst werden. In einem ersten Block 35 werden aus den Zeitpunkten t1, t2, t3, gemäß Fig. 3, Strömungsgeschwindigkeiten V1, V2 berechnet. Die Strömungsgeschwindigkeit V1 berechnet sich aus der Zeit, die vom Abschalten des Heizelements H1 bis zum Eintreffen dieses Abschaltimpulses an dem Temperatursensor R1 vergeht. Die Geschwindigkeit V2 berechnet sich aus der Zeit, die von dem Abschalten des Heizelements H1 bis zum Eintreffen des charakteristischen Temperaturabfalls an dem Temperatursensor R2 vergeht. In Block 36 wird nun überprüft, ob die beiden ermittelten Geschwindigkeitswerte übereinstimmen. Falls ja, wird der übereinstimmende Wert als Fluidmassenstromsignal oder als Geschwindigkeitssignal an der Leitung 14 ausgegeben (Block 37). Falls nein, wird zu einem Block 38 verzweigt, der die Ausgabe einer Fehlermeldung beinhaltet. Another method for fail-safe mass flow or fluid velocity determination can be seen in FIG. 6. This is based less on the evaluation of the temperature differences ΔT1, ΔT2 and more on the evaluation of the times t1, t2, t3 at which characteristic temperature changes are recorded. In a first block 35 , flow velocities V1, V2 are calculated from the times t1, t2, t3, according to FIG. 3. The flow velocity V1 is calculated from the time which elapses from the switching off of the heating element H1 to the arrival of this switching off pulse at the temperature sensor R1. The speed V2 is calculated from the time which elapses from the switching off of the heating element H1 to the arrival of the characteristic temperature drop at the temperature sensor R2. In block 36 it is now checked whether the two determined speed values match. If so, the matching value is output as a fluid mass flow signal or as a speed signal on line 14 (block 37 ). If not, the program branches to a block 38 which contains the output of an error message.

Fig. 7 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform des Strömungssensors 1. Bei dieser Ausführungsform ist zwischen den Temperatursensoren R1, R2 ein zweites Heizelement H2 angeordnet. Dieses wird mit einem Strom 12 beaufschlagt, der wie der Strom 11 des Heizelements H1 impulsförmig sein kann. Die entsprechende Sensoranordnung unterscheidet sich von der vorbeschriebenen durch zusätzliche Elemente zur Ansteuerung des zweiten Heizelements H2 und durch eine Steuerleitung 11, die das Heizelement H2 mit der Ansteuerschaltung 3 verbindet. Fig. 7 illustrates a modified embodiment of the flow sensor 1. In this embodiment, a second heating element H2 is arranged between the temperature sensors R1, R2. This is acted upon by a current 12 which, like the current 11 of the heating element H1, can be pulse-shaped. The corresponding sensor arrangement differs from the one described above by additional elements for controlling the second heating element H2 and by a control line 11 which connects the heating element H2 to the control circuit 3 .

Prinzipiell kann dieser Strömungssensor 1 wie vorstehend beschrieben betrieben werden wenn das Heizelement H2 nicht bestromt wird. Es sind insbesondere alle beschriebenen Fehlertests und Plausibilitätstests durchführbar. Zusätzlich kann das weitere, in Fig. 9 schematisch veranschaulichte, Messverfahren zur Anwendung kommen:
Die Heizelemente H1 und H2 werden zugleich oder zeitversetzt angesteuert (aktiviert und deaktiviert), so dass portionsweise Wärme auf das strömende Fluid übertragen wird. Wie aus den beiden oberen Zeilen der Fig. 9 ersichtlich ist, treffen die Temperaturimpulse des Heizelements H1 zeitverzögert zunächst an dem Temperatursensor R1 ein. Der Zeitversatz entspricht der Distanz d1 und ist umgekehrt proportional zu der Strömungsgeschwindigkeit. Mit einem weiteren Zeitversatz trifft der Temperaturimpuls an dem Temperatursensor R2 ein und tritt dort als Temperaturerhöhung der Temperatur T2 in Erscheinung. Die Temperaturimpulse T1 und T2 können nun, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 3 und den Flussbildern gemäß Fig. 4 bis 6 beschrieben, behandelt werden. In principle, this flow sensor 1 can be operated as described above if the heating element H2 is not energized. In particular, all described error tests and plausibility tests can be carried out. In addition, the further measurement method illustrated schematically in FIG. 9 can be used:
The heating elements H1 and H2 are activated (activated and deactivated) at the same time or with a time delay, so that heat is transferred to the flowing fluid in portions. As can be seen from the top two lines of FIG. 9, the temperature pulses of the heating element H1 first arrive at the temperature sensor R1 with a time delay. The time offset corresponds to the distance d1 and is inversely proportional to the flow velocity. With a further time offset, the temperature pulse arrives at the temperature sensor R2 and appears there as an increase in temperature of the temperature T2. The temperature pulses T1 and T2 can now be treated as described above in connection with FIG. 3 and the flow diagrams according to FIGS. 4 to 6.

Zusätzlich kann das Heizelement H2, wie aus der dritten Zeile, Fig. 9 ersichtlich, angesteuert werden und zwar so, dass die von ihm erzeugten Temperaturimpulse dann an dem zweiten Temperatursensor R2 eintreffen, wenn keine Temperaturimpulse des ersten Heizelements H1 eintreffen. Hier ist eine zusätzliche Funktionsprüfung der Heizelemente H1, H2 dahingehend möglich, dass überprüft wird, ob die beiden an dem Temperatursensor R2 eintreffenden Temperaturimpulse gleich groß sind oder in einem vorgegebenen Größenverhältnis zueinander stehen. In addition, as can be seen from the third line, FIG. 9, the heating element H2 can be controlled in such a way that the temperature pulses generated by it arrive at the second temperature sensor R2 when no temperature pulses from the first heating element H1 arrive. An additional functional test of the heating elements H1, H2 is possible here in that it is checked whether the two temperature pulses arriving at the temperature sensor R2 are of the same size or are in a predetermined size ratio to one another.

Weiter ist es möglich, einen dritten, in Fig. 7 gestrichelt angedeuteten Temperatursensor R3 vorzusehen, der in Strömungsrichtung S vor dem Heizelement H1 angeordnet ist. Damit ist es dann möglich, ständig die Grundtemperatur des Fluids zu messen, um die Temperaturdifferenzen ΔT1, ΔT2 besser bestimmen zu können. Außerdem kann mit diesem Strömungssensor dann in beiden Richtungen, d. h. sowohl in Richtung S als auch gegen die Richtung S gemessen werden. Furthermore, it is possible to provide a third temperature sensor R3, indicated by dashed lines in FIG. 7, which is arranged in the flow direction S in front of the heating element H1. It is then possible to continuously measure the basic temperature of the fluid in order to be able to better determine the temperature differences ΔT1, ΔT2. In addition, this flow sensor can then be used to measure in both directions, that is to say both in the S direction and against the S direction.

Fig. 10 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung mit modifiziertem Betrieb des Strömungssensors 1 als Blockschaltbild. Fig. 10 gibt dabei Aufschluss über einen Teil der Ansteuerschaltung 3. Der dargestellte Schaltungsausschnitt ist deshalb in Fig. 10 als Schaltung 3a bezeichnet. Die Schaltung 3a ist an den Temperatursensor R1 über die Leitung 9 angeschlossen. Diese führt zu einem Spitzenwertdetektor 41. Dieser arbeitet getaktet. Er erhält ein entsprechendes Taktsignal C, das zu den Aktivierungsimpulsen des Heizelements H1 synchron läuft. Zu jedem Taktimpuls erfasst der Spitzenwertdetektor 41 die auftretende Maximaltemperatur und gibt an seinem Ausgang ein entsprechendes Signal ab. Außerdem ist an die Leitung 9 ein Minimalwertdetektor 42 angeschlossen, der ebenfalls getaktet arbeitet, d. h. an einem gesonderten Eingang das Taktsignal C erhält. Er gibt an seinem Ausgang jedes Taktzykluses ein dem erfassten Temperaturminimalwert entsprechendes Signal ab. Beide Signale werden in einer Differenzbilderstufe (Subtrahierstufe) 43 miteinander verglichen und voneinander subtrahiert. Es entsteht die vorzeichenbehaftete Temperaturdifferenz oder -änderung ΔT1. Diese wird über eine Leitung 44 einer weiteren Subtraktionsstufe 44a zugeführt, die an ihrem anderen Eingang einen Vorgabewert ΔT1Soll erhält. An ihrem Ausgang gibt sie die Differenz zwischen ihren Eingangswerten ΔT1 und ΔT1Soll als Regelabweichungssignal ab. Dieses wird zu einem Regler 45 geleitet, der eine hohe innere Verstärkung aufweist (P- Charakteristik). Zusätzlich kann dieser Integral- und/oder Differentialcharakteristik (PID-Regler) aufweisen. Außerdem ist der Regler 45 getaktet. Er erhält das Taktsignal C. Entsprechend gibt er an seinem Ausgang einen Heizstrom an das Heizelement H1 ab, der entsprechend dem Taktsignal C zeitlich getaktet ist und dessen Höhe entsprechend so reguliert ist, dass die Temperaturänderung ΔT1 im Rahmen der erreichbaren Genauigkeit mit dem Vorgabewert ΔT1Soll übereinstimmt. Fig. 10 is a modified embodiment illustrating the invention with a modified operation of the flow sensor 1 as a block diagram. Fig. 10 is thereby shed light on a part of the drive circuit 3. The circuit section shown is therefore referred to in Fig. 10 as circuit 3 a. The circuit 3a is connected to the temperature sensor via the line R1. 9 This leads to a peak value detector 41 . This works clocked. It receives a corresponding clock signal C, which runs synchronously with the activation pulses of the heating element H1. For each clock pulse, peak detector 41 detects the maximum temperature that occurs and emits a corresponding signal at its output. In addition, a minimum value detector 42 is connected to line 9 , which also operates in a clocked manner, ie receives the clock signal C at a separate input. It emits a signal corresponding to the detected minimum temperature value at its output of each clock cycle. Both signals are compared in a difference image stage (subtraction stage) 43 and subtracted from one another. The signed temperature difference or change ΔT1 arises. This is fed via line 44 to a further subtraction stage 44 a, which receives a default value ΔT1Soll at its other input. At its output, it outputs the difference between its input values ΔT1 and ΔT1Soll as a control deviation signal. This is passed to a controller 45 , which has a high internal gain (P characteristic). In addition, this can have integral and / or differential characteristics (PID controller). The controller 45 is also clocked. It receives the clock signal C. Accordingly, it outputs a heating current at its output to the heating element H1, which is timed in accordance with the clock signal C and whose level is regulated accordingly so that the temperature change ΔT1 corresponds to the specified value ΔT1Soll within the range of the accuracy that can be achieved ,

Der erforderliche Heizstrom ist ein Maß für die Fluidgeschwindigkeit. Er kann, wie in Fig. 10 bei 46 gestrichelt angedeutet ist, als Signal einem entsprechenden Auswerteblock zugeleitet werden. Hat der Regler 45 lediglich Proportionalcharakteristik, kann auch das Reglereingangssignal über eine Leitung 47 abgegriffen und einem Auswerteblock 48 zugeleitet werden. Dieser enthält eine Formel oder Tabelle oder ein sonstiges Zuordnungsmittel, um aus dem dem Heizstrom proportionalen Signal auf die Fluidgeschwindigkeit zu schließen. The heating current required is a measure of the fluid velocity. As indicated by dashed lines at 46 in FIG. 10, it can be fed as a signal to a corresponding evaluation block. If the controller 45 only has a proportional characteristic, the controller input signal can also be tapped via a line 47 and fed to an evaluation block 48 . This contains a formula or table or other allocation means in order to infer the fluid velocity from the signal proportional to the heating current.

Die gleiche Schaltung kann auch für den Temperatursensor R2 beispielsweise für das Heizelement H2 gemäß Fig. 7 vorgesehen werden. Außerdem ist es möglich, das Heizelement H1 anhand des Temperatursensors R2 mit der Schaltung gemäß Fig. 10 zu steuern. Weiter ist es möglich, die vorgenannten Plausibilitätskontrollen anzuwenden, beispielsweise gemäß Fig. 4. The same circuit can also be provided for the temperature sensor R2, for example for the heating element H2 according to FIG. 7. It is also possible to control the heating element H1 using the temperature sensor R2 with the circuit according to FIG. 10. It is also possible to use the aforementioned plausibility checks, for example according to FIG. 4.

Ein Strömungssensor zur Erfassung einer Strömung eines fluiden Mediums weist ein Heizelement H1 und zwei nachgeordnete Temperatursensoren R1, R2 auf. Das von dem Heizelement H1 auf das strömende Medium übertragene Wärmepaket wird von beiden Temperatursensoren R1, R2 registriert. Die Größe der Temperaturänderung und/oder die Zeit, die das Wärmepaket auf seinem Weg von dem Heizelement zu den Temperatursensoren R1, R2 benötigt, können als Maß für den Massenstrom des Fluids genutzt werden. Diese Sensoranordnung hat den grundlegenden Vorteil, dass eine Fehlererkennung dadurch möglich wird, dass geprüft wird, ob das Wärmepaket tatsächlich an beiden Temperatursensoren R1, R2 erfasst wird. Eine verfeinerte Funktionsprüfung ergibt sich wenn beide Temperatursensoren R1, R2 jeweils für sich zur Berechnung des Massenflusses herangezogen werden und ein gültiges Signal nur dann abgegeben wird, wenn beide Massenflusswerte miteinander übereinstimmen. A flow sensor for detecting a flow of a fluid medium has a heating element H1 and two downstream temperature sensors R1, R2. That from that Heating element H1 heat package transferred to the flowing medium is registered by both temperature sensors R1, R2. The Magnitude of the temperature change and / or the time that the Heat package on its way from the heating element to the Temperature sensors R1, R2 required can be used as a measure of the Mass flow of the fluid can be used. This sensor arrangement has the basic advantage of error detection this makes it possible to check whether the heat package actually detected at both temperature sensors R1, R2 becomes. A more refined functional test results if both temperature sensors R1, R2 each for themselves Calculation of the mass flow can be used and a valid signal is only given if both Mass flow values agree with each other.

Claims

1. Flow sensor ( 1 ) for detecting a flow of a fluid medium
with a first electrical heating element (H1),
with a first temperature sensor (R1), which is arranged next to the electrical heating element (H1), and
with a second temperature sensor (R2), which is arranged next to the first temperature sensor (R1).

2. Flow sensor according to claim 1, characterized characterized that both temperature sensors (R1, R2) with respect of the first electric heating element (H1) and one provided flow direction (S) of the fluid medium are arranged downstream.

3. Flow sensor according to claim 1, characterized characterized that the two temperature sensors (R1, R2) with respect to the direction of flow (S) of the fluid medium are arranged one behind the other.

4. Flow sensor according to claim 1, characterized characterized in that the two temperature sensors (R1, R2) in different distances from the heating element (H1) are arranged.

5. Flow sensor according to claim 1, characterized characterized that the heating element (H1) and the two Temperature sensors (R1, R2) in a row in a row are arranged.

6. Flow sensor according to claim 1, characterized characterized in that between the two temperature sensors (R1, R2) a second electric heating element (H2) is arranged.

7. Flow sensor according to claim 6, characterized characterized that the heating elements (H1, H2) and the Flow sensors (R1, R2) in a row in a row are arranged.

8. Flow sensor according to claim 1, characterized characterized in that the first heating element (H1) adjacent third temperature sensor (R0) is arranged.

9. Flow sensor according to claim 8, characterized characterized in that the third temperature sensor (R0) on the first temperature sensor (R1) opposite side of the first heating element (H1) is arranged.

10. Flow sensor according to claim 1, characterized in that the heating element (H1), a possibly present further heating element (H2) and the two temperature sensors (R1, R2) and an optionally present third temperature sensor (R0) combines with a control circuit ( 3 ) which have a signal line connection ( 14 ), a supply voltage connection ( 13 ) and a reference potential connection ( 12 ).

11. Method for detecting a fluid flow by means of one heating element (H1) and two downstream to the Heating element (H1) of arranged temperature sensors (R1, R2) where the heating element (H1) is activated alternately and disabled and that is on the temperature sensors (R1, R2) setting temperatures and be evaluated.

12. The method according to claim 11, characterized in that the lack of fluid flow is detected when those detected by the temperature sensors (R1, R2) Temperatures are the same regardless of whether that Heating element (H1) is activated or deactivated.

13. The method according to claim 11, characterized in that the presence of fluid flow only then is detected if after activating the Heating element (H1) both the first temperature sensor (R1) and the second temperature sensor (R2) also increased Signal temperature (T2).

14. The method according to claim 11, characterized in that the presence of fluid flow only then is recorded if after activating and Deactivating the heating element on both temperature sensors (R1, R2) temperature changes (ΔT1, ΔT2) are recorded.

15. The method according to claim 13 or 14, characterized characterized in that an error signal is output when increased after activating the heating element (H1) Temperature (T1) or a temperature change (ΔT1) only one temperature sensor (R1 or R2) is detected.

16. The method according to claim 11, characterized in that from the size of the temperature sensors (R1, R2) occurring temperature changes (ΔT1, ΔT2) closed the speed of the fluid flow becomes.

17. The method according to claim 16, characterized in that that at the temperature sensors (R1, R2) occurring elevated temperatures or the occurring Temperature changes (ΔT1, ΔT2) compared with each other and that from the temperatures (T1, T2) or the Temperature changes (ΔT1, ΔT2) only then on the size and / or the presence of the fluid flow is closed when the detected elevated temperatures (T1, T2) or temperature changes (ΔT1, ΔT2) with each other within a predetermined tolerance interval match, and that otherwise an error signal is issued.

18. The method according to claim 11, characterized in that from the period between the Deactivation of the heating element (H1) and the registration of a Temperature drop at one of the temperature sensors (R1, R2) passes on the velocity of the fluid flow is closed.

19. Method for detecting a fluid flow by means of a first heating element (H1), one downstream arranged first temperature sensor (R1), one second heating element (H2) and one downstream the second heating element (H2) arranged second Temperature sensor (R2), in which the heating element (H1) alternately activated and deactivated and the second Heating element (H2) alternately activated and deactivated and which is based on the temperature sensors (R1, R2) setting temperatures (T1, T2) or Temperature changes (ΔT1, ΔT2) are recorded and evaluated.

20. The method according to claim 19, characterized in that the heating elements (H1, H2) alternately and in time interval to be activated.

21. The method according to claim 20, characterized in that at the temperature sensors (R1, R2) occurring elevated temperatures (T1, T2) or the occurring temperature changes (ΔT1, ΔT2) with each other be compared and that from the temperatures (T1, T2) or the temperature changes (ΔT1, ΔT2) only then the size and / or the presence of the fluid flow is closed when the detected elevated Temperatures (T1, T2) or temperature changes (ΔT1, ΔT2) with each other within a given Tolerance interval match, and that otherwise a Error signal is output.

22. The method according to claim 19, characterized in that after the respective deactivation of the heating elements (H1, H2), the time periods until a temperature drop occurs at the respective temperature sensor (R1, R2) are detected, that from the time periods and the spatial distances between the heating elements (H ₁ , H ₂ ) and the temperature sensors (R1, R2) the fluid velocities are concluded that a valid fluid velocity signal is only output if the fluid velocities detected in this way coincide with one another and that an error signal is otherwise output.

23. The method according to claim 11, characterized in that that the at least one temperature sensor (R1) temperature changes (ΔT1) and compared with a setpoint (ΔT1set), the heating current of the heating element (H1) in individual Activation periods is set so that the Difference between the temperature change (ΔT1) and the temperature change setpoint (ΔT1set) if possible becomes low, and that the heating current that arises or a signal corresponding to this as a measure of the Size of the fluid flow is pulled up.