DE19629747A1 - Sensor esp. air mass flow meter for IC engine of motor vehicle - Google Patents

Sensor esp. air mass flow meter for IC engine of motor vehicle

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Abstract

The sensor device has a first reference voltage source (1). This generates a first reference voltage. It also has a detector which generates a measurement signal which is dependent on the first reference voltage and on the parameter to be measured by the detector. The device also has a first current to voltage convertor (2). This converts the first reference voltage into a first reference current. A second current to voltage convertor (4) is electrically connected to a second reference voltage source (3), which generates a second reference voltage which is converted by the second current voltage convertor into a second current. The device also includes a correction device (5). This generates a correction signal in dependence on the measurement signal and the first and second reference currents. An adaptor device (6) generates a corrected measurement signal by an additive correction of the measurement signal with the correction signal.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. The invention relates to a sensor device, in particular for a motor vehicle.

Ein bevorzugtes Einsatzgebiet einer derartigen Sensoreinrich tung ist das Erfassen eines Luftmassenstroms in einem Ansaug trakt einer Brennkraftmaschine. tung A preferred field of use of such Sensoreinrich detecting an air mass flow in an intake duct of an internal combustion engine.

Eine bekannte Sensoreinrichtung (DE 44 01 949 C1) weist einen Meßfühler auf, der ein Meßsignal erzeugt. A known sensor device (DE 44 01 949 C1) includes a sensor which generates a measurement signal. Das Meßsignal re präsentiert beispielsweise einen Luftmassenstrom. The measurement signal re example presents an air mass flow.

Des weiteren ist ein Komparator vorgesehen, der eine Steuer impulsfolge erzeugt. Furthermore a comparator is provided which generates a control pulse train. Das Tastverhältnis der Steuerimpulsfolge entspricht dem Verhältnis einer Referenzspannung zu einem Nennwert der Referenzspannung. The duty cycle of the control pulse sequence corresponds to the ratio of a reference voltage to a nominal value of the reference voltage. Das Meßsignal - eine Meßspan nung - wird zwei in Serie angeordneten Widerständen zuge führt, die als Spannungsteiler wirken. The measurement signal - a Meßspan voltage - is applied performs two series-arranged resistors, which act as a voltage divider. Ein Analogschalter ist zwischen dem Spannungsteiler und einem Bezugspotential ange ordnet. An analog switch is arranged between the voltage divider and a reference potential is. Der Analogschalter verbindet oder trennt den Span nungsteiler entsprechend der Steuerimpulsfolge von dem Be zugspotential. The analog switch connects or disconnects the clamping voltage divider according to the control pulse train from the loading reference potential. An einem Spannungsabgriff zwischen den beiden Widerständen liegt demnach ein modifiziertes Meßsignal an, das entsprechend dem Tastverhältnis der Steuerimpulsfolge pulsweitenmoduliert ist. a modified measurement signal thus is applied to one voltage between the two resistors, which is pulse-width-modulated according to the duty ratio of the control pulse train. Die Sensoreinrichtung umfaßt darüber hinaus ein Filter, das ein korrigiertes Meßsignal erzeugt durch das Glätten und Verstärken des modifizierten Signals. The sensor device further comprises a filter which generates a corrected measurement signal by smoothing and amplifying the modified signal.

Ein Analog-Digital Wandler hat als Bezugsspannung die Refe renzspannung und wandelt das modifizierte Meßsignal in ein digitales Meßsignal. An analog to digital converter has a reference voltage ence voltage, the Refe and converts the modified measurement signal into a digital measurement signal. Die bekannte Sensoreinrichtung erzeugt ein modifiziertes Meßsignal, das Schwankungen der Referenz spannung des Analog-Digital Wandlers folgt. The known sensor device generates a modified measurement signal fluctuations of the reference voltage follows the analog to digital converter. Ein derartiges modifiziertes Meßsignal wird im folgenden als ratiometrisch bezeichnet. Such a modified measurement signal is hereinafter referred to as ratiometric. Demnach ist das digitale Meßsignal unabhängig von Schwankungen der Referenzspannung. Accordingly, the digital measurement signal is independent of fluctuations in the reference voltage.

Die bekannte Sensoreinrichtung ist ist sehr aufwendig, da sie einen Sägezahngenerator, den Analogschalter und das Filter umfaßt. The known sensor device is very complicated because it includes a ramp generator, the analog switch and the filter. So müssen zum Realisieren des Sägezahngenerators und des Filters Kapazitäten verwendet werden, die sich insbeson dere in einem integrierten Schaltkreis nicht realisieren las sen. So must be used to realize the sawtooth generator and filter capacity, las not be realized in particular in an integrated circuit sen.

Darüber hinaus kann das korrigierte Meßsignal einer hohen Än derungsgeschwindigkeit des Meßsignals nicht folgen, da durch das Filter eine Glättung durchgeführt wird. In addition, the corrected measuring signal a high Än alteration speed of the measurement signal can not follow because smoothing is performed by the filter.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sensoreinrichtung der art auszubilden, daß sie auch eine sich schnell ändernde Meß größe präzise erfaßt, daß sie einfach ist und ein ratiometri sches Ausgangssignal erzeugt. The object of the invention is to form a sensor device of the type that it also detects a rapidly changing measured quantity accurate, that it is simple and produces a ratiometri ULTRASONIC output signal.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unab hängigen Anspruchs 1 gelöst. The object is solved by the features of the inde- pendent claim 1. Die erfindungsgemäße Sensorein richtung zeichnet sich dadurch aus, daß ein korrigiertes Meß signal kontinuierlich Schwankungen einer zweiten Referenz spannung folgt und daß sie sich einfach auf einem integrier ten Schaltkreis realisieren läßt. The Sensorein device according to the invention is characterized in that a corrected measuring signal follows a second reference voltage continuously fluctuation, and that it can be implemented on a BUILT-IN circuit is simple.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen gekennzeichnet. Advantageous embodiments of the invention are characterized in dependent claims the Un.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung näher erläutert. An embodiment of the invention is explained below with reference to the schematic drawing.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung. Fig. 1 shows a basic circuit diagram of a sensor device according to the invention. Eine erste Referenzspannungsquelle 1 er zeugt eine erste Referenzspannung U REF1 (z. B. 5 Volt) Ein Aufnehmer ist als Heizwiderstand R H ausgebildet und elek trisch leitend mit der ersten Referenzspannungsquelle 1 ver bunden. A first reference voltage source 1 he witnesses a first reference voltage U REF1 (eg., 5 volts) A sensor is formed as a heating resistor R H and elec trically conductively connected to the first reference voltage source 1 is prevented.

Ein erster Widerstand R₁ ist in Serie zu dem Heizwiderstand R H angeordnet. A first resistor R₁ is arranged in series to the heating resistor R H. Der Heizwiderstand R H und der erste Widerstand R₁ bilden demnach einen Spannungsteiler, wobei eine Meßspan nung U M , die zwischen dem Heizwiderstand R H und dem ersten Widerstand R₁ abgegriffen wird, ein Meßsignal bildet. Accordingly, the heating resistor R H and the first resistor R₁ form a voltage divider, wherein a voltage U M Meßspan, which is tapped off between the heating resistor R H and the first resistor R₁, forms a measuring signal. Die Meßspannung U M ist ein Maß für einen Luftmassenstrom in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine. The measurement voltage U M is a measure of an air mass flow in an intake tract of an internal combustion engine.

Der Heizwiderstand R H und der Widerstand R₁ können auch in einem ersten Zweig einer nicht dargestellten Brückenschaltung angeordnet sein. The heating resistor R H and the resistor R₁ may be arranged in a first branch of a bridge circuit, not shown. In einem zweiten Zweig der Brückenschaltung ist ein hochohmiger Temperaturwiderstand angeordnet. In a second branch of the bridge circuit a high-resistance temperature resistor is arranged. Der Brückenschaltung ist eine Steuereinrichtung zugeordnet, die einen Strom durch die Brücke im Sinne einer Minimierung einer Brückendiagonalspannung einstellt. The bridge circuit is associated with a control means that sets a current through the bridge in the sense of minimizing a bridge diagonal voltage. Demnach ist das Meßsignal von der Umgebungstemperatur unabhängig und repräsentiert den Luftmassenstrom. Accordingly, the measurement signal from the ambient temperature is independent and represents the air mass flow. Die Brückenschaltung mit der zugeordneten Steuereinrichtung ist bei Luftmassenmessern an sich bekannt. The bridge circuit with the associated control device is known in mass airflow sensors per se.

Die erste Referenzspannungsquelle 1 ist elektrisch leitend mit einem ersten Strom-Spannungs-Wandler 2 verbunden, der in diesem Ausführungsbeispiel als Referenzwiderstand ausgebildet ist und der einen ersten Referenzstrom I REF1 erzeugt. The first reference voltage source 1 is electrically connected to a first current-voltage converter 2 is constructed as a reference resistor in this embodiment and which generates a first reference current I REF1. Eine zweite Referenzspannungsquelle 3 ist elektrisch leitend mit einem zweiten Strom-Spannungs-Wandler 4 verbunden, der in diesem Ausführungsbeispiel als Referenzwiderstand ausgebildet ist und der einen zweiten Referenzstrom I REF2 erzeugt. A second reference voltage source 3 is electrically conductively connected to a second current-voltage converter 4, which is designed as a reference resistor in this embodiment and which generates a second reference current I REF2.

Eine Korrektureinrichtung 5 ist mit einer Dividierschaltung 51 und mit einer Multiplizierschaltung 52 versehen. A correcting means 5 is provided with a divider 51 and a multiplier circuit 52nd Die Divi dierschaltung 51 ist an ihren Eingängen elektrisch leitend mit dem ersten Strom-Spannungs-Wandler 2 und und dem zwei ten Strom-Spannungs-Wandler 4 verbunden. The Divi decoding circuit 51 is electrically connected to the first current-voltage converter 2 and connected and the two-th current-voltage converter 4 at their inputs. Die Dividierschal tung 51 erzeugt einen Strom I V , der dem Quotienten (I REF1 /I REF2 ) des zweiten Referenzstroms I REF2 und des ersten Re ferenzstroms I REF1 entspricht. The Dividierschal tung 51 generates a current I V, of the quotient (I REF1 / REF2 I) of the second reference current I REF2 and the first re ference current I REF1 corresponds.

Die Multiplizierschaltung 52 ist elektrisch leitend mit einem Spannungsabgriff am Heizwiderstand R H , an dem die Meßspan nung U M anliegt, und dem Ausgang der Multiplizierschaltung 52 verbunden. The multiplier circuit 52 is electrically conductively connected to a voltage tap on the heating resistor R H, at which the Meßspan voltage U M is applied, and the output of the multiplier circuit 52nd Die Multiplizierschaltung 52 umfaßt eine nicht dargestellte spannungsgesteuerte Stromquelle, die einen der Meßspannung U M entsprechenden Meßstrom I M erzeugt. The multiplier 52 includes a voltage controlled current source, not shown, which generates a measurement voltage U M corresponding measuring current I M. An ihrem Ausgang erzeugt die Multiplizierschaltung 52 einen Korrektur strom I K , der dem Produkt aus dem Meßstrom I M und dem Strom I V entspricht. At its output, the multiplier circuit 52 generates a correction current I K, which corresponds to the product of the measuring current I M and the current I V.

Die Dividierschaltung 51 und die Multiplizierschaltung 52 sind vorteilhaft als Stromspiegelschaltungen und zwei oder vier Quadrantenmultiplizierer ausgebildet und sind demnach leicht in einem integrierten Schaltkreis realisierbar. The divider 51 and the multiplier 52 are advantageously configured as current mirror circuits, and two or four Quadrantenmultiplizierer and therefore can be easily implemented in an integrated circuit.

Die Anpassungseinrichtung 6 umfaßt einen nicht invertierenden Verstärker, der einen Operationsverstärker OP, einen Wider stand R₂ und einen Widerstand R₃ aufweist. The adjustment means 6 comprises a non-inverting amplifier, which was an operational amplifier OP, a reflection R₂ and a resistor R₃ has. Der nicht inver tierende Eingang des Operationsverstärkers OP ist mit dem Spannungsabgriff verbunden. The non-animal inver end input of the operational amplifier OP is connected to the voltage. Demnach liegt an ihm die Meßspan nung U M an. Accordingly, voltage is applied to it the Meßspan U M. Der nicht invertierende Verstärker ist zwischen dem Widerstand R₂ und dem Widerstand R₃ mit der Multiplizier schaltung 52 verbunden. The non-inverting amplifier is provided between the resistor R₂ and the resistance R₃ to the multiplier circuit connected 52nd Durch die Multiplizierschaltung 62 wird der Korrekturstrom I K in der eingezeichneten Richtung eingeprägt. By the multiplier circuit 62 of the correction current I K is impressed in the indicated direction. Demnach ergibt sich eine als korrigiertes Meßsi gnal eine korrigierte Meßspannung U MK nach folgender Bezie hung: Accordingly, a corrected as follows Meßsi gnal a corrected measurement voltage U hung MK according to the following rela:

Die Korrektureinrichtung 6 umfaßt an ihrem Ausgang vorzugs weise einen Stromverstärker, dessen Verstärkung so vorgegeben ist, daß die durch den Korrekturstrom I K hervorgerufene maxi male Anhebung des korrigierten Meßspannung U MK der maximalen Schwankung der zweiten Referenzspannung U REF2 entspricht. The correction device 6 comprises at its output preference as a current amplifier whose gain is set so that the evoked by the correction current I K maxi male raising of the corrected measurement voltage corresponding to the U MK maximum fluctuation of the second reference voltage U REF2. Da der Korrekturstrom IK eine additive Korrektur der korrigier ten Meßspannung bewirkt wird, wirken sich Streuungen des Kor rekturstroms IK nur gering aus. Since the correction current IK, an additive correction of Corrected th measuring voltage is caused to scatter the Cor rekturstroms IK affect only small. So können die Multiplizier schaltung 52 und die Dividierschaltung 51 einfach ausgebildet sein. Thus, the multiplier can circuit 52 and the divider 51 can be easily formed.

Die Sensoreinrichtung ist mit einem Analog-Digital Wandler 7 elektrisch leitend verbindbar, dem die zweite Referenzspan nungsquelle 3 zugeordnet ist. The sensor device is electrically conductively connected to an analog to digital converter 7 which is associated with the voltage source, the second reference tension. 3 Der Analog-Digital Wandler 7 erzeugt ein digitales Meßsignal, das eine digitale Meßspan nung U MD ist, abhängig von der zweiten Referenzspannung U REF2 und der korrigierten Meßspannung U MK . The analog to digital converter 7 generates a digital measurement signal which is a digital voltage U Meßspan MD, depending on the second reference voltage U REF2 and the corrected measurement voltage U MK.

Die digitale Meßspannung U- wird in einer Ausführungsform der Erfindung einer Motorsteuerung zugeführt, die in Abhän gigkeit von der digitalen Meßspannung U MD eine Einspritzzeit und eine Einspritzdauer für ein Einspritzventil berechnet. The digital measurement voltage U is supplied in an embodiment of the invention a motor controller that calculates in depen dependence of the digital measurement voltage U MD, an injection time and an injection period for an injection valve.

Es ist für die Erfindung unwesentlich, ob der Analog-Digital-Wandler und die ihm zugeordnete zweite Referenzspannungsquel le mit den restlichen Elementen der Sensoreinrichtung eine Baueinheit bilden. It is immaterial to the invention whether the analog-to-digital converter and its associated second Referenzspannungsquel le form, with the remaining elements of the sensor device a structural unit. Demnach kann der Analog-Digital-Wandler und die zweite Referenzsignalquelle auch Bestandteil einer Motorsteuerung sein. Accordingly, the analog-to-digital converter and the second reference signal source can also be part of an engine control.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die hier dargestell ten Ausführungsformen. The invention is not limited to the ten dargestell embodiments herein. So kann der Strom I V auch eine andere Funktionsbeziehung zwischen dem ersten und dem zweiten Refe renzstrom darstellen. Thus, the current I V can also have a different functional relationship between constitute the first and the second electroless Refe rence. Beispielsweise geht der Strom I V in ei ner anderen Ausführungsform der Erfindung aus einer Differenz des ersten und des zweiten Referenzstroms I REF1 , I REF2 hervor. For example, the current I V is apparent from a difference of the first and second reference current I REF1, I REF2 in egg ner another embodiment of the invention.

Alternativ zu der Meßspannung U M kann auch die korrigierte Meßspannung U MK im Sinne einer Rückkopplung der Multiplizier schaltung 52 zugeführt werden. As an alternative to the measurement voltage U M is also the corrected voltage U MK in terms of a feedback of the multiplier circuit 52 are supplied.

Die Erfindung beschränkt sich auch nicht auf die beschriebene Ausbildung des Aufnehmers. The invention is also not limited to the described design of the transducer. So kann die von dem Aufnehmer zu messende physikalische Größe auch eine Temperatur, ein Druck oder eine Verformung sein. Thus, to be measured by the sensor physical size, a temperature, a pressure or a deformation may be. Der Aufnehmer ist dann beispiels weise als temperaturabhängiger Widerstand, als piezoresisti ves Element, als Drucksensor oder als ein Dehnungsmeßwider stand ausgebildet. The transducer is then example, as a temperature-dependent resistor, as piezoresisti ves element, as a pressure sensor or as a Dehnungsmeßwider was formed.

Claims (4)

  1. 1. Sensoreinrichtung First sensor means
    • - mit einer ersten Referenzspannungsquelle ( 1 ), die eine er ste Referenzspannung (U REF1 ) erzeugt, - with a first reference voltage source (1) which generates a reference voltage ste (U REF1),
    • - mit einem Aufnehmer, der ein Meßsignal erzeugt, das abhän gig ist von der ersten Referenzspannung (U REF1 ) und von der durch den Aufnehmer zu messenden Größe, - with a sensor which generates a measurement signal which is depen gig from the first reference voltage (U ref1) and the to be measured by the pickup size,
    • - mit einem ersten Strom-Spannungs-Wandler ( 2 ), der die erste Referenzspannung (U REF1 ) in einen ersten Referenzstrom (I REF1 ) wandelt, - with a first current-voltage converter (2) which converts the first reference voltage (U REF1) into a first reference current (I REF1),
    • - mit einem zweiten Strom-Spannungs-Wandler ( 4 ), der mit ei ner zweiten Referenzspannungsquelle ( 3 ) elektrisch leitend verbunden ist, die eine zweite Referenzspannung (U REF2 ) er zeugt, wobei der zweite Strom-Spannungs-Wandler ( 4 ) die zweite Referenzspannung (U REF2 ) in einen zweiten Referenz strom (I REF2 ) wandelt, - a second current-voltage converter (4) which is provided with egg ner second reference voltage source (3) is electrically conductively connected to the (U REF2) he witnesses a second reference voltage, wherein the second current-voltage converter (4) second reference voltage (U REF2) into a second reference current (I REF2) converts,
    • - mit einer Korrektureinrichtung ( 5 ), die ein Korrektursignal erzeugt in Abhängigkeit von dem Meßsignal, dem ersten Refe renzstrom (I REF1 ) und dem zweiten Referenzstrom (I REF2 ), und - a correction means (5) which generates a correction signal in response to the measurement signal, the first Refe rence current (I REF1) and the second reference current (I REF2), and
    • - mit einer Anpassungseinrichtung ( 6 ), die ein korrigiertes Meßsignal erzeugt durch eine additive Korrektur des Meßsi gnals mit dem Korrektursignal. - with an adjustment device (6) which generates a corrected measurement signal by an additive correction of the Meßsi gnals with the correction signal.
  2. 2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, wobei die durch den Auf nehmer zu messende Größe der Luftmassenstrom ist. 2. Sensor device according to claim 1, wherein the participants to be measured by the size on the air mass flow.
  3. 3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 2, wobei der Aufnehmer ein Heizwiderstand (R H ) ist, der temperaturabhängig ist. 3. Sensor device according to claim 2, wherein the transducer is a heating resistor (R H), which is temperature dependent.
  4. 4. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, die mit einem Analog-Digital-Wandler ( 7 ) elektrisch leitend verbunden ist, der in Abhängigkeit von der zweiten Referenzspannung (U REF2 ) und dem korrigierten Meßsignal ein digitales Meßsignal erzeugt. 4. Sensor device according to claim 1 which is (7) is electrically conductively connected to an analog-to-digital converter, which generates in response to the second reference voltage (U REF2) and the corrected measurement signal to a digital measurement signal.
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