DE112013002949T5

DE112013002949T5 - Thermischer Durchflussmesser

Info

Publication number: DE112013002949T5
Application number: DE112013002949.9T
Authority: DE
Inventors: c/o Hitachi Automotive Systems Tokuyasu Noboru; c/o Hitachi Car Engineering Co. Tashiro Shinobu; c/o Hitachi Automotive Systems L Hanzawa Keiji; c/o Hitachi Ltd. Kono Tsutomu
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2015-03-12
Also published as: JP5759943B2; JP2014001993A; US20170176230A1; WO2013187225A1; CN104412072B; US9625296B2; CN104412072A; US20150135823A1; US10337899B2

Abstract

Es wird ein thermischer Durchflussmesser angegeben, der in der Lage ist, eine Wärmeisolierung ohne eine Verschlechterung der Ansprechempfindlichkeit eines Temperaturerfassungselements bereitzustellen. Ein thermischer Durchflussmesser 300 der vorliegenden Erfindung umfasst einen Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602, der einen Durchsatz erfasst, indem mittels einer Wärmeübergangsfläche ein Wärmeübergang an einem Messzielgas erfolgt, das durch einen Hauptdurchgang 124 strömt, ein Temperaturerfassungselement 518, das eine Temperatur des Messzielgases erfasst, eine Schaltungsbaugruppe 400, die erhalten wird, indem eine Verarbeitungseinheit 604, die Signale des Luftstrom-Erfassungsabschnitts 602 und des Temperaturerfassungselements 518 verarbeitet, an einen Leiterrahmen angeschlossen wird, und die Verarbeitungseinheit 604 mittels eines ersten Formkunststoffs durch einen ersten Formvorgang versiegelt wird, und ein Gehäuse 302, an dem die Schaltungsbaugruppe 400 mittels eines zweiten Formkunststoffs durch einen zweiten Formvorgang befestigt wird, wobei in der Schaltungsbaugruppe 400 die Dicke eines Temperaturerfassungsabschnitts 452 zum Versiegeln des Temperaturerfassungselements 518 geringer als diejenige eines Baugruppenkörperabschnitts 426 zum Versiegeln der Verarbeitungseinheit 604 ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermischen Durchflussmesser.
Stand der Technik
Ein thermischer Durchflussmesser, der den Durchsatz eines Gases misst, ist so ausgelegt, dass er einen Luftstrom-Erfassungsabschnitt zum Messen eines Durchsatzes umfasst, so dass ein Durchsatz des Gases gemessen wird, indem ein Wärmeübergang zwischen dem Luftstrom-Erfassungsabschnitt und dem Gas als Messziel erfolgt. Der vom thermischen Durchflussmesser gemessene Durchsatz wird vielfach als wichtiger Regelparameter für verschiedene Vorrichtungen verwendet. Der thermische Durchflussmesser ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchsatz eines Gases, wie beispielsweise ein Massendurchsatz, im Vergleich zu anderen Arten von Durchflussmessern mit relativ hoher Genauigkeit gemessen werden kann.
Es ist jedoch wünschenswert, die Messgenauigkeit des Gasdurchsatzes weiter zu verbessern. So sind zum Beispiel in einem Fahrzeug, in das ein Verbrennungsmotor eingebaut ist, die Anforderungen in Bezug auf eine Kraftstoffeinsparung oder Abgasreinigung hoch. Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist es wünschenswert, die Ansaugluftmenge, bei der es sich um einen Hauptparameter des Verbrennungsmotors handelt, mit hoher Genauigkeit zu messen. Der thermische Durchflussmesser, der die dem Verbrennungsmotor zugeführte Ansaugluftmenge misst, weist einen Umgehungsdurchgang, der einen Teil der Ansaugluftmenge aufnimmt, und einen Luftstrom-Erfassungsabschnitt auf, der im Umgehungsdurchgang angeordnet ist. Der Luftstrom-Erfassungsabschnitt misst einen Zustand des Messzielgases, das durch den Umgehungsdurchgang strömt, indem ein Wärmeübergang mit dem Messzielgas erfolgt, und gibt ein elektrisches Signal aus, das die Ansaugluftmenge darstellt, die dem Verbrennungsmotor zugeführt wird. Dieses technische Verfahren ist zum Beispiel in JP 2011-252796 (Patentdokument 1) erörtert.
In JP 2009-8619 A (Patentdokument 2) ist ein Aufbau einer Luftstrom-Messvorrichtung zum Messen eines Durchsatzes eines Messzielfluids erörtert, welches das Ansaugrohr durchströmt. Die Luftstrom-Messvorrichtung von Patentdokument 2 weist ein Basisteil auf, das in eine Vorrichtungseinführöffnung eingeführt ist, die im Ansaugrohr gebildet ist, und hat ein vorderes Ende, das sich in radialer Richtung ins Innere des Ansaugrohrs erstreckt, und ein Einlasstemperatur-Erfassungselement, das an einem vorderen Ende des Basisteils vorgesehen ist und nahe der Mitte des Hauptdurchgangs freiliegt.
Fundstellenliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: JP 201 1-252796 A
Patentdokument 2: JP 2009-8619 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn die Luftstrom-Messvorrichtung beispielsweise in ein Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs eingebaut ist, hat das Ansaugrohr an sich aufgrund des Wärmeeinflusses vom Verbrennungsmotor eine hohe Temperatur, und der Innenbereich des Ansaugrohrs wird durch die Ansaugluft auf eine niedrige Temperatur abgekühlt. Deshalb kann die Wärme des Ansaugrohrs durch das Basisteil auf das Einlasstemperatur-Erfassungselement übertragen werden und einen Fehler erzeugen. Deshalb ist es notwendig, eine Wärmeisolierung zwischen dem Basisteil und dem Einlasstemperatur-Erfassungselement vorzusehen. Bei der Technik von Patentdokument 2 wird zur Minimierung des Fehlers eine Wärmeisolierung am Basisteil vorgenommen, und das Einlasstemperatur-Erfassungselement liegt im Inneren des Hauptdurchgangs frei.
Wenn jedoch das Einlasstemperatur-Erfassungselement im Inneren des Hauptdurchgangs freiliegt, kann durch eine im Messzielgas enthaltene Feuchtigkeit und dergleichen Korrosion entstehen. Wenn indes das Einlasstemperatur-Erfassungselement zur Verhinderung von Korrosion mit einem Formkunststoff versiegelt ist, nimmt die Wärmekapazität in der Umgebung zu, so dass die Ansprechempfindlichkeit des Einlasstemperatur-Erfassungselements möglicherweise verschlechtert ist.
Angesichts der vorstehend erwähnten Probleme zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, einen thermischen Durchflussmesser vorzusehen, der eine Wärmeisolierung bieten kann, ohne dass die Ansprechempfindlichkeit des Temperaturerfassungselements verschlechtert ist.
Lösung des Problems
Um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung einen thermischen Durchflussmesser zur Verfügung, umfassend eine Schaltungsbaugruppe, die durch Versiegeln mit einem Formkunststoff erhalten wird, einen Luftstrom-Erfassungsabschnitt, der einen Durchsatz erfasst, indem mittels einer Wärmeübergangsfläche ein Wärmeübergang an einem Messzielgas erfolgt, das einen Hauptdurchgang durchläuft, ein Temperaturerfassungselement, das eine Temperatur des Messzielgases erfasst, und eine Verarbeitungseinheit, die ein Signal des Luftstrom-Erfassungsabschnitts und des Temperaturerfassungselements verarbeitet, wobei in der Schaltungsbaugruppe die Dicke des Formkunststoffs in einem Abschnitt zum Versiegeln des Temperaturerfassungselements dünner als in einem Abschnitt zum Versiegeln der Verarbeitungseinheit ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da ein Abschnitt zum Versiegeln der Verarbeitungseinheit eine Dicke des Formkunststoffs aufweist, die dünner als diejenige des Formkunststoffs zum Versiegeln des Temperaturerfassungselements ist, die Wärmekapazität in dem Abschnitt zum Versiegeln des Temperaturerfassungselements verringert und die Ansprechempfindlichkeit des Temperaturerfassungselements verbessert werden. Darüber hinaus ist es möglich, einen Fehlerfaktor der Temperaturerfassung zu reduzieren, indem die Wärmeübergangsmenge von einem Baugruppenkörper zum Temperaturerfassungselement verringert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Systemschaubild, das ein Verbrennungsmotor-Steuersystem veranschaulicht, bei dem ein thermischer Durchflussmesser gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
2(A) und 2(B) sind Abbildungen, die ein äußeres Erscheinungsbild des thermischen Durchflussmessers veranschaulichen, wobei 2(A) eine linke Seitenansicht ist und 2(B) eine Vorderansicht ist.
3(A) und 3(B) sind Abbildungen, die ein äußeres Erscheinungsbild des thermischen Durchflussmessers veranschaulichen, wobei 3(A) eine rechte Seitenansicht ist und 3(B) eine Rückansicht ist.
4(A) und 4(B) sind Abbildungen, die ein äußeres Erscheinungsbild des thermischen Durchflussmessers veranschaulichen, wobei 4(A) eine Draufsicht ist und 4(B) eine Unteransicht ist.
5(A) und 5(B) sind Abbildungen, die ein Gehäuse des thermischen Durchflussmessers veranschaulichen, wobei 5(A) eine linke Seitenansicht des Gehäuses ist und 5(B) eine Vorderansicht des Gehäuses ist.
6(A) und 6(B) sind Abbildungen, die ein Gehäuse des thermischen Durchflussmessers veranschaulichen, wobei 6(A) eine rechte Seitenansicht des Gehäuses ist und 6(B) eine Rückansicht des Gehäuses ist.
7 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die einen Zustand einer Strömungswegfläche veranschaulicht, die im Umgehungsdurchgang angeordnet ist.
8(A) bis 8(C) sind Außenansichten, die eine Schaltungsbaugruppe veranschaulichen, wobei 8(A) eine linke Seitenansicht ist, 8(B) eine Vorderansicht ist und 8(C) eine Rückansicht ist.
9 ist ein Schaubild, das einen Zustand veranschaulicht, bei dem Schaltungskomponenten an einem Rahmen der Schaltungsbaugruppe angebracht sind.
10 ist eine erläuternde Darstellung, in der eine Membran und eine Verbindungsöffnung veranschaulicht sind, die eine Öffnung und einen Leerraum innerhalb der Membran verbindet.
11 ist eine Abbildung, die einen Zustand der Schaltungsbaugruppe nach einem ersten Kunststoffformungsvorgang veranschaulicht.
12A ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie D-D von 11.
12B ist eine Querschnittsansicht, die ein anderes spezifisches Beispiel des Vorsprungs veranschaulicht.
12C ist eine Querschnittsansicht, die ein anderes spezifisches Beispiel des Vorsprungs veranschaulicht.
12D ist eine Querschnittsansicht, die ein anderes spezifisches Beispiel des Vorsprungs veranschaulicht.
13A ist eine Abbildung, die einen Überblick über ein Verfahren zum Herstellen eines thermischen Durchflussmessers und insbesondere ein Verfahren zum Produzieren einer Schaltungsbaugruppe veranschaulicht.
13B ist eine Abbildung, die einen Überblick über ein Verfahren zum Herstellen eines thermischen Durchflussmessers und insbesondere ein Verfahren zum Produzieren eines thermischen Durchflussmessers veranschaulicht.
14 ist ein Schaltplan, der eine Durchsatzerfassungsschaltung des thermischen Durchflussmessers veranschaulicht.
15 ist eine erläuternde Abbildung, die einen Luftstrom-Erfassungsabschnitt der Durchsatzerfassungsschaltung veranschaulicht.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend beschriebene Beispiele zur Realisierung der Erfindung (im Folgenden als Ausführungsformen bezeichnet) lösen diverse Probleme, die bei einem praktischen Produkt gewünscht sind. Insbesondere lösen die Ausführungsformen verschiedene Probleme in Bezug auf die Verwendung in einer Messvorrichtung zum Messen einer Einlassluftmenge eines Fahrzeugs und zeigen verschiedene Effekte. Eines von diversen Problemen, dem sich die folgenden Ausführungsformen widmen, ist im vorstehend beschriebenen Abschnitt „Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen” beschrieben, und eine von verschiedenen Wirkungen, die durch die folgenden Ausführungsformen erhalten werden, ist im Abschnitt „Wirkungen der Erfindung” beschrieben. Diverse Probleme, die durch die folgenden Ausführungsformen gelöst werden, und verschiedene Wirkungen, die durch die folgenden Ausführungsformen erhalten werden, sind darüber hinaus im Abschnitt „Beschreibung der Ausführungsformen” beschrieben. Es wird daher davon ausgegangen, dass die folgenden Ausführungsformen auch Wirkungen oder Probleme umfassen, die durch die Ausführungsformen erhalten bzw. behandelt werden und sich von denen unterscheiden, die in „Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen” oder „Wirkungen der Erfindung” beschrieben sind.
In den folgenden Ausführungsformen sind mit gleichen Bezugszahlen gleiche Elemente bezeichnet, auch wenn sie in verschiedenen Zeichnungen vorkommen, und sie haben dieselben funktionellen Wirkungen. Die Komponenten, die in vorherigen Absätzen beschrieben wurden, sind möglicherweise ohne Angabe der in den Zeichnungen angegebenen Bezugszahlen und -zeichen beschrieben.
1. Verbrennungsmotor-Steuersystem mit einem thermischen Durchflussmesser gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
1 ist ein Systemschaubild, das ein Verbrennungsmotor-Steuersystem mit elektronischer Kraftstoffeinspritzung zeigt, welches über einen thermischen Durchflussmesser gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verfügt. Auf der Grundlage des Betrieb eines Verbrennungsmotors 110 mit einem Motorzylinder 112 und einem Motorkolben 114 wird Ansaugluft als Messzielgas 30 ausgehend von einem Luftfilter 122 angesaugt und einem Brennraum des Motorzylinders 112 über einen Hauptdurchgang 124 zugeführt, der zum Beispiel einen Ansaugkörper, einen Drosselkörper 126 und einen Ansaugkrümmer 128 aufweist. Ein Durchsatz des Messzielgases 30 als dem Brennraum zugeführte Ansaugluft wird durch einen erfindungsgemäßen thermischen Durchflussmesser 300 gemessen. Kraftstoff wird von einem Kraftstoffeinspritzventil 152 auf der Grundlage des gemessenen Durchsatzes zugeführt und mit dem Messzielgas 30 als Ansaugluft vermischt, so dass dem Brennraum dann ein Mischgas zugeführt wird. Es ist zu beachten, dass in dieser Ausführungsform das Kraftstoffeinspritzventil 152 in einem Ansaugkanal des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, und der in den Ansaugkanal eingespritzte Kraftstoff mit dem Messzielgas 30 als Ansaugluft vermischt wird, um das Mischgas zu bilden, so dass das Mischgas dem Brennraum durch ein Ansaugventil 116 zugeführt wird, um durch Verbrennung mechanische Energie zu erzeugen.
In den letzten Jahren wird in vielen Fahrzeugen das Verfahren der direkten Kraftstoffeinspritzung verwendet, das hervorragende Wirkungen in Bezug auf die Abgasreinigung oder eine verbesserte Kraftstoffausnutzung hat, bei dem ein Kraftstoffeinspritzventil 152 in einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors eingebaut ist und Kraftstoff vom Kraftstoffeinspritzventil 152 direkt in den jeweiligen Brennraum eingespritzt wird. Der thermische Durchflussmesser 300 kann in gleicher Weise bei einer Bauart verwendet werden, bei der der Kraftstoff direkt in jeden Brennraum eingespritzt wird, sowie auch bei einer Bauart, bei der der Kraftstoff in den Ansaugkanal des Verbrennungsmotors von 1 eingespritzt wird. Ein Verfahren zum Messen von Steuerparametern, einschließlich ein Verfahren zum Verwenden des thermischen Durchflussmessers 300, und ein Verfahren zum Steuern des Verbrennungsmotors, einschließlich einer Kraftstoffzufuhrmenge oder einer Zündzeitsteuerung, sind bei beiden Bauarten vom grundlegenden Konzept her ähnlich. Als repräsentatives Beispiel beider Bauarten ist in 1 eine Bauart dargestellt, bei der der Kraftstoff direkt in den Ansaugkanal eingespritzt wird.
Der Kraftstoff und die Luft, die dem Brennraum zugeführt werden, befinden sich in einem Kraftstoff/Luft-Mischzustand und werden durch Funkenzündung der Zündkerze 154 explosiv verbrannt, um mechanische Energie zu erzeugen. Nach der Verbrennung wird das Gas über das Auslassventil 118 einem Abgasrohr zugeführt und vom Abgasrohr als Abgas 24 vom Fahrzeug nach außen abgegeben. Der Durchsatz des Messzielgases 30 als dem Brennraum zugeführte Ansaugluft wird vom Drosselventil 132 gesteuert, dessen Öffnungsgrad sich als Reaktion auf die Betätigung eines Gaspedals ändert. Die Kraftstoffzufuhrmenge wird auf der Grundlage des Durchsatzes der dem Brennraum zugeführten Ansaugluft gesteuert, und ein Fahrer steuert den Öffnungsgrad des Drosselventils 132, so dass die dem Brennraum zugeführte Durchflussmenge der Ansaugluft gesteuert wird. Im Ergebnis kann die mechanische Energie gesteuert werden, die vom Verbrennungsmotor erzeugt wird.
1.1 Übersicht über die Steuerung des Verbrennungsmotor-Steuersystems
Der Durchsatz und die Temperatur des Messzielgases 30 als Ansaugluft, die vom Luftfilter 122 her aufgenommen wird und durch den Hauptdurchgang 124 strömt, werden vom thermischen Durchflussmesser 300 gemessen, und ein elektrisches Signal, das den Durchsatz und die Temperatur der Ansaugluft darstellt, gelangt vom thermischen Durchflussmesser 300 in die Steuervorrichtung 200. Darüber hinaus wird ein Ausgang eines Drosselwinkelsensors 144, der einen Öffnungsgrad des Drosselventils 132 misst, in die Steuervorrichtung 200 eingegeben, und ein Ausgang eines Drehwinkelsensors 146 wird in die Steuervorrichtung 200 eingegeben, um eine Position oder einen Zustand des Motorkolbens 114, des Ansaugventils 116 oder des Auslassventils 118 des Verbrennungsmotors sowie eine Drehzahl des Verbrennungsmotors zu messen. Um einen Mischverhältniszustand zwischen der Kraftstoffmenge und der Luftmenge ausgehend vom Zustand des Abgases 24 messtechnisch zu bestimmen, wird ein Ausgang eines Sauerstoffsensors 148 in die Steuervorrichtung 200 eingegeben.
Die Steuervorrichtung 200 berechnet eine Kraftstoffeinspritzmenge und einen Zündzeitpunkt auf Grundlage des Durchsatzes der Ansaugluft als Ausgang des thermischen Durchflussmessers 300 und der Drehzahl des Verbrennungsmotors, die von einem Ausgang des Drehwinkelsensors 146 gemessen wird. Auf Grundlage des Berechnungsergebnisses dieser Größen werden eine Kraftstoffmenge, die vom Kraftstoffeinspritzventil 152 zugeführt wird, und ein Zündzeitpunkt zum Zünden der Zündkerze 154 gesteuert. In der Praxis werden die Kraftstoffzufuhrmenge bzw. der Zündzeitpunkt darüber hinaus auf der Grundlage einer Veränderung der Einlasstemperatur oder des Drosselwinkels, die vom thermischen Durchflussmesser 300 gemessen wird, einer Veränderung der Motordrehzahl und eines Zustands des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses, der vom Sauerstoffsensor 148 gemessen wird, präzise gesteuert. Im Leerlaufantriebszustand des Verbrennungsmotors steuert die Steuervorrichtung 200 mittels eines Leerlaufluft-Steuerventils 156 darüber hinaus die Luftmenge, die am Drosselventil 132 vorbeiströmt, und regelt die Drehzahl des Verbrennungsmotors während des Leerlaufantriebszustands.
1.2 Stellenwert in Bezug auf die Verbesserung der Messgenauigkeit des thermischen Durchflussmessers und der Umgebung zum Einbau des thermischen Durchflussmessers
Sowohl die Kraftstoffzufuhrmenge als auch der Zündzeitpunkt als Hauptsteuergrößen des Verbrennungsmotors werden berechnet, indem ein Ausgang des thermischen Durchflussmessers 300 als Hauptparameter verwendet wird. Deshalb sind die Verbesserung der Messgenauigkeit, die Ausschaltung der Alterung und die Verbesserung der Zuverlässigkeit des thermischen Durchflussmessers 300 zur Verbesserung der Regelgenauigkeit eines Fahrzeugs bzw. zur Sicherung der Zuverlässigkeit wichtig.
Insbesondere in den letzten Jahren gibt es viele Forderungen in Bezug auf die Kraftstoffeinsparung von Fahrzeugen und die Abgasreinigung. Um diese Forderungen zu erfüllen, ist es eminent wichtig, die Messgenauigkeit des vom thermischen Durchflussmesser 300 gemessenen Durchsatzes des Messzielgases 30 als Ansaugluft zu verbessern. Darüber hinaus ist es auch wichtig, eine hohe Zuverlässigkeit des thermischen Durchflussmessers 300 aufrechtzuerhalten.
Ein Fahrzeug mit dem thermischen Durchflussmesser 300 kommt in einer Umgebung zum Einsatz, in der es erhebliche Temperaturwechsel gibt, oder auch bei widrigen Wetterbedingungen wie etwa Sturm oder Schneefall. Wenn ein Fahrzeug auf einer verschneiten Straße fährt, fährt es auf einer Straße, auf der Frostschutzmittel versprüht ist. Bei einem solchen Einsatzumfeld sollte der thermische Durchflussmesser 300 vorzugsweise so konzipiert sein, dass eine Gegenmaßnahme in Bezug auf den Temperaturwechsel oder eine Maßnahme gegen Staub oder Schmutzstoffe in Betracht gezogen werden. Des Weiteren ist der thermische Durchflussmesser 300 in einer Umgebung eingebaut, in der der Verbrennungsmotor Vibrationen ausgesetzt ist. Auch bei Vibrationen soll die hohe Zuverlässigkeit beibehalten werden.
Der thermische Durchflussmesser 300 ist im Ansaugrohr eingebaut, das durch Wärme vom Verbrennungsmotor beeinflusst wird. Aus diesem Grund wird die vom Verbrennungsmotor erzeugte Wärme über das Ansaugrohr, das einen Hauptdurchgang 124 darstellt, auf den thermischen Durchflussmesser 300 übertragen. Da der thermische Durchflussmesser 300 den Durchsatz des Messzielgases misst, indem Wärme mit dem Messzielgas übertragen wird, ist es wichtig, den Einfluss der Wärme von außen weitestgehend zu unterbinden.
Der am Fahrzeug angebrachte thermische Durchflussmesser 300 löst die Probleme, die im Abschnitt „Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden sollen” beschrieben sind, und stellt die Wirkungen bereit, die im Abschnitt „Wirkungen der Erfindung” beschrieben sind, wie nachstehend beschrieben. Wie des Weiteren nachstehend beschrieben ist, löst er verschiedene Probleme, wie es bei einem Produkt erforderlich ist, und stellt in Anbetracht der diversen, vorstehend beschriebenen Probleme verschiedene Wirkungen bereit. Spezielle Probleme oder Wirkungen, die vom thermischen Durchflussmesser 300 gelöst bzw. bereitgestellt werden, sind in der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsformen beschrieben.
2. Auslegung des thermischen Durchflussmessers 300
2.1 Äußerer Aufbau des thermischen Durchflussmessers 300
2(A), 2(B), 3(A), 3(B), 4(A) und 4(B) sind Abbildungen, die das Äußere des thermischen Durchflussmessers 300 veranschaulichen, wobei 2(A) eine linke Seitenansicht des thermischen Durchflussmessers 300 ist, 2(B) eine Vorderansicht ist, 3(A) eine rechte Seitenansicht ist, 3(B) eine Rückansicht ist, 4(A) eine Draufsicht ist und 4(B) eine Unteransicht ist. Der thermische Durchflussmesser 300 weist ein Gehäuse 302, eine vordere Abdeckung 303 und eine hintere Abdeckung 304 auf. Das Gehäuse 302 weist einen Flansch 312 zum Befestigen des thermischen Durchflussmessers 300 an einem Ansaugkörper als Hauptdurchgang 124, einen externen Verbinder 305 mit einem externen Anschluss 306 zur elektrischen Verbindung mit externen Vorrichtungen und einen Messabschnitt 310 zum Messen eines Durchsatzes und dergleichen auf. Der Messabschnitt 310 ist innen mit einem Umgehungsdurchgangskanal zum Schaffen eines Umgehungsdurchgangs versehen. Zusätzlich ist der Messabschnitt 310 innen mit einer Schaltungsbaugruppe 400 versehen, die einen Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 (siehe 14) zum Messen des Durchsatzes des durch den Hauptdurchgang 124 strömenden Messzielgases 30 und einen Temperaturerfassungsabschnitt 452 zum Messen einer Temperatur des durch den Hauptdurchgang 124 strömenden Messzielgases 30 aufweist.
2.2 Wirkungen aufgrund des äußeren Aufbaus des thermischen Durchflussmessers 300
Da der Einlasskanal 350 des thermischen Durchflussmessers 300 an der vorderen Endseite des Messabschnitts 310 vorgesehen ist, der sich ausgehend vom Flansch 312 in Richtung zur Mitte des Hauptdurchgangs 124 erstreckt, kann anstelle des Gases im Nahbereich der Innenwandoberfläche des Hauptdurchgangs 124 das Gas in den Umgehungsdurchgang gelangen, das sich im Nahbereich des Mittenabschnitts entfernt von der Innenwandoberfläche befindet. Aus diesem Grund kann der thermische Durchflussmesser 300 einen Durchsatz oder eine Temperatur der Luft messen, die von der Innenwandoberfläche des Hauptdurchgangs 124 des thermischen Durchflussmessers 300 entfernt ist, so dass eine durch den Einfluss von Wärme und dergleichen verursachte Abnahme der Messgenauigkeit unterbunden werden kann. Im Nahbereich der Innenwandoberfläche des Hauptdurchgangs 124 wird der thermische Durchflussmesser 300 leicht von der Temperatur des Hauptdurchgangs 124 beeinflusst, so dass die Temperatur des Messzielgases 30 einen von der ursprünglichen Temperatur des Gases abweichenden Zustand hat und einen von einem gemittelten Zustand des Hauptgases im Inneren des Hauptdurchgangs 124 abweichenden Zustand zeigt. Insbesondere wenn der Hauptdurchgang 124 als Einlasskörper des Motors dient, kann er von der Wärme vom Motor beeinflusst sein und bleibt auf einer hohen Temperatur. Aus diesem Grund hat das Gas im Nahbereich der Innenwandoberfläche des Hauptdurchgangs 124 in vielen Fällen eine Temperatur, die höher ist als die ursprüngliche Temperatur des Hauptdurchgangs 124, so dass hierdurch die Messgenauigkeit herabgesetzt wird.
Im Nahbereich der Innenwandoberfläche des Hauptdurchgangs 124 steigt der Fluidwiderstand an und die Fließgeschwindigkeit nimmt im Vergleich zur mittleren Fließgeschwindigkeit im Hauptdurchgang 124 ab. Wenn das Gas im Nahbereich der Innenwandoberfläche des Hauptdurchgangs 124 als das Messzielgas 30 in den Umgehungsdurchgang gelangt, kann aus diesem Grund durch eine Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit gegenüber der mittleren Strömungsgeschwindigkeit im Hauptdurchgang 124 ein Messfehler entstehen. Bei dem in 2(A), 2(B), 3(A), 3(B), 4(A) und 4(B) dargestellten thermischen Durchflussmesser 300 kann, da die Einlassöffnung 350 im vorderen Ende des dünnen und langen Messabschnitts 310 vorgesehen ist, der sich ausgehend vom Flansch 312 zur Mitte des Hauptkanals 124 erstreckt, ein Messfehler verringert werden, der mit einer Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit im Nahbereich der Innenwandoberfläche zusammenhängt. Bei dem in 2(A), 2(B), 3(A), 3(B), 4(A) und 4(B) veranschaulichten thermischen Durchflussmesser 300 ist zusätzlich dazu, dass die Einlassöffnung 350 am vorderen Ende des Messabschnitts 310 vorgesehen ist, der sich ausgehend vom Flansch 312 zur Mitte des Hauptdurchgangs 124 erstreckt, auch eine Auslassöffnung des Umgehungsdurchgangs am vorderen Ende des Messabschnitts 310 vorgesehen. Deshalb kann der Messfehler noch weiter verringert werden.
Der Messabschnitt 310 des thermischen Durchflussmessers 300 hat eine Form, die sich ausgehend vom Flansch 312 in Richtung zur Mitte des Hauptdurchgangs 124 erstreckt, und sein vorderes Ende ist mit der Einlassöffnung 350 zum Einführen eines Teils des Messzielgases, wie z. B. eine Ansaugluft, in den Umgehungsdurchgang und der Auslassöffnung 352 zum Rückführen des Messzielgases 30 aus dem Umgehungsdurchgang in den Hauptdurchgang 124 versehen. Während der Messabschnitt 310 eine Form hat, die sich entlang einer Achse erstreckt, die ausgehend von der Außenwand des Hauptdurchgangs 124 zur Mitte gerichtet ist, hat seine Breite eine schmale Form, wie in 2(A) und 3(A) veranschaulicht ist. Das bedeutet, dass der Messabschnitt 310 des thermischen Durchflussmessers 300 eine Vorderfläche mit einer ungefähr rechteckigen Form hat sowie eine Seitenfläche mit dünner Breite aufweist. Im Ergebnis kann der thermische Durchflussmesser 300 über einen Umgehungsdurchgang mit ausreichend großer Länge verfügen, und für das Messzielgas 30 kann der Fluidwiderstand auf einen kleinen Wert gedrückt werden. Aus diesem Grund ist es unter Verwendung des thermischen Durchflussmessers 300 möglich, den Fluidwiderstand auf einen kleinen Wert zu drücken und den Durchsatz des Messzielgases 30 mit hoher Genauigkeit zu messen.
2.3 Aufbau des Temperaturerfassungsabschnitts 452
Die Einlassöffnung 343 ist ausgehend von dem an der vorderen Endseite des Messabschnitts 310 bereitgestellten Umgehungsdurchgang auf der Seite des Flansches 312 angeordnet und ist zu einer stromaufwärtigen Seite der Strömung des Messzielgases 30 hin offen, wie in 2(A), 2(B), 3(A) und 3(B) veranschaulicht ist. Innerhalb der Einlassöffnung 343 ist ein Temperaturerfassungsabschnitt 452 zum Messen der Temperatur des Messzielgases 30 angeordnet. Inder Mitte des Messabschnitts 310 ist an der Stelle, an der die Einlassöffnung 343 vorgesehen ist, eine stromaufwärts gewandte Außenwand innerhalb des im Gehäuse 302 enthaltenen Messabschnitts 310 zur stromabwärtigen Seite hin ausgespart, und der Temperaturerfassungsabschnitt 452 ist so ausgebildet, dass er von der stromaufwärtigen Außenwand mit der Hohlform in Richtung zur stromaufwärtigen Seite hin vorsteht. Des Weiteren sind eine vordere und hintere Abdeckung 303 und 304 auf beiden Seiten der Außenwand mit Hohlform vorgesehen, und die stromaufwärtigen Enden der vorderen und hinteren Abdeckung 303 und 304 sind so ausgebildet, dass sie ausgehend von der Außenwand mit der Hohlform zur stromaufwärtigen Seite hin vorstehen. Aus diesem Grund bilden die Außenwand mit der Hohlform und die vordere und hintere Abdeckung 303 und 304 an ihren beiden Seiten die Einlassöffnung 343 zur Aufnahme des Messzielgases 30. Das von der Einlassöffnung 343 aufgenommene Messzielgas 30 gelangt mit dem Temperaturerfassungsabschnitt 452 in Kontakt, der im Inneren der Einlassöffnung 343 vorgesehen ist, um die Temperatur des Temperaturerfassungsabschnitts 452 zu messen. Darüber hinaus strömt das Messzielgas 30 entlang eines Abschnitts, der den Temperaturerfassungsabschnitt 452 haltert, welcher von der Außenwand des Gehäuses 302 mit Hohlform zur stromaufwärtigen Seite hin vorsteht, und wird von einer vorderseitigen Auslassöffnung 344 und einer rückseitigen Auslassöffnung 345, die in der vorderen und hinteren Abdeckung 303 und 304 vorgesehen sind, in den Hauptdurchgang 124 abgeführt.
2.4 Wirkungen, die sich auf den Temperaturerfassungsabschnitt 452 beziehen
Die Temperatur des Gases, das ausgehend von der stromaufwärtigen Seite der Richtung längs der Strömung des Messzielgases 30 in die Einlassöffnung 343 einströmt, wird vom Temperaturerfassungsabschnitt 452 gemessen. Des Weiteren strömt das Gas zu einem Verengungsabschnitt des Temperaturerfassungsabschnitts 452 zur Halterung des Temperaturerfassungsabschnitts 452, so dass es die Temperatur des Abschnitts zur Halterung des Temperaturerfassungsabschnitts 452 auf den Bereich nahe der Temperatur des Messzielgases 30 absenkt. Die Temperatur des als Hauptdurchgang 124 dienenden Ansaugrohrs nimmt typischerweise zu, und die Wärme wird auf den Abschnitt zur Halterung des Temperaturerfassungsabschnitts 452 übertragen, und zwar durch die stromaufwärtige Außenwand innerhalb des Messabschnitts 310 ausgehend vom Flansch 312 oder der Wärmeisolierung 315, so dass die Temperaturmessgenauigkeit beeinflusst sein kann. Der vorstehend erwähnte Halterungsabschnitt wird abgekühlt, wenn das Messzielgas 30 vom Temperaturerfassungsabschnitt 452 gemessen wird und dann entlang des Halterungsabschnitts des Temperaturerfassungsabschnitts 452 strömt. Deshalb kann die Übertragung von Wärme auf den Abschnitt zur Halterung des Temperaturerfassungsabschnitts 452 durch die stromaufwärtige Außenwand im Inneren des Messabschnitts 310 ausgehend vom Flansch 312 oder der Wärmeisolierung 315 klein gehalten werden.
Insbesondere weist im Halterungsabschnitt des Temperaturerfassungsabschnitts 452 die stromaufwärtige Außenwand im Inneren des Messabschnitts 310 eine Form auf, die zur stromabwärtigen Seite hin konkav ausgebildet ist (wie nachstehend mit Bezug auf 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) beschrieben). Deshalb kann eine Länge zwischen der stromaufwärtigen Außenwand innerhalb des Messabschnitts 310 und dem Temperaturerfassungsabschnitt 452 gesteigert werden. Während die Wärmeleitungslänge zunimmt, nimmt auch eine Länge des Kühlabschnitts zu, der das Messzielgas 30 verwendet. Es ist deshalb möglich, auch den Einfluss der Wärme zu reduzieren, die vom Flansch 312 oder von der Wärmeisolierung 315 ausgeht. Dementsprechend verbessert sich die Messgenauigkeit. Da die stromaufwärtige Außenwand eine Form hat, die zur stromabwärtigen Seite hin konkav gestaltet ist (wie nachstehend mit Bezug auf 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) beschrieben ist), kann die nachstehend beschriebene Schaltungsbaugruppe 400 (siehe 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B)) mühelos befestigt werden.
2.5 Aufbauten und Wirkungen der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seitenfläche des Messabschnitts 310
Ein stromaufwärtiger Vorsprung 317 und ein stromabwärtiger Vorsprung 318 sind an der stromauwärtigen Seitenfläche bzw. stromabwärtigen Seitenfläche des im thermischen Durchflussmesser 300 enthaltenen Messabschnitts 310 vorgesehen. Der stromaufwärtige Vorsprung 317 und der stromabwärtige Vorsprung 318 haben eine Form, die entlang des vorderen Endes zur Basis hin verschmälert ist, so dass der Fluidwiderstand des Messzielgases 30 als Ansaugluft verringert werden kann, die durch den Hauptdurchgang 124 strömt. Der stromaufwärtige Vorsprung 317 ist zwischen der Wärmeisolierung 315 und der Einlassöffnung 343 vorgesehen. Der stromaufwärtige Vorsprung 317 verfügt über einen großen Querschnitt und nimmt über Wärmeleitung viel Wärme vom Flansch 312 oder der Wärmeisolierung 315 auf. Der stromaufwärtige Vorsprung 317 ist jedoch nahe der Einlassöffnung 343 abgeschnitten, und eine Länge des Temperaturerfassungsabschnitts 452 nimmt ausgehend vom Temperaturerfassungsabschnitt 452 des stromaufwärtigen Vorsprungs 317 aufgrund der Aussparung der stromabwärtigen Außenwand des Gehäuses 302 zu, wie nachstehend beschrieben it. Aus diesem Grund ist die Wärmeleitung von der Wärmeisolierung 315 zum Halterungsabschnitt des Temperaturerfassungsabschnitts 452 unterbunden.
Ein Leerraum mit dem Anschlussverbinder 320 und der nachstehend beschriebene Anschlussverbinder 320 sind zwischen dem Flansch 312 oder der Wärmeisolierung 315 und dem Temperaturerfassungsabschnitt 452 ausgebildet. Aus diesem Grund nimmt der Abstand zwischen dem Flansch 312 bzw. der Wärmeisolierung 315 und dem Temperaturerfassungsabschnitt 452 zu, und die vordere Abdeckung 303 oder hintere Abdeckung 304 ist in diesem langen Abschnitt vorgesehen, so dass dieser Abschnitt als Kühlfläche dient. Deshalb kann der Einfluss der Temperatur der Wandoberfläche des Hauptdurchgangs 124 auf den Temperaturerfassungsabschnitt 452 verringert werden. Zusätzlich kann, da der Abstand zwischen dem Flansch 312 bzw. der Wärmeisolierung 315 und dem Temperaturerfassungsabschnitt 452 zunimmt, ein Teil des in den Umgehungsdurchgang eingespeisten Messzielgases 30 so geführt werden, dass es in die Nähe der Mitte des Hauptdurchgangs 124 gelangt. Es ist möglich, eine durch den Wärmeübergang von der Wandoberfläche des Hauptdurchgangs 124 verursachte Verminderung der Messgenauigkeit zu unterdrücken.
Wie in 2(B) oder 3(B) dargestellt ist, haben beide Seitenflächen des in den Hauptdurchgang 124 eingeführten Messabschnitts 310 eine sehr schmale Form, und ein vorderes Ende des stromabwärtigen Vorsprungs 318 oder des stromaufwärtigen Vorsprungs 317 hat eine schmale Form relativ zur Basis, wo der Luftwiderstand reduziert ist. Aus diesem Grund kann eine Zunahme des Fluidwiderstands, die durch das Einführen des thermischen Durchflussmessers 300 in den Hauptdurchgang 124 verursacht wird, klein gehalten werden. Darüber hinaus ragen in dem Abschnitt, wo der stromabwärtige Vorsprung 318 und der stromaufwärtige Vorsprung 317 vorgesehen sind, der stromaufwärtige Vorsprung 317 bzw. der stromabwärtige Vorsprung 318 relativ zu beiden Seitenabschnitten der vorderen Abdeckung 303 oder hinteren Abdeckung 304 zu beiden Seiten vor. Da der stromaufwärtige Vorsprung 317 oder der stromabwärtige Vorsprung 318 aus einem Kunststoffformteil gebildet ist, lassen sie sich mühelos in einer Form ausbilden, die einen nicht nennenswerten Luftwiderstand hat. Dabei ist die vordere Abdeckung 303 oder hintere Abdeckung 304 so geformt, dass sie eine ausgedehnte Kühlfläche hat. Aus diesem Grund hat der thermische Durchflussmesser 300 einen verringerten Luftwiderstand und kann mühelos durch das den Hauptdurchgang 124 durchströmende Messzielgas gekühlt werden.
2.6 Aufbau und Wirkungen des Flansches 312
Der Flansch 312 ist mit mehreren Aussparungen 314 an seiner Unterseite versehen, bei der es sich um einen Abschnitt handelt, der dem Hauptdurchgang 124 zugewandt ist, um die Wärmeübergangsfläche zum Hauptdurchgang 124 zu verkleinern und die Beeinflussung des thermischen Durchflussmessers 300 durch Wärme zu erschweren. Die Schraubenöffnung 313 des Flansches 312 ist vorgesehen, um den thermischen Durchflussmesser 300 am Hauptdurchgang 124 zu befestigen, und ein Raum ist zwischen einer dem Hauptdurchgang 124 zugewandten Fläche um jede Schraubenöffnung 313 und dem Hauptdurchgang 124 herum gebildet, und zwar so, dass die dem Hauptdurchgang 124 zugewandte Fläche um jede Schraubenöffnung 313 herum vom Hauptdurchgang 124 abgesetzt ist. Im Ergebnis verfügt der Flansch 312 über einen Aufbau, der die Wärmeübertragung vom Hauptdurchgang 124 zum thermischen Durchflussmesser 300 verringern und eine wärmebedingte Herabsetzung der Messgenauigkeit verhindern kann. Darüber hinaus ist zusätzlich zur Wirkung der Verringerung der Wärmeleitung die Aussparung 314 dazu in der Lage, den Einfluss der Kontraktion des Kunststoffs des Flansches 312 während der Bildung des Gehäuses 302 zu reduzieren.
Die Wärmeisolierung 315 ist auf der Seite des Messabschnitts 310 des Flansches 312 vorgesehen. Der Messabschnitt 310 des thermischen Durchflussmessers 300 ist ausgehend von einer im Hauptdurchgang 124 vorgesehenen Einbauöffnung so ins Innere eingeführt, dass die Wärmeisolierung 315 der Innenfläche der Einbauöffnung des Hauptdurchgangs 124 zugewandt ist. Der Hauptdurchgang 124 dient zum Beispiel als Ansaugkörper und wird in vielen Fällen auf einer hohen Temperatur gehalten. Hingegen kann man sich vorstellen, dass der Hauptdurchgang 124 auf einer recht niedrigen Temperatur gehalten wird, wenn der Betrieb in einer kalten Gegend erfolgt. Wenn ein solcher Zustand einer hohen oder niedrigen Temperatur des Hauptdurchgangs 124 den Temperaturerfassungsabschnitt 452 oder die nachstehend beschriebene Messung des Durchsatzes beeinträchtigt, ist die Messgenauigkeit verschlechtert. Aus diesem Grund sind mehrere Aussparungen 316 nebeneinander in der Wärmeisolierung 315 benachbart zur Lochinnenfläche des Hauptdurchgangs 124 vorgesehen, und eine Stärke der Wärmeisolierung 315 angrenzend an die Lochinnenfläche zwischen den benachbarten Aussparungen 316 ist recht dünn, zum Beispiel gleich oder kleiner als 1/3 der Breite der Fluidströmungsrichtung der Aussparung 316. Im Ergebnis kann der Einfluss der Temperatur verringert werden. Zusätzlich wird ein Abschnitt der Wärmeisolierung 315 mit großer Dicke verwirklicht. Während einer Kunststoffformung des Gehäuses 302 tritt, wenn sich der Kunststoff von einer hohen Temperatur auf eine niedrige Temperatur abkühlt und sich verfestigt, eine Volumenschrumpfung auf, so dass eine Verformung erzeugt wird, wenn eine Spannung auftritt. Durch Ausbildung der Aussparung 316 in der Wärmeisolierung 315 kann die Volumenschrumpfung gleichmäßiger verteilt und eine Spannungskonzentration reduziert werden.
Der Messabschnitt 310 des thermischen Durchflussmessers 300 wird ausgehend von der im Hauptdurchgang 124 vorgesehenen Einbauöffnung in das Innere eingeführt und am Hauptdurchgang 124 mittels des Flansches 312 des thermischen Durchflussmessers 300 mit Schrauben befestigt. Der thermische Durchflussmesser 300 wird an der im Hauptdurchgang 124 vorgesehenen Einbauöffnung vorzugsweise mit einer vorbestimmten Lagebeziehung befestigt. Die Aussparung 314, die im Flansch 312 vorgesehen ist, kann dazu verwendet werden, eine Lagebeziehung zwischen dem Hauptdurchgang 124 und dem thermischen Durchflussmesser 300 festzulegen. Durch Ausbildung eines konvexen Abschnitts am Hauptdurchgang 124 ist es möglich, eine Einführbeziehung zwischen dem konvexen Abschnitt und der Aussparung 314 bereitzustellen und den thermischen Durchflussmesser 300 am Hauptdurchgang 124 in der korrekten Position zu befestigen.
2.7 Aufbauten und Wirkungen des externen Verbinders 305 und des Flansches 312
4(A) ist eine Draufsicht, die den thermischen Durchflussmesser 300 veranschaulicht. Vier externe Anschlüsse 306 und ein Kalibrierungsanschluss 307 sind im Inneren des externen Verbinders 305 vorgesehen. Die externen Anschlüsse 306 umfassen Anschlüsse zum Ausgeben des Durchsatzes und der Temperatur als Messergebnis des thermischen Durchflussmessers 300 und einen Leistungsanschluss zur Zufuhr von Gleichstromenergie zum Betrieb des thermischen Durchflussmessers 300. Der Kalibrierungsanschluss 307 wird dazu verwendet, den hergestellten thermischen Durchflussmesser 300 zu vermessen, um einen Kalibrierungswert für jeden thermischen Durchflussmessers 300 zu erlangen, und den Kalibrierungswert in einem internen Speicher des thermischen Durchflussmessers 300 zu speichern. Im darauf folgenden Messbetrieb des thermischen Durchflussmessers 300 werden die im Speicher gespeicherten, den Kalibrierungswert repräsentierenden Kalibrierungsdaten verwendet, und der Kalibrierungsanschluss 307 wird nicht verwendet. Um zu verhindern, dass der Kalibrierungsanschluss 307 eine Verbindung zwischen den externen Anschlüssen 306 und weiteren externen Geräten behindert, hat daher der Kalibrierungsanschluss 307 eine andere Form als der externe Anschluss 306. Da der Kalibrierungsanschluss 307 kürzer als der externe Anschluss 306 ist, behindert in dieser Ausführungsform der Kalibrierungsanschluss 307 die Verbindung nicht, selbst wenn der Verbindungsanschluss, der zur Verbindung mit externen Geräten an den externen Anschluss 306 angeschlossen ist, in den externen Verbinder 305 eingesteckt ist. Zusätzlich wird, da entlang des externen Anschlusses 306 innerhalb des externen Verbinders 305 mehrere Aussparungen 308 gebildet sind, durch diese Aussparungen 308 eine Spannungskonzentration reduziert, die durch eine Schrumpfung des Kunststoffs verursacht wird, wenn dieser als Material des Flansches 312 abkühlt und sich verfestigt.
Da der Kalibrierungsanschluss 307 zusätzlich zum externen Anschluss 306 vorgesehen ist, der während des Messbetriebs des thermischen Durchflussmessers 300 verwendet wird, können die Kennlinien jedes thermischen Durchflussmessers 300 messtechnisch bestimmt werden, bevor er in den Versand kommt, um eine Schwankungsbreite des Produkts zu erhalten und einen Kalibrierungswert zur Reduzierung der Schwankungsbreite im internen Speicher des thermischen Durchflussmessers 300 zu speichern. Der Kalibrierungsanschluss 307 ist in einer anderen Form ausgebildet als der externe Anschluss 306, um zu verhindern, dass nach dem Kalibrierungswert-Einstellprozess der Kalibrierungsanschluss 307 die Verbindung zwischen dem externen Anschluss 306 und externen Geräten behindert. Auf diese Weise ist es bei Verwendung des thermischen Durchflussmessers 300 möglich, eine Schwankungsbreite jedes thermischen Durchflussmessers 300 vor seinem Versand zu reduzieren und die Messgenauigkeit zu verbessern.
3. Gesamtaufbau des Gehäuses 302 und dessen Wirkungen
3.1 Aufbauten und Wirkungen des Umgehungsdurchgangs und des Luftstrom-Erfassungsabschnitts
In 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) ist ein Zustand des Gehäuses 302 veranschaulicht, in dem die vordere und hintere Abdeckung 303 und 304 vom thermischen Durchflussmesser 300 abgenommen sind. 5(A) ist eine das Gehäuse 302 veranschaulichende linke Seitenansicht, 5(B) ist eine das Gehäuse 302 veranschaulichende Vorderansicht, 6(A) ist eine das Gehäuse 302 veranschaulichende rechte Seitenansicht und 6(B) ist eine das Gehäuse 302 veranschaulichende Rückansicht. Im Gehäuse 302 erstreckt sich der Messabschnitt 310 vom Flansch 312 in Richtung zur Mitte des Hauptdurchgangs 124, und ein Umgehungsdurchgangskanal zum Bilden des Umgehungsdurchgangs ist an dessen vorderer Endseite vorgesehen. In dieser Ausführungsform ist der Umgehungsdurchgangskanal an der Vorderseite und Rückseite des Gehäuses 302 vorgesehen. 5(B) veranschaulicht einen vorderseitigen Umgehungsdurchgangskanal 332, und 6(B) veranschaulicht einen rückseitigen Umgehungsdurchgangskanal 334. Da ein Einlasskanal 351 zum Ausbilden der Einlassöffnung 350 des Umgehungsdurchgangs und ein Auslasskanal 353 zum Ausbilden der Auslassöffnung 352 am vorderen Ende des Gehäuses 302 vorgesehen sind, kann von der Einlassöffnung 350 als Messzielgas 30 das Gas aufgenommen werden, welches von der Innenwandoberfläche des Hauptdurchgangs 124 entfernt ist, d. h. die Gasströmung durch den Bereich nahe der Mitte des Hauptdurchgangs 124. Das Gas, das den Nahbereich der Innenwandoberfläche des Hauptdurchgangs 124 durchströmt, wird von der Temperatur der Wandoberfläche des Hauptdurchgangs 124 beeinflusst und hat in vielen Fällen eine Temperatur, die sich von der mittleren Temperatur des durch den Hauptdurchgang 124 strömenden Gases, wie z. B. der Ansaugluft, unterscheidet. Darüber hinaus hat das Gas, das den Nahbereich der Innenwandoberfläche des Hauptdurchgangs 124 durchströmt, in vielen Fällen eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit als die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Gases, das durch den Hauptdurchgang 124 strömt. Da der thermische Durchflussmesser 300 gemäß der Ausführungsform gegenüber derartigen Einflüssen unempfindlich ist, kann eine Herabsetzung der Messgenauigkeit unterbunden werden.
Der vorstehend beschriebene Umgehungsdurchgang, der durch den vorderseitigen Umgehungsdurchgangskanal 332 oder den rückseitigen Umgehungsdurchgangskanal 334 gebildet ist, ist durch den Außenwand-Hohlbereich 366, die stromaufwärtige Außenwand 335 bzw. die stromabwärtige Außenwand 336 mit der Wärmeisolierung 315 verbunden. Des Weiteren ist die stromaufwärtige Außenwand 335 mit dem stromaufwärtigen Vorsprung 317 versehen und die stromabwärtige Außenwand 336 ist mit dem stromabwärtigen Vorsprung 318 versehen. Bei diesem Aufbau ist, da der thermische Durchflussmesser 300 mittels des Flansches 312 am Hauptdurchgang 124 befestigt ist, der Messabschnitt 310 mit der Schaltungsbaugruppe 400 am Hauptdurchgang 124 mit hoher Zuverlässigkeit befestigt.
In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 302 mit dem Umgehungsdurchgangskanal zum Bilden des Umgehungsdurchgangs versehen, und die Abdeckungen sind an der Vorderseite und Rückseite des Gehäuses 302 angebaut, so dass der Umgehungsdurchgang durch den Umgehungsdurchgangskanal und die Abdeckungen gebildet ist. Bei diesem Aufbau kann beim Kunststoffformungsvorgang des Gehäuses 302 die Gesamtheit der Umgehungsdurchgangskanäle als Teil des Gehäuses 302 gebildet werden. Zusätzlich ist es möglich, da die Druckgussformen während der Bildung des Gehäuses 302 an beiden Oberflächen des Gehäuses 302 vorgesehen sind, sowohl den vorderseitigen Umgehungsdurchgangskanal 332 als auch den rückseitigen Umgehungsdurchgangskanal 334 als Teil des Gehäuses 302 mittels der Druckgussformen für beide Oberflächen zu bilden. Da die vordere und hintere Abdeckung 303 und 304 an beiden Oberflächen des Gehäuses 302 vorgesehen sind, können die Umgehungsdurchgänge an beiden Oberflächen des Gehäuses 302 erhalten werden. Da der vordere Umgehungsdurchgangskanal 332 und der hintere Umgehungsdurchgangskanal 334 an beiden Oberflächen des Gehäuses 302 mittels der Druckgussformen gebildet werden, kann der Umgehungsdurchgang mit hoher Genauigkeit gebildet werden und es kann eine hohe Produktivität erzielt werden.
Mit Bezugnahme auf 6(B) gelangt ein Teil des durch den Hauptdurchgang 124 strömenden Messzielgases 30 in das Innere des rückseitigen Umgehungsdurchgangskanals 334 ausgehend vom Einlasskanal 351, der die Einlassöffnung 350 bildet, und strömt durch den Innenraum des rückseitigen Umgehungsdurchgangskanals 334. Der rückseitige Umgehungsdurchgangskanal 334 wird im Verlauf der Gasströmung allmählich tiefer, und das Messzielgas 30 bewegt sich langsam nach vorn, wenn es den Kanal entlangströmt. Der rückseitige Umgehungsdurchgangskanal 334 ist insbesondere mit einem Steilabfallabschnitt 347 versehen, der steil zum stromaufwärtigen Abschnitt 342 der Schaltungsbaugruppe 400 abfällt, sodass sich ein Teil der Luft, die eine geringe Masse hat, entlang des Steilabfallabschnitts 347 bewegt und dann über die in 5(B) veranschaulichte Seite der Messfläche 430 in den stromaufwärtigen Abschnitt 342 der Schaltungsbaugruppe 400 einströmt. Dabei bewegt sich, da ein Fremdkörper mit einer großen Masse wegen der Trägheitskraft Schwierigkeiten dahingehend hat, abrupt seine Bahn zu verändern, dieser zur Seite der Rückseite der in 6(B) veranschaulichten Messfläche 431. Dann strömt der Fremdkörper durch den stromabwärtigen Abschnitt 341 der Schaltungsbaugruppe 400 zur in 5(B) veranschaulichten Messfläche 430.
Eine Strömung des Messzielgases 30 im Nahbereich des Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitts 436 wird mit Bezug auf 7 beschrieben. Im vorderseitigen Umgehungsdurchgangskanal 332 von 5(B) strömt die Luft als Messzielgas 30, das sich vom stromaufwärtigen Abschnitt 342 der Schaltungsbaugruppe 400 zur Seite des vorderseitigen Umgehungsdurchgangskanals 332 bewegt, entlang der Messfläche 430, und es findet ein Wärmeübergang zum Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 zum Messen des Durchsatzes statt, wobei der in der Messfläche 430 vorgesehene Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 zum Messen des Durchsatzes verwendet wird. Sowohl das Messzielgas 30, das an der Messfläche 430 vorbeiströmt, als auch die Luft, die vom stromabwärtigen Abschnitt 341 der Schaltungsbaugruppe 400 zum vorderseitigen Umgehungsdurchgangskanal 332 gelangt, strömen entlang des vorderseitigen Umgehungsdurchgangskanals 332 und werden zum Bilden der Auslassöffnung 352 aus dem Auslasskanal 353 zum Hauptdurchgang 124 abgeführt.
Ein Stoff mit großer Masse, wie z. B. eine in das Messzielgas 30 eingemischte Verunreinigung, besitzt eine hohe Trägheitskraft und hat Schwierigkeiten dahingehend, seine Bahn zur tiefen Seite des Kanals entlang der Oberfläche des Steilabfallabschnitts 347 von 6(B), wo die Tiefe des Kanals steil abfällt, abrupt zu ändern. Da ein Fremdkörper mit einer großen Masse sich durch die Seite der Rückseite der Messfläche 431 bewegt, ist es daher möglich zu verhindern, dass der Fremdkörper den Nahbereich des Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitts 436 durchströmt. Da die meisten Fremdkörper im Gegensatz zum Gas eine große Masse haben und an der Rückseite der Messfläche 431 vorbeiströmen, die eine rückseitige Fläche der Messfläche 430 ist, ist es bei dieser Ausführungsform möglich, den Einfluss einer Verunreinigung zu reduzieren, die durch einen Fremdkörper wie z. B. eine Ölkomponente, Kohlenstoff oder eine verunreinigenden Stoff verursacht wird, und die Herabsetzung der Messgenauigkeit zu verhindern. Das bedeutet, dass, da sich der Weg des Messzielgases 30 entlang einer Achse quer zur Strömungsachse des Hauptdurchgangs 124 steil ändert, der Einfluss eines in das Messzielgas 30 eingemischten Fremdkörpers reduziert werden kann.
In dieser Ausführungsform ist der Strömungsweg, der den rückseitigen Umgehungsdurchgangskanal 334 enthält, ausgehend vom vorderen Ende des Gehäuses 302 entlang einer gekrümmten Linie zum Flansch gerichtet, und das Gas, das den Umgehungsdurchgang auf der dem Flansch am nächsten liegenden Seite durchströmt, fließt umgekehrt zur Strömung des Hauptdurchgangs 124, so dass der Umgehungsdurchgang auf der Rückflächenseite als eine Seite dieses Rückwärtsstroms mit dem Umgehungsdurchgang verbunden ist, der auf der Vorderflächenseite als die andere Seite gebildet ist. Im Ergebnis ist es möglich, den Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 der Schaltungsbaugruppe 400 mühelos am Umgehungsdurchgang zu befestigen und das Messzielgas 30 leicht in der Position aufzunehmen, die nahe der Mitte des Hauptdurchgangs 124 liegt.
In dieser Ausführungsform wird eine Auslegung bereitgestellt, bei der der rückseitige Umgehungsdurchgangskanal 334 und der vorderseitige Umgehungsdurchgangskanal 332 auf der Vorder- und Rückseite der Strömungsrichtung der Messfläche 430 zum Messen des Durchsatzes penetriert sind. Die vordere Endseite der Schaltungsbaugruppe 400 wird vom Gehäuse 302 nicht gehaltert, hat aber einen Aushöhlungsabschnitt 382, so dass der Raum des stromauwärtigen Abschnitts 342 der Schaltungsbaugruppe 400 mit dem Raum des stromabwärtigen Abschnitts 341 der Schaltungsbaugruppe 400 verbunden ist. Mittels der Auslegung, die den stromaufwärtigen Abschnitt 342 der Schaltungsbaugruppe 400 und den stromabwärtigen Abschnitt 341 der Schaltungsbaugruppe 400 durchdringt, ist der Umgehungsdurchgang so gebildet, dass sich das Messzielgas 30 vom rückwärtigen Umgehungsdurchgangskanal 334, der an einer Fläche des Gehäuses 302 gebildet ist, zum vorderseitigen Umgehungsdurchgangskanal 332 bewegt, der an der anderen Fläche des Gehäuses 302 gebildet ist. Bei dieser Auslegung kann der Umgehungsdurchgangskanal auf beiden Flächen des Gehäuses 302 durch einen einzigen Kunststoffformungsvorgang gebildet werden, und die Formgebung kann mit einem Aufbau erfolgen, um die Umgehungsdurchgangskanäle an beiden Flächen in Übereinstimmung zu bringen.
Durch Einspannen beider Seiten der in der Schaltungsbaugruppe 400 gebildeten Messfläche 430 unter Verwendung eines Formwerkzeugs zur Bildung des Gehäuses 302 ist es möglich, die Auslegung zu bilden, die den stromaufwärtigen Abschnitt 342 der Schaltungsbaugruppe 400 und den stromabwärtigen Abschnitt 341 der Schaltungsbaugruppe 400 durchdringt, die Kunststoffformung des Gehäuses 302 durchzuführen und die Schaltungsbaugruppe 400 im Gehäuse 302 einzubetten. Da das Gehäuse 302 gebildet wird, indem die Schaltungsbaugruppe 400 auf diese Weise in die Druckgussform eingesetzt wird, können die Schaltungsbaugruppe 400 und der Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 mit hoher Genauigkeit im Umgehungsdurchgang eingebettet werden.
In dieser Ausführungsform ist eine Auslegung bereitgestellt, die den stromaufwärtigen Abschnitt 342 der Schaltungsbaugruppe 400 und den stromabwärtigen Abschnitt 341 der Schaltungsbaugruppe 400 durchdringt. Es kann jedoch auch eine Auslegung bereitgestellt werden, die den stromauwärtigen Abschnitt 342 oder den stromabwärtigen Abschnitt 341 der Schaltungsbaugruppe 400 durchdringt, und die Form des Umgehungsdurchgangs, der den rückseitigen Umgehungsdurchgangskanal 334 mit dem vorderseitigen Umgehungsdurchgangskanal 332 verbindet, kann durch einen einzigen Kunststoffformungsvorgang gebildet werden.
Eine Innenwand des rückseitigen Umgehungsdurchgangs 391 und eine Außenwand des rückseitigen Umgehungsdurchgangs 392 sind auf beiden Seiten des rückseitigen Umgehungsdurchgangskanals 334 vorgesehen, und die Innenseitenfläche der hinteren Abdeckung 304 liegt an den vorderen Endabschnitten der Höhenrichtung von jeweils der Innenwand des rückseitigen Umgehungsdurchgangs 391 und der Außenwand des rückseitigen Umgehungsdurchgangs 392 an, so dass der rückseitige Umgehungsdurchgang im Gehäuse 302 gebildet wird. Darüber hinaus sind eine Innenwand des vorderseitigen Umgehungsdurchgangs 393 und eine Außenwand des vorderseitigen Umgehungsdurchgangs 394 auf beiden Seiten des vorderseitigen Umgehungsdurchgangskanals 332 vorgesehen, und die Innenseitenfläche der vorderen Abdeckung 303 liegt an den vorderen Endabschnitten der Höhenrichtung der Innenwand des vorderseitigen Umgehungsdurchgangs 393 und der Außenwand des vorderseitigen Umgehungsdurchgangs 394 an, so dass der vorderseitige Umgehungsdurchgang im Gehäuse 302 gebildet wird.
In dieser Ausführungsform strömt das Messzielgas 30 in geteilter Weise über die Messfläche 430 und deren Rückseite, und der Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 zum Messen des Durchsatzes ist an einer von diesen vorgesehen. Es kann aber auch der Fall sein, dass das Messzielgas 30 nur an der Vorderflächenseite der Messfläche 430 vorbeiströmt, anstatt das Messzielgas 30 auf zwei Durchlässe aufzuteilen. Durch Krümmen des Umgehungsdurchgangs in der Art, dass er einer zweiten Achse quer zu einer ersten Achse der Strömungsrichtung des Hauptdurchgangs 124 folgt, kann ein Fremdkörper, der sich in das Messzielgas 30 eingemischt hat, zu der Seite gedrängt werden, an der die Krümmung der zweiten Achse unwesentlich ist. Indem die Messfläche 430 und der Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 auf der Seite vorgesehen werden, auf der die Krümmung der zweiten Achse stark ausgeprägt ist, kann der Einfluss eines Fremdkörpers reduziert werden.
Bei dieser Ausführungsform sind die Messfläche 430 und der Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 in einem Verbindungsabschnitt zwischen dem vorderseitigen Umgehungsdurchgangskanal 332 und dem rückseitigen Umgehungsdurchgangskanal 334 vorgesehen. Die Messfläche 430 und der Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 können aber auch im vorderseitigen Umgehungsdurchgangskanal 332 oder rückseitigen Umgehungsdurchgangskanal 334 und nicht im Verbindungsabschnitt zwischen dem vorderseitigen Umgehungsdurchgangskanal 332 und rückseitigen Umgehungsdurchgangskanal 334 vorgesehen sein.
Eine Öffnungsform ist in einem Teil des in der Messfläche 430 vorgesehenen Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitts 436 gebildet, um einen Durchsatz zu messen (wie nachstehend mit Bezug auf 7(A) und 7(B) beschrieben ist), so dass sich die Strömungsgeschwindigkeit aufgrund des Mündungseffekts erhöht und die Messgenauigkeit verbessert wird. Darüber hinaus kann, selbst wenn ein Wirbel in der Strömung des Gases auf der stromaufwärtigen Seite des Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitts 436 entsteht, dieser Wirbel mittels der Mündung beseitigt oder reduziert werden und die Messgenauigkeit verbessert werden.
Mit Bezug auf 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) ist ein Außenwand-Hohlbereich 366 vorgesehen, an dem die stromaufwärtige Außenwand 335 eine Hohlform aufweist, die zur stromabwärtigen Seite in einem Verengungsabschnitt des Temperaturerfassungsabschnitts 452 ausgehöhlt ist. Aufgrund dieses Außenwand-Hohlbereichs 366 ist ein Abstand zwischen dem Temperaturerfassungsabschnitt 452 und dem Außenwand-Hohlbereich 366 erhöht, so dass es möglich ist, den Einfluss der Wärme zu reduzieren, die über die stromaufwärtige Außenwand 335 übertragen wird.
Obwohl die Schaltungsbaugruppe 400 durch den Fixierungsabschnitt 372 zur Befestigung der Schaltungsbaugruppe 400 umhüllt ist, ist es möglich, die Kraft zum Befestigen der Schaltungsbaugruppe 400 zu erhöhen, indem die Schaltungsbaugruppe 400 zusätzlich mittels des Außenwand-Hohlbereichs 366 fixiert wird. Der Fixierungsabschnitt 372 umhüllt die Schaltungsbaugruppe 400 entlang einer Strömungsachse des Messzielgases 30. Dabei umhüllt der Außenwand-Hohlbereich 366 die Schaltungsbaugruppe 400 quer zur Strömungsachse des Messzielgases 30. Das bedeutet, dass die Schaltungsbaugruppe 400 so umhüllt ist, dass die Umhüllungsrichtung mit Bezug auf den Fixierungsabschnitt 372 eine andere ist. Da die Schaltungsbaugruppe 400 in zwei verschiedenen Richtungen umhüllt ist, ist die Fixierungskraft gesteigert. Obwohl der Außenwand-Hohlbereich 366 ein Teil der stromaufwärtigen Außenwand 335 ist, kann die Schaltungsbaugruppe 400 in einer Richtung umhüllt sein, die sich von derjenigen des Fixierungsabschnitts 372 unterscheidet, und zwar unter Verwendung der stromabwärtigen Außenwand 336 anstelle der stromaufwärtigen Außenwand 335, um so die Fixierungskraft zu erhöhen. So kann zum Beispiel ein Plattenabschnitt der Schaltungsbaugruppe 400 von der stromabwärtigen Außenwand 336 umhüllt sein, oder die Schaltungsbaugruppe 400 kann umhüllt sein, indem eine Aussparung, die in der stromaufwärtigen Richtung ausgehöhlt ist, oder ein Vorsprung verwendet wird, der zur stromaufwärtigen Richtung hin vorsteht und in der stromabwärtigen Außenwand 336 vorgesehen ist. Da der Außenwand-Hohlbereich 366 in der stromaufwärtigen Außenwand 335 zur Umhüllung der Schaltungsbaugruppe 400 vorgesehen ist, kann eine Wirkung dahingehend bereitgestellt werden, den Wärmewiderstand zwischen dem Temperaturerfassungsabschnitt 452 und der stromaufwärtigen Außenwand 335 zusätzlich zu Fixierung der Schaltungsbaugruppe 400 zu erhöhen.
Da der Außenwand-Hohlbereich 366 in einem Verengungsabschnitt des Temperaturerfassungsabschnitts 452 vorgesehen ist, ist es möglich, den Einfluss der Wärme zu reduzieren, die ausgehend vom Flansch 312 oder der Wärmeisolierung 315 durch die stromaufwärtige Außenwand 335 übertragen wird. Des Weiteren ist eine durch eine Nut gebildete Temperaturmessaussparung 368 zwischen dem stromaufwärtigen Vorsprung 317 und dem Temperaturerfassungsabschnitt 452 vorgesehen. Mittels der Temperaturmessaussparung 368 ist es möglich, die Wärmeübertragung auf den Temperaturerfassungsabschnitt 452 durch den stromaufwärtigen Vorsprung 317 zu reduzieren. Im Ergebnis kann die Erfassungsgenauigkeit des Temperaturerfassungsabschnitts 452 verbessert werden. Insbesondere kann der stromaufwärtige Vorsprung 317, da er einen großen Querschnitt hat, mühelos Wärme übertragen, und die Funktionalität der Temperaturmessaussparung 368, die den Wärmeübergang klein hält, wird wichtig.
3.2 Aufbau und Wirkungen des Luftstrom-Erfassungsabschnitts des Umgehungsdurchgangs
7 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem die Messfläche 430 der Schaltungsbaugruppe 400 im Umgehungsdurchgangskanal angeordnet sind, und zwar als Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 6(A) und 6(B). Es ist zu beachten, dass es sich bei 7 um ein konzeptionelles Schema handelt, die im Vergleich zu der speziellen Ausgestaltung von 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) nicht so ausführlich dargestellt und vereinfacht sind, und bei denen auch Einzelheiten geringfügig modifiziert sein können. Die linke Seite von 7 ist ein abgeschlossener Endabschnitt des rückseitigen Umgehungsdurchgangskanals 334, und die rechte Seite stellt einen beginnenden Endabschnitt des vorderseitigen Umgehungsdurchgangskanals 332 dar. Obwohl nicht eindeutig in 7 veranschaulicht, sind durchdringende Abschnitte auf sowohl der linken als auch rechten Seite der die Messfläche 430 aufweisenden Schaltungsbaugruppe 400 vorgesehen, und der rückseitige Umgehungsdurchgangskanal 334 und der vorderseitige Umgehungsdurchgangskanal 332 sind mit der linken und rechten Seite der die Messfläche 430 aufweisenden Schaltungsbaugruppe 400 verbunden.
Das Messzielgas 30, das von der Einlassöffnung 350 aufgenommen wird und durch den rückseitigen Umgehungsdurchgang strömt, der den rückseitigen Umgehungsdurchgangskanal 334 umfasst, wird von der linken Seite von 7 her zugeführt. Ein Teil des Messzielgases 30 strömt zu einem Strömungsweg 386, der durch die Vorderfläche der Messfläche 430 der Schaltungsbaugruppe 400 und die Vorsprünge 356 gebildet wird, die an der vorderen Abdeckung 303 vorgesehen sind, und zwar durch einen Durchdringungsabschnitt des stromaufwärtigen Abschnitts 342 der Schaltungsbaugruppe 400, und das restliche Messzielgas 30 strömt zu einem Strömungsweg 387, der durch die Rückseite der Messfläche 431 und die hintere Abdeckung 304 gebildet wird. Dann bewegt sich das den Strömungsweg 387 durchströmende Messzielgas 30 zum vorderseitigen Strömungsdurchgang 332 durch einen Durchdringungsabschnitt des stromabwärtigen Abschnitts 341 der Schaltungsbaugruppe 400, vereinigt sich mit dem Messzielgas 30, welches durch den Strömungsweg 386 fließt, strömt durch den vorderseitigen Strömungsdurchgang 332 und wird dann von der Auslassöffnung 352 zum Hauptdurchgang 124 abgeführt.
Da der Umgehungsdurchgangskanal so ausgebildet ist, dass der Strömungsweg des Messzielgases 30, das dem Strömungsweg 386 durch den Durchdringungsabschnitt des stromaufwärtigen Abschnitts 342 der Schaltungsbaugruppe 400 ausgehend vom rückwärtigen Umgehungsdurchgangskanal 334 zugeführt wird, mit einer weiteren Krümmung ausgebildet ist als der zum Strömungsweg 387 geführte Strömungsweg, sammelt sich ein Stoff mit einer großen Masse, wie beispielsweise eine im Messzielgas 30 enthaltene Verunreinigung im Strömungsweg 387 an, der weniger stark gekrümmt ist. Aus diesem Grund nimmt kaum ein Fremdkörper den Weg in den Strömungsweg 386.
Der Strömungsweg 386 ist so aufgebaut, dass eine Mündung so gebildet ist, dass die vordere Abdeckung 303 fortlaufend zum vorderen Endabschnitt des vorderseitigen Umgehungsdurchgangskanals 332 führt, und der Vorsprung 356 gleichmäßig zur Seite der Messfläche 430 hin vorsteht. Die Messfläche 430 ist auf einer Seite des Mündungsabschnitts des Strömungswegs 386 angeordnet und mit dem Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 zum Durchführen des Wärmeübergangs zwischen dem Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 und dem Messzielgas 30 versehen. Um die Messung des Luftstrom-Erfassungsabschnitts 602 mit hoher Genauigkeit durchzuführen, hat das Messzielgas 30 im Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 vorzugsweise eine laminare Strömung mit geringer Wirbelbildung. Außerdem wird die Messgenauigkeit mit steigender Strömungsgeschwindigkeit besser. Deshalb ist die Mündung so gebildet, dass der an der vorderen Abdeckung 303 vorgesehene Vorsprung 356, der der Messfläche 430 zugewandt ist, gleichmäßig zur Messfläche 430 hin vorsteht. Durch diese Mündung wird eine Wirbelbildung im Messzielgas 30 reduziert, um die Strömung an eine laminare Strömung anzunähern. Da außerdem die Strömungsgeschwindigkeit im Mündungsabschnitt zunimmt und der Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 zum Messen des Durchsatzes im Mündungsabschnitt angeordnet ist, ist die Messgenauigkeit des Durchsatzes verbessert.
Da die Mündung so ausgebildet ist, dass der Vorsprung 356 zum Inneren des Umgehungsdurchgangskanals vorsteht, um dem Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 zugewandt zu sein, der an der Messfläche 430 vorgesehen ist, ist es möglich, die Messgenauigkeit zu verbessern. Der Vorsprung 356 zum Bilden der Mündung ist an der Abdeckung vorgesehen, die dem Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 zugewandt ist, der an der Messfläche 430 vorgesehen ist. In 7 handelt es sich bei der Abdeckung, die dem Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 zugewandt ist, der an der Messfläche 430 vorgesehen ist, um die vordere Abdeckung 303, und der Vorsprung 356 ist an der vorderen Abdeckung 303 vorgesehen. Alternativ kann der Vorsprung 356 auch an der Abdeckung vorgesehen sein, die dem Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 zugewandt ist, der an der Messfläche 430 der vorderen oder hinteren Abdeckung 303 bzw. 304 vorgesehen ist. Je nachdem, an welcher der Flächen die Messfläche 430 und der Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 in der Schaltungsbaugruppe 400 vorgesehen sind, ändert sich die Abdeckung, die dem Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 zugewandt ist.
Mit Bezug auf 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) verbleibt ein Pressabdruck 442 der Druckgussform, die im Kunststoffformungsvorgang der Schaltungsbaugruppe 400 verwendet wird, auf der Rückseite der Messfläche 431 als Rückfläche des Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitts 436, der an der Messfläche 430 vorgesehen ist. Der Pressabdruck 442 stellt keine nennenswerte Behinderung für die Messung des Durchsatzes dar und verursacht auch dann kein Problem, wenn der Pressabdruck 442 dauerhaft ist. Wie vorstehend beschrieben, ist es außerdem wichtig, eine Halbleitermembran des Luftstrom-Erfassungsabschnitts 602 zu schützen, wenn die Schaltungsbaugruppe 400 durch Kunststoffformung gebildet wird. Aus diesem Grunde ist eine Druckbeaufschlagung der Rückfläche des Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitts 436 wichtig. Darüber hinaus ist es wichtig, zu verhindern, dass Kunststoff, der die Schaltungsbaugruppe 400 überdeckt, zum Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 strömt. Was diesen Gesichtspunkt anbelangt, wird das Einströmen des Kunststoffs unterbunden, indem die Messfläche 430 einschließlich des Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitts 436 mittels eines Formwerkzeugs umhüllt wird und auf die Rückfläche des Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitts 436 unter Verwendung eines anderen Formwerkzeugs Druck ausgeübt wird. Da die Schaltungsbaugruppe 400 durch Spritzpressen hergestellt wird, ist der Druck des Kunststoffs hoch und eine Druckausübung ausgehend von der Rückseite des Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitts 436 ist wichtig. Zusätzlich wird, da eine Halbleitermembran im Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 verwendet wird, vorzugsweise ein Belüftungsdurchgang für einen Leerraum gebildet, der durch die Halbleitermembran geschaffen wird. Um eine Platte und dergleichen zum Ausbilden des Belüftungsdurchgangs zu haltern und zu fixieren, ist die Druckausübung ausgehend von der Rückfläche des Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitts 436 wichtig.
3.3 Aufbau zum Befestigen der Schaltungsbaugruppe 400 unter Verwendung des Gehäuses 302 und diesbezügliche Wirkungen
Als Nächstes wird die Befestigung der Schaltungsbaugruppe 400 am Gehäuse 302 über einen Kunststoffformungsvorgang erneut mit Bezug auf 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) beschrieben. Die Schaltungsbaugruppe 400 ist im Gehäuse 302 so angeordnet und daran befestigt, dass die Messfläche 430, die an der Vorderfläche der Schaltungsbaugruppe 400 gebildet ist, in einer vorbestimmten Position des Umgehungsdurchgangskanals zum Bilden des Umgehungsdurchgangs angeordnet ist, zum Beispiel in einem Verbindungsabschnitt zwischen dem vorderseitigen Umgehungsdurchgangskanal 332 und dem rückseitigen Umgehungsdurchgangskanal 334 in der Ausführungsform von 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B). Ein Abschnitt zum Einbetten und Fixieren der Schaltungsbaugruppe 400 im bzw. am Gehäuse 302 durch Kunststoffformgebung wird als Fixierungsabschnitt 372 zum Einbetten der Schaltungsbaugruppe 400 im Gehäuse 302 bzw. zu dessen Befestigung am Gehäuse 302 auf der Seite vorgesehen, die ausgehend vom Umgehungsdurchgangskanal geringfügig näher am Flansch 312 liegt. Der Fixierungsabschnitt 372 ist so eingebettet, dass der Außenumfang der Schaltungsbaugruppe 400, die durch den ersten Kunststoffformvorgang gebildet wird, bedeckt ist.
Wie in 5(B) veranschaulicht ist, ist die Schaltungsbaugruppe 400 über den Fixierungsabschnitt 372 fixiert. Der Fixierungsabschnitt 372 umfasst eine Schaltungsbaugruppe 400 unter Ausnutzung einer Ebene mit einer Höhe, die an der vorderen Abdeckung 303 angrenzt, und einen dünnen Abschnitt 376. Dadurch, dass ein Kunststoff, der einen dem Abschnitt 376 entsprechenden Abschnitt überdeckt, dünn ausgelegt wird, ist es möglich, die Kontraktion abzuschwächen, die verursacht wird, wenn die Temperatur des Kunststoffs während der Bildung des Fixierungsabschnitts 372 sinkt, und es kann eine Spannungskonzentration reduziert werden, die an die Schaltungsbaugruppe 400 angelegt wird. Es können noch bessere Wirkungen erzielt werden, wenn die Rückseite der Schaltungsbaugruppe 400 in der vorstehend beschriebenen Form ausgebildet wird, wie in 6(B) dargestellt ist.
Es ist nicht die gesamte Oberfläche der Schaltungsbaugruppe 400 mit dem Kunststoff bedeckt, der zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird, sondern es ist ein Abschnitt, an dem die Außenwand der Schaltungsbaugruppe 400 freiliegt, auf der Seite des Flansches 312 des Fixierungsabschnitts 372 vorgesehen. In der Ausführungsform von 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) ist der Flächenabschnitt, der vom Kunststoff des Gehäuses 302 ausgespart wird und nicht vom Gehäuse 302 umhüllt ist, größer als der Flächenabschnitt, der vom Kunststoff des Gehäuses 302 außerhalb der Außenumfangsfläche der Schaltungsbaugruppe 400 umhüllt ist. Des Weiteren bleibt auch ein Abschnitt der Messfläche 430 der Schaltungsbaugruppe 400 vom Kunststoff des Gehäuses 302 unbedeckt.
Da der Umfang der Schaltungsbaugruppe 400 im zweiten Kunststoffformungsvorgang zum Ausbilden des Gehäuses 302 umhüllt wird, indem ein Teil des Fixierungsabschnitt 372 gebildet wird, der die Außenwand der Schaltungsbaugruppe 400 über den gesamten Umfang hinweg in einer dünnen Streifenform bedeckt, kann eine übermäßig hohe Spannungskonzentration abgemildert werden, die durch Volumenkontraktion im Verlauf der Verfestigung des Fixierungsabschnitts 372 verursacht wird. Die übermäßig hohe Spannungskonzentration könnte die Schaltungsbaugruppe 400 negativ beeinflussen.
Um die Schaltungsbaugruppe 400 mit einer kleinen Fläche noch stärker zu fixieren, und zwar bei gleichzeitiger Verringerung des Flächenabschnitts, der vom Kunststoff des Gehäuses 302 der Außenumfangsfläche der Schaltungsbaugruppe 400 umhüllt wird, ist es bevorzugt, das Haftvermögen der Schaltungsbaugruppe 400 an der Außenwand im Fixierungsabschnitt 372 zu erhöhen. Wenn ein thermoplastischer Kunststoff zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird, sollte der thermoplastische Kunststoff vorzugsweise in feine Unebenheiten an der Außenwand der Schaltungsbaugruppe 400 eindringen, während er eine geringe Viskosität hat, und der thermoplastische Kunststoff sollte sich verfestigen, während er in die feinen Unebenheiten der Außenwand eingedrungen ist. Im Rahmen des Kunststoffformungsvorgangs zur Bildung des Gehäuses 302 ist bevorzugt, dass die Einlassöffnung des thermoplastischen Kunststoffs im Fixierungsabschnitt 372 und dessen Nahbereich vorgesehen ist. Die Viskosität des thermoplastischen Kunststoffs nimmt mit steigender Temperatur zu, so dass er sich verfestigt. Deshalb kann, indem man einen thermoplastischen Kunststoff mit hoher Temperatur in den Fixierungsabschnitt 372 oder ausgehend von dessen Nahbereich einströmen lässt, der thermoplastische Kunststoff mit geringer Viskosität verfestigt werden, während er an der Außenwand der Schaltungsbaugruppe 400 anliegt. Im Ergebnis ist ein Temperaturrückgang des thermoplastischen Kunststoffs unterbunden und es wird ein Zustand niedriger Viskosität aufrechterhalten, so dass das Haftvermögen zwischen der Schaltungsbaugruppe 400 und dem Fixierungsabschnitt 372 verbessert ist.
Durch das Aufrauen der Außenwandoberfläche der Schaltungsbaugruppe 400 kann das Haftvermögen zwischen der Schaltungsbaugruppe 400 und dem Fixierungsabschnitt 372 verbessert werden. Als Verfahren zum Aufrauen der Außenwandoberfläche der Schaltungsbaugruppe 400 ist ein Aufrauverfahren zum Bilden feiner Unebenheiten an der Oberfläche der Schaltungsbaugruppe 400, wie beispielsweise eine Mattierungsbehandlung, nach dem Ausbilden der Schaltungsbaugruppe 400 durch den ersten Kunststoffformungsvorgang bekannt. Als Aufrauverfahren zum Bilden feiner Unebenheiten an der Oberfläche der Schaltungsbaugruppe 400 kann zum Beispiel auch ein Aufrauen verwendet werden, die mittels Sandstrahlen erzielt wird. Des Weiteren kann das Aufrauen über eine Laserbearbeitung erzielt werden.
Als anderes Aufrauverfahren wird eine raue Einlage an einer Innenfläche der Druckgussform befestigt, die im, ersten Kunststoffformungsvorgang verwendet wird, und der Kunststoff wird gegen die Druckgussform gepresst, die an der Oberfläche die Einlage aufweist. Auch bei Verwendung dieses Verfahrens ist es möglich, feine Unebenheiten an einer Oberfläche der Schaltungsbaugruppe 400 zu bilden bzw. diese Oberfläche aufzurauen. Alternativ können Unebenheiten an einer Innenseite der Druckgussform zum Bilden der Schaltungsbaugruppe 400 angebracht werden, um die Oberfläche der Schaltungsbaugruppe 400 aufzurauen. Der Flächenabschnitt der Schaltungsbaugruppe 400 für ein derartiges Aufrauen entspricht zumindest dem Abschnitt, wo der Fixierungsabschnitt 372 vorgesehen ist. Darüber hinaus wird das Haftvermögen noch weiter verstärkt, indem der Oberflächenabschnitt der Schaltungsbaugruppe 400 aufgeraut wird, wo der Außenwand-Hohlbereich 366 vorgesehen ist.
Wenn die maschinelle Erzeugung der Unebenheit für die Oberfläche der Schaltungsbaugruppe 400 mittels der vorstehend erwähnten Einlage ausgeführt wird, hängt die Tiefe des Kanals von der Dicke der Einlage ab. Wenn die Dicke der Einlage zunimmt, wird die Formung des ersten Kunststoffformungsvorgangs schwierig, so dass die Dicke der Einlage eine Begrenzung hat. Wenn die Dicke der Einlage abnimmt, hat die Tiefe der an der Einlage vorgesehenen Unebenheiten von vornherein eine Beschränkung. Deshalb sollte, wenn die vorstehend erwähnte Einlage verwendet wird, die Tiefe der Unebenheit zwischen dem Grund und der Spitze der Unebenheit mit 10 μm oder mehr und 20 μm oder weniger angesetzt werden. Bei einer Tiefe von weniger als 10 μm ist die Anhaftungswirkung herabgesetzt. Eine Tiefe von mehr als 20 μm ist ausgehend von der vorstehend erwähnten Dicke der Einlage schwierig zu erzielen.
Bei anderen Aufrauverfahren als dem vorstehend erwähnten Verfahren, bei dem die Einlage verwendet wird, ist es bevorzugt, die Dicke des Kunststoffs im ersten Kunststoffformungsvorgang zum Ausbilden der Schaltungsbaugruppe 400 auf 2 mm oder weniger anzusetzen. Aus diesem Grund ist es schwierig, die Tiefe der Unebenheit zwischen dem Grund und der Spitze der Unebenheit auf 1 mm oder mehr anzuheben. Konzeptionell gesehen ist davon auszugehen, dass das Haftvermögen zwischen dem Kunststoff, der die Schaltungsbaugruppe 400 überdeckt, und dem Kunststoff, der zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird, mit zunehmender Tiefe der Unebenheit zwischen dem Grund und der Spitze der Unebenheit an der Oberfläche der Schaltungsbaugruppe 400 ansteigt. Jedoch wird aus dem vorstehenden beschriebenen Grund die Tiefe der Unebenheit zwischen dem Grund und der Spitze der Unebenheit vorzugsweise auf 1 mm oder weniger angesetzt. Das bedeutet, dass es, wenn eine Unebenheit mit einer Dicke von 10 μm oder mehr und 1 mm oder weniger an der Oberfläche der Schaltungsbaugruppe 400 vorgesehen ist, bevorzugt ist, das Haftvermögen zwischen dem die Schaltungsbaugruppe 400 bedeckenden Kunststoff und dem Kunststoff, der zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird, zu erhöhen.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient des wärmeaushärtenden Kunststoffs, der zur Bildung der Schaltungsbaugruppe 400 verwendet wird, und des wärmehärtenden Kunststoffs, der zur Bildung des Gehäuses 302 mit dem Fixierungsabschnitt 372 verwendet wird, sind verschieden. Vorzugsweise sollte verhindert werden, dass die Schaltungsbaugruppe 400 mit einer übermäßigen Spannung beaufschlagt wird, die aus diesem Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten resultiert.
Durch Ausbilden des Fixierungsabschnitts 372, der den Außenumfang der Schaltungsbaugruppe 400 umhüllt, in einer Bandform und Verschmälern der Breite des Bandes ist es möglich, eine Spannung zu mildern, die durch einen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizientenen verursacht und mit der die Schaltungsbaugruppe 400 beaufschlagt wird. Die Breite des Bandes des Fixierungsabschnitts 372 ist auf 10 mm oder weniger und vorzugsweise auf 8 mm oder weniger eingestellt. Da der Außenwand-Hohlbereich 366 als Teil der stromaufwärtigen Außenwand 335 des Gehäuses 302 sowie der Fixierungsabschnitt 372 die Schaltungsbaugruppe 400 zu deren Fixierung umhüllen, ist es in dieser Ausführungsform möglich, die Breite des Bands des Fixierungsabschnitts 372 weiter zu reduzieren. Die Schaltungsbaugruppe 400 kann zum Beispiel fixiert werden, wenn die Breite auf 3 mm oder mehr eingestellt wird.
Um eine durch einen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizientenen verursachte Spannung zu reduzieren, sind an der Oberfläche der Schaltungsbaugruppe 400 ein Abschnitt, der durch den Kunststoff bedeckt ist, der zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird, und ein freiliegender Abschnitt ohne Überdeckung vorgesehen. Es sind mehrere Abschnitte vorgesehen, an denen die Oberfläche der Schaltungsbaugruppe 400 vom Kunststoff des Gehäuses 302 nicht bedeckt ist, und einer von ihnen ist der Messfläche 430 mit dem vorstehend beschriebenen Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 zugeordnet. Des Weiteren ist ein Abschnitt vorgesehen, der zu einem Teil der Seite des Flansches 312 bezüglich des Fixierungsabschnitts 372 freiliegt. Außerdem ist der Außenwand-Hohlbereich 366 so ausgebildet, dass ein Abschnitt der stromaufwärtigen Seite relativ zum Außenwand-Hohlbereich 366 freiliegt, und dieser freiliegende Abschnitt dient als Halterungsabschnitt, der den Temperaturerfassungsabschnitt 452 haltert. Ein Leerraum ist so ausgebildet, dass ein Abschnitt der Außenfläche der Schaltungsbaugruppe 400 auf der Seite des Flansches 312 in Bezug auf den Befestigungsabschnitt 372 die Schaltungsbaugruppe 400 über ihren gesamten Außenumfang umgibt, insbesondere die Seite, die dem Flansch 312 von der stromabwärtigen Seite der Schaltungsbaugruppe 400 her zugewandt ist, und des Weiteren über die stromaufwärtige Seite des Abschnitts nahe dem Abschluss der Schaltungsbaugruppe 400. Da der Leerraum um den Abschnitt herum gebildet ist, an dem die Oberfläche der Schaltungsbaugruppe 400 freiliegt, kann die Wärmemenge reduziert werden, die auf die Schaltungsbaugruppe 400 durch den Flansch 312 ausgehend vom Hauptdurchgang 124 her übertragen wird, und kann eine durch die Wärme verursachte Herabsetzung der Messgenauigkeit verhindert werden.
Ein Leerraum ist zwischen der Schaltungsbaugruppe 400 und dem Flansch 312 ausgebildet, und dieser Leerraum dient als Anschlussverbinder 320. Der Verbindungsanschluss 412 der Schaltungsbaugruppe 400 und die Innenbuchse des externen Anschlusses 361, die auf der Seite des Gehäuses 302 des externen Anschlusses 306 positioniert ist, sind mittels dieses Anschlussverbinders 320 über Punktschweißen, Laserschweißen und dergleichen elektrisch miteinander verbunden. Durch den Leerraum des Anschlussverbinders 320 kann ein Wärmeübergang vom Gehäuse 302 auf die Schaltungsbaugruppe 400 wie vorstehend beschrieben verhindert werden, und es wird ein Raum bereitgestellt, der dazu verwendet werden kann, eine Anschlussarbeit zwischen dem Verbindungsanschluss 412 der Schaltungsbaugruppe 400 und der Innenbuchse des externen Anschlusses 361 des externen Anschlusses 306 auszuführen.
3.4 Bildung des Gehäuses 302 durch den zweiten Kunststoffformungsvorgang und dessen Wirkungen
In dem vorstehend beschriebenen, in 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) veranschaulichten Gehäuse 302 wird die Schaltungsbaugruppe 400, die über den Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 oder die Verarbeitungseinheit 604 verfügt, durch den ersten Kunststoffformungsvorgang hergestellt. Dann wird das Gehäuse 302 zum Beispiel mit dem vorderseitigen Umgehungsdurchgangskanal 332 oder rückseitigen Umgehungsdurchgangskanal 334 zum Bilden des Umgehungsdurchgangs, durch den das Messzielgas 30 strömt, mittels des zweiten Kunststoffformungsvorgangs hergestellt. Durch diesen zweiten Kunststoffformungsvorgang wird die Schaltungsbaugruppe 400 in den Kunststoff des Gehäuses 302 eingebettet und an der Innenseite des Gehäuses 302 durch Kunststoffformung fixiert. Im Ergebnis führt der Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 einen Wärmeübergang auf das Messzielgas 30 aus, so dass eine Auslegungsbeziehung, wie beispielsweise eine Lagebeziehung oder Richtungsbeziehung, zwischen dem Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 zum Messen des Durchsatzes und dem Umgehungsdurchgang, der zum Beispiel den vorderseitigen Umgehungsdurchgangskanal 332 oder den rückseitigen Umgehungsdurchgangskanal 334 umfasst, mit bemerkenswert hoher Genauigkeit aufrechterhalten werden kann. Darüber hinaus ist es möglich, dass ein Fehler oder eine Abweichung, der bzw. die an jeder Schaltungsbaugruppe 400 entsteht, auf einen sehr kleinen Wert zu drücken. Im Ergebnis kann die Messgenauigkeit der Schaltungsbaugruppe 400 deutlich verbessert werden. So kann im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren, bei dem die Befestigung über einen Klebstoff erfolgt, die Messgenauigkeit um das Zweifache oder mehr verbessert werden. Da der thermische Durchflussmesser 300 typischerweise in großen Mengen hergestellt wird, besteht bei dem Verfahren zum Verwenden eines Klebstoffs zusammen mit einer präzisen Messung eine Beschränkung in Bezug auf die Verbesserung der Messgenauigkeit. Wenn aber die Schaltungsbaugruppe 400 wie in dieser Ausführungsform durch den ersten Kunststoffformungsvorgang hergestellt und dann der Umgehungsdurchgang im zweiten Kunststoffformungsvorgang zur Ausbildung des Umgehungsdurchgangs gebildet wird, in welchem das Messzielgas 30 strömt, während die Schaltungsbaugruppe 400 und der Umgehungsdurchgang fixiert sind, kann eine Veränderung der Messgenauigkeit deutlich reduziert und die Messgenauigkeit jedes thermischen Durchflussmessers 300 beachtlich verbessert werden. Dies gilt in ähnlicher Weise für die Ausführungsform von 7 sowie die Ausführungsform von 5 oder 6.
Mit weiterem Bezug auf die Ausführungsform von beispielsweise 5(A), 5(B), 6(A) oder 6(B) ist es möglich, die Schaltungsbaugruppe 400 am Gehäuse 302 so zu befestigen, dass eine Beziehung zwischen dem vorderseitigen Umgehungsdurchgangskanal 332, dem rückseitigen Umgehungsdurchgangskanal 334 und dem Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 auf eine ganz bestimmte Beziehung eingestellt wird. Im Ergebnis kann bei jedem der in großen Mengen hergestellten thermischen Durchflussmesser 300 eine Lagebeziehung oder Auslegungsbeziehung zwischen dem Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 jeder Schaltungsbaugruppe 400 und dem Umgehungsdurchgang regelmäßig mit bemerkenswert hoher Genauigkeit erhalten werden. Da der Umgehungsdurchgangskanal, wo der Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 der Schaltungsbaugruppe 400 befestigt ist, zum Beispiel der vorderseitige Umgehungsdurchgangskanal 332 und rückseitige Umgehungsdurchgangskanal 334, mit bemerkenswert hoher Genauigkeit gebildet werden kann, besteht eine Arbeit des Ausbildens des Umgehungsdurchgangs in diesem Umgehungsdurchgangskanal in einer Arbeit zum Überdecken beider Seiten des Gehäuses 302 mittels der vorderen und hinteren Abdeckung 303 bzw. 304. Diese Arbeit ist sehr einfach und es handelt sich um einen Arbeitsvorgang mit nur wenigen Faktoren der Verschlechterung der Messgenauigkeit. Außerdem werden die vordere und hintere Abdeckung 303 bzw. 304 durch einen Kunststoffformungsvorgang mit hoher Abbildungsgenauigkeit hergestellt. Deshalb kann der Umgehungsdurchgang, der in einem bestimmten Verhältnis zum Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 der Schaltungsbaugruppe 400 vorgesehen ist, mit hoher Genauigkeit gebildet werden. Auf diese Weise kann zusätzlich zur Verbesserung der Messgenauigkeit eine hohe Produktivität erzielt werden.
Im Vergleich wird im dazugehörigen Stand der Technik der thermische Durchflussmesser bisher hergestellt, indem der Umgehungsdurchgang erzeugt und dann der Messabschnitt mit dem Umgehungsdurchgang unter Verwendung von Klebstoff verbunden wird. Ein solches Verfahren zum Verwenden eines Klebstoffs ist nachteilig, weil die Dicke des Klebstoffs unregelmäßig und die Position oder der Winkel des Klebstoffs bei jedem Produkt anders ist. Aus diesem Grund bestand eine Beschränkung bei der Verbesserung der Messgenauigkeit. Wenn diese Arbeit im Rahmen einer Massenproduktion ausgeführt wird, ist es darüber hinaus schwierig, die Messgenauigkeit zu verbessern.
Bei der Ausführungsform gemäß der Erfindung wird zuerst die Schaltungsbaugruppe 400 mit dem Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 durch den ersten Kunststoffformungsvorgang hergestellt, und dann wird die Schaltungsbaugruppe 400 über Kunststoffformung fixiert, während der Umgehungsdurchgangskanal zum Ausbilden des Umgehungsdurchgangs durch Kunststoffformung über einen zweiten Kunststoffformungsvorgang gebildet wird. Im Ergebnis ist es möglich, die Form des Umgehungsdurchgangskanals mit beachtlich hoher Genauigkeit zu bilden und den Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 am Umgehungsdurchgangskanal mit beachtlich hoher Genauigkeit zu fixieren.
Ein sich auf die Messung des Durchsatzes beziehender Abschnitt, wie beispielsweise der Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 des Luftstrom-Erfassungsabschnitts 602 oder die im Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 eingesetzte Messfläche 430 ist auf der Oberfläche der Schaltungsbaugruppe 400 gebildet. Die Messfläche 430 und der Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 werden dann vom Kunststoff ausgespart, der zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird. Das bedeutet, dass der Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 und die Messfläche 430 um den Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 herum nicht vom Kunststoff bedeckt sind, der zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird. Die durch die Kunststoffformung der Schaltungsbaugruppe 400 gebildete Messfläche 430, der Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 oder der Temperaturerfassungsabschnitt 452 werden direkt verwendet, auch nach der Kunststoffformung des Gehäuses 302, um einen Durchsatz des thermischen Durchflussmessers 300 oder eine Temperatur zu messen. Im Ergebnis ist die Messgenauigkeit verbessert.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Schaltungsbaugruppe 400 in einem Stück mit dem Gehäuse 302 zur Fixierung der Schaltungsbaugruppe 400 am Gehäuse 302 mit dem Umgehungsdurchgang gebildet. Deshalb kann die Schaltungsbaugruppe 400 am Gehäuse 302 mit einer kleinen Befestigungsfläche fixiert werden. Das bedeutet, dass es möglich ist, den Oberflächenbereich der Schaltungsbaugruppe 400 zu vergrößern, der nicht in Kontakt mit dem Gehäuse 302 steht. Die Oberfläche der Schaltungsbaugruppe 400, die keinen Kontakt mit dem Gehäuse 302 hat, liegt zum Beispiel zu einem Leerraum frei. Die Wärme des Ansaugrohrs wird auf das Gehäuse 302 übertragen und wird dann vom Gehäuse 302 auf die Schaltungsbaugruppe 400 übertragen. Selbst wenn die Kontaktfläche zwischen dem Gehäuse 302 und der Schaltungsbaugruppe 400 verringert wird, kann, anstatt die gesamte Oberfläche oder einen Großteil der Oberfläche der Schaltungsbaugruppe 400 mit dem Gehäuse 302 zu umhüllen, eine hohe Zuverlässigkeit bei hoher Genauigkeit aufrechterhalten und die Schaltungsbaugruppe 400 am Gehäuse 302 befestigt werden. Aus diesem Grund kann der Wärmeübergang vom Gehäuse 302 zum Schaltungsbaugruppe 400 klein gehalten und die Abnahme der Messgenauigkeit verhindert werden.
In der in 5(A), 5(B), 6(A) oder 6(B) veranschaulichten Ausführungsform kann die Fläche A der freiliegenden Oberfläche der Schaltungsbaugruppe 400 so angesetzt werden, dass sie gleich oder größer als eine Fläche B ist, die durch ein Formmaterial bedeckt ist, das zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird. In der Ausführungsform ist die Fläche A größer als die Fläche B. Im Ergebnis kann der Wärmeübergang vom Gehäuse 302 auf die Schaltungsbaugruppe 400 klein gehalten werden. Außerdem ist es möglich, die Spannung zu verringern, die durch einen Unterschied zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des wärmeaushärtenden Kunststoffs, der zur Bildung der Schaltungsbaugruppe 400 verwendet wird, und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des thermoplastischen Kunststoffs, der zum Bilden des Gehäuses 302 verwendet wird, entsteht.
4. Äußeres Erscheinungsbild der Schaltungsbaugruppe 400
4.1 Bildung der Messfläche 430 mit dem Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436
In 8(A) bis 8(C) ist ein äußeres Erscheinungsbild der Schaltungsbaugruppe 400 veranschaulicht, die durch den ersten Kunststoffformvorgang gebildet wird. Es ist zu beachten, dass der schraffierte Bereich im Erscheinungsbild der Schaltungsbaugruppe 400 die Befestigungsfläche 432 angibt, an der die Schaltungsbaugruppe 400 von dem Kunststoff bedeckt wird, der im zweiten Kunststoffformungsvorgang verwendet wird, wenn das Gehäuse 302 durch den zweiten Kunststoffformungsvorgang gebildet wird, nachdem die Schaltungsbaugruppe 400 durch den ersten Kunststoffformungsvorgang hergestellt wurde. 8(A) ist eine die Schaltungsbaugruppe 400 veranschulichende linke Seitenansicht, 8(B) ist eine die Schaltungsbaugruppe 400 veranschaulichende Vorderansicht und 8(C) ist eine die Schaltungsbaugruppe 400 veranschaulichende Rückansicht. Die Schaltungsbaugruppe 400 ist mit dem Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 oder der nachstehend beschriebenen Verarbeitungseinheit 604 eingebettet, und sie werden zusammen mittels eines wärmeaushärtenden Kunststoffs eingeformt. Die Schaltungsbaugruppe 400 weist einen Baugruppenkörperabschnitt 426 mit einer ungefähr rechteckigen planaren Form sowie einen Vorsprung 424 auf, der stabförmig von einer stromaufwärtigen Seite des Baugruppenkörperabschnitts 426 vorsteht.
An der Oberfläche der Schaltungsbaugruppe 400 von 8(B) ist die Messfläche 430, die als Ebene zur Anströmung durch das Messzielgas 30 dient, in einer Form ausgebildet, die sich in einer Strömungsrichtung des Messzielgases 30 erstreckt. In dieser Ausführungsform hat die Messfläche 430 eine rechteckige Form, die sich in der Strömungsrichtung des Messzielgases 30 erstreckt. Die Messfläche 430 ist so ausgebildet, dass sie dünner andere in 8(A) dargestellte Abschnitte ist, und ein Teil von ihr ist mit dem Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 versehen. Der eingebettete Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 führt über den Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 den Wärmeübergang zum Messzielgas 30 aus, um einen Zustand des Messzielgases 30, wie etwa eine Strömungsgeschwindigkeit des Messzielgases 30 zu messen, und ein elektrisches Signal auszugeben, das den Durchsatz im Hauptdurchgang 124 repräsentiert.
Um einen Zustand des Messzielgases 30 unter Verwendung des eingebetteten Luftstrom-Erfassungsabschnitts 602 (siehe 14) mit hoher Genauigkeit messtechnisch zu bestimmen, hat das den Nahbereich des Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitts 436 durchströmende Gas vorzugsweise eine laminare Strömung mit geringer Wirbelbildung. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass kein Höhenunterschied zwischen der strömungswegseitigen Oberfläche des Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitts 436 und der Ebene der Messfläche 430 gibt, die das Gas führt. Mit dieser Auslegung kann verhindert werden, dass der Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 mit einer unregelmäßigen Spannung oder einer Verwerfung beaufschlagt wird, wobei gleichzeitig eine hohe Messgenauigkeit bezüglich des Durchsatzes besteht. Es ist zu beachten, dass der vorstehend erwähnte Höhenunterschied vorgesehen werden kann, wenn er die Messgenauigkeit des Durchsatzes nicht beeinträchtigt.
An der Rückseite der Messfläche 430 des Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitts 436 verbleibt, wie in 8(C) dargestellt ist, ein Pressabdruck 442 der Druckgussform, die ein inneres Substrat oder eine innere Platte während der Kunststoffformung der Schaltungsbaugruppe 400 stützt. Der Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 wird dazu verwendet, den Wärmeaustausch mit dem Messzielgas 30 zu bewerkstelligen. Um einen Zustand des Messzielgases 30 messtechnisch genau zu bestimmen, ist es bevorzugt, den Wärmeübergang zwischen dem Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 und dem Messzielgas 30 in zweckmäßiger Weise ablaufen zu lassen. Aus diesem Grund ist es notwendig, dass vermieden wird, dass ein Teil des Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitts 436 im ersten Kunststoffformungsvorgang vom Kunststoff überdeckt wird. Formwerkzeuge sind sowohl am Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 als auch an der Rückseite der Messfläche 431 als deren Rückfläche eingesetzt, und ein Einströmen des Kunststoffs zum Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 wird mittels dieses Formwerkzeugs verhindert. Ein Pressabdruck 442 mit konkaver Form entsteht an der Rückfläche des Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitts 436. In diesem Abschnitt wird vorzugsweise eine Vorrichtung, die als der Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 oder dergleichen dient, im Nahbereich angeordnet, um die von der Vorrichtung erzeugte Wärme weitestgehend nach außen abzuführen. Der gebildete konkave Abschnitt wird weniger vom Kunststoff beeinflusst und führt Wärme mühelos ab.
Eine dem Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 entsprechende Halbleitermembran ist in dem Luftstrom-Erfassungsabschnitt (Durchsatzerfassungselement) 602 gebildet, die eine Halbleitervorrichtung aufweist. Die Halbleitermembran kann erhalten werden, indem ein Leerraum an der Rückfläche des Luftstrom-Erfassungsabschnitts 602 gebildet wird. Wenn der Leerraum überdeckt wird, wird die Halbleitermembran verformt und die Messgenauigkeit ist herabgesetzt, was auf eine Druckveränderung im Leerraum zurückzuführen ist, die durch eine Temperaturänderung hervorgerufen wird. Aus diesem Grunde ist in dieser Ausführungsform eine Öffnung 438, die mit dem Leerraum der Rückfläche der Halbleitermembran in Verbindung steht, an der Vorderfläche der Schaltungsbaugruppe 400 vorgesehen, und ein Verbindungskanal zum Verbinden des Leerraums der Rückfläche der Halbleitermembran mit der Öffnung 438 ist in der Schaltungsbaugruppe 400 vorgesehen. Es ist zu beachten, dass die Öffnung 438 in dem Abschnitt vorgesehen wird, der in 8(A) bis 8(C) nicht schraffiert ist, um zu verhindern, dass die Öffnung 438 durch den zweiten Kunststoffformungsvorgang mit Kunststoff überdeckt wird.
Es ist erforderlich, die Öffnung 438 durch den ersten Kunststoffformungsvorgang auszubilden, während ein Einströmen des Kunststoffs in den Abschnitt der Öffnung 438 sowohl zu einem Abschnitt der Öffnung 438 als auch einer Rückfläche hiervon unterbunden wird, indem Formwerkzeuge angepasst werden und die Formwerkzeuge zur Bildung der Öffnung 438 angedrückt werden. Nachfolgend wird die Bildung der Öffnung 438 und des Verbindungskanals beschrieben, der den Leerraum an der Rückfläche der Halbleitermembran mit der Öffnung 438 verbindet.
4.2 Bildung des Temperaturerfassungsabschnitts 452 und des Vorsprungs 424 sowie deren Wirkungen
Der in der Schaltungsbaugruppe 400 vorgesehene Temperaturerfassungsabschnitt 452 ist am vorderen Ende des Vorsprungs 424 vorgesehen, der sich in stromaufwärtiger Richtung des Messzielgases 30 erstreckt, um den Temperaturerfassungsabschnitt 452 zu haltern, und er hat die Funktion, die Temperatur des Messzielgases 30 zu erfassen. Um die Temperatur des Messzielgases 30 mit hoher Genauigkeit zu erfassen, ist es bevorzugt, dass der Wärmeübergang zu anderen Abschnitten als dem Messzielgas 30 vorzugsweise so weit wie möglich reduziert wird. Der Vorsprung 424, der den Temperaturerfassungsabschnitt 452 haltert, hat eine Form, die vom Baugruppenkörperabschnitt 426 entlang einer breiten Oberfläche des Baugruppenkörperabschnitts 426 absteht und ein vorderes Ende aufweist, das dünner als dessen Hals ausgeführt ist, und ist an seinem vorderen Endabschnitt mit dem Temperaturerfassungsabschnitt 452 versehen. Aufgrund dieser Formgebung ist es möglich, den Einfluss der Wärme vom Halsabschnitt des Vorsprungs 424 auf den Temperaturerfassungsabschnitt 452 zu verringern.
Nachdem die Temperatur des Messzielgases 30 mittels des Temperaturerfassungsabschnitts 452 erfasst wurde, strömt das Messzielgas 30 entlang des Vorsprungs 424 und die Temperatur des Vorsprungs 424 nähert sich an die Temperatur des Messzielgases 30 an. Im Ergebnis ist es möglich, dass der Einfluss der Temperatur des Halsabschnitts des Vorsprungs 424 auf den Temperaturerfassungsabschnitt 452 klein gehalten wird. Insbesondere ist bei dieser Ausführungsform der Temperaturerfassungsabschnitt 452 im Nahbereich des Vorsprungs 424 mit dem Temperaturerfassungsabschnitt 452 dünner und in Richtung zum Hals des Vorsprungs 424 verdickt. Dadurch strömt das Messzielgas 30 entlang der Form des Vorsprungs 424, um den Vorsprung 424 wirksam zu kühlen.
Der schraffierte Teil des Halsabschnitts des Vorsprungs 424 stellt eine Befestigungsfläche 432 dar, die von dem Kunststoff bedeckt wird, der zur Bildung des Gehäuses 302 im zweiten Kunststoffformungsvorgang verwendet wird. Eine Aussparung ist im schraffierten Teil des Halsabschnitts des Vorsprungs 424 vorgesehen. Dies zeigt, dass ein Teil der Hohlform bereitgestellt ist, der nicht vom Kunststoff des Gehäuses 302 überdeckt wird. Wenn auf diese Weise ein solcher Abschnitt mit einer Hohlform bereitgestellt wird, der nicht vom Kunststoff des Gehäuses 302 im Halsabschnitt des Vorsprungs 424 bedeckt ist, ist es darüber hinaus mühelos möglich, den Vorsprung 424 mit dem Messzielgas 30 zu kühlen.
4.3 Anschluss der Schaltungsbaugruppe 400
Die Schaltungsbaugruppe 400 ist mit dem Verbindungsanschluss 412 versehen, um elektrische Energie zum Betreiben des eingebetteten Luftstrom-Erfassungsabschnitts 602 oder der Verarbeitungseinheit 604 zu liefern und den Durchsatzmesswert oder den Temperaturmesswert auszugeben. Außerdem ist ein Anschluss 414 vorgesehen, um zu überprüfen, ob die Schaltungsbaugruppe 400 ordnungsgemäß funktioniert oder nicht bzw. ob eine Störung in einer Schaltungskomponente oder deren Verbindung vorliegt oder nicht. Bei dieser Ausführungsform wird die Schaltungsbaugruppe 400 unter Durchführung eines Spritzpressvorgangs für den Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 oder die Verarbeitungseinheit 604 unter Verwendung eines wärmeaushärtenden Kunststoffs durch den ersten Kunststoffformungsvorgang gebildet. Mit Ausführung des Spritzpressens kann die Maßgenauigkeit der Schaltungsbaugruppe 400 verbessert werden. Jedoch ist es bei einem Spritzpressvorgang, da der Kunststoff mit hohem Druck in das Innere der dicht verschlossenen Druckgussform eingepresst wird, wo der Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 bzw. die Verarbeitungseinheit 604 eingebettet sind, bevorzugt, zu überprüfen, ob ein Defekt am Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 oder der Verarbeitungseinheit 604 und der zugehörigen Verdrahtung für die erhaltene Schaltungsbaugruppe 400 vorliegt oder nicht. Bei dieser Ausführungsform ist ein Prüfanschluss 414 vorgesehen, und es erfolgt eine Prüfung für jede einzelne hergestellte Schaltungsbaugruppe 400. Da der Prüfanschluss 414 nicht für die Messung verwendet wird, ist der Anschluss 414 nicht an die Innenbuchse des externen Anschlusses 361 angeschlossen, wie vorstehend beschrieben. Des Weiteren ist jeder Verbindungsanschluss 412 mit einem gekrümmten Abschnitt 416 versehen, um eine mechanische elastische Kraft zu erhöhen. Wenn eine mechanische elastische Kraft in einem jeweiligen Verbindungsanschluss 412 vorgesehen ist, ist es möglich, eine Spannung zu absorbieren, die durch einen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kunststoff des ersten Kunststoffformungsvorgangs und dem Kunststoff des zweiten Kunststoffformungsvorgangs verursacht wird. Das bedeutet, dass jeder Verbindungsanschluss 412 durch die Wärmeausdehnung beeinflusst wird, die durch den ersten Kunststoffformungsvorgang verursacht wird, und die Innenbuchse des externen Anschlusses 361, die mit jedem Verbindungsanschluss 412 verbunden ist, durch den Kunststoff des zweiten Kunststoffformungsvorgangs beeinflusst wird. Es ist daher möglich, die Erzeugung einer Spannung zu absorbieren, die durch den Unterschied im Kunststoff verursacht wird.
4.4 Befestigung der Schaltungsbaugruppe 400 durch den zweiten Kunststoffformungsvorgang und deren Wirkungen
In 8(A) bis 8(C) stellt der schraffierte Teil eine Befestigungsfläche 432 zum Überdecken der Schaltungsbaugruppe 400 mittels des thermoplastischen Kunststoffs bereit, der im zweiten Kunststoffformungsvorgang verwendet wird, um die Schaltungsbaugruppe 400 am Gehäuse 302 im zweiten Kunststoffformungsvorgang zu befestigen. Wie zuvor in Verbindung mit 5(A), 5(B), 6(A) oder 6(B) beschrieben wurde, ist es wichtig, eine hohe Genauigkeit aufrechtzuerhalten, um eine ganz bestimmte Beziehung zwischen der Messfläche 430, dem an der Messfläche 430 vorgesehenen Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 und der Form des Umgehungsdurchgangs bereitzustellen. Beim zweiten Kunststoffformungsvorgang wird der Umgehungsdurchgang gebildet, und es wird die Schaltungsbaugruppe 400 am Gehäuse 302 befestigt, das den Umgehungsdurchgang bildet. Daher ist es möglich, eine Beziehung zwischen dem Umgehungsdurchgang, der Messfläche 430 und dem Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 mit beachtlich hoher Genauigkeit aufrechtzuerhalten. Da die Schaltungsbaugruppe 400 am Gehäuse 302 im zweiten Kunststoffformungsvorgang befestigt wird, bedeutet dies, dass die Schaltungsbaugruppe 400 mit hoher Genauigkeit in der Druckgussform positioniert bzw. an dieser fixiert werden kann, die dazu verwendet wird, das Gehäuse 302 mit dem Umgehungsdurchgang zu bilden. Durch Einspritzen eines über eine hohe Temperatur verfügenden thermoplastischen Kunststoffs in diese Druckgussform wird der Umgehungsdurchgang mit hoher Genauigkeit gebildet und die Schaltungsbaugruppe 400 wird mit hoher Genauigkeit fixiert.
In dieser Ausführungsform ist nicht die gesamte Fläche der Schaltungsbaugruppe 400 die Befestigungsfläche 432, die vom Kunststoff bedeckt wird, der zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird, sondern die Vorderfläche liegt zur Seite des Verbindungsanschlusses 412 der Schaltungsbaugruppe 400 frei. Das bedeutet, dass ein Abschnitt bereitgestellt wird, der nicht von dem Kunststoff überdeckt ist, der zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird. In der in 8(A) bis 8(C) veranschulichten Ausführungsform ist von der Vorderfläche der Schaltungsbaugruppe 400 der Teil, der nicht vom Kunststoff umhüllt ist, der zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird, sondern vom Kunststoff unbedeckt bleibt, der zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird, größer als der Bereich der Befestigungsfläche 432, der von dem zur Bildung des Gehäuses 302 verwendeten Kunststoff umhüllt ist.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient des zur Bildung der Schaltungsbaugruppe 400 verwendeten wärmeaushärtenden Kunststoffs unterscheidet sich von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des wärmeaushärtenden Kunststoffs, der zur Bildung des Gehäuses 302 mit dem Fixierungsabschnitt 372 verwendet wird. Vorzugsweise sollte eine Spannung, die durch diesen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten verursacht wird, solange wie möglich nicht auf die Schaltungsbaugruppe 400 einwirken. Durch Verkleinern der Vorderfläche der Schaltungsbaugruppe 400 und der Befestigungsfläche 432 kann der auf dem Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizientenen beruhende Einfluss verringert werden. So ist es zum Beispiel möglich, die Befestigungsfläche 432 auf der Vorderfläche der Schaltungsbaugruppe 400 zu verkleinern, indem eine Bandform mit der Breite L bereitgestellt wird.
Es ist möglich, die mechanische Festigkeit des Vorsprungs 424 zu steigern, indem die Befestigungsfläche 432 an der Basis des Vorsprungs 424 vorgesehen wird. Es ist möglich, die Schaltungsbaugruppe 400 und das Gehäuse 302 noch stärker aneinander zu fixieren, indem an der Vorderfläche der Schaltungsbaugruppe 400 eine bandförmige Befestigungsfläche entlang der Strömungsachse des Messzielgases 30 und eine Befestigungsfläche quer zur Strömungsachse des Messzielgases 30 vorgesehen werden. An der Befestigungsfläche 432 handelt es sich bei einem Abschnitt, der die Schaltungsbaugruppe 400 in Bandform mit einer Breite L entlang der Messfläche 430 umgibt, um die vorstehend beschriebene Befestigungsfläche entlang der Strömungsachse des Messzielgases 30, und ein Abschnitt, der die Basis des Vorsprungs 424 bedeckt, stellt die Befestigungsfläche quer zur Strömungsachse des Messzielgases 30 dar.
5. Anbringung von Schaltungskomponenten an der Schaltungsbaugruppe
5.1 Rahmen der Schaltungsbaugruppe
9 veranschaulicht einen Rahmen 512 der Schaltungsbaugruppe 400 und einen Anbringungszustand eines Chips als Schaltungskomponente 516, der am Rahmen 512 angebracht ist. Es ist zu beachten, dass die gepunktete Linie 508 einen Abschnitt angibt, der von der Druckgussform bedeckt wird, die zum Spritzen der Schaltungsbaugruppe 400 verwendet wird. Ein Leiterrahmen 514 ist mechanisch mit dem Rahmen 512 verbunden und eine Platte 532 ist in der Mitte des Rahmens 512 befestigt. Ein chipartiger Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 und eine Verarbeitungseinheit 604 in Form einer integrierten Schaltung größeren Maßstabs (LSI-Schaltung) sind an der Platte 532 angebracht. Eine Membran 672 ist im Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 vorgesehen, und diese Membran entspricht dem Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436, der wie vorstehend beschrieben durch den Formvorgang gebildet wird. Jeder Anschluss des nachfolgend beschriebenen Luftstrom-Erfassungsabschnitts 602 und die Verarbeitungseinheit 604 sind mittels eines Drahtes 542 verbunden. Des Weiteren sind jeder Anschluss der Verarbeitungseinheit 604 und ein entsprechender Leiterrahmen 514 mittels eines Drahtes 543 verbunden. Darüber hinaus ist der Leiterrahmen 514, der zwischen einem dem Verbindungsanschluss der Schaltungsbaugruppe 400 entsprechenden Abschnitt und der Platte 532 positioniert ist, mit der chipartigen, dazwischenliegenden Schaltungskomponente 516 verbunden.
Der über die Membran 672 verfügende Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 ist an der am weitesten vorne befindlichen Endseite angeordnet, wenn die Schaltungsbaugruppe 400 auf diese Weise erhalten wird. Die Verarbeitungseinheit 604 ist in einem LSI-Zustand auf der Seite angeordnet, die dem Verbindungsanschluss für den Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 entspricht. Darüber hinaus ist ein Verbindungsdraht 543 auf der Anschlussseite der Verarbeitungseinheit 604 angeordnet. Dadurch, dass der Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602, die Verarbeitungseinheit 604, der Draht 543, die Schaltungskomponente 516 und der Verbindungsleiterrahmen 514 nacheinander in dieser Reihenfolge ausgehend von der vorderen Endseite der Schaltungsbaugruppe 400 zum Verbindungsanschluss angeordnet werden, wird die gesamte Schaltungsbaugruppe 400 einfach und kompakt.
Ein Leiterrahmen ist dazu vorgesehen, die Platte 532 zu haltern, und dieser Leiterrahmen ist am Rahmen 512 mittels des Leiterrahmens 556 oder 558 befestigt. Es ist zu beachten, dass eine Leiterrahmenfläche mit derselben Fläche wie diejenige der mit dem Leiterrahmen verbundenen Platte 532 an der Unterseite der Platte 532 vorgesehen ist und die Platte 532 an der Leiterrahmenfläche angebracht ist. Diese Leiterrahmenfläche ist auf Masse gezogen. Im Ergebnis ist es möglich, ein Rauschen zu unterdrücken, indem die Schaltung des Luftstrom-Erfassungsabschnitts 602 oder der Verarbeitungseinheit 604 mittels der Leiterrahmenfläche gemeinsam auf Masse gelegt wird, so dass die Messgenauigkeit des Messzielgases 30 verbessert wird. Darüber hinaus ist ein Leiterrahmen 544 auf der stromaufwärtigen Seite des Strömungswegs ausgehend von der Platte 532 vorgesehen, also so, dass er entlang einer Achse vorsteht, die quer zur Achse des Luftstrom-Erfassungsabschnitts 602, der Verarbeitungseinheit 604 oder der vorstehend beschriebenen Schaltungskomponente 516 verläuft. Ein Temperaturerfassungselement 518, wie beispielsweise ein chipartiger Thermistor, ist an diesem Leiterrahmen 544 angeschlossen. Außerdem ist ein Leiterrahmen 548 im Nahbereich der Verarbeitungseinheit 604 vorgesehen, bei dem es sich um die Basis des Vorsprungs handelt, und die Leiterrahmen 544 und 548 sind mittels einer Verbindungsleitung (dünnen Leitung) 546 wie etwa einem Golddraht elektrisch miteinander verbunden. Da die Leiterrahmen 548 und 544 direkt verbunden sind, wird die Wärme über die Leiterrahmen 548 und 544 auf das Temperaturerfassungselement 518 übertragen, so dass es schwierig sein kann, die Temperatur des Messzielgases 30 genau zu messen. Aus diesem Grund ist es möglich, durch Anschließen eines Drahts mit kleiner Querschnittsfläche und großem Wärmewiderstand den Wärmewiderstand zwischen den Leiterrahmen 548 und 544 zu erhöhen. Im Ergebnis kann die Temperaturmessgenauigkeit des Messzielgases 30 verbessert werden, um zu verhindern, dass der Einfluss der Wärme das Temperaturerfassungselement 518 erreicht.
Der Leiterrahmen 548 ist am Rahmen 512 durch die Leiterrahmen 552 bzw. 554 befestigt. Ein Verbindungsabschnitt zwischen dem Leiterrahmen 552 oder 554 und dem Rahmen 512 ist am Rahmen 512 befestigt, während er gegenüber der Vorsprungsrichtung des vorstehenden Temperaturerfassungselements 518 geneigt ist, und auch die Druckgussform ist in diesem Bereich geneigt. Wenn der Formkunststoff in dieser Neigung im ersten Kunststoffformungsvorgang entlangströmt, fließt der Formkunststoff des ersten Kunststoffformungsvorgangs gleichmäßig zum vorderen Endabschnitt, wo das Temperaturerfassungselement 518 vorgesehen ist, sodass die Zuverlässigkeit verbessert wird.
In 9 gibt der Pfeil 592 eine Kunststoffeinspritzrichtung an. Der Leiterrahmen, an dem eine Schaltungskomponente angebracht ist, ist von der Druckgussform überdeckt, und eine Presspassungsöffnung 590 zur Kunststoffeinspritzung in die Druckgussform ist an einer umkreisten Position vorgesehen, so dass ein wärmeaushärtender Kunststoff entlang der Richtung des Pfeils 592 in die Druckgussform eingespritzt wird. Die Schaltungskomponente 516 oder das Temperaturerfassungselement 518 und der Leiterrahmen 544 zum Haltern des Temperaturerfassungselements 518 sind in der Richtung des Pfeils 592 ausgehend von der Presspassungsöffnung 590 vorgesehen. Darüber hinaus sind die Platte 532, die Verarbeitungseinheit 604 und der Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 in einer Richtung nahe zum Pfeil 592 angeordnet. Bei dieser Anordnung fließt der Kunststoff im ersten Kunststoffformungsvorgang gleichmäßig. Im ersten Kunststoffformungsvorgang wird ein wärmeaushärtender Kunststoff verwendet, so dass es wichtig ist, den Kunststoff vor der Verfestigung auseinanderlaufen zu lassen. Deshalb werden die Anordnung einer Schaltungskomponente des Leiterrahmens 514 oder eines Drahts und eine Beziehung zwischen der Presspassungsöffnung 590 und der Einspritzrichtung wichtig.
5.2 Aufbau des Verbindungsleerraums an der Rückfläche der Membran und Öffnung
10 ist eine Abbildung, die einen Teil des Querschnitts entlang einer Linie C-C von 9 veranschaulicht, um eine Verbindungsöffnung 676 zu beschreiben, die einen innerhalb der Membran 672 vorgesehenen Leerraum 674 und den Luftstrom-Erfassungsabschnitt (das Durchsatz-Erfassungselement) 602 mit der Öffnung 520 verbindet.
Wie nachstehend beschrieben, ist der Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 zum Messen des Durchsatzes des Messzielgases 30 mit einer Membran 672 versehen, und ein Leerraum 674 ist auf der Rückfläche der Membran 672 vorgesehen. Obwohl nicht veranschaulicht, ist die Membran 672 mit einem Element zum Wärmeaustausch mit dem Messzielgas 30 und zum gleichzeitigen Messen des Durchsatzes versehen. Wenn die Wärme auf die in der Membran 672 gebildeten Elemente durch die Membran 672 separat vom Wärmeaustausch mit dem Messzielgas 30 übertragen wird, ist es schwierig, den Durchsatz genau zu messen. Deshalb ist es erforderlich, den Wärmewiderstand der Membran 672 zu erhöhen und die Membran 672 möglichst dünn auszubilden.
Der Luftstrom-Erfassungsabschnitt (das Durchsatzerfassungselement) 602 ist im ersten Kunststoff der Schaltungsbaugruppe 400 eingebettet und darin fixiert, welche durch den ersten Kunststoffformungsvorgang so ausgebildet wird, dass die Wärmeübergangsfläche 437 der Membran 672 freiliegt. Die Oberfläche der Membran 672 ist mit den vorstehend beschriebenen (nicht gezeigten) Elementen versehen (wie z. B. ein Wärmeerzeuger 608, Widerstände 652 und 654 als stromaufwärtige Widerstandstemperaturdetektoren und Widerstände 656 und 658 als stromabwärtige Widerstandstemperaturdetektoren, die in 15 veranschaulicht). An den Elementen findet der Wärmeübergang zum Messzielgas 30 (nicht dargestellt) durch die Wärmeübergangsfläche 437 an der Oberfläche der Elemente im Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 entsprechend der Membran 672 statt. Die Wärmeübergangsfläche 437 kann an der Oberfläche jedes Elements vorgesehen sein oder kann mit einer darauf befindlichen, dünnen Schutzschicht versehen sein. Vorzugsweise soll der Wärmeübergang zwischen den Elementen und dem Messzielgas 30 gleichmäßig vonstatten gehen, und direkte Wärmeübergänge zwischen den Elementen sollten so weit wie möglich reduziert sein.
Ein Abschnitt des Luftstrom-Erfassungsabschnitts (Durchsatzerfassungselements) 602, in dem die Elemente vorgesehen sind, ist im Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 der Messfläche 430 angeordnet, und die Wärmeübergangsfläche 437 wird von dem Kunststoff ausgespart, der zur Bildung der Messfläche 430 verwendet wird. Der Außenumfang des Luftstrom-Erfassungsabschnitts 602 ist von dem wärmeaushärtenden Kunststoff überdeckt, der im ersten Kunststoffformungsvorgang zum Bilden der Messfläche 430 verwendet wird. Wenn nur die Seitenfläche des Luftstrom-Erfassungsabschnitts 602 vom wärmeaushärtenden Kunststoff überdeckt ist und die Oberflächenseite des Außenumfangs des Luftstrom-Erfassungsabschnitts 602 (d. h. der Bereich um die Membran 672 herum) nicht vom wärmeaushärtenden Kunststoff überdeckt ist, wird eine Spannung in dem zur Bildung der Messfläche 430 verwendeten Kunststoff nur von der Seitenfläche des Luftstrom-Erfassungsabschnitts 602 aufgenommen, so dass in der Membran 672 eine Verwerfung entstehen kann und sich die charakteristischen Merkmale verschlechtern können. Die Verwerfung der Membran 672 wird reduziert, indem der Außenumfangsabschnitt des Luftstrom-Erfassungsabschnitts 602 mit dem wärmeaushärtenden Kunststoff überdeckt wird, wie in 10 dargestellt. Wenn dabei ein Höhenunterschied zwischen der Wärmeübergangsfläche 437 und der Messfläche 430, wo das Messzielgas 30 strömt, groß ist, wird die Strömung des Messzielgases 30 gestört, so dass die Messgenauigkeit verschlechtert ist. Es ist daher bevorzugt, dass ein Höhenunterschied W zwischen der Wärmeübergangsfläche 437 und der Messfläche 430, wo das Messzielgas 30 strömt, klein ist.
Die Membran 672 ist mit geringer Dicke ausgebildet, um einen Wärmeübergang zwischen jedem Element klein zu halten, und die dünne Auslegung wird erhalten, indem ein Leerraum 674 an der Rückfläche des Luftstrom-Erfassungsabschnitts 602 ausgebildet wird. Wenn dieser Leerraum 674 dicht verschlossen ist, verändert sich ein an der Rückfläche der Membran 672 gebildeter Druck des Leerraums 674 je nach einer Temperaturveränderung. In dem Maß, in dem der Druckunterschied zwischen dem Leerraum 674 und der Oberfläche der Membran 672 zunimmt, nimmt die Membran 672 den Druck auf und es entsteht eine Verwerfung, so dass eine hochgenaue Messung schwierig wird. Aus diesem Grund ist in der Platte 532 eine Bohrung 520 vorgesehen, die mit der nach außen mündenden Öffnung 438 verbunden ist, und es ist eine Verbindungsöffnung 676 vorgesehen, die diese Bohrung 520 mit dem Leerraum 674 verbindet. Diese Verbindungsöffnung 676 besteht zum Beispiel aus einem Paar Platten mit einer erste und zweiten Platte 532 und 536. Die erste Platte 532 ist mit Bohrungen 520 und 521 und einem Kanal zum Bilden der Verbindungsöffnung 676 versehen. Die Verbindungsöffnung 676 wird gebildet, indem der Kanal und die Bohrungen 520 und 521 mit der zweiten Platte 536 bedeckt werden. Mittels der Verbindungsöffnung 676 und der Bohrung 520 werden die Drücke, mit denen die Vorder- und Rückfläche der Membran 672 beaufschlagt werden, annähernd gleich, so dass die Messgenauigkeit verbessert wird.
Wie zuvor beschrieben, kann die Verbindungsöffnung 676 gebildet werden, indem der Kanal und die Bohrungen 520 und 521 mit der zweiten Platte 536 abgedeckt werden. Alternativ kann der Leitungsrahmen als zweite Platte 536 verwendet werden. Wie in Verbindung mit 9 beschrieben wird, sind die Membran 672 und die als Verarbeitungseinheit 604 dienende LSI-Schaltung auf der Platte 532 vorgesehen. Darunter ist ein Leiterrahmen zur Halterung der Platte 532 vorgesehen, und zwar dort, wo die Membran 672 und die Verarbeitungseinheit 604 angebracht sind. Deshalb wird bei Verwendung des Leitungsrahmens der Aufbau einfacher. Darüber hinaus kann der Leitungsrahmen als Masseelektrode verwendet werden. Wenn der Leitungsrahmen als zweite Platte 536 dient und die Verbindungsöffnung 676 ausgebildet ist, indem die in der ersten Platte 532 gebildeten Bohrungen 520 und 521 mittels des Leitungsrahmens überdeckt werden und der in der ersten Platte 532 gebildete Kanal auf diese Weise mittels des Leiterrahmens bedeckt wird, kann der Gesamtaufbau vereinfacht werden. Außerdem kann der Einfluss des aus dem Umfeld der Membran 672 und der Verarbeitungseinheit 604 stammenden Rauschens verringert werden, weil der Leitungsrahmen als Masseelektrode dient.
An der Schaltungsbaugruppe 400 verbleibt der Pressabdruck 442 auf der Rückfläche der Schaltungsbaugruppe 400 dort, wo der Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 ausgebildet ist. Im ersten Kunststoffformungsvorgang wird, um ein Einströmen des Kunststoffs zum Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 zu verhindern, ein Formwerkzeug, wie beispielweise ein Einsetzformwerkzeug, in einem Abschnitt des Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitts 436 eingesetzt, und ein Formwerkzeug wird in einem dazu entgegengesetzten Abschnitt des Pressabdrucks 442 eingesetzt, so dass ein Einströmen des Kunststoffs zum Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 unterbunden ist. Dadurch, dass ein Teil des Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitts 436 auf diese Weise gebildet wird, kann der Durchsatz des Messzielgases 30 mit beachtlich hoher Genauigkeit gemessen werden.
11 veranschaulicht einen Zustand, bei dem der Rahmen von 9 mit einem wärmeaushärtenden Kunststoff durch den ersten Kunststoffformungsvorgang umspritzt und vom wärmeaushärtenden Kunststoff bedeckt ist. Durch diesen Formungsvorgang wird die Messfläche 430 an der Vorderfläche der Schaltungsbaugruppe 400 gebildet, und der Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 wird an der Messfläche 430 vorgesehen. Darüber hinaus ist der Leerraum 674 an der Rückfläche der Membran 672 entsprechend dem Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 mit der Öffnung 438 verbunden. Der Temperaturerfassungsabschnitt 452 zum Messen einer Temperatur des Messzielgases 30 ist am vorderen Ende des Vorsprungs 424 vorgesehen, und das Temperaturerfassungselement 518 ist darin eingebettet. Im Inneren des Vorsprungs 424 ist zur Unterbindung eines Wärmeübergangs ein Leiterrahmen zum Herausführen eines elektrischen Signals des Temperaturerfassungselements 518 segmentiert, und es ist eine Verbindungsleitung 546 mit einem großen Wärmewiderstand angeordnet. Im Ergebnis ist es möglich, dass der Wärmeübergang von der Basis des Vorsprungs 424 zum Temperaturerfassungsabschnitt 452 und ein Einfluss aus der Wärme unterbunden wird.
Ein Neigungsabschnitt 594 bzw. 596 ist an der Basis des Vorsprungs 424 gebildet. Eine Strömung des Kunststoffs im ersten Kunststoffformungsvorgang wird gleichmäßig. Darüber hinaus strömt das vom Temperaturerfassungsabschnitt 452 gemessene Messzielgas 30 gleichmäßig vom Vorsprung 424 zu seiner Basis mittels des Neigungsabschnitts 594 oder 596, wenn der Temperaturerfassungsabschnitt 452 in einem Fahrzeug eingebaut ist und dort betrieben wird, um die Basis des Vorsprungs 424 zu kühlen. Es ist daher möglich, den Einfluss der Wärme auf den Temperaturerfassungsabschnitt 452 zu reduzieren. Nach dem Zustand von 11 ist der Leiterrahmen 514 von jedem Anschluss getrennt, um so den Verbindungsanschluss 412 bzw. den Anschluss 414 bereitzustellen.
Im ersten Kunststoffformungsvorgang ist es notwendig, ein Einströmen des Kunststoffs zum Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 oder in die Öffnung 438 zu verhindern. Aus diesem Grund wird beim ersten Kunststoffformungsvorgang ein Einströmen des Kunststoffs an einer Stelle des Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitts 436 oder der Öffnung 438 unterbunden. So wird zum Beispiel ein Einführformwerkzeug eingebaut, das größer als die Membran 672 ist, und eine Andruckvorrichtung wird an deren Rückfläche eingesetzt, so dass von beiden Oberflächen her Druck darauf ausgeübt wird. Wie in 8(C) veranschaulicht ist, verbleibt der Pressabdruck 442 oder 441 auf der Rückfläche entsprechend dem Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 oder der Öffnung 438 von 11, oder dem Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 oder der Öffnung 438 von 8(B).
In 11 liegt eine Ausschnittfläche des vom Rahmen 512 getrennten Leiterrahmens gegenüber der Kunststoffoberfläche frei, so dass im Gebrauch Feuchtigkeit oder dergleichen in das Innere der Ausschnittfläche des Leiterrahmens eindringen kann. Vom Gesichtspunkt der Haltbarkeit und Zuverlässigkeit her gesehen ist es wichtig, ein solches Problem zu verhindern. Beispielsweise wird der Leiterrahmen-Ausschnittbereich des Neigungsabschnitts 594 oder 596 durch den zweiten Kunststoffformungsvorgang vom Kunststoff bedeckt, und die Ausschnittfläche zwischen dem Leiterrahmen 552 bzw. 554 und dem in 9 veranschaulichten Rahmen 512 ist von Kunststoff bedeckt. Im Ergebnis kann eine Erosion des Leiterrahmens 552 und 554 bzw. das Eindringen von Wasser ausgehend vom Ausschnittbereich verhindert werden. Der Ausschnittbereich des Leiterrahmens 552 oder 554 liegt an einem wichtigen Leiterrahmenabschnitt an, der das elektrische Signal des Temperaturerfassungsabschnitts 452 überträgt. Es ist daher bevorzugt, den Ausschnittbereich im zweiten Kunststoffformungsvorgang zubedecken.
In der vorstehend beschriebenen Schaltungsbaugruppe 400 entspricht die Dicke des Formkunststoffs des Vorsprungs 424, bei dem es sich um einen Teilbereich zum Versiegeln des Temperaturerfassungselements 518 handelt, der Dicke des Formkunststoffs des Baugruppenkörperabschnitts 426, bei dem es sich um einen Abschnitt zum Versiegeln der Verarbeitungseinheit 604 handelt, wie in 12A gezeigt ist. Jedoch kann zum Beispiel die Dicke des Temperaturerfassungsabschnitts 452 des Vorsprungs 424 geringer sein als die Dicke des Basisendes des Vorsprungs 424 oder die Dicke des Baugruppenkörperabschnitts 426, wie in 12B bis 12D veranschaulicht ist.
12A ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie D-D von 11, und 12B bis 12D sind Querschnittsansichten, die ein anderes spezifisches Beispiel des Vorsprungs 424 veranschaulichen. In 12B ist ein Dünnschichtaufbau veranschaulicht, der so in einer Dünnschichtform ausgebildet ist, dass ein gestufter Abschnitt jeweils an der Vorderfläche und Rückfläche des Vorderendes des Vorsprungs 424 vorgesehen ist, und ein Abschnitt zum Versiegeln des Temperaturerfassungselements 518 des Temperaturerfassungsabschnitts 452 ist bis auf eine bestimmte Dicke ausgedünnt. 12C veranschaulicht einen sich verjüngenden Aufbau, der so in einer sich verjüngenden Form ausgebildet ist, dass die Dicke zum vorderen Ende des Vorsprungs 424 hin allmählich abnimmt. 12D veranschaulicht einen gestuften Aufbau, der so in einer gestuften Form ausgebildet ist, dass ein gestufter Abschnitt nur an der Vorderfläche des vorderen Endes des Vorsprungs 424 vorgesehen ist, um einen Abschnitt auf der Seite des Temperaturerfassungselements 518 des Temperaturerfassungsabschnitts 452 tieferzulegen.
Bei jedem Aufbau von 12B bis 12D ist die Dicke des Formkunststoffs des Temperaturerfassungsabschnitts 452, genauer gesagt die Dicke des Formkunststoffs eines dem Temperaturerfassungselement 518 zugewandten Abschnitts geringer als die Dicke des Baugruppenkörperabschnitts 426. Von daher ist es möglich, eine hohe Ansprechempfindlichkeit zu erhalten, indem die Wärmekapazität im Bereich um das Temperaturerfassungselement 518 reduziert wird. Außerdem kann die Übertragung von Wärme von der Seite des Basisendes des Vorsprungs 424 erschwert und eine hohe Genauigkeit der Temperaturerfassung erhalten werden.
Insbesondere kann beim Dünnschichtaufbau von 12A die Wärmekapazität im Bereich um das Temperaturerfassungselement 518 herum im Vergleich zu den Aufbauten von 12B und 12C am meisten reduziert werden. Es ist daher möglich, eine hohe Ansprechempfindlichkeit zu erhalten. Da außerdem bei dem Aufbau mit einem sich verjüngenden Querschnitt von 12B kein gestufter Abschnitt vorhanden ist, kann ein Versagen aufgrund einer sich an einem Punkt des Vorsprungs 424 konzentrierenden Spannung verhindert werden. Des Weiteren ist bei dem Aufbau mit dem gestuften Querschnitt von 12C eine Rückfläche des vorderen Endabschnitts des Vorsprungs 424 koplanar zur Rückfläche des Baugruppenkörperabschnitts 426. Deshalb kann eine höhere Festigkeit als bei dem Aufbau von 12A erzielt werden.
Da ein Leiterrahmen 544, der in der vorderen Endseite des Vorsprungs 424 zur Halterung des Temperaturerfassungselements 518 angeordnet ist, und ein Leiterrahmen 548, der auf der Seite des Basisendes des Vorsprungs 424 angeordnet ist, durch eine Verbindungsleitung (zum Beispiel eine Goldleitung(Au)-Leitung)) 546 verbunden sind, die einen kleineren Durchmesser hat als der Leiterrahmen 544 oder 548, ist es im Vorsprung 424 möglich, die Wärme, die von der Seite des Baugruppenkörperabschnitts 426 durch den Leiterrahmen übertragen wird, thermisch zu isolieren und eine Wärmeübertragung auf das Temperaturerfassungselement 518 zu verhindern. Deshalb kann eine hohe Genauigkeit der Temperaturerfassung erhalten werden.
6. Vorgang zum Herstellen des thermischen Durchflussmessers 300
6.1 Vorgang zum Herstellen der Schaltungsbaugruppe 400
13A und 13B veranschaulichen einen Prozess zum Herstellen des thermischen Durchflussmessers 300, wobei 13A ein Verfahren zum Herstellen der Schaltungsbaugruppe 400 veranschaulicht und 13B ein Verfahren zum Herstellen des thermischen Durchflussmessers veranschaulicht. In 13A zeigt Schritt 1 einen Vorgang zum Herstellen des Rahmens von 9. Dieser Rahmen wird zum Beispiel durch Pressbearbeitung gebildet.
In Schritt 2 wird die Platte 532 zunächst an dem durch Schritt 1 erhaltenen Rahmen montiert, und dann werden darüber hinaus der Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 bzw. die Verarbeitungseinheit 604 auf der Platte 532 angebracht. Dann werden das Temperaturerfassungselement 518 und die Schaltungskomponente, wie beispielsweise ein Chipkondensator, montiert. In Schritt 2 erfolgt die elektrische Verdrahtung zwischen den Schaltungskomponenten, zwischen der Schaltungskomponente und dem Leiterrahmen, und zwischen den Leiterrahmen. In Schritt 2 werden die Leiterrahmen 544 und 548 mittels einer Verbindungsleitung 546 zum Erhöhen des Wärmewiderstands verbunden. In Schritt 2 wird die in 9 veranschaulichte Schaltungskomponente auf den Rahmen 512 aufgesetzt, und es erfolgt des Weiteren die elektrische Verdrahtung, so dass eine elektrische Schaltung gebildet ist.
Dann erfolgt in Schritt 3 durch den ersten Kunststoffformungsvorgang die Formgebung mittels eines wärmeaushärtenden Kunststoffs. Dieser Zustand ist in 11 veranschaulicht. Darüber hinaus wird in Schritt 3 jeder der verbundenen Leiterrahmen vom Rahmen 512 getrennt, und die Leiterrahmen werden voneinander getrennt, so dass die Schaltungsbaugruppe 400 von 8(A) bis 8(C) erhalten wird. Bei dieser in 8(A) bis 8(C) veranschaulichten Schaltungsbaugruppe 400 ist die Messfläche 430 bzw. der Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 gebildet.
In Schritt 4 wird an der erhaltenen Schaltungsbaugruppe 400 eine visuelle Prüfung oder eine Prüfung auf Funktionsfähigkeit durchgeführt. Im ersten Kunststoffformungsvorgang von Schritt 3 wird die in Schritt 2 erhaltene elektrische Schaltung innen an der Druckgussform befestigt, und es wird Kunststoff bei hoher Temperatur mit hohem Druck in die Druckgussform eingespritzt. Deshalb ist es bevorzugt zu überprüfen, ob im elektrischen Bauteil oder der elektrischen Verdrahtung eine Störung vorliegt oder nicht. Für diese Prüfung wird der Anschluss 414 zusätzlich zum Verbindungsanschluss 412 von 8(A) bis 8(C) verwendet. Da der Anschluss 414 danach nicht verwendet wird, ist zu beachten, dass er nach dieser Prüfung von der Basis abgeschnitten werden kann.
6.2 Verfahren zum Herstellen des thermischen Durchflussmessers 300 und Kalibrierung der charakteristischen Merkmale
Im Verfahren von 13B werden die in 13A veranschaulichte Schaltungsbaugruppe 400 und der externe Anschluss 306 verwendet. In Schritt 5 wird das Gehäuse 302 durch den zweiten Kunststoffformungsvorgang gebildet. In diesem Gehäuse 302 werden der aus Kunststoff gebildete Umgehungsdurchgangskanal, der Flansch 312 oder der externe Verbinder 305 gebildet, und der in 8(A) bis 8(C) veranschaulichte schraffierte Teil der Schaltungsbaugruppe 400 wird im zweiten Kunststoffformungsvorgang mit Kunststoff bedeckt, so dass die Schaltungsbaugruppe 400 am Gehäuse 302 fixiert ist. Durch eine Kombination der Herstellung (Schritt 3) der Schaltungsbaugruppe 400 durch den ersten Kunststoffformungsvorgang und der Bildung des Gehäuses 302 des thermischen Durchflussmessers 300 durch den zweiten Kunststoffformungsvorgang wird die Genauigkeit der Erfassung des Durchsatzes deutlich verbessert. In Schritt 6 werden die Innenbuchsen des externen Anschlusses 361 jeweils getrennt. In Schritt 7 werden der Verbindungsanschluss 412 und die Innenbuchse des externen Anschlusses 361 verbunden.
Das Gehäuse 302 wird in Schritt 7 erhalten. Dann werden in Schritt 8 die vordere und hintere Abdeckung 303 und 304 in das Gehäuse 302 eingebaut, so dass das Innere des Gehäuses 302 mittels der vorderen und hinteren Abdeckung 303 und 304 dicht verschlossen ist, und es wird der Umgehungsdurchgang zum Durchströmen des Messzielgases 30 erhalten. Darüber hinaus wird der in Zusammenhang mit 7 beschriebene Mündungsaufbau durch den Vorsprung 356 gebildet, der an der vorderen oder hinteren Abdeckung 303 bzw. 304 vorgesehen ist. Es ist zu beachten, dass die vordere Abdeckung 303 durch die Formgebung von Schritt 10 und die hintere Abdeckung 304 durch die Formgebung von Schritt 11 gebildet wird. Außerdem werden die vordere und hintere Abdeckung 303 und 304 durch separate Vorgänge unter Verwendung verschiedener Druckgussformen gebildet.
In Schritt 9 wird ein Merkmalstest ausgeführt, indem Luft in der Praxis zum Umgehungsdurchgang geleitet wird. Da wie vorstehend beschrieben eine Beziehung zwischen dem Umgehungsdurchgang und dem Luftstrom-Erfassungsabschnitt mit hoher Genauigkeit beibehalten wird, wird eine ausnehmend hohe Messgenauigkeit erhalten, indem über einen Merkmalstest eine Merkmalskalibrierung durchgeführt wird. Da außerdem die Formgebung mit einer Lage- oder Auslegungsbeziehung zwischen dem Umgehungsdurchgang und dem Luftstrom-Erfassungsabschnitt durchgeführt wird, die durch den ersten Kunststoffformungsvorgang und den zweiten Kunststoffformungsvorgang festgelegt wird, verändert sich das Merkmal selbst bei Langzeitgebrauch nicht stark, und es wird zusätzlich zur hohen Genauigkeit eine hohe Zuverlässigkeit erhalten.
7. Schaltungsauslegung des thermischen Durchflussmessers 300
7.1 Gesamtschaltungsauslegung des thermischen Durchflussmessers 300
14 ist ein Schaltschema, das die Durchsatzerfassungsschaltung 601 des thermischen Durchflussmessers 300 zeigt. Es ist zu beachten, dass die in der vorstehend erwähnten Ausführungsform beschriebene Messschaltung, die sich auf den Temperaturerfassungsabschnitt 452 bezieht, auch im thermischen Durchflussmesser 300 vorgesehen ist, aber in 14 absichtlich nicht veranschaulicht ist. Die Durchsatzerfassungsschaltung 601 des thermischen Durchflussmessers 300 umfasst den Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 mit dem Wärmeerzeuger 608 und der Verarbeitungseinheit 604. Die Verarbeitungseinheit 604 steuert eine Wärmemenge des Wärmeerzeugers 608 des Luftstrom-Erfassungsabschnitts 602 und gibt basierend auf dem Ausgang des Luftstrom-Erfassungsabschnitts 602 über den Anschluss 662 ein den Durchsatz repräsentierendes Signal aus. Für diese Verarbeitung umfasst die Verarbeitungseinheit 604 eine zentrale Verarbeitungseinheit (nachstehend als „CPU” bezeichnet) 612, eine Eingangsschaltung 614, eine Ausgangsschaltung 616, einen Speicher 618 zum Speichern von Daten, die einen Zusammenhang zwischen dem Kalibrierungswert oder dem Messwert und dem Durchsatz darstellen, und eine Leistungsschaltung 622 zum Zuführen einer bestimmten Spannung zu jeder erforderlichen Schaltung. Die Leistungsschaltung 622 wird mit Gleichstromenergie von einer externen Energiequelle, wie beispielsweise einer im Fahrzeug angebrachten Batterie, über einen Anschluss 664 und einen Masseanschluss (nicht dargestellt) versorgt.
Der Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 ist mit einem Wärmeerzeuger 608 zum Erwärmen des Messzielgases 30 versehen. Eine Spannung V1 wird von der Leistungsschaltung 622 einem Kollektor eines Transistors 606 zugeführt, der in einer Stromzufuhrschaltung des Wärmeerzeugers 608 enthalten ist, und ein Steuersignal wird von der CPU 612 an eine Basis des Transistors 606 über die Ausgangsschaltung 616 angelegt. Auf der Grundlage dieses Steuersignals wird ein Strom vom Transistor 606 zum Wärmeerzeuger 608 durch den Anschluss 624 bereitgestellt. Die dem Wärmeerzeuger 608 bereitgestellte Strommenge wird von einem Steuersignal gesteuert, das von der CPU 612 an den Transistor 606 der Stromzufuhrschaltung des Wärmerzeugers 608 durch die Ausgangsschaltung 616 angelegt wird. Die Verarbeitungseinheit 604 steuert die Wärmemenge des Wärmeerzeugers 608 so, dass ausgehend von einer Anfangstemperatur eine Temperatur des Messzielgases 30 um eine vorbestimmte Temperatur, zum Beispiel 100°C, durch Erwärmen mittels des Wärmegenerators 608 zunimmt.
Der Luftstrom-Erfassungsabschnitt 602 weist eine Erwärmungssteuerungsbrücke 640 zum Steuern einer Wärmemenge des Wärmeerzeugers 608 sowie eine Brückenschaltung der Luftstromerfassung 650 zum Messen eines Durchsatzes auf. Eine vorbestimmte Spannung V3 wird einem Ende der Erwärmungssteuerungsbrücke 640 von der Leistungsschaltung 622 über den Anschluss 626 zugeführt, und das andere Ende der Erwärmungssteuerungsbrücke 640 ist an den Masseanschluss 630 angeschlossen. Außerdem wird eine vorbestimmte Spannung V2 an ein Ende der Brückenschaltung der Luftstromerfassung 650 von der Leistungsschaltung 622 über den Anschluss 625 angelegt, und das andere Ende der Brückenschaltung der Luftstromerfassung 650 ist an den Masseanschluss 630 angeschlossen.
Die Erwärmungssteuerungsbrücke 640 weist einen Widerstand 642 auf, der ein Widerstandstemperaturdetektor mit einem Widerstandswert ist, der sich je nach der Temperatur des erwärmten Messzielgases 30 ändert, und die Widerstände 642, 644, 646 und 648 bilden eine Brückenschaltung. Ein Potentialunterschied zwischen einem Knoten A zwischen den Widerständen 642 und 646 und einem Knoten B zwischen den Widerständen 644 und 648 wird über die Anschlüsse 627 und 628 in die Eingangsschaltung 614 eingegeben, und die CPU 612 steuert den Strom, der vom Transistor 606 bereitgestellt wird, um die Wärmemenge des Wärmeerzeugers 608 so zu steuern, dass der Potentialunterschied zwischen den Knoten A und B auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird, in dieser Ausführungsform zum Beispiel auf Nullspannung. Die in 14 veranschaulichte Durchsatzerfassungsschaltung 601 erwärmt das Messzielgas 30 mittels des Wärmeerzeugers 608 so, dass die Temperatur stets um eine vorbestimmte Temperatur ansteigt, zum Beispiel um 100°C ausgehend von einer Anfangstemperatur des Messzielgases 30. Um diese Erwärmungssteuerung mit hoher Genauigkeit auszuführen, sind die Widerstandswerte jedes Widerstands der Erwärmungssteuerungsbrücke 640 so eingestellt, dass der Potentialunterschied zwischen den Knoten A und B stets zu Null wird, wenn die Temperatur des vom Wärmeerzeuger 608 erwärmten Messzielgases 30 um eine vorbestimmte Temperatur ansteigt, beispielsweise um 100°C ausgehend von einer Anfangstemperatur. Deshalb steuert in der Durchsatzerfassungsschaltung 601 von 14 die CPU 612 den dem Wärmeerzeuger 608 zugeführten elektrischen Strom so, dass der Potentialunterschied zwischen den Knoten A und B zu Null wird.
Die Brückenschaltung der Luftstromerfassung 650 weist vier Widerstandstemperaturdetektoren der Widerstände 652, 654, 656 und 658 auf. Die vier Widerstandstemperaturdetektoren sind entlang der Strömung des Messzielgases 30 so angeordnet, dass die Widerstände 652 und 654 stromaufwärts im Strömungsweg des Messzielgases 30 mit Bezug auf den Wärmeerzeuger 608 angeordnet sind, und die Widerstände 656 und 658 stromabwärts im Strömungsweg des Messzielgases 30 mit Bezug auf den Wärmeerzeuger 608 angeordnet sind. Darüber hinaus sind, um die Messgenauigkeit zu erhöhen, die Widerstände 652 und 654 derart angeordnet, dass die Abstände zum Wärmeerzeuger 608 ungefähr gleich sind, und die Widerstände 656 und 658 sind so angeordnet, dass die Abstände zum Wärmeerzeuger 608 ungefähr gleich sind.
Ein Potentialunterschied zwischen einem Knoten C zwischen den Widerständen 652 und 656 und einem Knoten D zwischen den Widerständen 654 und 658 wird über die Anschlüsse 631 und 632 in die Eingangsschaltung 614 eingegeben. Um die Messgenauigkeit zu erhöhen, wird jeder Widerstand der Brückenschaltung der Luftstromerfassung 650 beispielsweise so eingestellt, dass ein Potentialunterschied zwischen den Knoten C und D zu Null wird, wenn die Strömung des Messzielgases 30 Null beträgt. Deshalb gibt die CPU 612 an dem Anschluss 662, wenn der Potentialunterschied zwischen den Knoten C und D beispielsweise auf Null gesetzt ist, ein elektrisches Signal aus, welches anzeigt, dass der Durchsatz im Hauptdurchgang 124 Null beträgt, und zwar auf der Grundlage des Messergebnisses, dass der Durchsatz des Messzielgases 30 Null beträgt.
Wenn das Messzielgas 30 entlang der Pfeilrichtung in 14 strömt, werden die stromaufwärts angeordneten Widerstände 652 und 654 vom Messzielgas 30 gekühlt, und die auf der stromabwärtigen Seite des Messzielgases 30 angeordneten Widerstände 656 und 658 werden von dem durch den Wärmeerzeuger 608 erwärmten Messzielgas 30 erwärmt, so dass die Temperatur der Widerstände 656 und 658 ansteigt. Aus diesem Grund wird ein Potentialunterschied zwischen den Knoten C und D der Brückenschaltung der Luftstromerfassung 650 erzeugt, und dieser Potentialunterschied geht in die Eingangsschaltung 614 durch die Anschlüsse 631 und 632 ein. Auf der Grundlage des Potentialunterschieds zwischen den Knoten C und D der Brückenschaltung der Luftstromerfassung sucht die CPU 612 nach Daten, die eine Beziehung zwischen dem Durchsatz im Hauptdurchgang 124 und dem vorstehend erwähnten, im Speicher 618 gespeicherten Potentialunterschied anzeigen, um den Durchsatz im Hauptdurchgang 124 zu erhalten. Ein auf diese Weise erhaltenes elektrisches Signal, das den Durchsatz des Hauptdurchgangs 124 angibt, wird durch den Anschluss 662 ausgegeben. Obwohl die in 14 veranschaulichten Anschlüsse 664 und 662 mit neuen Bezugszahlen bezeichnet sind, ist zu beachten, dass sie im vorstehend beschriebenen Verbindungsanschluss 412 von 5(A), 5(B), 6(A) oder 6(B) enthalten sind.
Der Speicher 618 speichert die Daten, die eine Beziehung zwischen dem Potentialunterschied zwischen den Knoten C und D und dem Durchsatz im Hauptdurchgang 124 angeben, und speichert Kalibrierungsdaten zur Reduzierung eines Messfehlers, wie etwa einer Abweichung, die auf der Grundlage des tatsächlichen Messwerts des Gases nach Herstellung der Schaltungsbaugruppe 400 erhalten wird. Es ist zu beachten, dass der tatsächliche Messwert des Gases nach der Herstellung der Schaltungsbaugruppe 400 und der darauf beruhende Kalibrierungswert im Speicher 618 unter Verwendung des in 4(A) und 4(B) veranschaulichten externen Anschlusses 306 bzw. Kalibrierungsanschlusses 307 gespeichert werden. In dieser Ausführungsform wird die Schaltungsbaugruppe 400 hergestellt, während eine Anordnungsbeziehung zwischen dem Umgehungsdurchgang zum Durchströmen des Messzielgases 30 und der Messfläche 430 oder eine Anordnungsbeziehung zwischen dem Umgehungsdurchgang zum Durchströmen des Messzielgases 30 und dem Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt 436 mit hoher Genauigkeit und geringen Abweichungen aufrechterhalten wird. Deswegen kann durch Kalibrierung unter Verwendung des Kalibrierungswerts ein Messergebnis mit bemerkenswert hoher Genauigkeit erhalten werden.
7.2 Auslegung der Durchsatzerfassungsschaltung 601
15 ist eine Abbildung einer Schaltungsauslegung, die eine Schaltungsanordnung der vorstehend beschriebenen Durchsatzerfassungsschaltung 601 von 14 zeigt. Die Durchsatzerfassungsschaltung 601 ist aus einem Halbleiterchip mit rechteckiger Form hergestellt. Das Messzielgas 30 strömt entlang der Pfeilrichtung von der linken Seite zur rechten Seite der in 15 veranschaulichten Durchsatzerfassungsschaltung 601.
Eine Membran 672 mit rechteckiger Form mit dem dünnen Halbleiterchip ist im Luftstrom-Erfassungsabschnitt (Durchsatzerfassungselement) 602 ausgebildet, der aus einem Halbleiterchip hergestellt ist. Die Membran 672 ist mit einem dünnen Bereich (d. h. mit der vorstehend erwähnten Wärmeübergangsfläche) 603 versehen, der durch die gepunktete Linie angegeben ist. Der vorstehend erwähnte Leerraum ist an der Rückflächenseite des dünnen Bereichs 603 gebildet und steht mit der in 8(A) bis 8(C) oder 5 veranschaulichten Öffnung 438 in Verbindung, so dass der Gasdruck innerhalb des Leerraums vom Druck des von der Öffnung 438 her zugeführten Gases abhängt.
Durch Verringerung der Dicke der Membran 672 senkt sich die Wärmeleitfähigkeit, und der Wärmeübergang durch die Membran 672 auf die Widerstände 652, 654, 658 und 656, die in dem dünnen Bereich (in der Wärmeübergangsfläche) 603 der Membran 672 vorgesehen sind, wird unterbunden, so dass die Temperaturen der Widerstände durch den Wärmeübergang mit dem Messzielgas 30 annähernd eingestellt werden.
Der Wärmeerzeuger 608 ist in der Mitte des dünnen Bereichs 603 der Membran 672 vorgesehen, und der Widerstand 642 der Erwärmungssteuerungsbrücke 640 ist um den Wärmeerzeuger 608 herum vorgesehen. Des Weiteren sind die Widerstände 644, 646 und 648 der Erwärmungssteuerungsbrücke 640 auf der Außenseite des dünnen Bereichs 603 vorgesehen. Die auf diese Weise gebildeten Widerstände 642, 644, 646 und 648 bilden die Erwärmungssteuerungsbrücke 640.
Darüber hinaus sind die Widerstände 652 und 654 als stromaufwärtige Widerstandstemperaturdetektoren und die Widerstände 656 und 658 als stromabwärtige Widerstandstemperaturdetektoren so angeordnet, dass sie den Wärmeerzeuger 608 zwischen sich liegen haben. Die Widerstände 652 und 654 als stromauwärtige Widerstandstemperaturdetektoren sind an der stromaufwärtigen Seite in Pfeilrichtung angeordnet, wo das Messzielgas 30 mit Bezug auf den Wärmeerzeuger 608 strömt. Die Widerstände 656 und 658 als stromabwärtige Widerstandstemperaturdetektoren sind auf der stromabwärtigen Seite in Pfeilrichtung angeordnet, wo das Messzielgas 30 mit Bezug auf den Wärmeerzeuger 608 strömt. Auf diese Weise ist die Brückenschaltung der Luftstromerfassung 650 durch die im dünnen Bereich 603 angeordneten Widerstände 652, 654, 656 und 658 gebildet.
Beide Enden des Wärmeerzeugers 608 sind jeweils an einen der Anschlüsse 624 und 629 angeschlossen, die in der unteren Hälfte von 15 veranschaulicht sind. Wie in 14 gezeigt ist, wird hier der vom Transistor 606 an den Wärmeerzeuger 608 gelieferte Strom an den Anschluss 624 angelegt, und der Anschluss 629 ist auf Masse gelegt.
Die Widerstände 642, 644, 646 und 648 der Erwärmungssteuerungsbrücke 640 sind miteinander verbunden und an die Anschlüsse 626 und 630 angeschlossen. Wie in 14 veranschaulicht ist, wird der Anschluss 626 mit einer vorbestimmten Spannung V3 von der Leistungsschaltung 622 versorgt, und der Anschluss 630 ist auf Masse gelegt. Außerdem sind der Knoten zwischen den Widerständen 642 und 646 und der Knoten zwischen den Widerständen 646 und 648 mit den Anschlüssen 627 bzw. 628 verbunden. Wie in 15 veranschaulicht ist, gibt der Anschluss 627 ein elektrisches Potential des Knotens A zwischen den Widerständen 642 und 646 aus und der Anschluss 627 gibt ein elektrisches Potential des Knotens B zwischen den Widerständen 644 und 648 aus. Wie in 14 veranschulicht ist, wird der Anschluss 625 mit einer vorbestimmten Spannung V2 von der Leistungsschaltung 622 versorgt, und der Anschluss 630 ist als Masseanschluss geerdet. Zudem ist ein Knoten zwischen den Widerständen 654 und 658 mit dem Anschluss 631 verbunden, und der Anschluss 631 gibt ein elektrisches Potential des Knotens B von 14 aus. Der Knoten zwischen den Widerständen 652 und 656 ist mit dem Anschluss 632 verbunden, und der Anschluss 632 gibt ein elektrisches Potential des in 14 veranschaulichten Knotens C aus.
Wie in 15 veranschaulicht ist, kann, da der Widerstand 642 der Erwärmungssteuerungsbrücke 640 im Nahbereich des Wärmeerzeugers 608 ausgebildet ist, die Temperatur des durch die Wärme vom Wärmeerzeuger 608 erwärmten Gases mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Dabei werden die Widerstände 644, 646 und 648 der Erwärmungssteuerungsbrücke 640, da sie entfernt vom Wärmeerzeuger 608 angeordnet sind, nicht leicht von der vom Wärmeerzeuger 608 erzeugten Wärme beeinflusst. Der Widerstand 642 ist so ausgelegt, dass er empfindlich auf die Temperatur des vom Wärmeerzeuger 608 erwärmten Gases anspricht, und die Widerstände 644, 646 und 648 sind so ausgelegt, dass sie vom Wärmeerzeuger 608 nicht beeinflusst werden. Aus diesem Grund ist die Erfassungsgenauigkeit des Messzielgases 30 unter Verwendung der Erwärmungssteuerungsbrücke 640 hoch, und die Steuerung zum Erwärmen des Messzielgases 30 um nur eine vorbestimmte Temperatur ausgehend von seiner Anfangstemperatur kann mit hoher Genauigkeit bewerkstelligt werden.
In dieser Ausführungsform ist an der Rückflächenseite der Membran 672 ein Leerraum ausgebildet, der mit der in 8(A) bis 8(C) oder 5(A) und 5(B) veranschaulichten Öffnung 438 in Verbindung steht, so dass ein Unterschied zwischen dem Druck des Leerraums auf der Rückseite der Membran 672 und dem Druck auf der Vorderseite der Membran 672 nicht größer wird. Es ist möglich, eine durch diesen Druckunterschied verursachte Verwerfung der Membran 672 zu unterbinden. Dies trägt zur Verbesserung der Messgenauigkeit des Durchsatzes bei.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Wärmeleitung durch die Membran 672 so klein wie möglich gehalten, indem der dünne Bereich 603 gebildet und die Dicke eines Abschnitts, der den dünnen Bereich 603 in der Membran 672 umfasst, verringert wird. Während der Einfluss der Wärmeleitung durch die Membran 672 unterbunden wird, neigt die Brückenschaltung der Luftstromerfassung 650 oder die Erwärmungssteuerungsbrücke 640 deshalb viel stärker dazu, den Betrieb je nach Temperatur des Messzielgases 30 auszuführen, so dass der Messvorgang verbessert ist. Aus diesem Grund wird eine hohe Messgenauigkeit erzielt.
Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorstehend beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind verschiedene Konstruktionsänderungen möglich, ohne vom Sinngehalt und Umfang der vorliegenden Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen beschrieben ist, abzuweichen. Die vorstehend erwähnten Ausführungsformen sind zum Beispiel nur des leichteren Verständnisses halber und zu Darstellungszwecken beschrieben worden und nicht notwendigerweise auf alle der vorstehend beschriebenen Auslegungen beschränkt. Des Weiteren kann ein Teil der Auslegung einer Ausführungsform auch durch irgendeine andere Auslegung anderer Ausführungsformen ersetzt werden oder dazu hinzugefügt werden. Alternativ kann für jeden Teil der Auslegung einer Ausführungsform eine Hinzufügung, Löschung oder Ersetzung aus anderen Ausführungsformen möglich sein.
Industrielle Verfügbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist auf eine vorstehend beschriebene Messvorrichtung zum Messen eines Gasdurchsatzes anwendbar.
Bezugszeichenliste

300: thermischer Durchflussmesser
302: Gehäuse
303: vordere Abdeckung
304: hintere Abdeckung
305: externer Verbinder
306: externer Anschluss
307: Kalibrierungsanschluss
310: Messabschnitt
320: Anschlussverbinder
332: vorderseitiger Umgehungsdurchgangskanal
334: rückseitiger Umgehungsdurchgangskanal
356: Vorsprung
359: Kunststoffabschnitt
361: Innenbuchse des externen Anschlusses
372: Fixierungsabschnitt
400: Schaltungsbaugruppe
412: Verbindungsanschluss
414: Anschluss
424: Vorsprung
430: Messfläche
432: Befestigungsfläche
436: Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt
438: Öffnung
452: Temperaturerfassungsabschnitt
518: Temperaturerfassungselement
544: Leiterrahmen
546: Verbindungsleitung
590: Presspassungsöffnung
594: Neigungsabschnitt
596: Neigungsabschnitt
601: Durchsatzerfassungsschaltung
602: Luftstrom-Erfassungsabschnitt
604: Verarbeitungseinheit
608: Wärmeerzeuger
640: Erwärmungssteuerungsbrücke
650: Brückenschaltung der Luftstromerfassung
672: Membran

Claims

Thermischer Durchflussmesser, umfassend eine Schaltungsbaugruppe, die durch Versiegeln mit einem Formkunststoff erhalten wird, einen Luftstrom-Erfassungsabschnitt, der einen Durchsatz erfasst, indem mittels einer Wärmeübergangsfläche ein Wärmeübergang an einem Messzielgas erfolgt, das einen Hauptdurchgang durchläuft, ein Temperaturerfassungselement, das eine Temperatur des Messzielgases erfasst, und eine Verarbeitungseinheit, die ein Signal des Luftstrom-Erfassungsabschnitts und des Temperaturerfassungselements verarbeitet, wobei in der Schaltungsbaugruppe eine Dicke des Formkunststoffs in einem Abschnitt zum Versiegeln des Temperaturerfassungselements geringer ist als diejenige eines Abschnitts zum Versiegeln der Verarbeitungseinheit.
Thermischer Durchflussmesser nach Anspruch 1, wobei die Schaltungsbaugruppe einen Baugruppenkörperabschnitt mit einer flachen Form und einen Vorsprung aufweist, der vom Baugruppenkörperabschnitt entlang einer breiten Fläche des Baugruppenkörperabschnitts absteht, ein Wärmeübergangsflächen-Freilegungsabschnitt des Luftstrom-Erfassungsabschnitts im Baugruppenkörperabschnitt freiliegt, und das Temperaturerfassungselement im Vorsprung versiegelt ist.
Thermischer Durchflussmesser nach Anspruch 2, wobei im Vorsprung ein Leiterrahmen, der an einer vorderen Endseite des Vorsprungs zur Halterung des Temperaturerfassungselements angeordnet ist, und ein Leiterrahmen, der an einer Basisendseite des Vorsprungs angeordnet ist, über eine Verbindungsleitung verbunden sind, wobei die Verbindungsleitung einen Durchmesser hat, der kleiner als der Leiterrahmen ist.