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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strömungsmessgerät beziehungsweise ein Durchflussmessgerät zum Messen einer Durchflussrate von Luft und insbesondere ein Durchflussmessgerät, das auf ein Einlassluftdurchflussmessgerät für eine Brennkraftmaschine angewandt wird.
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Herkömmlicherweise wird ein Durchflussmessgerät mit einem Membranluftströmungssensor zum Messen einer Durchflussrate von Einlassluft einer Brennkraftmaschine verwendet. Der Luftströmungssensor ist in einem Durchgang angeordnet, der die zu messende Luft trägt.
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Ein Luftfilter ist in einem Einlasssystem des Verbrennungsmotors zum Beseitigen von Partikeln, wie zum Beispiel Sand angeordnet, die in der Einlassluft enthalten sind und relativ große Durchmesser haben. Jedoch weist die Einlassluft ebenso Partikel auf, die relativ kleine Durchmesser haben (Hunderte von µm beispielsweise) und bei denen es schwierig ist, sie mit dem Luftfilter zu beseitigen. Für den Fall, bei dem die Partikel mit einem relativ kleinen Durchmesser in den Durchgang eintreten, kann ein Sensorteil des Durchflussmessgeräts beschädigt werden, wenn die Partikel mit dem Sensorteil beispielsweise bei einer Geschwindigkeit im Bereich von 10 m/s kollidieren. Wenn insbesondere das Sensorteil ein Membranluftströmungssensor ist, ist die Membran des Luftströmungssensors sehr dünn. Beispielsweise beträgt die Dicke der Membran ungefähr 1 µm. Daher wird die Membran leicht beschädigt, wenn die Partikel damit kollidieren.
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Ein in dem US Patent
US 5 404 753 A (
DE 4219454 A1 ) oder dem US Patent
US 6 422 070 B2 (
DE 4407209 A1 ) offenbartes Luftdurchflussmessgerät ist mit einem Kontraktionsteil in einem Luftdurchgang ausgebildet, in dem ein Durchflussmessgerät angeordnet ist. Das Kontraktionsteil verengt die Querschnittsfläche des Durchgangs graduell in eine Richtung der Strömung. Das Kontraktionsteil begradigt die Strömung der Luft, die in der Nähe eines Sensorteils des Durchflussmessgeräts strömt und Partikeln, die in der Luft enthalten sind, trägt, parallel zu dem Sensorteil, um den Einfluss der Partikel auf das Sensorteil zu verringern.
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Bei dem vorstehend genannten Durchflussmessgerät verhindert das Kontraktionsteil die Kollision der Partikel gegen das Sensorteil bis zu einem gewissen Ausmaß. Jedoch haben die Partikel ein gewisses Gewicht und eine Trägheit. Daher gibt es die Möglichkeit, dass die Strömung der Partikel nicht ausreichend im Vergleich mit der Luftströmung in Abhängigkeit von der Gestalt des Kontraktionsteils begradigt wird. Demgemäß können die Partikel, deren Strömung nicht ausreichend begradigt ist, mit dem Sensorteil kollidieren und das Sensorteil beschädigen.
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Ein in dem US Patent
US 6 336 360 B1 (
JP H11 - 248 505 A ) offenbartes Durchflussmessgerät hat eine Sensorteil, das in einem Luftdurchgang angeordnet ist, der in einer im Wesentlichen sigmaförmigen Gestalt ausgebildet ist. Der Luftdurchgang ist mit gefalteten Abschnitten stromaufwärts und stromabwärts von dem Sensorteil zum Ablenken der Luftströmung und zum Unterbinden der Kollision der Partikeln gegen das Sensorteil ausgebildet.
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Bei dem vorstehend genannten Durchführungsmessgerät umlaufen die Partikel das Sensorteil bis zu einem gewissen Ausmaß, da der Luftdurchgang die gefalteten Abschnitte hat. Jedoch ist die Wirkung der gefalteten Teile nicht ausreichend zum vollständigen Verhindern, dass die Partikel mit dem Sensorteil kollidieren. Als Folge kann das Sensorteil durch die Partikel beschädigt werden oder kann die Erfassungsgenauigkeit aufgrund der Anhaftung von Verunreinigungen an dem Sensorteil verschlechtert werden.
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Ferner ist aus
US 4 633 578 A ein Durchflussmessgerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Eine weiteres Durchflussmessgerät ist aus
DE 31 35 793 A1 bekannt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Luftdurchflussmessgerät zu schaffen, das verhindert, dass Partikel mit einem Sensorteil kollidieren, und das verhindert, dass Verunreinigungen an dem Sensorteil anhaften, wodurch die Luftdurchflussrate stabil und genau gemessen wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einen Durchflussmessgerät mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Unter anderem ist das erfindungsgemäße Durchflussmessgerät mit einem Durchgang zum Einführen und zum Tragen von Luft zum Messen ausgebildet und hat ein Sensorteil, das in dem Durchgang angeordnet ist. Das Durchflussmessgerät ist mit einem Kontraktionsteil zum Verengen der Strömung der Luft ausgebildet, die in der Nähe des Sensorteils strömt. Das Kontraktionsteil ist an der Innenfläche des Durchgangs ausgebildet, so dass das Kontraktionsteil zu dem Sensorteil weist. Das Kontraktionsteil ist mit einer flachen Fläche parallel zu dem Sensorteil und zumindest stromaufwärts von dem Sensorteil ausgebildet.
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Da die flache Fläche des Kontraktionsteils zumindest stromaufwärts von dem Sensorteil ausgebildet ist, strömt die Luft zur Messung entlang der flachen Fläche des Kontraktionsteils und parallel zu der Fläche des Sensorteils, wenn die Luftströmung in den Durchgang eintritt und in der Nähe des Sensorteils strömt. Unterdessen wird die Luftströmung vorteilhaft begradigt. Demgemäß wird die Kollision der Partikel in spitzen Winkeln gegen das Sensorteil unterbunden. Daher wird eine Stoßkraft beziehungsweise eine Impulskraft, die erzeugt wird, wenn die Partikel mit dem Sensorteil kollidieren, verringert und der Schaden an dem Sensorteil oder die Anhaftung von Verunreinigungen an dem Sensorteil unterbunden.
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Außerdem wird die Luftströmung vorteilhaft in der Nähe des Kontraktionsteils verengt. Demgemäß wird die Geschwindigkeit der Luftströmung erhöht und die Luftströmung stabilisiert. Als Folge wird die Durchflussrate der Luft genau gemessen.
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Merkmale und Vorteile der Ausführungsbeispiele werden ebenso wie Verfahren des Betriebs und die Funktion von zugehörigen Teilen aus einem Studium der folgenden genauen Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den Zeichnungen erkennbar, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden.
- 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Luftdurchflussmessgerät gemäß einem ersten Erläuterungsbeispiel zeigt;
- 2 ist eine Draufsicht, die das Luftdurchflussmessgerät gemäß dem ersten Erläuterungsbeispiel zeigt;
- 3 ist eine Querschnittsansicht, die das Luftdurchflussmessgerät, das an einem Einlassrohr angebracht ist, gemäß dem ersten Erläuterungsbeispiel zeigt;
- 4 ist eine Querschnittsansicht, die das Luftdurchflussmessgerät entlang einer Linie IV-IV in 1 gemäß dem ersten Erläuterungsbeispiel zeigt;
- 5 ist eine Querschnittsansicht, die das Luftdurchflussmessgerät entlang einer Linie V-V in 1 gemäß dem ersten Erläuterungsbeispiel zeigt;
- 6 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einem Verhältnis einer Länge L einer flachen Fläche zu einem Abstand S sowie einen Einfluss von Partikeln auf ein Sensorteil gemäß dem ersten Erläuterungsbeispiel zeigt;
- 7 ist eine Querschnittsansicht, die ein Luftdurchflussmessgerät gemäß einem zweiten Erläuterungsbeispiel zeigt;
- 8 ist eine Querschnittsansicht, die ein Luftdurchflussmessgerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
- 9 ist eine Querschnittsansicht, die ein Luftdurchflussmessgerät gemäß einem dritten Erläuterungsbeispiel zeigt.
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(Erstes Erläuterungsbeispiel)
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Luftdurchflussmessgerät dargestellt. Ein Durchgang 3 zum Einführen und Tragen von Luft zur Messung ist in einem Hauptkörper 1 des Durchflussmessgeräts ausgebildet. Das Durchflussmessgerät hat ein Sensorteil 4 an einer Basis 14, die in dem Durchgang 3 ausgebildet ist. Das Sensorteil 4 ist der Luftströmung ausgesetzt und misst die Durchflussrate der Luft. Der Durchgang 3 ist ein Umleitungsdurchgang beziehungsweise ein Beipass-Durchgang zum Abzweigen und Tragen eines Teils der Luft, die durch ein Einlassrohr 10 einer Brennkraftmaschine und dergleichen strömt. Wie in 1 gezeigt ist, ist der Durchgang 3 im Wesentlichen in der Gestalt des umgekehrten Buchstabens „U“ (oder in einer sigmaförmigen Gestalt) ausgebildet. Der Querschnitt des Durchgangs 3 ist in einer rechteckigen Gestalt ausgebildet, wie in 5 gezeigt. Ein stromaufwärtiges Ende des Durchgangs 3 an der rechten Seite in 1 sieht einen Einlass 15 vor und ein stromabwärtiges Ende davon an der linken Seite von 1 sieht einen Auslass 16 vor.
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Ein einlassseitiges gebogenes Teil 5 ist in dem Durchgang 3 in der Nähe des Einlasses 15 ausgebildet. Andererseits ist ein auslassseitiges gebogenes Teil 7 in dem Durchgang 3 in der Nähe des Auslasses 16 ausgebildet. Ein mittleres gebogenes Teil 6 ist in dem Durchgang 3 an der Mitte des Durchgangs 3 ausgebildet. Die Basis 14 ist zwischen dem einlassseitigen gebogenen Teil 5 und dem mittleren gebogenen Teil 6 in dem Durchgang 3 angeordnet. Die Basis 14 ist in der Gestalt einer Platte ausgebildet und so angeordnet, dass die Basis 14 im Wesentlichen die Mitte des Querschnitts des Durchgangs 3 schneidet beziehungsweise durchquert. Das Sensorteil 4 und die Basis 14 sind so angeordnet, dass die Flächen davon parallel zu der Luftströmung sind, wie in 4 gezeigt ist. Das Sensorteil 4 ist an der Basis 14 angeordnet, so dass das Sensorteil 4 der Luftströmung ausgesetzt ist.
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Wie in 4 gezeigt ist, ist ein Kontraktionsteil 20 an der Innenfläche des Durchgangs 3 ausgebildet, so dass das Kontraktionsteil 20 zu dem Sensorteil 4 weist. Das Kontraktionsteil 20 verengt die Strömung der Luft zur Messung, die in der Nähe des Sensorteils 4 strömt. Eine flache Fläche 20a ist an dem Kontraktionsteil 20 parallel zu der Fläche des Sensorteils 4 ausgebildet. Die flache Fläche 20a ist zumindest stromaufwärts von dem Sensorteil 4 ausgebildet. Ein weiteres Kontraktionsteil 21 ist an der Innenfläche des Durchgangs 3 entgegengesetzt von dem Sensorteil 4 ausgebildet. Das Kontraktionsteil 21 ist in der gleichen Gestalt und mit der gleichen Orientierung wie das Kontraktionsteil 20 ausgebildet. Somit sind die Kontraktionsteile 20, 21 symmetrisch über die Basis 14 und das Sensorteil 4 angeordnet. Die Kontraktionsteile 20, 21 sind Vorsprünge, die von der Innenfläche des Durchgangs 3 in Richtung auf die Mitte des Durchgangs 3 zum Verengen der Durchgangsfläche vorstehen.
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Eine Beziehung zwischen einer Länge L der flachen Fläche 20a stromaufwärts von dem Sensorteil 4 in die Strömungsrichtung und einem Abstand S von dem Kontraktionsteil 20 zu dem Sensorteil 4, wie in 4 gezeigt ist, ist ein bedeutender Faktor zum Verringern des Einflusses von Partikeln auf das Sensorteil 4, daher wird die Beziehung zwischen der Länge L und dem Abstand S auf der Grundlage einer in 6 gezeigten Grafik erläutert.
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Die in 6 gezeigte Grafik basiert auf Ergebnissen von einem Experiment. In dem Experiment wurde der Grad des Einflusses des Schadens auf das Sensorteil 4, der durch die Partikel verursacht wird, unter Ändern des Verhältnis (L/S) der Länge L zu dem Abstand S gemessen. Dann wurden die Ergebnisse des Experiments aufgezeichnet, wie in 6 gezeigt ist.
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Wie in 6 gezeigt ist, wird der Schaden an dem Sensorteil 4, der durch die Partikel verursacht wird, wirksam in einem Bereich verringert, in dem das Verhältnis L/S größer oder gleich 1 ist. Andererseits vergrößert sich der Einfluss der Partikel in einem Bereich, in dem das Verhältnis L/S weniger als 1 ist.
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Daher wird die Beziehung zwischen der Länge L und dem Abstand S so gesetzt, dass das Verhältnis L/S größer oder gleich 1 ist, um den Einfluss der Partikel auf das Sensorteil 4 zu verringern.
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Ein Schaltkreismodul 2 ist an die Oberseite des Hauptkörpers 1 über ein Abdichtungselement 12, wie zum Beispiel einen O-Ring, angebracht, wie in den 1 und 2 gezeigt ist. Ein Schaltkreis zum Handhaben von Signalen ist in dem Schaltkreismodul 2 angeordnet. Ein Verbinder 11 für eine Leistungsquellenleitung und Signalleitungen ist an der Seitenfläche des Schaltkreismoduls 2 angeordnet.
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Der Hauptkörper 1 besteht aus Synthetikharz, wie zum Beispiel Polybutylen-Terephthalat (PBT) oder Polyphenylensulfid (PPS) einschließlich Glasfasern.
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Das Sensorteil 4 ist beispielsweise mit einem Membranluftströmungssensor aufgebaut. Das Sensorteil 4 hat eine Membran, die an einem Halbleitersubstrat 17 ausgebildet ist, und einen Einlasslufttemperaturerfassungswiderstand, der in der Nähe der Membran ausgebildet ist. Die Membran weist einen Durchflussratenerfassungswiderstand und einen exothermen Widerstand auf. Das Sensorteil 4 misst die Luftdurchflussrate durch die Verwendung der Temperaturwiderstandscharakteristik des Widerstands. Das Halbleitersubstrat 17 ist an eine Fläche der Basis 14 fixiert und der Luftströmung ausgesetzt. Anschlüsse an dem Substrat 17 sind mit dem Schaltkreis an dem Schaltkreismodul 2 durch Drahtfügungen und dergleichen verbunden.
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Wie in 3 gezeigt ist, ist das Durchflussmessgerät durch Einsetzten des Hauptkörpers 1 in ein Loch montiert, das an dem Einlassrohr 10 ausgebildet ist. Das Durchflussmessgerät ist so montiert, dass der Einlass 15 stromaufwärts von der Luftströmung weist und der Auslass 16 stromabwärts von der Luftströmung weist. Das Abdichtungselement 12 dichtet einen Spalt zwischen dem Durchflussmessgerät und dem Einlassrohr ab.
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Wenn die Luft durch das Einlassrohr 10 aufgrund eines Einlassbetriebs des Verbrennungsmotors hindurchtritt, tritt ein Teil der Luftströmung in den Durchgang 3 durch den Einlass 15 ein und tritt durch den Durchgang 3 hindurch. Zu diesem Zeitpunkt wird die Luftströmung durch die Kontraktionsteile 20, 21 an beiden Seiten in der Nähe des Sensorteils 4 verengt, wie in 4 gezeigt ist, und läuft nach oben.
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Die Luftströmung in der Nähe des Sensorteils 4 strömt entlang der Kontraktionsteile 20, 21 und die Luftströmung wird unterdessen vorteilhaft begradigt. Daher strömen Partikel, die in der Luft enthalten sind, im Wesentlichen parallel zu der Fläche des Sensorteils 4 entlang den Kontraktionsteilen 20, 21, auch wenn die Partikel ein gewisses Gewicht und eine Trägheit haben. Somit wird die Strömung der Partikel begradigt und wird die Kollision der Partikel gegen die Fläche des Sensorteils 4 in spitzen Winkeln in hohem Maße unterbunden.
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Als Folge wird die Impulskraft beziehungsweise die Stoßkraft, die auf das Sensorteil 4 aufgebracht wird, wenn die Partikel mit dem Sensorteil 4 kollidieren, in großem Umfang verringert und wird der Schaden an dem Sensorteil 4 sowie das Anhaften der Verunreinigungen an dem Sensorteil 4 unterbunden. Da des Weiteren die Luftströmung in der Nähe des Sensorteils 4 verengt ist, erhöht sich dort die Geschwindigkeit der Luftströmung. Als Folge wird die Strömung der Luft, die in der Nähe des Sensorteils 4 strömt, stabilisiert und genau gemessen.
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(Zweites Erläuterungsbeispiel)
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Das zweite Erläuterungsbeispiel ist in 7 dargestellt. Wie in 7 gezeigt ist, ist ein Kontraktionsteil 30 an der Innenfläche des Durchgangs 3 in der Nähe des Sensors 4 ausgebildet. Das Kontraktionsteil 30 hat eine flache Fläche 30a parallel zu der Fläche des Sensorteils 4. Die flache Fläche 30a erstreckt sich länger als das Sensorteil 4 stromaufwärts und stromabwärts von der Luftströmung. Ein weiteres Kontraktionsteil 31 ist an der Innenfläche des Durchganges 3 entgegengesetzt von dem Sensorteil 4 ausgebildet. Die Kontraktionsteile 30, 31 sind symmetrisch zueinander ausgebildet.
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Da sich die flache Fläche 30a länger als das Sensorteil 4 stromaufwärts und stromabwärts zu der Luftströmung erstreckt, wird die Luftströmung auch dann vorteilhaft verengt, wenn eine Rückströmung der Luft in dem Durchgang 3 erzeugt wird. Als Folge wird die Kollision der Partikel gegen die Fläche des Sensorteils 4 in spitzen Winkeln in hohem Maße unterbunden und wird der Schaden des Sensorteils 4 verringert.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 8 dargestellt. Wie in 8 dargestellt ist, ist ein Kontraktionsteil 41, das entgegengesetzt von dem Sensorteil 4 ausgebildet ist, kleiner als ein Kontraktionsteil 40, das an der Seite des Sensorteils 4 ausgebildet ist. Die Luftströmung und die Strömung der Partikel werden geeignet in der Nähe des Sensorteils 4 auch für den Fall begradigt, bei dem das Kontraktionsteil 41 relativ klein ausgebildet ist, wie in 8 gezeigt ist.
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(Drittes Erläuterungsbeispiel)
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Das dritte Erläuterungsbeispiel ist in 9 dargestellt. Wie in 9 gezeigt ist, sind Kontraktionsteile 50, 51 an der Innenfläche des Durchgangs 3 jeweils über das Sensorteil 4 ausgebildet. Das stromaufwärtige Ende und das stromabwärtige Ende des Kontraktionsteils 50 ist abgeschrägt. In ähnlicher Weise ist das stromaufwärtige Ende und das stromabwärtige Ende des Kontraktionsteils 51 abgeschrägt. Somit wird eine Erhöhung des Luftwiderstandes, der durch die Kontraktionsteile 50,51 erzeugt wird, minimiert. Als Folge wird die Geschwindigkeit der Luft, die entlang den Kontraktionsteilen 50, 51 strömt, hochgehalten, so dass die Messgenauigkeit der Luftströmung verbessert wird.
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(Wirkung der Erläuterungsbeispiele und des Ausführungsbeispiels)
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Wie vorstehend erklärt ist, wird bei dem Durchflussmessgerät gemäß den Erläuterungsbeispielen und dem Ausführungsbeispiel, wenn die Luft zur Messung in den Durchgang eintritt und durch das Sensorteil durchtritt, vorteilhaft durch die flache Fläche des Kontraktionsteils stromaufwärts von dem Sensorteils begradigt und strömt parallel zu der Fläche des Sensorteils. Daher wird die Kollision der Partikel gegen die Fläche des Sensorteils in spitzen Winkeln auch dann unterbunden, wenn die Partikel ein gewisses Gewicht und eine Trägheit haben. Demgemäß wird der Winkel, mit dem die Partikel mit der Fläche des Sensorteils kollidieren, stumpf und verringert sich die Impulskraft beziehungsweise die Stoßkraft, die durch die Partikel auf das Sensorteil aufgebracht wird. Als Folge wird der Schaden an dem Sensorteil verringert und wird das Anhaften der Verunreinigungen an dem Sensorteil unterbunden. Zusätzlich wird die Luftströmung vorteilhaft an dem Kontraktionsteil in der Nähe des Sensorteils verengt und die Geschwindigkeit der Luftströmung erhöht. Als Folge wird die Luftströmung in der Nähe des Sensorteils stabilisiert und die Durchflussrate der Luft genau gemessen.
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Die vorliegende Erfindung soll nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel beschränkt werden, sondern sie kann auf viele andere Arten ohne Abweichen von dem Anwendungsbereich der Erfindung ausgeführt werden.
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Das Durchflussmessgerät ist mit dem Durchgang 3 zum Einführen und Tragen von Luft zur Messung ausgebildet und hat ein Sensorteil 4, das in dem Durchgang 3 zum Messen einer Durchflussrate der Luft angeordnet ist. Ein Kontraktionsteil 20 ist an einer Innenfläche des Durchgangs so ausgebildet, dass das Kontraktionsteil 20 zu dem Sensorteil 4 weist. Das Kontraktionsteil 20 verengt die Strömung der in der Nähe des Sensorteils 4 strömenden Luft. Eine flache Fläche 20a des Kontraktionsteils 20 ist parallel zu der Fläche des Sensorteils 4 und zumindest stromaufwärts von dem Sensorteil 4 ausgebildet. Somit wird eine Kollision der Partikel gegen das Sensorteil 4 und das Anhaften von Verunreinigungen an dem Sensorteil 4 unterbunden. Unterdessen wird die Durchflussrate der Luft stabil und genau gemessen.
