DE112013002939B4

DE112013002939B4 - Thermischer Durchflussmesser

Info

Publication number: DE112013002939B4
Application number: DE112013002939.1T
Authority: DE
Inventors: c/o Hitachi Automotive Systems Tokuyasu Noboru; c/o Hitachi Automotive Systems L Hanzawa Keiji; c/o Hitachi Automotive Systems Morino Takeshi; c/o Hitachi Automotive Systems Doi Ryosuke; c/o Hitachi Automotive Systems L Uenodan Akira; c/o Hitachi Car Engineering Co. Tashiro Shinobu
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2021-08-12
Anticipated expiration: 2033-05-16
Also published as: US9810560B2; CN104364619A; CN104364619B; WO2013187170A1; US20150192441A1; JP2014001932A; DE112013002939T5; JP5675708B2

Abstract

Ein thermischer Durchflussmesser (300) mit einem Bypass-Kanal zur Abzweigung und Durchleitung eines Teilseines Messzielgases (30), das durch einen Hauptkanal (124) fließt; einem Schaltungspaket (400) zur Messung des Durchflusses mittels Wärmeübertragung durch das Messzielgas (30), das durch den Bypass-Kanal fließt und Temperaturmessung dieses Gases über ein Gehäuse (302), das das Schaltungspaket (400) enthält und Schutzabdeckungen (303, 304), welche das Gehäuse (302) schützen,wobei das Schaltungspaket (400) über einen Vorsprung (424) mit einem Element zur Temperaturmessung des Messzielgases (30) verfügt;die Schutzabdeckungen (303, 304) des Gehäuses (302) an seitlichen Abschnitten des Vorsprungs (424) so angeordnet sind, dass eine Einlassöffnung (343) für den Eintritt des Messzielgases (30) an der Vorderseite des Vorsprungs (424) entsteht unddie Schutzabdeckungen (303, 304) zum Hauptkanal (124) hin mit einer Ablassöffnung für das Messzielgas (30) versehen sind, das durch die Einlassöffnung (343) gelangt und entlang des Vorsprungs (424) fließt.

Description

Technisches Fachgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermischen Durchflussmesser, der die Durchflussrate eines Gases misst.
Stand der Technik
Wenn die durch einen thermischen Strommesser gemessene Durchflussrate eines zu messenden Gases in einer Steuerung verwendet wird, wird die Durchflussrate häufig dazu verwendet, eine Temperatur des zu messenden Gases in der Steuerung abzugleichen. Aus diesem Grund wird ein thermischer Durchflussmesser verwendet, der in der Lage ist, zusätzlich zur Durchflussrate des zu messenden Gases auch die Temperatur des zu messenden Gases zu messen. Ein Beispiel eines solchen thermischen Durchflussmessers wird z. B. in JP 2006-317296 A (PTL 1) behandelt.
In dem thermischen Durchflussmesser zum Beispiel, der in PTL 1 behandelt wird und in der Lage ist, die Temperatur eines zu messenden Gases zusätzlich zur Durchflussrate des zu messenden Gases zu messen, ist ein Messelement der Umgebung ausgesetzt, sodass es bei verschiedenen Arbeiten, wie z. B. bei der Montage des Durchflussmessers zu Beschädigungen kommen kann. Darüber hinaus ist die Handhabbarkeit nicht zufriedenstellend. Die Druckschrift JP 2006-234766 A (PTL 2) zeigt eine Position zum Anbringen eines Temperaturmesselements. Weiterhin bildet ein Bauteil der PTL 2 eine untergeordnete Luftdurchlassöffnung durch ein Harzelement, das im Gehäuse integriert ist. Zusätzlich zeigt PTL 2 ein Element der untergeordneten Luftdurchlassöffnung, das aus einem Teil des Gehäuses besteht.
Liste der Zitate

PTL 1: JP 2006-317296 A
PTL 2: JP 2006-234766 A

Technisches Problem
Wie oben beschrieben, ist eine Struktur wünschenswert, die in der Lage ist, Beschädigungen am Messelement des Durchflussmessers zu vermeiden. Es ist zu diesem Zweck denkbar, das Messelement im Inneren einer Schutzabdeckung anzubringen. Auf diese Weise wird auch die Handhabbarkeit verbessert. Ein ursprünglicher Zweck des thermischen Durchflussmessers ist es jedoch, Messungen im Rahmen einer Steuerung mit hoher Genauigkeit durchzuführen. Es ist wünschenswert, dass die durch den thermischen Durchflussmesser gemessene Durchflussrate des zu messenden Gases oder die Temperatur des zu messenden Gases eine sehr hohe Genauigkeit aufweist. Wenn nur Wert auf die Handhabbarkeit gelegt wird, ist es schwierig, die gewünschte Messgenauigkeit zu erreichen.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung eines thermischen Durchflussmessers, der in der Lage ist, eine Temperatur eines zu messenden Gases mit hoher Messgenauigkeit zu ermitteln, und der gleichzeitig eine hervorragende Handhabbarkeit bietet.
Die Lösung des Problems
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, verfügt der durch die vorliegende Erfindung beschriebene thermische Durchflussmesser über einen Bypass-Kanal zur Abzweigung und Durchleitung eines Teils des zu messenden Gases, das durch einen Hauptkanal fließt, über eine Schaltbaugruppe zur Messung einer Durchflussrate mittels Wärmeübertragung durch das zu messende Gas, das durch den Bypass-Kanal fließt und Temperaturmessung des zu messenden Gases, das durch den Hauptkanal fließt, über ein Gehäuse, das die Schaltungen enthält und Schutzabdeckungen, welche das Gehäuse schützen, wobei die Schaltung ein nach außen ragendes Bauteil mit einem Temperaturmesselement zur Ermittlung der Temperatur des zu messenden Gases aufweist; die Schutzabdeckungen des Gehäuses sind seitlich zu dem nach außen ragenden Teil so angebracht, dass eine Eingangsöffnung zum Eintritt des zu messenden Gases an einer Vorderseite des nach außen ragenden Bauteils entsteht, und die Schutzabdeckung ist zum Hauptkanal hin mit einer Ablassöffnung für das zu messende Gas versehen, das durch die Eingangsöffnung gelangt und entlang des nach außen ragenden Bauteils fließt.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Aufgrund der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen thermischen Durchflussmesser herzustellen, der in der Lage ist, eine Temperatur eines zu messenden Gases mit hoher Messgenauigkeit zu ermitteln, und der gleichzeitig eine hervorragende Handhabbarkeit bietet.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Systemdiagramm, das ein Steuersystem für einen Verbrennungsmotor zeigt, in dem ein thermischer Durchflussmesser als praktische Anwendung der Erfindung eingesetzt wird.
[2] 2(A) und 2(B) sind Diagramme, die eine Erscheinungsform des thermischen Durchflussmessers darstellen, wobei es sich bei 2(A) um eine linke Seitenansicht handelt und bei 2(B) um eine Vorderansicht.
[3] 3(A) und 3(B) sind Diagramme, die eine Erscheinungsform des thermischen Durchflussmessers darstellen, wobei es sich bei 3(A) um eine rechte Seitenansicht handelt und bei 3(B) um eine Rückseitenansicht.
[4] 4(A) und 4(B) sind Diagramme, die eine Erscheinungsform des thermischen Durchflussmessers darstellen, wobei es sich bei 4(A) um eine Draufsicht handelt und bei 4(B) um eine Untersicht.
[5] 5(A) und 5(B) sind Diagramme, die ein Gehäuse des thermischen Durchflussmessers darstellen, wobei es sich bei 5(A) um eine linke Seitenansicht des Gehäuses handelt und bei 5(B) um eine Vorderansicht des Gehäuses.
[6] 6(A) und 6(B) sind Diagramme, die ein Gehäuse des thermischen Durchflussmessers darstellen, wobei es sich bei 6(A) um eine rechte Seitenansicht des Gehäuses handelt und bei 6(B) um eine Rückseitenansicht des Gehäuses.
[7] 7 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht zur Darstellung eines Zustands einer Fließweg-Oberfläche, die sich in der Bypass-Kanalrinne befindet.
[8] 8(A) bis 8(C) sind Diagramme, die eine Erscheinungsform einer vorderen Schutzabdeckung darstellen, wobei es sich bei 8(A) um eine linke Seitenansicht handelt, bei 8(B) um eine Vorderansicht und bei 8(C) um eine Draufsicht.
[9] 9(A) bis 9(C) sind Diagramme, die eine Erscheinungsform einer hinteren Schutzabdeckung 304 darstellen, wobei es sich bei 9(A) um eine linke Seitenansicht handelt, bei 9(B) um eine Vorderansicht und bei 9(C) um eine Draufsicht.
[10] 10 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die die externe Anschlussverbindung darstellt.
[11] 11(A) bis 11(C) sind Außenansichten einer Schaltbaugruppe, wobei es sich bei 11(A) um eine linke Seitenansicht handelt, bei 11(B) um eine Vorderansicht und bei 11(C) um eine Rückansicht.
[12] 12 ist ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem Schaltkomponenten auf einem Rahmen der Schaltbaugruppe montiert sind.
[13] 13 ist ein erklärendes Diagramm, das ein Diaphragma und einen Verbindungskanal darstellt, der eine Öffnung und eine Spalte im Inneren des Diaphragmas verbindet.
[14] 14 ist ein Diagramm, das einen Zustand der Schaltbaugruppe nach dem ersten Harzinjektionsverfahren darstellt.
[15] 15(A) und 15(B) sind Diagramme, die eine weitere Ausführungsform der Schaltbaugruppe in 11 darstellen, wobei es sich bei 15(A) um eine Vorderansicht der Schaltbaugruppe handelt und bei 15(B) um eine Rückseitenansicht.
[16] 16 ist ein Diagramm, das den Herstellungsprozess einer Schaltbaugruppe zeigt.
[17] 17 ist ein Diagramm, das den Herstellungsprozess eines thermischen Durchflussmessers zeigt.
[18] 18 ist ein Diagramm, das eine weitere Version des Herstellungsprozesses eines thermischen Durchflussmessers zeigt.
[19] 19 ist ein Schaltplan, der die Messschaltung des Durchflussmessers zur Ermittlung der Durchflussrate zeigt.
[20] 20 ist ein erklärendes Diagramm, das den sensorischen Teil der Schaltung zur Ermittlung der Durchflussrate zeigt.
[21] 21(A) und 21(B) sind Diagramme, die eine weitere Ausführungsform des thermischen Durchflussmessers darstellen, wobei es sich bei 21(A) um eine linke Seitenansicht handelt und bei 21(B) um eine Vorderansicht.
[22] 22 ist eine teilweise vergrößerte Darstellung, die noch eine weitere Ausführungsform zeigt.
[23] 23 ist eine teilweise vergrößerte Darstellung, die noch eine weitere Ausführungsform zeigt.
[24] 24(A) und 24(B) sind Diagramme, die noch eine weitere Ausführungsform darstellen, wobei es sich bei 24(A) um eine Vorderansicht handelt und bei 24(B) um eine teilweise vergrößerte Ansicht.
[25] 25 ist eine teilweise vergrößerte Darstellung, die noch eine weitere Ausführungsform zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Gemäß der im Folgenden beschriebenen Beispiele für eine praktische Umsetzung der Erfindung (nachfolgend „Ausführungsformen“ genannt), wird die Messgenauigkeit der Durchflussrate merklich verbessert und die sich aus der Messgenauigkeit ergebenden Probleme werden ebenfalls gelöst. Obwohl diese Aspekte im Rahmen der folgenden Ausführungsformen detailliert beschrieben werden, erfolgt zunächst ein Überblick.
In einem Durchflussmesser gemäß der vorliegenden Erfindung tritt ein Teil eines zu messenden Gases zwecks Messung der Durchflussrate in einen Bypass-Kanal ein und eine Messschaltung zur Ermittlung der Durchflussrate leitet eine Wärmeübertragung mit dem durch den Bypass-Kanal strömenden Gas ein, um die Durchflussrate zu messen. Um die Messgenauigkeit der Durchflussrate zu verbessern, ist es wichtig, das Verhältnis zwischen dem Bypass-Kanal und der Messschaltung zur Ermittlung der Durchflussrate mit großer Exaktheit auf einem bestimmten Niveau zu halten. Gemäß der folgenden Beschreibung gilt: Wenn eine Bypass-Kanalrinne zur Bildung des Bypass-Kanals geformt wird, wird die Messschaltung zur Ermittlung der Durchflussrate an ein die Bypass-Kanalrinne enthaltendes Gehäuse angebracht. Insbesondere wird eine Schaltbaugruppe aus Kunstharz mit der Messschaltung zur Ermittlung der Durchflussrate von einem Gehäuseteil mit der Bypass-Kanalrinne abgedeckt, sodass die Schaltbaugruppe in einer genauen Positionsbeziehung am Bypass-Kanal befestigt ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Messgenauigkeit der Durchflussrate zu verbessern.
Die unten beschriebenen Ausführungsformen beseitigen verschiedene Probleme, die bei einem praktischen Produkt unerwünscht sind. Insbesondere lösen die Ausführungsformen verschiedene Probleme im Einsatz in einer Messvorrichtung zum Messen der Menge der Ansaugluft eines -Fahrzeuges und zeigen verschiedene Wirkungen. Eines dieser Probleme, das eine der folgenden Ausführungsformen löst, wird im Abschnitt „Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden“ weiter oben beschrieben. Zudem ist eine der Wirkungen, die die folgenden Ausführungsformen haben werden, in „Wirkungen der Erfindung“ beschrieben. Unterschiedliche Probleme werden durch die folgenden Ausführungsformen gelöst und unterschiedliche Wirkungen, die die folgenden Ausführungsformen haben werden, werden außerdem in der „Beschreibung der Ausführungsformen“ erläutert. Daher wäre es erfreulich, dass die folgenden Ausführungsformen noch zusätzliche Wirkungen haben oder andere Probleme lösen werden, die nicht in den Abschnitten „Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden“ und „Wirkungen der Erfindung“ erwähnt werden.
In den folgenden Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente. Dies gilt sogar für Elemente in unterschiedlichen Zeichnungen. Sie haben die gleichen funktionalen Wirkungen. Die Komponenten, die in vorhergehenden Passagen beschrieben worden sind, sind unter Umständen nicht durch Bezugszahlen oder Zeichen in den Zeichnungen ausgewiesen.
Eine Ausführungsform (in der ein thermischer Durchflussmesser gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Steuersystem eines Verbrennungsmotors verwendet wird.)
Konfiguration des Verbrennungsmotor-Steuersystems
1 ist ein Systemdiagramm, das ein Steuersystem für einen Einspritzmotor zeigt, in dem ein thermischer Durchflussmesser als praktische Ausführungsform der Erfindung eingesetzt wird. Basierend auf dem Betrieb eines Verbrennungsmotors 110 mit einem Motorzylinder 112 und einem Motorkolben 114, wird einströmende Luft als zu messendes Gas 30 durch einen Luftfilter 122 aufgenommen und in eine Brennkammer des Motorzylinders 112 geleitet, und zwar durch einen Hauptkanal 124, zu dem auch beispielsweise ein Einlass, eine Drosselklappe 126 und ein Ansaugstutzen 128 gehören. Die Durchflussrate des zu messenden Gases 30 als Ansaugluft zur Brennkammer geleitet, wird von einem thermischen Durchflussmesser 300 gemäß der Erfindung gemessen. Kraftstoff wird von einem Einspritzventil 152 auf Grundlage der gemessenen Durchflussrate zugeführt und mit dem zu messenden Gas 30 als Ansaugluft gemischt, sodass das Gasgemisch in die Brennkammer geleitet wird. Es wird darauf hingewiesen, dass sich das Kraftstoff-Einspritzventil 152 in dieser Ausführungsform in einer Ansaugöffnung des Verbrennungsmotors befindet und der in die Ansaugöffnung eingespritzte Kraftstoff mit dem zu messenden Gas 30 als Ansaugluft ein Gasgemisch bildet, sodass das Gasgemisch durch ein Einlassventil 116 in die Brennkammer geleitet wird, um dort durch Verbrennung mechanische Energie zu erzeugen.
In den vergangenen Jahren hat man in vielen Fahrzeugen durch die Kraftstoff-Direkteinspritzung hervorragende Wirkungen bei der Abgasreinigung oder Kraftstoffeffizienzverbesserung erreicht, indem man ein Kraftstoffeinspritzventil 152 in einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors installierte und der Kraftstoff vom Kraftstoffeinspritzventil 152 direkt in jede Brennkammer eingespritzt wurde. Der thermische Durchflussmesser 300 kann auf ähnliche Weise in einem Motortyp verwendet werden, in dem Kraftstoff direkt in jede Brennkammer eingespritzt wird, und ebenso in einem Motortyp, in dem Kraftstoff in eine Einlassöffnung des Verbrennungsmotors in 1 eingespritzt wird. Die Methoden zur Messung von Steuerparametern, einschl. der Methoden zur Verwendung des thermischen Durchflussmessers 300 und zur Steuerung des Verbrennungsmotors, einschl. der zugeführten Kraftstoffmenge oder Zündzeitpunkt sind bei beiden Motortypen grundsätzlich sehr ähnlich. Ein anschauliches Beispiel der beiden Typen, ein Typ, in dem Kraftstoff in die Einlassöffnung eingespritzt wird, ist in 1 dargestellt.
Der Kraftstoff und die in die Brennkammer geführte Luft bilden ein Kraftstoff/Luft-Gemisch und werden durch Funkenzündung der Zündkerze 154 explosionsartig verbrannt und erzeugen so mechanische Energie. Das Restgas aus der Verbrennung wird durch ein Abgasrohr und das Auslassventil 118 aus dem Fahrzeug als Abgas 24 abgeleitet. Die Durchflussrate des zu messenden Gases 30, das als Ansaugluft zur Brennkammer geleitet wird, wird gesteuert über die Drosselklappe 132, die wiederum durch das Gaspedal durch Öffnen und Schließen gesteuert wird. Die Menge des Kraftstoffes wird über die Durchflussrate der in die Brennkammer geleiteten Ansaugluft kontrolliert. Ein Fahrer kontrolliert die Öffnung der Drosselklappe 132, und damit die Durchflussrate der in die Brennkammer angesaugten Luft. Als Ergebnis ist es möglich, die Menge der mechanischen Energie aus dem Verbrennungsmotor zu steuern.
Übersicht über die Konfiguration des Verbrennungsmotor-Steuersystems
Die Durchflussrate und die Temperatur des zu messenden Gases 30 als Ansaugluft, die durch den Luftfilter 122 aufgenommen wird und durch den Hauptkanal 124 strömt, werden vom thermischen Durchflussmesser 300 gemessen. Anschließend werden die Ergebnisse als elektrische Signale, die die Durchflussrate und die gemessene Temperatur der Ansaugluft darstellen, in das Steuerelement 200 des thermischen Durchflussmessers 300 eingelesen. Zusätzlich ist am Ausgang der Drosselklappenwinkelsensor 144 eingebaut, der den Öffnungsgrad der Drosselklappe 132 misst und an das Steuerelement 200 weitergibt. Ein Ausgangssignal eines Drehwinkelsensors 146 wird ebenfalls an das Steuerelement 200 ausgegeben, um die Position oder den Zustand des Motorkolbens 114 zu messen, das Einlassventil 116 oder das Auslassventil 118 des Verbrennungsmotors zu steuern und die Drehzahl des Verbrennungsmotors zu regeln. Um das Mischverhältnis zwischen der Kraftstoffmenge und der Luftmenge im Abgas 24 zu messen, sendet ein Sauerstoffsensor 148 im Abgasrohr des Verbrennungsmotors ein Ausgangssignal an das Steuerelement 200.
Das Steuerelement 200 berechnet eine Menge des Kraftstoffs für die Einspritzung oder einen Zeitpunkt der Zündung auf der Basis der Durchflussrate der Ansaugluft als Messergebnis des thermischen Durchflussmessers 300 und einer Drehzahl des Verbrennungsmotors gemessen an der Ausgabe des Drehwinkelsensors 146. Basierend auf dieser Berechnung wird eine Kraftstoffmenge vom Kraftstoffeinspritzventil 152 ausgegeben und ein Zündzeitpunkt für die Zündung der Zündkerze 154 gesteuert. In der Praxis wird die Menge des zugeführten Kraftstoffs oder der Zeitpunkt der Zündung noch genauer bestimmt, und zwar aufgrund der Änderung der Eintrittstemperatur oder des Drosselklappenwinkels, die durch den thermischen Durchflussmesser 300 erfasst werden oder auch durch Änderungen der Motordrehzahl, oder ein bestimmtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das vom Sauerstoffsensor 148 gemessen wird. Im Leerlauf des Verbrennungsmotors kontrolliert das Steuerelement 200 außerdem die Luftmenge, die durch die Drosselklappe 132 strömt, anhand des Leerlaufluft-Steuerventils 156 und damit auch die Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors im Leerlauf.
Verbesserung der Messgenauigkeit des thermischen Durchflussmessers und Voraussetzungen für die Montage des thermischen Durchflussmessers
Sowohl die Menge des zugeführten Kraftstoffs als auch der Zeitpunkt der Zündung werden als die beiden wichtigsten Steuerungsparameter im Verbrennungsmotor vom thermischen Durchflussmesser 300 als Hauptgrößen berechnet. Darüber hinaus werden die Steuerparameter, die Menge des zugeführten Kraftstoffs oder der Zündzeitpunkt bei Bedarf auf Basis der Ansaugluft-Temperatur korrigiert. Deshalb sind die Verbesserung der Messgenauigkeit, die Verlangsamung des Alterungsprozesses und die Verbesserung der Verlässlichkeit des thermischen Durchflussmessers 300 wichtig für die Verbesserung der Steuergenauigkeit oder für die Erhöhung der Verlässlichkeit eines Fahrzeuges. Insbesondere in den letzten Jahren haben die Forderungen nach weniger Kraftstoffverbrauch und besserer Abgasreinigung zugenommen. Um solchen Forderungen nachkommen zu können, sind noch genauere Messungen von Durchflussrateen des zu messenden Gases 30, als vom thermischen Durchflussmesser 300 gemessene Ansaugluft, ausgesprochen wichtig. Darüber hinaus ist es auch wichtig, die hohe Verlässlichkeit des thermischen Durchflussmessers 300 beizubehalten.
Ein Fahrzeug mit dem thermischen Durchflussmesser 300 wird in einer Umgebung genutzt, in der große Temperaturunterschiede oder schwierige Wetterbedingungen wie Sturm oder Schnee herrschen. Fährt ein Fahrzeug auf einer schneebedeckten Straße, fährt es auf einem Belag, auf den Frostschutzmittel aufgetragen wurden. Hier ist der Einsatz eines thermischen Durchflussmessers 300 als Gegenmaßnamen zu empfehlen, da er für widrige Umgebungen mit Temperaturschwankungen, Staub und Schadstoffen konzipiert wurde. Außerdem kann der thermische Durchflussmesser 300 in Umgebungen installiert werden, in denen der Verbrennungsmotor Vibrationen ausgesetzt wird. Er ist so ausgelegt, dass er auch unter hoher Vibrationen hoch zuverlässig arbeitet.
Der thermische Durchflussmesser 300 ist im Hauptkanal 124 als Teil des Ansaugrohrs installiert und wird durch die Wärme des Verbrennungsmotors beeinflusst. Aus diesem Grund wird die vom Verbrennungsmotor erzeugte Wärme an den thermischen Durchflussmesser 300 über das Ansaugrohr, das Teil des Hauptkanals 124 ist, übertragen. Weil der thermische Durchflussmesser 300 die Durchflussrate des zu messenden Gases anhand der Wärmeübertragung über das gleiche zu messende Gas erfasst, ist es wichtig, Wärme von außen so weit wie möglich zu unterdrücken.
Der in einem Fahrzeug montierte thermische Durchflussmesser 300 löst die Probleme, die im Abschnitt „Probleme, die durch die Erfindung zu lösen sind“ und leistet das, was unter „Auswirkungen der Erfindung“ dokumentiert ist. Zusätzlich, wie unter beschrieben, löst er verschiedene Problem die als Produkt gefordert wurden, und bietet verschiedene Wirkungen gegen verschiedene, oben beschriebene Probleme. Bestimmte Probleme oder Auswirkungen, die durch den thermischen Durchflussmesser 300 gelöst bzw. erreicht werden, sind in den folgenden Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen dokumentiert.
Konfiguration des thermischen Durchflussmessers 300
Die äußere Bauweise des thermischen Durchflussmessers 300
2(A), 2(B), 3(A), 3(B), 4(A) und 4(B) sind Diagramme, die das Äußere des thermischen Durchflussmessers 300 zeigen. 2 (A) stellt die linke Seitenansicht des thermischen Durchflussmessers 300 dar, 2 (B) die Vorderansicht, 3 (A) die rechte Seitenansicht, 3 (B) ist die Rückseitenansicht, 4 (A) ist eine Draufsicht, und 4(B) ist die Unteransicht. Der thermische Durchflussmesser 300 besitzt eine Ummantelung 301. Die Ummantelung 301 besteht aus einem Gehäuse 302, einer vorderen Abdeckung 303 und einer hinteren Abdeckung 304. Im Gehäuse 302 befinden sich ein Flansch 312 zur Fixierung des thermischen Durchflussmessers an einem Ansauggehäuse als Hauptkanal 124, ein externer Steckverbinder 305, der über externe Anschlüsse 306 für elektrische Verbindungen zu externen Geräten verfügt, und eine Messeinheit 310, die die Durchflussrate u. ä. misst. Die Messeinheit 310 ist intern mit einer Bypass-Kanalrinne als Umgehungsleitung ausgestattet. Darüber hinaus verfügt die Messeinheit 310 über eine eingebaute Schaltbaugruppe 400 aus einer Komponente zur Luftmengenmessung 602 (siehe 19), die die Durchflussrate des zu messenden Gases 30 im Durchfluss durch den Hauptkanal 124 misst und eine Einheit mit einem Temperatursensor 452, der die Temperatur des zu messenden Gases 30 im Durchfluss durch den Hauptkanal 124 misst.
Die äußere Bauweise des thermischen Durchflussmessers 300 und entsprechende Auswirkungen
Da sich die Ansaugöffnung 350 des thermischen Durchflussmessers 300 am vorderen Ende der Messeinheit 310 befindet und sich vom Flansch 312 in Richtung der Mitte des Hauptkanals erstreckt und sich das zu messende Gas 30 in der Nähe des Mittelteils, entfernt von der Innenwandoberfläche, statt der Nähe der inneren Wandfläche des Hauptkanals 124 befindet, kann der Einlass in den Bypass-Kanal erfolgen. Deshalb kann der thermische Durchflussmesser 300 die Durchflussrate oder die Temperatur des zu messenden Gases 30 entfernt von der inneren Wandoberfläche des Hauptkanals 124 des thermischen Durchflussmessers 300 messen, sodass es möglich wird, eine Messungenauigkeit durch Wärme oder andere Einflüsse zu unterdrücken. In der Umgebung der inneren Wandseite des Hauptkanals 124 kann das zu messende Gas 30 schnell beeinflusst werden durch die Temperatur des Hauptkanals 124, sodass die gemessene Temperatur des zu messenden Gases 30 von der tatsächlichen Temperatur abweichen kann und eine Messung ausgibt, die vom durchschnittlichen Zustand des Hauptgases im Hauptkanal 124 abweicht. Dies geschieht insbesondere dann, wenn der Hauptkanal 124 als Ansauggehäuse des Motors fungiert. Das kann die Wärme des Motors insofern beeinflussen, als dass er sehr heiß bleibt. Aus diesem Grund hat das Gas in der Nähe der Innenwandfläche des Hauptkanals 124 oft eine höhere Temperatur als die tatsächliche Temperatur des Hauptkanals 124. Dies verschlechtert die Messgenauigkeit.
In der Nähe der Innenwandfläche des Hauptkanals 124 herrschen ein erhöhter Flüssigkeitswiderstand und eine gedrosselte Durchflussrate im Vergleich zu einer mittleren Durchflussrate im Hauptkanal 124. Aus diesem Grund könnte ein Messfehler dann entstehen, wenn das Gas in der Nähe der Innenwand des Hauptkanals 124 in den Bypass-Kanal als Messzielgas 30 eingespritzt und die Durchflussrate im Vergleich zur durchschnittlichen Durchflussrate im Hauptkanal 124 verringert wird. Im thermischen Durchflussmesser 300, der in 2(A), 2(B), 3(A), 3(B), 4(A) und 4(B) dargestellt ist, ist es möglich, einen Messfehler durch eine niedrigere Durchflussrate in der Nähe der Wandinnenfläche zu minimieren, da die Einlassöffnung 350 sich im vorderen Ende der dünnen und langen Messeinheit 310 befindet und sich hin zur Mitte des Hauptkanals 124 vom Flansch 312 erstreckt. Im thermischen Durchflussmesser 300 der in 2(A), 2(B), 3(A), 3(B), 4(A) und 4(B) dargestellt ist, ist am Bypass-Kanal am vorderen Ende der Messeinheit 310 eine Auslassöffnung angebracht, da die Einlassöffnung 350 sich in der Nähe des vorderen Endes der dünnen und langen Messeinheit 310 befindet und sich hin zur Mitte des Hauptkanals 124 vom Flansch 312 erstreckt. Daher ist es möglich, den Messfehler künftig zu verringern.
Die Messeinheit 310 am thermischen Durchflussmesser 300 weist eine Form auf, die sich vom Flansch 312 hin zur Mitte des Hauptkanals 124 hinzieht. Das vordere Ende ist mit einer Einlassöffnung 350 versehen. Hier wird ein Teil des zu messenden Gases 30 eingeleitet, etwa Ansaugluft in den Bypass-Kanal und zur Auslassöffnung 352 zur Rückleitung des zu messenden Gases 30 aus dem Bypass-Kanal in den Hauptkanal 124. Während die Messeinheit 310 eine Form aufwiest, die entlang einer Achse entlang bis zur Mitte der Außenwand des Hauptkanals 124 geführt wird, ist sie etwas schmaler, wie in 2 (A) oder 3 (A) zu sehen ist. Das heißt, die Messeinheit 310 des thermischen Durchflussmessers 300 hat eine Frontoberfläche mit annähernd rechteckiger Form und eine schmale Seitenfläche. Folglich kann der thermische Durchflussmesser 300 einen Bypass-Kanal mit ausreichender Länge aufweisen, und es ist möglich, den Flüssigkeitswiderstand auf einen kleinen Wert für das zu messende Gas 30 zu senken. Aus diesem Grund ist es beim Einsatz des thermischen Durchflussmessers 300 möglich, den Flüssigkeitswiderstand auf einen kleineren Wert zu senken und die Durchflussrate des zu messenden Gases 30 sehr genau zu messen.
Aufbau und Wirkung der Messeinheit 310
Entlang der Flussrichtung des durch den Hauptkanal 124 strömenden zu messenden Gases 30 befindet sich ein gegen die Stromrichtung ausgerichteter Vorsprung 317 und ein mit der Stromrichtung ausgerichteter Vorsprung 318 in der gegen die Stromrichtung ausgerichteten Oberfläche bzw. in der mit der Stromrichtung ausgerichteten Oberfläche der Messeinheit 310 als Teil des thermischen Durchflussmessers 300. Der gegen die Stromrichtung ausgerichtete Vorsprung 317 und der mit der Stromrichtung ausgerichtete Vorsprung 318 weisen eine T-Form entlang der Vorderseite des Halses auf, sodass es möglich ist, den Flüssigkeitswiderstand des zu messenden Gases 30, bzw. der Ansaugluft aus dem Hauptkanal 124 zu reduzieren. Der gegen die Stromrichtung ausgerichtete Vorsprung 317 ist zwischen der Wärmeisolierung 315 und der Einlassöffnung 343 platziert. Der gegen die Stromrichtung ausgerichtete Vorsprung 317 hat einen großen Querschnitt und erhält starke Wärmeleitung vom Flansch 312 oder der Wärmeisolierung 315. Allerdings ragt der gegen die Stromrichtung ausgerichtete Vorsprung 317 in der Nähe der Einlassöffnung 343 hervor und die Länge des Temperaturmessabschnitts 452, gemessen von der Seite des Temperaturmessabschnitts 452 mit dem gegen die Stromrichtung ausgerichteten Vorsprung 317 erhöht sich durch den Hohlraum der gegen die Stromrichtung liegenden Außenwand des Gehäuses 302 wie nachfolgend beschrieben. Aus diesem Grund wird die Wärmeleitung von der Wärmeisolierung 315 an der Trägereinheit der Einheit mit dem Temperatursensor 452 unterdrückt.
Die Temperatur des durch die Einlassöffnung 343 eintretenden zu messenden Gases 30 wird durch den Temperaturmessabschnitt 452 gemessen, wobei das zu messende Gas 30 durch den Strömungsweg zur Temperaturmessung fließt, der durch den weiter unten beschriebenen Außenwand-Hohlabschnitt 366 des Gehäuses 302 (siehe 5) gebildet wird. Anschließend gelangt es aus der vorderen Auslassöffnung 344 oder der hinteren Auslassöffnung 345 in den Hauptkanal 124. Da das aus der Eingangsöffnung 343 eingeführte zu messende Gas 30 entlang des Vorsprungs 424 des Temperaturmessabschnitts 452 (siehe 11) mithilfe der Kühlkanalrinne geleitet wird, nähern sich die Temperaturen des Vorsprungs 424 und des Temperaturmessabschnitts 452 der Temperatur des zu messenden Gases 30 an. Es ist deshalb möglich, den Einfluss der aus anderen Wärmebereichen an den Vorsprung 424 übertragenen Wärme zu reduzieren. Dies trägt zur Verbesserung der Temperatur-Messgenauigkeit des zu messenden Gases 30 bei.
Das unten beschriebene Endabschlussstück 320 und ein Zwischenraum 382, der das Endabschlussstück 320 enthält, befinden sich zwischen dem Flansch 312 oder der Wärmeisolierung 315 und dem Temperaturmessabschnitt 452. Darum vergrößert sich die Distanz zwischen dem Flansch 312 oder der Wärmeisolierung 315 und dem Temperaturmessabschnitt 452 und die vordere Abdeckung 303 oder die hintere Abdeckung 304 dienen durch ihre Länge als Kühlflächen. Daher ist es möglich, den Einfluss der Temperatur der Wandfläche im Hauptkanal 124 auf den Temperaturmessabschnitt 452 zu reduzieren. Außerdem ist es möglich, da sich der Abstand zwischen dem Flansch 312 oder der Wärmeisolierung 315 und dem Temperaturmessabschnitt 452 vergrößert, einen Teil des zu messenden Gases 30 in den Bypass-Kanal in der Nähe der Mitte des Hauptkanals 124 einzuleiten. Es ist möglich, eine Messungenauigkeit, die durch Wandfläche des Hauptkanals 124 verursacht wird, zu unterdrücken.
Wie in 2(B) oder 3(B) dargestellt, weisen beide Seitenflächen der Messeinheit 310, die sich im Hauptkanal 124 befindet, eine sehr schmale Form auf und die vorderen Enden des in Stromrichtung liegenden Vorsprungs 318 oder des gegen die Stromrichtung liegenden Vorsprungs 317 haben eine schmale Form im Vergleich zum Hals. Dort reduziert sich der Luftwiderstand. Darum ist es möglich, ein durch den Einbau eines thermischen Durchflussmessers 300 in den Hauptkanal 124 verursachtes Ansteigen des Flüssigkeitswiderstandes zu unterdrücken. Ferner steht in dem Bereich, wo der in der Stromrichtung liegende Vorsprung 318 oder der gegen die Stromrichtung liegende Vorsprung 317 vorgesehen sind, der in der Stromrichtung liegende Vorsprung 318 oder der gegen die Stromrichtung liegende Vorsprung 317 hin zu beiden Seitenteilen relativ zu beiden Teilen der vorderen Abdeckung 303 oder der hinteren Abdeckung 304 vor. Da der gegen die Stromrichtung liegende Vorsprung 317 oder der mit der Stromrichtung liegende Vorsprung 318 aus Harzformmasse bestehen, können sie sehr einfach so geformt werden, dass der Luftwiderstand zu vernachlässigen ist. Gleichzeitig weisen die vordere Abdeckung 303 oder die hintere Abdeckung 304 eine große Kühloberfläche auf. Deshalb hat der thermische Durchflussmesser 300 einen niedrigeren Luftwiderstand und kann leicht durch das zu messende Gas 30, das durch den Hauptkanal fließt, gekühlt werden.
Aufbau und Wirkung des Flansch 312
Der Flansch 312 ist versehen mit einer Vielzahl an Vertiefungen 314 an seiner niedrigeren Seite. Dies ist der Teil, der sich in Richtung Hauptkanal 124 richtet. Damit soll die Wärmeübertragungsfläche mit dem Hauptkanal 124 reduziert und die Beeinträchtigung des thermischen Durchflussmessers 300 durch Wärmeeinwirkung erschwert werden. Die Schraubbohrung 313 auf dem Flansch 312 ist dafür vorgesehen, den thermischen Durchflussmesser am Hauptkanal 124 zu montieren, und es entsteht ein Abstand zwischen der Fläche, die gegenüber dem Hauptkanal 124 rund um jede Schraubbohrung 313 liegt, und dem Hauptkanal 124, sodass die dem Hauptkanal 124 zugewandte Fläche rund um jede Schraubbohrung 313 aus dem Hauptkanal 124 herausragt. Als Folge hat der Flansch 312 eine Struktur, die in der Lage ist, die Wärmeübertragung vom Hauptkanal 124 an den thermischen Durchflussmesser 300 zu reduzieren und eine durch Wärmeeintrag verursachte Verminderung der Messgenauigkeit zu verhindern. Zusätzlich zum Effekt der Verringerung der Wärmeleitung kann der Hohlraum 314 den Einfluss der Kontraktion des Harzes von Flansch 312 während der Formung des Gehäuses 302 beeinflussen.
Die thermische Isolierung 315 befindet sich an der Seite des Messabschnitts 310 von Flansch 312. Der Messabschnitt 310 des Wärmeflussmessers 300 wird durch das Montageloch im Hauptkanal 124 in das Gerät eingeführt, sodass die thermische Isolierung 315 in Richtung Innenoberfläche des Montagelochs im Hauptkanal 124 ausgerichtet ist. Der Hauptkanal 124, der beispielsweise als Einlasskörper dient, wird in vielen Fällen auf hoher Temperatur gehalten. Im Gegenzug ist der Hauptkanal 124 so konzipiert, dass er auf einer äußerst niedrigen Temperatur gehalten wird, wenn der Betrieb in einer kalten Umgebung aktiviert wird. Wenn solche hohen oder niedrigen Temperaturen des Hauptkanals 124 sich auf den Temperaturmessabschnitt 452 oder die unten beschriebene Durchflussmessung auswirken, sinkt die Messgenauigkeit. Aus diesem Grund ist eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden Hohlräumen 316 in der thermischen Isolierung 315 vorgesehen, welche an die Lochinnenfläche des Hauptkanals 124 angrenzt, sowie ein äußerst geringer Querschnitt der an die Lochinnenfläche zwischen den nebeneinanderliegenden Hohlräumen 316 angrenzenden thermischen Isolierung 315, der gleich groß oder geringer als 1/3 des Querschnitts der Strömungsausrichtung von Hohlraum 316 ist. Demzufolge ist es möglich, den Einfluss der Temperatur zu reduzieren. Darüber hinaus verdickt sich ein Abschnitt der thermischen Isolierung 315. Während des Harzgusses des Gehäuses 302 kühlt das Harz von einer hohen auf eine niedrige Temperatur ab und härtet aus, wobei es zu einer Volumenschrumpfung kommt, die aufgrund der auftretenden Schrumpfspannung zu einer Verformung führt. Durch das Ausformen des Hohlraums 316 in der thermischen Isolierung 315 ist es möglich, eine einheitlichere Volumenschrumpfung zu erzielen und die Konzentration der Schrumpfspannung zu reduzieren.
Der Messabschnitt 310 des thermischen Durchflussmessers 300 wird durch die Montagebohrung im Hauptkanal 124 in das Gerät eingeführt und im Hauptkanal 124 mittels Flansch 312 des thermischen Durchflussmessers 300 verschraubt. Der thermische Durchflussmesser 300 ist vorzugsweise durch die im Hauptkanal 124 vorgesehene Montagebohrung in einer vorgegebenen Positionierung zu befestigen. Der im Flansch 312 vorgesehene Hohlraum 314 kann zur Bestimmung der Positionierung zwischen dem Hauptkanal 124 und dem thermischen Durchflussmesser 300 herangezogen werden. Durch die Ausformung eines konvexen Abschnitts im Hauptkanal 124 ist es möglich, ein Verhältnis zwischen dem konvexen Abschnitt und dem Hohlraum 314 für die Positionierung vorzugeben und den thermischen Durchflussmesser 300 in seiner exakten Position im Hauptkanal 124 zu montieren.
Aufbau und Wirkung der externen Anschlussverbindung 305 und des Flansch 312
4 (A) ist eine Draufsicht, die den thermischen Durchflussmesser 300 zeigt. Vier externe Anschlüsse 306 und ein Kalibrierungsanschluss 307 befinden sich im Inneren der externen Anschlussverbindung 305. Die externen Anschlüsse 306 umfassen Anschlüsse zur Ausgabe der Durchflussrate und der Temperatur in Form eines Messergebnisses des thermischen Durchflussmessers 300 sowie einen Leistungsanschluss zur Versorgung mit Gleichstrom zum Betrieb des thermischen Durchflussmessers 300. Der Kalibrierungsanschluss 307 verwendet die vom thermischen Durchflussmesser 300 gelieferten Messwerte, um einen Kalibrierungswert für jeden thermischen Durchflussmesser 300 zu erhalten und den Kalibrierungswert in einem internen Speicher des thermischen Durchflussmessers 300 zu speichern. Im anschließenden Messbetrieb des thermischen Durchflussmessers 300 werden die im internen Speicher gespeicherten Kalibrierungsdaten verwendet, die den Kalibrierungswert darstellen, und der Kalibrierungsanschluss 307 wird nicht benutzt. Daher hat der Kalibrierungsanschluss 307 eine andere Form als der externe Anschluss 306, was verhindert, dass der Kalibrierungsanschluss 307 die Verbindung zwischen den externen Anschlüssen 306 und anderen externen Geräten behindert. Da der Kalibrierungsanschluss 307 in dieser Ausführungsform kürzer ist als die externen Anschlüsse 306, stellt der Kalibrierungsanschluss 307 keine Behinderung für das Herstellen von Verbindungen dar, selbst dann nicht, wenn der an den externen Anschluss 306 angeschlossene Verbindungsanschluss zur Verbindung mit externen Geräten in die externe Anschlussverbindung 305 eingeführt wird. Darüber hinaus sind entlang des externen Anschlusses 306 im Inneren des externen Konnektors 305 zahlreiche Hohlräume 308 vorgesehen, welche die Konzentration der Schrumpfspannung beim Auskühlen und Aushärten des für Flansch 312 verwendeten Harzes verringeren.
Da der Kalibrierungsanschluss 307 zusätzlich zu den beim Messbetrieb des thermischen Durchflussmessers 300 verwendeten externen Anschlüssen 306 vorgesehen ist, besteht die Möglichkeit, die Eigenschaften jedes thermischen Durchflussmessers 300 vor dem Versand zu messen, dadurch eine Abweichung des Produktes zu erheben und einen Kalibrierungswert zur Verringerung der Abweichung im internen Speicher des thermischen Durchflussmessers 300 zu speichern. Der Kalibrierungsanschluss 307 hat eine andere Form als der externe Anschluss 306, was verhindert, dass der Kalibrierungsanschluss 307 nach der Kalibrierung die Verbindung zwischen den externen Anschlüssen 306 und anderen externen Geräten behindert. Auf diese Weise ist es bei der Nutzung des thermischen Durchflussmessers 300 möglich, die vor der Auslieferung vorhandenen Abweichungen zwischen den einzelnen thermischen Durchflussmessern 300 zu reduzieren und die Messgenauigkeit zu verbessern.
Gesamtaufbau des Gehäuses 302 und seine Wirkungen
Aufbau und Wirkung des Bypass-Kanals und des Luftstrom-Messabschnitts
5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) zeigen das Gehäuse 302 des thermischen Durchflussmessers ohne vordere 303 und hintere 304 Abdeckung. 5(A) zeigt die linke Seite des Gehäuses 302, 5(B) zeigt die Vorderansicht des Gehäuses 302, 6(A) zeigt die rechte Seite des Gehäuses 302 und 6(B) zeigt die Rückansicht des Gehäuses 302. Im Gehäuse 302 ragt der Messabschnitt 310 vom Flansch 312 in Richtung der Mitte des Hauptkanals 124 und an dessen Vorderende ist eine Bypass-Kanalrinne zur Ausformung eines Bypass-Kanals vorgesehen. In dieser Ausführungsform ist die Bypass-Kanalrinne sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite des Gehäuses 302 vorgesehen. 5(B) zeigt eine Bypass-Kanalrinne an der Vorderseite 332 und 6(B) zeigt eine Bypass-Kanalrinne an der Hinterseite 334. Da eine Einlassrinne 351 zur Bildung der Einlassöffnung 350 des Bypass-Kanals sowie eine Auslassrinne 353 zur Bildung der Auslassöffnung 352 an der Vorderseite des Gehäuses 302 vorgesehen sind, kann das von der inneren Wandoberfläche des Hauptkanals 124 entfernte Gas, das heißt, der Gasstrom durch die Mitte des Hauptkanals 124 und dessen Umgebung als das zu messende Gas 30 durch die Einlassöffnung 350 aufgenommen werden. Der Gasstrom in der Nähe der inneren Wandoberfläche des Hauptkanals 124 wird durch die Temperatur der Wandoberfläche des Hauptkanals 124 beeinflusst und weist eine andere Temperatur auf als die Durchschnittstemperatur des durch den Hauptkanal 124 strömenden Gases, wie zum Beispiel in vielen Fällen das zu messende Gas 30. Darüber hinaus weist der Gasstrom in der Nähe der Innenwandseite des Hauptkanals 124 in vielen Fällen eine geringere Strömungsgeschwindigkeit auf als die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms, der durch den Hauptkanal 124 fließt. Da der thermische Durchflussmesser 300 entsprechend der Ausführungsform gegenüber einem solchen Einfluss resistent ist, ist es möglich, eine Verschlechterung der Messgenauigkeit zu vermeiden.
Der oben beschriebene Bypass-Kanal, der aus der Bypass-Kanalrinne an der Vorderseite 332 oder der Bypass-Kanalrinne an der Rückseite 334 besteht, ist mit der thermischen Isolierung 315 von Flansch 312 über den Außenwand-Hohlabschnitt 366, die anstromseitige Außenwand 335 oder die abstromseitige Außenwand 336 verbunden. Darüber hinaus ist die Außenwand an der Anströmseite 335 mit dem anstromseitigen Vorsprung 317 und die Außenwand an der Abströmseite 336 mit dem abstromseitigen Vorsprung 318 ausgestattet. Da der thermische Durchflussmesser 300 mittels des Flansch 312 am Hauptkanal montiert ist, ist die Befestigung der Messeinheit 310 mitsamt des Schaltungspakets 400 am Hauptkanal 124 überaus verlässlich.
In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 302 mit der Bypass-Kanalrinne zur Bildung des Bypass-Kanals ausgestattet und die Abdeckungen des Gehäuses 302 werden an der Vorder- und Rückseite montiert, wodurch der Bypass-Kanal aus der Bypass-Kanalrinne und den Abdeckungen gebildet wird. In diesem Aufbau ist es möglich, die Gesamtheit der Bypass-Kanalrinnen als Teil von Gehäuse 302 im Verlauf des Harzformprozesses für eben dieses Gehäuse auszubilden. Da während der Herstellung des Gehäuses 302 die Matrizen in beiden Oberflächen des Gehäuses 302 vorhanden sind, ist es darüber hinaus möglich, sowohl die Bypass-Kanalrinne an der Vorderseite 332 als auch die Bypass-Kanalrinne an der Rückseite 334 mittels der Matrizen für diese beiden Oberflächen als Bestandteil des Gehäuses 302 zu formen. Da die Abdeckungen für die Vorderseite 303 und für die Rückseite 304 für beide Oberflächen des Gehäuses 302 vorgesehen sind, besteht die Möglichkeit, die beiden Bypass-Kanäle an den beiden Oberflächen des Gehäuses 302 zu bilden. Da die Bypass-Kanalrinne an der Vorderseite 332 sowie die Bypass-Kanalrinne an der Rückseite 334 an den beiden Oberflächen des Gehäuses 302 unter Verwendung von Matrizen gebildet werden, ist es möglich, die Bypass-Kanäle mit hoher Genauigkeit zu formen und hohe Produktivität zu erzielen.
Wie auf 2(A), 2(B), 3(A), 3(B), 5(A), 5(B), 6(A), und 6(B) zu erkennen ist, sind die anstromseitige Außenwand 335 oder die abstromseitige Außenwand 336, hervorstehend zur Vorderseite oder Rückseite von der Vorderseite oder Rückseite des Gehäuses 302, ein Verbindungsabschnitt entlang der thermischen Isolierung 315 der anstromseitigen Außenwand 335 oder der abstromseitigen Außenwand 336, der Innenwand des Bypass-Kanals auf der Rückseite 391 oder der Außenwand des Bypass-Kanals auf der Rückseite 392, und der Scheitelabschnitt der Innenwand des Bypass-Kanals auf der Vorderseite 393 oder die Außenwand des Bypass-Kanals auf der Vorderseite 394 auf der Vorderseiten- oder Rückseitenabdeckung 303 oder 304 so angebracht, dass ein abgeschlossener Raum und ein Bypass-Kanal vom Gehäuse 302 und der Vorder- oder Rückseitenabdeckung 303 oder 304 gebildet werden.
Wie im Folgenden beschrieben, befinden sich das Schaltungspaket 400 und der Spalt 382 in dem abgeschlossenen Raum. Die Verbindung zwischen dem Gehäuse 302 und der Vorderseiten- oder Rückseitenabdeckung 303 oder 304 wird durch Laserschweißen o. ä. hergestellt. Sind das Gehäuse 302 und die Vorderseiten- oder Rückseitenabdeckung 303 oder 304 jedoch vollständig hermetisch abgeschlossen, kann die durch Temperaturänderungen verursachte Gasausdehnung u. ä. zu Problemen führen. Deshalb ist eine abgeschlossene, jedoch luftdurchlässige Struktur vorgesehen. Durch Verwendung der luftdurchlässigen Struktur ist es möglich, einen temperaturbedingten Anstieg des Differenzdrucks zwischen dem abgeschlossenen Raum und der Umgebung zu vermindern.
Gemäß 6(B) wird ein Teil des zu messenden Gases 30, das durch den Hauptkanal 124 strömt, über die Einlassrinne 351, welche die Einlassöffnung 350 bildet, ins Innere der Bypass-Kanalrinne an der Rückseite 334 geleitet und fließt durch die Bypass-Kanalrinne an der Rückseite 334. Die Bypass-Kanalrinne an der Rückseite 334 wird mit dem Verlauf der Gasströmung zunehmend tiefer und das zu messende Gas 30 bewegt sich langsam in Richtung Vorderseite, während es die Rinne durchströmt. Insbesondere ist die Bypass-Kanalrinne an der Rückseite 334 mit einem Abschnitt mit einem steilen Gefälle 347 versehen, welches in der Nähe von Öffnung 342 stark abfällt, sodass ein Teil der Luft, welcher eine gringe Masse aufweist, sich entlang des Abschnitts mit einem steilen Gefälle 347 bewegt und anschließend durch Öffnung 342 zur Messoberfläche 430 strömt, wie in 5(B) gezeigt. Währenddessen ein Fremdkörper mit einer größeren Masse Schwierigkeiten hat, seinen Weg kontinuierlich zu korrigieren, bewegt er sich hin zur Rückseite der Messoberfläche 431, wie in 6(B) dargestellt wird. Dann gelangt der Fremdkörper durch die Öffnung 341 zur Messoberfläche 430, wie in 5(B) dargestellt.
In der Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332, zu sehen in 5(B), bewegt sich die Luft als zu messendes Gas 30 von der Öffnung 342 zur Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332, strömt entlang der Messoberfläche 430, und es erfolgt mit dem Luftstrom-Messabschnitt 602 eine Wärmeübertragung zur Messung der Durchflussrate unter Nutzung des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436, die in der Messfläche 430 zur Messung der Durchflussrate vorgesehen ist. Sowohl das zu messende Gas 30, das durch die Messoberfläche 430 strömt, als auch die Luft, die durch die Öffnung 341 in die Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 fließt, bewegen sich durch die Bypass-Kanalrinne 332 auf der Vorderseite hindurch und werden über die Auslassrinne 353 zur Bildung der Auslassöffnung 352 in den Hauptkanal 124 eingeleitet.
Eine Substanz mit größerer Masse, etwa eine Verunreinigung im zu messenden Gas 30, hat ein hohes Trägheitsmoment und kann deshalb die eingeschlagene Bahn im Kanal nur schwer abrupt in Richtung der tiefen Seite des Kanals entlang der Oberfläche des Abschnitts mit steilem Gefälle 347 ändern, wo der Kanal steil abfällt, wie in 6(B) gezeigt. Weil sich der Fremdkörper mit größerer Masse entlang der Rückseite der Messfläche 431 bewegt, ist es möglich ihn, während er sich nahe der Abnahmeeinheit der Wärmeübertragungsfläche 436 vorbeibewegt, abzudrängen. In dieser Ausführungsform, da die meisten Fremdkörper größerer Masse als das Gas, das durch Rückseite der Messoberfläche 431 strömt, haben, ist es möglich Störungen durch Verunreinigung mit Fremdkörpern, wie etwa Bestandteile von Ölen, Kohlenstoff oder anderen Kontaminierungen zu minimieren und eine Verschlechterung der Messgenauigkeit zu vermeiden. Das heißt, da der Weg des zu messenden Gases 30 entlang der Strömungsrichtung im Hauptkanal 124 steil ansteigt, wird der Einfluss von Fremdkörpern, die sich im zu messenden Gas 30 befinden, reduziert.
In dieser Ausführungsform führt der Strömungsweg, der die Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 umfasst, vom vorderen Ende des Gehäuses 302 entlang einer gekrümmten Linie zum Flansch, und das durch den dem Flansch am nächsten gelegenen Bypass-Kanal strömende Gas bewegt sich entgegen der Strömungsrichtung im Hauptkanal 124. Derart ist der Bypass-Kanal an der hinteren Oberflächenseite (eine Seite des Rückstroms) mit dem Bypass-Kanal der Vorderflächenseite (andere Seite des Rückstroms) verbunden. Im Ergebnis ist es möglich, einfach die Abnahmeeinheit der Wärmeübertragungsfläche 436 des Schaltungspakets 400 am Bypass-Kanal zu fixieren und das zu messende Gas 30 in der Position nahe der Mitte des Hauptkanals 124 aufzunehmen.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Öffnungen 342 und 341, welche durch die Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 und auf der Vorderseite 332 führen, auf der Anström- und Abströmseite der Strömungsrichtung auf der Messoberfläche 430 zur Messung der Durchflussrate vorgesehen. Mittels der durchgängigen Öffnungen 342 und 341 ist der Bypass-Kanal so geformt, dass das zu messende Gas 30 sich von der in einer Oberfläche von Gehäuse 302 gebildeten Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 zur in der anderen Oberfläche von Gehäuse 302 gebildeten Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 bewegt. So lassen sich die Bypass-Kanalrinnen auf beiden Oberflächen des Gehäuses 302 in einem einzelnen Harzformprozess bilden und eine Struktur formen, die beide Oberflächen miteinander verbindet.
Durch das Vorhandensein der Öffnungen 342 und 341 auf beiden Seiten der in das Schaltungspaket 400 integrierten Messoberfläche 430 kann ein Einströmen des Harzes in den Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 in der Messoberfläche 430 verhindert werden, indem zur Formung der Öffnungen 342 und 341 Matrizen verwendet werden. Darüber hinaus kann während der Formung der Öffnungen 342 und 341 an der Anström- und Abströmseite der Messoberfläche 430 zur Montage des Schaltungspakets 400 am Gehäuse 302 durch Harzformung eine Matrize in diesen beiden Öffnungen platziert werden, um das Schaltungspaket 400 mittels dieser zu positionieren und zu fixieren.
In der vorliegenden Ausführungsform gibt es zwei Öffnungen (Öffnung 342 und Öffnung 341), die als durchgängige Öffnungen durch die Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 und die Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 vorgesehen sind. Allerdings kann selbst dann, wenn die beiden Öffnungen 342 und 341 nicht vorgesehen sind, die Form eines Bypass-Kanals zur Verbindung der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 und der Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 mittels eines einzigen Harzformungsprozesses unter Verwendung einer dieser beiden Öffnungen gebildet werden.
Eine Innenwand des Bypass-Kanals auf der Rückseite 391 und eine Außenwand des Bypass-Kanals auf der Rückseite 392 sind auf beiden Seiten der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 vorgesehen. Die innere Seitenfläche der hinteren Abdeckung 304 liegt am vorderen Ende der Höhenausrichtung jeder Innenwand des Bypass-Kanals auf der Rückseite 391 und der Außenwand des Bypass-Kanals auf der Rückseite 392 an, sodass der Bypass-Kanal auf der Rückseite im Gehäuse 302 geformt ist. Ferner sind eine Innenwand des Bypass-Kanals auf der Vorderseite 393 und eine Außenwand des Bypass-Kanals auf der Vorderseite 394 auf beiden Seiten der Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 vorgesehen. Die innere Seitenfläche der hinteren Abdeckung (SIC! should probably be „front cover 303“) 304 liegt am vorderen Ende der Höhenausrichtung der Innenwand des Bypass-Kanals auf der Vorderseite 393 und der Außenwand des Bypass-Kanals auf der Vorderseite 394, sodass der Bypass-Kanal auf der Vorderseite im Gehäuse 302 geformt ist.
In dieser Ausführungsform strömt das zu messende Gas 30, aufgeteilt über die Messoberfläche 430 und deren Rückseite sowie der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 zum Messen der Durchflussrate an einer dieser beiden Stellen. Allerdings kann das Messzielgas 30 auch ausschließlich entlang der vorderen Fläche der Messoberfläche 430 strömen, statt in zwei Kanäle aufgeteilt zu werden. Mit einer zweiten Krümmung im Bypass-Kanal, die neben der ersten Achse entlang der Strömungskurve im Hauptkanal 124 läuft, ist es möglich, einen Fremdkörper im Messzielgas 30 dort auf die Seite zu drängen, wo die Krümmung der dieser zweiten Achse unbedeutend ist. Durch die Platzierung der Messoberfläche 430 und des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 an der Stelle, wo die Krümmung der zweiten Achse signifikant ist, ist es möglich, den Einfluss von Fremdkörpern zu verringern.
In dieser Ausführungsform sind die Messoberfläche 430 und der Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 in einem Verbindungsteil zwischen der Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 und der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 vorgesehen. Allerdings können die Messoberfläche 430 und der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 statt im Verbindungsteil zwischen der Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 und der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 auch in der Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 oder der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 angebracht werden.
Eine eingestanzte Mündung ist in einem Teil des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 in der Messfläche 430 vorgesehen, um die Durchflussrate messen zu können, sodass sich die Strömungsgeschwindigkeit durch diese Mündung wirksam erhöht, und dadurch die Messgenauigkeit verbessert wird. Darüber hinaus ist es mit dieser Mündung möglich, selbst wenn ein Wirbel in der Strömung des Gases in der Anstromseite der Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 auftritt, diesen Wirbel auszulöschen oder abzuschwächen, was wiederum die Messgenauigkeit verbessert.
Bezugnehmend auf 5(A), 5(B), 6(A) und 6 (B) ist dort ein Außenwand-Hohlabschnitt 366 vorgesehen, wo die anstromseitige äußere Wand 335 eine Auswölbung hin zur abstromseitigen Seite im verengten Teil des Temperaturmessabschnitts 452 aufweist. Aufgrund dieses Außenwand-Hohlabschnitts 366 nimmt der Abstand zwischen dem Temperaturmessabschnitt 452 und dem Außenwand-Hohlabschnitt 366 zu, sodass es möglich ist, den Einfluss von Wärme über die anstromseitige Außenwand 335 zu reduzieren.
Da sich der Außenwand-Hohlabschnitt 366 in einem verengten Teil des Temperaturmessabschnitts 452 befindet, ist es möglich, den Einfluss der über Flansch 312 oder über die thermische Isolierung 315 durch die anströmseitige Außenwand 335 übertragenen Wärme zu reduzieren. Außerdem ist der Außenwand-Hohlabschnitt 366 zur Temperaturmessung, gebildet durch eine Kerbe zwischen dem anströmseitigen Vorsprung 317 und dem Temperaturmessabschnitt 452, vorgesehen. Unter Verwendung des Außenwand-Hohlabschnitts 366 ist es möglich, die Wärmeübertragung auf den Temperaturmessabschnitt 452 durch den anströmseitigen Vorsprung 317 zu reduzieren. Infolgedessen ist es möglich, die Erfassungsgenauigkeit des Temperaturmessabschnitts 452 zu verbessern. Insbesondere kann Wärme aufgrund der großen Querschnittsfläche des anströmseitigen Vorsprungs 317 einfach auf diesen übertragen werden, wodurch die Funktionalität des Außenwand-Hohlabschnitts 366 zur Blockierung der Wärmeübertragung an Bedeutung gewinnt.
Aufbau und Wirkung des Luftstrom-Messabschnitts des Bypass-Kanals
7 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht im Querschnitt entlang der Linie A-A von 6(A) und 6(B), die einen Zustand zeigt, in dem die Oberfläche im Durchströmbereich 430 des Schaltungspakets 400 im Inneren der Bypass-Kanalrinne angebracht ist. Es wird darauf hingewiesen, dass 7 ein Entwurfsdiagramm ist, das im Vergleich zu den spezifischen Konfigurationen von 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) Details vereinfacht darstellt oder weggelassen und leicht modifizieren kann. Die linke Seite der 7 ist der angerissene Endabschnitt der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334, die rechte Seite ist der erste Abschnitt eines Endstück der Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332. Obwohl in 7 nicht eindeutig dargestellt, sind die Öffnungen 342 und 341 sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite des Schaltungspakets 400 mit der integrierten Messoberfläche 430 vorgesehen. Die Bypass-Kanalrinnen auf der Rückseite 334 und auf der Vorderseite 332 sind mit der linken und der rechten Seite des Schaltungspakets 400 und der Messoberfläche 430 verbunden.
Das zu messende Gas 30, das von der Einlassöffnung 350 aufgenommen wird und auf der Rückseite 334 im Bypass-Kanal durch die Bypass-Kanalrinne strömt, wird von der linken Seite der 7. Ein Teil des zu messenden Gases 30 strömt entlang des Strömungsweges 386, der auch die Vorderseite der Messoberfläche 430 des Schaltungspakets 400 und den Vorsprung 356 einschließt und in der Frontabdeckung 303, der sich in der Vorderseite 303 befindet, geleitet und strömt durch die Öffnung 342. Der andere Teil des zu messenden Gases 30 strömt über den Strömungsweg 387, der durch die Rückseite der Messoberfläche 431 und die hintere Abdeckung 304 gebildet wird. Danach strömt das zu messende Gas 30 über den Strömungsweg 387 bewegt sich durch die Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 durch die Öffnung 341 und wird mit dem zu messenden Gas 30 aus dem Strömungsweg 386 vermischt. Von hier strömt es durch die Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 und wird über die Auslassöffnung 352 im Hauptkanal 124 abgeführt. Es ist anzumerken, dass der Vorsprung 358, der an der rückseitigen Abdeckung 304 liegt und in Richtung der Rückseite der Messoberfläche 431 ragt, im Strömungsweg 387 vorgesehen ist.
Da die Bypass-Kanalrinne so geformt ist, dass das zu messende Gas 30 von der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 durch die Öffnung 342 in den Strömungsweg 386 geleitet wird und sie damit eine stärkere Krümmung aufweist als die Strömungsführung für den Strömungsweg 387, werden Partikel mit einer höheren Masse, wie beispielsweise Verunreinigungen im zu messenden Gas 30, im Strömungsweg 387 mit seiner weniger starken Krümmung gesammelt. Aus diesem Grund sind im Strömungsweg 386 praktisch keine Fremdkörper zu finden.
Der Strömungsweg 386 ist so gestaltet, dass er eine Öffnung bildet, bei der die Frontabdeckung 303 am Vorderende der Bypass-Kanalrinne an der Vorderseite 332 anschließt und der Vorsprung 356 nahtlos in Richtung der Messoberfläche 430 ragt. Die Messoberfläche 430 ist auf einer Seite des Öffnungsabschnitts in Strömungsweg 386 positioniert und mit dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 für die Wärmeübertragung zwischen dem Abschnitt zur Luftdurchflussmessung 602 und dem Messzielgas 30 ausgestattet. Damit die Messung im Abschnitt zur Luftdurchflussmessung 602 mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann, ist es von Vorteil, wenn das Messzielgas 30 im Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 in Form einer laminaren Strömung mit einem kleinen Wirbel fließt. Außerdem erhöht sich mit steigender Strömungsgeschwindigkeit auch die Messgenauigkeit. Daher ist die Öffnung derart geformt, dass der Vorsprung 356 an der Frontabdeckung 303 gegenüber der Messoberfläche 430 liegt und nahtlos in deren Richtung ragt. Dies Öffnung reduziert Wirbel im Messzielgas 30 so weit, dass sich die Strömung einer laminaren Strömung annähert. Da die Durchflussrate im Bereich der Öffnung steigt und der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 zum Messen der Durchflussrate in der Öffnung liegt, steigt außerdem die Messgenauigkeit der Durchflussrate.
Da die Mündung so geformt ist, dass der Vorsprung 356 in Richtung der Innenseite der Bypass-Kanalrinne ragt und sich gegenüber dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 an der Oberfläche 430 des Durchströmbereichs befindet, wird die Messgenauigkeit erhöht. Der Vorsprung 356, der die Mündung bildet, liegt auf Abdeckung gegenüber dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436, welcher wiederum an der Oberfläche des Durchströmbereichs 430 liegt. Da es sich, wie in in 7 dargestellt, bei der dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 auf der Oberfläche des Durchströmbereichs 430 gegenüberliegenden Abdeckung um die Frontabdeckung 303 handelt, ist der Vorsprung 356 in der Frontabdeckung 303 vorgesehen. Alternativ dazu kann der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 auch in der dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche in der Oberfläche des Durchströmbereichs 430 gegenüberliegenden Front- oder Rückabdeckung 303 bzw. 304 liegen. Abhängig davon, auf welcher Fläche des Schaltungspakets 400 die Oberfläche des Durchströmbereichs 430 und der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 vorgesehen sind, ist die dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 gegenüberliegende Abdeckung auszutauschen.
Eine Aufteilung des Messzielgases 30 auf die Strömungswege 386 und 387 steht außerdem in Beziehung zur hohen Messgenauigkeit. Eine Verteilung des zu messenden Gases 30 auf die Strömungswege 386 und 387 kann dadurch angepasst werden, indem der Vorsprung 358, der sich in der Rückabdeckung 304 befindet, in den Strömungsweg 387 ragt. Darüber hinaus ist es aufgrund der Lage des Mündungsbereichs im Strömungsweg 387 möglich, die Strömungsgeschwindigkeit zu steigern und Fremdkörper, zum Beispiel Verunreinigungen, in den Strömungsweg 387 zu lenken. In der Ausführungsform wird die durch den Vorsprung 358 geformte Mündung als eines der Hilfsmittel zur Einstellung zwischen den Strömungswegen 386 und 387 verwendet. Alternativ dazu kann die oben angeführte Aufteilung der Durchflussrate auf die Strömungswege 386 und 387 angepasst werden, indem man den Abstand zwischen der Rückseite der Messoberfläche 431 und der Rückabdeckung 304 verändert und dergleichen. In diesem Fall ist der Vorsprung 358 in der Rückabdeckung 304 nicht notwendig.
Bezugnehmend auf 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) bleibt ein aufgepresster Aufdruck 442, der beim Harzformungsprozess durch die Benutzung der Matrize für das Schaltungspaket 400 entsteht, auf der Rückseite der Messoberfläche 431 als Rückseite des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 auf der Messoberfläche 430 bestehen. Dieser aufgepresste Abdruck 442 stellt kein besonderes Hindernis für die Messung der Durchflussrate dar und verursacht keine Probleme, auch wenn er vor Ort verbleibt. Wie unten beschrieben ist es außerdem wichtig, die Halbleitermembran im Luftstrom-Messabschnitt 602 während der Harzformung der Schaltbaugruppe 400 zu schützen. Aus diesem Grund ist es wichtig, von der Rückseite des Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 dagegenzupressen. Es ist darüber hinaus überaus wichtig, zu verhindern, dass das Schaltungspaket 400 umhüllendes Harz in den Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 gelangt. Zu diesem Zweck wird das Einfließen von Harz beim Umhüllen der Messoberfläche 430 und des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 verhindert, indem dazu eine Matrize verwendet wird und indem zum Pressen der Rückseite des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 eine andere Matrize zum Einsatz kommt. Da die Schaltbaugruppe 400 durch Spritzpressung entsteht, ist der Druck des Harzes groß und das Gegenpressen von der Rückseite des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 ist wichtig. Weil außerdem eine Halbleitermembran im Luftstrom-Messabschnitt 602 eingesetzt wird, ist es bei der Formung empfehlenswert, am Spalt für die Halbleitermembran einen Lüftungsabschnitt anzubringen. Zur Aufnahme und Befestigung einer Platte und für die Formung des Lüftungsabschnitts oder Ähnlichem, ist es wichtig, von der Rückseite des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 einen Gegendruck auszuüben.
Abdeckungsformen des thermischen Durchflussmessers 300 und entsprechende Auswirkungen
8(A) bis 8(C) sind Diagramme, die ein Erscheinungsbild einer vorderen Schutzabdeckung 303 darstellen, wobei es sich bei 8(A) um eine linke Seitenansicht handelt, bei 8(B) um eine Vorderansicht und bei 8(C) um eine Draufsicht. 9(A) bis 9(C) sind Diagramme, die eine Erscheinungsform der hinteren Schutzabdeckung 304 darstellen, wobei es sich bei 9(A) um eine linke Seitenansicht handelt, bei 9(B) um eine Vorderansicht und bei 9(C) um eine Draufsicht. In 8(A) bis 8(C) und 9(A) bis 9(C), sind die vordere und die hintere Schutzabdeckung 303 bzw. 304 an den vorderen und hinteren Oberflächen des Gehäuses 302 angebracht und grenzen an die Oberseite der anstromseitigen Außenwand 335 bzw. der abstromseitigen Außenwand 336 als in 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) dargestellte Außenwand des Gehäuses 302; das heißt, die vorderen Enden der äußeren Vorder- und Rückseiten grenzen gleichsam in Höhenrichtung an die Vorderseite der vorderen und hinteren Oberflächen des Befestigungsabschnitts 3721 und grenzen ebenfalls an die Flanschseite 312, sodass ein intern abgeschlossener Spalt 382 gebildet wird. Darüber hinaus decken die vordere und die hintere Schutzabdeckung 303 bzw. 304 die Bypass-Kanalrinne des Gehäuses 302 so ab, dass der Bypass-Kanal gebildet wird. Dazu sind die vordere und die hintere Schutzabdeckung 303 oder 304 dafür ausgelegt, mit einem Vorsprung 356 mit Mündung ausgestattet zu werden. Aus diesem Grund ist eine hohe Fertigungsgenauigkeit wünschenswert. Da im Harzformungsprozess die vordere und die hintere Schutzabdeckung 303 bzw. 304 durch das Einpressen von thermoplastischem Harz in eine Matrize geformt werden, ist es möglich, die vordere und die hintere Schutzabdeckung 303 bzw. 304 mit hoher Fertigungsgenauigkeit zu erstellen.
Wie in 8(A) bis 8(C) oder 9(A) bis 9(C) dargestellt, werden der Teil für die vordere Schutzabdeckung 322 oder der Teil für die hintere Schutzabdeckung 325 durch die Front- bzw. Rückabdeckung 303 bzw. 304 geformt. Wie dargestellt in 2(A), 2(B), 3(A) oder 3(B), ist der vordere Schutzabschnitt 322, der sich in der vorderen Abdeckung 303 befindet, auf der Vorderseite der Einlassöffnung 343 angebracht und der hintere Schutzabschnitt 325, der sich in der hinteren Abdeckung 304 befindet, ist auf der Rückseite der Einlassöffnung 343 angebracht. Der Temperaturmessabschnitt 452, der in der Einlassöffnung 343 angeordnet ist, wird geschützt vom vorderen und hinteren Schutzabschnitt 322 und 325, sodass der Temperaturmessabschnitt 452 geschützt ist vor mechanischen Beschädigungen, verursacht durch einen Zusammenstoß des Temperaturmessabschnitts 452 mit einem Gegenstand während der Produktion oder beim Verladen auf ein Fahrzeug.
Die innere Oberfläche der Frontabdeckung 303 ist mit dem Vorsprung 356 ausgestattet. Wie in 7 dargestellt, liegt der Vorsprung 356 der Messoberfläche 430 gegenüber und hat eine Rille, die sich entlang der Achse des Strömungsweges im Bypass-Kanal erstreckt. Im oben beschriebenen Strömungsweg 386 wird eine Mündung aus der Messoberfläche 430 und dem Vorsprung 386 gebildet, um so Wirbel im Messzielgas 30 zu vermindern und eine laminare Strömung zu erzeugen. In dieser Ausführungsform ist der Bypass-Kanal mit Einmündung geteilt in einen Rinnenteil und einen Haubenteil, der die Rinne bedeckt und einen Strömungsweg mit einer Mündung ausbildet. Der Rinnenteil wird in einem zweiten Harzformungsprozess bei der Formung des Gehäuses 302 erstellt. Danach wird die Frontabdeckung 303 mit dem Vorsprung 356 in einem weiteren Harzformungsprozess gebildet. Die Rinne wird mittels der vorderen Abdeckung 303 als Haube bedeckt, um den Bypass-Kanal zu bilden. Im zweiten Harzformungsprozess zur Erstellung des Gehäuses 302 wird das Schaltungspaket 400 mit der Messoberfläche 430 ebenfalls am Gehäuse 302 angebracht. Da die Formung einer Rinne mit einer so komplizierten Form durch einen Harzformungsprozess erfolgt und der Vorsprung 356 für die Mündung in der vorderen Abdeckung 303 vorgesehen ist, ist es möglich, den Strömungsweg 386 in 7 mit hoher Genauigkeit zu formen. Da zusätzlich in der Anordnung ein Zusammenhang zwischen Rinne und Messoberfläche 430 oder dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 besteht, kann die hohe Genauigkeit aufrecht erhalten werden, und damit wird es möglich, Abweichungen der Produkte zu vermeiden und hohe Messgenauigkeit zu erreichen. Deshalb ist es möglich, die Produktivität zu erhöhen.
Dies wird ebenso bei der Formung des Strömungsweges 387 unter Verwendung der hinteren Abdeckung 304 und der Rückseite der Messoberfläche 431 angewendet. Der Strömungsweg 386 wird in Rinnenteil und Haubenteil unterteilt. Der Rinnenteil wird durch einen zweiten Harzformprozess bei der Formung von Gehäuse 302 gebildet; danach wird die Rinne durch die hintere Abdeckung 304 mit dem Vorsprung 358 abgedeckt, sodass der Strömungsweg 387 gebildet wird. Wird der Strömungsweg 387 auf diese Weise gebildet, ist es möglich, den Strömungsweg 386 mit hoher Genauigkeit zu formen und damit wiederum die Produktivität zu steigern. Obwohl in dieser Ausführungsform die Mündung im Strömungsweg 387 vorgesehen ist, kann außerdem der Strömungsweg 387 durch Verwendung des Vorsprungs 358 ohne Mündung genutzt werden.
In 8(B) befindet sich eine Kerbe 323, die für das Bilden der Auslassöffnung 352 verwendet wird, an der Vorderseite der vorderen Abdeckung 303. Wie in 2(B) dargestellt, verbreitert sich die Auslassöffnung 352 einmal zur Frontoberflächenseite des Gehäuses 302 hin, und zwar mittels der Kerbe 323 sowie zur Oberfläche auf der rechten Seite des Gehäuses 302. Infolgedessen wird die Medienbeständigkeit des gesamten Bypass-Kanals reduziert und das zu messende Gas 30, das in den Bypass-Kanal durch die Eingangsöffnung 350 gelenkt wird, erhöht. Dadurch wird die Messgenauigkeit der Durchflussrate erhöht.
Struktur und Wirkung des Anschlussstücks 320
10 ist eine vergrößerte Ansicht, die das Anschlussstück 320 des Gehäuses 302 der 5(A), 5(B), 6(A), und 6(B) zeigt. 10 unterscheidet sich jedoch wie im Folgenden beschrieben. 10 unterscheidet sich von 5(A), 5(B), 6(A), und 6(B) insofern, als dass die Innenbuchsen des Anschlussstücks 361 in 5(A), 5(B), 6(A), und 6(B) voneinander getrennt sind, 10 zeigt einen Zustand bevor die Innenbuchsen des Anschlussstücks 361 voneinander getrennt sind und die Innenbuchsen des Anschlussstücks 361 miteinander durch den Verbindungsabschnitt 365 verbunden sind. Während jede der Innenbuchsen des Anschlussstücks 361, die zur Schaltungspaket- 400 -Seite des externen Anschlusses 306 vorstehen, von den entsprechenden Verbindungsanschlüssen 412 überlagert wird oder sich nahe daran befindet, ist jeder der externen Anschlüsse 306 durch Harzformmasse im zweiten Formprozess am Gehäuse 302 befestigt. Um eine Deformation oder Abweichung von der Anordnung jedes externen Anschlusses 306 gemäß einer Ausführungsform zu verhindern, ist der externe Anschluss 306 am Gehäuse 302 durch den Harzformprozess (der zweite Harzformprozess, der nachfolgend beschrieben wird) befestigt, um das Gehäuse 302 zu bilden, während die Innenbuchsen des Anschlussstücks 361 miteinander durch den Verbindungsabschnitt 365 verbunden sind. Alternativ kann der externe Anschluss 306 am Gehäuse 302 durch den zweiten Formprozess befestigt werden, nachdem die Verbindungsanschlüsse 412 und die Innenbuchse des Anschlussstücks 361 befestigt sind.
Überprüfung des fertigen Produkts durch den ersten Harzformprozess
In der Ausführungsform von 10 ist die Zahl an Anschlüssen, die im Schaltungspaket 400 vorhanden sind, größer als die Zahl an Innenbuchsen der Anschlussstücke 361. Aus den Anschlüssen des Schaltungspakets 400 wird jeder der Verbindungsanschlüsse 412 mit jeder der Innenbuchsen der externen Anschlüsse 361 verbunden und die Anschlüsse 414 sind nicht mit der Innenbuchse der externen Anschlüsse 361 verbunden. D. h., obwohl die Anschlüsse 414 im Schaltungspaket 400 vorhanden sind, sind sie nicht mit der Innenbuchse der externen Anschlüsse 361 verbunden.
In 10 ist zusätzlich zum Verbindungsanschluss 412, der mit der Innenbuchse des externen Anschlusses 361 verbunden ist, der Anschluss 414, der nicht mit der Innenbuchse des externen Anschlusses 361 verbunden ist, vorhanden. Nachdem das Schaltungspaket 400 durch den ersten Harzformprozess hergestellt ist, wird überprüft, ob das Schaltungspaket 400 entsprechend funktioniert und ob eine Anomalie im elektrischen Anschluss im ersten Harzformprozess hervorgerufen wurde. Als Resultat ist es möglich, eine hohe Zuverlässigkeit für jedes Schaltungspaket 400 aufrechtzuerhalten. Der Anschluss 414, der nicht mit der Innenbuchse des externen Anschlusses 361 verbunden ist, wird bei dieser Überprüfung des Schaltungspaketes 400 verwendet. Da der Anschluss 414 nach der Überprüfung nicht verwendet wird, kann der freie Anschluss 414 am verengten Teil des Schaltungspakets 400 nach der Überprüfung ausgeschnitten oder im Harz verborgen werden und als Anschlussseiten-Befestigungsabschnitt 362 dienen, wie veranschaulicht in 10. Durch Bereitstellen des Anschlusses 414, der nicht mit der Innenbuchse des externen Anschlusses 361 verbunden ist, ist es möglich, zu überprüfen, ob eine Anomalie im Schaltungspaket 400, das durch den ersten Harzformprozess hergestellt wurde, hervorgerufen wurde, und es kann eine hohe Zuverlässigkeit aufrechterhalten werden.
Verbindungsstruktur (luftdurchlässige Struktur) zwischen dem Spalt 382 innerhalb des Gehäuses 302 und außerhalb und deren Auswirkungen
Wie in der teilweise vergrößerten Ansicht von 10 veranschaulicht, ist eine Öffnung 364 im Gehäuse 302 vorgesehen. Das Loch 364 wird mit der Öffnung 309 verbunden, die im Innern des externen Anschlusses 305 vorgesehen wird, der in 4 (A) dargestellt ist. Gemäß der Ausführungsform sind beide Seiten des Gehäuses 302 mit der vorderen Abdeckung 303 und der hinteren Abdeckung 304 luftdicht verschlossen. Wenn das Loch 364 nicht vorgesehen wird, wird wegen einer Temperaturänderung der Luft im Innern des Spalts 382 einschließlich Endabschlussstück 320 eine Druckdifferenz zwischen dem Luftdruck im Innern des Spalts 382 und dem atmosphärischen Luftdruck erzeugt. Es ist wünschenswert, eine solche Druckdifferenz zu reduzieren. Aus diesem Grunde wird das Loch 364, das mit der Öffnung 309 im Innern des Außenanschlusses 305 verbunden ist, innerhalb des Spalts 382 des Gehäuses 302 vorgesehen. Der Außenanschluss 305 ist so aufgebaut, dass er Beständigkeit gegen alle Beeinträchtigungen durch Wasser oder ähnliche Substanzen aufweist, um eine höhere Zuverlässigkeit des elektrischen Anschlusses zu erzielen. Durch die Anordnung der Öffnung 309 innerhalb des Außenanschlusses 305 ist es möglich, das Eindringen von Wasser oder von Fremdkörpern, wie zum Beispiel von Verschmutzungen oder Staub aus der Öffnung 309, zu verhindern.
Befestigung des Schaltungspakets 400 unter Verwendung des Gehäuses 302
Befestigungskonstruktion zur Befestigung des Schaltungspakets 400 am Gehäuse 302
Eine Befestigungskonstruktion zur Befestigung des Schaltungspakets 400 am Gehäuse 302 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) beschrieben. Das Schaltungspaket 400, das gemeinsam mit der Durchflussraten-Sensorschaltung 601 (siehe 19) zur Messung der Durchflussrate des Messzielgases 30 eingebettet ist, das durch den Hauptkanal 124 fließt, ist am Gehäuse 302 befestigt, das über eine Bypass-Kanalrinne verfügt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind der Flansch 312 sowie die Bypass-Kanalrinnen 332 und 334 durch die anströmseitige Außenwand 335 und die abströmseitige Außenwand 336 verbunden, und die Abschnitte zur Bildung der Bypass-Kanalrinnen 332 und 334 werden vom Flansch 312 unter Verwendung der anströmseitigen Außenwand 335 und der abströmseitigen Außenwand 336 gestützt. Hierzu ist anzumerken, dass sich die anströmseitige Außenwand 335 in der Anströmungsseite in Strömungsrichtung des Messzielgases 30 befindet, das durch den Hauptkanal 124 fließt, und dass sich die abstromseitige Außenwand 336 auf der Abströmungsseite in Strömungsrichtung befindet. Der Befestigungsabschnitt 3721 wird zur Verbindung der anströmseitigen Außenwand 335 mit der abströmseitigen Außenwand 336 vorgesehen und um das elektrische Schaltungspaket 400 über dessen gesamten Umfang hinweg zu umfassen und so das elektrische Schaltungspaket 400 am Gehäuse 302 zu befestigen. Außerdem wird ein Spalt 382 in der Flanschseite des Befestigungsabschnitts 3721 geformt, der von der anströmseitigen Außenwand 335, der abströmseitigen Außenwand 336 und vom Flansch 312 umgeben ist. Die Bypass-Kanalrinnen 332 und 334 werden in der Bypass-Kanalseite gegenüber der Flanschseite des Befestigungsabschnitts 3721 gebildet, und das Messzielgas 30 fließt durch die Bypass-Kanalrinnen 332 und 334. Der Befestigungsabschnitt 3721 dichtet den Spalt in der Bypass-Kanalseite hermetisch ab.
Indem außerdem der Außenwand-Hohlabschnitt 366 ausgenutzt wird, der in der anströmseitigen Außenwand 335 als Befestigungsabschnitt 3723 vorgesehen ist, ist es möglich, eine robustere Befestigung des Schaltungspakets 400 zu gewährleisten. Um die anströmseitige Außenwand 335 mit der abströmseitigen Außenwand 336 zu verbinden, umschließt der Befestigungsabschnitt 3721 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Schaltungspaket 400 entlang der Strömungsachse des Messzielgases 30, das heißt, entlang einer Hauptachse der Messfläche 430. Währenddessen umschließt der Außenwand-Hohlabschnitt 366 der anströmseitigen Außenwand 335 das Schaltungspaket 400 quer zur Strömungsachse des Messzielgases 30. Das heißt, im Vergleich zum Befestigungsabschnitt 3721 wird der Befestigungsabschnitt 3723 so geformt, dass er das Schaltungspaket 400 in einer anderen Richtung umschließt. Weil die Befestigungsabschnitte 3721 und 3723 das Schaltungspaket 400 in unterschiedlichen Richtungen umschließen und befestigen, ist es möglich, eine robustere Befestigung des Schaltungspakets 400 am Gehäuse 302 zu gewährleisten.
Obwohl der Außenwand-Hohlabschnitt 366 in dieser Ausführungsform in einem Teil der anströmseitigen Außenwand 335 geformt wird, kann ein Befestigungsabschnitt bereitgestellt werden, der das Schaltungspaket 400 in einer Richtung umschließt, die sich von der des Befestigungsabschnitts 3721 unterscheidet, und in der abströmseitigen Außenwand 336 anstelle der anströmseitigen Außenwand 335 zur Erhöhung der Befestigungskraft untergebracht werden. Zum Beispiel kann der Endabschnitt des Schaltungspakets 400 von der abströmseitigen Außenwand 336 umschlossen werden. Alternativ dazu kann durch die Formung eines Hohlraums, der in anströmseitiger Richtung in der abströmseitigen Außenwand 336 ausgehöhlt wird, oder durch Ausbildung eines Vorsprungs, der in Anströmrichtung aus der abströmseitigen Außenwand 336 hervorragt, das Schaltungspaket 400 durch diesen Vorsprung umschlossen werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Schaltungspaket 400 durch Bereitstellung eines Außenwand-Hohlabschnitts 366 in der anströmseitigen Außenwand 335 umschlossen, um zusätzlich zur Befestigung des elektrischen Schaltungspakets den Wärmewiderstand zwischen dem Temperaturmessabschnitt 452 und der anströmseitigen Außenwand 335 zu erhöhen. Zusätzlich ist es außerdem möglich, den Vorsprung 424 zu schützen, der den Temperaturmessabschnitt 452 (siehe 11) aufweist, weil der Außenwand-Hohlabschnitt 366 den Halsabschnitt des Vorsprungs 424 (siehe 11) des Schaltungspakets, das den Temperaturmessabschnitt 452 aufweist, umschließt und stützt.
Die Befestigungsabschnitte 3721 oder 3723 weisen jeweils einen dicken Abschnitt und einen dünnen Abschnitt auf, um die Belastung zu reduzieren, die auf das Schaltungspaket 400 aufgebracht wird. Wie veranschaulicht in den 5(A) und 5(B) weist der Befestigungsabschnitt 3721 einen dicken Abschnitt 4714 und einen dünnen Abschnitt 4710 auf. Der dünne Abschnitt 4710 wird durch Reduzierung der Dicke des Harzes geformt, welches das Schaltungspaket 400 umschließt, indem ein Loch in Richtung des Schaltungspakets 400 vorgesehen wird. Ein weiterer dünner Abschnitt wird in der Flanschseite des dünnen Abschnitts 4710 geformt. Während der dünne Abschnitt, der in der Flanschseite des dünnen Abschnitts 4710 vorgesehen ist, so geformt ist, dass er eine Dicke des das Schaltungspaket 400 umschließenden Harzes aufweist, die kleiner ist als die Dicke des dicken Abschnittes 4714, ist die Dicke des Harzes, welches das Schaltungspaket 400 umschließt, doch größer als die Dicke des dünnen Abschnitts 4710. Durch Bereitstellung eines dünnen Abschnitts 4710 für den dicken Abschnitt 4714 und weiterhin durch die Bereitstellung eines dünnen Abschnitts in der Flanschseite auf die zuvor beschriebene Weise, ist es möglich, es dem Befestigungsabschnitt 3721 zu erlauben, eine Fläche zu erhalten, die eine vorbestimmte Breite zur Umschließung des Schaltungspakets 400 aufweist und die Belastung reduziert, die auf das Schaltungspaket 400 durch den Befestigungsabschnitt 3721 im Hinblick auf die Breite dieser Fläche aufgebracht wird.
In 6 (B) als eine Ansicht der Rückseite von 5(B) weist der Befestigungsabschnitt 3721 einen dicken Abschnitt auf, der aus dem dicken Abschnitt 4714 und den Hohlraum 373 gebildet wird. Wie oben beschrieben, ist es durch Bildung des dünnen Abschnitts möglich, dem Befestigungsabschnitt 3721 eine Fläche zu gestatten, die eine vorbestimmte Breite zur Umschließung des Schaltungspakets 400 aufweist und die Belastung reduziert, die auf das Schaltungspaket 400 im Hinblick auf die Breite dieser Fläche aufgebracht wird. In einem solchen Aufbau, dessen Konfiguration aus dem Befestigungsabschnitt 3721 unter Einbeziehung eines dicken und eines dünnen Abschnitts besteht, wird die Zuverlässigkeit hinsichtlich der Befestigung des Schaltungspakets 400 erhöht. Das heißt, die Luftdichtheit zwischen dem Schaltungspaket 400 und dem Befestigungsabschnitt 3721 wird aufrechterhalten. Zusätzlich ist es möglich, die Belastung zu reduzieren, die auf das Schaltungspaket 400 aus dem Befestigungsabschnitt 3721 aufgebracht wird, und die durch eine Volumenreduzierung verursacht wird, welche entsteht, wenn der Befestigungsabschnitt 3721 gekühlt wird und sich während des Harzformprozesses verfestigt. Außerdem wird die Bewegung des Harzes während des Harzformprozesses durch die Bereitstellung eines dünnen Abschnitts unterdrückt, und die Temperaturreduzierung des Harzes wird abgeschwächt, so dass sich die Zeit, die zur Verfestigung des Harzes notwendig ist, erhöht. Das Harz des Befestigungsabschnittes 3721 fließt leicht in die Oberflächen-Unebenheiten des Schaltungspaketes 400 hinein, so dass es möglich ist, die Luftdichtheit zwischen dem Schaltungspaket 400 und dem Befestigungsabschnitt 3721 zu verbessern.
Weil das Messzielgas 30 durch die Bypasskanal-Seite des Befestigungsabschnittes 3721 strömt, können Feuchtigkeit und andere störenden Umgebungseinflüssen in den Spalt 382 im Innern des Gehäuses 302 eindringen, wenn die Luftdichtheit zwischen dem Schaltungspaket 400 und dem Befestigungsabschnitt 3721 durchbrochen wird. Durch die Bereitstellung des dünnen Abschnittes ist es möglich, die Kontaktfläche zwischen dem Befestigungsabschnitt 3721 und dem Harz des Schaltungspakets 400 zu vergrößern, um eine Verbesserung der Luftdichtheit und eine Verhinderung des Eindringens von Feuchtigkeit und anderen störenden Umgebungseinflüssen in den Spalt 382 im Innern des Gehäuses 302 zu verhindern.
In den 5(B) und 6(B) weist die anströmungsseitige Außenwand 335 den Außenwand-Hohlabschnitt 366 auf. Der Außenwand-Hohlabschnitt 366 dient als der Befestigungsabschnitt 3723, um das Schaltungspaket 400 am Gehäuse 302 zu befestigen. Der Befestigungsabschnitt 3723 weist einen dicken Abschnitt 4715 und einen dünnen Abschnitt 4716 auf. Ähnlich wie beim Befestigungsabschnitt 3721, kann der Befestigungsabschnitt 3723 eine große Kontaktfläche zum Schaltungspaket 400 erhalten. Da der dünne Abschnitt 4716 außerdem nur eine geringe Belastung auf das Schaltungspaket 400 ausübt, kann der Einfluss der Belastung, die vom Befestigungsabschnitt 3723 auf das Schaltungspaket 400 ausgeübt wird, reduziert werden. Weil das Messzielgas 30 durch die Anströmseite des Befestigungsabschnitts 3723 strömt, ist es wichtig, die Luftdichtheit zwischen dem Befestigungsabschnitt 3723 und dem Schaltungspaket 400 beizubehalten. Unter Verwendung des dünnen Abschnitts 4716 und des dicken Abschnitts 4715 ist es möglich, die Luftdichtheit zwischen dem Befestigungsabschnitt 3723 und dem Schaltungspaket beizubehalten.
Aufbau des im Harzformverfahren geformten Gehäuses 302
Als nächstes wird die Befestigung des Schaltungspakets 400 am Gehäuse 302 durch einen Harzformprozess unter Bezugnahme auf 5(A), 5(B) und 6(B) beschrieben. Das Schaltungspaket 400 ist am Gehäuse 302 auf solche Weise angeordnet und befestigt, dass die Messfläche 430, die an der Vorderseite des Schaltungspakets 400 gebildet wird, an einem vorbestimmten Platz der Bypass-Kanalrinne geformt wird, die den Bypasskanal darstellt, zum Beispiel in der vorliegenden Ausführungsform in einem Verbindungsabschnitt zwischen der Bypass-Kanalrinne an der Vorderseite 332 und der Bypass-Kanalrinne an der Rückseite 334. Ein Abschnitt zur Einkapselung und Befestigung des Schaltungspakets 400 am Gehäuse 302 wird durch die Harzformung so bereitgestellt, dass er aus der Bypass-Kanalrinne leicht in die Flansch(312)-Seite hineinragt. Wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 16 beschrieben, wird das Schaltungspaket 400 durch den ersten Harzformprozess gebildet. Das Schaltungspaket 400, das durch den ersten Harzformprozess gebildet wird, hält und befestigt das Schaltungspaket 400 auf solche Weise, dass der Befestigungsabschnitt 3721 gebildet wird, wenn das Gehäuse 302, das den Bypass-Kanal aufweist, durch einen zweiten Harzformprozess gebildet wird, und der Befestigungsabschnitt 3721 gebildet wird, um den Außendurchmesser des Schaltungspakets 400 zu bedecken, der durch den ersten Harzformprozess gebildet worden ist.
Wie in 5(B) veranschaulicht, wird der Hohlraum 376 oder der dünne Abschnitt 4710, die beide eine Hohlform aufweisen, an der vorderseitigen Oberfläche des Befestigungsabschnitts 3721 bereitgestellt. Wie in 6(B) dargestellt, dient der Hohlraum 373 als dünner Abschnitt, der an der rückseitigen Oberfläche des Befestigungsabschnitts 3721 gebildet wird. Unter Verwendung der Hohlräume ist es möglich, die Volumenreduzierung des vorhandenen Volumens zu verringern, die entsteht, wenn die Temperatur des Harzes während der Formgebung des Befestigungsabschnitts 3721 verringert wird. Im Ergebnis dessen ist es möglich, die Belastung zu reduzieren, die auf das Schaltungspaket 400 ausgeübt wird. Weiterhin ist es möglich, die Reduzierungsrate der Harztemperatur zu glätten und ein Vordringen des Harzes des Befestigungsabschnitts 3721 bis zum Boden der Unebenheit zu unterstützen, die an der Oberfläche des Schaltungspakets 400 bereitgestellt wird, weil der Fluss des Harzes durch eine Gussform zur Formung des Hohlraumes begrenzt wird.
Nicht die gesamte Oberfläche des Schaltungspakets 400 ist mit dem Harz bedeckt, das zur Formung des Gehäuses 302 verwendet wird, sondern ein Teil der Oberfläche, an dem die Außenwand des Schaltungspakets 400 freigelegt ist, wird in der Flansch(312)-Seite des Befestigungsabschnitts 3721 bereitgestellt. In der Ausführungsform gemäß 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) ist die Fläche eines Abschnitts, der vom Harz des Gehäuses 302 freigelegt ist, und nicht vom das Harz des Gehäuses 302 eingehüllt wird, größer als die Fläche eines Abschnitts, der durch das Harz des Gehäuses 302 außerhalb der äußeren Umfangsfläche des Schaltungspaketes 400 eingehüllt wird. Darüber hinaus ist ein Abschnitt der Messfläche 430 des Schaltungspakets 400 auch vom Harz des Gehäuses 302 freigelegt.
Da der Umfang des Schaltungspakets 400 im zweiten Harzformprozess eingehüllt wird, um das Gehäuse 302 durch Bilden je eines Hohlraumes auf der vorderen und hinteren Oberfläche des Befestigungsabschnitts 3721 zu bilden, welcher die Außenwand des Schaltungspakets 400 über den gesamten Umfang in einer dünnen Bandform abdeckt, ist es möglich, eine übermäßige Belastungskonzentration abzuschwächen, die durch die Volumenreduzierung im Laufe der Verfestigung des Befestigungsabschnitts 3721 verursacht wird. Die übermäßige Belastungskonzentration kann das Schaltungspaket 400 beeinträchtigen.
Verbesserung des Haftvermögens zwischen Gehäuse 302 und Schaltungspaket 400
Um das Schaltungspaket 400 mit einer kleinen Fläche durch Reduzierung der Fläche des Abschnitts robuster zu befestigen, der vom Harz des Gehäuses 302 an der Oberfläche des Außenumfangs des Schaltungspakets 400 eingehüllt wird, wird es bevorzugt, das Haftvermögen des Schaltungspakets 400 an der Außenwand des Schaltungspakets 400 im Befestigungsabschnitt 3721 zu erhöhen. Wenn ein Thermoplast verwendet wird, um das Gehäuse 302 zu formen, wird bevorzugt, dass das thermoplastische Harz in die feine Unebenheit an der Außenwand des Schaltungspakets 400 eindringt, solange es über eine geringe Viskosität verfügt, so dass sich das Thermoplast verfestigt, während es in die feine Unebenheit in der Außenwand eindringt. Beim Harzformprozess zur Formung des Gehäuses 302 ist es wünschenswert, dass die Einlassöffnung des Thermoplasts im Befestigungsabschnitt 3721 oder in der Nähe davon bereitgestellt wird. Die Viskosität des Thermoplasts erhöht sich, während die Temperatur abnimmt, so dass es sich verfestigt. Indem der Thermoplast, der eine hohe Temperatur aufweist, in den Befestigungsabschnitt 3721 oder aus der Nähe dessen fließen gelassen wird, ist es somit möglich, den Thermoplast, der eine geringe Viskosität aufweist, zu erhärten, während er sich an die Fläche des Schaltungspakets 400 anschmiegt. Durch die Formung des Hohlraums 376, des ausgehöhlten, dünnen Abschnitts 4710 und des Hohlraums 373 im Befestigungsabschnitt 3721 wird durch eine Gussform zur Formung des Hohlraumes ein Hindernisabschnitt geformt, der den Fluss des Thermoplasts begrenzt, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Thermoplasts im Befestigungsabschnitt 3721 reduziert wird. Als Resultat wird eine Temperaturabnahme des Thermoplasts unterdrückt und über einen langen Zeitraum ein Zustand geringer Viskosität aufrechterhalten, damit es möglich ist, das Haftvermögen zwischen Schaltungspaket 400 und Befestigungsabschnitt 3721 zu erhöhen.
Durch Aufrauen der Oberfläche des Schaltungspakets 400 ist es möglich, das Haftvermögen zwischen Schaltungspaket 400 und Befestigungsabschnitt 3721 zu erhöhen. Als Aufrauverfahren für die Oberfläche des Schaltungspakets 400 ist ein Aufrauverfahren bekannt, das nach der Formung des Schaltungspaketes 400 durch den ersten Harzformprozess feine Unebenheiten auf der Oberfläche des Schaltungspaketes 400 bildet, wie beispielsweise eine Bürstenmattierungsbehandlung. Als Aufrauverfahren für die Bildung feiner Unebenheiten auf der Oberfläche des Schaltungspakets 400 kann das Aufrauen weiterhin beispielsweise unter Verwendung eines Sandstrahlverfahrens erreicht werden. Darüber hinaus kann das Aufrauen durch eine Laserbearbeitung erreicht werden.
Als ein weiteres Aufrauverfahren wird ein unebenes Blatt auf einer Innenfläche der im ersten Harzformprozess verwendeten Gussform befestigt und das Harz in die Gussform gedrückt, während sich das Blatt auf dieser Fläche befindet. Selbst bei Verwendung dieses Verfahrens ist es möglich, feine Unebenheiten auf der Oberfläche des Schaltungspakets 400 zur Aufrauung zu bilden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, Unebenheiten an einer Innenseite der Gussform zu befestigen, die zur Formung des Schaltungspakets 400 verwendet wird, um die Oberfläche des Schaltungspakets 400 aufzurauen. Der Oberflächenabschnitt des Schaltungspaketes 400 für ein solches Aufrauen besteht mindestens aus dem Abschnitt, in dem der Befestigungsabschnitt 3721 bereitgestellt wird. Außerdem kann das Haftvermögen weiterhin dadurch erhöht werden, dass jener Oberflächenabschnitt des Schaltungspakets 400 aufgeraut wird, in dem der Außenwand-Hohlabschnitt 366 bereitgestellt wird.
Wenn die Oberflächenbehandlung zur Herstellung von Unebenheiten an der Oberfläche des Schaltungspakets 400 unter Verwendung des oben genannten Blattes ausgeführt wird, hängt die Tiefe der Rinne von der Dicke des Blattes ab. Wenn sich die Dicke des Blattes erhöht, wird das Formen des ersten Harzformprozesses schwierig, so dass die Dicke des Blattes eine Begrenzung aufweist. Wenn sich die Dicke des Blattes verringert, weist die Tiefe der Unebenheit, die auf dem Blatt im Voraus bereitgestellt wird, eine Begrenzung auf. Wenn das oben genannte Blatt verwendet wird, ist es deshalb wünschenswert, dass die Tiefe der Unebenheit zwischen der Unterseite und der Oberseite der Unebenheit auf 10 µm oder größer und 20 µm oder kleiner eingestellt wird. Wenn die Tiefe geringer als 10 µm ist, verschlechtert sich die Haftwirkung. Eine Tiefe, die größer als 20 µm ist, ist aus der vorstehend genannten Dicke des Blattes schwierig zu erreichen.
Bei anderen Aufrauverfahren als dem vorstehend genannten Verfahren der Verwendung des Blattes ist es wünschenswert, eine Dicke des Harzes im ersten Harzformprozess einzustellen, um das Schaltungspaket 400 mit 2 mm oder kleiner zu bilden. Daher ist es schwierig, die Tiefe der Unebenheit zwischen der Unterseite und der Oberseite der Unebenheit auf 1 mm oder mehr zu vergrößern. Konzeptionell wird antizipiert, dass sich das Haftvermögen zwischen dem Harz, welches das Schaltungspaket 400 abdeckt und dem Harz, das verwendet wird, um das Gehäuse 302 zu bilden, erhöht, während sich die Tiefe der Unebenheit zwischen Unterseite und Oberseite der Unebenheit auf der Oberfläche des Schaltungspaketes 400 erhöht. Aus dem vorstehend beschriebenen Grunde wird die Tiefe der Unebenheit zwischen der Unterseite und der Oberseite der Unebenheit vorzugsweise auf 1 mm oder kleiner festgelegt. Das heißt, wenn die Unebenheit, die eine Dicke von 10 µm oder größer und 1 mm oder kleiner aufweist, auf der Oberfläche des Schaltungspaketes 400 bereitgestellt wird, ist es wünschenswert, das Haftvermögen zwischen dem Harz, welches das Schaltungspaket 400 abdeckt und dem Harz, das verwendet wird, um das Gehäuse 302 zu bilden, zu erhöhen.
Ein Wärmeausdehnungskoeffizient unterscheidet sich zwischen dem thermisch aushärtbaren Kunststoff, der verwendet wird, um das Schaltungspaket 400 zu bilden und dem Thermoplast, der verwendet wird, um das Gehäuse 302 zu bilden, das den Befestigungsabschnitt 3721 aufweist. Es ist wünschenswert, eine übermäßige Belastung, die auf das Schaltungspaket 400 ausgeübt wird und die durch diesen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten hervorgerufen wird, zu verhindern. Durch die Bereitstellung des Hohlraums 373, des ausgehöhlten, dünnen Abschnitts 4710 oder des Hohlraums 376 ist es möglich, eine auf das Schaltungspaket 400 ausgeübte Belastung zu reduzieren.
Durch Bilden des Befestigungsabschnittes 3721, der den äußeren Umfang des Schaltungspaketes 400 in einer Bandform einhüllt und die Breite des Bandes einengt, ist es möglich, eine Belastung abzuschwächen, die die durch einen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten verursacht wird, der auf das Schaltungspaket 400 einwirkt. Eine Breite des Bandes des Befestigungsabschnittes 3721 wird auf 10 mm oder kleiner festgelegt, und bevorzugt auf 8 mm oder kleiner eingestellt. Weil der Außenwand-Hohlabschnitt 366 als Bestandteil der anströmseitigen Außenwand 335 des Gehäuses 302 sowie als Befestigungsabschnitt 3721 das Schaltungspaket umgibt, um das Schaltungspaket 400 zu befestigen, ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Breite des Bandes des Befestigungsabschnittes 3721 weiter zu reduzieren. Das Schaltungspaket 400 kann zum Beispiel befestigt werden, wenn die Breite auf 3 mm oder größer festgelegt wird.
Um eine Spannung zu reduzieren, die durch einen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten verursacht wird, werden ein Abschnitt, der vom Harz umgeben ist, das zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird, und ein freiliegender Abschnitt, der nicht mit Harz bedeckt ist, auf der Oberfläche des Schaltungspakets 400 bereitgestellt. Eine Vielzahl an Abschnitten, an denen die Oberfläche des Schaltungspakets 400 exponiert ist und nicht vom Harz des Gehäuses 302 bedeckt wird, werden bereitgestellt, von denen ein solcher Abschnitt als Messfläche 403 verwendet wird, der die Wärmeübertragungsfläche aufweist, die den oben beschriebenen Expositionsabschnitt 436 der Wärmeübertragungsfläche aufweist. Weiterhin wird ein Abschnitt bereitgestellt, der zu einem Teil der Flansch(312)-Seite in Bezug auf den Befestigungsabschnitt 3721 exponiert ist. Darüber hinaus wird der Außenwand-Hohlabschnitt 366 gebildet, um einen Abschnitt der Anströmseite in Bezug auf den Außenwand-Hohlabschnitt 366 zu exponieren, und dieser exponierte Abschnitt dient als Stützabschnitt, der den Temperaturmessabschnitt 452 stützt. Ein Spalt wird derart gebildet, dass ein Abschnitt der Außenfläche des Schaltungspakets 400 in der Flansch(312) -Seite in Bezug auf den Befestigungsabschnitt 3721 das Schaltungspaket 400 über seinen Außenumfang hinweg umschließt, insbesondere die Seite, die von der Abströmseite des Schaltungspakets 400 zum Flansch 312 hin zeigt und weiter über die Anströmseite des Abschnittes in der Nähe des Anschlusses für das Schaltungspaket 400 verläuft. Weil dieser Abschnitt rund um jenen Abschnitt gebildet wird, in dem die Oberfläche des Schaltungspakets 400 exponiert ist, kann die Wärmemenge reduziert werden, die über den Flansch 312 aus dem Hauptkanal 124 auf das Schaltungspaket 400 übertragen wird, und eine Verschlechterung der Messgenauigkeit, die durch die Wärme verursacht wird, kann unterdrückt werden.
Zwischen dem Schaltungspaket 400 und dem Flansch 312 wird ein Spalt gebildet. Dieser Spalt dient als Anschlussverbindung 320. Der Verbindungsanschluss 412 des Schaltungspakets 400 und die Innenbuchse des Außenanschlusses 361, die in der Gehäuse (302) -Seite des Außenanschlusses 306 angeordnet ist, sind unter Verwendung dieses Verbindungsanschlusses 320 durch eine Punktschweißverbindung, Laserschweißverbindung oder eine ähnliche Verbindung elektrisch miteinander verbunden. Der Spalt der Anschlussverbindung 320 kann, wie oben beschrieben, die Wärmeübertragung aus dem Gehäuse 302 zum Schaltungspaket 400 unterdrücken und wird als Raum bereitgestellt, der zur Ausführung von Verbindungsarbeiten zwischen dem Verbindungsanschluss 412 des Schaltungspakets 400 und der inneren Buchse des Außenanschlusses 361 des Außenanschlusses 306 verwendet werden kann.
Bildung des Gehäuses 302 durch einen zweiten Harzformprozess und Erhöhung der Messgenauigkeit
Im Gehäuse 302, das in den 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) dargestellt und weiter oben beschrieben ist, wird das Schaltungspaket 400, das den Luftstrom-Messabschnitt 602 oder die Verarbeitungseinheit 604 aufweist, durch den ersten Harzformprozess hergestellt. Das Gehäuse 302, das zum Beispiel die Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 oder die Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 zur Bildung des Bypasskanals dort aufweist, wo es vom Messzielgas 30 durchströmt wird, wird anschließend durch den zweiten Harzformprozess hergestellt. Durch diesen zweiten Harzformprozess wird das Schaltungspaket 400 in das Harz des Gehäuses 302 eingebettet und durch die Harzformung an der Innenseite des Gehäuses 302 befestigt. Als Ergebnis führt der Luftstrom-Messabschnitt 602 eine Wärmeübertragung mit dem Messzielgas 30 durch, so dass eine Konfigurationsabhängigkeit, zum Beispiel eine Positions- oder Richtungsabhängigkeit, zwischen dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsoberfläche 436 zur Messung der Durchflussrate und dem Bypasskanal, einschließlich zum Beispiel der Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 oder der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334, mit bemerkenswert hoher Genauigkeit eingehalten werden kann. Zusätzlich kann ein Fehler oder eine Abweichung, die bei jeder Produktion des Schaltungspakets 400 hervorgerufen wird, auf einen sehr geringen Wert unterdrückt werden. Wenn darüber hinaus ein Abhängigkeitsverhältnis zwischen dem Schaltungspaket 400 und dem Bypasskanal zur Durchströmung mit dem Messzielgas 30 im Verlaufe des zweiten Harzformprozesses hergestellt wird, dann ändert sich dieses Abhängigkeitsverhältnis nicht. Wenn die Befestigung unter Verwendung eines elastischen Klebstoffs oder eines ähnlichen Stoffes wie im bisherigen Stand der Technik durchgeführt wird, ändert sich ein solches Abhängigkeitsverhältnis nach der Produktion. Das Abhängigkeitsverhältnis zwischen dem Schaltungspaket 400 und dem Bypasskanal zur Durchströmung mit dem Messzielgas 30 ändert sich jedoch in der vorliegenden Ausführungsform nicht, und da darüber hinaus ein Fehler nach der Produktion korrigiert wird, kann eine bemerkenswert hohe Genauigkeit eingehalten werden. Dadurch kann eine bemerkenswerte Erhöhung der Messgenauigkeit für das Schaltungspaket 400 erzielt werden. So kann zum Beispiel im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, in denen die Befestigung unter Verwendung eines Klebstoffes durchgeführt wird, eine doppelte oder noch größere Erhöhung der Messgenauigkeit erreicht werden. Weil der thermische Durchflussmesser 300 typischerweise in großen Stückzahlen hergestellt wird, ist es schwierig, den Klebstoff im Verlaufe eines jeden Produktionsdurchlaufes zu verwenden. Außerdem weist das Verfahren, in dem ein Klebstoff verwendet wird, eine Begrenzung im Hinblick auf die Erhöhung der Messgenauigkeit auf. Wenn jedoch das Schaltungspaket 400 im Verlaufe des ersten Harzformprozesses, wie in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, hergestellt wird und der Bypasskanal anschließend in einem zweiten Harzformprozess zur Bildung des Bypasskanals gebildet wird, der vom Messzielgas 30 durchströmt wird, während das Schaltungspaket 400 und der Bypasskanal befestigt werden, kann eine bemerkenswerte Reduzierung der Veränderlichkeit der Messgenauigkeit und eine bemerkenswerte Erhöhung der Messgenauigkeit für jeden thermischen Durchflussmesser 300 erzielt werden. Dies gilt in ähnlicher Art und Weise für die Ausführungsform der 7 sowie für die Ausführungsform der 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B).
Unter Bezugnahme auf die Ausführungsform, zum Beispiel der 5(A), 5(B), 6(A) oder 6(B), ist es möglich, das Schaltungspaket 400 am Gehäuse 302 in solcher Weise zu befestigen, dass ein Abhängigkeitsverhältnis zwischen der Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332, der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 und dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 auf ein spezielles Verhältnis festgelegt wird. Demzufolge kann für jeden der thermischen Durchflussmesser 300, die in hohen Stückzahlen produziert werden, ein Positions- oder ein Konfigurationsverhältnis zwischen dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 jedes Schaltungspakets 400 und dem Bypasskanal regelmäßig mit bemerkenswert hoher Genauigkeit erhalten werden. Weil die Bypass-Kanalrinne dort, wo der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 des Schaltungspakets 400 befestigt ist, zum Beispiel wo sich die Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 und die Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 befinden, mit bemerkenswert hoher Genauigkeit gebildet werden kann, ist ein Arbeitsvorgang, zur Bildung des Bypasskanals in dieser Bypass-Kanalrinne ein Arbeitsvorgang zur Abdeckung beider Seiten des Gehäuses 302 unter Verwendung der vorderen oder hinteren Abdeckung 303 oder 304. Dieser Arbeitsvorgang ist sehr einfach und hat nur wenige Faktoren, welche die Messgenauigkeit beeinträchtigen können. Außerdem wird die vordere oder hintere Abdeckung 303 oder 304 durch einen Harzformprozess gebildet, der eine hohe Formgebungsgenauigkeit aufweist. Deshalb kann der Bypasskanal in einem speziellen Verhältnis zum Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 des Schaltungspakets 400 mit hoher Genauigkeit hergestellt werden. Auf diese Weise wird zusätzlich zur Erhöhung der Messgenauigkeit eine hohe Produktivität erreicht.
Im Vergleich dazu wurde der thermische Durchflussmesser dem bisherigen Stand der Technik zufolge zuerst durch Herstellung des Bypasskanals und anschließend durch Ankleben des Messabschnitts zur Messung der Durchflussrate an den Bypasskanal unter Verwendung eines Klebstoffs produziert. Ein solches Verfahren, bei dem ein Klebstoff verwendet wird, ist nachteilig, weil eine Dicke des Klebstoffs uneinheitlich ist und eine Position oder ein Winkel des Klebstoffs in jedem Produkt unterschiedlich ausfällt. Aus diesem Grunde gibt es eine Beschränkung im Hinblick auf die Erhöhung der Messgenauigkeit. Wenn dieser Arbeitsvorgang in der Massenproduktion durchgeführt wird, ist es sehr schwierig, die Messgenauigkeit zu erhöhen.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird zuerst das Schaltungspaket 400, das den Luftstrom-Messabschnitt 602 aufweist, durch einen ersten Harzformprozess hergestellt, und das Schaltungspaket 400 wird anschließend durch eine Harzformung befestigt, während die Bypass-Kanalrinne zur Bildung des Bypasskanals durch eine Harzformung im Verlaufe eines zweiten Harzformprozesses gebildet wird. Im Ergebnis dessen kann mit entscheidend hoher Genauigkeit die Form der Bypass-Kanalrinne gebildet und der Luftstrom-Messabschnitt 602 der Durchflussraten-Sensorschaltung 601 (siehe 19) an der Bypass-Kanalrinne befestigt werden.
Ein Abschnitt, der sich auf die Messung der Durchflussrate bezieht, zum Beispiel der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 des Luftstrom-Messabschnitts 602 oder der Messfläche 430, der mit dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 installiert wird, wird auf der Oberfläche des Schaltungspakets 400 gebildet. Anschließend werden die Messfläche 430 und der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 vom Harz freigelegt, das zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet worden ist.Das heißt, dass der der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 und die Messfläche 430 nicht mehr vom Harz bedeckt werden, das zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet worden ist. Die Messfläche 430 wird durch die Harzformung des Schaltungspakets 400 gebildet, oder der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 wird selbst nach der Harzformung des Gehäuses 302 direkt zur Messung einer Durchflussrate des thermischen Durchflussratenmessers 300 oder einer Temperatur verwendet. Dadurch wird die Messgenauigkeit erhöht.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das Schaltungspaket 400 auf integrierte Weise gemeinsam mit der Bildung des Gehäuses 302 zur Befestigung des Schaltungspakets 400 am Gehäuse 302 gebildet, das den Bypasskanal aufweist. Daher ist es möglich, das Schaltungspaket 400 mit einer kleinen Befestigungsfläche am Gehäuse 302 zu befestigen. Das heißt, der Oberflächenbereich des Schaltungspakets 400, der das Gehäuse 302 nicht berührt, kann erhöht werden. Der Oberflächenbereich des Schaltungspakets 400, der das Gehäuse 302 nicht berührt, wird zum Beispiel in einem Spalt exponiert. Die Wärme des Ansaugrohrs wird auf das Gehäuse 302 übertragen und anschließend vom Gehäuse 302 zum Schaltungspaket 400 übertragen. Selbst wenn die Kontaktfläche, an der sich das Gehäuse 302 und das Schaltungspaket 400 berühren, reduziert wird, anstatt die gesamte Oberfläche oder einen Großteil der gesamten Oberfläche des Schaltungspakets 400 mit dem Gehäuse 302 zu umgeben, ist es möglich, das Schaltungspaket 400 mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Genauigkeit am Gehäuse 302 zu befestigen. Aus diesem Grunde kann die Wärmeübertragung vom Gehäuse 302 auf das Schaltungspaket 400 unterdrückt werden sowie die Verringerung der Messgenauigkeit unterdrückt werden, die durch die oben beschriebene Wärmeübertragung verursacht wird.
In der in 5(A), 5(B), 6(A) oder 6(B) dargestellten Ausführungsform kann die Fläche A der exponierten Oberfläche des Schaltungspakets 400 auf einen Wert festgelegt werden, der gleich oder größer der Fläche B ist, die von einem Formgießmaterial bedeckt wird, das zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird. In dieser Ausführungsform ist die Fläche A größer als die Fläche B. Dadurch lässt sich die Wärmeübertragung vom Gehäuse 302 zum Schaltungspaket 400 unterdrücken. Außerdem kann eine Spannung reduziert werden, die durch einen Unterschied entsteht, der zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des thermisch aushärtbaren Kunststoffes, der zur Bildung des Schaltungspakets 400 verwendet wird, und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des thermisch aushärtbaren Kunststoffes besteht, der zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird.
Befestigung des Schaltungspakets 400 durch einen zweiten Harzformprozess und die Auswirkungen daraus
In den 11(A) bis 11(C) zeigt der schraffierte Abschnitt die Befestigungsflächen 432 und 434 zur Bedeckung des Schaltungspakets 400 unter Verwendung des Thermoplasts, der im zweiten Harzformprozess zur Befestigung des Schaltungspakets 400 am Gehäuse 302 im zweiten Harzformprozess verwendet wird. Wie bereits oben unter Bezugnahme auf 5(A), 5(B), 6(A) oder 6(B) beschrieben, ist es bedeutsam, eine hohe Genauigkeit einzuhalten, um ein spezielles Verhältnis zwischen der Messfläche 430, dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 innerhalb der Messfläche 430 und der Form des Bypasskanals einzuhalten. Im zweiten Harzformprozess wird der Bypasskanal gebildet und das Schaltungspaket 400 wird am Gehäuse 302 befestigt, das den Bypasskanal bildet. Demzufolge kann ein Abhängigkeitsverhältnis zwischen dem Bypasskanal, der Messfläche 430 und dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 mit entscheidend hoher Genauigkeit beibehalten werden. Das heißt, weil das Schaltungspaket 400 im zweiten Harzformprozess am Gehäuse 302 befestigt wird, ist es möglich, das Schaltungspaket 400 innerhalb der Gussform zu positionieren und zu befestigen, die zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird, welches den Bypasskanal mit hoher Genauigkeit aufweist. Durch das Einspritzen eines Thermoplasts, der eine hohe Temperatur aufweist, in diese Gussform, wird der Bypasskanal mit hoher Genauigkeit gebildet, und das Schaltungspaket 400 mit hoher Genauigkeit durch die Befestigungsabschnitte 3721 und 3723 befestigt.
In dieser Ausführungsform stellt nicht die gesamte Oberfläche des Schaltungspakets 400 eine Befestigungsfläche 432 dar, die mit dem Harz bedeckt ist, das zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird, sondern die vorderseitige Oberfläche ist zu der Seite des Verbindungsanschlusses 412 des Schaltungspakets 400 hin exponiert. Das heißt, dass ein Teil der Fläche so bereitgestellt wird, dass er nicht vom Harz bedeckt ist, das zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird. In der in den 11(A) bis 11(C) veranschaulichten Ausführungsform aus der vorderen Fläche des Schaltungspaketes 400 ist der Bereich, der nicht vom Harz umgeben ist, das verwendet wird, um das Gehäuse 302 zu bilden, sondern vom Harz freigelegt ist, das verwendet wird, um das Gehäuse 302 zu bilden, größer als der Bereich der Befestigungsflächen 432 und 434, die vom Harz umgeben sind, das verwendet wird, um das Gehäuse 302 zu bilden.
Ein Wärmeausdehnungskoeffizient weicht zwischen dem thermisch aushärtbaren Kunststoff, der verwendet wird, um das Schaltungspaket 400 zu bilden und dem Thermoplast, der verwendet wird, um das Gehäuse 302 zu bilden, welches den Befestigungsabschnitt 3721 aufweist, ab. Es ist wünschenswert, die Ausübung einer Belastung auf das Schaltungspaket 400, die durch diesen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten hervorgerufen wird, so lange wie möglich zu verhindern. Durch eine Reduzierung der Befestigungsfläche 432 an der vorderseitigen Oberfläche des Schaltungspakets 400 kann der Einfluss auf Basis des Unterschiedes zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten reduziert werden. So ist es zum Beispiel möglich, die Befestigungsfläche 432 an der vorderseitigen Oberfläche des Schaltungspakets 400 durch die Bereitstellung einer Bandform mit der Länge L zu reduzieren. Durch die Bereitstellung eines dicken Abschnitts und eines dünnen Abschnitts im Befestigungsabschnitt 3721 oder 3723, der wie oben beschrieben die Befestigungsfläche 432 bedeckt, ist es möglich, eine Spannung zu unterdrücken, die aufgrund des dünnen Abschnitts auf die Oberfläche des Schaltungspakets 400 ausgeübt wird, und ferner ist es möglich, eine hohe Belastung, die auf das Schaltungspaket ausgeübt wird, zu reduzieren. Andererseits können selbst durch eine Verbesserung der Luftdichtheit zwischen dem Befestigungsabschnitt 3723 und der Befestigungsfläche 432 des Schaltungspakets 400 anhand einer Verbreiterung der Befestigungsfläche 432 eine Belastung, die durch den dünnen Abschnitt verursacht wird, sowie der Einfluss der Belastung auf das Schaltungspaket 400 unterdrückt werden. Weil die Durchflussraten-Sensorschaltung 601 im Schaltungspaket 400 eingebettet ist, kann die Durchflussraten-Sensorschaltung 601 nachteilig beeinflusst werden, wenn eine starke Belastung auf das Schaltungspaket 400 ausgeübt wird, so dass die Messgenauigkeit der Durchflussrate beeinträchtigt werden kann, oder in einigen Fällen sogar eine Störung im Betrieb selbst auftreten kann. Solch ein Einfluss kann reduziert werden.
Es ist möglich, eine mechanische Festigkeit des Vorsprungs 424 durch die Bereitstellung der Befestigungsfläche 432 im Halsabschnitt des Vorsprungs 424 zu vergrößern. Es ist möglich, das Schaltungspaket 400 und das Gehäuse 302 durch die Bereitstellung einer bandförmigen Befestigungsfläche entlang einer Strömungsachse des Messzielgases 30 auf der vorderen Fläche des Schaltungspaketes 400 und einer Befestigungsfläche über die Strömungsachse des Messzielgases 30 robuster miteinander zu befestigen. Auf der Befestigungsfläche 432 dient ein bandförmiger Abschnitt um das Schaltungspaket 400 herum mit einer Länge L entlang der Messfläche 430, wie oben beschrieben, als Befestigungsfläche entlang der Strömungsachse des Messzielgases 30, und ein Abschnitt, der den Halsabschnitt des Vorsprungs 424 bedeckt, dient als Befestigungsfläche quer zur Strömungsachse des Messzielgases 30. Beide Befestigungsflächen werden vom Befestigungsabschnitt 3721 oder 3723 umschlossen, die je einen dünnen und einen dicken Abschnitt aufweisen und am Gehäuse 302 befestigt sind.
In den 11(A) bis 11(C) wird das Schaltungspaket 400 durch den ersten Harzformprozess gebildet, wie oben beschrieben. Der schraffierte Abschnitt im äußeren Erscheinungsbild des Schaltungspakets 400 zeigt die Befestigungsflächen 432 und 434, an denen das Schaltungspaket 400 vom Harz bedeckt ist, das im zweiten Harzformprozess verwendet wird, in dem das Gehäuse 302 durch den zweiten Harzformprozess gebildet wird, nachdem das Schaltungspaket 400 durch den ersten Harzformprozess hergestellt worden ist. Bei 11(A) handelt es sich um eine Seitenansicht von links, in der das Schaltungspaket 400 dargestellt wird, während 11 (B) eine Frontalansicht des Schaltungspakets 400 darstellt und 11(C) eine Ansicht der Rückseite des Schaltungspakets 400 wiedergibt. Das Schaltungspaket 400 ist gemeinsam mit dem Luftstrom-Messabschnitt 602 oder mit der Verarbeitungseinheit 604 eingebettet, die nachfolgend beschrieben wird, und alle genannten Einheiten werden in einem integrierten Formungsprozess unter Verwendung eines thermohärtenden Harzes hergestellt. Auf der vorderseitigen Fläche des Schaltungspakets 400 in 11(B) wird die Messfläche 430, die als eine Ebene zur Stromausrichtung des Messzielgases 30 dient, in einer Form ausgebildet, die in Strömungsrichtung des Messzielgases 30 hervor steht. In dieser Ausführungsform hat die Messfläche 430 eine rechteckige Form, die parallel zur Strömungsrichtung des Messzielgases 30 verläuft. Die Messfläche 430 wird so gebildet, dass sie dünner als andere Abschnitte ist, wie in 11(A) illustriert, und dass ein Teil davon mit dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 versehen ist. Der eingebettete Luftstrom-Messabschnitt 602 führt die Wärmeübertragung an das Messzielgas 30 durch, indem der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 einen Zustand des Messzielgases 30 misst, wie zum Beispiel die Strömungsgeschwindigkeit des Messzielgases 30, und gibt ein elektrisches Signal aus, das den Durchfluss des Hauptkanals 124 repräsentiert.
Um einen Zustand des Messzielgases 30 mit hoher Genauigkeit unter Verwendung des eingebetteten Luftstrom-Messabschnitts 602 (siehe 19 und 20) zu messen, sollte das Gas, das durch die nähere Umgebung des Expositionsabschnittes der Wärmeübertragungsfläche 436 fließt, vorzugsweise in einer laminaren Strömung mit einem kleinen Wirbel vorbei strömen. Aus diesem Grunde ist es wünschenswert, dass es keinen Höhenunterschied zwischen der Fläche auf der Strömungsflussseite des Expositionsabschnittes der Wärmeübertragungsfläche 436 und der Ebene der Messfläche 430 gibt, die den Gasstrom führt. In dieser Konfiguration ist es möglich, eine unregelmäßige Belastung oder eine Verformung zu unterdrücken, die auf den Luftstrom-Messabschnitt 602 bei einer Beibehaltung der hohen Messgenauigkeit in Bezug auf die Durchflussrate ausgeübt werden würde. Es ist anzumerken, dass der vorgenannte Höhenunterschied bereitgestellt werden kann, wenn er keine Auswirkung auf die Messgenauigkeit der Durchflussrate hat.
Auf der Rückseite der Messfläche 430 des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 verbleibt ein Pressabdruck 442 der Gussform, die während des Harzformprozesses für das Schaltungspaket 400 ein inneres Substrat oder eine innere Platte hält, wie in 11(C) veranschaulicht. Der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 wird zur Durchführung des Wärmeaustausches mit dem Messzielgas 30 verwendet. Um einen Zustand des Messzielgases 30 genau zu messen, ist es wünschenswert, den Wärmeaustausch zwischen dem Luftstrom-Messabschnitt 602 und dem Messzielgas 30 in geeigneter Weise durchzuführen. Aus diesem Grunde ist es notwendig, zu verhindern, dass ein Teil des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 vom Harz im ersten Harzformprozess bedeckt wird. Die Gussformen werden sowohl im Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 als auch auf der Rückseite der Messfläche 431 installiert, die deren Rückseitenfläche darstellt, und unter Verwendung dieser Gussformen wird ein Zufluss des Harzes in den Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 verhindert. Ein Pressabdruck 442, der eine konkave Form aufweist, wird auf der Rückseite des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 gebildet. In diesem Abschnitt ist es wünschenswert, eine Einrichtung, die als Luftstrom-Messabschnitt 602 dient, oder eine ähnliche Einrichtung in der näheren Umgebung anzuordnen, um die von der Einrichtung erzeugte Wärme so gut wie möglich an die Außenumgebung abzuführen. Der gebildet konkave Abschnitt wird vom Harz weniger beeinflusst und ermöglicht ein leichte Wärmeabführung.
Eine Halbleitermembran, die zum Luftstrom-Messabschnitt 602 gehört, wird im Innern des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 gebildet, und auf der Rückseite dieser Halbleitermembran wird ein Spalt gebildet. Wenn dieser Spalt hermetisch abgedichtet wird, kommt es zu einer Deformation der Halbleitermembran, und die Messgenauigkeit wird wegen einer Druckänderung im Innern des Spalts, die durch eine Temperaturänderung verursacht wird, beeinträchtigt. Aus diesem Grunde werden in dieser Ausführungsform eine Öffnung 438, die in Verbindung mit dem Spalt auf der Rückseite der Halbleitermembran steht und auf der Fläche der Vorderseite des Schaltungspakets 400 bereitgestellt wird, sowie ein Verbindungskanal zur Verbindung des Spalts auf der Rückseite der Halbleitermembran mit der Öffnung 438 im Innern des Schaltungspakets 400 bereitgestellt. Hierbei ist anzumerken, dass die Öffnung 438 im unschraffierten Bereich in den 11(A) bis 11(C) bereitgestellt wird, um zu verhindern, dass die Öffnung 438 durch den zweiten Harzformprozesses vom Harz bedeckt wird.
Die Öffnung 438 wird durch den ersten Harzformprozess gebildet. Ein Zufluss des Harzes in den Abschnitt der Öffnung 438 wird unterdrückt, und die Öffnung 438 wird geformt, indem die Gussformen sowohl an einen Abschnitt der Öffnung 438, als auch an die Rückseite davon angepasst werden, und indem ein Druck auf die Gussformen ausgeübt wird. Die Bildung der Öffnung 438 und des Verbindungskanals, der den Spalt auf der Rückseite der Halbleitermembran mit der Öffnung 438 verbindet, wird nachfolgend beschrieben.
Im Schaltungspaket 400 bleibt der Pressabdruck 442 auf der Rückseite des Schaltungspakets 400 dort erhalten, wo der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 gebildet wird. Im ersten Harzformprozess wird, um einen Zufluss des Harzes zum Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 zu verhindern, eine Gussform, beispielsweise eine Eintauchgussform in einem Abschnitt des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 angebracht, und eine Gussform wird in einem Abschnitt des Pressabdrucks 442 direkt gegenüber der vorgenannten Form angebracht, damit ein Zufluss des Harzes zum Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 unterdrückt wird. Durch die Ausbildung eines Abschnitts des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 auf diese Weise ist es möglich, die Durchflussrate des Messzielgases 30 mit einer entscheidend höheren Genauigkeit zu messen. Außerdem hat die beschriebene Anordnung ausgezeichnete Wärmeisoliereigenschaften, weil im zweiten Harzformprozess nur wenig oder gar kein Harz im Abschnitt des Pressabdrucks 442 vorkommt. Wenn eine Anschlussleitung als Zweitplatte 536 verwendet wird, ist es möglich, die Wärme aus der benachbarten Schaltung durch das Wärmeleck nach außen abzuleiten.
Montage der Schaltungskomponenten im Schaltungspaket
Montage des Rahmens des Schaltungspakets und der Schaltungskomponenten
12 veranschaulicht einen Rahmen 512 des Schaltungspakets 400 und einen Montagezustand eines Chips als Schaltungskomponente 516, die am Rahmen 512 montiert wird. Es ist anzumerken, dass die punktierte Linie 508 einen Abschnitt anzeigt, der von der Gussform zur Formung des Schaltungspakets bedeckt wird. Eine Anschlussleitung 514 wird mechanisch mit dem Rahmen 512 verbunden und eine Platte 532 wird in der Mitte des Rahmens 512 montiert. Ein Chip-ähnlicher Luftstrom-Messabschnitt 602 und eine Verarbeitungseinheit 604 als Large Scale Integrated Circuit (LSI-Schaltkreis) werden auf der Platte 532 montiert. Eine Membran 672 wird im Luftstrom-Messabschnitt 602 bereitgestellt, und jeder Anschluss des Luftstrom-Messabschnitts 602, der nachfolgend beschrieben wird, sowie die Verarbeitungseinheit 604 werden unter Verwendung eines Drahtes 542 angeschlossen. Darüber hinaus wird jeder Anschluss der Verarbeitungseinheit 604 und eine entsprechende Anschlussleitung 514 unter Verwendung eines Drahtes 543 angeschlossen. Weiterhin wird die Anschlussleitung 514, die zwischen einem Abschnitt, der zum Verbindungsanschluss des Schaltungspakets 400 und der Platte 532 gehört, mit der Chip-ähnlichen Schaltungskomponente 516 dazwischen verbunden.
Der Luftstrom-Messabschnitt 602, der die Membran 672 aufweist, ist an der vordersten Endseite angeordnet, wenn das Schaltungspaket 400 auf diese Weise erzeugt wird. Die Verarbeitungseinheit 604 ist an jener Seite, die zum Verbindungsanschluss für den Luftstrom-Messabschnitt 602 zugehörig ist, in Form eines LSI-Zustandes angeordnet. Außerdem wird ein Verbindungsdraht 543 auf der Anschlussseite der Verarbeitungseinheit 604 angeordnet. Durch eine sequenzielle Anordnung des Luftstrom-Messabschnitts 602, der Verarbeitungseinheit 604, des Drahtes 543, der Schaltungskomponente 516 und der Verbindungsleitung 514 in der genannten Reihenfolge von der vordersten Endseite des Schaltungspakets 400 hin zum Verbindungsanschluss, wird das gesamte Schaltungspaket 400 einfach und kompakt.
Eine dicke Leitung wird zur Stützung der Platte 532 bereitgestellt, und diese Leitung ist am Rahmen 512 unter Verwendung der Leitung 556 oder 558 befestigt. Es ist anzumerken, dass eine Leitungsfläche, die über dieselbe Fläche verfügt, wie die der Platte 532, die an die dicke Leitung angeschlossen ist, auf der unteren Fläche der Platte 532 bereitgestellt wird, und dass die Platte 532 auf der Leitungsfläche montiert wird. Diese Leitungsfläche ist mit Masse verbunden. Im Ergebnis dessen kann ein Rauschen unterdrückt werden, indem die Schaltung des Luftstrom-Messabschnitts 602 oder der Verarbeitungseinheit 604 unter Verwendung der Leitungsfläche auf herkömmliche Art und Weise mit Masse verbunden wird, damit die Messgenauigkeit des Messzielgases 30 erhöht wird. Zusätzlich wird eine Leitung 544 in der Anströmseite des Strömungsweges von der Platte 532 bereitgestellt, das heißt, auf solche Weise, dass diese entlang einer Achse, die quer zur Achse des Luftstrom-Messabschnitts 602, der Verarbeitungseinheit 604 oder der oben beschriebenen Schaltungskomponente 516 gerichtet ist, hervorsteht. Ein Temperaturerfassungselement 518, zum Beispiel ein Chip-ähnlicher Thermistor, wird an diese Leitung 544 angeschlossen. Weiterhin werden eine Leitung 548 in der näheren Umgebung der Verarbeitungseinheit 604 bereitgestellt, die eine Basis des hervorstehenden Teils bildet, und die Leitungen 544 und 548 unter Verwendung einer dünnen Verbindungsleitung 546 elektrisch angeschlossen. Weil die Leitungen 548 und 544 direkt angeschlossen sind, wird die Wärme durch die Leitungen 548 und 544 zum Temperaturerfassungselement 518 übertragen, so dass es schwierig sein kann, eine Temperatur des Messzielgases 30 genau zu messen. Daher kann durch den Anschluss eines Drahtes, der eine geringe Querschnittsfläche und einen hohen Wärmewiderstand aufweist, ein Wärmewiderstand zwischen den Leitungen 548 und 544 erhöht werden. Im Ergebnis dessen kann die Genauigkeit der Temperaturmessung des Messzielgases 30 erhöht werden, indem verhindert wird, dass der Einfluss der Wärme das Temperaturerfassungselement 518 erreicht.
Die Leitung 548 wird durch die Leitung 552 oder 554 am Rahmen 512 befestigt. Ein Verbindungsabschnitt zwischen der Leitung 552 oder 554 und dem Rahmen 512 wird am Rahmen 512 befestigt, während er gegen die Vorsprungsrichtung des vorspringenden Temperaturerfassungselements 518 geneigt ist, und die Gussform ist in diesem Bereich ebenfalls geneigt. Wenn das Formharz im ersten Harzformprozess entlang dieser Neigung fließt, fließt das Formharz des ersten Harzformprozesses gleichmäßig zum vordersten Endabschnitt, wo das Temperaturerfassungselement 518 bereitgestellt ist, so dass die Zuverlässigkeit erhöht wird.
In 12 zeigt ein Pfeil 592 eine Harzeinspritzrichtung an. Der Führungsrahmen, auf dem eine Schaltungskomponente montiert ist, wird von der Gussform bedeckt, und eine gepresste Passöffnung 590 zur Harzeinspritzung in die Gussform wird an der umkreisten Stelle bereitgestellt, so dass ein thermohärtendes Harz entlang der Richtung des Pfeiles 592 in die Gussform eingespritzt wird. Die Schaltungskomponente 516 öder das Temperaturerfassungselement 518 und die Leitung 544, die auch zum Halten des Temperaturerfassungselements 518 dient, werden entlang der Richtung des Pfeiles 592 von der gepressten Passöffnung 590 aus gesehen bereitgestellt. Weiterhin werden die Platte 532, die Verarbeitungseinheit 604 und der Luftstrom-Messabschnitt 602 in einer Richtung bereitgestellt, die näherungsweise der Richtung des Pfeils 592 entspricht. In dieser Anordnung fließt das Harz gleichmäßig innerhalb des ersten Harzformprozesses. Im ersten Harzformprozess wird ein thermohärtendes Harz verwendet, so dass es von Bedeutung ist, das sich das Harz voll ausbreitet, bevor die Erhärtung stattfindet. Aus diesem Grunde erlangt die Anordnung einer Schaltungskomponente der Leitung 514 oder ein Draht und ein Abhängigkeitsverhältnis zwischen der gepressten Passöffnung 590 und der Einspritzrichtung Bedeutsamkeit.
Aufbau des Verbindungsspalts auf der Rückseite von Membran und Öffnung
Bei 13 handelt es sich um die Darstellung eines Teils der Querschnittfläche, die entlang einer Linie C-C in 12 gezogen wurde und die zur Beschreibung einer Kommunikationsöffnung 676 dient, die einen Spalt 674, welcher im Innern der Membran 672 und des Luftstrom-Messabschnitts (Durchflussraten-Sensorelements) 602 bereitgestellt wird, und die Öffnung 520 verbindet. Wie oben beschrieben, wird der Luftstrom-Messabschnitt 602 zur Messung der Durchflussrate des Messzielgases 30 mit einer Membran 672 versehen, wobei ein Spalt 674 auf der Rückseite der Membran 672 bereitgestellt wird. Obwohl hier nicht dargestellt, wird die Membran 672 mit einem Element zum Wärmeaustausch mit dem Messzielgas 30 versehen, und die Durchflussrate wird dadurch gemessen. Wenn die Wärme auf die Elemente übertragen wird, die in der Membran 672 durch die Membran 672 separat zum Wärmeaustausch mit dem Messzielgas 30 herausgebildet werden, ist es schwierig, die Durchflussrate genau zu messen. Deshalb ist es notwendig, einen Wärmewiderstand der Membran 672 zu erhöhen und die Membran 672 so dünn wie möglich auszubilden.
Der Luftstrom-Messabschnitt (das Durchflussraten-Sensorelement) 602 ist im thermohärtenden Harz des Schaltungspakets 400, das durch den ersten Harzformprozess auf solche Weise gebildet wird, dass die Wärmeübertragungsfläche 437 der Membran 672 exponiert ist, eingebettet und befestigt. Die Oberfläche der Membran 672 wird mit den oben beschriebenen Elementen (nicht dargestellt) bereitgestellt. Diese Elemente führen den Wärmeaustausch mit dem Messzielgas 30 (nicht abgebildet) durch die Wärmeaustauschfläche auf der Oberfläche der Elemente im Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 durch, welcher der Membran 672 zugeordnet ist. Die Wärmeübertragungsfläche 437 kann auf der Oberfläche jedes Elements bereitgestellt werden oder kann mit einem dünnen Schutzfilm darauf versehen werden. Es ist wünschenswert, dass die Wärmeübertragung zwischen den Elementen und dem Messzielgas 30 gleichmäßig durchgeführt wird und dass direkte Wärmeübertragungen zwischen den Elementen so stark wie möglich reduziert werden.
Ein Abschnitt des Luftstrom-Messabschnitts (Durchflussraten-Sensorelements) 602, in dem die Elemente bereitgestellt werden, ist im Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 der Messfläche 430 angeordnet, und die Wärmeübertragungsfläche 437 ist vom Harz freigelegt, das zur Formung der Messfläche 430 verwendet wird. Der äußere Umfang des Luftstrom-Messabschnitts (Durchflussraten-Sensorelements) 602 ist vom thermohärtenden Harz bedeckt, das im ersten Harzformprozess zur Bildung der Messfläche 430 verwendet worden ist. Wenn nur die Seitenfläche des Luftstrom-Messabschnitts (Durchflussraten-Sensorelements) 602 vom thermohärtenden Harz bedeckt ist und die Oberflächenseite des äußeren Umfangs des Luftstrom-Messabschnitts (Durchflussraten-Sensorelements) 602 nicht vom thermohärtenden Harz bedeckt ist, wird eine Belastung im Harz, das zur Bildung der Messfläche 430 verwendet wird, nur von der Seitenfläche des Luftstrom-Messabschnitts (Durchflussraten-Sensorelements) 602 aufgenommen, so dass eine Verformung in der Membran 672 erzeugt werden kann und es zu einer Verschlechterung der Kennwerte kommen kann. Die Verformung der Membran 672 wird durch Bedeckung des äußeren Umfangsabschnitts des Luftstrom-Messabschnitts (Durchflussraten-Sensorelements) 602 mit dem thermohärtenden Harz, wie in 13 veranschaulicht, reduziert. Währenddessen wird die Strömung des Messzielgases 30 gestört, wenn zwischen der Wärmeübertragungsfläche 437 und der Messfläche 430 dort, wo das Messzielgas 30 entlangströmt, ein großer Höhenunterschied besteht, so dass die Messgenauigkeit beeinträchtigt wird. Daher ist es wünschenswert, dass ein Höhenunterschied W zwischen der Wärmeübertragungsfläche 437 und der Messfläche 430 dort, wo das Messzielgas 30 entlangströmt, gering ist.
Die Membran 672 wird dünn ausgebildet, um die Wärmeübertragung zwischen jedem Element und einem Spalt 674 zu unterdrücken, der auf der Rückseite des Luftstrom-Messabschnitts (Durchflussraten-Sensorabschnitts) 602 gebildet wird. Wenn dieser Spalt 674 versiegelt wird, ändert sich ein Druck am Spalt 674, der auf der Rückseite der Membran 672 gebildet wird, in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung. Wenn der Druckunterschied zwischen dem Spalt 674 und der Oberfläche der Membran 672 zunimmt, nimmt die Membran 672 diesen Druck auf und verformt sich. Damit wird eine genaue Messung schwierig. Deshalb wird ein Loch 520, das mit der Öffnung 438 (siehe 11(A), 11(B), 11(C), 15(A) und 15(B)) verbunden ist, die zur Außenseite geöffnet ist, in der Platte 532 bereitgestellt und eine Verbindungsöffnung 676, die dieses Loch 520 und den Spalt 674 verbindet, wird bereitgestellt. Diese Verbindungsöffnung 676 besteht beispielsweise aus einem Plattenpaar, das aus der ersten und zweiten Platte 534 und 536 gebildet wird. Die erste Platte 534 ist mit den Löchern 520 und 521 und einer Rinne zur Bildung der Verbindungsöffnung 676 versehen. Die Verbindungsöffnung 676 entsteht durch das Abdecken der Rinne sowie der Löcher 520 und 521 mit der zweiten Platte 536. Unter Verwendung der Verbindungsöffnung 676 und des Lochs 520 werden die an den vorderen und hinteren Oberflächen der Membran 672 aufgebrachten Drücke in etwa gleich, so dass die Messgenauigkeit verbessert wird.
Wie oben beschrieben, kann die Verbindungsöffnung 676 durch das Abdecken der Rinne sowie der Löcher 520 und 521 mit der zweiten Platte 536 gebildet werden. Alternativ dazu kann der Leiterrahmen als zweite Platte 536 genutzt werden. Wie in Bezug auf 12 beschrieben, werden die Membran 672 und die LSI-Schaltung, die als Verarbeitungseinheit 604 dient, auf der Platte 532 bereitgestellt. Ein Leiterrahmen für das Tragen der Platte 532, wo die Membran 672 und die Verarbeitungseinheit 604 befestigt sind, ist darunter bereitgestellt. Deshalb wird durch Verwendung des Leiterrahmens die Struktur einfacher. Außerdem kann der Leiterrahmen als eine Masseelektrode verwendet werden. Wenn der Leiterrahmen als zweite Platte 536 dient und die Verbindungsöffnung 676 durch Abdecken der Löcher 520 und 521 gebildet wird, die in der ersten Platte 534 unter Verwendung des Leiterrahmens gebildet werden, sowie jene Rinne abdeckt, die in der ersten Platte 534 unter Verwendung des Leiterrahmens auf diese Weise gebildet wird, kann die gesamte Struktur vereinfacht werden. Außerdem ist es möglich, den Einfluss eines Rauschens von außerhalb der Membran 672 und der Verarbeitungseinheit 604 zu reduzieren, da der Leiterrahmen als eine Masseelektrode dient.
Im Schaltungspaket 400, das in den 11(A) bis 11 (C) veranschaulicht wird, bleibt der Pressabdruck 442 auf der Rückseite des Schaltungspakets 400 dort erhalten, wo der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 gebildet wird. Im ersten Harzformprozess wird, um einen Zufluss des Harzes zum Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 zu verhindern, eine Gussform, beispielsweise eine Eintauchgussform, in einem Abschnitt des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 angebracht, und eine Gussform wird in einem Abschnitt des Pressabdrucks 442 direkt gegenüber der vorgenannten Form angebracht, damit ein Zufluss des Harzes zum Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 unterdrückt wird. Durch Bilden eines Abschnitts des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 auf diese Weise ist es möglich, die Durchflussrate des Messzielgases 30 mit einer bemerkenswert höheren Genauigkeit zu messen.
Die 14 stellt einen Zustand dar, in dem der Rahmen in 12 aus thermohärtendem Harz im ersten Harzformprozess gebildet wird und mit dem thermohärtenden Harz bedeckt ist. Durch diese Formung wird die Messfläche 436 auf der vorderen Fläche des Schaltungspakets 400 gebildet und der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 wird auf der Messfläche 430 bereitgestellt. Weiterhin wird der Spalt 674 auf der Rückseite der Membran 672, der zum Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 gehört, mit der Öffnung 438 verbunden. Der Temperaturmessabschnitt 452 zur Messung einer Temperatur des Messzielgases 30 wird am vorderen Ende des Vorsprungs 424 bereitgestellt, und das Temperaturmesselement 518 (siehe 12) ist im Innern eingebettet.Wie in 12 veranschaulicht, wird im Innern des Vorsprungs 424, um die Wärmeübertragung zu unterdrücken, eine Leitung zur Abführung des elektrischen Signals des Temperaturmesselements 518 segmentiert sowie eine Verbindungsleitung 546 angeordnet, die einen hohen Wärmewiderstand aufweist. Im Ergebnis ist es möglich, die Wärmeübertragung vom Halsabschnitt des Vorsprungs 424 hin zum Temperaturmessabschnitt 452 und somit auch den Einfluss der Wärme zu unterdrücken.
Zusätzlich wird ein Neigungsabschnitt 594 oder 596 im Halsbereich des Vorsprungs 424 in 14 gebildet. Der Harzfluss im ersten Harzformprozess wird dadurch gleichmäßig. Weiterhin fließt das Messzielgas 30, das vom Temperaturmessabschnitt 452 gemessen wird, gleichmäßig vom Vorsprung 424 zu dessen Halsabschnitt, indem der Neigungsabschnitt 594 oder 596 ausgenutzt wird, während der Temperaturmessabschnitt 452 in einem Fahrzeug installiert und betrieben wird, so dass der Halsbereich des Vorsprungs 424 gekühlt wird. Daher ist es möglich, den Einfluss der Wärme auf den Temperaturmessabschnitt 452 zu reduzieren. Nach dem Zustand gemäß 14 wird die Leitung 514 von jedem Anschluss abgetrennt, um den Verbindungsanschluss 412 oder den Anschluss 414 zu bilden.
Im ersten Harzformprozess ist es erforderlich, einen Zufluss des Harzes zum Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 oder zur Öffnung 438 zu verhindern. Daher wird ein Zufluss des Harzes im ersten Harzformprozess an einer Stelle des Expositionsabschnittes der Wärmeübertragungsfläche 436 oder der Öffnung 438 unterdrückt. Zum Beispiel wird eine Eintauchgussform installiert, die größer als die Membran 672 ist, und auf der Rückseite davon eine Presse installiert, um von beiden Flächen aus einen Druck auszuüben. In der 11(C) verbleibt der Pressabdruck 442 oder 441 auf der Rückseite, die zum Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436, zur Öffnung 438 in 14, zum Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 oder zur Öffnung 438 in 11(B) gehört.
In 14 ist ein Oberflächenausschnitt der Leitung, die vom Rahmen 512 abgetrennt wird, von der Harzoberfläche exponiert, so dass Feuchtigkeit oder ähnliche Einflussfaktoren ins Innere des Oberflächenausschnitts der Leitung während des Gebrauchs eindringen können. Ein solches Problem zu vermeiden, ist vom Standpunkt der Zuverlässigkeit und Langlebigkeit gesehen bedeutsam. Ein Abschnitt der Befestigungsfläche 434 in 14 ist beispielsweise vom Harz bedeckt, das im zweiten Harzformprozess verwendet wird, und ein Oberflächenausschnitt ist nicht freigelegt. Außerdem wird der ausgeschnittene Abschnitt für die Leitung am Neigungsabschnitt 594 oder 596 durch den zweiten Harzformprozess vom Harz bedeckt, und der Oberflächenausschnitt zwischen den Leitungen 552 oder 554 und dem Rahmen 512, wie in 12 veranschaulicht, ist vom Harz bedeckt. Dadurch ist es möglich, eine Erosion der Leitung 552 oder 554 oder das Eindringen von Wasser aus dem ausgeschnittenen Abschnitt zu verhindern. Der ausgeschnittene Abschnitt der Leitung 552 oder 554 grenzt an einen bedeutenden Leitungsabschnitt an, der das elektrische Signal des Temperaturmessabschnitts 452 überträgt. Daher ist eine Bedeckung des ausgeschnittenen Abschnitts im zweiten Harzformprozess wünschenswert.
Eine andere Ausführungsform des Schaltungspakets 400
Die 15(A) und 15(B) veranschaulichen eine andere Ausführungsform des Schaltungspakets 400, wobei 15(A) die Vorderansicht des Schaltungspakets 400 und 15(B) dessen Rückansicht darstellt. Ähnlichkeitsreferenznummern kennzeichnen ähnliche Elemente wie in anderen Zeichnungen, eine Beschreibung wird der Einfachheit halber jedoch nur für einen Teil davon angegeben. In der Ausführungsform, die in Bezug auf die 11(A) bis 11(C) oben beschrieben ist, sind der Verbindungsanschluss 412 und der Anschluss 414 des Schaltungspaketes 400 auf derselben Seite des Schaltungspaketes 400 bereitgestellt. Im Vergleich dazu werden der Verbindungsanschluss 412 und der Anschluss 414 in der Ausführungsform der 15 (A) und 15(B) auf unterschiedlichen Seiten bereitgestellt. Der Anschluss 414 ist ein Anschluss, der nicht mit dem Verbindungsanschluss verbunden ist, der im thermischen Durchflussmesser 300 nach außen verbunden ist. Wenn der Verbindungsanschluss 412, der im thermischen Durchflussmesser 300 nach außen verbunden ist, und der Anschluss 414, der nicht nach außen verbunden ist, auf diese Weise in unterschiedlichen Richtungen bereitgestellt werden, kann der Abstand zwischen dem Verbindungsanschluss 412 und dem Anschluss verbreitert werden und die Ausführbarkeit, verbessern. Wenn weiterhin der Anschluss 414 in eine Richtung erweitert wird, die sich von der des Verbindungsanschlusses 412 unterscheidet, lässt sich verhindern, dass sich die Leitung im Innern des Rahmens 512 von 12 nur auf einen Teil konzentriert, und die Anordnung der Leitung innerhalb des Rahmens 512 unterstützen. Insbesondere wird ein Chip-Kondensator als Schaltungskomponente 516 mit einem Abschnitt der Leitung verbunden, der zum Verbindungsanschluss 412 gehört. Um eine solche Schaltungskomponente 516 vorzusehen, ist ein etwas größerer Raum erforderlich. In der Ausführung gemäß 15(A) und 15(B) ist es möglich, einen Raum für die zum Verbindungsanschluss 412 gehörende Leitung leicht zu erhalten.
Ähnlich wie beim Schaltungspaket der 11(A) bis 11(C) wird ein Neigungsabschnitt 462 oder 464, der eine sich übergangslos ändernde Breite besitzt, ebenfalls im Halsbereich des Vorsprungs 424 gebildet, der aus dem Schaltungsgrundkörper 422 des Schaltungspakets 400 in den 15(A) und 15(B) hervorsteht. Die Auswirkungen daraus sind ähnlich zu denen, die in Bezug auf die 11(A) bis 11(C) beschrieben worden sind. Insbesondere unter Bezugnahme auf 15(A) und 15(B) ragt der Vorsprung 424 aus der Seitenfläche des Schaltungsgrundkörpers 422 hervor, um sich in der Anströmrichtung des Messzielgases 30 weiter auszudehnen. Der Temperaturmessabschnitt 452 wird am vorderen Ende des Vorsprungs 424 bereitgestellt und das Temperaturmesselement 518 wird im Innern des Temperaturmessabschnitts 452 eingebettet. Im Verbindungsabschnitt zwischen dem Vorsprung 424 und dem Schaltungsgrundkörper 422 werden die Neigungsabschnitte 462 und 464 bereitgestellt. Aufgrund des Neigungsabschnitts 462 oder 464 wird im Halsabschnitt des Vorsprungs 424 eine verbreiterte Form gebildet und allmählich zum vorderen Ende hin in ihrer Breite reduziert. Das heißt, wenn die Vorsprungsrichtung eine Achse ist, weist der Vorsprung 424 in seinem Halsabschnitt eine Form auf, in der sich eine Querschnittsfläche quer zur Achse in Vorsprungsrichtung in Richtung des vorderen Endes des Vorsprungs 424 allmählich verringert.
Aufgrund einer solchen Formgebung können ein Verfahren zur Befestigung eines Blatts im Innern der Gussform und ein fließfähiges Harz für den Zweck eingesetzt werden, die Elemente und ähnliche Teile zu schützen, wenn die Harzformung für das Schaltungspaket 400 durchgeführt wird. Das Haftvermögen zwischen dem Blatt und der Innenfläche der Gussform wird daher erhöht und die Zuverlässigkeit des Schaltungspakets 400 verbessert. Weiterhin weist der Vorsprung 424 eine geringe mechanische Festigkeit auf und kann im Halsabschnitt leicht verbogen werden. Wenn der Vorsprung 424 so geformt wird, dass er im Halsbereich breiter ist und sich dann allmählich in Richtung des vorderen Endes verjüngt, ist es möglich, eine Belastungskonzentration auf den Halsbereich abzuschwächen und eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit zu erreichen. Zusätzlich können im Vorsprung 424, der durch die Harzformung gebildet wird, eine Verbiegung oder ähnliche Vorgänge leicht auftreten, die infolge einer Volumenänderung entstehen, wenn sich das Harz erhärtet. Mit dieser Formgebung kann ein solcher Einfluss reduziert werden. Um die Temperatur des Messzielgases 30 so genau wie möglich zu messen, sollte die vorstehende Länge des Vorsprungs 424 recht groß sein. Durch eine Erhöhung der vorstehenden Länge des Vorsprungs 424 ist es möglich, die Wärmeübertragung vom Schaltungsgrundkörper 422 auf das Temperaturmesselement 518, das im Temperaturmessabschnitt 452 vorgesehen ist, einfach zu reduzieren.
Wie in 11(B) oder 11(C) veranschaulicht, wird der Halsabschnitt des Vorsprungs 424 in einer anderen Ausführungsform, die in 15(A) und 15(B) veranschaulicht wird, verbreitert und vom Gehäuse 302 umgeben, um das Schaltungspaket 400 am Gehäuse 302 zu befestigen. Der Halsabschnitt des Vorsprungs 424 wird auf diese Weise vom Harz des Gehäuses 302 bedeckt, wodurch eine Beschädigung des Vorsprungs 424 durch mechanische Einflüsse verhindert werden kann. Daneben können verschiedene Effekte erreicht werden, die in Bezug auf 11(A) bis 11(C) beschrieben sind.
Die Beschreibungen für Öffnung 438, Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436, Messfläche 430, Pressabdruck 441 und Pressabdruck 442 in 15(A) und 15(B) sind ähnlich zu den obigen Beschreibungen und haben dieselben funktionalen Effekte. Zur Vereinfachung werden die detaillierten Beschreibungen deshalb hier nicht wiederholt.
Prozess der Herstellung des thermischen Durchflussmessers 300
Prozess der Herstellung des Schaltungspakets 400
16 veranschaulicht einen Prozess der Herstellung des Schaltungspakets 400 innerhalb eines Prozesses der Herstellung des thermischen Durchflussmessers 300. 17 veranschaulicht einen Prozess der Herstellung des thermischen Durchflussmessers 300, und 18 veranschaulicht einen Prozess der Herstellung des thermischen Durchflussmessers 300 gemäß einer anderen Ausführungsform. In 16 bezieht sich Schritt 1 auf einen Prozess der Herstellung des Rahmens von 12. Dieser Rahmen wird beispielsweise durch einen Pressumformprozess geformt. Im Schritt 2 wird zuerst die Platte 532 am Rahmen montiert, der durch den Schritt 1 erzeugt worden ist, und der Luftstrom-Messabschnitt 602 oder die Verarbeitungseinheit 604 wird weiterhin an der Platte 532 montiert. Anschließend werden das Temperaturmesselement 518 und die Schaltungskomponente, beispielsweise ein Chip-Kondensator, montiert. Zusätzlich wird im Schritt 2 die elektrische Verdrahtung zwischen den Schaltungskomponenten, zwischen der Schaltungskomponente und der Leitung sowie zwischen den Leitungen durchgeführt. Im Schritt 2 werden die Leitungen 544 und 548 unter Verwendung einer Verbindungsleitung 546 zur Erhöhung eines Wärmewiderstands angeschlossen. Im Schritt 2 wird die in 12 veranschaulichte Schaltungskomponente am Rahmen 512 montiert und die elektrische Verdrahtung weiter fortgesetzt, so dass ein elektrischer Stromkreis gebildet wird.
Anschließend wird im Schritt 3 durch den ersten Harzformprozess der elektrische Stromkreis der 12, der durch Montage der Schaltungskomponenten und Ausführung der elektrischen Verbindung erhalten wurde, durch das thermohärtende Harz geformt, so dass das Schaltungspaket 400 produziert wird. Das Schaltungspaket weist einen geformten Zustand gemäß der Illustration in 14 auf. Außerdem werden im Schritt 3 jede der verbundenen Leitungen vom Rahmen 512 abgetrennt und alle Einzelleitungen voneinander getrennt, so dass das Schaltungspaket 400 der 11(A) bis 11(C) oder 15(A) und 15(B) erhalten wird. In diesem Schaltungspaket 400, wie in 11(A) bis 11(C) oder 15(A) und 15(B) veranschaulicht, wird die Messfläche 430 oder der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 gebildet. Ein Grundproduktionsverfahren wird in ähnlicher Weise auf die anderen Ausführungsformen des Schaltungspakets 400 in 15(A) und 15(B) angewendet.
In Schritt 4 wird das erhaltene Schaltungspaket 400 visuell oder auf dessen Funktionstüchtigkeit geprüft Im ersten Harzformprozess in Schritt 3 wird ein Harzformverfahren angewendet. Der elektrische Stromkreis, der im Schritt 2 erzeugt wird, wird an der Innenseite der Gussform befestigt und ein Hochtemperaturharz wird mit hohem Druck in die Gussform eingespritzt. Deshalb ist es empfehlenswert, die elektrische Komponente oder die elektrische Verdrahtung auf Fehlerhaftigkeit hin zu überprüfen. Für diese Überprüfung wird zusätzlich zum Verbindungsanschluss 412 der 11(A) bis 11(C) beziehungsweise 15(A) und 15(B) der Anschluss 414 verwendet. Es ist anzumerken, dass der Anschluss 414, weil er anschließend nicht mehr benötigt wird, nach dieser Überprüfung am Hals abgetrennt werden kann. Zum Beispiel wird der Anschluss. 414, wie in 15(A) und 15(B) hingewiesen, nach Gebrauch vom Hals abgetrennt.
Herstellungsprozess des thermischen Durchflussmessers 300 und Kalibrierung der Kennwerte der Messung
Im Prozess in 17 werden das Schaltungspaket 400, das wie in 16 veranschaulicht hergestellt wird, und der externe. Anschluss 306, der durch ein nicht veranschaulichtes Verfahren hergestellt wird, verwendet. Im Schritt 5 wird das Gehäuse 302 im zweiten Harzformprozess gebildet. In diesem Gehäuse 302 werden eine Bypass-Kanalrinne, die aus Harz geformt wird, der Flansch 312 oder der externe Anschluss 305 gebildet, und der schattierte Abschnitt des Schaltungspaketes 400, das in 11(A) bis 11(C) veranschaulicht ist, wird durch das Harz im zweiten Harzformprozess abgedeckt, so dass das Schaltungspaket 400 am Gehäuse 302 befestigt wird. Durch die Kombination der Herstellung (Schritt 3) des Schaltungspakets 400 im ersten Harzformprozess und der Bildung des Gehäuses 302 des thermischen Durchflussmessers 300 im zweiten Harzformprozess wird die Genauigkeit der Erfassung der Durchflussrate merklich verbessert. In Schritt 6 wird jede innere Buchse des externen Anschlusses 361 von 10 getrennt. In Schritt 7 werden der Verbindungsanschluss 412 und die innere Buchse des externen Anschlusses 361 verbunden.
Wie oben unter Bezugnahme auf 5(B) oder 6(B) beschrieben, weist der Befestigungsabschnitt 3721 oder 3723 zur Befestigung des Schaltungspakets 400 am Gehäuse 302 zusätzlich zu einem dicken Abschnitt 4714 oder 4715 auch einen dünnen Abschnitt 4710 oder 4716 auf. Wenn der Befestigungsabschnitt 3721 oder 3723, der das Schaltungspaket 400 umschließt, vollständig aus einem dicken Abschnitt gebildet wird, wird wegen der Harzschrumpfung, die entsteht, weil die Temperatur des eingespritzten Harzes im zweiten Harzformprozess des Schrittes 5 in 17 reduziert wird, eine große Kraft auf die vordere Fläche des Schaltungspakets 400 ausgeübt. Wenn wegen der Schrumpfung des Harzes der Befestigungsabschnitte 3721 oder 3723 eine große Kraft auf die vordere Fläche des Schaltungspakets 400 ausgeübt wird, kann die elektrische Schaltung der 12, die mit dem Schaltungspaket 400 eingebettet ist, beschädigt werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Befestigungsabschnitt 3721 oder 3723 nicht nur im dicken Abschnitt gebildet, sondern wird im dünnen Abschnitt auf solche Weise gebildet, dass die Dicke der Harzschicht, die im zweiten Harzformprozess zur Bedeckung der vorderen Fläche des Schaltungspakets 400 gebildet wird, im Bereich des dünnen Abschnitts reduziert wird. Das hat zur Folge, dass eine Kraft, die auf die vordere Fläche des Schaltungspakets 400 ausgeübt wird, reduziert wird, beziehungsweise dergestalt, dass die pro Flächeneinheit auf das Schaltungspaket 400 ausgeübte Kraft reduziert wird. Im Ergebnis dessen wird die Möglichkeit einer Beschädigung der elektrischen Schaltung der 12 im Schaltungspaket 400 verringert.
Im Gehäuse 302 selbst kann es, wenn ein Abschnitt des Befestigungsabschnitts 3721 oder 3723 des Gehäuses 302 erheblich schrumpft, zu Verbiegungen oder Verdrehungen im Gehäuse 302 kommen. Insbesondere ist der Befestigungsabschnitt 3721 oder 3723 mit der anströmseitigen Außenwand 335 oder mit der abströmseitigen Außenwand 336 verbunden, die den Bypasskanal und den Flansch 312 verbindet, damit eine Kraft auf die anströmseitige Außenwand 335 oder 336 ausgeübt wird, die durch die Schrumpfung des Befestigungsabschnittes 3721 oder 3723 erzeugt wird. Weil die anströmseitige Außenwand 335 oder 336 eine längliche Form aufweist, können Verdrehungen oder Verbiegungen leicht entstehen. Durch ein Erhärten des dünnen Abschnitts ist es möglich, eine Kraft, die auf die anströmseitige Außenwand 335 oder auf die abströmseitige Außenwand 336 ausgeübt wird, zu reduzieren oder zu verteilen. Dadurch kann die Entstehung von Verbiegungen oder Verdrehungen der anströmseitigen Außenwand 335 oder der abströmseitigen Außenwand 336 unterdrückt werden.
Das Gehäuse 302 wird in Schritt 7 erhalten. In Schritt 8 werden die Front- und Rückabdeckungen 303 und 304 am Gehäuse 302 angebracht, so dass die Innenseite des Gehäuses 302 durch die Front- und Rückabdeckung 303 und 304 versiegelt wird. Außerdem werden der Bypass-Kanal, durch den das Messzielgas 30 fließt, und der thermische Durchflussmesser 300 erzeugt. Zusätzlich wird eine Mündungsstruktur, wie in Bezug auf 7 (A) und 7 (B) beschrieben, durch den Vorsprung 356 oder 358 gebildet, der in der Front- oder Rückabdeckung 303 oder 304 bereitgestellt wird. Es ist anzumerken, dass die Frontabdeckung 303 durch die Formung in Schritt 10 und die Rückabdeckung 304 durch die Formung im Schritt 11 gebildet werden. Außerdem werden die Front- und Rückabdeckungen 303 und 304 in separaten Prozessen mit zwei unterschiedlichen Gussformen gebildet.
In Schritt 9 wird eine Prüfung der Messeigenschaften für die Durchflussrate des Messzielgases 30 ausgeführt, indem in der Praxis eine bekannte Gasmenge in den Bypass-Kanal des thermischen Durchflussmessers 300 geleitet wird. Weil das Verhältnis zwischen Bypasskanal und Luftstrom-Messabschnitt, wie oben beschrieben, mit hoher Genauigkeit beibehalten wird, wird durch eine Kalibrierung der Messeigenschaften zur Erzielung präziser Messeigenschaften auf Basis der Prüfung der Messeigenschaften, für die Durchflussrate eine bemerkenswert hohe Messgenauigkeit erzielt. Da außerdem die Formung des Bypass-Kanals und des Luftstrom-Messabschnitts so durchgeführt wird, dass ein bestimmtes Verhältnis der Position oder der Konfiguration im ersten und zweiten Harzformprozess eingehalten wird, ändert sich diese Eigenschaft selbst bei lang andauernder Nutzung nicht, und zusätzlich zur hohen Messgenauigkeit wird eine hohe Zuverlässigkeit erzielt.
Prozess der Herstellung des thermischen Durchflussmessers 300 gemäß einer anderen Ausführungsform
18 veranschaulicht einen Prozess zur Herstellung des thermischen Durchflussmessers 300 gemäß einer anderen Ausführungsform. Bezug nehmend auf 18 werden, unter Verwendung des Schaltungspakets 400, das wie in 16 veranschaulicht hergestellt wird, und des externen Anschlusses 306, der vorher durch ein nicht veranschaulichtes Verfahren hergestellt wurde, in Schritt 12 vor dem zweiten Harzformprozess der Verbindungsanschluss 412 des Schaltungspakets 400 und die innere Buchse des externen Anschlusses 361 verbunden. In diesem Fall oder im Prozess vor Schritt 12 wird jede innere Buchse des externen Anschlusses 361, wie in 10 veranschaulicht, abgetrennt. In Schritt 13 wird das Gehäuse 302 im zweiten Harzformprozess gebildet. Im Gehäuse 302 werden die Harz-Bypass-Kanalrinne, der Flansch 312 oder der externe Anschluss 305 gebildet, und der schraffierte Abschnitt des Schaltungspaketes 400, das in 11 veranschaulicht ist, wird durch das Harz im zweiten Harzformprozess abgedeckt, so dass das Schaltungspaket 400 am Gehäuse 302 befestigt wird. Durch die Kombination der Herstellung (Schritt 3) des Schaltungspakets 400 im ersten Harzformprozess und der Bildung des Gehäuses 302 des thermischen Durchflussmessers 300 im zweiten Harzformprozess wird die Genauigkeit der Erfassung der Durchflussrate wie vorstehend beschrieben merklich verbessert.
Während das Gehäuse 302 in Schritt 13 erhalten wird, werden anschließend in Schritt 8 die Front- und Rückabdeckungen 303 und 304 am Gehäuse 302 angebracht, und die Innenseite des Gehäuses 302 wird durch die Front- und Rückabdeckung 303 und 304 versiegelt, so dass der Bypass-Kanal, durch den das Messzielgas 30 fließen wird, erzeugt wird. Zusätzlich wird die im Zusammenhang mit 7 beschriebene Mündungsstruktur durch den Vorsprung 356 oder 358 in der Front- oder Rückabdeckung 303 oder 304 gebildet. Wie oben beschrieben, ist darauf hinzuweisen, dass die Frontabdeckung 303 durch die Formung im Schritt 10, und die Rückabdeckung 304 durch die Formung im Schritt 11 gebildet wird. Außerdem werden die Front- und Rückabdeckungen 303 und 304 in separaten Prozessen mit zwei unterschiedlichen Gussformen gebildet.
In Schritt 9 wird in der Praxis eine Prüfung der Messeigenschaften durch die Einleitung einer bestimmten Menge des Gases in den Bypasskanal durchgeführt. Weil das Verhältnis zwischen Bypass-Kanal und Luftstrom-Messabschnitt, wie oben beschrieben, mit hoher Genauigkeit beibehalten wird, wird durch eine Kalibrierung der Messeigenschaften mithilfe einer Prüfung der Messeigenschaften eine bemerkenswert hohe Messgenauigkeit erzielt. Da außerdem die Formung des Bypass-Kanals und des Luftstrom-Messabschnitts so durchgeführt wird; dass ein bestimmtes Verhältnis der Position oder der Konfiguration im ersten und zweiten Harzformprozess eingehalten wird, ändert sich diese Eigenschaft selbst nach lang andauernder Nutzung nicht, und zusätzlich zur hohen Messgenauigkeit wird eine hohe Zuverlässigkeit erzielt. Außerdem werden verschiedene Effekte, wie oben in Bezug auf 17 beschrieben, erzielt.
Schaltungskonfiguration des thermischen Durchflussmessers 300
Übersicht der Schaltungskonfiguration des thermischen Durchflussmessers 300
19 ist ein Schaltplan, der die Durchflussraten-Sensorschaltung 601 des thermischen Durchflussmessers 300 zeigt. Es ist anzumerken, dass der Messkreis, der in Bezug auf den Temperaturmessabschnitt 452 in der oben erwähnten Ausführungsform beschrieben ist, im thermischen Durchflussmesser 300 ebenfalls vorgesehen ist, jedoch in 19 absichtlich nicht dargestellt wird. Die Durchflussraten-Sensorschaltung 601 des thermischen Durchflussmessers 300 beinhaltet den Luftstrom-Messabschnitt 602 mit dem Wärmeerzeuger 608 und der Verarbeitungseinheit 604 . Die Verarbeitungseinheit 604 steuert die Wärmemenge des Wärmeerzeugers 608 als Teil des Luftstrom-Messabschnitts 602 und sendet über den Anschluss 662 ein Signal, das die Durchflussrate angibt, die im Luftstrom-Messabschnitt 602 erfasst worden ist. Für diesen Vorgang umfasst die Verarbeitungseinheit 604 eine zentrale Verarbeitungseinheit (nachfolgend als „CPU“ bezeichnet) 612, eine Eingangsschaltung 614, eine Ausgangsschaltung 616, einen Speicher 618, der Daten aus dem Verhältnis zwischen dem Kalibrierwert oder dem Messwert und der Durchflussrate speichern kann, und einen Hauptstromkreis 622 zur Versorgung mit einer bestimmten Spannung für jeden erforderlichen Stromkreis. Der Hauptstromkreis 622 wird aus einer externen Gleichstrom-Stromversorgung gespeist. Dies kann eine Autobatterie sein, die über den Anschluss 664 und einen Masseanschluss (nicht abgebildet) angeschlossen wird.
Der Luftstrom-Messabschnitt 602 ist mit einem Wärmeerzeuger 608 zur Erwärmung des Messzielgases 30 ausgestattet. Eine Spannung V1 wird aus dem Hauptstromkreis 622 am Kollektor eines Transistors 606 bereitgestellt, der in einer Stromversorgungsschaltung des Wärmeerzeugers 608 enthalten ist. Außerdem wird über die Ausgangsschaltung 616 ein Steuersignal von der CPU 612 an den Basisanschluss eines Transistors 606 angelegt. Auf der Grundlage dieses Steuersignals wird vom Transistor 606 über den Anschluss 624 ein Strom an den Wärmeerzeuger 608 geliefert. Die dem Wärmeerzeuger 608 zugeführte Strommenge wird durch ein Steuersignal gesteuert, das über die Ausgangsschaltung 616 von der CPU 612 an den Transistor 606 der Stromversorgungsschaltung des Wärmeerzeugers 608 angelegt wird. Die Verarbeitungseinheit 604 steuert die Wärmemenge des Wärmeerzeugers 608, so dass sich die Temperatur des Messzielgases 30 um eine vorgegebene Temperaturdifferenz erhöht, zum Beispiel durch eine Erwärmung mit dem Wärmeerzeuger 608 um 100°C, gemessen von der Anfangstemperatur.
Der Luftstrom-Messabschnitt 602 schließt eine Wärmesteuerbrücke 640 zur Steuerung einer Wärmemenge des Wärmeerzeugers 608 und eine Brückenschaltung des Luftstromsensors 650 zur Messung der Durchflussrate mit ein. Eine vorgegebene Spannung V3 wird an einem Ende der Wärmesteuerbrücke 640 vom Hauptstromkreis 622 über den Anschluss 626 geliefert. Das andere Ende der Wärmesteuerbrücke 640 ist mit dem Masseanschluss 630 verbunden. Außerdem wird eine vorgegebene Spannung V2 an ein Ende der Wärmesteuerbrücke des Luftstromsensors 650 vom Hauptstromkreis 622 über den Anschluss 625 angelegt. Das andere Ende der Wärmesteuerbrücke 640 des Luftstromsensors 650 ist mit dem Masseanschluss 630 verbunden.
Die Wärmesteuerbrücke 640 hat einen Widerstand 642, der einen Widerstandstemperatursensor darstellt und einen Widerstandswert besitzt, der von der Temperatur des erwärmten Messzielgases 30 abhängt. Die Widerstände 642, 644, 646 und 648 bilden eine Brückenschaltung. Eine Potentialdifferenz zwischen einem Knoten A zwischen den Widerständen 642 und 646 sowie einem Knoten B zwischen den Widerständen 644 und 648 wird über die Anschlüsse 627 und 628 in den Eingangsstromkreis 614 eingespeist. Die CPU 612 steuert den Strom, der vom Transistor 606 zur Steuerung der vom Wärmeerzeuger 608 erzeugten Wärmemenge geliefert wird, auf solche Weise, dass die Potentialdifferenz zwischen den Knoten A und B auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird, zum Beispiel auf eine Nullspannung in dieser Ausführungsform. Die Durchflussraten-Sensorschaltung 601, die in 19 veranschaulicht wird, erhitzt das Messzielgas 30 unter Verwendung des Wärmeerzeugers 608, so dass die Temperatur um eine vorgegebene Temperaturerhöhung steigt, zum Beispiel um 100°C ausgehend von der Anfangstemperatur des Messzielgases 30. Um diese Steuerung der Beheizung mit hoher Genauigkeit durchführen zu können, werden die Widerstandswerte jedes einzelnen Widerstandes der Wärmesteuerbrücke 640 so eingestellt, dass die Potentialdifferenz zwischen den Knoten A und B jedes Mal Null wird, wenn die Temperatur des Messzielgases 30, das durch den Wärmeerzeuger 608 erwärmt wird, immer um eine vorbestimmte Temperaturerhöhung steigt, beispielsweise immer um 100°C ausgehend von der Anfangstemperatur.. Daher steuert in der Durchflussraten-Sensorschaltung 601 in 19 die CPU 612 den in den Wärmegenerator 608 eingespeisten elektrischen Strom, so dass die Potentialdifferenz zwischen den Knoten A und B zu Null wird.
Die Brückenschaltung des Luftstromsensors 650 enthält vier Widerstandstemperatursensoren, die Widerstände 652, 654, 656 und 658. Die vier Widerstandstemperatursensoren werden entlang der Strömungsrichtung des Messzielgases 30 in solcher Weise angeordnet, dass sich die Widerstände 652 und 654 in Bezug auf den Wärmeerzeuger 608 in der Anströmseite des Strömungsweges des Messzielgases 30 befinden, während die Widerstände 656 und 658 in Bezug auf den Wärmeerzeuger 608 in der Abströmseite des Strömungsweges des Messzielgases 30 angeordnet werden. Zusätzlich werden, um die Messgenauigkeit zu erhöhen, die Widerstände 652 und 654 so angeordnet, dass ihre Abstände zum Wärmeerzeuger 608 ungefähr gleich sind, und die Widerstände 656 und 658 werden so angeordnet, dass ihre Abstände zum Wärmeerzeuger 608 ebenfalls ungefähr gleich sind.
Eine Potentialdifferenz zwischen einem Knoten C zwischen den Widerständen 652 und 656 sowie einem Knoten D zwischen den Widerständen 654 und 658 wird über die Anschlüsse 631 und 632 an die Eingangsschaltung 614 angelegt. Um die Messgenauigkeit zu erhöhen, wird jeder Widerstand der Brückenschaltung des Luftstromsensors 650 auf einen Sollwert eingestellt, zum Beispiel so, dass eine Potenzialdifferenz zwischen Knoten C und D auf Null gesetzt wird, während der Durchfluss des Messzielgases 30 ebenfalls auf Null gesetzt wird. Daher gibt die CPU 612 am Anschluss 662, während die Potentialdifferenz zwischen den Knoten C und D beispielsweise auf Null gesetzt ist, ein elektrisches Signal aus, das eine Durchflussrate im Hauptkanal 124 von Null anzeigt. Dieses Ergebnis wird auf Basis des Messergebnisses ausgegeben, das durch Messung bei einer Durchflussrate des Messzielgases 30 von Null erzielt worden ist.
Wenn das Messzielgas 30 entlang der Pfeilrichtung in 19 strömt, werden der Widerstand 652 oder 654, der auf der Anströmseite liegt, vom Messzielgas 30 gekühlt. Die Widerstände 656 und 658, die in der Abströmseite des Messzielgases 30 liegen, werden vom durch den Wärmeerzeuger 608 erwärmten Messzielgas 30 erhitzt, so dass die Temperatur der Widerstände 656 und 658 steigt. Aus diesem Grund wird zwischen den Knoten C und D als Teil der Brückenschaltung des Luftstromsensors 650 eine Potentialdifferenz erzeugt. Diese Potentialdifferenz wird über die Anschlüsse 631 und 632 als Eingangsgröße an die Eingangsschaltung 614 angelegt. Die CPU 612 sucht Daten, die ein Verhältnis zwischen der Durchflussrate im Hauptkanal 124 und der oben erwähnten Potentialdifferenz im Speicher 618 auf der Grundlage der Potentialdifferenz zwischen den Knoten C und D als Teil der Brückenschaltung des Luftstromsensors 650 darstellen sollen, um so die Durchflussrate im Hauptkanal 124 zu erhalten. Über den Anschluss 662 wird ein elektrisches Signal ausgegeben, das die auf diese Weise erhaltene Durchflussrate im Hauptkanal 124 anzeigt. Es wird angemerkt, dass, obwohl die Anschlüsse 664 und 662, die in 19 gezeigt werden, mit neuen Bezugszeichen ausgewiesen sind, diese im Verbindungsanschluss 412 von 5(A), 5(B), 6(A), 6(B) oder 10, wie oben beschrieben, enthalten sind.
Wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, wird der thermische Durchflussmesser 300 im Ansaugrohr des internen Verbrennungsmotors angebracht und zur Messung der Ansaugluftmenge des internen Verbrennungsmotors verwendet. Bei einem bestimmten Betriebszustand des internen Verbrennungsmotors pulsiert die durch das Ansaugrohr strömende Ansaugluft und strömt zum Einlassventil des internen Verbrennungsmotors, um eine Rückströmung zu erzeugen. In 19 wird im Zustand der oben beschriebenen Rückströmung eine negative Strömung erzeugt, das heißt eine Strömung umgekehrt zur Richtung des Messzielgases 30, die durch den Pfeil angezeigt wird. In dieser Rückströmung wird der Widerstand 652 oder 654 vom Messzielgas 30 erhitzt, das durch den Wärmeerzeuger 608 erwärmt wird, während die Widerstände 656 und 658 vom Messzielgas 30, das in die umgekehrte Richtung strömt, gekühlt werden. Auf diese Weise wird der Vorgang im Verhältnis zum Betrieb in Vorwärtsströmungsrichtung des Messzielgases 30 umgekehrt, und eine Spannung, welche die entgegengesetzte Polarität zur Durchflussrate in Vorwärtsströmungsrichtung hat, wird zwischen den Knoten C und D erzeugt. So kann die Strömungsrichtung des Messzielgases 30 auf Basis der Polarität der unter Verwendung der Anschlüsse 631 und 632 gemessen Spannung ermittelt werden. Die Durchflussrate in Ansaugrichtung, die vom internen Verbrennungsmotor erhalten wird, kann in der Praxis durch Subtraktion der gemessenen Durchflussrate in Rückwärtsrichtung von der gemessenen Durchflussrate in Vorwärtsrichtung berechnet werden.
Der Speicher 618 speichert die Daten, die das Verhältnis zwischen der Potenzialdifferenz zwischen den Knoten C und D sowie der Durchflussrate im Hauptkanal 124 anzeigen. Der Speicher 618 speichert auch die Daten für die Strömung in Rückwärtsrichtung. Außerdem werden im Speicher 618 auch Kalibrierungsdaten zur Reduzierung eines Messfehlers gespeichert, zum Beispiel zur Reduzierung einer Werteabweichung, die man auf Basis des aktuellen Messwerts des Gases nach der Produktion des thermischen Durchflussmessers 300 erhält. Es wird angemerkt, dass der aktuelle Messwert des Gases nach der Produktion des thermischen Durchflussmessers 300 und der darauf beruhende Kalibrierwert im Speicher 618 unter Verwendung des externen Anschlusses 306 oder des Kalibrierungsanschlusses 307, der in 4(A) und 4(B) dargestellt ist, gespeichert werden. In dieser Ausführungsform wird der thermische Durchflussmesser 300 hergestellt, während ein Anordnungsverhältnis zwischen dem Bypasskanal, durch den das Messzielgas 30 strömt, und der Messfläche 430 oder ein Anordnungsverhältnis zwischen dem Bypass-Kanal, durch den das Messzielgas 30 strömt, und dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 mit hoher Genauigkeit und möglichst wenig Abweichungen eingehalten wird. Daher wird durch eine Kalibrierung mit dem Kalibrierwert eine bemerkenswert hohe Genauigkeit des Messergebnisses erzielt.
Konfiguration der Durchflussraten-Sensorschaltung 601
20 zeigt einen Stromlaufplan einer Schaltungsanordnung des Luftstrom-Messabschnitts 602 der oben beschriebenen 19. Der Luftstrom-Messabschnitt 602 wird aus einem Halbleiterchip mit einer rechteckigen Form hergestellt. FIG..20 zeigt, wie das Messzielgas 30 in Pfeilrichtung von der linken zur rechten Seite des Luftstrom-Messabschnitts 602 fließt. Im Zustand einer Rückströmung wird jedoch eine negative Strömung erzeugt, das heißt eine Strömung entgegen der Pfeilrichtung. Am Luftstrom-Messabschnitt 602 der 20 findet eine Wärmeübertragung mit dem Messzielgas 30 statt, so dass die Durchflussrate der Rückströmung und die Durchflussrate der Vorwärtsströmung gemessen werden kann. Eine Membran 672 mit einer rechteckigem Form wird im Luftstrom-Messabschnitt 602 gebildet. Die Membran 672 wird durch Reduzierung der Dicke des Halbleiterchips mit einem schmalen Bereich 603 versehen, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet. In diesem schmalen Bereich 603 wird auf der Rückseite ein Spalt gebildet und mit der Öffnung 438 verbunden, wie in 11(A) bis 11(C), 5(A), 5(B) und ähnlichen Darstellungen gezeigt, so dass der Gasdruck im Innern des Spalts vom Druck des Gases abhängt, das durch die Öffnung 438 geleitet wird.
Durch eine Reduzierung der Dicke der Membran 672 im schmalen Bereich 603 wird die thermische Leitfähigkeit verringert und die Wärmeübertragung auf die Widerstände 652, 654, 658 und 656, die im schmalen Bereich 603 angeordnet sind, durch die Membran 672 wird unterdrückt, so dass die Temperaturen der Widerstände in etwa durch die Wärmeübertragung mit dem Messzielgas 30 bestimmt werden.
Der Wärmeerzeuger 608 wird in der Mitte des schmalen Bereichs 603 der Membran 672 angeordnet, und der Widerstand 642 der Wärmesteuerbrücke 640 wird rund um den Wärmeerzeuger 608 angelegt. Des Weiteren werden die Widerstände 644, 646 und 648 der Wärmesteuerbrücke 640 an der Außenseite des schmalen Bereichs 603 angeordnet. Die Widerstände 642, 644, 646 und 648, die auf diese Weise gebildet werden, stellen die Wärmesteuerbrücke 640 dar.
Außerdem wird die Anordnung der als anströmseitige Widerstandstemperatursensoren dienenden Widerstände 652 und 654 sowie der als abströmseitige Widerstandstemperatursensoren dienenden Widerstände 656 und 658 durch die Einfügung des Wärmerzeugers 608 gebildet. Die Widerstände 652 und 654 als anströmseitige Widerstandstemperatursensoren werden auf der Anströmseite in Pfeilrichtung angeordnet, in die das Messzielgas 30 in Bezug auf den Wärmeerzeuger 608 fließt. Die Widerstände 656 und 658 als abströmseitige Widerstandstemperatursensoren werden auf der Abströmseite in Pfeilrichtung angeordnet, in die das Messzielgas 30 in Bezug auf den Wärmeerzeuger 608 fließt. Auf diese Weise wird die Brückenschaltung des Luftstromsensors 650 durch die Widerstände 652, 654, 656 und 658 im schmalen Bereich 603 gebildet. Es ist anzumerken, dass die vorgenannte Beschreibung unter der Annahme eines Zustandes angefertigt wurde, in dem das Messzielgas 30 in Vorwärtsrichtung strömt. Die tatsächliche Strömung des Messzielgases 30 bei Beeinflussung durch eine Rückströmung ist von der Abströmseite zur Anströmseite gerichtet.
Die beide Enden des Wärmeerzeugers 608 werden an die Anschlüsse 624 und 629 angeschlossen, wie in der unteren Hälfte der 20 veranschaulicht. Hier wird, wie in 19 dargestellt, der vom Transistor 606 an den Wärmegenerator 608 gelieferte Strom an den Anschluss 624 angelegt und der Anschluss 629 mit Masse verbunden.
Die Widerstände 642, 644, 646 und 648 der Wärmesteuerbrücke 640 sind miteinander verbunden an die Anschlüsse 626 und 630 angeschlossen. In 19 ist zu sehen, dass der Anschluss 626 mit einer vorgegebenen Spannung V3 aus dem Hauptstromkreis 622 versorgt wird und dass der Anschluss 630 mit Masse verbunden ist. Außerdem ist der Knoten zwischen den Widerständen 642 und 646 sowie der Knoten zwischen den Widerständen 646 und 648 mit dem Anschluss 627 bzw. mit dem Anschluss 628 verbunden. Wie in 20 dargestellt, gibt der Anschluss 627 das elektrische Potenzial des Knotens A zwischen den Widerständen 642 und 646 aus, während der Anschluss 627 das elektrische Potenzial des Knotens B zwischen den Widerständen 644 und 648 ausgibt. Aus 19 ist ersichtlich, dass der Anschluss 625 vom Hauptstromkreis 622 mit einer vorgegebenen Spannung V2 versorgt und dass der Anschluss 630 als Masseanschluss mit Masse verbunden wird. Außerdem ist der Knoten zwischen den Widerständen 654 und 658 mit dem Anschluss 631 verbunden, während der Anschluss 631 das elektrische Potenzial des Knotens B in 19 ausgibt. Der Knoten zwischen den Widerständen 652 und 656 ist mit dem Anschluss 632 verbunden, während der Anschluss 632 das elektrische Potenzial des Knotens C in 19 ausgibt.
Da der Widerstand 642 der Wärmesteuerbrücke 640 in der Nähe des Wärmeerzeugers 608 gebildet wird, ist es möglich, wie in 20 veranschaulicht, die Temperatur des Gases, das von der Wärme des Wärmeerzeugers 608 erhitzt wurde, mit großer Genauigkeit zu messen. Unterdessen sind die Widerstände 644, 646 und 648 der Wärmesteuerbrücke 640, weil sie entfernt vom Wärmeerzeuger 608 angeordnet werden, von der Hitze des Wärmerzeugers 608 nicht leicht beeinflussbar. Der Widerstand 642 ist so konfiguriert, dass er empfindlich auf die Temperatur des vom Wärmeerzeugers 608 erhitzten Gases reagiert, und die Widerstände 644, 646 und 648 sind so konfiguriert, dass sie nicht vom Wärmeerzeuger 608 beeinflusst werden. Aus diesem Grund ist die Messgenauigkeit für das Messzielgas 30 unter Verwendung der Wärmesteuerbrücke 640 hoch, und die Steuerung zur Erwärmung des Messzielgases 30 durch nur eine vordefinierte Temperatur ausgehend von dessen Anfangstemperatur kann mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird auf der Rückseite der Membran 672 ein Spalt gebildet und mit der in 11(A) bis 11(C) beziehungsweise 5(A) und 5(B) dargestellten Öffnung 438 verbunden, so dass sich die Differenz zwischen dem Druck im Spalt auf der Rückseite der Membran 672 und dem Druck auf der Vorderseite der Membran 672 nicht erhöht. Es ist möglich, eine Verformung der Membran 672, die durch diese Druckdifferenz verursacht wird, zu unterdrücken. Dies trägt zu einer erhöhten Messgenauigkeit der Durchflussrate bei.
Wie oben beschrieben, wird die Wärmeleitung der Membran 672 durch die Bildung des schmalen Bereichs 603 und durch die Reduzierung der Dicke eines Teilbereichs innerhalb des schmalen Bereichs 603 in der Membran 672 so gering wie möglich gehalten. Daher neigt, während der Einfluss der Wärmeleitung durch die Membran 672 unterdrückt wird, die Brückenschaltung des Luftstromsensors 650 oder die Wärmesteuerbrücke 640 stärker dazu, je nach der Temperatur des Messzielgases 30 zu reagieren, so dass der Messvorgang verbessert wird. Aus diesem Grund wird eine hohe Messgenauigkeit erzielt.
Temperaturmessung des Messzielgases 30
Aufbau des Temperaturmessabschnitts 452 und Auswirkungen daraus
Wie in 2 bis 6 dargestellt, wird die Temperatur des Messzielgases 30 durch den Temperaturmessabschnitt 452 gemessen, der im thermischen Durchflussmesser 300 vorgesehen wird. Der Temperaturmessabschnitt 452 ragt anströmseitig aus dem Gehäuse 302 hervor und kommt in direkten Kontakt mit dem Messzielgas 30. In diesem Aufbau wird die Genauigkeit der Temperaturmessung des Messzielgases 30 verbessert. Außerdem wird die Temperatur des Gases, das von der Anströmseite her entlang der Strömungsrichtung des Messzielgases 30 zur Einlassöffnung 343 hin fließt, vom Temperaturmessabschnitt 452 gemessen, und das Gas strömt zum Halsabschnitt des Temperaturmessabschnitts 452, einem Teilabschnitt, der den Temperaturmessabschnitt 452 stützt, so dass ein Aufbau erzeugt wird, in dem eine Kühlung dergestalt durchgeführt wird, dass sich die Temperatur des Teilabschnitts, der den Temperaturmessabschnitt 452 stützt, der Temperatur des Messzielgases 30 annähert. Mit diesem Aufbau wird die Messgenauigkeit verbessert.
Die Temperatur des Ansaugrohrs, das als Hauptkanal 124 dient, ist typischerweise höher als die des Messzielgases 30, und die Hitze wird über eine anströmseitige Außenwand im Messabschnitt 310 vom Flansch 312 oder der Wärmedämmung 315 in den Bereich geleitet, der den Temperaturmessabschnitt 452 stützt, so dass die Genauigkeit der Temperaturmessung beeinflusst werden kann. Wie oben beschrieben, wird das Messzielgas 30 vom Temperaturmessabschnitt 452 gemessen und strömt anschließend am Stützabschnitt des Temperaturmessabschnitts 452 entlang, so dass der Stützabschnitt gekühlt wird. Daher ist es möglich, die Wärmeübertragung vom Flansch 312 oder von der Wärmeisolierung 315 zum Abschnitt, der den Temperaturmessabschnitt 452 stützt, durch die anströmseitige Außenwand innerhalb des Messbereichs 310 zu unterdrücken.
Insbesondere im Stützabschnitt des Temperaturmessabschnitts 452 hat die anströmseitige Außenwand innerhalb des Messabschnitts 310 eine konkave Form zur Abströmseite hin. Daher ist es möglich, die Länge zwischen der anströmseitigen Außenwand innerhalb des Messbereichs 310 und dem Temperaturmessabschnitt 452 zu vergrößern. Wenn sich die Länge des Wärmeübertragungsbereichs erhöht, erhöht sich auch die Länge des Kühlabschnitts, der das Messzielgas 30 zur Kühlung verwendet. Deshalb ist es möglich, den Einfluss der Wärme zu reduzieren, die vom Flansch 312 oder von der Wärmeisolierung 315 verursacht wird. Dadurch wird die Messgenauigkeit erhöht.
Da die anströmseitige Außenwand eine konkave Form zur Abströmseite, das heißt, zur Innenseite des Gehäuses 302 hin aufweist, ist es möglich, das Schaltungspaket 400 in der anströmseitigen Außenwand 335 des Gehäuses 302 zu befestigen. Die Befestigung des Schaltungspakets 400 wird dadurch einfach. Zusätzlich wird der Vorsprung 424 (siehe 11(A) bis 11(C)) des Temperaturmessabschnitts 452 ebenfalls verstärkt.
Wie oben unter Bezugnahme auf 2(A), 2(B), 3(A) und 3(B) beschrieben, wird die Einlassöffnung 343 in der Anströmseite des Messzielgases 30 in der Ummantelung 301 vorgesehen, und das Messzielgas 30, das von der Einlassöffnung 343 eingeleitet wird, wird durch die vorderseitige Auslassöffnung 344 oder durch die rückseitige Auslassöffnung 345 hin zum Hauptkanal 124 geleitet, wobei es durch die Umgebung des Temperaturmessabschnitts 452 strömt. Der Temperaturmessabschnitt 452 misst die Temperatur des Messzielgases 30 und ein elektrisches Signal, das die gemessene Temperatur repräsentiert, wird von der externen Anschlussbuchse 306 des externen Anschlusses 305 ausgegeben. Die Ummantelung 301 des thermischen Durchflussmessers 300 weist die vordere oder hintere Abdeckung 303 oder 304 sowie das Gehäuse 302 auf, während das Gehäuse 302 einen Hohlraum zur Bildung der Einlassöffnung 343 aufweist. Dieser Hohlraum wird im Außenwand-Hohlabschnitt 366 gebildet (siehe 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B)). Weiterhin wird die vorderseitige Auslassöffnung 344 oder die rückseitige Auslassöffnung 345 durch das Loch geformt, das in der vorderen oder hinteren Abdeckung 303 oder 304 vorgesehen ist. Wie im Folgenden beschrieben, ist der Temperaturmessabschnitt 452 mechanisch schwach, weil er am äußeren Ende des Vorsprungs 424 angeordnet ist. Die vordere Abdeckung 303 oder die hintere Abdeckung 304 schützt den Vorsprung 424 vor mechanischen Einflüssen.
Wie in 8(A) bis 8(C) oder 9(A) bis 9(C) dargestellt, wird der vordere Schutzabschnitt 322 oder der hintere Schutzabschnitt 325 in der vorderen Abdeckung 303 beziehungsweise in der hinteren Abdeckung 304 geformt. Wie in 2(A), 2(B), 3(A) oder 3(B) dargestellt, ist der vordere Schutzabschnitt 322, der sich in der vorderen Abdeckung 303 befindet, auf der Vorderseite der Einlassöffnung 343 angebracht und der hintere Schutzabschnitt 325, der sich in der hinteren Abdeckung 304 befindet, ist auf der Rückseite der Einlassöffnung 343 angebracht. Der Temperaturmessabschnitt 452, der in der Einlassöffnung 343 angeordnet ist, wird vom vorderen und hinteren Schutzabschnitt 322 und 325 geschützt, so dass der Temperaturmessabschnitt 452 vor mechanischen Beschädigungen geschützt ist, die durch einen Zusammenstoß des Temperaturmessabschnitts 452 mit einem Gegenstand während der Produktion oder beim Verladen auf ein Fahrzeug verursacht werden können.
Außerdem wird, wie in 11, 15(A) und 15(B) dargestellt, der Vorsprung 424, der den Temperaturmessabschnitt 452 stützt, im Halsbereich in Bezug auf das vordere Ende allmählich verbreitert, und das Messzielgas 30, das von der Einlassöffnung 343 her eingeleitet wird, strömt entlang dieses allmählich verbreiterten Halsabschnitts. Dadurch wird die Kühlwirkung verbessert. Der Halsabschnitt des Vorsprungs 424 befindet sich nahe an der Durchflussmessschaltung und kann von der Wärme der Durchflussmessschaltung leicht beeinflusst werden. Außerdem ist die Leitung 548 zum Anschluss des Temperaturmesselements 518, die im Temperaturmessabschnitt 452 vorgesehen ist, in den Halsabschnitt des Vorsprungs 424 eingebettet. Aus diesem Grunde kann Wärme über die Leitung 548 übertragen werden. Durch eine Verbreiterung des Halsabschnitts des Vorsprungs 424 und eine Vergrößerung der Kontaktfläche mit dem Messzielgas 30 kann die Kühlwirkung verbessert werden.
Aufbau des Temperaturmessabschnitts 452 und des Vorsprung 424 sowie entsprechende Auswirkungen
Das Schaltungspaket 400 weist den Luftstrom-Messabschnitt 602 auf-, welcher nachfolgend zur Messung des Durchflusses beschrieben wird, den Schaltungsgrundkörper 422, der mit der Verarbeitungseinheit 604 eingebettet ist, sowie den Vorsprung 424. Wie in 2 veranschaulicht, ragt der Vorsprung 424 aus der Seitenfläche des Schaltungsgrundkörpers 422 hervor, um sich in Anstromrichtung des Messzielgases 30 weiter auszudehnen. Der Temperaturmessabschnitt 452 ist am vorderen Ende des Vorsprungs 424 vorgesehen, während das Temperaturmesselement 518 im Innern des Temperaturmessabschnitts 452 eingebettet ist, wie in 12 dargestellt. Die Neigungsabschnitte 462 und 464 sind in einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Vorsprung 424 und dem Schaltungsgrundkörper 422 vorgesehen, wie in 11(A) bis 11(C), 15(A) und 15(B) dargestellt. Aufgrund des Neigungsabschnitts 462 oder 464 wird im Halsabschnitt des Vorsprungs 424 eine verbreiterte Form gebildet und allmählich zum vorderen Ende hin in ihrer Breite reduziert. Eine Querschnittsfläche quer zur Vorsprungsachse zeigt eine Flächenreduzierung vom Halsabschnitt zum vorderen Ende des Vorsprungs 424 hin in Bezug auf die Vorsprungsachse.
Da der Verbindungsabschnitt zwischen der Oberfläche des Schaltungspakets 400 und der Oberfläche des Vorsprungs 424 eine sich allmählich ändernde Struktur aufweist, kann auf diese Weise ein Verfahren, bei dem ein Blatt im Innern der Gussform befestigt und die Form mit Harz ausgegossen wird, zu dem Zweck eingesetzt werden, die Elemente zu schützen und ähnliche Funktionen zu übernehmen, wenn die Harzformung für das Schaltungspaket 400 durchgeführt wird. Das Haftvermögen zwischen dem Blatt und der Innenfläche der Gussform wird daher erhöht und die Zuverlässigkeit des Schaltungspakets 400 verbessert. Wenn sich die Oberfläche plötzlich verändert, wird eine hohe Kraft auf das Blatt ausgeübt, und eine Abweichung oder andere Anomalitäten werden im Kontaktabschnitt zwischen der Innenwandfläche der Gussform und dem Blatt erzeugt, so dass es schwierig ist, die Harzformung ordnungsgemäß durchzuführen. Des Weiteren weist der Vorsprung 424 eine geringe mechanische Festigkeit auf und kann im Halsabschnitt leicht verbogen werden. Wenn der Vorsprung 424 so geformt wird, dass er im Halsbereich breiter ist und sich dann allmählich in Richtung des vorderen Endes verjüngt, ist es möglich, eine Belastungskonzentration auf den Halsbereich abzuschwächen und eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit zu erreichen. Zusätzlich können im Vorsprung 424, der durch die Harzformung gebildet wird, eine Verbiegung oder ähnliche Vorgänge leicht auftreten, die infolge einer Volumenänderung entstehen, wenn sich das Harz erhärtet. Mit dieser Formgebung kann ein solcher Einfluss reduziert werden. Um die Temperatur des Messzielgases 30 so genau wie möglich zu messen, sollte die vorstehende Länge des Vorsprungs 424 recht groß sein. Durch eine Erhöhung der vorstehenden Länge des Vorsprungs 424 ist es möglich, die Wärmeübertragung vom Schaltungsgrundkörper 422 auf das Temperaturmesselement 518, das im Temperaturmessabschnitt 452 vorgesehen ist, auf einfache Weise zu reduzieren.
Wie in 11(B) und 11(C) veranschaulicht, wird der Halsabschnitt des Vorsprungs 424 verbreitert und vom Gehäuse 302 umgeben, um das Schaltungspaket 400 am Gehäuse 302 zu befestigen. Der Halsabschnitt des Vorsprungs 424 wird auf diese Weise vom Harz des Gehäuses 302 bedeckt, wodurch eine Beschädigung des Vorsprungs 424 durch mechanische Einflüsse verhindert werden kann.
Um die Temperatur des Messzielgases 30 mit hoher Genauigkeit zu messen, sollte die Wärmeübertragung an andere Abschnitte als an das Messzielgas 30 so weit wie möglich eingeschränkt werden. Der Vorsprung 424, der den Temperaturmessabschnitt 452 stützt, hat eine Form, bei der das vordere Ende dünner ist als dessen Halsabschnitt, und er ist mit dem Temperaturmessabschnitt 452 in seinem vorderen Ende versehen. Aufgrund einer solchen Form ist es möglich, den Einfluss der Wärme vom Halsabschnitt des Vorsprungs 424 auf den Temperaturmessabschnitt 452 zu reduzieren.
Nachdem die Temperatur des Messzielgases 30 mithilfe des Temperaturmessabschnitts 452 gemessen wurde, strömt das Messzielgas 30 am Vorsprung 424 entlang, so dass sich die Temperatur des Vorsprungs 424 an die Temperatur des Messzielgases 30 annähert. Daher ist es möglich, den Einfluss der Temperatur des Halsabschnitts des Vorsprungs 424 auf den Temperaturmessabschnitt 452 zu unterdrücken. Insbesondere wird in dieser Ausführungsform der Vorsprung 424, der den Temperaturmessabschnitt 452 aufweist, in dieser Umgebung verjüngt und zum Halsabschnitt des Vorsprungs hin verbreitert. Aus diesem Grund strömt das Messzielgas 30 an der Form des Vorsprungs 424 entlang, um den Vorsprung 424 wirkungsvoll zu kühlen.
In 11(A) bis 11(C) stellt der schraffierte Bereich des Halsabschnitts von Vorsprung 424 die Befestigungsfläche 432 dar, die von dem Harz bedeckt ist, das zur Bildung des Gehäuses 302 im zweiten Harzformprozess verwendet wurde. Ein Hohlraum ist im schraffierten Bereich des Halsabschnitts von Vorsprung 424 vorgesehen. Dabei wird deutlich, dass ein Abschnitt des Hohlraums vorgesehen ist, der nicht vom Harz des Gehäuses 302 bedeckt ist. Wenn solch ein nicht vom Harz des Gehäuses 302 bedeckter Abschnitt mit einem Hohlraum im Halsabschnitt von Vorsprung 424 auf diese Weise vorgesehen wird, ist es möglich, den Vorsprung 424 mithilfe des Messzielgases 30 auf einfache Weise noch weiter abzukühlen. Obwohl der schraffierte Abschnitt in 15(A) und 15(B) nicht dargestellt wird, trifft dies in ähnlicher Weise auch auf 11(A) bis 11(C) zu.
Das Schaltungspaket 400 ist ausgestattet mit dem Verbindungsanschluss 412 zur Stromversorgung des eingebetteten Luftstrom-Messabschnitts 602 oder der Verarbeitungseinheit 604 und zur Ausgabe der Messwerte für Durchfluss oder Temperatur. Zusätzlich gibt es einen Anschluss 414 zur Überprüfung der korrekten Funktionsweise des Schaltungspakets 400 und zur Feststellung von Störungen, die in einer Schaltungskomponente oder an einem Anschluss dieser Komponenten entstehen können. In dieser Ausführungsform wird das Schaltungspaket 400 durch Spritzpressverfahren zur Bildung des Luftstrom-Messabschnitts 602 oder der Verarbeitungseinheit 604 mittels eines thermohärtenden Harzes im ersten Harzformprozess gebildet. Durch diesen Formprozess kann die Maßhaltigkeit des Schaltungspakets 400 erhöht werden. Es sollte jedoch bei diesem Formprozess überprüft werden, ob ein Defekt am Luftstrom-Messabschnitt 602 oder der Verarbeitungseinheit 604 und deren Verdrahtung zum Schaltungspaket 400 vorliegt, da das Harz mit hohem Druck in die geschlossene Gussform gepresst wird, in der der Luftstrom-Messabschnitt 602 und die Verarbeitungseinheit 604 eingebettet sind. In dieser Ausführungsform ist ein Inspektionsanschluss 414 vorgesehen und die Inspektion wird für jeden der hergestellten Schaltungspakete 400 durchgeführt. Da der Inspektionsanschluss 414 nicht zum Messen genutzt wird, ist der Anschluss 414 nicht, wie oben beschrieben, an die innere Buchse des externen Anschlusses 361 angeschlossen. Zusätzlich ist jeder Verbindungsanschluss 412 mit einem Kurvenabschnitt 416 ausgestattet, um die mechanische Federkraft zu erhöhen. Wenn eine mechanische Federkraft in jedem Verbindungsanschluss 412 bereitgestellt wird, ist es möglich, die Belastung aufzunehmen, die durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der Harze im ersten und zweiten Harzformprozess verursacht wird. Das heißt, jeder Verbindungsanschluss 412 wird von der Wärmeausdehnung beeinflusst, die durch den ersten Harzformprozess verursacht wird, und die inneren Buchsen des externen Anschlusses 361, die jeweils mit einem Verbindungsanschluss 412 verbunden sind, werden durch das Harz des zweiten Harzformprozesses beeinflusst. Deshalb ist es möglich, die durch die Unterschiede der Harze verursachte Belastung aufzunehmen.
Funktionen und Auswirkungen der Neigungsabschnitte 462 und 464, die im Halsabschnitt des Vorsprungs 424 gebildet werden
Wie oben in Bezug auf 11(A) bis 11(C), 14, 15(A) und 15(B) beschrieben, werden die Neigungsabschnitte 462 und 464 im Halsabschnitt des Vorsprungs 424 vorgesehen. Aufgrund des Neigungsabschnitts 462 oder 464 wird im Halsabschnitt des Vorsprungs 424 eine verbreiterte Form gebildet und allmählich zum vorderen Ende hin in ihrer Breite reduziert. Das heißt, wenn die Vorsprungsrichtung eine Achse ist, weist der Vorsprung 424 in seinem Halsabschnitt eine Form auf, in der sich eine Querschnittsfläche quer zur Achse in Vorsprungsrichtung in Richtung des vorderen Endes des Vorsprungs 424 allmählich verringert.
Wenn das Schaltungspaket 400 durch den Harzformprozess gebildet wird, ein Verfahren zur Anbringung eines Blattes im Innern der Gussform eingesetzt wird und ein fließfähiges Harz verwendet wird, um die Elemente zu schützen und ähnliche Effekte zu erzielen, wird das Haftvermögen zwischen dem Blatt und der Innenfläche der Gussform erhöht und die Zuverlässigkeit verbessert. Des Weiteren weist der Vorsprung 424 eine geringe mechanische Festigkeit auf und kann im Halsabschnitt leicht verbogen werden. Wenn der Vorsprung 424 so geformt wird, dass er im Halsbereich breiter ist und sich dann allmählich in Richtung des vorderen Endes verjüngt, ist es möglich, eine Belastungskonzentration auf den Halsbereich abzuschwächen und eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit zu erreichen. Zusätzlich können im Vorsprung 424, der durch die Harzformung gebildet wird, Verbiegungen oder ähnliche Vorgänge leicht auftreten, die infolge einer Volumenänderung entstehen, wenn sich das Harz erhärtet. Mit dieser Formgebung kann ein solcher Einfluss reduziert werden. Um die Temperatur des Messzielgases 30 so genau wie möglich zu messen, sollte die vorstehende Länge des Vorsprungs 424 recht groß sein. Durch eine Erhöhung der vorstehenden Länge des Vorsprungs 424 ist es möglich, die Wärmeübertragung vom Schaltungsgrundkörper 422 auf das Temperaturmesselement 518, das im Temperaturmessabschnitt 452 vorgesehen ist, auf einfache Weise zu reduzieren.
Wie in 11(B) und 11(C) veranschaulicht, wird der Halsabschnitt des Vorsprungs 424 verbreitert und vom Gehäuse 302 umgeben, um das Schaltungspaket 400 am Gehäuse 302 zu befestigen. Der Halsabschnitt des Vorsprungs 424 wird auf diese Weise vom Harz des Gehäuses 302 bedeckt, wodurch eine Beschädigung des Vorsprungs 424 durch mechanische Einflüsse verhindert werden kann.
Durch die Bereitstellung des Neigungsabschnitts 463 im Halsabschnitt des Vorsprungs 424 ist es möglich, den Halsabschnitt des Vorsprungs 424 zu verbreitern und eine Form vorzusehen, die sich im Halsbereich des Vorsprungs 424-in Richtung des vorderen Endes allmählich verjüngt. Aufgrund einer solchen Formgebung können ein Verfahren zur Befestigung eines Blatts im Innern der Gussform und ein fließfähiges Harz für den Zweck eingesetzt werden, die Elemente und ähnliche Teile zu schützen, wenn die Harzformung für das Schaltungspaket 400 durchgeführt wird. Das Haftvermögen zwischen dem Blatt und der Innenfläche der Gussform wird daher erhöht und die Zuverlässigkeit verbessert. Des Weiteren weist der Vorsprung 424 eine geringe mechanische Festigkeit auf und kann im Halsabschnitt leicht verbogen werden. Wenn der Vorsprung 424 so geformt wird, dass er im Halsbereich breiter ist und sich dann allmählich in Richtung des vorderen Endes verjüngt, ist es möglich, eine Belastungskonzentration auf den Halsbereich abzuschwächen und eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit zu erreichen. Zusätzlich können im Vorsprung 424, der durch die Harzformung gebildet wird, Verbiegungen oder ähnliche Vorgänge leicht auftreten, die infolge einer Volumenänderung entstehen, wenn sich das Harz erhärtet. Mit dieser Formgebung kann ein solcher Einfluss reduziert werden. Um die Temperatur des Messzielgases 30 so genau wie möglich zu messen, sollte die vorstehende Länge des Vorsprungs 424 recht groß sein. Durch eine Erhöhung der vorstehenden Länge des Vorsprungs 424 ist es möglich, die Wärmeübertragung vom Schaltungsgrundkörper 422 auf das Temperaturmesselement 518, das im Temperaturmessabschnitt 452 vorgesehen ist, auf einfache Weise zu reduzieren.
In 11(A) bis 11(C) sowie in 21 ist es möglich, eine Beständigkeit gegen mechanische Beeinflussungen zu bilden und eine Beschädigung des Vorsprungs 424 zu verhindern, da der Halsabschnitt des Vorsprungs 424 verbreitert und vom Befestigungsabschnitt 3723 des Gehäuses 302 umgeben wird, um den Halsabschnitt mit dem Harz des Gehäuses 302 zur Bildung des Bypasskanals zu bedecken. In 11(A) bis 11(C) zeigt der schraffierte Abschnitt in der Darstellung des Schaltungspakets 400 die Befestigungsflächen 432, den Befestigungsabschnitt 3723 und die Befestigungsfläche 434, wo das Schaltungspaket 400 vom Harz bedeckt ist, das im zweiten Harzformprozess verwendet wird, wenn das Gehäuse 302 durch den zweiten Harzformprozess geformt wird, nachdem das Schaltungspaket 400 durch den ersten Harzformprozess hergestellt worden ist. Das heißt, es ist möglich, unter Verwendung solcher Befestigungsflächen die mechanische Festigkeit des Schaltungspakets 400 zu erhöhen und unter Verwendung der Befestigungsfläche 432 die mechanische Festigkeit im Halsbereich des Vorsprungs 424 zu erhöhen. Außerdem können verschiedene Effekte erzielt werden, die in Bezug auf 11(A) bis 11(C) beschrieben sind.
Form der Abdeckung für die Temperaturmessung des Messzielgases 30
Übersicht der Temperaturmessung des Messzielgases 30 und entsprechende Auswirkungen
Wie in 2(A), 2(B), 3(A) und 3(B) dargestellt, wird das Messzielgas 30 von der Einlassöffnung 343 her eingeleitet, die zur Anstromseite hin offen ist, und die Temperatur des Messzielgases 30, das in den Temperaturmessabschnitt 452 im vorderen Ende des Vorsprungs 424 eingeleitet wird, wird gemessen. Da der Temperaturmessabschnitt 452 im Schaltungspaket 400 zur Messung des Durchflusses bereitgestellt wird und der thermische Durchflussmesser 300 an einem Messziel angebracht wird, beispielsweise am Ansaugrohr, ist es möglich, die Temperatur des Messzielgases 30 sowie den Durchfluss zu messen. Dadurch ist eine hervorragende Ausführbarkeit möglich. Außerdem ist es möglich, eine ausgezeichnete Stabilität zu erreichen, da der Vorsprung 424 mit dem Temperaturmessabschnitt 452 im Innern der Einlassöffnung 343 angeordnet und von der vorderen (303) oder hinteren Abdeckung (304) sowie vom Gehäuse 302 umgeben wird.
Um die Temperatur des Messzielgases 30 mit hoher Genauigkeit messen zu können, sollte das Messzielgas 30 so viel wie möglich mit dem Temperaturmessabschnitt 452 in Berührung kommen. Außerdem sollte eine Wärmeübertragung von einer anderen Wärmequelle an den Temperaturmessabschnitt 452 erschwert werden. Wie oben unter Bezugnahme auf 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) beschrieben, wird der Temperaturmessabschnitt 452 am vorderen Ende des Vorsprungs 424 bereitgestellt. Aus diesem Grunde kommt das Messzielgas 30, das aus der Einlassöffnung 343, die zur Anstromseite hin offen ist, eingeleitet wird, leicht mit dem Temperaturmessabschnitt 452 in Kontakt. Da außerdem der Vorsprung 424 recht lang ist, wird eine Wärmeübertragung vom Halsabschnitt zur vorderen Endseite hin erschwert. Da das Messzielgas 30, das von der Einlassöffnung 343 her eingeleitet wird, außerdem entlang des Vorsprungs 424 strömt, wird die Wärme, die vom Halsabschnitt des Vorsprungs 424 an das vordere Ende übertragen wird, vom Messzielgas 30 gekühlt. Bei diesem Aufbau wird eine Beeinflussung des Temperaturmessabschnitts 452 durch andere Wärmequellen erschwert. Aus diesem Grunde kann die Temperatur des Messzielgases 30 mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
Wie oben unter Bezugnahme auf 12 beschrieben, wird außerdem die Verbindung getrennt zwischen Leitung 548 zur Übertragung eines elektrischen Signals des Temperaturmesselements 518 zur Messung einer Temperatur unter Verwendung des Temperaturmessabschnitts 452, das an die Verarbeitungseinheit 604 als Steuerungsschaltung für Temperaturmessungen übertragen wird, und der Leitung 544, die mit dem Temperaturmesselement 518 verbunden ist. Das elektrische Signal des Temperaturmesselements 518 wird mithilfe von Leitung 546, die einen hohen Wärmewiderstand aufweist, an Leitung 548 übertragen. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die Auswirkungen der über Leitung 548 übertragenen Wärme zu reduzieren. Dies trägt zur Verbesserung der Messgenauigkeit bei.
Da das Temperaturmesselement 518 mit Leitung 544 verbunden ist und zuverlässig von dieser gehalten wird, wird eine hohe Zuverlässigkeit erzielt. Danach wird an der in 12 dargestellten Schaltung durch Spritzpressen Vorsprung 424 hergestellt. Da der Temperaturfühler 518 an Anschlussdraht 544 befestigt ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass er durch das Spritzpressverfahren beschädigt wird. Dadurch kann eine hervorragende Produktivität erreicht werden.
Wie in 2 (A), 2(B), 3(A) bzw. 3(B) dargestellt, wird die vordere (303) oder hintere (304) Abdeckung mit dem vorderen (322) bzw. hinteren (325) Schutzabschnitt versehen, um das äußere Endes des Vorsprungs 424 zu schützen. Der Vorsprung 424 ist dadurch mechanisch geschützt. Darüber hinaus ist eine Auslassöffnung der Vorderseite 344 bzw. der Rückseite 345 im Halsbereich des Vorsprungs 424 vorgesehen. Die Außenflächen der vorderen (303) und der hinteren (304) Abdeckung sind eben; die Strömungsgeschwindigkeit des Messzielgases 30 zur Außenseite der vorderseitigen Auslassöffnung 344 bzw. der rückseitigen Auslassöffnung 345 ist hoch, und der Druck daher geringer als der auf der Innenseite der vorderseitigen Auslassöffnung 344 bzw. der rückseitigen Auslassöffnung 345. Daher wird das durch Einlassöffnung 343 eingebrachte Messzielgas 30 über die vorderseitige Auslassöffnung 344 bzw. die rückseitige Auslassöffnung 345 nach außen gebracht. Da die-Einlassöffnung 343 anstromseitig geöffnet wird, wird ein dynamischer Druck des Messzielgases 30 auf die Einlassöffnung 343 aufgebracht. So wird eine ausreichende Menge Messzielgas 30 durch die Einlassöffnung 343 eingebracht, um die Temperatur zu messen und den Vorsprung 424 zu kühlen. Das Messzielgas 30 wird über die vorderseitigen oder rückseitigen Auslassöffnungen 344 bzw. 345 in das Innere des Hauptkanals 124 geleitet. Auf diese Weise kann die Temperatur des Messzielgases 30 mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
Eine weitere Ausführungsform für die Temperaturmessung des Messzielgases 30
In 21(A), 21(B) und 22 sind andere Ausführungsformen der 2(A), 2(B), 3(A) und 3(B) dargestellt; 21(A) zeigt eine linke Seitenansicht und 21(B) eine Vorderansicht des thermischen Durchflussmessers 300. 22 zeigt eine teilweise vergrößerte Darstellung der 21(B). Es sei darauf hingewiesen, dass die Form der Rückansicht des Durchflussmessers 300 der Frontansicht gleicht und symmetrisch zu ihr ist. In 8(A) bis 8 (C) bzw. 9 (A) bis 9(C) ist die vorderseitige Auslassöffnung 344 bzw. die rückseitige Auslassöffnung 345 als relativ große Öffnung ausgebildet. Um die mechanische Festigkeit zu erhöhen, sollten mehrere Öffnungen in den Front- und Rückabdeckungen 303 bzw. 304 entlang der Strömung des an Einlassöffnung 343 eingebrachten Messzielgases 30 ausgebildet werden. Da die Vorder- bzw. Rückabdeckungen 303 bzw. 304 aus einem dünnen Harz ausgebildet werden, ist es vom Standpunkt der mechanischen Festigkeit besser, viele kleine (4670) anstatt eine große Öffnung auszubilden. Es sei darauf hingewiesen, dass der Strömungspfad 4660, der sich im Inneren bildet, durch die gestrichelte Linie angezeigt wird. Da die vordere (303) bzw. die hintere (304) Abdeckung flach sind, wird der Durchfluss des Messzielgases 30 außerhalb von Öffnung 4670 schneller als der Durchfluss im inneren Strömungspfad 4660; das Messzielgas 30 strömt von der Einlassöffnung 343 durch den Strömungspfad 4660 entlang des Vorsprungs 424, um diesen zu kühlen und wird durch die Öffnung 4670 nach außen geleitet.
Da die Einlassöffnung 343 anstromseitig geöffnet wird, wird das Messzielgas 30 gleichmäßig über die Einlassöffnung 343 eingebracht. Zusätzlich sind auf beiden Seiten des Temperaturfühlers 452 ein Hohlraum 368 und ein Öffnungsabschnitt 4164 in Längsrichtung des Gehäuses 302 vorhanden. Wie in Verbindung mit 5(B) bzw. 6(B) beschrieben, ist der Öffnungsabschnitt 4164 an der Außenwand des Bypasskanals ausgebildet und der Kanal verengt sich relativ zur Eingangsöffnung 343 in Richtung inneren Strömungspfad 4660. Darüber hinaus befindet sich im inneren Strömungspfad 4660 eine Kanalverengung im Bereich von Hohlraum 368. Aus diesem Grund erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit, wenn das Messzielgas 30 über Einlassöffnung 343 eingebracht wird und durch Strömungspfad 4660 entlang Vorsprung 424 fließt, so dass sich die Kühlwirkung verstärkt.
In 23 ist eine weitere Ausführung von 21 bzw. 22 dargestellt, bei der eine Vielzahl an Öffnungen 4680 als Austrittsöffnungen für das durch Strömungspfad 4660 fließende Messzielgas 30 fungieren und maschenartig ausgebildet sind. Obwohl nur die Öffnungen 4680 in der vorderen Abdeckung 303 teilweise vergrößert dargestellt sind, hat die hintere Abdeckung 304 die gleiche Form. Die vordere (303) bzw. hintere (304) Abdeckung besteht aus einem relativ dünnen Harz, aus Sicht der mechanischen Festigkeit ist dies hervorragend.
Eine weitere Ausführungsform für die Temperaturmessung des Messzielgases 30
In 24(A) und 24(B) ist noch eine weitere Ausführungsform dargestellt, wobei es sich bei 24(A) um eine Vorderansicht handelt und bei 24(B) um eine teilweise vergrößerte Ansicht von 24(A). Um den Strömungspfad 327 zur Temperaturmessung über eine lange Strecke entlang Vorsprung 424 auszubilden, ist bei dieser Ausführung das Gehäuse 302 in eine Flanschseite 312 und eine Bypasskanalseite unterteilt. Auch wenn die Teilung nicht unbedingt ausgeführt wird, kann durch die Ausbildung des Strömungspfads 327 zur Temperaturmessung über eine lange Strecke oder durch die Öffnung des Strömungspfads 327 abstromseitig des thermischen Durchflussmessers 300 ein Teil des Messzielgases 30 innen durch Strömungspfad 327 geleitet werden.
Um die Strömungsgeschwindigkeit des Messzielgases 30, das durch einen Teil des Temperaturmessabschnitts 452 fließt, zu erhöhen, werden die Vorsprünge 4170 und 4160 in einem Teil von Einlassöffnung 343 angebracht. Durch eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Messzielgases 30 kann die Messgenauigkeit der Gastemperatur verbessert werden.
Eine weitere Ausführungsform für die Temperaturmessung des Messzielgases 30.
25 ist eine teilweise vergrößerte Darstellung, die noch eine weitere Ausführungsform zeigt. In 25 ist ein Querschnitt aus Richtung des Flanschs 312 abgebildet, um einen Querschnitt in einer senkrecht zur Längsrichtung des Durchflussmessers 300 an der Stelle der Einlassöffnung 343 verlaufenden Ebene darzustellen. Die vordere (303) und die hintere (304) Abdeckung sind in der Vorderseite und der Rückseite von Vorsprung 424 angeordnet und enthalten den Temperaturmessabschnitt 452; außerdem sind die vordere (303) und die hintere (304) Abdeckung mit der vorderseitigen (344) bzw. der rückseitigen (345) Auslassöffnung ausgestattet. Der innere Vorsprung 4450 sorgt für eine Öffnung in der vorderen (303) und rückseitigen (304) Abdeckung beidseitig in Einlassöffnung 343, so kann die Strömungsgeschwindigkeit des zugeführten Messzielgases 30 erhöht werden. Durch den äußeren Vorsprung 4460 anstromseitig vor der vorderen (344) bzw. rückseitigen (345) Auslassöffnung kann der äußere Druck auf diese Öffnungen verringert werden, so dass der Durchfluss von Messzielgas 30 in diesen Öffnungen schnell wird. Bei dieser Anordnung kann die Strömungsgeschwindigkeit des Messzielgases 30 in der Nähe von Vorsprung 424 erhöht werden, ebenso wird eine ausreichende Durchflussmenge von Messzielgas 30 von Einlassöffnung 343 erreicht. Dies trägt zur Verbesserung der Temperatur-Messgenauigkeit des zu Messzielgases 30 bei. Anmerkung: Eine Beschreibung des inneren Querschnitts von Vorsprung 424 ist nicht vorhanden.
Industrielle Verfügbarkeit
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Messapparat zur Messung eines Gasdurchflusses wie oben beschrieben.
Bezugszeichenliste

300: Thermischer Durchflussmesser
302: Gehäuse
303: Vordere Abdeckung
304: Hintere Abdeckung
305: Außenanschluss
306: Externer Anschluss
307: Kalibrierungsanschluss
310: Messabschnitt
320: Anschlussverbindung
332: Bypass-Kanalrinne an der Vorderseite
334: Bypass-Kanalrinne an der Rückseite
356, 358: Vorsprung
359: Harzabschnitt
361: Innere Buchse des externen Anschlusses
365: Verbindungsabschnitt
400: Schaltungspaket
412: Verbindungsanschluss
414: Anschluss
422: Gehäuse des Schaltungspakets
424: Vorsprung
430: Messoberfläche
432, 434: Befestigungsfläche
436: Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche
438: Öffnung
452: Temperaturmessabschnitt
590: gepresste Passöffnung
594, 596: Abschrägungen
601: Durchflussmessschaltung
602: Abschnitt zur Luftdurchflussmessung
604: Verarbeitungseinheit
608: Wärmegenerator
640: Wärmesteuerbrücke
650: Brückenschaltung der Luftdurchflussmessung
672: Membran

Claims

Ein thermischer Durchflussmesser (300) mit einem Bypass-Kanal zur Abzweigung und Durchleitung eines Teils eines Messzielgases (30), das durch einen Hauptkanal (124) fließt; einem Schaltungspaket (400) zur Messung des Durchflusses mittels Wärmeübertragung durch das Messzielgas (30), das durch den Bypass-Kanal fließt und Temperaturmessung dieses Gases über ein Gehäuse (302), das das Schaltungspaket (400) enthält und Schutzabdeckungen (303, 304), welche das Gehäuse (302) schützen, wobei das Schaltungspaket (400) über einen Vorsprung (424) mit einem Element zur Temperaturmessung des Messzielgases (30) verfügt; die Schutzabdeckungen (303, 304) des Gehäuses (302) an seitlichen Abschnitten des Vorsprungs (424) so angeordnet sind, dass eine Einlassöffnung (343) für den Eintritt des Messzielgases (30) an der Vorderseite des Vorsprungs (424) entsteht und die Schutzabdeckungen (303, 304) zum Hauptkanal (124) hin mit einer Ablassöffnung für das Messzielgas (30) versehen sind, das durch die Einlassöffnung (343) gelangt und entlang des Vorsprungs (424) fließt.
Der thermische Durchflussmesser (300) nach Anspruch 1, wobei das Schaltungspaket (400) über einen Schaltungsgrundkörper (422) zur Messung des Durchflusses verfügt und der Vorsprung (424), der aus dem Schaltungsgrundkörper (422) herausragt, über ein Element zur Temperaturmessung, der Schaltungsgrundkörper (422) im Inneren des Gehäuses (302) gehalten wird und der Vorsprung (424) vom Gehäuse (302) in anstromseitige Richtung des Hauptkanals (124) ragt.
Der thermische Durchflussmesser (300) nach Anspruch 2, wobei die Schutzabdeckungen (303, 304) des Gehäuses (302) an seitlichen Abschnitten des Vorsprungs (424) so angeordnet sind, dass die Einlassöffnung (343) für den Eintritt des Messzielgases (30) entsteht, das Messzielgas (30), das durch die Einlassöffnung (343) geleitet wird, entlang des Vorsprungs (424) fließt, die Vorder- und die Rückseite des Gehäuses (302) mit den Schutzabdeckungen (303, 304) versehen sind, jede der Schutzabdeckungen (303, 304) mit einem Schutz abschnitt (322, 325) versehen ist, in dem Bereich, in dem die Einlassöffnung (343) ausgebildet wird, und jede der Schutzabdeckungen (303, 304) zum Hauptkanal (124) hin mit einer Ablassöffnung zur Ableitung des Messzielgases (30) zum Hauptkanal (124) versehen ist, die sich abstromseitig des Schutzabschnitts (322, 325) in Flussrichtung des entlang des Vorsprungs (424) strömenden Messzielgases (30) befindet.
Der thermische Durchflussmesser (300) nach Anspruch 2, wobei die Schutzabdeckungen (303, 304) des Gehäuses (302) an seitlichen Abschnitten des Vorsprungs (424) so angeordnet sind, dass eine Einlassöffnung (343) für den Eintritt des Messzielgases (30) entsteht, das Messzielgas (30), das durch die Einlassöffnung (343) geleitet wird, entlang des Vorsprungs (424) fließt, die Schutzabdeckungen (303, 304) an beiden Seiten des Vorsprungs (424) mit einer Vielzahl an Öffnungen (4670, 4680) entlang des Vorsprungs (424) ausgestattet sind und das von der Einlassöffnung (343) empfangene Messzielgas (30) durch die vielen Öffnungen (4670, 4680) in den Hauptkanal (124) geleitet wird.
Der thermische Durchflussmesser (300) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei sich ein offener Hohlraum (368) im Gehäuse (302) in einer gegen die Stromrichtung ausgerichteten Seite des Hauptkanals (124) befindet, der Vorsprung (424) im Hohlraum (368) des Gehäuses (302) angeordnet ist, ein Strömungspfad (4660) für das Messzielgas (30) über die Einlassöffnung (343) durch Abdecken der seitlichen Flächen des Hohlraums (368) mit den Schutzabdeckungen (303, 304) ausgebildet wird, wobei der Vorsprung (424) sich vom Hohlraum (368) des Gehäuses (302) ausgehend gegen die Stromrichtung im Hauptkanal (124) erstreckt und die innere Oberfläche der einem Flansch (312) des Gehäuses (302) gegenüberliegenden Seite des Hohlraums (368) so geformt ist, dass sich diese sukzessive der gegenüberliegenden Innenseite des Bypasskanals in Richtung des Inneren des Hohlraums (368) nähert.
Der thermische Durchflussmesser (300) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (302) über einen externen Anschluss (306) für externe Geräte verfügt, einen ersten Gehäuseabschnitt auf der Seite des externen Anschlusses (306) und einen zweiten Abschnitt auf der Seite des Bypass-Kanals aufweist, ein Strömungspfad (327) zur Temperaturmessung des Messzielgases (30) zwischen den ersten und zweiten Gehäuseabschnitten vorgesehen ist, die Einlassöffnung (343) für das Messzielgas (30) anstromseitig im Hauptkanal (124) des Strömungspfads (327) zur Temperaturmessung ausgebildet ist und der Vorsprung (424) im Strömungspfad (327) zur Temperaturmessung vorgesehen ist.
Der thermische Durchflussmesser (300) nach Anspruch 6, wobei ein in Richtung Vorsprung (424) herausragendes Teil in mindestens einer der Innenflächen der des ersten oder des zweiten Gehäuseabschnitts angeordnet ist, um den Strömungspfad (327) zur Temperaturmessung in der Nähe der Einlassöffnung (343) auszubilden.
Der thermische Durchflussmesser (300) nach den Ansprüchen 1 bis 7, wobei die Schutzabdeckungen (303, 304) für das Gehäuse (302) an beiden Seiten des Gehäuses (302) angeordnet sind, die Schutzabdeckungen (303, 304) zum Hauptkanal (124) hin mit einer Ablassöffnung für das Messzielgas (30) versehen sind und ein hervorstehendes Teil auf einer dem Vorsprung (424) gegenüberliegenden Fläche anstromseitig der Öffnung angeordnet ist.
Der thermische Durchflussmesser (300) nach den Ansprüchen 1 bis 8, wobei die Schutzabdeckungen (303, 304) für das Gehäuse (302) an beiden Seiten des Gehäuses (302) angeordnet sind und die Schutzabdeckungen (303, 304) mit einer Ausbuchtung an einer Seite zum Vorsprung (424) hin in der Nähe der Einlassöffnung (343) versehen sind.