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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Durchflußdetektor, der zur Messung
der beispielsweise in einen Verbrennungsmotor eingeleiteten Luftmenge
verwendet wird, aber auch für
andere Anwendungen einsatzfähig
ist, und der zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit
oder des Durchflusses eines Fluids unter effektiver Ausnutzung des
Phänomens
ausgestaltet ist, daß Wärme von
einem Heizelement oder einem durch das Heizelement erwärmten Heizabschnitt
auf das Fluid übertragen
wird.
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Ein
beispielhafter Stand der Technik ist in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 31 35 793 A1 offenbart,
die den nächstkommenden
Stand der Technik darstellt. Es wird ein Durchflussdetektor beschrieben,
der insbesondere zur Messung der Ansaugluftmenge von Verbrennungsmotoren
beschrieben wird. Hierzu sind mehrere temperaturabhängige Messwiderstände auf
einem Träger
aufgebracht.
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Ein
weiterer beispielhafter Stand der Technik ist anhand der 18 bis 22 nachfolgend erläutert. Die 18 zeigt eine Querschnittsansicht durch
einen herkömmlichen
wärmeempfindlichen
Durchflußsensor
des Brückentyps,
der beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nr. 5-7659 offenbart ist. Die 19 zeigt
eine Draufsicht auf den in 18 gezeigten
Durchflußsensor,
wobei eine Schutzfolie bzw. ein Schutzfilm entfernt ist. In den Zeichnungen
ist ein aus Siliziumnitrid bestehender Isoliertragfilm 2 auf
einem flachen Substrat 1 gebildet, das aus einem Silizium-Halbleiter
besteht. Auf dem Tragfilm 2 sind ein Wärme erzeugender Widerstand 3,
Temperaturmeßwiderstände 4 und 5 und
ein Vergleichswiderstand 6 ausgebildet, die aus Permalloy
bestehen, d.h. wärmeempfindliche
Widerstände. Der
Wärme erzeugende
Widerstand 3 ist zwischen den Temperaturmeßwiderständen 4 und 5 angeordnet.
Der Vergleichswiderstand 6 ist in einem vorbestimmten Abstand
zum Temperaturmeßwiderstand 4 angeordnet.
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Auf
dem Tragfilm 2 und den Widerständen 4 bis 6 ist
ein isolierender Schutzfilm 7 ausgebildet, der aus Silizumnitrat
besteht. Ein Luftspalt 8 ist in einem Bereich des Substrats 1 geschaffen,
wo der Wärme erzeugende
Widerstand 3 und die Temperaturmeßwiderstände 4 und 5 plaziert
sind, wodurch ein Brückenabschnitt 9 gebildet
ist. Der Luftspalt 8 ist durch das Entfernen eines Teils
des Substrates 1 durch eine Öffnung 10 hindurch
unter Verwendung eines Siliziumnitrid nicht angreifenden Ätzmittels
bzw. einer Ätzflüssigkeit
gebildet.
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Bei
einem derartigen herkömmlichen
Durchflußsensor
wird der dem Wärme
erzeugenden Widerstand 3 zugeführte Heizstrom durch einen
nicht gezeigten Steuer- oder Regelkreis gesteuert, so daß die Temperatur
des Wärme
erzeugenden Widerstandes 3 um 200 °C höher ist als die am Vergleichswiderstand 6 gemessene
Temperatur des Substrates 1. Da der Luftspalt 8 unter
dem Wärme
erzeugenden Widerstand 3 vorhanden ist, wird die am Wärme erzeugenden
Widerstand 3 erzeugte Wärme
fast nicht auf den Vergleichswiderstand 6 übertragen
und die Temperatur des Vergleichswiderstandes 6 wird nahezu gleich
der Lufttemperatur.
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Die
am Wärme
erzeugenden Widerstand 3 erzeugte Wärme wird hauptsächlich über den
Tragfilm 2 und den Schutzfilm 3 auf die Temperaturmeßwiderstände 4 und 5 übertragen.
Da der Wärme
erzeugende Widerstand 3 und die Temperaturmeßwiderstände 4, 5 eine
symmetrische Form haben, besteht, wenn keine Luft strömt, zwischen
den Temperaturmeßwiderständen 4 und 5 bezüglich des
Widerstands kein Unterschied. Wenn ein Luftstrom erzeugt wird, wird
der stromaufwärts
liegende Temperaturmeßwiderstand
durch die Luft gekühlt,
während
der stromabwärts
liegende Temperaturmeßwiderstand nicht
so stark gekühlt
wird wie der stromaufwärts
liegende Temperaturmeßwiderstand,
da die Wärme vom
wärme erzeugenden
Widerstand 3 über
die Luft übertragen
wird.
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Wenn
beispielsweise ein Luftstrom in der durch den Pfeil A in 19 angezeigten Richtung
erzeugt wird, wird die Temperatur des Temperaturmeßwiderstands 4 niedriger
werden als die Temperatur des Temperaturmeßwiderstandes 5. Der
Widerstandsunterschied zwischen den zwei Temperaturmeßwiderständen erhöht sich
sowie die Strömungsgeschwindigkeit
zunimmt. Folglich kann die Strömungsgeschwindigkeit
durch Erfassung des Widerstandsunterschieds zwischen den Temperaturmeßwiderständen 4 und 5 gemessen
werden. Außerdem kann
die Strömungsrichtung
eines Fluids dadurch erfaßt
werden, daß festgestellt
wird, welcher der Temperaturmeßwiderstände 4 und 5 eine
niedrigere Temperatur besitzt.
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Die 20 zeigt eine Querschnittsansicht durch
einen wärmeempfindlichen
Durchflußsensor mit
Membrane. Die 21 wiederum
zeigt eine Draufsicht des in 20 gezeigten
Durchflußsensors,
wobei ein Schutzfilm entfernt ist. Der Abschnitt des Substrates 1,
wo der Wärme
erzeugende Widerstand 3 und die Temperaturmeßwiderstände 4, 5 ausgebildet
sind, wurde durch Entfernen eines Teils des Substrates 1 von
der Rückseite
durch Ätzen
oder einem anderen Verfahren hergestellt, um so eine Membrane 11 auszubilden.
Dieser Durchflußsensor
mit Membrane arbeitet gemäß dem gleichen
Prinzip wie der Durchflußsensor
des Brückentyps,
um die Durchflußgeschwindigkeit
oder den Durchfluß zu
erfassen.
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Die 22 zeigt eine Querschnittsansicht
eines Beispiels der Anordnung eines herkömmlichen wärmeempfindlichen Durchflußsensors.
Der wärmeempfindliche
Durchflußsensor
ist als Lufteinlaßvolumensensor
für einen
Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug eingesetzt. In den Zeichnungen
ist ein Durchflußdetektor 14,
der einen wärmeempfindlichen Durchflußsensor 12 und
eine Schaltung 13, die mit dem Durchflußsensor 12 verbunden
ist, umfaßt,
mit der stromabwärts
liegenden Seite eines Luftreinigungselementes 15 verbunden.
Eine Drosselklappe 16 ist stromabwärts des Durchflußdetektors 14 vorhanden.
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Bei
der zuvor beschriebenen Ausbildung werden in der eingeführten Luft
befindliche Staub- oder Schmutzteilchen 17 durch das Luftreinigungselement 15 festgehalten.
Dadurch verstopft das Luftreinigungselement 15 im Durchwanderungsverlauf, was
bewirkt, daß der
Luftstrom stromabwärts
des Luftreinigungselementes 15 abgelenkt oder allgemein
gestört
wird. Genauer gesagt, der Luftstrom strömt zu Beginn größtenteils
in der Weise, wie es durch den Pfeil B angedeutet ist, wird jedoch,
sobald sich Staubteilchen auf dem Luftreinigungselement 15 angesammelt
haben, abgelenkt und strömt
entsprechend den durch die Pfeile C oder D angedeuteten Richtungen.
Da die Drosselklappe 16 stromabwärts des Durchflußsensors 12 liegt,
wird auch die Strömung
auf der stromabwärts
gelegenen Seite des Durchflußsensors 12 abgelenkt.
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Beim
Einbauen dieses herkömmlichen
wärmeempfindlichen
Durchflußsensors,
der in der oben beschriebenen Art und Weise ausgebildet ist, in
einem Strömungs-
oder Fluidkanal, bewirkt, daß der Luftstrom
an der Vorderkante des Sensors auf irgendwelche Wirbel erzeugt.
Die erzeugten Wirbel laufen am Sensor zusammen und treffen dort
auf, addieren sich zu den Störungen
in der Strömung
auf der Sensoroberfläche,
wodurch der Rauschabstand sinkt, was es unmöglich macht, eine zufriedenstellende
Empfindlichkeit zu erzielen.
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Ein
Sensor, der auf der Innenwand der Fläche eines Fluidkanals oder
auf der Innenwandfläche des
im Fluidkanal eingebauten Gehäuses
angeordnet ist, ist beispielsweise in der offengelegten japanischen
Patentanmeldung Nr. 5-142008 oder der offengelegten japanischen
Patentanmeldung Nr. 6-50783 offenbart.
Dieser Sensor versagt jedoch dabei, eine ausreichend zufriedenstellende
Erfassungsleistung bereitzustellen, wenn die Strömung Ablenkungen erzeugt, wie
es in der 22 gezeigt
ist. Wenn die Strömung
im Fluidkanal abgelenkt wird, nimmt im allgemeinen die Strömungsgeschwindigkeitsänderung an
der Kanalinnenwand beträchtlich
zu im Vergleich zu der Änderung
der Strömungsgeschwindigkeit
im Zentrum des Kanals. Folglich wird die Durchflußerfassungsleistung
beträchtlich
beeinflußt,
wenn der Sensor auf der Wandfläche
des Fluidkanals angebracht ist.
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Des
weiteren ist ein in einem flachen rechteckförmigen Gehäuse untergebrachter Sensor
in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 6-50783 offenbart.
Dieser Sensor ist jedoch nicht zur Strömungsrichtung eines zu messenden
Fluids axialsymmetrisch. Aufgrund dessen bewirken Strömungsablenkungen
eine von der Ablenkungsrichtung abhängige Durchflußänderung
des durch das Gehäuse
passierenden Fluids, sogar wenn der Durchfluß eines durch den Fluidkanal
strömenden Fluids
gleich bleibt, wodurch ungünstigerweise
die Durchflußerfassungsleistung
beeinflußt
wird.
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Darstellung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die Lösung der
oben beschriebenen Probleme gemacht. Dementsprechend liegt der Erfindung
das technische Problem zugrunde, einen Durchflußdetektor bereitzustellen,
der eine verbesserte Meßempfindlichkeit
und einen höheren
Rauschabstand gestattet und der sogar, wenn die Strömung in
einem Fluidkanal abgelenkt wird, dazu fähig ist, eine Änderung
der Durchflußerfassungscharakteristik
zu minimieren.
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Zu
diesem Zweck ist ein Durchflußdetektor geschaffen,
der ein Detektionsrohr, das in einem Fluidkanal vorgesehen ist,
und ein Tragelement umfaßt, das
in dem Detektionsrohr geschaffen ist. Das Tragelement weist einen
Sensorhalteabschnitt und zumindest einen sich verbreiternden Abschnitt
auf. Der Sensorhalteabschnitt hat eine vorbestimmte Breite. Der
sich verbreiternde Abschnitt ist an einem Ende des Sensorhalteabschnitts
angeordnet. Die Breite des sich verbreiternden Abschnitts nimmt
von seinem distalen Ende zu dem Sensorhalteabschnitt hin allmählich zu.
Schließlich
umfaßt
der Durchflußdetektor
einen wärmeempfindlichen
Durchflußsensor, der
in einer Seitenfläche
des Sensorhalteabschnitts eingebaut ist, so daß er in dem Detektionsrohr
ausgesetzt ist.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Durchflußdetektor
geschaffen, der ein in einem Fluidkanal geschaffenes Tragelement
umfaßt,
das einen Sensorhalteabschnitt und zumindest einen sich verbreiternden
Abschnitt besitzt. Der Sensorhalteabschnitt hat eine vorbestimmte
Breite und ist an einer Seite mit einer Ausnehmung ausgebildet. Der
sich verbreiternde Abschnitt ist an einem Ende des Sensorhalteabschnitts
benachbart angeordnet. Die Breite des sich verbreiternden Abschnitts
nimmt von seinem distalen Ende zu dem Sensorhalteabschnitt hin allmählich zu.
Schließlich
umfaßt
der Durchflußdetektor
gemäß dem zweiten
Aspekt einen wärmeempfindlichen
Durchflußsensor,
der in der Ausnehmung in solch einer Weise eingebaut ist, daß er in
der Seitenfläche
des Sensorhalteabschnitts eingelassen ist, also gegenüber der
Seitenfläche
zurücksteht.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Im
folgenden sind zur weiteren Erläuterung und
zum besseren Verständnis
der Erfindung mehrere Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben und erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
Vorderansicht eines Durchflußdetektors
gemäß einer
ersten Ausführungsform
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2 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1;
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3 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in 2;
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4 eine
Vorderansicht eines Durchflußdetektors
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
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5 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie V-V in 4;
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6 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in 5;
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7 eine
Vorderansicht eines Durchflußdetektors
gemäß einer
dritten Ausführungsform;
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8 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in 7;
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9 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie IX-IX in 8;
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10 eine
Vorderansicht eines Durchflußdetektors
gemäß einer
erfindungsgemäßen vierten Ausführungsform
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11 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie XI-XI in 10,
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12 eine
vergrößerte Seitenansicht
eines Detektionsaufbaus der 11,
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13 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie XIII-XIII in 12;
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14 eine
schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines zu messenden
Fluidstroms, der in einem Zustand gezeigt ist, bei dem ein wärmeempfindlicher
Durchflußsensor
aus einer Seitenfläche
eines Tragelementes herausragt;
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15 eine
schematische Darstellung zur Veranschaulichung des zu messenden
Fluidstroms, der in einem Zustand gezeigt ist, bei dem die Oberfläche des
wärmeempfindlichen
Durchflußsensors mit
der Seitenfläche
des Tragelementes fluchtet;
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16 eine
schematische Darstellung zur Veranschaulichung des zu messenden
Fluidstroms, der in einem Zustand gezeigt ist, bei dem der wärmeempfindliche
Durchflußsensor
in der Seitenfläche des
Tragelementes eingelassen ist;
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17 eine
schematische Darstellung zur Veranschaulichung des zu messenden
Fluidstroms, der in einem Zustand gezeigt ist, bei dem sich Staubteilchen
an der Vorderkante des wärmeempfindlichen Durchflußsensors
gemäß der 14 angesammelt haben
und dort anhaften;
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18 eine
Querschnittsansicht durch einen herkömmlichen wärmeempfindlichen Durchflußsensor;
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19 eine
Draufsicht auf einen Sensor gemäß der 18,
wobei ein Schutzfilm entfernt ist;
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20 eine
Querschnittsansicht durch einen anderen herkömmlichen wärmeempfindlichen Durchflußsensors;
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21 eine
Draufsicht auf den in 20 gezeigten Sensor, wobei ein
Schutzfilm entfernt ist, und
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22 eine
Querschnittsansicht auf eine bespielhafte Anordnung eines herkömmlichen
wärmeempfindlichen
Durchflußsensors.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1. Ausführungsform
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Nachfolgend
wird anhand der 1 bis 3 eine erste
Ausführungsform
eines Durchflußdetektors
erläutert.
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Wie
aus den Zeichnungen ersichtlich ist, ist ein Strömungs- oder Fluidkanal 21 in einer
Hauptkanalleitung 22 ausgebildet. Ein Gehäuse 24,
das eine Schaltung 23 enthält, ist an der Außenwandung
der Hauptkanalleitung 22 angebracht. Die Schaltung 23 ist
mit einer Heizwert-Regelschaltung, einer Ausgabeschaltung etc. versehen.
An dem Gehäuse 24 ist ein
Tragarm 25 befestigt, der in den Strömungskanal 21 hineinragt.
Ein zylindrisches Detektionsrohr 26 ist an dem beabstandeten
bzw. freien (distalen) Ende des Tragarms 25 befestigt,
so daß das
Detektionsrohr 26 mit der Hauptkanalleitung 22 koaxial
ausgerichtet ist.
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In
dem Detektionsrohr 26 ist ein Tragelement 27 dergestalt
befestigt, daß es
den senkrecht zur Rohrachse liegenden Querschnitt in zwei gleiche Segmente
unterteilt. Das Tragelement 27 weist einen Sensorhalteabschnitt 27a auf,
der zum einen im Mittelteil eine vorbestimmte Breite aufweist, zum
anderen sich verbreiternde Abschnitte 27b und 27c besitzt,
die zu beiden Enden des Sensorhalteabschnittes 27a benachbart
liegen und sich von deren beabstandeten Enden zum Sensorhalteabschnitt 27a hin allmählich erweitern.
Sowohl stromauf- wie auch stromabwärts des Traglementes 27 des
Detektionsrohrs 26 sind gerade Rohrabschnitte 26a und 26b geschaffen,
deren Längen
halb so groß oder
größer sind
wie der Innendurchmesser D des Erfassungsrohrs 26, d.h.
des Radiuses, (L1 ≥ D/2,
L2 ≥ D/2),
und die einen vorbestimmten Innendurchmesser aufweisen.
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Ein
wärmeempfindlicher
Durchflußsensor, d.h.
ein Durchflußerfassungselement 28,
ist in einer Seitenfläche
des Sensorhalteabschnitts 27a des Tragelementes 27 so
eingebaut, daß es
im Inneren des Detektionsrohrs 26 freiliegt. Die Ausgestaltung
und das Arbeitsprinzip des Durchflußsensors 28 ist mit dem
des in der 18 oder der 20 gezeigten Sensors
identisch. Eine Detektionsaufbau 29 ist durch das Tragelement 27 und
den Durchflußsensor 28 gebildet.
Der Durchflußsensor 28 und
die Schaltung 23 sind über
eine Anzahl entlang des Tragarms 25 verlaufender, leitend
ausgebildeter Stromkabel 30 elektrisch verbunden. Das Gehäuse 24 ist
mit einem Anschluß 31 zur
Zuführung
von Strom und der Ausgabe an externe Geräte versehen.
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In
einem derart ausgebildeten Durchflußdetektor wird die Strömungsgeschwindigkeitsänderung auf
der Achse der Hauptkanalleitung 22 so lange minimiert,
wie die Durchflußgeschwindigkeit
die gleiche bleibt, sogar, wenn die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit
eines zu messenden Fluids, das durch den Strömungskanal 21 strömt, ungleich
wird oder sogar, wenn sich die Ablenkungsrichtung ändert. Demzufolge
ist eine Durchflußänderung
des in das Detektionsrohr 26 eingeführten Fluids minimiert.
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Wenn
die Strömungsgeschwindigkeit
des Fluids so verläuft,
wie es durch den Pfeil A gemäß der 2 angedeutet
ist, verengt sich der Abschnitt des Kanals in dem Detektionsrohr 26,
da sich das Tragelement 27 auf der stromaufwärts gelegenen Seite
des Durchflußsensors 28 allmählich verbreitert, was
zur Folge hat, daß die
Strömungsgeschwindigkeit
zunimmt. Somit wird eine Ablösung
an der Oberfläche
des Tragelementes 27 verhindert bzw. zurückgehalten.
Da des weiteren die Oberfläche
des Durchflußsensors 28 der
Innenwandfläche
des Detektionsrohrs 26 gegenüberliegt, wird die Strömung so
gesteuert, daß sie
parallel verläuft,
um so zu gewährleisten,
daß eine
ablösungsfreie,
stabile (Laminar-)Strömung
beibehalten wird, und somit ein guter Rauschabstand erzielbar ist. Überdies
verhindert die Strömung,
die parallel zur Oberfläche
des Durchflußsensors 28 verläuft, daß im Fluid
befindliche Staubteilchen oder dergleichen gegeneinander stoßen und am
Durchflußsensor 28 anhaften.
Folglich kann sogar bei längerer
Benutzung eine Änderung
in der Durchflußerfassungscharakteristik
kontrolliert werden.
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Da
der sich verbreiternde Abschnitt 27c auch auf der stromabwärts liegenden
Seite des Sensorhalteabschnitts 27a vorgesehen ist, kann
ferner die Ablösung
der Strömung
an diesem Punkt zurückgehalten
oder vermieden werden, was zu einem niedrigen (Luft-)Widerstand
im Detektionsrohr 26 führt.
Dies macht es möglich,
die Strömungsgeschwindigkeit des
sich auf der Oberfläche
des Durchflußsensors 28 bewegenden
Fluids zu erhöhen,
was eine zu erzielende gute Erfassungsempfindlichkeit erlaubt und auch Änderungen
von Störungen
in der Strömung
auf der Oberfläche
des Durchflußsensors 28 minimiert, mit
dem Ergebnis eines guten Rauschabstandes.
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Des
weiteren ist das Tragelement 27 so angeordnet, daß es den
Kanalquerschnitt im Detektionsrohr 26 in zwei gleiche Segmente
unterteilt. Der Durchflußsensor 28 ist
im Mittelpunkt des Detektionsrohrs 26 angeordnet. Aufgrund
dessen können sogar
im Falle, daß die
Strömungsablenkung
im Detektionsrohr 26 bestehen bleibt, deren Einflüsse minimiert
werden. Demgemäß werden
die Meßfehler
minimiert.
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Außerdem ist
die Strömungsrichtung
des in das Detektionsrohr 26 eingeführten Fluids im geraden Rohrabschnitt 26a geradlinig
und der sich verbreiternde Abschnitt 27b des Tragelementes 27 funktioniert
als Korrekturflosse zur Korrektur der Strömungsrichtung. Aufgrund dessen
wird die Strömungsablenkung
des Fluids im Strömungskanal 21 korrigiert,
was weiter eine Änderung
in der Strömungsgeschwindigkeiterfassungscharakteristik
verhindert.
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Der
korrigierende Effekt, der durch den geraden Rohrabschnitt 26a bewirkt
wird, wird vergrößert, wenn
der gerade Rohrabschnitt 26a länger ausgeführt wird. Die Ergebnis der
durch die Erfinder ausgeführten
Versuche haben aufgezeigt, daß ein
zufriedenstellender Korrektureffekt erzielt werden kann, wenn die
Länge des
geraden Rohrabschnitts gleich oder als der Radius (D/2) des Kanals
ist, wenn der durch den sich verbreiternden Abschnitt 27b des
Tragelementes 27 bewirkte Korrektureffekt mit dem durch
den geraden Rohrabschnitt bewirkten Korrektureffekt kombiniert wird.
Somit kann ein zufriedenstellender Korrektureffekt erreicht werden,
ohne daß das
Detektionsrohr 26 unnötigerweise
lang ausgeführt
wird.
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Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
sind die sich verbreiternden Abschnitte 27b und 27c an
beiden Enden des Sensorhalteabschnitts 27a vorhanden. Des
weiteren sind die geraden Rohrabschnitte 26a und 26b auf
der stromaufwärts
liegenden Seite bzw. auch auf der stromabwärts liegenden Seite des Tragelementes 27 ausgebildet.
Aufgrund dessen kann auch dann, wenn die Strömungsrichtung des zu messenden
Fluids umgekehrt wird, eine gute Meßempfindlichkeit und ein guter
Rauschabstand erzielt werden. Überdies
kann eine Änderung in
der Strömungsgeschwindigkeitserfassungscharakteristik
gegenüber
einer Strömungsablenkung
im Fluidkanal minimiert werden.
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2. Ausführungsform:
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Eine
zweite Ausführungsform
wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 erläutert. Bei
dieser Ausführungsform
wird ein Detektionsrohr 32 eingesetzt, das einen Fluideinlaß 32a mit einer
glockenförmig
ausgebildeten Mündungsöffnung besitzt.
Die restlichen Teile der zweiten Ausführungsform entsprechen der
Ausbildung gemäß der zuvor
beschriebenen ersten Ausführungsform.
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Bei
dem Durchflußdetektor
gemäß der zweiten
Ausführungsform
wird aufgrund des Fluideinlasses 32a mit der glockenförmigen Mündungsöffnung die
Strömung
verengt, um eine gleichförmige
Strömungsgeschwindigkeitsverteilung
im Detektionsrohr 32 herzustellen, auch dann, wenn die
Strömung
auf der stromaufwärts
liegenden Seite abgelöst
und somit abgelenkt ist, was erlaubt, daß eine Änderung in der Strömungsgeschwindigkeitserfassungscharakteristik
verhindert wird.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist nur ein Endstück
des Detektionsrohrs 32 im Öffnungsbereich glockenförmig ausgebildet.
Es kann natürlich
auch das andere Ende des Rohrs 32 mit einer glockenförmigen Mündungsöffnung versehen
sein. Dieser Aufbau erbringt die gleichen Vorteile, wenn die Strömungsrichtung
des zu messenden Fluids umgekehrt wird.
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3. Ausführungsform:
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Eine
dritte Ausführungsform
wird nachfolgend unter Bezugnahme aud die 7 bis 9 näher beschrieben
und erläutert.
Bei dieser dritten Ausführungsform
nimmt der Außendurchmesser
eines Detektionsrohres 33 vom in Längsrichtung gesehen Mittelpunkt
zu beiden Enden hiervon allmählich
ab. Genauer gesagt: der stromaufwärts gelegene Außendurchmesser
des Detektionsrohrs 33 nimmt in Strömungsrichtung, d.h. stromabwärts, allmählich zu, wohingegen
der stromabwärts
liegende Außendurchmesser
in Strömungsrichtung,
d.h. auf der stromaufwärts
liegenden Seite, allmählich
abnimmt. Die restliche Ausgestaltung der dritten Ausführungsform
ist mit der der ersten Ausführungsform,
die eingangs beschrieben wurde, identisch.
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Der
Durchflußdetektor
gemäß der dritten Ausführungsform
verhindert, daß sich
die Strömung an
dem Außenumfang
bzw. der Außenumfangsfläche des
Detektionsrohres 33 ablöst
und verhindert die Erzeugung von Wirbeln an der Vorderkante des Detektionsrohres 33,
was erlaubt, daß ein
Druckabfall verringert wird. Dieser Vorteil ist insbesondere wichtig
oder bemerkenswert, wenn die Strömung
des zu messenden Fluids abgelenkt wird.
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4. Ausführungsform:
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Unter
Bezugnahme auf die 10 bis 13 wird
im nachfolgenden eine vierte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, ist ein Tragelement 41 am
freien Ende eines Tragarms 25, der in den Strömungskanal 21 hineinragt,
angebracht. Ein wärmeempfindlicher
Durchflußsensor
ist im Tragelement 41 eingebaut. Durch das Tragelement 41 und
den Strömungsgeschwindigkeitssensor 42 ist
eine Erfassungsstruktur 43 gebildet.
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Wie
insbesondere aus den 12 und 13 ersichtlich
ist, besitzt das Tragelement 41 einen Sensorhalteabschnitt 41b,
der eine vorbestimmte Breite aufweist und in einer Seitenfläche mit
einer Ausnehmung 41a versehen ist. Ferner umfaßt es einen
sich verbreiternden Abschnitt 41c, der benachbart zu einem
Ende des Sensorhalteabschnitts 41b liegt und sich von dem
freien Ende zu dem Sensorhalteabschnitt 41b hin allmählich verbreitert.
Der Strömungsgeschwindigkeitssensor 42 ist
in der Ausnehmung 41a so eingebaut, daß er gegenüber der Seitenfläche des
Sensorhalteabschnitts 41b nach hinten versetzt ist, d.h.
eingelassen ist.
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Genauer
gesagt: die Oberfläche
des Durchflußsensors 42 fluchtet
nicht mit der Seitenfläche
des Tragelementes 41. Er ist nämlich so angeordnet, daß er in
der Seitenfläche
um die Abmessung L3 eingelassen ist. Die Abmessung L3 ist dergestalt
gewählt, daß sie nicht
Null wird, wenn der Durchflußsensor 42 in
dem Tragelement 41 eingebaut ist, auch wenn Herstellungsfehler
mit einbezogen werden. Folglich ragt der Durchflußsensor 42 nicht über die
Seitenfläche des
Sensorhalteabschnitts 41b vor, auch in dem Fall, daß das Tragelement 41 und
der Durchflußsensor 42 mit
Herstellungsfehlern behaftet sind.
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Bei
einem derartigen Strömungsdetektor
ist der Durchflußsensor 42 so
eingebaut, daß er
immer gegenüber
der Seitenfläche
des Tragelementes 41 nach hinten versetzt ist, was Variationen
in der Erfassungscharakteristik von einem Detektor zum anderen minimiert. Überdies
wird verhindert, daß sich
die in dem zu messenden Fluid befindlichen Staub- oder Schmutzteilchen
an der Vorderkante des Durchflußsensors 42 ansammlen
und anhaften. Demzufolge kann eine Änderung der Erfassungseigenschaften beim
Messen des Durchflusses über
eine längere Zeitspanne
verhindert werden.
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Die 14 zeigt
eine schematische Darstellung des zu messenden Fluids, in dem Zustand,
bei dem der Durchflußsensor
aus der Seitenfläche
des Tragelementes vorsteht. Die 15 zeigt
eine andere schematische Strömungsdarstellung
des zu messenden Fluids, wobei ein Zustand gezeigt ist, in dem die
Oberfläche
des Durchflußsensors
mit der Seitenfläche
des Tragelementes fluchtet. Die 16 hingegen
zeigt eine schematische Strömungsdarstellung des
zu messenden Fluids in einer Stellung, bei der der Durchflußsensor
gegenüber
der Seitenfläche
des Tragelementes zurückversetzt
ist. Die 17 zeigt schließlich eine
Darstellung, bei der die Strömung des
zu messenden Fluids in solch einem Zustand gezeigt ist, bei dem
bereits Staubteilchen an der Vorderkante des Durchflußsensors
gemäß der 14 anhaften.
In diesen Zeichnungen bezeichnen die Pfeile E-H die Strömungslinien
des zu messenden Fluids an.
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Wie
in der 14 gezeigt ist, löst sich
die Strömung
an der Vorderkante des Durchflußsensors 42 ab,
wenn der Durchflußsensor 42 von
der Seitenfläche
des Tragelementes 41 vorsteht. Dann legt sie sich stromabwärts wieder
an. Wenn, wie es in der 15 gezeigt
ist, die Oberfläche
des Durchflußsensors 42 mit
der Seitenfläche
des Tragelementes 41 eben ist bzw. fluchtet, strömt das zu
messende Fluid entlang der Fläche
des Durchflußsensors 42.
Bei dem in 16 dargestellten Zustand wird
an dem abgestuften Abschnitt ein Staupunkt 44 erzeugt.
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Demzufolge ändert sich
je nach dem, in welcher Weise der Durchflußsensor 42 eingebaut
ist, der Strömungsweg
des zu messenden Fluids beträchtlich
und die Wärmeleitfähigkeit
auf der Oberfläche des
Durchflußsensors 42 variiert
demgemäß, was zu Schwankungen
der Erfassungskennlinie für
den Durchfluß führt.
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Bei
der vierten Ausführungsform
verbleibt aber der Durchflußsensor 42 immer
nach hinten versetzt, also eingelassen. Aufgrund dessen können Strömungsänderungen
des zu messenden Fluids unabhängig
von der Art des eingesetzten Durchflußsensors, d.h. von einem Durchflußsensor
zum anderen, verhindert werden. Des weiteren ist ein Durchflußdetektorabschnitt 42a des
Durchflußsensors 42 ausreichend
weit weg vom Staupunkt 44 stromabwärts plaziert. Demzufolge können Änderungen
bei der Erfassungskennlinie für
den Durchfluß verhindert werden.
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Wenn
der in der 15 gezeigte Durchflußdetektor
für eine
längere
Zeitspanne verwendet wird, werden sich Staubteilchen 45 oder
dergleichen absetzen und anhaften und an der Vorderkante des Durchflußsensors 42 aufbauen,
wie es in der 17 gezeigt ist. In solch einem
Fall wird je nach der veranlassten Strömungsänderung bewirkt, daß die Erfassungskennlinie
im Hinblick auf den zu messenden Durchfluß schwankt. In dem Fall, daß der Durchflußsensor 42 gegenüber der
Seitenfläche
des Tragelementes 41 zurückversetzt ist, wie es in der 16 gezeigt
ist, kann das Anhaften der Staubteilchen 45 oder dergleichen
verhindert werden.
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Die
zuvor beschriebene vierte Ausführungsform
ist nicht mit einem Detektionsrohr versehen. Diese Ausbildung kann
jedoch ebenso, wie zuvor beschrieben, mit einem Detektionsrohr ausgerüstet werden.
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Bei
all den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
umfassen die Durchflußsensoren
Wärme erzeugende
Widerstände
und Temperaturmeßwiderstände. Es
ist aber darauf hinzuweisen, daß der Durchflußsensor
gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht hierauf beschränkt
ist. Der Durchflußsensor kann
beispielsweise nur einen Wärme
erzeugenden Widerstand oder eine Anzahl von Wärme erzeugenden Widerständen umfassen,
um den Durchfluß entsprechend
den Heizstromwerten der Wärme
erzeugenden Widerstände
zu erfassen.