DE112013002992T5

DE112013002992T5 - Thermischer Durchflussmesser

Info

Publication number: DE112013002992T5
Application number: DE112013002992.8T
Authority: DE
Inventors: c/o Hitachi Car Engineering Co. Tashiro Shinobu; c/o Hitachi Automotive Systems L Hanzawa Keiji; c/o Hitachi Automotive Systems Morino Takeshi; c/o Hitachi Automotive Systems Doi Ryosuke; c/o Hitachi Automotive Systems L Uenodan Akira; c/o Hitachi Automotive Systems Tokuyasu Noboru
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2033-05-16
Also published as: US20150177038A1; CN104364616B; US10345128B2; US9733113B2; CN108444559B; CN108444559A; CN104364616A; DE112013002992B4; WO2013187168A1; US20170370752A1; JP5675706B2; JP2014001930A

Abstract

Bereitgestellt wird ein thermischer Durchflussmesser zur Verbesserung der Messgenauigkeit eines Temperatursensors in einem thermischen Durchflussmesser. Der thermische Durchflussmesser umfasst einen Bypass-Kanal, durch den ein Messzielgas 30 durch einen Hauptkanal strömt, und ein Schaltungspaket 400, das eine Messschaltung zur Messung der Durchflussrate des Messzielgases, das durch den Bypass-Kanal und den Temperaturmessabschnitt 452 zur Messung der Temperatur des Messzielgases. Das Schaltungspaket 400 besteht aus einem Halteteil des Schaltungspakets, das aus Harz geformt ist, um die Messelement zu ummanteln und einen, ebenfalls aus Harz geformten Vorsprung 424. Der Temperatursensor ist am äußeren Ende des Vorsprunges 452 untergebracht. Zumindest der vordere Endbereich des Vorsprunges 424 ragt aus dem Gehäuse 302 heraus.

Description

Technisches Fachgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermischen Durchflussmesser.
Stand der Technik
Die Durchflussrate eines Gases wird gemessen, die Temperatur des Gases wird gemessen, die Durchflussrate und die Temperatur dieses gemessenen Gases werden als Parameter zur Steuerung genutzt. Die Präzision der Steuerung kann verbessert werden, indem die gemessene Temperatur im Vergleich zur gemessenen Durchflussrate des Gases zur Kontrolle verwendet wird. Dies kommt beispielsweise bei der Steuerung eines Verbrennungsmotors, der zum Antrieb eines Fahrzeugs dient, zum Tragen. Hier wird die Regelgenauigkeit durch den Vergleich der Temperatur der Ansaugluft und der Ansaugluft im Verbrennungsmotor erhöht, um den nötigen Kraftstoff, der dem Motor zugeführt werden muss, oder um die erforderliche Menge zu einem bestimmten Zündzeitpunkt bestimmen zu können. Ein thermischer Durchflussmesser zum Messen der Durchflussrate des Gases und der Ansauglufttemperatursensor zum Messen der Temperatur des Gases sind voneinander getrennt. Drahtleitungen werden für die jeweilige Messung verwendet. Jedoch gibt es eine bekannte Technik, bei der der thermische Durchflussmesser und der Ansauglufttemperatursensor kombiniert in einem Messgerät verbunden sind. Ein Beispiel ist ein Verbrennungsmotor. Hier sind diese Komponenten in einer Einlassöffnung verbaut. Die Messvorrichtung besteht aus zwei Schaltkreisen, dem thermischen Durchflussmesser und dem Ansauglufttemperatursensor. Die Durchflussrate des Gases wird durch den thermischen Durchflussmesser gemessen und die Temperatur der Ansaugluft durch den Ansauglufttemperatursensor, der am thermische Durchflussmesser angebracht ist. Eine solche Technik ist zum Beispiel bei JP 2008-209243 A zu finden
Liste der Literaturstellen
Literatur zum Patent

PLT 1: JP 2008-209243 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der Technologie, die in PLT 1 beschrieben wird, werden die Messeinheiten zur Messung der Durchflussrate und der Temperatur des Gases getrennt voneinander erfasst. Die jeweiligen Elemente sind im Messzielgas elektrisch miteinander verbunden. Jedoch kann eine solche Anordnung der im Messzielgas entsprechend verbundenen Elemente zu diversen Problemen, was die Zuverlässigkeit anlangt, führen. Es ist schwierig die Temperatur zuverlässig und mit hoher Messgenauigkeit mit einem Durchflussmesser zu bestimmen, der das Messelement der Durchflussrate und den Temperatursensor für die Gastemperatur in einem Gerät vereint. Es ist ratsam, die Messgenauigkeit der Temperatur und die Sicherung der Zuverlässigkeit unabhängig voneinander sicherzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt einen thermischen Durchflussmesser bereit, der sehr zuverlässig die Temperatur misst, sie mit einer hohen Messgenauigkeit ausgibt und außerdem ein Messelement für die Temperatur des Gases enthält.
Die Lösung des Problems
Die Erfindung eines thermischen Durchflussmessers löst das Problem, indem er einen Bypass-Durchgangskanal nutzt, durch den das Messzielgas durch eine Hauptpassage fließt, ein Schaltungspaket, das über eine Schaltung zur Messung der Durchflussrate verfügt. Dies geschieht über Wärmeübertragung vom Messzielgas, das durch den Bypass-Durchgangskanal fließt und über einen Temperaturfühler zur Erfassung der Temperatur des Messzielgases, sowie durch ein Gehäuse, das einen externen Anschluss hat, um ein elektrisches Signal für die Durchflussrate zu versenden und ein anderes elektrisches Signal, das die Temperatur des Messzielgases bezeichnet und das das Schaltungspaket trägt. Das Gehäuse enthält ein Harzgehäuse, das das Schaltungspaket trägt. Das Schaltungspaket ist so gebaut, dass der Messschaltkreis und der Temperaturfühler mit Harz umhüllt sind. Der Temperaturfühler besitzt einen Vorsprung, der aus dem Halteteil des Schaltungspakets herausragt Zumindest ragt der vordere Endbereich dieses Vorsprungs aus dem Gehäuse heraus.
Außerdem, beinhaltet der thermische Durchflussmesser einen Bypass-Durchgangskanal, durch den das Messzielgas durch eine Hauptpassage fließt, ein Schaltungspaket, das über eine Schaltung zur Messung der Durchflussrate verfügt. Dies geschieht über Wärmeübertragung vom Messzielgas, das durch den Bypass-Durchgangskanal fließt und über einen Temperaturfühler zur Erfassung der Temperatur des Messzielgases, sowie durch ein Gehäuse, das einen externen Anschluss hat, um ein elektrisches Signal für die Durchflussrate zu senden und ein anderes elektrisches Signal, das die Temperatur des Messzielgases bezeichnet und das das Schaltungspaket trägt. Das Gehäuse enthält ein Harzgehäuse, das das Schaltungspaket trägt. Das Gehäuse besteht aus zwei Gehäusen. Das erste enthält den Bypass-Durchgangskanal. Das zweite Gehäuse befindet sich in der Nähe des Flansches vom ersten Gehäuse. Ein Luftkanal liegt zwischen den beiden Gehäusen, um das Messzielgas, das durch die Hauptpassage fließt, durchzuleiten. Das Schaltungspaket besteht aus einem Halteteil des Schaltungspakets, das aus Harz geformt ist, um die Messelement zu ummanteln und einem, ebenfalls aus Harz geformten, Vorsprung. Der Temperatursensor ist am äußeren Ende des Vorsprungs untergebracht. Zumindest der vordere Endbereich des Vorsprunges ragt aus dem Gehäuse heraus. Die Öffnung des Luftkanals liegt zwischen dem ersten und zweiten Gehäuse in der Nähe des Vorsprungs.
Vorteile der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen thermischer Durchflussmesser bereitzustellen, der die Temperatur sehr zuverlässig erfasst, in einer hohen Messgenauigkeit ausgibt und außerdem ein Messelement für die Temperatur des Gases enthält.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Systemdiagramm, das ein Steuersystem für einen Verbrennungsmotor zeigt, in dem ein thermischer Durchflussmesser als praktische Anwendung der Erfindung eingesetzt wird.
2(A) und 2(B) sind Diagramme, die ein Erscheinungsbild des thermischen Durchflussmessers darstellen, wobei es sich bei 2(A) um eine linke Seitenansicht handelt und bei 2(B) um eine Vorderansicht.
3(A) und 3(B) sind Diagramme, die eine Erscheinungsform des thermischen Durchflussmessers darstellen, wobei es sich bei 3(A) um eine rechte Seitenansicht handelt und bei 3(B) um eine Rückseitenansicht.
4(A) und 4(B) sind Diagramme, die eine Erscheinungsform des thermischen Durchflussmessers darstellen, wobei es sich bei 4(A) um eine Draufsicht handelt und bei 4(B) um eine Untersicht.
5(A) und 5(B) sind Diagramme, die ein Gehäuse des thermischen Durchflussmessers darstellen, wobei es sich bei 5(A) um eine linke Seitenansicht des Gehäuses handelt und bei 5(B) um eine Vorderansicht des Gehäuses.
6(A) und 6(B) sind Diagramme, die ein Gehäuse des thermischen Durchflussmessers darstellen, wobei es sich bei 6(A) um eine rechte Seitenansicht des Gehäuses handelt und bei 6(B) um eine Rückseitenansicht des Gehäuses.
7 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht zur Darstellung eines Zustands einer Fließweg-Oberfläche, die sich im Bypass-Durchgangskanal befindet.
8(A) bis 8(C) sind Diagramme, die eine Erscheinungsform einer vorderen Schutzabdeckung darstellen, wobei es sich bei 8(A) um eine linke Seitenansicht handelt, bei 8(B) um eine Vorderansicht und bei 8(C) um eine Draufsicht.
9(A) bis 9(C) sind Diagramme, die ein Erscheinungsbild einer hinteren Schutzabdeckung 304 darstellen, wobei es sich bei 9(A) um eine linke Seitenansicht handelt, bei 9(B) um eine Vorderansicht und bei 9(C) um eine Draufsicht.
10 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die ein Endabschlusstück darstellt.
11(A) bis 11(C) sind Außenansichten eines Schaltungspakets, wobei es sich bei 11(A) um eine linke Seitenansicht handelt, bei 11(B) um eine Vorderansicht und bei 11(C) um eine Rückansicht.
12 ist ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in dem Schaltkomponenten auf einem Rahmen des Schaltungspakets montiert sind.
13 ist ein erklärendes Diagramm, das eine Membran und einen Verbindungskanal darstellt, der eine Öffnung und eine Spalte im Inneren der Membran verbindet.
14 ist ein Diagramm, das einen Zustand des Schaltungspakets nach dem ersten Harzumformungsprozess darstellt.
15(A) und 15(B) sind Diagramme, die eine weitere Ausführung des Schaltungspakets in 11(A) bis 11(C) darstellen, wobei es sich bei 15(A) um eine Vorderansicht des Schaltungspakets handelt und bei 15(B) um eine Rückseitenansicht.
16 ist ein Diagramm, das eine Übersicht des Herstellungsprozesses eines Schaltungspakets zeigt.
17 ist ein Diagramm, das eine Übersicht des Herstellungsprozesses thermischen Durchflussmessers zeigt.
18 ist ein Diagramm, das eine Übersicht einer weiteren Version des Herstellungsprozesses eines thermischen Durchflussmessers zeigt.
19 ist ein Schaltplan, der die Messschaltung des Durchflussmessers zur Ermittlung der Durchflussrate zeigt.
20 ist ein erklärendes Diagramm, das den sensorischen Teil der Schaltung zur Ermittlung der Durchflussrate beschreibt.
21 ist eine Vorderansicht, die eine weitere Ausführung des Gehäuses, indem sich der thermische Durchflussmesser befindet, darstellt.
22 ist ein Diagramm, das eine 'eitere Ausführung der Erfassung der Temperatur des Messzielgases zeigt.
23 ist ein Diagramm, das eine weitere Ausführung des Temperatursensors zeigt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Beispiele für Ausführungsformen der unten beschriebenen Erfindung (nachfolgend als Ausführungen bezeichnet) lösen verschiedene Probleme und zeichnen sie als praxistaugliches Produkt aus. Insbesondere lösen die Ausführungsformen verschiedene Probleme im Einsatz in einer Messvorrichtung zum Messen der Menge der Ansaugluft eines Fahrzeuges und zeigen verschiedene Wirkungen. Eines dieser Probleme, das eine der folgenden Ausführungsformen löst, wird im Abschnitt ”Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden” weiter oben beschrieben. Zudem ist eine der Wirkungen, die die folgenden Ausführungsformen haben werden, in ”Wirkungen der Erfindung” beschrieben. Unterschiedliche Probleme werden durch die folgenden Ausführungsformen gelöst und unterschiedliche Wirkungen, die die folgenden Ausführungsformen haben werden, werden außerdem in den ”Beschreibung der Ausführungsformen” erläutert. Daher wäre es vorteilhaft, dass die folgenden Ausführungsformen noch zusätzliche Wirkungen haben oder andere Probleme lösen werden, die nicht in den Abschnitten ”Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden” und ”Wirkungen der Erfindung” erwähnt werden.
In den folgenden Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente. Dies gilt sogar für Elemente in unterschiedlichen Zeichnungen. Sie haben die gleichen funktionalen Wirkungen. Die Komponenten, die in vorhergehenden Passagen beschrieben worden sind, sind unter Umständen nicht durch Bezugszahlen oder Zeichen in den Zeichnungen ausgewiesen.
1. Interne Kontrolleinheit einer Verbrennungsmotors mit thermischem Durchflussmesser gemäß der Ausführungsform der Erfindung
1 ist ein Systemdiagramm, das eine elektronische Kraftstoffeinspritzung des Typs ”Interne Kontrolleinheit einer Verbrennungsmotors mit thermischem Durchflussmesser” darstellt, gemäß der Ausführungsform der Erfindung. Basierend auf dem Betrieb eines Verbrennungsmotors 110 mit einem Motorzylinder 112 und einem Motorkolben 114, wird einströmende Luft als zu messendes Gas 30 durch einen Luftfilter 122 aufgenommen und in eine Brennkammer des Motorzylinders 112 geleitet, und zwar durch einen Hauptkanal 124, zu dem auch beispielsweise ein Einlass, eine Drosselklappe 126 und ein Ansaugstutzen 128 gehören. Die Durchflussrate des zu messenden Gases 30 als Ansaugluft zur Brennkammer geleitet, wird von einem thermischen Durchflussmesser 300 gemäß der Erfindung gemessen. Kraftstoff wird von einem Kraftstoffeinspritzventil 152 auf der Basis der gemessenen Durchflussrate eingeleitet und mit der Ansaugluft vermischt, so dass das gemischte Gas zur Brennkammer gelenkt wird. Es wird darauf hingewiesen, dass sich das Kraftstoff-Einspritzventil 152 in dieser Ausführungsform in einer Ansaugöffnung des Verbrennungsmotors befindet und der in die Ansaugöffnung eingespritzte Kraftstoff mit dem zu messenden Gas 30 als Ansaugluft ein Gasgemisch bildet, sodass das Gasgemisch durch ein Einlassventil 116 in die Brennkammer geleitet wird, um dort durch Verbrennung mechanische Energie zu erzeugen.
In den vergangenen Jahren wurden in vielen Fahrzeugen durch das Kraftstoff-Direkteinspritzung hervorragende Wirkungen bei der Abgasreinigung oder Kraftstoffeffizienzverbesserung erreicht, indem ein Kraftstoffeinspritzventil 152 in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine installierte und der Kraftstoff direkt in jede Verbrennungskammer von dem Kraftstoffeinspritzventil 152 eingespritzt wurde. Der thermische Durchflussmesser 300 kann auf ähnliche Weise in einem Motortyp verwendet werden, in dem Kraftstoff direkt in jede Brennkammer eingespritzt wird, und ebenso in einem Motortyp, in dem Kraftstoff in eine Einlassöffnung des Verbrennungsmotors in 1 eingespritzt wird. Die Methoden zur Messung von Steuerparametern, einschl. der Methoden zur Verwendung des thermischen Durchflussmessers 300 und zur Steuerung des Verbrennungsmotors, einschl. der zugeführten Kraftstoffmenge oder Zündzeitpunkt sind bei beiden Motortypen grundsätzlich sehr ähnlich. Ein anschauliches Beispiel der beiden Typen, ein Typ, bei dem der Kraftstoff in den Einlasskanal eingespritzt wird, zeigt die 1.
Der Kraftstoff und die in die Brennkammer geleitete Luft bilden ein Kraftstoff/Luft-Gemisch und werden durch Funkenzündung der Zündkerze 154 explosionsartig verbrannt und erzeugen so mechanische Energie. Das Restgas aus der Verbrennung wird durch ein Abgasrohr und das Auslassventil 118 aus dem Gefährt als Abgas 24 abgeleitet. Die Durchflussrate des Messzielgases 30, das als Ansaugluft zur Brennkammer geleitet wird, wird über das Drosselventil 132 gesteuert, dessen Öffnungsgrad durch Betätigung eines Gaspedals geregelt wird. Die Menge des Kraftstoffes wird über die Durchflussrate der in die Brennkammer geleiteten Ansaugluft kontrolliert. Ein Fahrer kontrolliert die Öffnung der Drosselklappe 132, und damit die Durchflussrate der in die Brennkammer angesaugten Luft. Als Ergebnis ist es möglich, die Menge der mechanischen Energie aus dem Verbrennungsmotor zu steuern.
1.1 Überblick über die Steuerung der Kontrolleinheit eines Verbrennungsmotors
Die Durchflussrate und die Temperatur des Messzielgases 30 als Ansaugluft, die durch den Luftfilter 122 aufgenommen wird und aus dem Hauptkanal 124 strömt, werden vom thermischen Durchflussmesser 300 gemessen. Anschließend werden die Ergebnisse als elektrische Signale, die die Durchflussrate und die gemessene Temperatur der Ansaugluft darstellen, in das Steuerelement 200 des thermischen Durchflussmessers 300 eingelesen. Zusätzlich ist ein Ausgang der Drosselklappenwinkelsensor 144 eingebaut, der den Öffnungsgrad der Drosselklappe 132 misst und an das Steuerelement 200 weitergibt. Ein Ausgangssignal eines Drehwinkelsensors 146 wird ebenfalls an das Steuerelement 200 ausgegeben, um die Position oder den Zustand des Motorkolbens 114 zu messen, das Einlassventil 116 oder das Auslassventil 118 der Brennkraftmaschine zu kontrollieren und die Drehzahl des Verbrennungsmotors. Um das Mischverhältnis zwischen der Kraftstoffmenge und der Luftmenge im Abgas 24 zu messen, sendet ein Sauerstoffsensor 148 ein Ausgangssignal an das Steuerelement 200.
Das Steuerelement 200 berechnet eine Menge des Kraftstoffs für die Einspritzung oder einen Zeitpunkt der Zündung auf der Basis der Durchflussrate der Ansaugluft als Messergebnis des thermischen Durchflussmessers 300 und einer Drehzahl des Verbrennungsmotors gemessen an der Ausgabe des Drehwinkelsensors 146. Basierend auf dieser Berechnung wird eine Kraftstoffmenge vom Kraftstoffeinspritzventil 152 ausgeben und ein Zündzeitpunkt für die Zündung der Zündkerze 154 gesteuert. In der Praxis wird die Menge des zugeführten Kraftstoffs oder der Zeitpunkt der Zündung noch genauer bestimmt, und zwar aufgrund der Änderung der Eintrittstemperatur oder des Drosselklappenwinkels, die durch den thermischen Durchflussmesser 300 erfasst werden oder auch durch Änderungen der Motordrehzahl, oder einem bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das vom Sauerstoffsensor 148 gemessen wird. Im Leerlauf des Verbrennungsmotors kontrolliert das Steuerelement 200 die Luftmenge die durch die Drosselklappe 132 strömt, anhand des Leerlaufluft-Steuerventils 156 und damit auch die Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors im Leerlauf.
1.2 Verbesserung der Messgenauigkeit des thermischen Durchflussmessers mit Temperaturerfassung der Ansaugluft und die Voraussetzungen für die Montage des thermischen Durchflussmessers
Sowohl die Menge des zugeführten Kraftstoffs als auch der Zeitpunkt der Zündung werden als die beiden wichtigsten Steuerungsparameter im Verbrennungsmotor vom thermischen Durchflussmessers 300 als Hauptgrößen berechnet. Zusätzlich wird ein Steuerungsparameter auf der Basis der Temperatur der Ansaugluft kalibriert. Die Verbesserung der Messgenauigkeit, die Verlangsamung des Alterungsprozesses und die Verbesserung der Zuverlässigkeit bei thermischen Durchflussmessern 300 sind für die Verbesserung der Steuergenauigkeit eines Fahrzeuges oder Erhöhung der Verlässlichkeit wichtig. Insbesondere in den letzten Jahren haben die Forderungen für weniger Kraftstoffverbrauch und bessere Abgasreinigung bei Fahrzeugen zugenommen. Um solchen Forderungen nachkommen zu können, sind noch genauere Messungen der Durchflussraten der Ansaugluft ausgesprochen wichtig. Das kann der thermische Durchflussmesser 300 leisten. Darüber hinaus ist es auch wichtig, die hohe Zuverlässigkeit des thermischen Durchflussmessers 300 beizubehalten.
Ein Fahrzeug mit dem thermischen Durchflussmesser 300 wird in einer Umgebung genutzt, in der große Temperaturunterschiede oder schwierige Wetterbedingungen wie Sturm oder Schnee herrschen. Fährt ein Fahrzeug auf einer schneebedeckten Straße, fährt es auf einem Belag auf den Frostschutzmittel aufgetragen wurden. Hier ist der Einsatz eines thermische Durchflussmessers 300 als Gegenmaßnamen zu empfehlen, da er für widrige Umgebungen mit Temperaturschwankungen, Staub und Schadstoffe konzipiert wurde. Außerdem kann der thermische Durchflussmesser 300 in Umgebungen installiert werden, in denen der Verbrennungsmotor Vibrationen ausgesetzt wird. Es ist auch erwünscht, dass er auch unter starken Vibrationen äußerst zuverlässig arbeitet.
Der thermische Durchflussmesser 300 ist im Ansaugrohr installiert und wird durch die Wärme des Verbrennungsmotors beeinflusst. Aus diesem Grund wird die vom Verbrennungsmotor erzeugte Wärme an den thermischen Durchflussmesser 300 über das Ansaugrohr, das ein Hauptkanal 124 ist, übertragen. Da der thermische Durchflussmesser 300 die Durchflussrate des Messzielgases anhand der Wärmeübertragung über das gleiche Messzielgas erfasst, ist es wichtig, eine Wärme von außen so weit wie möglich zu unterdrücken.
Der in einem Fahrzeug montierte thermische Durchflussmesser 300 löst die Probleme, die im Abschnitt ”Probleme, die durch die Erfindung zu lösen sind” und leistet das, was unter ”Auswirkungen der Erfindung” dokumentiert ist. Zusätzlich, wie nachstehend beschrieben, löst er verschiedene Probleme, die vom Produkt gefordert wurden und bietet verschiedene Auswirkungen hinsichtlich mehrerer oben beschriebener Probleme. Bestimmte Probleme oder Auswirkungen, die durch den thermischen Durchflussmesser 300 gelöst bzw. erreicht werden, sind in den folgenden Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen dokumentiert.
2. Konfiguration 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 Diagramme, die das Aussehen des thermischen Durchflussmesser 300 zeigen. 2(A) stellt die linke Seitenansicht des thermischen Durchflussmesser 300 dar, 2(B) die Vorderansicht, 3(A) die rechte Seitenansicht, 3(B) ist die Rückansicht, 4(A) ist eine Draufsicht, und 4(B) ist die Unteransicht. Der thermische Durchflussmesser 300 besteht aus einer Ummantelung 301. Die Ummantelung 301 beeinhaltet ein Gehäuse 302, eine vordere Abdeckung 303 und eine hintere Abdeckung 304. Im Gehäuse 302 befinden sich ein Flansch 312, der den thermischen Durchflussmeter an einem Einlassgehäuse als Hauptkanal 124 fixiert, ein externer Anschluss 305, der über externe Anschlüsse 306 für elektrische Verbindungen zu externen Geräten verfügt und eine Messeinheit 310, die die Durchflussrate misst. Die Messeinheit 310 ist intern mit einer Bypass-Kanalrinne als Umgehungsleitung ausgestattet. Ferner enthält die Messeinheit 310 ein Schaltungspaket 400. Das Schaltungspaket 400 besteht aus einer Komponente zur Luftmengenmessung 602 (siehe 19), die die Durchflussrate des Messzielgases 30 im Durchfluss durch den Hauptkanal 124 misst, und einer Einheit mit einem Temperatursensor 452, der die Temperatur des Messzielgases 30 im Durchfluss durch den Hauptkanal 124 misst.
2.2 Auswirkungen auf den äußeren Aufbau des thermischen Durchflussmessers 300
Da sich die Einlassöffnung 350 des thermischer Durchflussmessers 300 am vorderen Ende der Messeinheit 310 befindet und sich in Richtung der Mitte des Hauptkanals 124 des Flansches 312 erstreckt und sich das Gas in der Nähe des Mittelteils entfernt von der Innenwandoberfläche statt der inneren Wandfläche des Hauptkanals 124 befindet, kann der Eingang in den Bypass-Durchgangskanal erfolgen. Deshalb kann der thermische Durchflussmesser 300 die Durchflussrate oder die Temperatur der Luft entfernt von der inneren Wandoberfläche des Hauptkanals 124 des thermischen Durchflussmessers messen, so dass es möglich ist, eine Messungenauigkeit durch Hitze oder anderen Einflüssen zu unterdrücken. In der Umgebung der inneren Wandseite des Hauptkanals 124 kann der thermische Durchflussmesser 300 leicht durch die Temperatur des Hauptkanals 124 beeinflusst werden, so dass die gemessene Temperatur des Messzielgases 30 von der tatsächlichen Temperatur abweichen kann und eine Messung ausgibt, die vom durchschnittlichen Zustand des Hauptgases im Hauptkanal 124 abweicht. Dies geschieht insbesondere dann, wenn der Hauptkanal 124 als Ansauggehäuse des Motors fungiert. Das kann die Wärme des Motors insofern beeinflussen, als dass er sehr heiß bleibt. Aus diesem Grund hat das Gas in der Nähe der Innenwandfläche des Hauptkanals 124 oft eine höhere Temperatur als die tatsächliche Temperatur des Hauptkanals 124. Dies verschlechtert die Messgenauigkeit.
In der Nähe der Innenwandfläche des Hauptkanals 124 herrschen ein erhöhter Flüssigkeitswiderstand und eine gedrosselte Durchflussrate im Vergleich zu einer mittleren Durchflussrate im Hauptkanal 124. Aus diesem Grund könnte ein Messfehler entstehen, wenn das Gas in der Nähe der Innenwand des Hauptkanals 124 in den Bypass-Kanal als Messzielgas 30 eingespritzt und die Durchflussrate im Vergleich zur durchschnittlichen Durchflussrate im Hauptkanal 124 verringert wird. Im in den 2(A), 2(B), 3(A), 3(B) und 4(A) bis 4(C) dargestellten thermischen Durchflussmesser 300 ist es möglich, einen Messfehler hinsichtlich einer niedrigeren Durchflussrate in der Nähe der Wandinnenfläche zu minimieren, da sich die Einlassöffnung 350 im vorderen Ende der dünnen und langen Messeinheit 310 befindet und sich vom Flansch 312 zur Mitte des Hauptkanals 124 hin erstreckt. Im in den 2(A), 2(B), 3(A), 3(B) und 4(A) bis 4(C) dargestellten thermischen Durchflussmesser 300 ist zusätzlich zur Einlassöffnung 350 im vorderen Ende des Messabschnitts 310 die/der sich zur Mitte des Hauptkanals 124 vom Flansch 312 erstreckt, eine Auslassöffnung des Bypass-Kanals im vorderen Ende der Messeinheit 310 vorgesehen. Daher ist es möglich, Messfehler künftig zu verringern.
Die Messeinheit 310 am thermischen Durchflussmesser 300 weist eine Form auf, die sich vom Flansch 312 hin zur Mitte des Hauptkanals 124 erstreckt. Das vordere Ende ist mit einer Einlassöffnung 350 versehen. Hier wird ein Teil des Messzielgases 30 eingeleitet, etwa Ansaugluft in den Bypass-Durchgangskanal und zur Auslassöffnung des Hauptkanals 124. Während die Messeinheit 310 eine Form aufwiest, die entlang einer Achse entlang bis zur Mitte der Außenwand des Hauptkanals 124 geführt wird, ist sie etwas schmaler, wie in 2(A) oder 3(A) zu sehen ist. Das heißt, die Messeinheit 310 des thermischen Durchflussmessers 300 hat eine Frontoberfläche mit annähernd rechteckiger Form und eine schmale Seitenfläche. Folglich kann der thermische Durchflussmesser 300 einen Bypass-Kanal mit ausreichender Länge aufweisen, und es ist möglich, den Flüssigkeitswiderstand auf einen kleinen Wert für das zu messende Gas 30 zu senken. Aus diesem Grund ist es beim Einsatz des thermischen Durchflussmessers 300 möglich den Flüssigkeitswiderstand auf einen kleineren Wert zu senken und die Durchflussrate des Messzielgases 30 sehr genau zu messen.
2.3 Aufbau und Wirkung der Messeinheit 310
Ein gegen die Stromrichtung ausgerichteter Vorsprung 317 und ein mit der Stromrichtung ausgerichteter Vorsprung 318 liegen in der gegen die Stromrichtung ausgerichteten Oberfläche bzw. in der mit der Stromrichtung ausgerichteten Oberfläche der Messeinheit 310 als Teil des thermischen Durchflussmessers 300. Ein gegen die Stromrichtung ausgerichteter Vorsprung 317 und ein mit der Stromrichtung ausgerichteter Vorsprung 318 weisen Formen auf, die sich vom vorderen Ende hin zur Basis verengen. Das reduziert den Flüssigkeitswiderstund des Messzielgases, bzw. der Ansaugluft aus dem Hauptkanal 124. Der gegen die Stromrichtung ausgerichtete Vorsprung 317 ist zwischen der Wärmeisolierung 315 und der Einlassöffnung 343 platziert. Der gegen die Stromrichtung ausgerichtete Vorsprung 317 hat einen großen Querschnitt und erhält starke Wärmeleitung vom Flansch 312 oder der Wärmeisolierung 315. Allerdings ragt der gegen die Stromrichtung ausgerichtete Vorsprung 317 in der Nähe der Einlassöffnung 343 hervor und die Länge des Temperaturmessabschnitts 452 des Vorsprungs 317 erhöht sich durch den wie nachfolgend beschriebenen Hohlraum der anstromseitigen Außenwand des Gehäuses 302. Aus diesem Grund wird die Wärmeleitung von der Wärmeisolierung 315 an der Trägereinheit der Einheit mit dem Temperatursensor 452 unterdrückt.
Zusätzlich sind das Anschlussstück 320 und der Zwischenraum, der, wie unten beschrieben, das Anschlussstück 320 enthält, zwischen dem Flansch 312 oder der Wärmeisolierung 315 und der Einheit mit dem Temperatursensor 452 platziert. Darum erhöht sich der Abstand zwischen Flansch 312 bzw. Wärmeisolierung 315 und dem Temperaturmessabschnitt 452, und die in diesem Abschnitt befindliche Frontabdeckung 303 bzw. Rückabdeckung 304 dienen durch ihre Länge als Kühlflächen. Daher ist es möglich, den Einfluss der Temperatur der Wandfläche im Hauptkanal 124 auf den Temperaturmessabschnitt 452 zu reduzieren. Außerdem ist es möglich, da sich der Abstand zwischen dem Flansch 312 oder der Wärmeisolierung 315 und dem Temperaturmessabschnitt 452 vergrößert, einen Teil des zu messenden Gases 30 in den Bypass-Kanal in der Nähe der Mitte des Hauptkanals 124 einzuleiten. Es ist möglich, eine Messungenauigkeit, die durch Wandfläche des Hauptkanals 124 entsteht, zu unterdrücken.
Wie in 2(B) bzw. 3(B) dargestellt, weisen beide Seitenflächen der Messeinheit 310, die sich im Hauptkanal 124 befindet, eine sehr schmale Form auf und das Vorderende des in Stromrichtung liegenden Vorsprungs 318 oder des gegen die Stromrichtung liegenden Vorsprungs 317 haben eine schmale Form im Vergleich zur Basis. Dort reduziert sich der Luftwiderstand. Darum ist es möglich, ein durch den Einbau eines thermischen Durchflussmessers 300 in den Hauptkanal 124 verursachtes Ansteigen des Flüssigkeitswiderstandes zu unterdrücken. Ferner steht in dem Bereich, wo der in der Abwärtsstromrichtung liegende Vorsprung 318 oder der in der Aufwärtsstromrichtung liegende Vorsprung 317 vorgesehen ist, der in der Abwärtsstromrichtung liegende Vorsprung 318 oder der in der Aufwärtsstromrichtung liegende Vorsprung 317 beidseitig relativ zu beiden Seitenteilen der vorderen Abdeckung 303 oder der hinteren Abdeckung 304 hervor. Da der gegen die Abwärtsstromrichtung liegende Vorsprung 317 oder der in der Aufwärtsstromrichtung liegende Vorsprung 318 aus Harz besteht, kann er sehr einfach so geformt werden, dass der Luftwiderstand keine Einfluss hat. Gleichzeitig weisen die vordere 303 und die hintere Abdeckung 304 einen großen Kühleffekt auf. Deshalb hat der thermische Durchflussmesser 300 einen niedrigeren Flüssigkeitswiderstand und kann leicht durch das Messzielgas 30, das durch den Hauptkanal fließt, gekühlt werden.
2.4 Aufbau und Wirkung des Flansches 312
Der Flansch 312 ist versehen mit einer Vielzahl an Vertiefungen 314 an seiner niedrigeren Seite. Dies ist der Teil, der sich in Richtung Hauptkanal 124 richtet. Damit soll die Wärmeübertragungsfläche mit dem Hauptkanal 124 reduziert und die Beeinträchtigung des thermischen Durchflussmessers 300 durch Wärmeeinwirkung erschwert werden. Die Schraubbohrung 313 auf dem Flansch 312 ist dafür vorgesehen, den thermischen Durchflussmesser am Hauptkanal 124 zu montieren. Dadurch entsteht ein Abstand zwischen der Fläche, die gegenüber dem Hauptkanal 124 rund um jede Schraubbohrung 313 liegt und dem Hauptkanal 124, sodass die dem Hauptkanal 124 zugewandte Fläche rund um jede Schraubbohrung 313 aus dem Hauptkanal 124 herausragt. Als Folge hat der Flansch 312 eine Struktur, die in der Lage ist, die Wärmeübertragung vom Hauptkanal 124 an den thermischen Durchflussmesser 300 zu reduzieren und eine durch Wärmeeintrag verursachte Verringerung der Messgenauigkeit zu verhindern. Zusätzlich zum Effekt der Verringerung der Wärmeleitung kann der Hohlraum 314 den Einfluss der Kontraktion des Harzes von Flansch 312 während der Formung des Gehäuses 302 beeinflussen.
Die thermische Isolierung 315 befindet sich an der Seite des Messabschnitts 310 von Flansch 312. Der Messabschnitt 310 des thermischen Durchflussmessers 300 wird durch das Montageloch im Hauptkanal 124 in das Gerät eingeführt, sodass die thermische Isolierung 315 in Richtung Innenoberfläche des Montagelochs im Hauptkanal 124 ausgerichtet ist. Der Hauptkanal 124, der beispielsweise als Einlasskörper dient, wird in vielen Fällen auf hoher Temperatur gehalten. Im Gegenzug ist der Hauptkanal 124 so konzipiert, dass er auf einer äußerst niedrigen Temperatur gehalten wird, wenn der Betrieb in einer kalten Umgebung aktiviert wird. Wenn solche hohen oder niedrigen Temperaturen des Hauptkanals 124 sich auf den Temperaturmessabschnitt 452 oder die unten beschriebene Durchflussmessung auswirken, sinkt die Messgenauigkeit. Aus diesem Grund ist eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden Hohlräumen 316 in der thermischen Isolierung 315 vorgesehen, welche an die Lochinnenfläche des Hauptkanals 124 angrenzt, sowie ein äußerst geringer Querschnitt der an die Lochinnenfläche zwischen den nebeneinanderliegenden Hohlräumen 316 angrenzenden thermischen Isolierung 315, der gleich groß oder geringer als 1/3 des Querschnitts der Strömungsausrichtung von Hohlraum 316 ist. Demzufolge ist es möglich, den Einfluss der Temperatur zu reduzieren. Darüber hinaus verdickt sich ein Abschnitt der thermischen Isolierung 315. Während des Harzgusses des Gehäuses 302 kühlt das Harz von einer hohen auf eine niedrige Temperatur ab und härtet aus, wobei es zu einer Volumenschrumpfung kommt, die aufgrund der auftretenden Schrumpfspannung zu einer Verformung führt. Durch das Ausformen des Hohlraums 316 in der thermischen Isolierung 315 ist es möglich, eine einheitlichere Volumenschrumpfung zu erzielen und die Konzentration der Schrumpfspannung zu reduzieren.
Der Messabschnitt 310 des thermischen Durchflussmessers 300 wird durch die Montagebohrung im Hauptkanal 124 in das Gerät eingeführt und im Hauptkanal 124 mittels Flansch 312 des thermischen Durchflussmessers 300 verschraubt. Der thermische Durchflussmesser 300 ist vorzugsweise durch die im Hauptkanal 124 vorgesehene Montagebohrung in einer vorgegebenen Positionierung zu befestigen. Der im Flansch 312 vorgesehene Hohlraum 314 kann zur Bestimmung der Positionierung zwischen dem Hauptkanal 124 und dem thermischen Durchflussmesser 300 herangezogen werden. Durch die Ausformung eines konvexen Abschnitts im Hauptkanal 124 ist es möglich, durch ein Verhältnis zwischen dem konvexen Abschnitt und dem Hohlraum 314 eine Einführungsposition vorzugeben und so den thermischen Durchflussmesser 300 in seiner exakten Position im Hauptkanal 124 zu montieren.
2.5 Aufbau und Wirkung der externen Anschlussverbindung 305 und des Flansch 312
4(A) ist eine Draufsicht, die den thermischen Durchflussmesser 300 zeigt. Vier externe Anschlüsse 306 und ein Kalibrierungsanschluss 307 befinden sich im Inneren der externen Anschlussverbindung 305. Die externen Anschlüsse 306 umfassen Anschlüsse zur Ausgabe der Durchflussrate und der Temperatur in Form eines Messergebnisses des thermischen Durchflussmessers 300 sowie einen Leistungsanschluss zur Versorgung mit Gleichstrom zum Betrieb des thermischen Durchflussmessers 300. Der Kalibrierungsanschluss 307 verwendet die vom thermischen Durchflussmesser 300 gelieferten Messwerte, um einen Kalibrierungswert für jeden thermischen Durchflussmesser 300 zu erhalten und den Kalibrierungswert in einem internen Speicher des thermischen Durchflussmessers 300 zu speichern. Im anschließenden Messbetrieb des thermischen Durchflussmessers 300 werden die im internen Speicher gespeicherten Kalibrierungsdaten verwendet, welche den Kalibrierungswert darstellen, und der Kalibrierungsanschluss 307 wird nicht benutzt. Daher hat der Kalibrierungsanschluss 307 eine andere Form als der externe Anschluss 306, was verhindert, dass der Kalibrierungsanschluss 307 die Verbindung zwischen den externen Anschlüssen 306 und anderen externen Geräten behindert. Da der Kalibrierungsanschluss 307 in dieser Ausführungsform kürzer ist als die externen Anschlüsse 306, stellt der Kalibrierungsanschluss 307 keine Behinderung für das Erstellen von Verbindungen dar, selbst dann nicht, wenn der an den externen Anschluss 306 angeschlossene Verbindungsanschluss zur Verbindung mit externen Geräten in den externen Anschluss 305 eingeführt wird. Darüber hinaus sind entlang des externen Anschlusses 306 im Inneren des externen Anschlusses 305 zahlreichen Hohlräume 308 vorgesehen, welche die Konzentration der Schrumpfspannung beim Auskühlen und Aushärten des für Flansch 312 verwendeten Harzes verringeren.
Da der Kalibrierungsanschluss 307 zusätzlich zu den im Betrieb des thermischen Durchflussmessers 300 verwendeten externen Anschlussverbindungen 306 vorgesehen ist, besteht die Möglichkeit, die Eigenschaften jedes thermischen Durchflussmessers 300 vor dem Versand zu messen, dadurch eine Abweichung des Produktes zu erheben und einen Kalibrierungswert zur Verringerung der Abweichung im internen Speicher des thermischen Durchflussmessers 300 zu speichern. Der Kalibrierungsanschluss 307 hat eine andere Form als der externe Anschluss 306, was verhindert, dass der Kalibrierungsanschluss 307 die Verbindung zwischen den externen Anschlüssen 306 und anderen externen Geräten nach der Kalibrierung behindert. Auf diese Weise ist es bei Verwendung des thermischen Durchflussmessers 300 möglich, eine Abweichung der einzelnen thermischen Durchflussmesser 300 vor dem Versand zu reduzieren und die Messgenauigkeit zu verbessern.
3. Gesamtaufbau des Gehäuses 302 und seine Wirkungen
3.1 Aufbau und Wirkung des Bypass-Kanals und des Luftstrom-Messabschnitts
5(A) bis 6(B) zeigen das Gehäuses 302 des thermischen Durchflussmessers ohne vorderer 303 und hinterer 304 Abdeckung. 5(A) zeigt die linke Seite des Gehäuses 302, 5(B) zeigt die Front des Gehäuses 302, 6(A) zeigt die rechte Seite des Gehäuses 302 und 6(B) zeigt die Rückansicht des Gehäuses 302. Im Gehäuse 302 ragt der Messabschnitt 310 vom Flansch 312 in Richtung der Mitte des Hauptkanals 124 und an dessen Vorderende ist eine Bypass-Kanalrinne zur Ausformung eines Bypass-Kanals vorgesehen. In dieser Ausführungsform ist die Bypass-Kanalrinne sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite des Gehäuses 302 vorgesehen. 5(B) zeigt eine Bypass-Kanalrinne an der Vorderseite 332 und 6(B) zeigt eine Bypass-Kanalrinne an der Rückseite 334. Da eine Einlassrinne 351 zur Bildung der Einlassöffnung 350 des Bypass-Kanals sowie eine Auslassrinne 353 zur Bildung der Auslassöffnung 352 an der Vorderseite von Gehäuse 302 vorgesehen sind, kann das von der inneren Wandoberfläche des Hauptkanals 124 entfernte Gas, das heißt, der Gasstrom durch das Zentrum des Hauptkanals 124 und dessen Umgebung als das Messzielgas 30 durch die Einlassöffnung 350 aufgenommen werden. Der Gasstrom in der Nähe der inneren Wandoberfläche des Hauptkanals 124 wird durch die Temperatur der der Wandoberfläche des Hauptkanals 124 beeinflusst und weist eine andere Temperatur auf als die Durchschnittstemperatur des durch den Hauptkanals 124 strömenden Gases, wie zum Beispiel in vielen Fällen die Ansaugluft. Außerdem hat das Gas, das direkt an der Innenwandseite des Hauptkanals 124 vorbeiströmt, eine oft geringere Strömungsgeschwindigkeit als die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit von Gas, das durch den Hauptkanal 124 strömt. Da der thermische Durchflussmesser 300 entsprechend dieser Ausführungsform gegenüber einem solchen Einfluss resistent ist, ist es möglich, eine Verschlechterung der Messgenauigkeit zu vermeiden.
Der oben beschriebene Bypass-Kanal, der aus der Bypass-Kanalrinne an der Vorderseite 332 oder der Bypass-Kanalrinne an der Rückseite 334 besteht, ist mit der thermischen Isolierung 315 von Flansch 312 über den Außenwand-Hohlabschnitt 366, die anstromseitige Außenwand 335 oder die abstromseitige Außenwand 336 verbunden. Darüber hinaus ist die Außenwand an der Anströmseite 335 mit dem gegen die Strömungsrichtung ausgerichteten Vorsprung 317 und die Außenwand an der Abströmseite 336 mit dem in die Strömungsrichtung ausgerichteten Vorsprung 318 ausgestattet. Da der thermische Durchflussmesser 300 mittels des Flansch 312 am Hauptkanal montiert ist, ist die Befestigung der Messeinheit 310 mitsamt des Schaltungspakets 400 am Hauptkanal 124 überaus verlässlich.
In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 302 mit der Bypass-Kanalrinne zur Bildung des Bypass-Kanals ausgestattet und die Abdeckungen von Gehäuse 302 werden an der Vorder- und Rückseite montiert, wodurch der Bypass-Kanal aus der Bypass-Kanalrinne und den Abdeckungen gebildet wird. In diesem Aufbau ist es möglich, die Gesamtheit der Bypass-Kanalrinnen als Teil von Gehäuse 302 im Verlauf des Harzformprozesses für eben dieses Gehäuse zu formen. Da bei der Herstellung von Gehäuse 302 die Matrizen in beiden Oberflächen des Gehäuses 302 vorhanden sind, ist es darüber hinaus möglich, sowohl die Bypass-Kanalrinne an der Vorderseite 332 als auch die Bypass-Kanalrinne an der Rückseite 334 mittels der Matrizen für diese beiden Oberflächen als Bestandteil von Gehäuse 302 zu formen. Da die Abdeckungen für die Vorderseite 303 und für die Rückseite 304 für beide Oberflächen von Gehäuse 302 vorgesehen sind, besteht die Möglichkeit, die beiden Bypass-Kanäle an den beiden Oberflächen von Gehäuse 302 zu bilden. Da die Bypass-Kanalrinne an der Vorderseite 332 sowie die Bypass-Kanalrinne an der Rückseite 334 an den beiden Oberflächen von Gehäuse 302 unter Verwendung von Matrizen gebildet werden, ist es möglich, die Bypass-Kanäle mit hoher Genauigkeit zu formen und hohe Produktivität zu erzielen.
In 6(B) strömt ein Teil des Messzielgases 30 durch den Hauptkanal 124, wird ins Innere der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 der Einlassrinne 351, die den Einlasskanal 350 bildet, geleitet und fließt durch die Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334. Die Bypass-Kanalrinne an der Rückseite 334 wird mit dem Verlauf der Gasströmung nach Innen zunehmend tiefer und das Messzielgas 30 bewegt sich langsam in Richtung Vorderseite, während es die Rinne durchströmt. Insbesondere ist die Bypass-Kanalrinne an der Rückseite 334 mit einem Abschnitt mit einem steilen Gefälle 347 versehen, das in der Nähe von Loch 342 stark abfällt, so dass ein Teil der Luft, die eine geringe Masse aufweist, sich entlang des Abschnitts mit einem steilen Gefälle 347 bewegt und anschließend durch Loch 342 zur Messoberfläche 430 strömt, wie in 5(B) gezeigt. Da ein Fremdkörper mit größerer Masse seinen Weg nur schwer abrupt ändern können, bewegt er sich in Richtung der Rückseite der Messoberfläche 431, wie in 6(B) gezeigt. Anschließend fließt der Fremdkörper durch eine Öffnung 341 zur Messoberfläche 430, wie in 5(B) dargestellt.
In der Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332, zu sehen in 5(B), bewegt sich die Luft als Messzielgas 30 von der Öffnung 342 zur Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332, strömt entlang der Messoberfläche 430, und es erfolgt mit dem Luftstrom-Messabschnitt 602 ein Wärmetransfer zur Messung der Durchflussrate unter Nutzung des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436, die in der Messfläche 430 zur Messung der Durchflussrate vorgesehen ist. Sowohl das Messzielgas 30, das durch die Messoberfläche 430 strömt, als auch die Luft, die durch Öffnung 341 in die Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 fließt, bewegen sich durch die Bypass-Kanalrinne 332 auf der Vorderseite hindurch und werden über die Auslassrinne 353 zur Bildung der Auslassöffnung 352 in den Hauptkanal 124 abgeführt.
Eine Substanz mit größerer Masse, etwa eine Verunreinigung im Messzielgas 30, hat ein hohes Trägheitsmoment und kann deshalb die eingeschlagene Bahn im Kanal nur schwer abrupt in Richtung der tiefen Seite des Kanals entlang der Oberfläche des Abschnitts mit steilem Gefälle 347 ändern, wo der Kanal steil abfällt, wie in 6(B) gezeigt. Da sich der Fremdkörper mit größerer Masse entlang der Rückseite der Messfläche 431 bewegt, ist es möglich ihn, während er sich nahe der Abnahmeeinheit der Wärmeübertragungsfläche 436 vorbeibewegt, abzudrängen. Da die meisten Fremdkörper über eine größerere Masse verfügen als das Gas, das durch rückseitige Messoberfläche 431 fließt, welche die Rückseite der Messoberfläche 430 darstellt, ist es in dieser Ausführungsform möglich, den Einfluss von Verunreinigungen durch Fremdkörper, wie etwa Bestandteile von Ölen, Kohlenstoff oder anderen Verunreinigungen zu minimieren und eine Verschlechterung der Messgenauigkeit zu vermeiden. Das heißt, da der Weg des Messzielgases 30 entlang der Strömungsrichtung im Hauptkanal 124 steil ansteigt, wird der Einfluss von Fremdkörpern, die im Messzielgas 30 befinden, reduziert.
In dieser Ausführungsform führt der Strömungsweg, der die Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 umfasst, vom vorderen Ende des Gehäuses 302 entlang einer gekrümmten Linie zum Flansch, und das durch den dem Flansch am nächsten gelegenen Bypass-Kanal strömende Gas bewegt sich entgegen der Strömungsrichtung im Hauptkanal 124. Derart ist der Bypass-Kanal an der hinteren Oberflächenseite (eine Seite des Rückstroms) mit dem Bypass-Kanal der Vorderflächenseite (die andere Seite des Rückstroms) verbunden. Im Ergebnis ist es möglich, einfach die Abnahmeeinheit der Wärmeübertragungsfläche 436 des Schaltungspakets 400 am Bypass-Kanal zu fixieren und das zu messende Gas 30 in der Position nahe der Mitte des Hauptkanals 124 aufzunehmen.
In dieser Ausführungsform sind die Öffnungen 342 und 341 auf der Vorder- und Rückseite in einer Strömungsrichtung zur Messoberfläche 430 zur Messung der Durchflussrate vorgesehen, um die Bypass-Kanalrinnen auf der Rückseite 334 und auf Vorderseite 332 durchströmen zu können. Mittels der Öffnungen 342 und 341, die die Bypass-Kanalrinne durchziehen, wird der Bypass-Kanal so geformt, dass das Messzielgas 30 von der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334, die durch eine Oberfläche des Gehäuses 302 gebildet wird, zur Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332, die durch die andere Oberfläche des Gehäuses 302 gebildet wird, strömt. Mit dieser Konfiguration lassen sich die Bypass-Kanalrinnen auf beiden Oberflächen des Gehäuses 302 in einem einzelnen Harzformprozess für die Verbindung beider Oberflächen durchführen.
Durch die Bereitstellung der Öffnungen 342 und 341 auf beiden Seiten der Messoberfläche 430, die in das Schaltungspaket 400 eingebracht ist, ist es möglich, ein Einströmen des Harzes in den Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 in der Messeoberfläche 430 zu vermeiden, indem die Matrizen zur Formung der Öffnungen 342 und 341 auf beiden Seiten verwendet werden. Darüber hinaus können sich die Öffnung 342 und die Öffnung 341 auf der Anstrom- und Abstromseite des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 430 befinden. Wenn das Schaltungspaket 400 am Gehäuse 302 mit dem Harzformprozess befestigt wird, werden die Matrizen unter Zuhilfenahme dieser Öffnungen ausgerichtet, so dass das Schaltungspaket 400 durch die Matrizen positioniert und fixiert werden kann.
In der Ausführungsform gibt es zwei Öffnungen (Öffnung 342 und Öffnung 341). Die Öffnungen durchdringen die Bypass-Kanalrinnen auf der Rückseite 334 und die Bypass-Kanalrinnen auf der Vorderseite 332. Selbst wenn die zwei Öffnungen 342 und 341 nicht vorgesehen sind, kann in dem Fall, dass eine der Öffnungen benutzt werden soll, der Bypass-Kanal mit der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 und die Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite in einem einzigen Harzformprozess gebildet werden.
Ferner sind eine Innenwand des Bypass-Kanals an der Rückseite 391 und eine Außenwand des Bypass-Kanals an der Rückseite 392 auf beiden Seiten der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 vorgesehen. Die innere Seitenfläche der hinteren Abdeckung 304 liegt am vorderen Ende der Höhenausrichtung jeder Innenwand des Bypass-Kanals auf der Rückseite 391 und der Außenwand des Bypass-Kanals auf der Rückseite 392, so dass der Bypass-Kanal auf der Rückseite des Gehäuses 302 geformt wird. Ferner sind eine Innenwand des Bypass-Kanals an der Vorderseite 393 und eine Außenwand des Bypass-Kanals an Vorderseite 394 auf beiden Seiten der Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 vorgesehen. Die innere Seitenfläche der hinteren Abdeckung 304 liegt am vorderen Ende der Höhenausrichtung jeder Innenwand des Bypass-Kanals auf der Vorderseite 393 und der Außenwand des Bypass-Kanals auf der Vorderseite 394, so dass der Bypass-Kanal auf der Rückseite des Gehäuses 302 geformt wird.
In dieser Ausführungsform strömt das Messzielgas 30 aufgeteilt über die Messoberfläche 430 und deren Rückseite, und der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 zum Messen der Durchflussrate ist an einer dieser beiden Oberflächen vorgesehen. Allerdings kann das Messzielgas 30 auch ausschließlich entlang der vorderen Fläche der Messoberfläche 430 strömen, statt in zwei Kanäle aufgeteilt zu werden. Mit einer Krümmung des Bypass-Kanals entlang einer zweiten Achse, die gegen die erste Achse entlang der Strömungsrichtung im Hauptkanal 124 ausgerichtet ist, können Fremdkörper im Messzielgas 30 dort auf die Seite gedrängt werden, wo die Krümmung der dieser zweiten Achse unbedeutend ist. Durch die Platzierung der Messoberfläche 430 und des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 an der Stelle, wo die Krümmung der zweiten Achse bedeutend ist, kann der Einfluss von Fremdkörpern verringert werden.
In dieser Ausführungsform sind die Messoberfläche 430 und der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 in einem Verbindungsteil zwischen der Bypass-Kanalrinne auf Vorderseite 332 und der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 vorgesehen. Allerdings können die Messoberfläche 430 und der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 statt im Verbindungsteil zwischen der Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 und der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 auch in der Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 oder der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 angebracht werden.
In einem Teil des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 in der Messfläche 430 ist eine Mündungsform zur Messung der Durchflussrate vorgesehen. Durch diesen Öffnungseffekt wird die Strömungsgeschwindigkeit erhöht und dadurch die Messgenauigkeit verbessert. Selbst wenn im Gasstrom an der Anströmseite des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 Wirbel auftreten, ist es darüber hinaus mit dieser Mündung möglich, solche Wirbel auszulöschen oder abzuschwächen und damit die Messgenauigkeit zu verbessern.
Bezugnehmend auf 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B), ist ein Außenwand-Hohlabschnitt 366 dort vorgesehen, wo die anstromseitige äußere Wand 335 eine Auswölbung hin zur abstromseitigen Seite in einem verengten Teil des Temperaturmessabschnitts 452 aufweist. Aufgrund dieses Außenwand-Hohlabschnitts 366 nimmt der Abstand zwischen dem Temperaturmessabschnitts 452 und dem Außenwand-Hohlabschnitt 366 zu, so dass es möglich ist, den Einfluss der über die anströmseitige Außenwand 335 übertragenen Wärme zu reduzieren.
Obwohl das Schaltungspaket 400 vom Befestigungsabschnitt 372 zum Fixieren des Schaltungspakets 400 umhüllt ist, ist es möglich, die Befestigung des Schaltungspakets 400 durch den Außenwand-Hohlabschnitt 366 noch weiter zu stärken. Der Befestigungsabschnitt 372 umgibt das Schaltungspaket 400 entlang der Durchflussachse des Messzielsgases 30. Währenddessen umhüllt der Außenwand-Hohlabschnitt 366 das Schaltungspaket 400 quer zur Strömungsachse des Messzielgases 30. Das heißt, das Schaltungspaket 400 wird so umhüllt, dass die Richtung der Umhüllung in Bezug auf den Befestigungsabschnitt 372 unterschiedlich ist. Da das Schaltungspaket 400 in zwei unterschiedlichen Richtungen umhüllt wird, erhöht sich die Stärke der Befestigung. Obwohl der Außenwand-Hohlabschnitt 366 Teil der anstromseitigen Außenwand 335 ist, kann das Schaltungspaket 400 in einer anderen Richtung umhüllt werden, als der Befestigungsabschnitt 372. Hierfür wird die abstromseitige Außenwand 336 anstatt der anstromseitigen Außenwand 335 verwendet, um die Festigkeit zu erhöhen. Beispielsweise kann ein Teil der Platte des Schaltungspakets 400 von der abstromseitigen Außenwand 336 umhüllt werden oder das Schaltungspaket 400 ist umhüllt durch eine Ausbuchtung des Hohlraums der anstromseitigen Richtung oder einen Vorsprung, der in anströmende Richtung ragt und an der abstromseitigen Außenwand 336 angebracht ist. Da der Außenwand-Hohlabschnitt 366 in der anstromseitigen Außenwand 335 bereitgestellt ist, um das Schaltungspaket 400 einzuhüllen, ist es möglich, eine Auswirkung des Erhöhens des Wärmewiderstandes zwischen dem Temperaturmessabschnitt 452 und der anstromseitigen Außenwand 335 zusätzlich zur Befestigung des Schaltungspakets 400 zu vergrößern.
Da sich der Außenwand-Hohlabschnitt 366 in einem verengten Teil des Temperaturmessabschnitts 452 befindet, ist es möglich, den Einfluss der Wärme von Flansch 312 oder von der Wärmeisolierung 315 durch die anstromseitigen Außenwand 335 zu reduzieren. Außerdem ist ein Hohlraum zur Temperaturmessung 368, gebildet durch eine Kerbe zwischen dem anstromseitgen Vorsprungs 317 und dem Temperaturmessabschnitt 452, vorgesehen. Unter Verwendung dieses Hohlraums zur Temperaturmessung 368 ist es möglich, die Wärmeübertragung auf den Temperaturmessabschnitt 452 durch den anstromseitigen Vorsprung 317 zu reduzieren. Infolgedessen ist es möglich, die Erfassungsgenauigkeit des Temperaturmessabschnitts 452 zu verbessern. Insbesondere kann der anstromseitige Vorsprung 317 aufgrund seiner großen Querschnittsfläche leicht Wärme übertragen, wodurch die Funktionalität des Hohlraums zur Temperaturmessung 366 zur Blockierung der Wärmeübertragung an Bedeutung gewinnt.
3.2 Aufbau und Wirkung des Luftstrom-Messabschnitts des Bypass-Kanals
7(A) und 7(B) sind teilweise vergrößerte Ansichten im Querschnitt entlang der Linie A-A von 6(A) und 6(B), die die Oberfläche 430 des Schaltungspakets 400 im Inneren der Bypass-Kanalrinne zeigen. Es wird darauf hingewiesen, dass 7(A) und 7(B) Entwurfsdiagramme sind, die im Vergleich zu den spezifischen Konfigurationen von 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) Details vereinfacht darstellen oder weggelassen und leicht modifiziert werden können. Die linke Seite von 7(A) und 7(B) ist der angerissene Endabschnitt der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334, die rechte Seite ist der erste Abschnitt eines Endstück der Bypass-Kanalrinne auf Vorderseite 332. Obwohl es nicht ausdrücklich in 7(A) und 7(B) dargestellt ist, sind die Öffnungen 342 und 341 auf beiden Seiten, der linken und der rechten Seite des Schaltungspakets 400, in die die Messoberfläche 430 integriert ist, vorhanden. Die Bypass-Kanalrinnen auf der Rückseite 334 und auf der Vorderseite 332 sind an der linken und der rechten Seite des Schaltungspakets 400 und der Messoberfläche 430 verbunden.
Das Messzielgas 30, das von der Einlassöffnung 350 aufgenommen wird und auf der Rückseite 334 im Bypass-Kanal durch die Bypass-Kanalrinne strömt, wird von der linken Seite der 7A als Teil des Messzielgases 30 entlang des Strömungsweges 386, der auch die Vorderseite der Messoberfläche 430 des Schaltungspakets 400 und den Vorsprung 356 einschließt und in der Frontabdeckung 303, der sich in der Vorderseite 303 befindet, geleitet und strömt durch die Öffnung 342. Der andere Teil des Messgases 30 strömt über den Strömungsweg 387, der durch die Rückseite der Messoberfläche 431 und die hintere Abdeckung 304 gebildet wird. Danach strömt das Messzielgas 30 über den Strömungsweg 387, bewegt sich durch die Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 durch die Öffnung 341 und wird mit dem Messzielgas 30 aus dem Strömungsweg 386 vermischt. Von hier strömt es durch die Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 und wird über. die Auslassrinne 352 im Hauptkanal 124 abgeführt. Außerdem befindet sich der Vorsprung 358, der an der hinteren Abdeckung 304 liegt und in die Rückseite der Messoberfläche 431 ragt, im Strömungsweg 387.
Da die Bypass-Kanalrinne so geformt ist, dass das Messzielgas 30 von der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 durch die Öffnung 342 in den Strömungsweg 386 geleitet wird und dieser damit eine stärkere Krümmung aufweist als die Strömungsführung für den Strömungsweg 387, werden Partikel mit einer höheren Masse wie beispielsweise Verunreinigungen im Messzielgas 30 im Strömungsweg 387 mit seiner weniger starken Krümmung gesammelt. Aus diesem Grund befinden sich fast keine Fremdkörper im Strömungsbereich des Strömungspfades 386.
Der Strömungsweg 386 ist so gestaltet, dass er eine Mündung bildet, bei der die vordere Abdeckung 303 am Vorderende der Bypass-Kanalrinne an der Vorderseite 332 anschließt und der Vorsprung 356 nahtlos in Richtung der der Messoberfläche 430 ragt. Die Messoberfläche 430 ist auf einer Seite des Mündungsabschnitts in Strömungsweg 386 positioniert und mit dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 für die Wärmeübertragung zwischen dem Luftstrom-Messabschnitt 602 und dem Messzielgas 30 ausgestattet. Damit die Messung im Luftstrom-Messabschnitt 602 mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann, ist es von Vorteil, wenn das Messzielgas 30 im Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 in Form einer laminaren Strömung mit einem kleinen Wirbel fließt. Außerdem erhöht sich mit steigender Strömungsgeschwindigkeit auch die Messgenauigkeit. Dazu dient auch die geformte Mündung, so dass der Vorsprung 356 in der Frontabdeckung 303 gegenüber der Messoberfläche 430 liegt und glatt in die Messoberfläche 430 ragt. Die Mündung reduziert den Wirbel im Messzielgas 30 soweit, dass sich die Strömung einer laminaren Strömung annähert. Da die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Mündung steigt und der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit in der Öffnung liegt, steigt außerdem die Genauigkeit der Strömungsgeschwindigkeitsmessung.
Da die Mündung so geformt ist, dass der Vorsprung 356 in die Innenseite der Bypass-Kanalrinne gegenüber des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 an der Oberfläche im Durchströmbereich 430 ragt, wird die Messgenauigkeit erhöht. Der Vorsprung 356, der die Mündung bildet, liegt auf Abdeckung gegenüber des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436, der wiederum an der Oberfläche im Durchströmbereich 430 liegt. In 7, da die Abdeckung gegenüber des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436, welcher an der Oberfläche im Durchströmbereich 430 liegt, die Frontabdeckung 303 bildet, ist der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 Teil der Frontabdeckung 303. Alternativ dazu kann der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 auch in der Abdeckung gegenüber dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche in der Oberfläche im Durchströmbereich 430 der Front- oder Rückabdeckung 303 oder 304 liegen. Abhängig davon, auf welcher Fläche des Schaltungspakets 400 die Oberfläche des Durchströmbereichs 430 und der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 vorgesehen sind, ist die dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 gegenüberliegende Abdeckung auszutauschen.
Eine Aufteilung des Messzielgases 30 auf die Strömungswege 386 und 387 steht außerdem in Beziehung zur hohen Messgenauigkeit. Eine Verteilung des zu messenden Gases 30 auf die Strömungswege 386 und 387 kann dadurch angepasst werden, indem der Vorsprung 358, der sich in der Rückabdeckung 304 befindet, in den Strömungsweg 387 ragt. Darüber hinaus ist es aufgrund der Lage des Mündungsbereichs im Strömungsweg 387 möglich, die Strömungsgeschwindigkeit zu steigern und Fremdkörper, zum Beispiel Verunreinigungen, in den Strömungsweg 387 zu lenken. In der Ausführungsform wird die durch den Vorsprung 358 geformte Mündung als eines der Hilfsmittel zur Einstellung zwischen den Strömungswegen 386 und 387 verwendet. Alternativ dazu kann die oben angeführte Aufteilung der Durchflussrate auf die Strömungswege 386 und 387 angepasst werden, indem der Abstand zwischen der Rückseite der Messoberfläche 431 und der Rückabdeckung 304 verändert wird. In diesem Fall ist der Vorsprung 358 in der Rückabdeckung 304 nicht notwendig.
Bezugnehmend auf 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) bleibt ein aufgepresster Aufdruck 442, der beim Harzformungsprozess durch die Benutzung der Matrize für das Schaltungspaket 400 entsteht auf der Rückseite der Messoberfläche 431 als Rückseite des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 auf der Messoberfläche 430 bestehen. Dieser aufgepresste Aufdruck 442 stört die Messung der Durchflussrate nicht besonders und verursacht keine Probleme. Zusätzlich ist es, wie unten beschrieben, wichtig, die Halbleitermembran im Luftstrom-Messabschnitt 602 während der Harzformung des Schaltungspakets 400 zu schützen. Aus diesem Grund ist es wichtig, von der Rückseite des Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 dagegenzupressen. Es ist darüber hinaus überaus wichtig, zu verhindern, dass das das Schaltungspaket 400 umhüllende Harz in den Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 gelangt. Zu diesem Zweck wird das Einfließen von Harz beim Umhüllen der Messoberfläche 430 und des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 verhindert, indem eine Matrize verwendet wird und zum Pressen der Rückseite des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 eine andere Matrize zum Einsatz kommt. Da das Schaltungspaket 400 durch Spritzpressung entsteht, ist der Druck des Harzes groß und das Gegenpressen von. der Rückseite des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 ist wichtig. Da außerdem eine Halbleitermembran im Luftstrom-Messabschnitt 602 eingesetzt wird, ist es bei der Formung empfehlenswert, am Spalt für die Halbleitermembran einen Lüftungsabschnitt anzubringen. Zur Aufnahme und Befestigung einer Platte oder einer ähnlichen Komponente zur Formung des Lüftungsabschnitts ist es wichtig, von der Rückseite des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 einen Gegendruck auszuüben.
3.3 Formen und Wirkungen der Vorder- und Rückseiten 303 und 304
8(A) bis 8(C) sind Diagramme, die ein Erscheinungsbild einer vorderen Schutzabdeckung 303 darstellen, wobei es sich bei 8(A) um eine linke Seitenansicht handelt, bei 8(8) um eine Vorderansicht und bei 8(C) um eine Draufsicht. 9(A) und 9(B) sind Diagramme, die ein Erscheinungsbild einer hinteren Schutzabdeckung 304 darstellen, wobei es sich bei 9(A) um eine linke Seitenansicht handelt, bei 9(B) um eine Vorderansicht und bei 9(C) um eine Draufsicht. In 8(A), 8(B), 8(C), 9(A), 9(B), und 9(C) ist zu sehen, dass die Frontabdeckungen 303 oder 304 dafür ausgelegt sind, den Bypass-Kanal durch die Abdeckung des Bypass-Kanalrinne des Gehäuses 302 zu formen. Dazu sind die vordere und hintere Abdeckung 303 bzw. 304 dafür ausgelegt, eine Mündung in Vorsprung 356 bereitzustellen. Aus diesem Grund ist eine hohe Fertigungsgenauigkeit wünschenswert. Da im Harzformungsprozess die Front- oder Rückseite 303 bzw. 304 durch das Einpressen von thermoplastischem Harz in eine Matrize geformt werden, ist es möglich die Front- oder Rückseite 303 bzw. 304 mit hoher Formgenauigkeit zu erstellen.
Wie in 8(A) bis 8(C) oder 9(A) bis 9(C) dargestellt, wird der vordere Schutzabschnitt 322 oder der hintere Schutzabschnitt 325 in der vorderen Abdeckung 303 beziehungsweise in der hinteren Abdeckung 304 geformt. Wie in 2(A), 2(B), 3(A), oder 3(B) dargestellt, ist der Teil für die vordere Schutzabdeckung 322 der Vorderseite 303 auf der Vorderseite der Einlassöffnung 343 angebracht, und der Teil für die hintere Schutzabdeckung 325 auf der Rückseite 304 ist auf der Rückseite der Einlassöffnung 343 angebracht. Der Temperaturmessabschnitt 452, der in der Einlassöffnung 343 angeordnet ist, wird vom vorderen und hinteren Schutzabschnitt 322 und 325 geschützt, so dass der Temperaturmessabschnitt 452 vor mechanischen Beschädigungen geschützt ist, die durch einen Zusammenstoß des Temperaturmessabschnitts 452 mit einem Gegenstand während der Produktion oder beim Verladen auf ein Fahrzeug verursacht werden können.
Die innere Oberfläche der Frontabdeckung 303 ist mit dem Vorsprung 356 ausgestattet. Wie in 7(A) und 7(B) dargestellt, liegt der Vorsprung 356 der Messoberfläche 430 gegenüber und hat eine Rille, die sich entlang der Achse des Strömungsweges im Bypass-Kanal erstreckt. Im oben beschriebenen Strömungsweg 386 wird eine Mündung aus der Messoberfläche 430 und dem Vorsprung 386 gebildet, um so Wirbel im Messzielgas 30 zu vermindern und eine laminare Strömung zu erzeugen. In dieser Ausführungsform ist der Bypass-Kanal mit Einmündung geteilt in einen Rinnenteil und einen Haubenteil, der die Rinne bedeckt und einen Strömungsweg mit einer Mündung ausbildet. Der Rinnenteil wird in einem zweiten Harzformungsprozess bei der Formung des Gehäuses 302 erstellt. Danach wird die Frontabdeckung 303 mit dem Vorsprung 356 in einem weiteren Harzformungsprozess gebildet. Die Rinne wird mittels der vorderen Abdeckung 303 als Haube bedeckt, um den Bypass-Kanal zu bilden. Im zweiten Harzformungsprozess zur Bildung des Gehäuses 302 wird das Schaltungspaket 400 mit der Messoberfläche 430 ebenfalls am Gehäuse 302 angebracht. Da der Aufbau der Rinne eine komplizierte Form im Harzformungsprozess aufweist und der Vorsprung 356 für die Mündung in der Frontabdeckung 303 liegen muss, ist es möglich, den Strömungsweg 386 in 7(A) undf 7(B) mit hoher Genauigkeit zu formen. Da außerdem das Verhältnis der Positionierung zwischen der Rinne und der Messoberfläche 430 oder dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 mit hoher Genauigkeit aufrechterhalten werden kann, wird es möglich, Abweichungen der Produkte zu vermeiden und hohe Messgenauigkeit zu erreichen. Deshalb ist es möglich, die Produktivität zu erhöhen.
Dies wird ähnlich bei der Formung des Strömungsweges 387 unter Verwendung der hinteren Abdeckung 304 und der Rückseite der Messoberfläche 431 angewendet. Der Strömungsweg 386 wird in Rinnenteil und Haubenteil unterteilt. Der Rinnenteil wird im zweiten Harzformungsprozess bei der Formung des Gehäuses 302 gebildet. Anschließend wird der Strömungsweg 387 geformt. Er bedeckt die Rinne mit der hinteren Abdeckung 304, die einen Vorsprung 358 besitzt. Wird der Strömungsweg 387 auf diese Weise gebildet, ist es möglich, den Strömungsweg 386 mit hoher Genauigkeit zu formen und damit wiederum die Produktivität zu steigern. Obwohl in dieser Ausführungsform die Mündung im Strömungsweg 387 liegt, kann außerdem der Strömungsweg 387, der unter Umständen keine Mündung aufweist, ohne Vorsprung 358 genutzt werden.
In 8(B) ist eine Kerbe 323, die für das Bilden des Auslassanschlusses 352 verwendet wird, an der Führungsendseite der vorderen Abdeckung 303 bereitgestellt. Wie veranschaulicht in 2(B) erweitert die Kerbe 323 die Auslassöffnung 352 nicht nur an der rechten Seite des Gehäuses 302, sondern auch an der Vorderseite des Gehäuses 302. In dieser Konfiguration wird die Medienbeständigkeit des gesamten Bypass-Kanals reduziert und das Messzielgas 30, das in den Bypass-Kanal durch den Eingang 350 gelenkt wird, erhöht. Folglich wird die Messgenauigkeit für die Durchflussrate verbessert.
3.4 Aufbau und Wirkungen des Anschlussstücks 32
10 ist eine vergrößerte Ansicht, die das Anschlussstück 320 des Gehäuses 302 der 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) zeigt. Ein Unterschied jedoch zur Beschreibung von 5(A), 5(B), 6(A), und 6(B) folgt. Speziell ist in den 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) die innere Buchse von den externen Anschlüssen 361 voneinander getrennt. 10 stellt jeweils eine Innenbuchse der externen Anschlüsse 361 dar. Diese sind noch nicht getrennt, sondern über ein Verbindungsteil 365 miteinander verbunden. Jede der inneren Buchsen der externen Anschlüssen 361, die hin zur Seite des Schaltungspakets 400 des externen Anschlusses 306 ragen, wird von den entsprechenden Verbindungsanschlüssen 412 überlagert oder befindet sich nahe daran. Jeder der externen Anschlüsse 306 wird durch Harzformmasse im zweiten Formprozess am Gehäuse 302 befestigt. Um eine Deformation oder Abweichung von der Anordnung jedes externen Anschlusses 306 gemäß einer Ausführungsform zu verhindern, ist der externe Anschluss 306 am Gehäuse 302 durch den Harzformprozess (der zweite Harzformprozess, der nachfolgend beschrieben wird) befestigt, um das Gehäuse 302 zu bilden, während die innere Buchse von den externen Anschlüssen 361 miteinander durch den Verbindungsabschnitt 365 verbunden sind. Alternativ kann der externe Anschluss 306 am Gehäuse 302 durch den zweiten Formprozess befestigt werden, nachdem die Anschlüsse 412 und die innere Buchse von den externen Anschlüssen 361 befestigt wurden.
3.5 Überprüfung des fertigen Produkts durch den ersten Harzformprozess
In der Ausführungsform von 10 ist die Anzahl an Anschlüssen, die im Schaltungspaket 400 bereitgestellt sind, größer als die Anzahl an inneren Buchsen von den externen Anschlüssen 361. Aus den Anschlüssen des Schaltungspakets 400 wird jeder der Verbindungsanschlüsse 412 mit jeder der inneren Buchsen der externen Anschlüsse 361 verbunden und die Anschlüsse 414 sind nicht mit der inneren Buchse der externen Anschlüsse 361 verbunden. D. h., obwohl die Anschlüsse 414 im Schaltungspaket 400 bereitgestellt sind, sind sie nicht mit der inneren Buchse der externen Anschlüsse 361 verbunden.
In 10 ist zusätzlich zum Verbindungsanschluss 412, der mit der inneren Buchse des externen Anschlusses 361 verbunden ist, der Anschluss 414, der nicht mit der inneren Buchse des externen Anschlusses 361 verbunden ist, bereitgestellt. Nachdem das Schaltungspaket 400 durch den ersten Harzformprozess hergestellt ist, wird überprüft, ob das Schaltungspaket 400 entsprechend funktioniert und ob eine Anomalie im elektrischen Anschluss im ersten Harzformprozess hervorgerufen wurde. Als Resultat ist es möglich, eine hohe Zuverlässigkeit für jedes Schaltungspaket 400 aufrechtzuerhalten. Der Anschluss 414, der nicht mit der Innenbuchse des externen Anschlusses 361 verbunden ist, wird bei dieser Überprüfung des Schaltungspakets 400 verwendet. Da der Anschluss 414 nach den Überprüfungsarbeiten nicht verwendet wird, können diese freien Anschlüsse 414 am Halsabschnitt des Schaltungspakets 400 nach der Überprüfung ausgeschnitten oder im Harz verborgen werden und als Anschlussseiten-Befestigungsabschnitt 362 wie veranschaulicht in 10, dienen. Durch Bereitstellen des Anschlusses 414, der nicht mit der inneren Buchse des externen Anschlusses 361 verbunden ist, ist es möglich, zu überprüfen, ob eine Anomalie in des Schaltungspakets 400, das durch den ersten Harzformprozess hergestellt wurde, hervorgerufen wurde und es kann eine hohe Zuverlässigkeit aufrechterhalten werden.
3.6 Verbindungsstruktur zwischen dem Spalt innerhalb des Gehäuses 302 und außerhalb des thermischen Durchflussmessers
Wie in der teilweise vergrößerten Ansicht von 10 veranschaulicht, ist eine Öffnung 364 im Gehäuse 302 vorgesehen. Die Öffnung 364 ist mit der Öffnung 309 verbunden, die an der Innenseite des in 4(A) veranschaulichten externen Anschlusses 305 bereitgestellt ist. Gemäß der Ausführungsform sind beide Seiten des Gehäuses 302 mit der vorderen 303 und hinteren Abdeckung 304 luftdicht verschlossen. Wenn die Öffnung 364 nicht vorgesehen wird, wird wegen einer Temperaturänderung der Luft im Innern des Spalts, der das Endabschlussstück 320 einschließt, eine Druckdifferenz zwischen dem Luftdruck im Innern des Spalts 382 und dem atmosphärischen Luftdruck erzeugt. Es ist wünschenswert, eine solche Druckdifferenz zu reduzieren. Aus diesem Grund wird die Öffnung 364, die mit der Öffnung 309 in der Innenseite des Außenanschlusses 305 verbunden ist, innerhalb des Spalts 382 des Gehäuses 302 bereitgestellt. Der Außenanschluss 305 ist so aufgebaut, dass er Beständigkeit gegen alle Beeinträchtigungen durch Wasser oder Ähnliches aufweist, um eine höhere Zuverlässigkeit des elektrischen Anschlusses zu erzielen. Durch die Anordnung der Öffnung 309 innerhalb des Außenanschlusses 305 ist es möglich, das Eindringen von Wasser oder von Fremdkörpern, wie zum Beispiel von Verschmutzungen oder Staub aus der Öffnung 309, zu verhindern.
4. Befestigungskonstruktion zur Befestigung des Schaltungspakets 400 unter Verwendung des Gehäuses 302
4.1 Befestigungskonstruktion zur Befestigung des Schaltungspakets 400 unter Verwendung des Gehäuses 302
Als nächstes wird die Befestigung des Schaltungspakets 400 am Gehäuse 302 durch einen Harzformprozess unter Bezugnahme auf die 5(A), 5(B) und 6(B) beschrieben. Das Schaltungspaket 400 ist im Gehäuse 302 angeordnet und darin befestigt, sodass die Messfläche 430, die auf der vorderen Fläche des Schaltungspakets 400 gebildet ist, in einer vorgegebenen Position der Bypass-Kanalrinne angeordnet ist, um den Bypass-Kanal, wie beispielsweise einen Verbindungsabschnitt zwischen der Bypass-Kanalrinne an der Vorderseite 332, und die Bypasskanal-Rille an der Hinterseite 334 in der Ausführungsform der 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) zu bilden. Ein Abschnitt, um das Schaltungspaket 400 in das Gehäuse 302 bei der Harzformung einzubetten und zu befestigen, ist als Befestigungsteil 372 zum Versenken und Fixieren des Schaltungspakets 400 im Gehäuse ausgewiesen und in der Seite geringfügig näher am Flansch 312 der Bypass-Kanalrinne bereitgestellt. Das Befestigungsteil 372 ist so versenkt, dass es den Außenumfang des Schaltungspakets 400 im ersten Harzformungsprozess formt.
Wie veranschaulicht in 5(B) sind die Hohlräume 376 und 378 in der Vorderseitenfläche des Befestigungsteils 372 bereitgestellt. Zusätzlich zeigt 6(B) den Hohlraum 373, der an der Rückseite des Befestigungsabschnitts 372 geformt wird. Durch diese Hohlräume wird die Kontraktion, die beim Abkühlen des Harzes während des Harzformungsprozess des Befestigungsteils 372 entsteht, gemindert und so die Belastung des Schaltungspakets 400 reduziert. Ferner kann mit der Verwendung der Matrize das Verfließen des Harzes bei der Ausformung des Hohlraumes gebremst werden. Dadurch wird das Abkühlen des Harzes gebremst und es ist leichter möglich, Unebenheiten, die auf der Oberfläche der Schaltbaufläche 400 auftreten, mit dem Harz des Befestigungsteils 372 zu füllen.
Die gesamte Fläche des Schaltungspakets 400 ist nicht durch das Harz aus der Bildung des Gehäuses 302 bedeckt, aber ein Abschnitt, an dem die Außenwand des Schaltungspakets 400 freigelegt ist, ist auf der Flanschseite 312 des Befestigungsabschnitts 372 bereitgestellt. In der Ausführungsform gemäß 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) ist die Fläche eines Abschnitts, der vom Harz des Gehäuses 302 freigelegt ist, und nicht vom Gehäuses 302 eingehüllt wird, größer als die Fläche eines Abschnitts, der durch das Harz des Gehäuses 302 außerhalb der äußeren Umfangsfläche des Schaltungspakets 400 eingehüllt wird. Darüber hinaus wird ein Abschnitt der Messfläche 430 des Schaltungspakets 400 auch vom Harz des Gehäuses 302 freigelegt.
Da der Umfang des Schaltungspakets 400 im zweiten Harzformprozess eingehüllt wird, um das Gehäuse 302 durch Bilden der Hohlraumes auf der vorderen und hinteren Oberfläche des Befestigungsabschnitts 372 zu bilden, welcher die Außenwand des Schaltungspakets 400 über den gesamten Umfang in einer dünnen Bundform abdeckt, ist es möglich, eine übermäßige Belastungskonzentration abzuschwächen, die durch die Volumenreduzierung im Laufe der Verfestigung des Befestigungsabschnitts 372 verursacht wird. Die übermäßige Belastungskonzentration kann das Schaltungspaket 400 beeinträchtigen.
4.2 Verbesserung des Haftvermögens zwischen Gehäuse 302 und Schaltungspaket 400
Um das Schaltungspaket 400 an einem kleinen Bereich durch das Reduzieren des Bereichs eines Abschnitts, der durch das Harz des Gehäuses 302 der äußeren Umfangsfläche des Schaltungspakets 400 eingehüllt ist, robuster zu befestigen, wird es bevorzugt, das Haftvermögen des Schaltungspakets 400 an der Außenwand im Befestigungsabschnitt 372 zu vergrößern. Wenn ein Thermoplast verwendet wird, um das Gehäuse 302 zu formen, wird bevorzugt, dass das thermoplastische Harz in die feine Unebenheit an der Außenwand des Schaltungspakets 400 eindringt, solange es über eine geringe Viskosität verfügt, so dass sich das Thermoplast verfestigt, während es in die feine Unebenheit in der Außenwand eindringt. Beim Harzformprozess zur Formung des Gehäuses 302 ist es wünschenswert, dass die Einlassöffnung des Thermoplasts im Befestigungsabschnitt 372 oder in der Nähe davon bereitgestellt wird. Die Viskosität des Thermoplasts erhöht sich, während die Temperatur abnimmt, so dass es sich verfestigt. Indem der Thermoplast, der eine hohe Temperatur aufweist, in den Befestigungsabschnitt 372 oder aus der Nähe dessen fließt, ist es möglich, den Thermoplast, der eine geringe Viskosität aufweist, zu erhärten, während er sich an die Fläche des Schaltungspakets 400 anschmiegt. Zudem wird bei der Formung der Hohlräume 376, 378 und 373 für den Befestigungsabschnitt 372 mit der Matrize ein Hindernisabschnitt geformt, der das Strömen des thermoplastisches Harzes einschränkt. Damit wird die Bewegungsgeschwindigkeit des thermoplastisches Harzes im Befestigungsabschnitt 372 reduziert. Als Resultat wird eine Temperaturabnahme des Thermoplast unterdrückt und ein Zustand niedriger Viskosität aufrechterhalten, sodass die Haftung zwischen dem Schaltungspaket 400 und dem Befestigungsabschnitt 372 verbessert wird.
Durch Aufrauen der Oberfläche des Schaltungspakets 400 ist es möglich, das Haftvermögen zwischen Schaltungspaket 400 und Befestigungsabschnitt 372 zu erhöhen. Als Aufrauverfahren für die Oberfläche des Schaltungspakets 400 ist ein Aufrauverfahren bekannt, das nach der Formung des Schaltungspakets 400 durch den ersten Harzformprozess feine Unebenheiten auf der Oberfläche des Schaltungspakets 400 bildet, wie beispielsweise eine Bürstenmattierungsbehandlung. Als Aufrauverfahrenfür die Bildung feiner Unebenheiten auf der Oberfläche des Schaltungspakets 400 kann das Aufrauen weiterhin beispielsweise unter Verwendung eines Sundstrahlverfahrens erreicht werden. Darüber hinaus kann das Aufrauen durch eine Laserbearbeitung erreicht werden.
Als ein weiteres Aufrauverfahren wird ein unebenes Blatt auf einer Innenfläche der im ersten Harzformprozess verwendeten Gussform befestigt und das Harz in die Gussform gedrückt, während sich das Blatt auf dieser Fläche befindet. Mit diesem Verfahrens ist es möglich, feine Unausgeglichenheiten auf der Fläche des Schaltungspakets 400 zu bilden und diese aufzurauen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, Unebenheiten an einer Innenseite der Gussform zu befestigen, die zur Formung des Schaltungspakets 400 verwendet wird, um die Oberfläche des Schaltungspakets 400 aufzurauen. Der Oberflächenabschnitt des Schaltungspakets 400 für ein solches Aufrauen besteht mindestens aus dem Abschnitt, in dem der Befestigungsabschnitt 372 bereitgestellt wird. Außerdem kann das Haften weiter durch Aufrauhen eines Oberflächenabschnitts des Schaltungspakets 400 verbessert werden, wo der Außenwand-Hohlabschnitt 366 bereitgestellt ist.
Wenn die Oberflächenbehandlung zur Herstellung von Unebenheiten an der Oberfläche des Schaltungspakets 400 unter Verwendung des oben genannten Blattes ausgeführt wird, hängt die Tiefe der Rinne von der Dicke des Blattes ab. Wenn sich die Dicke des Blattes erhöht, wird das Formen des ersten Harzformprozesses schwierig, so dass die Dicke des Blattes eine Begrenzung aufweist. Wenn sich die Dicke des Blattes verringert, weist die Tiefe der Unebenheit, die auf dem Blatt im Voraus bereitgestellt wird, eine Begrenzung auf. Wenn das oben genannte Blatt verwendet wird, ist es deshalb wünschenswert, dass die Tiefe der Unebenheit zwischen der Unterseite und der Oberseite der Unebenheit auf 10 μm oder größer und 20 μm oder kleiner eingestellt wird. Wenn die Tiefe geringer als 10 μm ist, verschlechtert sich die Haftwirkung. Eine Tiefe, die größer als 20 μm ist, ist aus der vorstehend genannten Dicke des Blattes schwierig zu erreichen.
Bei anderen Aufrauverfahren als dem vorstehend genannten Verfahren der Verwendung des Blattes ist es wünschenswert, eine Dicke des Harzes im ersten Harzformprozess einzustellen, um das Schaltungspaket 400 mit 2 mm oder kleiner zu bilden. Daher ist es schwierig, die Tiefe der Unebenheit zwischen der Unterseite und der Oberseite der Unebenheit auf 1 mm oder mehr zu vergrößern. Konzeptionell wird antizipiert, dass sich das Haftvermögen zwischen dem Harz, welches das Schaltungspaket 400 abdeckt und dem Harz, das verwendet wird, um das Gehäuse 302 zu bilden, erhöht, während sich die Tiefe der Unebenheit zwischen Unterseite und Oberseite der Unebenheit auf der Oberfläche des Schaltungspakets 400 erhöht. Aus dem vorstehend beschriebenen Grund wird die Tiefe der Unebenheit zwischen der Unterseite und der Oberseite der Unebenheit vorzugsweise auf 1 mm oder kleiner festgelegt. Das heißt, wenn die Unebenheit, die eine Dicke von 10 μm oder größer und 1 mm oder kleiner aufweist, auf der Oberfläche des Schaltungspakets 400 bereitgestellt wird, ist es wünschenswert, das Haftvermögen zwischen dem Harz, welches das Schaltungspaket 400 abdeckt und dem Harz, das verwendet wird, um das Gehäuse 302 zu bilden, zu erhöhen.
Ein Wärmeausdehnungskoeffizient weicht zwischen dem thermisch aushärtbaren Kunststoff, der verwendet wird, um das Schaltungspaket 400 zu bilden und dem Thermoplast, der verwendet wird, um das Gehäuse 302 zu bilden, das den Befestigungsabschnitt 372 aufweist, ab. Es ist wünschenswert, eine übermäßige Belastung, die auf das Schaltungspaket 400 ausgeübt wird und die durch diesen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten hervorgerufen wird, zu verhindern. Durch die Hohlräume 373, 378 und 376 ist es möglich, eine auf das Schaltungspaket 400 ausgeübte Belastung zu reduzieren.
Durch Bilden des Befestigungsabschnitts 372, der den äußeren Umfang des Schaltungspakets 400 in einer Bundform einhüllt und die Breite des Bundes einengt, ist es möglich, eine Belastung abzuschwächen, die die durch einen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten verursacht wird, der auf das Schaltungspaket 400 einwirkt. Eine Breite des Bundes des Befestigungsabschnitts 372 wird auf 10 mm oder kleiner festgelegt und bevorzugt auf 8 mm oder kleiner eingestellt. Da der Außenwand-Hohlabschnitt 366 als Bestandteil der anstromseitigen Außenwand 335 des Gehäuses 302 sowie als Befestigungsabschnitt 372 das Schaltungspaket umgibt, um das Schaltungspaket 400 zu befestigen, ist es in dieser Ausführungsform möglich, die Breite des Bundes des Befestigungsabschnittes 372 weiter zu reduzieren. Das Schaltungspaket 400 kann zum Beispiel befestigt werden, wenn die Breite auf 3 mm oder größer festgelegt wird.
Um eine Belastung zu reduzieren, die durch einen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten verursacht wird, werden ein Abschnitt, der vom Harz umgeben ist, das zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird, und ein freiliegender Abschnitt, der nicht bedeckt ist, auf der Oberfläche des Schaltungspakets 400 bereitgestellt. Eine Vielzahl an Abschnitten, an denen die Oberfläche des Schaltungspakets 400 exponiert ist und nicht vom Harz des Gehäuses 302 bedeckt wird, werden bereitgestellt, von denen einer für die Messoberfläche 403 ist, die den vorstehend beschriebenen Wärmeübertragungsflächen-Expositionsabschnitt 436 aufweist. Außerdem wird ein Abschnitt bereitgestellt, der zu einem Teil der Flansch 312-Seite in Bezug auf den Befestigungsabschnitt 372 exponiert ist. Darüber hinaus wird der Außenwand-Hohlabschnitt 366 gebildet, um einen Abschnitt der Anstromseite in Bezug auf den Außenwand-Hohlabschnitt 366 zu exponieren, und dieser exponierte Abschnitt dient als Stützabschnitt, der den Temperaturmessabschnitt 452 stützt. Ein Spalt ist derart gebildet, dass ein Abschnitt der Außenfläche des Schaltungspakets 400 in der Flansch 312-Seite in Bezug auf den Befestigungsabschnitt 372 das Schaltungspaket 400 über seinen Außenumfang hinweg umschließt, insbesondere die Seite, die von der Anstromseite des Schaltungspakets 400 zum Flansch 312 hin zeigt und weiter über die Anstromseite des Abschnitts in der Nähe des Anschlusses für das Schaltungspaket 400 verläuft. Da dieser Abschnitt rund um den Abschnitt gebildet ist, in dem die Oberfläche des Schaltungspakets 400 exponiert ist, kann die Wärmemenge reduziert werden, die über den Flansch 312 aus dem Hauptkanal 124 auf das Schaltungspaket 400 übertragen wird, und eine Verschlechterung der Messgenauigkeit, die durch die Wärme verursacht wird, unterdrückt werden.
Zwischen dem Schaltungspaket 400 und dem Flansch 312 ist ein Spalt gebildet, der als Anschlussverbindung 320 dient. Der Verbindungsanschluss 412 des Schaltungspakets 400 und die Innenbuchse des Außenanschlusses 361, die in der Gehäuse 302-Seite des Außenanschlusses 306 angeordnet ist, sind unter Verwendung dieses Verbindungsanschlusses 320 durch eine Punktschweißverbindung, Laserschweißverbindung oder eine ähnliche Verbindung elektrisch miteinander verbunden. Der Spalt der Anschlussverbindung 320 kann, wie oben beschrieben, die Wärmeübertragung aus dem Gehäuse 302 zum Schaltungspaket 400 unterdrücken, und ist als Raum bereitgestellt, der zur Ausführung von Verbindungsarbeiten zwischen dem Verbindungsanschluss 412 des Schaltungspakets 400 und der inneren Buchse des Außenanschlusses 361 des Außenanschlusses 306 verwendet werden kann.
4.3 Bilden des Gehäuses 302 durch einen zweiten Harzformprozess und Erhöhen der Messgenauigkeit
Im Gehäuse 302, das in den 5(A), 5(B), 6(A) und 6(B) dargestellt und weiter oben beschrieben ist, wird das Schaltungspaket 400, das den Luftstrom-Messabschnitt 602 oder die Verarbeitungseinheit 604 aufweist, durch den ersten Harzformprozess hergestellt. Das Gehäuse 302, das zum Beispiel die Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 oder die Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 zur Bildung des Bypasskanals aufweist, wo das Messezielgas 30 strömt, wird anschließend durch den zweiten Harzformprozess hergestellt. Durch diesen zweiten Harzformprozess wird das Schaltungspaket 400 in das Harz des Gehäuses 302 eingebettet und durch Harzformmasse an der Innenseite des Gehäuses 302 befestigt. Als Ergebnis führt der Luftstrom-Messabschnitt 602 eine Wärmeübertragung mit dem Messzielgas 30 durch, sodass eine Konfigurationsabhängigkeit, zum Beispiel eine Positions- oder Richtungsabhängigkeit, zwischen dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsoberfläche 436 zur Messung der Durchflussrate und dem Bypasskanal, einschließlich zum Beispiel der Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 oder der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334, mit bemerkenswert hoher Genauigkeit eingehalten werden kann. Zusätzlich kann ein Fehler oder eine Abweichung, der bzw. die vom Schaltungspaket 400 hervorgerufen wird, auf einen sehr geringen Wert unterdrückt werden. Im Ergebnis dessen kann eine bemerkenswerte Erhöhung der Messgenauigkeit für das Schaltungspaket 400 erzielt werden. So kann zum Beispiel im Vergleich mit einem herkömmlichen Verfahren, in dem die Befestigung unter Verwendung eines Klebstoffes durchgeführt wird, eine doppelte oder noch stärkere Erhöhung der Messgenauigkeit erreicht werden. Da der thermische Durchflussmesser 300 typischerweise in großen Mengen hergestellt wird, ist die Methode mit Klebstoff hinsichtlich der Verbesserung der Messgenauigkeit problematisch. Wenn jedoch das Schaltungspaket 400 im Verlaufe des ersten Harzformprozesses, wie in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, hergestellt wird, und der Bypasskanal anschließend in einem zweiten Harzformprozess zur Bildung des Bypasskanals gebildet wird, der vom Messzielgas 30 durchströmt wird, während das Schaltungspekt 400 und der Bypasskanal befestigt werden, kann eine bemerkenswerte Reduzierung der Veränderlichkeit der Messgenauigkeit und eine bemerkenswerte Erhöhung der Messegenauigkeit für jeden thermischen Durchflussmesser 300 erzielt werden. Dies gilt in ähnlicher Art und Weise für die Ausführungsform der 7 sowie für die Ausführungsform der 5 oder 6.
Unter weiterer Bezugnahme auf die Ausführungsform von zum Beispiel der 5(A), 5(B), 6(A) oder 6(B), ist es möglich, das Schaltungspaket 400 am Gehäuse 302 in solcher Weise zu befestigen, dass eine Beziehung zwischen der Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332, der Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 und dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsoberfläche 436 auf ein spezielles Verhältnis festgelegt wird. Demzufolge kann für jeden der thermischen Durchflussmesser 300, die in hohen Stückzahlen produziert werden, ein Positionszusammenhang oder ein Konfigurationszusammenhang zwischen dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsoberfläche 436 jedes Schaltungspakets 400 und dem Bypasskanal regelmäßig mit bemerkenswert hoher Genauigkeit erhalten werden. Da die Bypass-Kanalrinne dort, wo der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsoberfläche 436 des Schaltungspakets 400 befestigt ist, zum Beispiel wo sich die Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 und die Bypass-Kanalrinne auf der Rückseite 334 befinden, mit bemerkenswert hoher Genauigkeit gebildet werden kann, ist ein Arbeitsvorgang zur Bildung des Bypasskanals in dieser Bypass-Kanalrinne ein Arbeitsvorgang zur Abdeckung beider Seiten des Gehäuses 302 unter Verwendung der vorderen oder hinteren Abdeckung 303 oder 304. Dieser Arbeitsvorgang ist sehr einfach und hat nur wenige Faktoren, welche die Messgenauigkeit beeinträchtigen können. Außerdem wird die vorderer hintere Abdeckung 303 oder 304 durch einen Harzformprozess gebildet, der eine hohe Formgebungsgenauigkeit aufweist. Deshalb kann der Bypass-Kanal in einem speziellen Verhältnis zum Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsoberfläche 436 des Schaltungspakets 400 sehr präzise hergestellt werden. Auf diese Weise ist es möglich, eine hohe Produktivität zusätzlich zur Verbesserung der Messgenauigkeit zu erzielen.
Im Vergleich dazu wurde der thermische Durchflussmesser dem bisherigen Stand der Technik zufolge zuerst durch Herstellung des Bypass-Kanals und anschließend durch Ankleben des Messababschnitts an den Bypass-Kanal unter Verwendung eines Klebstoffs hergestellt. Ein solches Verfahren der Verwendung eines Klebstoffs ist nachteilig, da die Dicke des Klebstoffs unregelmäßig ist und eine Position oder ein Winkel des Klebstoffs in jedem Produkt abweicht. Deshalb gab es eine Begrenzung in der Verbesserung der Messgenauigkeit. Wenn diese Arbeit in Massenproduktion ausgeführt wird, ist es weiterhin schwierig, die Messgenauigkeit zu verbessern.
Bei der Ausführungsform gemäß der Erfindung wird zuerst das Schaltungspaket 400, das den Luftstrom-Messabschnitt 602 aufweist, durch einen ersten Harzformprozess hergestellt und das Schaltungspaket 400 wird durch Harzformmasse befestigt, während die Bypass-Kanalrinne für das Bilden des Bypasskanals durch Harzformmasse durch einen zweiten Harzformprozess gebildet wird. Als Ergebnis ist es möglich, die Form der Bypass-Kanalrinne zu bilden und den Luftstrom-Messabschnitt 602 zur Bypass-Kanalrinne mit bemerkenswert hoher Genauigkeit zu befestigen.
Ein Abschnitt in Zusammenhang mit der Messung der Durchflussrate, wie beispielsweise der Wärmeübertragungsflächen-Expositionsabschnitt 436 des Luftstrom-Messabschnitts 602 oder die Messoberfläche 430, die im Wärmeübertragungsflächen-Expositionsabschnitt 436 installiert ist, wird auf der Fläche des Schaltungspakets 400 gebildet. Anschließend werden die Messoberfläche 430 und der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsoberfläche 436 vom Harz freigelegt, das zum Bilden des Gehäuses 302 verwendet worden ist. Das heißt, dass der der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 und die Messfläche 430 nicht mehr vom Harz bedeckt werden, das zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet worden ist. Die Messoberfläche 430, die durch Harzformung des Schaltungspakets 400 gebildet wird, der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsoberfläche 436 oder der Temperaturmessabschnitt 452 werden direkt nach der Harzformung des Gehäuses 302 zur Messung einer Durchflussrate des thermischen Durchflussratenmessers 300 oder einer Temperatur verwendet. Dadurch wird die Messgenauigkeit erhöht.
In dieser Ausführungsform der Erfindung wird das Schaltungspaket 400 ganzheitlich mit dem Gehäuse 302 zur Befestigung des Schaltungspakets 400 am Gehäuse 302 gebildet, das den Bypasskanal aufweist. Daher ist es möglich, das Schaltungspaket 400 mit einer kleinen Befestigungsfläche am Gehäuse 302 zu befestigen. Das heißt, der Oberflächenbereich des Schaltungspakets 400, der das Gehäuse 302 nicht berührt, kann erhöht werden. Der Oberflächenbereich des Schaltungspakets 400, der das Gehäuse 302 nicht berührt, wird zum Beispiel in einem Spalt exponiert. Die Wärme des Ansaugrohrs wird auf das Gehäuse 302 übertragen und anschließend vom Gehäuse 302 auf das Schaltungspaket 400 übertragen. Selbst wenn die Kontaktfläche zwischen dem Gehäuse 302 und dem Schaltungspaket 400 reduziert ist, anstatt die gesamte Oberfläche oder einen Großteil der gesamten Oberfläche des Schaltungspakets 400 mit dem Gehäuse 302 zu umgeben, ist es möglich, eine hohe Zuverlässigkeit und hohe Genauigkeit aufrechtzuerhalten und das Schaltungspaket 400 am Gehäuse 302 zu befestigen. Aus diesem Grund kann die Wärmeübertragung vom Gehäuse 302 auf das Schaltungspaket 400 unterdrückt werden und damit eine Verringerung der Messgenauigkeit vermieden werden.
In der in 5(A), 5(B), 6(A) oder 6(B) dargestellten Ausführungsform kann die Fläche A der exponierten Oberfläche des Schaltungspakets 400 auf einen Wert festgelegt werden, der gleich oder größer der Fläche B ist, die von einer Formmasse bedeckt wird, die zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird. In dieser Ausführungsform ist die Fläche A größer als die Fläche B. Dadurch lässt sich die Wärmeübertragung vom Gehäuse 302 zum Schaltungspaket 400 unterdrücken. Außerdem kann eine Belastung reduziert werden, die durch einen Unterschied entsteht, der zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des thermisch aushärtbaren Kunststoffes, der zur Bildung des Schaltungspakets 400 verwendet wird, und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des thermisch aushärtbaren Kunststoffes besteht, der zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird.
4.4 Befestigung des Schaltungspakets 400 durch einen zweiten Harzformprozess und die entsprechenden Auswirkungen
In den 11(A), 11(B) und 11(C) zeigt der schraffierte Abschnitt eine Befestigungsoberfläche 432 und eine Befestigungsfläche 434 zur Abdeckung des Schaltungspakets 400 unter Verwendung des Thermoplasts, der im zweiten Harzformprozess zur Befestigung des Schaltungspakets 400 am Gehäuse 302 im zweiten Harzformprozess verwendet wird. Wie bereits vorstehend unter Bezugnahme auf 5(A), 5(B), 6(A) oder 6(B) beschrieben, ist es wichtig, eine hohe Genauigkeit einzuhalten, um ein spezielles Verhältnis zwischen der Messoberfläche 430, dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsoberfläche 436 innerhalb der Messoberfläche 430 und der Form des Bypasskanals einzuhalten. Im zweiten Harzformprozess wird der Bypasskanal gebildet und das Schaltungspaket 400 wird am Gehäuse 302 befestigt, das den Bypasskanal bildet. Demzufolge kann eine Beziehung zwischen dem Bypasskanal, der Messoberfläche 430 und dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsoberfläche 436 mit bemerkenswert hoher Genauigkeit beibehalten werden. Das heißt, da das Schaltungspaket 400 im zweiten Harzformprozess am Gehäuse 302 befestigt wird, ist es möglich, das Schaltungspaket 400 innerhalb der Gussform mit hoher Genauigkeit zu positionieren und zu befestigen, die zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird, das den Bypasskanal aufweist. Durch das Einspritzen von sehr heißem thermoplastischen Harz in diese Matrize, wird der Bypasskanal mit hoher Genauigkeit gebildet, und das Schaltungspaket 400 mit hoher Genauigkeit befestigt.
In dieser Ausführungsform stellt nicht die gesamte Oberfläche des Schaltungspakets 400 eine Befestigungsfläche 432 dar, die mit dem Harz bedeckt ist, das zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird, sondern die vorderseitige Oberfläche ist zu der Seite des Verbindungsanschlusses 412 des Schaltungspakets 400 hin exponiert. Das heißt, dass ein Teil der Fläche so bereitgestellt wird, dass er nicht vom Harz bedeckt ist, das zur Bildung des Gehäuses 302 verwendet wird. In der in den 11(A) bis 11(C) veranschaulichten Ausführungsform, aus der vorderen Fläche des Schaltungspakets 400, ist der Bereich, der nicht vom Harz umgeben ist, das verwendet wird, um das Gehäuse 302 zu bilden, sondern vom Harz freigelegt ist, das verwendet wird, um das Gehäuse 302 zu bilden, größer als der Bereich der Befestigungsflächen 432 und 434, die vom Harz umgeben sind, das verwendet wird, um das Gehäuse 302 zu bilden.
Ein Wärmeausdehnungskoeffizient weicht zwischen dem thermisch aushärtbaren Kunststoff, der verwendet wird, um das Schaltungspaket 400 zu bilden und dem Thermoplast, der verwendet wird, um das Gehäuse 302 zu bilden, das den Befestigungsabschnitt 372 aufweist, ab. Es ist wünschenswert, die Ausübung einer Belastung auf das Schaltungspaket 400, die durch diesen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten hervorgerufen wird, so lange wie möglich zu verhindern. Durch Reduzieren der vorderen Fläche des Schaltungspakets 400 und der Befestigungsfläche 432 ist es möglich, den Einfluss zu reduzieren, der auf dem Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten basiert. Um die Befestigungsfläche 432 auf der vorderen Fläche des Schaltungspakets 400 gering zu halten, ist es möglich zum Beispiel ein Band mit der Breite L zu verwenden.
Es ist möglich, eine mechanische Festigkeit des Vorsprungs 424 durch die Bereitstellung der Befestigungsfläche 432 im Halsabschnitt des Vorsprungs 424 zu vergrößern. Es ist möglich das Schaltungspaket 400 und das Gehäuse 302 durch die Bereitstellung einer bandförmigen Befestigungsfläche entlang einer Strömungsachse des Messzielgases 30 auf der vorderen Fläche des Schaltungspakets 400 und einer Befestigungsfläche über die Strömungsachse des Messzielgases 30 robuster miteinander zu befestigen. Auf der Befestigungsfläche 432 dient ein bandförmiger Abschnitt um das Schaltungspaket 400 herum mit einer Länge L entlang der Messfläche 430, wie oben beschrieben, als Befestigungsfläche entlang der Strömungsachse des Messzielgases 30, und ein Abschnitt, der die Basis des Vorsprungs 424 bedeckt, dient als Befestigungsfläche quer zur Strömungsachse des Messzielgases 30.
In den 11(A), 11(B) und 11(C) wird, wie oben beschrieben, das Schaltungspaket 400 durch den ersten Harzformprozess gebildet. Es ist festzuhalten, dass der schraffierte Abschnitt im äußeren Erscheinungsbild des Schaltungspakets 400 die Befestigungsfläche 432 und die Befestigungsfläche 434 zeigt, wo das Schaltungspaket 400 vom Harz bedeckt ist, das im zweiten Harzformungsprozess verwendet wird, wenn das Gehäuse 302 durch den zweiten Harzformungsprozess gebildet wird, nachdem das Schaltungspaket 400 durch den ersten Harzformungsprozess hergestellt worden ist. Bei 11(A) handelt es sich um eine Seitenansicht von links, in der das Schaltungspaket 400 dargestellt wird, während 11(B) eine Frontansicht des Schaltungspakets 400 darstellt und 11(C) ist eine Ansicht der Rückseite des Schaltungspakets 400. Das Schaltungspaket 400 ist zusammen mit dem Luftstrom-Messabschnitt 602 oder mit der Verarbeitungseinheit 604 eingebettet, die nachfolgend beschrieben wird, und alle genannten Einheiten werden in einem integrierten Formungsprozess unter Verwendung eines thermohärtenden Harzes hergestellt. Auf der Oberfläche des Schaltungspakets 400 in 11(B) wird die Messfläche 430, die als eine Ebene zur Stromausrichtung des Messzielgases 30 dient, in einer Form ausgebildet, die sich in einer Strömungsrichtung des Messzielgases 30 erstreckt. Bei dieser Ausführungsform weist die Messfläche 430 eine rechteckige Form auf, die sich in Strömungsrichtung des Messzielgases 30 erstreckt. Die Messfläche 430 wird so gebildet, dass sie dünner als andere Abschnitte ist, wie in 11(A) illustriert, und ein Teil davon ist mit dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 versehen. Der eingebettete Luftstrom-Messabschnitt 602 führt die Wärmeübertragung an das Messzielgas 30 durch, indem der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 einen Zustand des Messzielgases 30 misst, wie zum Beispiel die Strömungsgeschwindigkeit des Messzielgases 30 und ein elektrisches Signal ausgibt, das die Durchflussrate des Hauptkanals 124 repräsentiert.
Um einen Zustand des Messzielgases 30 mit hoher Genauigkeit unter Verwendung des eingebetteten Luftstrom-Messabschnitts 602 (siehe 19) zu messen, sollte das Gas, das durch die nähere Umgebung des Expositionsabschnittes der Wärmeübertragungsfläche 436 fließt, vorzugsweise in einer laminaren Strömung mit einem kleinen Wirbel vorbeiströmen. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, dass es keinen Höhenunterschied zwischen der Fläche auf der Strömungsflussseite des Expositionsabschnittes der Wärmeübertragungsfläche 436 und der Ebene der Messfläche 430 gibt, die den Gasstrom führt. In dieser Konfiguration ist es möglich, eine unregelmäßige Belastung oder eine Verformung zu unterdrücken, die auf den Luftstrom-Messabschnitt 602 bei einer Beibehaltung der hohen Messgenauigkeit in Bezug auf die Durchflussrate ausgeübt werden würde. Es ist anzumerken, dass der vorgenannte Höhenunterschied bereitgestellt werden kann, wenn er keine Auswirkung auf die Messgenauigkeit der Durchflussrate hat.
Auf der Rückseite der Messfläche 430 des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 verbleibt ein Pressabdruck 442 der Gussform, die während des Harzformprozesses für das Schaltungspaket 400 ein inneres Substrat oder eine innere Platte hält, wie in 11(C) veranschaulicht. Der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 wird zur Durchführung des Wärmeaustausches mit dem Messzielgas 30 verwendet. Um einen Zustand des Messzielgases 30 genau zu messen, ist es wünschenswert, den Wärmeaustausch zwischen dem Luftstrom-Messabschnitt 602 und dem Messzielgas 30 in geeigneter Weise durchzuführen. Aus diesem Grund muss verhindert werden, dass ein Teil des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche vom Harz im ersten Harzformprozess bedeckt wird. Die Gussformen werden sowohl im Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 als auch auf der Rückseite der Messfläche 431 installiert, die deren Rückseitenfläche darstellt, und unter Verwendung dieser Gussformen wird ein Zufluss des Harzes in den Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 verhindert. Ein Pressabdruck 442, der eine konkave Form aufweist, wird auf der Rückseite des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 geformt. In diesem Abschnitt ist es wünschenswert, eine Einrichtung, die als Luftstrom-Messabschnitt 602 dient, oder eine ähnliche Einrichtung in der näheren Umgebung anzuordnen, um die von der Einrichtung erzeugte Wärme so gut wie möglich an die Außenumgebung abzuführen. Der gebildete konkave Abschnitt wird vom Harz weniger beeinflusst und ermöglicht ein leichte Wärmeabführung.
Der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 ist intern mit einer Halbleitermembran ausgestattet, die zum Luftstrom-Messabschnitt 602 gehört. Auf der Rückseite dieser Halbleitermembran wird ein Spalt gebildet. Wenn der Spalt abgedeckt wird, kommt es zu einer Deformation der Halbleitermembran und die Messgenauigkeit wird wegen einer Druckänderung im Innern des Spalts, die durch eine Temperaturänderung verursacht wird, beeinträchtigt. Aus diesem Grund werden in dieser Ausführungsform eine Öffnung 438, die in Verbindung mit dem Spalt auf der Rückseite der Halbleitermembran steht, und auf der Fläche der Vorderseite des Schaltungspakets 400 bereitgestellt wird, sowie ein Verbindungskanal zur Verbindung des Spalts auf der Rückseite der Halbleitermembran mit der Öffnung 438 im Innern des Schaltungspakets 400 bereitgestellt. Hierbei ist anzumerken, dass die Öffnung 438 im unschraffierten Bereich in den 11(A) bis 11(C) bereitgestellt wird, um zu verhindern, dass die Öffnung 438 durch den zweiten Harzformprozesses vom Harz bedeckt wird.
Es ist notwendig die Öffnung 438 im ersten Harzformungsprozess zu bilden, während der Zufluss des Harzes in den Abschnitt der Öffnung 438 unterdrückt wird, indem die Matrizen sowohl an einen Abschnitt der Öffnung 438, als auch an die Rückseite davon angepasst werden, und indem ein Druck auf die Matrizen ausgeübt wird. Die Bildung der Öffnung 438 und des Verbindungskanals, der den Spalt auf der Rückseite der Halbleitermembran mit der Öffnung 438 verbindet, wird nachfolgend beschrieben.
Im Schaltungspaket 400 bleibt der Pressabdruck 442 auf der Rückseite des Schaltungspakets 400 dort erhalten, wo der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 gebildet wird. Im ersten Harzformprozess wird, um einen Zufluss des Harzes zum Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 zu verhindern, eine Gussform, beispielsweise eine Eintauchgussform in einem Abschnitt des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 angebracht, und eine Gussform wird in einem Abschnitt des Pressabdrucks 442 direkt gegenüber der vorgenannten Form angebracht, damit ein Zufluss des Harzes zum Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 unterdrückt wird. Durch die Ausbildung eines Abschnitts des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 auf diese Weise ist es möglich, die Durchflussrate des Messzielgases 30 mit einer entscheidend höheren Genauigkeit zu messen. Da außerdem vom zweiten Harzformprozess kein Harz oder nur wenig im Bereich des Presseabdruck 442 zurückbleibt, gibt es einen größeren Effekt von Hitzestrahlung. In dem Fall, in dem die zweite Platte 536 als Anschlussleitung genutzt wird, können als Folge die benachbarten Schaltkreise durch die Anschlussleitung effektiv erhitzt und bestrahlt werden.
5. Montage der Schaltungskomponenten im Schaltungspaket
5.1 Montage des Rahmens des Schaltungspakets und der Schaltungskomponenten
12 veranschaulicht einen Rahmen 512 des Schaltungspakets 400 und einen Befestigungszustand eines Chips als eine Schaltungskomponente 516, die am Rahmen 512 befestigt wird. Es ist anzumerken, dass die punktierte Linie 508 einen Abschnitt anzeigt, der von der Gussform zur Formung des Schaltungspakets bedeckt wird. Eine Anschlussleitung 514 wird mechanisch mit dem Rahmen 512 verbunden und eine Platte 532 wird in der Mitte des Rahmens 512 befestigt. Ein Chip-ähnlicher Luftstrom-Messabschnitt 602 und eine Verarbeitungseinheit 604 als Large Scale Integrated Circuit (LSI-Schaltkreis) werden auf der Platte 532 montiert. Eine Membran 672 wird im Luftstrom-Messabschnitt 602 bereitgestellt, und jeder Anschluss des Luftstrom-Messabschnitts 602, der nachfolgend beschrieben wird, sowie die Verarbeitungseinheit 604 werden unter Verwendung eines Drahtes 542 angeschlossen. Darüber hinaus wird jeder Anschluss der Verarbeitungseinheit 604 und eine entsprechende Anschlussleitung 514 unter Verwendung eines Drahtes 543 angeschlossen. Weiterhin wird die Anschlussleitung 514, die zwischen einem Abschnitt, der zum Verbindungsanschluss des Schaltungspakets 400 gehört und der Platte 532 angeordnet ist, mit der Chip-ähnlichen Schaltungskomponente 516 dazwischen verbunden.
Der Luftstrom-Messabschnitt 602, der die Membran 672 aufweist, ist an der vordersten Endseite angeordnet, wenn das Schaltungspaket 400 auf diese Weise erzeugt wird. Die Verarbeitungseinheit 604 ist an jener Seite, die zum Verbindungsanschluss für den Luftstrom-Messabschnitt 602 zugehörig ist, in Form eines LSI-Zustandes angeordnet. Außerdem wird ein Verbindungsdraht 543 auf der Anschlussseite der Verarbeitungseinheit 604 angeordnet. Durch eine sequenzielle Anordnung des Luftstrom-Messabschnitts 602, der Verarbeitungseinheit 604, des Drahtes 543, der Schaltungskomponente 516 und der Verbindungsleitung 514 in der genannten Reihenfolge von der vordersten Endseite des Schaltungspakets 400 hin zum Verbindungsanschluss, wird das gesamte Schaltungspaket 400 einfach und kompakt.
Eine dicke Leitung wird zur Stützung der Platte 532 bereitgestellt. Diese Leitung ist am Rahmen 512 unter Verwendung der Leitung 556 oder 558 befestigt. Es ist anzumerken, dass eine Leitungsfläche, die über dieselbe Fläche verfügt, wie die der Platte 532, die an die dicke Leitung angeschlossen ist, auf der unteren Fläche der Platte 532 bereitgestellt wird, und dass die Platte 532 auf der Leitungsfläche montiert wird. Diese Leitungsfläche ist geerdet. Als Ergebnis kann ein Rauschen unterdrückt werden, indem die Schaltung des Luftstrom-Messabschnitts 602 oder der Verarbeitungseinheit 604 unter Verwendung der Leitungsfläche gemeinsam geerdet werden, damit die Messgenauigkeit des Messzielgases 30 erhöht wird. Zusätzlich wird eine Leitung 544 in der Anstromseite des Strömungsweges von der Platte 532 bereitgestellt, das heißt, auf solche Weise, dass diese entlang einer Achse, die quer zur Achse des Luftstrom-Messabschnitts 602, der Verarbeitungseinheit 604 oder der oben beschriebenen Schaltungskomponente 516 gerichtet ist, hervorsteht. Ein Temperaturerfassungselement 518, zum Beispiel ein Chip-ähnlicher Thermistor, wird an diese Leitung 544 angeschlossen. Weiterhin werden eine Leitung 548 in der näheren Umgebung der Verarbeitungseinheit 604 bereitgestellt, die eine Basis des hervorstehenden Teils bildet, und die Leitungen 544 und 548 werden unter Verwendung einer dünnen Verbindungsleitung 546 elektrisch verbunden. Da die Leitungen 548 und 544 direkt verbunden sind, wird die Wärme durch die Leitungen 548 und 544 zum Temperaturerfassungselement 518 übertragen, sodass es schwierig sein kann, eine Temperatur des Messzielgases 30 genau zu messen. Daher kann durch den Anschluss eines Drahtes, der eine geringe Querschnittsfläche und einen hohen Wärmewiderstand aufweist, ein Wärmewiderstand zwischen den Leitungen 548 und 544 erhöht werden. Als Ergebnis kann die Genauigkeit der Temperaturmessung des Messzielgases 30 erhöht werden, indem verhindert wird, dass der Einfluss der Wärme das Temperaturerfassungselement 518 erreicht.
Die Leitung 548 wird durch die Leitung 552 oder 554 am Rahmen 512 befestigt. Ein Verbindungsabschnitt zwischen der Leitung 552 oder 554 und dem Rahmen 512 wird am Rahmen 512 befestigt, während er gegen die Richtung, in die das vorspringende Temperaturerfassungselement 518 vorsteht, geneigt ist, und die Gussform ist in diesem Bereich ebenfalls geneigt. Wenn das Formharz im ersten Harzformprozess entlang dieser Neigung fließt, fließt das Formharz des ersten Harzformprozesses gleichmäßig zum vordersten Endabschnitt, wo das Temperaturerfassungselement 518 bereitgestellt ist, so dass die Zuverlässigkeit erhöht wird.
In 12 zeigt ein Pfeil eine Harzeinspritzrichtung an. Der Führungsrahmen, auf dem eine Schaltungskomponente montiert ist, wird von der Gussform bedeckt, und eine gepresste Passöffnung 590 zur Harzeinspritzung in die Gussform wird an der umkreisten Stelle bereitgestellt, so dass ein thermohärtendes Harz entlang der Richtung des Pfeiles 592 in die Gussform eingespritzt wird. Die Schaltungskomponente 516 oder das Temperaturerfassungselement 518 und die Leitung 544, die zum Halten des Temperaturerfassungselements 518 dient, sind entlang der Richtung des Pfeils 592 von der gepressten Passöffnung 590 aus gesehen bereitgestellt. Weiterhin werden die Platte 532, die Verarbeitungseinheit 604 und der Luftstrom-Messabschnitt 602 in einer Richtung bereitgestellt, die näherungsweise der Richtung des Pfeils 592 entspricht. In dieser Anordnung fließt das Harz gleichmäßig innerhalb des ersten Harzformprozesses. Im ersten Harzformprozess wird ein thermohärtendes Harz verwendet, so dass es wichtig ist, dass sich das Harz voll ausbreitet, bevor die Erhärtung stattfindet. Aus diesem Grund sind die Anordnung einer Schaltungskomponente der Leitung 514 oder ein Draht und eine Beziehung zwischen der gepressten Passöffnung 590 und der Einspritzrichtung wichtig.
5.2 Aufbau des Verbindungsspalts auf der Rückseite von Membran und Öffnung
Bei 13 handelt es sich um die Darstellung eines Teils der Querschnittfläche, die entlang einer Linie C-C in 12 gezogen wurde, und die zur Beschreibung einer Membran 672 und einer Verbindungsöffnung 676, die einen Spalt 674 im Innern der Membran 672 und die Öffnung 520 verbindet, verwendet wird.
Wie oben beschrieben, wird der Luftstrom-Messabschnitt 602 zur Messung der Durchflussrate des Messzielgases 30 mit einer Membran 672 versehen, wobei ein Spalt 674 auf der Rückseite der Membran 672 bereitgestellt wird. Obwohl hier nicht dargestellt, wird die Membran 672 mit einem Element zum Wärmeaustausch mit dem Messzielgas 30 versehen, und die Durchflussrate wird dadurch gemessen. Wenn die Wärme auf die Elemente übertragen wird, die in der Membran 672 durch die Membran 672 separat zum Wärmeaustausch mit dem Messzielgas 30 herausgebildet werden, ist es schwierig, die Durchflussrate genau zu messen. Deshalb ist es notwendig, einen Wärmewiderstand der Membran 672 zu erhöhen und die Membran 672 so dünn wie möglich auszubilden.
Die Membran 672 im ersten Harzformungsprozess wird im ersten Harz in des Schaltungspakets 400 eingebettet und befestigt. Die Oberfläche der Membran 672 ist mit den Elementen versehen (nicht abgebildet). Diese Elemente führen den Wärmeaustausch mit dem Messzielgas 30 (nicht abgebildet) durch die Wärmeaustauschfläche auf der Oberfläche der Elemente im Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 durch. Die Wärmeübertragungsfläche 437 kann auf der Oberfläche jedes Elements bereitgestellt werden oder mit einem dünnen Schutzfilm versehen werden. Es ist wünschenswert, dass die Wärmeübertragung zwischen den Elementen und dem Messzielgas 30 gleichmäßig durchgeführt und die direkte Wärmeübertragung zwischen den Elementen so stark wie möglich reduziert wird.
Ein Abschnitt der Membran 672, in der die Elemente bereitgestellt werden, ist im Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 der Messfläche 430 angeordnet, und die Wärmeübertragungsfläche 437 ist vom Harz freigelegt, das zur Formung der Messfläche 430 verwendet wird. Der äußere Umfang der Membran 672 wird durch das thermoplastische Harz aus dem ersten Harzformungsprozess, in dem die Messoberfläche 430 gebildet wurde, bedeckt. Wenn nur die Seitenfläche der Membran 672 vom thermohärtenden Harz bedeckt ist, und die Oberflächenseite des äußeren Umfangs der Membran 672 nicht vom thermohärtenden Harz bedeckt ist, wird eine Belastung im Harz, das zur Bildung der Messfläche 430 verwendet wird, nur von der Seitenfläche der Membran 672 aufgenommen, so dass eine Verformung in der Membran 672 erzeugt werden kann, und es zu einer Verschlechterung der Kennwerte kommen kann. Die Verformung der Membran 672 wird durch Bedeckung des äußeren Umfangabschnitts der Membran 672 mit dem thermohärtenden Harz, wie in 13 veranschaulicht, reduziert. Währenddessen wird die Strömung des Messzielgases 30 gestört, wenn zwischen der Wärmeübertragungsfläche 437 und der Messfläche 430 dort, wo das Messzielgas 30 entlang strömt, ein großer Höhenunterschied besteht, so dass die Messgenauigkeit beeinträchtigt wird. Daher ist es wünschenswert, dass der Höhenunterschied W zwischen der Wärmeübertragungsfläche 437 und der Messfläche 430 dort, wo das Messzielgas 30 entlangströmt, gering ist.
Die Membran 672 wird dünn ausgebildet, um die Wärmeübertragung zwischen jedem Element und einem Spalt 674 zu unterdrücken, der auf der Rückseite des Membran 672 gebildet wird. Wenn dieser Spalt 674 abgedichtet ist, ändert sich ein Druck des Spalts 674, der auf der Rückseite der Membran 672 gebildet ist, in Abhängigkeit von einer Temperaturänderung. Wenn der Druckunterschied zwischen dem Spalt 674 und der Oberfläche der Membran 672 zunimmt, nimmt die Membran 672 diesen Druck auf und verformt sich. Damit wird eine genaue Messung schwierig. Aus diesem Grund wird die Öffnung 520, die mit der nach außen führenden Öffnung 438 verbunden ist, in der Platte 532 bereitgestellt. Zusätzlich gibt es eine Verbindungsöffnung 676, die die Öffnung 520 mit der Membran 672 verbindet. Diese Verbindungsöffnung 676 besteht aus beispielsweise einem Plattenpaar, das aus den der ersten und zweiten Platte 534 und 536 gebildet wird. Die erste Platte 534 ist mit Öffnungen 520 und 521 und einer Rinne zur Formung der Verbindungsöffnung 676 versehen. Die Verbindungsöffnung 676 entsteht durch das Abdecken der Rinne sowie der Öffnungen 520 und 521 mit der zweiten Platte 536. Unter Verwendung der Verbindungsöffnung 676 und der Öffnung 520 ist der Druck an den vorderen und hinteren Oberflächen der Membran 672 in etwa gleich, so dass die Messgenauigkeit verbessert wird.
Wie oben beschrieben, kann die Verbindungsöffnung 676 durch das Abdecken der Rinne sowie der Löcher 520 und 521 mit der zweiten Platte 536 gebildet werden. Alternativ dazu kann der Leiterrahmen als zweite Platte 536 genutzt werden. Wie in 12 beschrieben sind die Membran 672 und die LSI-Schaltung als Verarbeitungseinheit 604 auf der Platte 532 montiert. Ein Leiterrahmen für das Tragen der Platte 532, wo die Membran 672 und die Verarbeitungseinheit 604 befestigt sind, ist darunter bereitgestellt. Deshalb wird durch Verwenden des Leiterrahmens die Struktur einfacher. Außerdem kann der Leiterrahmen als eine Masseelektrode verwendet werden. Wenn der Leiterrahmen als die zweite Platte 536 dient und die Verbindungsöffnung 676 durch Abdecken der Öffnungen 520 und 521 gebildet wird, die in der ersten Platte 534 unter Verwendung des Leiterrahmens gebildet sind, und die Rinne abdecken, die in der ersten Platte 534 unter Verwendung des Leiterrahmens gebildet ist, kann auf diese Weise die gesamte Struktur vereinfacht werden. Außerdem ist es möglich, den Einfluss eines Rauschens von außerhalb der Membran 672 und der Verarbeitungseinheit 604 zu reduzieren, da der Leiterrahmen als eine Masseelektrode dient.
Die 14 stellt einen Zustand dar, in dem der Rahmen in 12 aus thermohärtendem Harz im ersten Harzformprozess gebildet wird und mit dem thermohärtenden Harz bedeckt ist. Durch diese Formung wird die Messoberfläche auf der vorderen Fläche des Schaltungspakets 430 erzeugt. Der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 befindet sich auf der Messoberfläche 430. Der Spalt 674 auf der Rückseite der Membran 672, die im Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 liegt, ist mit der Öffnung 438 verbunden. Der Temperaturmessabschnitt 452, der für die Messung der Temperatur des Messzielgases 30 zuständig ist, ist im vorderen Ende des Vorsprunges 424 bereitgestellt und das Temperaturerfassungselement 518 ist im Inneren eingebettet. Innerhalb des Vorsprungs 424 ist eine Leitung für das Extrahieren des elektrischen Signals des Temperaturerfassungselements 518 segmentiert und eine Verbindungsleitung 546, die einen großen Wärmewiderstand aufweist, angeordnet, um eine Wärmeübertragung zu unterdrücken. Als Ergebnis ist es möglich, die Wärmeübertragung von der Basis des Vorsprungs 424 hin zum Temperaturmessabschnitt 452 und somit auch den Einfluss der Wärme zu unterdrücken.
Ein Gefälleabschnitt 594 oder 596 wird an der Basis des Vorsprungs 424 gebildet. Der Harzfluss im ersten Harzformungsprozess wird dadurch gleichmäßig. Außerdem strömt das Messzielgas 30, das durch den Temperaturmessabschnitt 452 gemessen wird, gleichmäßig vom Vorsprung 424 zu seinem Unterteil unter Verwendung des Neigungsabschnitts 594 oder 596, während der Temperaturmessabschnitt 452 in einem Fahrzeug angebracht und betrieben wird, sodass das Unterteil des Vorsprungs 424 gekühlt wird. Daher ist es möglich, den Einfluss der Wärme auf den Temperaturmessabschnitt 452 zu reduzieren. Nach dem Zustand gemäß 14 wird die Leitung 514 von jedem Anschluss abgetrennt, um als Verbindungsanschluss 412 oder Anschluss 414 zu dienen.
Im ersten Harzformungsprozess ist es erforderlich, einen Zufluss des Harzes zum Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 oder zur Öffnung 438 zu verhindern. Daher wird ein Zufluss des Harzes im ersten Harzformungsprozess an einer Stelle des Expositionsabschnittes der Wärmeübertragungsfläche 436 oder der Öffnung 438 unterdrückt. Zum Beispiel wird eine Eintauchgussform installiert, die größer als die Membran 672 ist, und auf der Rückseite davon eine Presse installiert, um von beiden Flächen aus einen Druck auszuüben. In der 11(C) verbleibt der Pressabdruck 442 oder 441 auf der Rückseite, die zum Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436, zur Öffnung 438 in 14, zum Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 oder zur Öffnung 438 in 11(B) gehört.
In der Oberfläche des Schaltungspakets 400, wo der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 gebildet wird. Im ersten Harzformprozess wird, um einen Zufluss des Harzes zum Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 zu verhindern, eine Gussform, beispielsweise eine Eintauchgussform in einem Abschnitt des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 angebracht, und eine Gussform wird in einem Abschnitt des Pressabdrucks 442 direkt gegenüber der vorgenannten Form angebracht, damit ein Zufluss des Harzes zum Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 unterdrückt wird. Durch Bilden eines Abschnitts des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436 auf diese Weise ist es möglich, die Durchflussrate des Messzielgases 30 mit einer bemerkenswert höheren Genauigkeit zu messen. Da außerdem vom dem zweiten Harzformprozess kein Harz oder nur wenig im Bereich des Presseabdruck 442 zurückbleibt, gibt es einen größeren Effekt von Hitzestrahlung. In dem Fall, in dem die zweite Platte 536 als Anschlussleitung genutzt wird, können als Folge die benachbarten Schaltkreise durch die Anschlussleitung effektiv erhitzt und bestrahlt werden.
In 14 ist eine Ausschnittfläche der Leitung, die vom Rahmen 512 getrennt ist, von der Harzfläche freigelegt, sodass Feuchtigkeit oder Ähnliches in die Ausschnittfläche der Leitung während der Verwendung eindringen kann. Es ist wichtig, ein solches Problem vom Standpunkt der Haltbarkeit oder Zuverlässigkeit aus zu verhindern. Zum Beispiel ist ein Teil der Befestigungsfläche 434 in 14 von dem Harz aus dem zweiten Harzformungsprozess bedeckt und der Oberflächenausschnitt ist freigelegt. Außerdem wird der ausgeschnittene Abschnitt für die Leitung am Gefälleabschnitt 594 oder 596 durch den zweiten Harzformungsprozess vom Harz bedeckt, und der Oberflächenausschnitt zwischen den Leitungen 552 oder 554 und dem Rahmen 512, wie in 12 veranschaulicht, ist vom Harz bedeckt. Dadurch ist es möglich, eine Erosion der Leitung 552 oder 554 oder das Eindringen von Wasser aus dem ausgeschnittenen Abschnitt zu verhindern. Der ausgeschnittene Abschnitt der Leitung 552 oder 554 grenzt an einen bedeutenden Leitungsabschnitt an, der das elektrische Signal des Temperaturmessabschnitts 452 überträgt. Daher ist eine Abdeckung des ausgeschnittenen Abschnitts im zweiten Harzformungsprozess wünschenswert.
5.3 Eine andere Ausführungsform des Schaltungspakets 400
15(A) und 15(B) stellen eine andere Ausführungsform des Schaltungspakets 400 dar. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen wie in anderen Zeichnungen gleiche Elemente. In der Ausführungsform, die in Bezug auf die 11(A) bis 11(C) oben beschrieben ist, sind der Verbindungsanschluss 412 und der Anschluss 414 des Schaltungspaketes 400 in der gleichen Seite des Schaltungspaketes 400 bereitgestellt. Im Vergleich dazu werden der Verbindungsanschluss 412 und der Anschluss 414 in der Ausführungsform der 15(A) und 15(B) auf unterschiedlichen Seiten bereitgestellt. Der Anschluss 414 ist ein Anschluss, der nicht mit dem Verbindungsanschluss verbunden ist, der mit der Außenseite im thermischen Durchflussmesser 300 verbunden ist. Wenn der Verbindungsanschluss 412, der im thermischen Durchflussmesser 300 nach außen verbunden ist, und der Anschluss 414, der nicht nach außen verbunden ist, auf diese Weise in unterschiedlichen Richtungen bereitgestellt sind, kann ein Abstand zwischen dem Verbindungsanschluss 412 und dem Anschluss erweitert und die Bearbeitbarkeit verbessert werden. Wenn sich weiterhin der Anschluss 414 in eine Richtung erstreckt, die sich von der des Verbindungsanschlusses 412 unterscheidet, ist es möglich, zu verhindern, dass sich die Leitung im Innern des Rahmens 512 auf einen Teil konzentriert, und die Anordnung der Leitung innerhalb des Rahmens 512 wirderleichtert. Insbesondere wird ein Chip-Kondensator als Schaltungskomponente 516 mit einem Abschnitt der Leitung verbunden, der zum Verbindungsanschluss 412 gehört. Zur Bereitstellung einer solchen Schaltungskomponente 516 ist ein etwas größerer Raum erforderlich. In der Ausführung gemäß den 15(A) und 15(B) ist es möglich, auf einfache Weise einen Raum für die dem Verbindungsanschluss 412 entsprechende Leitung zu erhalten.
Ähnlich wie im Schaltungspaket 400 in 11 verfügt auch das Schaltungspaket 400, das in 15 dargestellt ist, über die Gefälleabschnitte 462 und 464 mit einer sich sanft verändernden Dicke. Der Gefälleabschnitt wird im verengten Abschnitt des Vorsprungs 424 gebildet und hebt sich aus dem Halteteil des Schaltungspakets 422 hervor. Es sind die gleichen Auswirkungen beschrieben, wie in Bezug auf 11. Mit andern Worten ragt in 15 der Vorsprung 424 in einer Form aus der Seitenfläche des Halteteils des Schaltungspaketkörpers 422 hervor, die sich in Anströmrichtung des Messzielgases erstreckt. Der Temperaturmessabschnitt 452 wird im Bereich des vorderen Endes des Vorsprungs 424 und das Temperaturmesselement 518 wird im Innern des Temperaturmessabschnitts 452 eingelassen. Die Gefälleabschnitte 462 und 464 werden in einem Abschnitt bereitgestellt, die den Vorsprung 424 und das Schaltungspaket 422 verbinden. Der Vorsprung 424 wird so geformt, dass seine Basis durch die Gefälleabschnitte 462 oder 464 verdickt wird. Der Halsbereich des Vorsprungs 424 verengt sich allmählich in Richtung vorderes Ende.
Mit dieser Form, kann als Methode eine Folie im Inneren der Matrize geformt werden, um das Element im Harzformungsprozess beim Erstellen des Schaltungspakets 400 zu schützen. In diesem Fall können die Folie und die innere Oberfläche der Matrize sicher anliegen, so dass die Zuverlässigkeit verbessert wird. Darüber hinaus ist die mechanische Festigkeit des Vorsprungs 424 schwach, so dass er leicht umknicken kann. Der Vorsprung 424 ist an seiner Basis verdickt und verjüngt sich in Richtung seines vorderen Endes. Damit wird die Belastungsspannung an der Basis abgeschwächt, was ihm eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit verleiht. Außerdem kann der Vorsprung bei einer Volumensänderung, die durch die Aushärtung des Harzes verursacht wird, leicht verbogen werden, wenn im Harzformungsprozess der Vorsprung 424 gebildet wird. Diese Auswirkung kann reduziert werden. Um die Temperatur des Messzielgases 30 so genau wie möglich zu messen, sollte der Vorsprungs 424 lang ausgebildet sein. Die Wärmeübertragung vom Halteteil des Schaltungspakets 422 auf das Temperaturmesselement 518, das im Temperaturmessabschnitt 452 liegt, kann einfach verringert werden, indem die der Vorsprung 424 lang ausgebildet wird.
Wie in 11(B) und 11(C) gezeigt ist die Basis des Vorsprungs 424 dick ausgebildet und vom Gehäuse 302 umgeben. Dadurch wird das Schaltungspaket 400 am Gehäuse 302 befestigt. Da auf diese Weise die Basis des Vorsprungs 424 mit dem Harz des Gehäuses 302 bedeckt wird, wird eine Beschädigung des Vorsprungs 424 durch mechanische Einflüsse verhindert. Darüber hinaus werden verschiedene Effekte, die in Bezug auf 11 beschrieben wurden, erreicht.
Die Beschreibungen für Öffnung 438, Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436, Messfläche 430, Pressabdruck 441 und Pressabdruck 442 in 15(A) und 15(B) sind ähnlich zu den obigen Beschreibungen und haben dieselben funktionalen Effekte. Zur Vereinfachung werden die detaillierten Beschreibungen deshalb hier nicht wiederholt.
6. Prozess der Herstellung des thermischen Durchflussmessers 300
6.1 Prozess der Herstellung des Schaltungspakets 400
16 veranschaulicht einen Prozess der Herstellung des Schaltungspakets 400 innerhalb eines Prozesses der Herstellung des thermischen Durchflussmessers 300. 17 veranschaulicht einen Prozess der Herstellung eines thermischen Durchflussmessers und 18 veranschaulicht einen Prozess der Herstellung des thermischen Durchflussmessers gemäß einer anderen Ausführungsform. Die 16 zeigt in Schritt 1 den Herstellungsprozess eines Rahmens der 12. Dieser Rahmen wird beispielsweise durch einen Pressumformprozess geformt. In Schritt 2 wird zuerst die Platte 532 am Rahmen befestigt, der durch den Schritt 1 erzeugt worden ist, und der Luftstrom-Messabschnitt 602 oder die Verarbeitungseinheit 604 wird weiter an der Platte 532 befestigt. Anschließend werden das Temperaturmesselement 518 und die Schaltungskomponente, beispielsweise ein Chip-Kondensator, montiert. In Schritt 2 wird die elektrische Verdrahtung zwischen den Schaltungskomponenten, zwischen der Schaltungskomponente und der Leitung sowie zwischen den Leitungen durchgeführt. In Schritt 2 werden die Leitungen 544 und 548 unter Verwendung einer Verbindungsleitung 546 zur Erhöhung eines Wärmewiderstände angeschlossen. In Schritt 2 wird die in 12 veranschaulichte Schaltungskomponente am Rahmen 512 montiert und die elektrische Verdrahtung weiter fortgesetzt, so dass ein elektrischer Stromkreis gebildet wird.
Anschließend wird in Schritt 3 im ersten Harzformungsprozess mit thermoplastischem Harz die Formung durchgeführt. Das geformte Schaltungspaket 400 wird in 14 gezeigt. Außerdem werden in Schritt 3 alle verbundenen Leitungen vom Rahmen 512 abgetrennt und alle Einzelleitungen voneinander getrennt, so dass das Schaltungspaket 400 der bis oder und erhalten wird. In diesem Schaltungspaket 400, wie in 11(A) bis 11(C) oder 15(A) und 15(B) veranschaulicht, wird die Messfläche 430 oder der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 gebildet.
In Schritt 4 wird das erhaltene Schaltungspaket 400 visuell oder auf dessen Funktionstüchtigkeit geprüft Im ersten Harzformungsprozess in Schritt 3 wird ein Harzformungsverfahren angewendet. Der elektrische Stromkreis, der in in Schritt 2 erhalten wurde, wird auf der Innenseite der Gussform befestigt und ein Harz mit hoher Temperatur und großem Druck in die Gussform gespritzt. Deshalb ist es wünschenswert, die elektrische Komponente oder die elektrische Verdrahtung auf Anomalitäten hin zu überprüfen. Für diese Überprüfung werden der Anschluss 414 in Verbindung mit dem Verbindungsanschluss 412 in 11(A) bis 11(C) oder 15(A) und 15(B) verwendet. Es sei darauf hingewiesen, dass der Anschluss 414 später nicht mehr gebraucht wird. Er kann nach der Überprüfung von der Basis abgetrennt werden. Zum Beispiel wird der Anschluss 414 wie in 15(A) und 15(B) hingewiesen, nach Gebrauch von der Basis abgetrennt.
6.2 Herstellungsprozess eines thermischen Durchflussmesser 300 und die Kalibrierung der Kennwerte der Messung
In 17 werden die Schaltbaugruppe 400 gemäß 16 und der externe Anschluss 306 gemäß einer verwendeten Methode (nicht dargestellt) hergestellt. In Schritt 5 wird das Gehäuse 302 im zweiten Harzformungsprozess gebildet. Das Gehäuse 302 wird gemeinsam mit der Harz-Bypass-Kanalrinne, dem Flansch 312 und dem externen Anschluss 305 erstellt. Der schraffierte Bereich des Schaltungspakets 400 in 11 wird im zweiten Harzformungsprozess mit Harz bedeckt. Das Schaltungspaket 400 wird am Gehäuse 302 befestigt. Durch die Kombination der Herstellung (Schritt 3) des Schaltungspakets 400 im ersten Harzformungsprozess und des Gehäuses 302 vom thermischer Durchflussmesser 300 im zweiten Harzformungsprozess, wird die Genauigkeit der Erfassung der Durchflussrate merklich verbessert. In Schritt 6 wird die innere Buchse des externen Anschlusses 361, zu sehen in 10, getrennt. In Schritt 7 werden der Verbindungsanschluss 412 und die innere Buchse des externen Anschlusses 361 verbunden.
Das Gehäuse 302 wird in Schritt 7 erstellt. In Schritt 8 werden die Frontabdeckung 303 und die Rückabdeckung 304 am Gehäuse 302 angebracht, so dass die Innenseite des Gehäuses 302 durch die Front- und Rückabdeckung 303 und 304 versiegelt wird. Außerdem wird der Bypass-Kanal, durch den das Messzielgas 30 fließen wird, erstellt. Damit ist der thermische Durchflussmesser 300 komplett. Zusätzlich wird eine Mündungsstruktur, wie in 7 beschrieben, durch den Vorsprung 356 in der Frontabdeckung 303 oder der Rückabdeckung 304 erstellt. Es ist anzumerken, dass die Frontabdeckung 303 durch die Formung in Schritt 10 und die Rückabdeckung 304 durch die Formung im Schritt 11 gebildet werden. Außerdem werden die Front- und Rückabdeckungen 303 und 304 in separaten Prozessen mit zwei unterschiedlichen Gussformen gebildet.
In Schritt 9 wird ein besonderer Praxistest gezeigt, indem Gas durch den Bypass-Kanal geleitet wird. Da das Verhältnis zwischen Bypass-Kanal und Luftstrom-Messabschnitt, wie oben bechrieben, mit hoher Genauigkeit beibehalten wird, wird durch eine charakteristische Kalibrierung mithilfe eines Tests eine bemerkenswert hohe Messgenauigkeit erzielt. Da außerdem die Formung des Bypass-Kanals und des Luftstrom-Messabschnitts so durchgeführt wird, dass ein bestimmtes Verhältnis der Position oder der Konfiguration im ersten und zweiten Harzformungsprozess eingehalten wird, ändert sich diese Eigenschaft selbst bei lang andauernder Nutzung nicht, und zusätzlich zur hohen Messgenauigkeit wird eine hohe Zuverlässigkeit erzielt.
6.3 Eine andere Ausführungsform zur Herstellung des thermischen Durchflussmessers 300
In 18 werden das Schaltungspaket 400 gemäß 16 und der externe Anschluss 306 gemäß einer verwendeten Methode (nicht dargestellt) hergestellt. In Schritt 12 werden vor dem zweiten Harzformungsprozess, der Verbindungsanschluss 412 des Schaltungspakets 400 und die innere Buchse des externen Anschlusses 361 verbunden. In diesem Fall oder im Prozess vor Schritt 12 wird jede innere Buchse des externen Anschlusses 361, wie in 10 veranschaulicht, getrennt. In Schritt 13 wird das Gehäuse 302 im zweiten Harzformungsprozess gebildet. Das Gehäuse 302 wird gemeinsam mit der Harz-Bypass-Kanalrinne, dem Flansch 312 und dem externen Anschluss 305 erstellt. Der schraffierte Bereich des Schaltungspakets 400 in 11 wird im zweiten Harzformungsprozess mit Harz bedeckt. Das Schaltungspaket 400 wird am Gehäuse 302 befestigt. Durch die Kombination der Herstellung (Schritt 3) des Schaltungspakets 400 im ersten Harzformungsprozess und des Gehäuses 302 vom thermischen Durchflussmasser 300 im zweiten Harzformungsprozess, wird die Genauigkeit der Erfassung der Durchflussrate merklich verbessert.
Das Gehäuse 302 in Schritt 13 gebildet. In Schritt 8 werden die Front- und Rückabdeckungen 303 und 304 am Gehäuse 302 angebracht, so dass die Innenseite des Gehäuses 302 durch die Front- und Rückabdeckung 303 und 304 versiegelt wird. Außerdem wird der Bypass-Kanal, durch den das Messzielgas 30 fließen wird, erstellt. Zusätzlich wird eine Mündungsstruktur, wie in 7(A), 7(B) beschrieben, durch den Vorsprung 356 in der Frontabdeckung 303 oder der Rückabdeckung 304 erstellt. Es ist anzumerken, dass die Frontabdeckung 303 durch die Formung in Schritt 10 und die Rückabdeckung 304 durch die Formung im Schritt 11 gebildet werden. Außerdem werden die Front- und Rückabdeckungen 303 und 304 in separaten Prozessen mit zwei unterschiedlichen Gussformen gebildet.
In Schritt 9 wird ein besonderer Praxistest gezeigt, indem Luft durch den Bypass-Kanal geleitet wird. Da, wie weiter oben beschrieben, das Verhältnis zwischen dem Bypass-Kanal und dem Luftstrom-Messabschnitt sehr präzise sein muss, wird die signifikant hohe Messgenauigkeit durch eine besondere Kalibrierung mit Hilfe eines besonderen Tests gewährleistet. Da bei der Formung des Bypass-Kanals und des Luftstrom-Messabschnitts auf ein bestimmtes Verhältnis der Position oder der Konfiguration geachtet werden muss. ist es im ersten und zweiten Harzformungsprozess entscheidend, dass sich die Eigenschaften nicht wesentlich ändern. Dies gilt für allem für eine lange Nutzungsdauer sowie für hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit.
7. Schaltungskonfiguration des thermischen Durchflussmessers 300
7.1 Gesamte Schaltungskonfiguration des thermischen Durchflussmessers 300
19 ist ein Schaltplan, der die Durchflussraten-Sensorschaltung 601 des thermischen Durchflussmessers 300 zeigt. Es ist anzumerken, dass der Messkreis, der in Bezug auf den Temperaturmessabschnitt 452 in der oben erwähnten Ausführungsform beschrieben ist, im thermischen Durchflussmesser 300 ebenfalls vorgesehen ist, jedoch in 19 absichtlich nicht dargestellt wird. Die Durchflussraten-Sensorschaltung 601 des thermischen Durchflussmessers 300 beinhaltet den Luftstrom-Messabschnitt 602 mit dem Wärmeerzeuger 608 und der Verarbeitungseinheit 604. Die Verarbeitungseinheit 604 steuert die Wärmemenge des Wärmeerzeugers 608 als Teil des Luftstrom-Messabschnitts 602 und sendet über den Anschluss 662 ein Signal, das die Durchflussrate, die im Luftstrom-Messabschnitt 602 erfasst worden ist, angibt. Für diese Verarbeitung umfasst die Verarbeitungseinheit 604 eine zentrale Verarbeitungseinheit (nachfolgend als „CPU” bezeichnet) 612, eine Eingangsschaltung 614, eine Ausgangsschaltung 616, einen Speicher 618, für das Speichern von Daten, die ein Verhältnis zwischen dem Kalibrierungswert oder dem Messwert und der Durchflussrate darstellen, und einen Hauptstromkreis 622 zur Versorgung mit einer bestimmten Spannung fur jeden erforderlichen Stromkreis. Der Hauptstromkreis 622 wird aus einer externen Stromquelle wie einer Autobatterie über den Anschluss 664 und einen Masseanschluss (nicht veranschaulicht) mit Gleichstrom versorgt.
Der Luftstrom-Messabschnitt 602 ist mit einem Wärmeerzeuger 608 zur Erwärmung des Messzielgases 30 ausgestattet. Eine Spannung V1 wird vom Hauptstromkreis 622 an einen Kollektor eines Transistors 606 bereitgestellt, der im Versorgungsstromkreis des Wärmegenerators 608 eingeschlossen ist, und ein Steuersignal wird von der CPU 612 durch die Ausgangsschaltung 616 an eine Basis des Transistors 606 übertragen. Auf der Grundlage dieses Kontrollsignals wird Strom vom Transitor 606 zum Wärmegenerator 608 über den Anschluss 624 geliefert. Die dem Wärmegenerator 608 zugeführte Strommenge wird durch ein Steuersignal von der CPU 612 gesteuert, das durch die Ausgangsschaltung 616 an den Transistor 606 des Versorgungsstromkreises des Wärmegenerators 608 übertragen wird. Die Verarbeitungseinheit 604 steuert die Wärmemenge des Wärmeerzeugers 608, so dass sich die Temperatur des Messzielgases 30 sich um eine vorgegebene Temperaturdifferenz erhöht, zum Beispiel durch eine Erwärmung mit dem Wärmeerzeuger 608 um 100°C, gemessen von der Anfangstemperatur.
Der Luftstrom-Messabschnitt 602 schließt eine Wärmesteuerbrücke 640 zur Steuerung einer Wärmemenge des Wärmeerzeugers 608 und eine Brückenschaltung des Luftstromsensors 650 zur Messung der Durchflussrate ein. Eine vorgegebene Spannung V3 wird an einem Ende der Wärmesteuerbrücke 640 vom Hauptstromkreis 622 über den Anschluss 626 geliefert. Das andere Ende der Wärmesteuerbrücke 640 ist mit dem Masseanschluss 630 verbunden. Außerdem wird eine vorgegebene Spannung V2 an ein Ende der Wärmesteuerbrücke des Luftstromsensors 650 vom Hauptstromkreis 622 über den Anschluss 625 angelegt. Das andere Ende der Wärmesteuerbrücke 640 des Luftstromsensors 650 ist mit dem Masseanschluss 630 verbunden.
Die Wärmesteuerbrücke 640 hat einen Widerstand 642, der einen Widerstandstemperatursensor darstellt und einen Widerstandswert besitzt, der von der Temperatur des erwärmten Messzielgases 30 abhängt. Die Widerstände 642, 644, 646 und 648 bilden eine Brückenschaltung. Eine Potentialdifferenz zwischen einem Knoten A zwischen den Widerständen 642 und 646 sowie einem Knoten B zwischen den Widerständen 644 und 648 wird über die Anschlüsse 627 und 628 in den Eingangsstromkreis 614 eingespeist. Die CPU 612 steuert den Strom, der vom Transistor 606 zur Steuerung der vom Wärmeerzeuger 608 erzeugten Wärmemenge geliefert wird, auf solche Weise, dass die Potentialdifferenz zwischen den Knoten A und B auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird, zum Beispiel auf eine Nullspannung in dieser Ausführungsform. Die Durchflussraten-Sensorschaltung 601, die in 19 veranschaulicht wird, erhitzt das Messzielgas 30 unter Verwendung des Wärmeerzeugers 608, so dass die Temperatur um eine vorgegebene Temperaturerhöhung steigt, zum Beispiel um 100°C ausgehend von der Anfangstemperatur des Messzielgases 30. Um dieses Steuerung der Beheizung mit hoher Genauigkeit durchführen zu können, werden die Widerstandswerte der einzelnen Widerstände der Wärmesteuerbrücke 640 so eingestellt, dass die Potentialdifferenz zwischen den Knoten A und B Null ist, wenn der Temperatur des Messzielgases 30 durch den Wärmegenerator 608 um eine vorbestimmte Temperatur erhöht wird, beispielsweise immer um 100°C ausgehend von einer Anfangstemperatur. Daher steuert in der Durchflussraten-Sensorschaltung 601 von 19 die CPU 612 den in den Wärmegenerator 608 eingespeisten elektrischen Strom, so dass die Potentialdifferenz zwischen den Knoten A und B null wird.
Die Brückenschaltung des Luftflusssensors 650 schließt vier Widerstandsthermometer mit den Widerständen 652, 654, 656 und 658 ein. Die vier Widerstandstemperatursensoren werden entlang der Strömungsrichtung des Messzielgases 30 in solcher Weise angeordnet, dass sich die Widerstände 652 und 654 in Bezug auf den Wärmeerzeuger 608 in der Anstromseite des Strömungsweges des Messzielgases 30 befinden, während die Widerstände 656 und 658 in Bezug auf den Wärmeerzeuger 608 in der Abstromseite des Strömungsweges des Messzielgases 30 angeordnet werden. Zusätzlich sind die Widerstände 652 und 654 so angeordnet, dass die Abstände zum Wärmegenerator 608 ungefähr gleich sind, und die Widerstände 656 und 658 sind so angeordnet, dass die Abstände zum Wärmegenerator 608 ungefähr gleich sind.
Eine Potentialdifferenz zwischen einem Knoten C und den Widerständen 652 und 656 und zwischen einem Knoten D und den Widerstände 654 und 658 wird in einem Eingangsstromkreis 614 durch den Anschluss 631 und 632 hergestellt. Um die Messgenauigkeit weiter zu erhöhen, wird jeder Widerstand der Brückenschaltung des Luftstromsensors 650 auf einen Sollwert eingestellt, zum Beispiel so, dass eine Positionsdifferenz zwischen Knoten C und D auf Null gesetzt wird, während der Durchfluss des Messzielgases 30 ebenfalls auf Null gesetzt wird. Daher gibt die CPU 612 am Anschluss 662, während die Potentialdifferenz zwischen den Knoten C und D beispielsweise auf Null gesetzt ist, ein elektrisches Signal aus, das eine Durchflussrate im Hauptkanal 124 von Null anzeigt. Dieses Ergebnis wird auf Basis des Messergebnisses ausgegeben, das durch Messung bei einer Durchflussrate des Messzielgases 30 von Null erzielt worden ist.
Wenn das Messzielgas 30 entlang der Pfeilrichtung in 19 strömt, werden der Widerstand 652 oder 654, der auf der Anstromseite liegt, vom Messzielgas 30 gekühlt. Die Widerstände 656 und 658, die in der Abstromseite des Messzielgases 30 liegen, werden vom durch den Wärmeerzeuger 608 erwärmten Messzielgas 30 erhitzt, so dass die Temperatur der Widerstände 656 und 658 steigt. Aus diesem Grund wird zwischen den Knoten C und D als Teil der Brückenschaltung des Luftstromsensors 650 eine Potentialdifferenz erzeugt. Diese Potentialdifferenz wird über die Anschlüsse 631 und 632 als Eingangsgröße an die Eingangsschaltung 614 angelegt. Die CPU 612 sucht nach Daten, die eine Beziehung zwischen der Durchflussrate des Hauptkanals 124 und der vorstehend erwähnten Potentialdifferenz anzeigen, die im Speicher 618 basierend auf der Potentialdifferenz zwischen den Knoten C und D der Brückenschaltung im Luftstromsensor 650 gespeichert werden, um die Durchflussrate des Hauptkanals 124 zu erhalten. Ein elektrisches Signal, das auf diese Weise über die Durchflussrate im Hauptkanal 124 Aufschluss gibt, wird über den Anschluss 662 ausgegeben. Es wird angemerkt, dass, obwohl die Anschlüsse 664 und 662, die in 19 veranschaulicht sind, mit neuen Bezugszeichen bezeichnet sind, diese im Verbindungsanschluss 412 von 5(A), 5(B), 6(A), 6(B) oder 10, wie oben beschrieben, eingeschlossen sind.
Der Speicher 618 speichert die Daten, die das Verhältnis zwischen der Potentialdifferenz der Knoten D und der Durchflussrate des Hauptkanals 124 beinhalten, sowie die kalibrierten Daten zur Minderung eines Messfehlers. Dies kann eine Veränderung aus den aktuellen Messwerten des Gases nach der Produktion des Schaltungspakets 400 sein. Es wird festgehalten, dass die aktuellen Messwerte des Gases nach der Produktion des Schaltungspakets 400 und die daraus resultierenden Werte aus der Kalibrierung im Speicher 618 über den externen Anschluss 306 oder den Kalibrierunganschluss 307 gespeichert werden. In 4(A) und 4(B) ist das dargestellt. In dieser Ausführungsform ist bei der Herstellung des Schaltungspakets 400 darauf zu achten, dass die Ausrichtung des Bypass-Kanals, durch den das Messzielgas 30 strömt, und der Messfläche 430 oder der Anordnung zwischen dem Bypass-Kanal, durch den das Messzielgas 30 strömt, und dem Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 sich jeweils einander bedingen und mit hoher Genauigkeit und möglichst wenig Abweichungen hergestellt werden. Daher ist es möglich, durch Kalibrierung gemäß der Kalibrierungswerte ein Messergebnis mit ausgesprochen hoher Genauigkeit zu erhalten.
7.2 Konfiguration der Durchflussraten-Sensorschaltung 601
20 zeigt ein Diagramm der Schaltungskonfiguration der Durchflussraten-Sensorschaltung 601, wie oben in 19 beschrieben. Die Durchflussraten-Sensorschaltung 601 wird aus einem Halbleiterchip mit einer rechteckigen Form hergestellt. 20 zeigt das Messzielgas 30, das in Pfeilrichtung von der der linken zur rechten Seite der Durchflussraten-Sensorschaltung 601 fließt.
Eine Membran 672 hat eine rechteckige Form und wird im Luftstrom-Messabschnitt 602 gebildet. Die Membran 672 hat einen schmalen Bereich 603 (angedeutet durch die gestrichelte Linie) mit einem dünnen Halbleiterchip. Der Spalt wird an der hinteren Oberfläche des schmalen Bereichs 603 gebildet und steht mit der Öffnung 438 aus 11(A) bis 11(C) oder 5(A) und 5(B) in Verbindung, so dass der Gasdruck im Spalt vom Druck des Gases, das durch die Öffnung 438 strömt, abhängt.
Wenn die Dicke des schmalen Bereichs 603 der Membran 672 reduziert wird, verringert sich die Wärmeleitfähigkeit. Das unterdrückt den Wärmetransport zu den Widerständen 652, 654, 658, und 656 im schmalen Bereich 603 über die Membran 672. Die Temperatur der Widerstände steigt durch den Wärmetransfer ungefähr auf die Temperatur des Messzielgases 30.
Der Wärmegenerator 608 liegt in der Mitte des schmalen Bereichs 603 der Membran 672. Der Widerstand 642 der Wärmesteuerbrücke 640 umgibt den Wärmegenerator 608. Des weiteren liegen die Widerstände 644, 646, und 648 der Wärmesteuerbrücke 640 an der Außenseite des schmalen Bereichs 603. Die Widerstände 642, 644, 646, und 648 sind so ausgebildet, das sie die Wärmesteuerbrücke 640 aufbauen.
Außerdem sind die Widerstände 652 und 654 als anstromseitige Widerstandsthermometer und die Widerstände 656 und 658 als abstromseitige Widerstandsthermometer angeordnet, um den Wärmegenerator 608 zwischenzuschalten. Die Widerstände 652 und 654 als anstromseitige Widerstandsthermometer werden in der Pfeilrichtung mit dem Strom des Messzielgases 30 relativ zum Wärmegenerator 608 angeordnet. Die Widerstände 656 und 658 als abstromseitige Widerstandsthermometer werden in der Pfeilrichtung gegen den Strom des Messzielgases 30 relativ zum Wärmegenerator 608 angeordnet. Auf diese Art wird die Brückenschaltung 650 des Luftflusssensors 650 durch die Widerstände 652, 654, 656, und 658 im schmalen Bereich gebildet.
Beide Enden des Wärmegenerators 608 sind mit den Anschlüssen 624 und 629 verbunden, was in der unteren Hälfte von 20 zu sehen ist. Hier, wie in 19 zu sehen, fließt der Strom vom Transistor 606 zum Wärmegenerator 608, der an den Anschluss 624 angeschlossen ist. Der Anschluss 629 ist geerdet.
Die Widerstände 642, 644, 646, und 648 von der Wärmesteuerbrücke 640 sind untereinander und mit den Anschlüssen 626 und 630 verbunden. In 19 ist zu sehen, dass der Anschluss 626 mit einer vorgegebenen Spannung V3 vom Hauptstromkreis 622 versorgt wird. Der Anschluss 630 ist geerdet. Außerdem ist der Knoten zwischen den Widerständen 642 und 646 sowie der Knoten zwischen den Widerständen 646 und 648 entsprechend mit den Anschlüssen 627 und 628 verbunden. Wie in 20 dargestellt, gibt der Anschluss 627 ein elektrisches Potenzial des Knotens A zwischen den Widerständen 642 und 646 aus, und der Anschluss 627 gibt ein elektrisches Potenzial des Knotens B zwischen den Widerständen 644 und 648 aus. In 19 ist dargestellt, dass der Anschluss 625 vom Hauptstromkreis 622 mit einer vorgegebenen Spannung versorgt wird. Der Anschluss 630 ist als Masseanschluss geerdet. Außerdem ist der Knoten zwischen den Widerständen 654 und 658 mit dem Anschluss 631 verbunden. Der Anschluss 631 gibt ein elektrisches Potenzial des Knotens B in 19 aus. Der Knoten zwischen den Widerständen 652 und 656 ist mit dem Anschluss 632 verbunden, während der Anschluss 632 das elektrische Potenzial des Knotens C in 19 ausgibt.
Da der Widerstand 642 der Wärmesteuerbrücke 640 in der Nähe des Wärmeerzeugers 608 gebildet wird, ist es möglich, wie in 20 veranschaulicht, die Temperatur des Gases, das von der Wärme des Wärmeerzeugers 608 erhitzt wurde, mit großer Genauigkeit zu messen. Da die Widerstände 644, 646 und 648 der Wärmesteuerbrücke 640 entfernt vom Wärmegenerator 608 platziert sind, werden sie durch die Hitze vom Wärmegenerator 608 nicht besonders beeinflusst. Der Widerstand 642 ist so konfiguriert, dass er empfindlich auf die Temperatur des vom Wärmeerzeugers 608 erhitzten Gases reagiert und die Widerstände 644, 646 und 648 sind so konfiguriert, dass sie nicht vom Wärmeerzeuger 608 beeinflusst werden. Aus diesem Grund ist die Messgenauigkeit für das Messzielgas 30 unter Verwendung der Wärmesteuerbrücke 640 hoch und die Steuerung zur Erwärmung des Messzielgases 30 durch nur eine vordefinierte Temperatur ausgehend von dessen Anfangstemperatur kann mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
In dieser Ausführungsform ist ein Spalt an der Rückseite der Membran 672 gebildet, der mit der Öffnung 438, wie in den 11(A) bis 11(C) oder 5(A) und 5(B) dargestellt, verbunden ist, so dass eine Differenz zwischen dem Druck des Spalts an der Rückseite der Membran 672 und der Druck auf der Vorderseite der Membran 672 nicht zunehmen. Es ist möglich, eine Verformung der Membran 672, die durch diese Druckdifferenz verursacht wird, zu unterdrücken. Dies trägt zur Verbesserung der Messgenauigkeit der Durchflussrate bei.
Wie oben beschrieben, wird die Wärmeleitung der Membran 672 durch die Bildung des schmalen Bereichs 603 und durch die Reduzierung der Dicke des schmalen Bereichs 603 in der Membran 672 so wenig wie möglich unterdrückt. Da der Einfluss der Wärmeleitung durch die Membran 672 unterdrückt wird, neigen die Brückenschaltung des Luftflusssensor 650 oder der Wärmesteuerbrücke 640 eher dazu, auf die Temperatur der Messzielgases 30 zu reagieren, so dass der Messvorgang verbessert wird. Aus diesem Grund wird eine hohe Messgenauigkeit erzielt.
8. Messen der Gastemperatur im thermischen Durchflussmesser 300
8.1 Aufbau des Temperaturmessabschnitts 452 im thermischer Durchflussmesser 300
In 2(A), 2(B), 3(A) und 3(B) ist die Einlassöffnung 343 im Flansch 312 seitlich des Bypass-Kanals im Vorderende des Messbereichs 310 positioniert und öffnet sich in Richtung der Anstromseite des Messzielgasstroms 30. In der Einlassöffnung 343 liegt ein Temperaturmessabschnitt 452 für die Messung einer Temperatur des Messzielgases 30. Im Zentrum des Messbereichs 310, wo die Einlassöffnung 343 vorgesehen ist, ist eine äußere Wand auf der Anstromseite des Messbereichs 310, der im Gehäuse 302 liegt, ausgehöhlt gegen die Abstromseite (das ist das Innere des Gehäuses 302). Der Temperaturmessabschnitt 452 ist so geformt, dass er gegen die Anstromseite ragt, ausgehend von der Anstromseite der äußeren Wand und versehen mit einer Hohlform hin zur Außenseite des Gehäuses 302. Zusätzlich sind die Front- und Rückabdeckungen 303 und 304 auf beiden Seiten der äußeren Wand mit Wölbungen vorgesehen. Die Enden der Anstromseiten von den Front- und den Rückenabdeckungen 303 und 304 sind so geformt, dass sie gegen die Anstromseite der äußeren gewölbten Wand ragen. Aus diesem Grund, wird die Einlassöffnung 343 zur Aufnahme das Messzielgases 30 durch die äußere Wand mit der hohlen Form und den Front- und Rückabdeckungen 303 und 304 auf beiden Seiten gebildet. Das Messzielgas 30, das durch die Einlassöffnung 343 fließt, kommt in Kontakt mit dem Temperaturmessabschnitt 452, der in der Einlassöffnung 343 liegt. Die Temperatur im Temperaturmessabschnitt 452 wird gemessen. Ferner strömt das Messzielgas 30 entlang eines Abschnitts, der den aus der Außenwand des Gehäuses 302 ragenden Temperaturmessabschnitt 452 mit seiner hohlen Form hin zur Anstromseite unterstützt. Es wird in den Hauptkanal 124 über eine Auslassöffnung 344 in der Vorderseite und über eine Auslassöffnung 345 an der Rückseite in den vorderen und hinteren Abdeckungen 303 und 304 abgeleitet.
8.2 Funktionen des Temperaturmessabschnitts 452
Wie in 2 und 3 dargestellt, ragt der Temperaturmessabschnitt 452 zur Außenseite des Gehäuses 302 und kommt in direkten Kontakt mit dem Messzielgas 30. Damit wird die Genauigkeit der Messung sichergestellt. Außerdem wird die Temperatur des Gases, das anstromseitig entlang des Messzielgases 30 zur Einlassöffnung fließt, vom Temperaturmessabschnitt 452 gemessen. Des weiteren fließt das Gas in Richtung eines Halsabschnitts im Temperaturmessabschnitt 452, der den Temperaturmessabschnitt 452 stützt, so dass die Temperatur des den Temperaturmessabschnitt 452 stützenden Bereichs soweit senkt, dass er dem Temperaturbereich des Messzielgas 30 nahe kommt. Typischerweise steigt die Temperatur des Ansaugstutzen, der als Hauptkanal 124 fungiert. Die Hitze wird in den Bereich, der den Temperaturmessabschnitt 452 stützt, über eine äußere Wand der Anstromseite im Messbereich 310 vom Flansch 312 oder der Wärmedämmung 315 geleitet, so dass die Genauigkeit der gemessenen Temperatur beeinflusst werden könnte. Wie oben beschrieben, wird der Stützabschnitt gekühlt, wenn das Messzielgas 30 vom Temperaturmessabschnitt 452 gemessen wird, und fließt entlang des Stützabschnitts des Temperaturmessabschnitts 452. Daher ist es möglich, die Hitze durch Umleitung zum Abschnitt, der den Temperaturmessabschnitt 452 unterstützt, über die anstromseitige Außenwand innerhalb des Messbereichs 310 von Flansch 312 oder der Wärmeisolierung 315 zu senken.
Insbesondere im Trägerabschnitt des Temperaturmessabschnitts 452 hat die anstromseitige Außenwand innerhalb des Messbereichs 310 eine konkave Form hin zur Abstromseite. Daher ist es möglich, einen Abstand zwischen der anstromseitigen Außenwand innerhalb des Messbereichs 310 und dem Temperaturmessabschnitt 452 zu vergrößern. Wenn sich die Länge des Wärmeleitungsbereichs erhöht, erhöht sich auch der Abstand des Kühlabschnitts, der das Messzielgas 30 zur Kühlung verwendet. Deshalb ist es möglich, den Einfluss der Wärme des Flansches 312 oder der Wärmeisolierung 315 zu reduzieren. Entsprechend wird dadurch die Messgenauigkeit erhöht.
Da die anstromseitige Außenwand konkav zur abstromseitigen Außenwand ist (die Innenseite des Gehäuses 302), kann sie von der abstromseitigen Außenwand 335 des Gehäuses 302 befestigt werden. Die Befestigung des Schaltungspakets 400 wird dadurch vereinfacht. Außerdem ist es effektiv, den Vorsprung 424 (siehe 11 mit dem Temperaturmessabschnitt 452 zu verstärken.
Wie oben mit Verweis auf die 2 und 3 dargestellt, wird die Einlassöffnung 343 anstromseitig zum Messzielgas 30 im Gehäuse 301 bereitgestellt. Das Messzielgas 30, das durch die Einlassöffnung 343 geleitet wird, fließt in der Nähe des Temperaturmessabschnitts 452 und wird von der Vorderseite der Auslassöffnung 344 und der Rückseite der Auslassöffnung 345 zum Hauptkanal 124 geleitet. Der Temperaturmessabschnitt 452 misst die Temperatur des Messzielgases 30. Das elektrische Signal, das die gemessene Temperatur angibt, wird vom externen Anschluss 306 des externen Anschlusses 305 ausgegeben. Das Gehäuse 301 des thermischen Durchflussmessers 300 umfasst die vordere Abdeckung 303, die hintere Abdeckung 304 und das Gehäuse 302. Das Gehäuse 302 umfasst die Aussparung zum Bilden der Einlassöffnung 343. Die Aussparung wird vom Außenwand-Hohlabschnitt 366 gebildet (siehe 5 und 6). Die vordere Auslassöffnung 344 oder die hintere Auslassöffnung 345 wird durch die Öffnung an der vorderen Abdeckung 303 oder an der hinteren Abdeckung 304 gebildet. Wie oben beschrieben, wird der Temperaturmessabschnitt 452 mit dem führenden Endabschnitt des Vorsprungs 424 bereitgestellt, und hat eine schwache mechanische Stärke. Die vordere Abdeckung 303 oder die hintere Abdeckung 304 schützt den Vorsprung 424 vor mechanischen Auswirkungen.
Des Weiteren wird, wie in 8(A) bis 8(C) oder 9(A) bis 9(C) dargestellt, der Teil für die vordere Schutzabdeckung 322 oder der Teil für die hintere Schutzabdeckung 325 durch die Front- bzw. Rückabdeckung 303 bzw. 304 gebildet. Wie in 2(A), 2(B), 3(A), oder 3(B) dargestellt, ist der Teil für die vordere Schutzabdeckung 322 der Vorderseite 303 auf der Vorderseite der Einlassöffnung 343 angebracht, und der Teil für die hintere Schutzabdeckung 325 auf der Rückseite 304 ist auf der Rückseite der Einlassöffnung 343 angebracht. Der Temperaturmessabschnitt 452, der in der Einlassöffnung 343 angeordnet ist, wird vom vorderen und hinteren Schutzabschnitt 322 und 325 geschützt, so dass der Temperaturmessabschnitt 452 vor mechanischen Beschädigungen geschützt ist, die durch einen Zusammenstoß des Temperaturmessabschnitts 452 mit einem Gegenstand während der Produktion oder beim Verladen auf ein Fahrzeug verursacht werden können.
8.3 Aufbau des Temperaturmessabschnitts 452, des Vorsprungs 424 und die entsprechenden Wirkungen
Das Schaltungspaket 400 umfasst den Schaltungspaketkörper 422 und den Vorsprung 424, um den Luftstrom-Messabschnitt 602 und die Verarbeitungseinheit 604 zum Messen der Flussrate einzubetten. Wie in den Illustrationen dargestellt, steht der Vorsprung 424 aus der Seitenfläche des Halteteils des Schaltungspakets 422 hervor in einer Form, die sich in Anströmrichtung des Messzielgases 30 erstreckt. Der Temperaturmessabschnitt 452 wird im Bereich des vorderen Endes des Vorsprungs 424 und das Temperaturmesselement 518 wird im Innern des Temperaturmessabschnitts 452 eingelassen. Die Gefälleabschnitte 462 und 464 werden in einem Abschnitt bereitgestellt, die den Vorsprung 424 und das Halteteil des Schaltungspakets 422 verbinden. Der Vorsprung 424 wird so geformt, dass seine Basis durch die Gefälleabschnitte 462 or 464 verdickt wird. Der Halsbereich des Vorsprungs 424 verengt sich allmählich in Richtung vorderes Ende.
Außerdem kann der Vorsprung bei einer Volumensänderung, die durch die Aushärtung des Harzes verursacht wird, leicht verbogen werden, wenn im Harzformungsprozess der Vorsprung 424 gebildet wird. Indem die Basis verdickt ist, wird das Problem gemindert. Außerdem sollte der Vorsprungs 424 lang ausgebildet sein, um die Temperatur des Messzielgases 30 so genau wie möglich zu messen. Mit der verdickten Basis, kann der Vorsprung 424 lang ausgeformt werden und die Messgenauigkeit der Temperaturerfassungseinheit 518 im Temperaturmessabschnitt 452 erhöht sich.
Wie in 11(B) und 11(C) gezeigt ist die Basis des Vorsprungs 424 dick ausgebildet und vom Gehäuse 302 umgeben. Dadurch wird das Schaltungspaket 400 am Gehäuse 302 befestigt. Da auf diese Weise die Basis des Vorsprungs 424 mit dem Harz des Gehäuses 302 bedeckt wird, wird eine Beschädigung des Vorsprungs 424 durch mechanische Einflüsse verhindert.
Um die Temperatur der Messzielgases 30 mit hoher Genauigkeit zu erfassen, wird vorzugsweise die Wärmeübertragung vom Hauptkanal 124, der im thermischen Durchflussmesser 300 installiert ist, durch das Gehäuse 302 oder das Schaltungspaket 400 kontrolliert. Das Vorderende des Vorsprungs 424, der den Temperaturmessabschnitt 452 stützt, ist dünner als dessen Basis. Der Temperaturmessabschnitt 452 befindet sich am vorderen Ende. Mit dieser Struktur wird der Einfluss der Wärme vom Halsabschnitt des Vorsprungs 424 auf den Temperaturmessabschnitt 452 reduziert.
Nachdem die Temperatur des Messzielgases 30 vom Temperaturmessabschnitt 452 gemessen wurde, fließt das Messzielgas 30 entlang des Vorsprungs 424 und die Temperatur des Vorsprungs 424 nähert sich der Temperatur des Messzielgases 30. Deshalb werden die Auswirkungen der Temperatur des Halsabschnitts des Vorsprungs 424 im Temperaturmessabschnitt 452 unterdrückt. Insbesondere in der Ausführungsform wird die Nähe des Vorsprungs 424, der mit dem Temperaturmessabschnitt 452 bereitgestellt wird, dicker, wenn er sich der Basis des Vorsprungs 424 nähert. Aus diesem Grund fließt das Messzielgas 30 entlang der Struktur von Vorsprung 424 und Vorsprung 424 wird effizient gekühlt.
Der schraffierte Bereich stellt die Befestigungsfläche 432 des Halsabschnitts von Vorsprung 424 dar, bedeckt vom Harz, das im zweiten Harzformungsprozess das Gehäuse 302 bildet. Ein Hohlraum befindet sich im schraffierten Bereich des Halsabschnitts von Vorsprung 424. Das zeigt, dass ein Abschnitt des Hohlraums vorgesehen ist, der nicht mit Harz von Gehäuse 302 bedeckt ist. Wenn solch ein nicht vom Harz des Gehäuses 302 bedeckter Abschnitt mit einem Hohlraum im Halsabschnitt von Vorsprung 424 auf diese Weise vorgesehen wird, ist es möglich, den Vorsprung 424 mithilfe des Messzielgases 30 einfach noch weiter abzukühlen.
Das Schaltungspaket 400 ist ausgestattet mit dem Verbindungsanschluss 412 zur Stromversorgung des eingebetteten Luftstrom-Messabschnitts 602 oder der Verarbeitungseinheit 604 und zur Ausgabe der Messwerte für Durchfluss oder Temperatur. Zusätzlich gibt es einen Anschluss 414 zur Überprüfung der korrekten Funktion des Schaltungspakets 400 oder zur Feststellung von Störungen an Schaltbauteilen oder Anschlüssen. In dieser Ausführungsform wird das Schaltungspaket 400 gebildet durch Harzinjektion für den Luftstrom-Messabschnitt 602 oder die Verarbeitungseinheit 604 mittels eines duroplastischen Harzes im ersten Harzinjektionsverfahren. Durch das Injektionsverfahren kann die Maßhaltigkeit von Schaltungspaket 400 erhöht werden. Beim Injektionsprozess sollte jedoch überprüft werden, ob ein Defekt am Luftstrom-Messabschnitt 602 oder der Verarbeitungseinheit 604 und deren Verdrahtung zum Schaltungspaket 400 vorliegt, da das Harz mit hohem Druck in die geschlossene Gussform gepresst wird, in der der Luftstrom-Messabschnitt 602 und die Verarbeitungseinheit 604 eingebettet sind. In dieser Ausführungsform ist ein Inspektionsanschluss 414 vorgesehen und die Inspektion wird für jeden der hergestellten Schaltungspakete 400 durchgeführt. Da der Inspektionsanschluss 414 nicht zum Messen genutzt wird, ist der Anschluss 414 nicht, wie oben beschrieben, an die innere Buchse des externen Anschlusses 361 angeschlossen. Zusätzlich ist jeder Verbindungsanschluss 412 mit einem Kurvenabschnitt 416 ausgestattet, um die mechanische Biegefestigkeit zu erhöhen. Wenn die mechanische Elastizität in jedem Verbindungsanschluss 412 bereitgestellt wird, kann eine Belastung neutralisiert werden, die von einem unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizient zwischen dem Harz des ersten Harzformungsprozesses und dem Harz des zweiten Harzformungsprozesses verursacht wird. Jeder Verbindungsanschluss 412 wird von einer Wärmeausdehnung beeinflusst, die vom ersten Harzformungsprozess verursacht wird. Die innere Buchse des externen Anschlusses 361, die mit Verbindungsanschluss 412 verbunden ist, wird vom zweiten Harzformungsprozess beeinflusst. Deshalb ist es möglich, die durch die unterschiedlichen Harze verursachte Belastung aufzunehmen.
8.4 Eine andere Ausführungsform des Gehäuses 302 zur Konfiguration des thermischen Durchflussmessers 300
21 zeigt noch eine andere Ausführungsform des Gehäuses 302, das den thermischen Durchflussmesser 300 konfiguriert. Gleiche Bezugszahlen bedeuteten gleiche Konfiguration und gleiche Funktionen. Somit werden die Beschreibungen derselben weggelassen. Das Gehäuse 302 besteht aus zwei Gehäusen. Das erste Gehäuse 338 enthält den Bypass-Durchgangskanal. Das zweite Gehäuse 337 befindet sich in der Nähe des Flansches 312. Ein Luftabschnitt 327 liegt zwischen dem ersten Gehäuse 338 und dem zweiten Gehäuse 337. Die Frontabdeckung 303 wird in 2 gezeigt. Sie ist in der Oberfläche des Gehäuses 302 vorgesehen und die Rückabdeckung 304, zu sehen in 3, in der hinteren Oberfläche des Gehäuses 302. Die Einlassöffnung 343, zu sehen in 2, wird in der Frontabdeckung 303 und der hinteren Abdeckung 304 gebildet.
Das erste Gehäuse 338 und das zweite Gehäuse 337 werden untereinander durch das Schaltungspaket 400, die Frontabdeckung 303 und die Rückabdeckung 304 verbunden. Während das erste Gehäuse 338 in der Ausführungsform der 21 und das zweite Gehäuse 337 vollständig vom Luftdurchgang 327 getrennt sind, können das zweite Gehäuse 337 und das erste Gehäuse 338 nicht vollständig getrennt werden, aber auf der Seite der Auslassöffnung, die gegenüber der Einlassöffnung liegt, verbunden werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, dass die Öffnung in der Frontabdeckung 303 oder der hinteren Abdeckung 304, zur Durchleitung des Messzielgases 30 in der Einlassöffnung des Hauptkanals liegt.
Der Luftdurchgang 327 ist lange ausgebildet, damit das Messzielgas 30 aus der Einlassöffnung 343 stark herausströmt. Darum kann der Temperaturmessabschnitt 452 die Temperatur des Messzielgases 30 sehr genau erfassen. Des weiteren kann das Schaltungspaket 400 durch das Messzielgas 30, das durch die Luftpassage 327 fließt, gekühlt werden und damit der Einfluss der Hitze von der Wandoberfläche im Hauptkanal 124 bis zum Luftstrom-Messabschnitt im Inneren des Expositionsabschnitts der Wärmeübertragungsfläche 436, der wiederum in der Befestigungsoberfläche 432 liegt, reduziert werden. Folglich wird die Messgenauigkeit für die Durchflussrate verbessert.
8.5 Noch eine andere Ausführungsform des Gehäuses 302 zur Konfiguration des thermischen Durchflussmessers 300
22 zeigt noch eine andere Ausführungsform des thermischen Durchflussmessers 300. Gleiche Bezugszahlen bedeuteten gleiche Konfiguration und gleiche Funktionen. Somit werden die Beschreibungen derselben weggelassen. Der Messabschnitt 310 ist ursprünglich länger ausgebildet als in der Form in 22. Die Struktur in der Nähe des Flansches 312 ist ähnlich wie in 5 oder 6 und somit kann die Darstellung und die Beschreibung weggelassen werden. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen, in der der Vorsprung 424 des Schaltungspakets 422 in 5 und 6 gegen die Anstromseite des Messzielgases 30 gerichtet ist. Hier richtet sich der Vorsprung 424 jedoch hin zur Mitte des Hauptkanals 124, zu sehen in 22. Ferner ist die Form des Bypass-Kanals lediglich beispielhaft angedeutet und kann unterschiedlich ausgebildet sein. In dieser Ausführungsform ragt der Vorsprung 424 außerordentlich weit in Richtung des Abschnitts der Bypass-Kanalrinne auf der Vorderseite 332 des Gehäuses 302, das den Bypass-Durchgang bildet. Der Temperaturerfassungsabschnitt 452 der im vorderen Endabschnitt zumindest von jenem Vorsprung 424 liegt, ragt aus dem Gehäuse 302.
Eine Bypass-Kanalrinne 328 wird durch zwei Wände (eine Kanalwand 396 und eine Kanalwand 397) gebildet. In dieser Ausführungsform sind zusätzlich die Frontabdeckung 303 und die Rückabdeckung 304 an beiden Seiten des Gehäuses 302 vorgesehen, so dass die Bypass-Kanalrinne 328 den Bypass-Kanal ausbildet und die Einlassöffnung 350 und der Auslassanschluss 352 gebildet werden. Im Bypass-Kanal 328 ist die oben erwähnte Messoberfläche 430 vorgesehen. Die Messoberfläche 430 enthält den Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436, so dass die Geschwindigkeit des Messzielgases 30, das durch den Bypass-Kanal strömt, gemessen wird.
Wenn die Frontabdeckung 303 und die Rückabdeckung 304 in dem in 22 dargestellten Gehäuse 302 vorgesehen sind, ist die Seitenfläche des Vorsprung 424 durch die Enden jeder Abdeckung 339 (den Endbereich stellt die gestrichelte Linie, die in Richtung der Mitte des Hauptkanals 124 gezogen ist, dar) bedeckt. Da jedoch der zentrale Abschnitt des Hauptkanals 124 der Durchgangswand 397 geöffnet ist, strömt das Messzielgas 30 entlang der Kanalwand 397 und stößt an den Temperaturmessabschnitt 452. Mit diesem Aufbau werden der Vorsprung 424 und der Temperaturmessabschnitt 452 geschützt. Da die Bypass-Kanalrinne 328 zusätzlich so geformt ist, dass die Messfläche 430 schmal im Vergleich zu Einlassöffnung und Auslassöffnung ist, wird in diesem Abschnitt die Durchflussrate erhöht und deren Messgenauigkeit verbessert. Die Kanalwand 397 ist gegen die Innenseite eines Vorsprungsbereichs hin zur Außenseite des Temperaturerfassungsabschnitts 452 (das heißt, gegen die Wandfläche des Hauptkanals 124) im Vergleich zur Auslassöffnung oder zur Einlassöffnung gewölbt. Der Temperaturmessabschnitt 452 ragt zur Außenseite des gewölbten Bereichs. So eine Struktur, schützt den Temperaturmessabschnitt 452 des Vorsprungs 424 nicht nur durch die Abdeckungen auf beiden Seiten, sondern auch die Einlassöffnung der Kanalwand 397, die Auslassöffnung oder beide.
Der Halsbereich des Vorsprungs 424, der aus dem Schaltungspaket 400 und dessen Halteteil 422 ragt, wird durch das Harz, das die Bypass-Kanalrinne 328 ausbildet, geschützt. Aus diesem Grund werden das Halteteil des Schaltungspakets 422 und der Vorsprung 424 durch das Harz des Gehäuses 302 mechanisch geschützt. Außerdem wird der Effekt erreicht, dass das Schaltungspaket 400 sicher am Gehäuse 302 befestigt wird.
8.6 Eine andere Ausführungsform des Temperaturmessabschnitts 452 des Vorsprungs 424
23 zeigt eine andere Ausführungsform des Temperaturmessabschnitts 452 des Vorsprungs 424. Vorsprung 424 wird in der Ausführungsform, beschrieben unter Bezug auf 11, 15, 21 oder 22, im ersten Harzformprozess hergestellt und der Temperaturmessabschnitt 452 wird von dem dann verwendeten Harz bedeckt. Im Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436, die in der Messfläche 430 vorgesehen ist, wird der Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche 436 nicht durch das Harz im ersten Harzformprozess bedeckt, um die Messempfindlichkeit der Strömungsrate zu verbessern. Da in ähnlicher Weise das Formteil nicht dafür vorgesehen ist, den Temperaturmessabschnitt 452 des vorderen Endabschnitts des Vorsprungs 424 mit dem Harz im Harzformprozess zu bedecken, ist es möglich, die Messgenauigkeit des Temperaturmessabschnitts 452 zu verbessern. Da der Temperaturmessabschnitt 452 nicht durch Harz bedeckt ist, entsteht eine Auswölbung 454 durch das Harz des Temperaturmessabschnitts 452. Im Bereich der Wölbung 454 kann das Temperaturmesselement 518, wie in 12 beschrieben, auf das Messzielgas 30 in einem unverfälschten Zustand stoßen. Damit werden die Messempfindlichkeit und in der Folge die Messgenauigkeit verbessert. Gleiche Bezugszahlen wie in den anderen Abbildungen repräsentieren gleiche Einstellungen und gleiche Funktionen, so dass redundante Beschreibungen derselben weggelassen werden.
Industrielle Verfügbarkeit
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Messapparat zur Messung eines Gasdurchflusses wie oben beschrieben.
Bezugszeichenliste

300: Thermischer Durchflussmesser
302: Gehäuse
303: Vordere Abdeckung
304: Hintere Abdeckung
305: Externe Anschlusseinheit
306: Externer Anschluss
307: Kalibrierungsanschluss
310: Messbereich
320: Anschlussklemmen
327: Luftkanal
327: Bypass-Kanalrinne an der Vorderseite
334: Bypass-Kanalrinne an der Rückseite
337: Erstes Gehäuse
338: Zweites Gehäuse
356,: 358 Vorsprung
359: Harzabschnitt
361: Innere Buchse des externen Anschlusses
365: Der linke Bereich
372,: 374 Befestigungsbereich
400: Schaltungspaket
412: Anschlussklemme
414: Anschluss
422: Halteteil des Schaltungspakts
424: Vorsprung
430: Messfläche
432,: 434 Befestigungsfläche
436: Expositionsabschnitt der Wärmeübertragungsfläche
438: Öffnung
452: Temperaturmessabschnitt
590: Einpressöffnung
594,: 596 Abschrägungen
601: Durchflussraten-Sensorschaltung
602: Luftstrom-Messabschnitt
604: Verarbeitungseinheit
608: Wärmegenerator
640: Wärmesteuerbrücke
650: Brückenschaltung der Luftdurchflussmessung
672: Membran

Claims

Ein thermischer Durchflussmesser mit einem Bypass-Kanal, in den Messzielgas strömt, das durch einen Hauptkanal strömt; einem Schaltungspaket, das eine Messschaltung zur Messung einer Durchflussrate enthält, durch eine Wärmeübertragung mit dem Messzielgas, das durch den Bypass-Kanal strömt und einen Temperaturmessabschnitt enthält, zur Messung der Temperatur des Messzielgases; und einem Gehäuse, das einen externen Anschluss zum Ausgeben eines elektrischen Signals, das die Durchflussrate represäntiert und eines elektrischen Signals, das eine Temperatur des Messzielgas representiert und das Schaltungspaket unterstützt, wobei das Gehäuse ein Harzgehäuse enthält, das das Schaltungspaket unterstützt, das Schaltungspaket so aufgebaut ist, dass es die Messschaltung und den Temperaturmessabschnitt mit Harz umhüllt, der Temperaturerfassungsabschnitt einen Vorsprung aufweist, der von einem Schaltungspaketkörper vorsteht, und mindestens ein vorderer Endabschnitt des Vorsprungs in den Hauptkanal ragt.
Der thermische Durchflussmesser nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse eine äußere Wand enthält, die äußere Wand einen vertieften Abschnitt zur Innenseite des Gehäuses hin aufweist, und zumindestens ein vorderer Endabschnitt des Vorsprungs von dem vertieften Abschnitt der Außenwand zur Außenseite des Gehäuses vorsteht.
Der thermische Durchflussmesser nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse ein erstes Gehäuse enthält, das den Bypass-Kanal aufweist und ein zweites Gehäuse enthält, das an einer Seite in der Nähe des Flansches des ersten Gehäuse positioniert ist, ein Luftkanal zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuse vorgesehen ist, um eine Strömung des Messzielgases durch den Hauptkanal zu ermöglichen, das Schaltungspaket so konfiguriert ist, dass es die Messschaltung und den Temperaturmessabschnitt mit Harz umhüllt, der Temperaturmessabschnitt einen Vorsprung aufweist, der von dem Schaltungspaketkörper vorsteht, mindestens ein vorderer Endabschnitt des Vorsprungs außerhalb des Gehäuses vorgesehen ist, und eine Öffnung des Luftkanals zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuse an einer Position des Vorsprungs vorgesehen ist.
Der thermische Durchflussmesser nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der vordere Endabschnitt des Vorsprungs so geformt ist, dass er vom Gehäuse in eine stromaufseitige Richtung einer Strömung des durch den Hauptkanal strömenden Messzielgases vorsteht.
Der thermische Durchflussmesser nach Anspruch 1, wobei der thermische Durchflussmesser den Bypass-Kanal an einer Mittelseite des Hauptkanals in dem thermischen Durchflussmessers enthält, und der äußere Endabchnitt des von dem Schaltungspaketkörper vorstehenden Vorsprungs so geformt ist, dass er von dem Bypass-Kanal im thermische Durchflussmesser zur Außenseite des Gehäuses vorsteht.
Der thermische Durchflussmesser nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Schaltungspaket einen Schaltungspaketkörper enthält und ein Vorsprung im ersten Harzformungsprozess geformt wird, das Gehäuse den Bypass-Kanal, einen Flansch, eine Außenwand und einen Befestigungsbereich zum Befestigen des Schaltungspakets enthält, der Bypass-Kanal, der Flansch, die Außenwand und der Befestigungsbereich in einem zweiten Harzformungsprozess beim Formen des Gehäuses integral geformt werden, und das im ersten Harzformungsprozess geformte Schaltungspaket am Gehäuse über dem Befestigungsbereich befestigt ist.
Der thermische Durchflussmesser nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Schaltungspaket im ersten Harzformungsprozess geformt wird, das Schaltungspaket enthält einen Schaltungskörper und einen Vorsprung, das Gehäuse den Bypass-Kanal, einen Flansch und eine Außenwand enthält, der Bypass-Kanal, der Flansch und die Außenwand durch einen zweiten Harzformungsprozess beim Formen des Gehäuses integral geformt werden, und das Schaltungspaket, das im ersten Harzformungsprozess geformt wurde von einem Abschnitt der Außenwand bedeckt und daran befestigt ist.
Der thermische Durchflussmesser nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Abdeckung an der Außenseite des Vorsprungs vorgesehen ist.
Der thermische Durchflussmesser nach Anspruch 8, wobei die Abdeckungen jeweils an beiden Seiten des vorderen Endabschnitts des Vorsprungs vorgesehen sind, und eine Öffnung in jeder Abdeckung zum Verursachen einer Strömung des Messzielgases ausgebildet ist.
Der thermische Durchflussmesser nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Vorsprung, der von dem Schaltungspaketkörper vorsteht, intern eine Leitung enthält, und ein Temperaturerfassungselement mit der Leitung in dem vorderen Endabschnitt des Vorsprungs elektrisch verbunden ist.
Der thermische Durchflussmesser nach Anspruch 10, wobei der Vorsprung intern eine erste Leitung enthält, die mit dem Temperaturerfassungselement verbunden ist, eine zweite Leitung für die elektrische Verbindung mit einer elektrischen Schaltung im Schaltungspaketkörper enthält und eine Verbindungsleitung zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung enthält, um die erste Leitung und die zweite Leitung zu verbinden.
Der thermischer Durchflussmesser nach Anspruch 5, wobei das Gehäuse derart konfiguriert ist, dass die Außenwand eine vertiefte Form aufweist, in einer Richtung zu einer Wandfläche des Hauptkanals zwischen der stromauf liegenden Seite und der stromab liegenden Seite des Hauptkanals bezügich der äußeren Wand an der stromauf liegenden Seite oder der stromab liegenden Seite des Hauptkanals an der Mittelseite des Hauptkanals in dem der Bypass-Kanal geformt ist und wobei zumindest ein vorderer Endabschnitt des Vorsprungs von einem Abschnitt der vertieften Form der Außenwand zur Außenseite des Gehäuses vorsteht.
Der thermische Durchflussmesser nach Anspruch 1, wobei eine Vertiefung im Harz für den Temperaturerfassungsabschnitt vorgesehen ist.