DE19812690C1 - Support for a temperature-dependent resistor - Google Patents
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Abstract
Ein Träger hat einen ersten Bereich (2), der zum Anordnen eines temperaturabhängigen Widerstands (6) vorgesehen ist, und einen zweiten Bereich (3a, 3b), der zur Aufnahme einer Halterung (9a, 9b) vorgesehen ist. Der Träger besteht aus einem Grundmaterial mit niedriger Temperatur-Leitfähigkeit, in das in dem ersten Bereich (3a, 3b) ein Stoff mit hoher Temperatur-Leitfähigkeit eingebracht ist.A carrier has a first area (2), which is provided for arranging a temperature-dependent resistor (6), and a second area (3a, 3b), which is provided for receiving a holder (9a, 9b). The carrier consists of a base material with low temperature conductivity, into which a substance with high temperature conductivity is introduced in the first region (3a, 3b).
Description
Die Erfindung betrifft einen Träger für einen temperaturab hängigen Widerstand gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Derartige Träger werden zur Aufnahme von temperaturabhän gigen Widerständen verwendet, die beispielsweise in Einrich tungen zum Erfassen einer Luftmasse in einem Ansaugtrakt ei ner Brennkraftmaschine vorgesehen sind.The invention relates to a carrier for a temperature pending resistance according to the preamble of claim 1. Such carriers are used to accommodate temperature-dependent used resistors, for example in Einrich to detect an air mass in an intake tract ner internal combustion engine are provided.
Aus der WO 96/34260 ist ein Träger bekannt, der als Glas plättchen ausgebildet ist und auf dessen Oberfläche Leiter bahnen, ein temperaturabhängiger Widerstand und lötbare Kon taktflächen aufgebracht sind. Die Glasplättchen sind dünn ausgebildet um eine kurze Ansprechzeit zu gewährleisten.From WO 96/34260 a carrier is known as a glass platelet is formed and on the surface of the conductor paths, a temperature-dependent resistor and solderable con tact areas are applied. The glass plates are thin trained to ensure a short response time.
Untersuchungen an Brennkraftmaschinen, die mit einer Luft massenmeßeinrichtung mit einem Temperaturfühler und einem Heizelement versehen sind, die auf einem derartigen Träger angeordnet sind, ergaben, daß gerade bei einer pulsierenden Luftströmung die thermische Trägheit des Glases zu einer Ab senkung des Meßsignals und damit zu einem negativen Fehler bei dem Erfassen des Luftmassenstroms führt. Immer strengere gesetzliche Vorschriften zu Emissionen von Kraftfahrzeugen führen dazu, daß ein derartiger Fehler beim Erfassen des Luftmassenstroms nicht mehr toleriert werden kann.Investigations on internal combustion engines using air mass measuring device with a temperature sensor and a Heating element are provided on such a support are arranged, showed that just with a pulsating Air flow the thermal inertia of the glass to an ab lowering of the measurement signal and thus to a negative error leads in the detection of the air mass flow. Ever stricter legal regulations on emissions from motor vehicles cause such an error in the detection of the Air mass flow can no longer be tolerated.
Aus der JP 6-109 507 A ist ein Träger für einen temperaturab hängigen Widerstand bekannt, der einen ersten Bereich zum An ordnen des temperaturabhängigen Widerstands hat und einen zweiten Bereich hat, der zur Aufnahme von Halterungen vorge sehen ist. Der Träger besteht aus einem Grundmaterial mit niedriger Temperaturleitfähigkeit. In dem ersten Bereich wird hohe Temperaturleitfähigkeit dadurch erzielt, daß ein Stoff in höherer Dichte vorhanden ist, als im Grundmaterial.From JP 6-109 507 A is a support for a temperature pending resistance is known, which is a first area to order the temperature-dependent resistance and has one has the second area, which is pre-included to accommodate mounts see is. The carrier consists of a base material with low thermal conductivity. In the first area will be high Temperature conductivity achieved in that a substance in higher density than in the base material.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Träger zu schaffen, der einfach ist und eine kurze Ansprechzeit eines tempera turabhängigen Widerstands gewährleistet, der auf dem Träger anbringbar ist. It is the object of the invention to provide a carrier which is simple and a short response time of a tempera guaranteed depending on the resistance on the carrier is attachable.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa tentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er findung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The object is achieved by the features of Pa claim 1 solved. Advantageous embodiments of the Er invention are characterized in the subclaims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are described below the schematic drawings explained. Show it:
Fig. 1: die Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Träger, Fig. 1 is a plan view of an inventive carrier,
Fig. 2: einen Schnitt durch den Träger gemäß Fig. 1 entlang der Einerlinie II-II', FIG. 2 shows a section through the carrier of Figure 1 along the line II-II '.
Fig. 3: eine Brennkraftmaschine und Fig. 3: an internal combustion engine and
Fig. 4: eine Schaltungsanordnung einer Luftmassenmeßeinrich tung. Fig. 4: a circuit arrangement of a Luftmassenmeßeinrich device.
Elemente gleicher Konstruktion und Funktion werden figuren
übergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Ein
Träger 1 besteht aus einem Grundmaterial mit einer niedrigen
Temperaturleitfähigkeit. Die Temperaturleitfähigkeit a ist
die charakteristische Kenngröße bei der Beschreibung insta
tionärer Wärmeleitungsvorgänge und ist definiert durch die
Beziehung
Elements of the same construction and function are provided with the same reference symbols in all figures. A carrier 1 consists of a base material with a low thermal conductivity. The thermal conductivity a is the characteristic parameter in the description of insta tional heat conduction processes and is defined by the relationship
wobei
λ die Wärmeleitfähigkeit,
c die spezifische Wärmekapazität und
ρ die Dichte sind.in which
λ the thermal conductivity,
c the specific heat capacity and
ρ are the density.
Das Grundmaterial ist bevorzugt Glaskeramik. Glaskeramik zeichnet sich durch eine niedrige Temperaturleitfähigkeit und gleichzeitig eine sehr hohe Temperaturfestigkeit, also einer Unempfindlichkeit gegenüber sehr hohen Temperaturen (z. B. 200°C) und sehr niedrigen Temperaturen (z. B. -40°C) aus. Das Grundmaterial kann jedoch auch alternativ Kunststoff sein. The base material is preferably glass ceramic. Glass ceramic is characterized by a low temperature conductivity and at the same time a very high temperature resistance, i.e. one Insensitivity to very high temperatures (e.g. 200 ° C) and very low temperatures (e.g. -40 ° C). The Alternatively, the base material can also be plastic.
Der Träger 1 hat einen ersten Bereich 2, der zum Anordnen ei nes temperaturabhängigen Widerstands vorgesehen ist, und ei nen zweiten Bereich 3a, 3b, der zur Aufnahme einer Halterung vorgesehen ist.The carrier 1 has a first region 2 , which is provided for arranging a temperature-dependent resistor, and a second region 3 a, 3 b, which is provided for receiving a holder.
In dem ersten Bereich sind Bohrungen 4a-g in das Grundmateri al eingebracht. In die Bohrungen 4a-g ist ein Stoff mit hoher Temperatur-Leitfähigkeit eingebracht. Der Stoff ist bei spielsweise Metall und bevorzugt Silberpaladium (AgPd), das sich durch eine sehr hohe Temperatur-Leitfähigkeit (etwa 166 m2/s) auszeichnet. Besonders gut läßt sich der Träger 1 mit der LTCC-Technik (Low Temperature Cofired Ceramic) herstel len. Dabei wird die noch ungebrannte Glaskeramik mit den Boh rungen in dem ersten Bereich 2 versehen und dann Silberpala dium - vorzugsweise im Siebdruckverfahren - in die Bohrungen 4a-g eingebracht. Der Träger wird dann gebrannt und erhält so die gewünschte Härte. Die Dicke des Trägers 1 liegt bei spielsweise um die 0,15 mm. Die Breite des Trägers beträgt et wa 6 mm und die Länge etwa 9 mm. Die Bohrungen haben vorzugs weise einen Durchmesser von ca. 70 µm und einen Abstand von ca. 250 µm. Die Bohrungen 4a-g, die mit dem Stoff mit hoher Tempertur-Leitfähigkeit gefüllt sind, ermöglichen einen schnellen Wärmetransport von der Oberseite zur Unterseite des Trägers. Im Nahbereich der Bohrungen ermöglichen sie auch ei nen schnelleren Wärmetransport radial zu den Bohrungen.In the first area, holes 4 a-g are made in the basic material. A substance with high temperature conductivity is introduced into the bores 4 a-g. The material is for example metal and preferably silver palladium (AgPd), which is characterized by a very high temperature conductivity (about 166 m 2 / s). The carrier 1 can be produced particularly well with the LTCC technology (Low Temperature Cofired Ceramic). The still unfired glass ceramic is provided with the holes in the first area 2 and then silver palladium - preferably in the screen printing process - is introduced into the holes 4 a-g. The carrier is then fired, giving it the desired hardness. The thickness of the carrier 1 is, for example, around 0.15 mm. The width of the carrier is approximately 6 mm and the length is approximately 9 mm. The holes preferably have a diameter of approx. 70 µm and a distance of approx. 250 µm. The holes 4 a-g, which are filled with the material with high temperature conductivity, allow rapid heat transfer from the top to the bottom of the carrier. In the vicinity of the holes, they also enable faster heat transfer radially to the holes.
Der Träger 1 ist vorzugsweise mit einer Isolierschicht 5 (Fig. 2) versehen, die elektrisch isoliert und gewährlei stet, daß elektrisch leitende Bauelemente auf der Isolier schicht 5 angeordnet werden können ohne daß Kurzschlüsse durch die mit Metall gefüllten Bohrung 4a-g auftreten. Die Isolierschicht 5 besteht beispielsweise aus "Overglas", einer Glaspaste, die im Siebdruckverfahren auf den Träger aufge bracht wird. Auf der Isolierschicht 5 ist ein temperaturab hängiger Widerstand angeordnet, der beispielsweise als ein Heißfilm-Widerstand mit einem negativen Temperaturkoeffizien ten ausgebildet ist und der in Dünnschicht-Technik aufge bracht ist. Der temperaturabhängie Widerstand 6 ist in dem ersten Bereich 2 angeordnet.The carrier 1 is preferably provided with an insulating layer 5 ( Fig. 2), which is electrically insulated and ensures that electrically conductive components can be arranged on the insulating layer 5 without short circuits occurring through the metal-filled bore 4 a-g. The insulating layer 5 consists, for example, of "overglass", a glass paste which is applied to the carrier by screen printing. On the insulating layer 5 , a temperature-dependent resistor is arranged, which is formed, for example, as a hot-film resistor with a negative Temperaturkoeffizien th and which is brought up in thin-film technology. The temperature-dependent resistor 6 is arranged in the first area 2 .
In dem zweiten Bereich 3a, 3b ist jeweils ein lötbarer Kon taktbereich 7a, 7b, vorzugsweise aus Gold-Chrom-Nickel oder Platin, ausgebildet. Die Kontaktbereiche 7a, 7b sind elek trisch leitend über Leiterbahnen 8a, 8b mit dem temperaturab hängigen Widerstand 6 verbunden. Halter 9a, 9b zur Befesti gung des Trägers sind an die Kontaktbereiche 7a, 7b gelötet. Die Halter 9a, 9b sind neben der Befestigung des Halters an einem nicht dargestellten Gehäuse auch für den elektrischen Anschluß des temperaturabhängigen Widerstands 6 bestimmt. Der Träger 1 zeichnet sich durch eine hohe Wärmedämmung in dem zweiten Bereich 3a, 3b aus, wodurch gewährleistet ist, daß das Lot auf den Kontaktbereichen 7a, 7b nicht schmilzt, wenn der temperaturabhängige Widerstand 6 stark aufgeheizt wird (z. B. 250°C). Außerdem sind die Halter 9a, 9b und der tempe raturabhängige Widerstand thermisch entkoppelt.In the second area 3 a, 3 b, a solderable contact area 7 a, 7 b, preferably made of gold-chromium-nickel or platinum, is formed. The contact areas 7 a, 7 b are electrically conductive via conductor tracks 8 a, 8 b with the temperature-dependent resistor 6 connected. Holders 9 a, 9 b for fastening the carrier are soldered to the contact areas 7 a, 7 b. The holder 9 a, 9 b are intended not only for fastening the holder to a housing, not shown, but also for the electrical connection of the temperature-dependent resistor 6 . The carrier 1 is characterized by high thermal insulation in the second region 3 a, 3 b, which ensures that the solder on the contact regions 7 a, 7 b does not melt when the temperature-dependent resistor 6 is heated up strongly (e.g. . 250 ° C). In addition, the holder 9 a, 9 b and the temperature-dependent resistor thermally decoupled.
Fig. 3 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem Ansaugtrakt 10, der einen Stutzen 11 hat. In dem Stutzen 11 ist eine Luftmassenmeßeinrichtung 12 und eine Drosselklappe 13 ange ordnet. Der Ansaugtrakt weist ferner einen Sammler 14 und ein Saugrohr 15 auf, das über einen Einlaßkanal 16 mit einem Zy linder 17 verbunden ist. In dem Einlaßkanal 16 ist ein Ein spritzventil 18 angeordnet. Eine Steuereinrichtung 19 ermit telt abhängig von dem Meßsignal der Luftmassenmeßeinrichtung 12 und weiteren Meßsignalen von anderen Sensoren (z. B. Dreh zahlsensor) ein Stellsignal für das Einspritzventil. Fig. 3 shows an internal combustion engine with an intake tract 10 , which has a nozzle 11 . In the nozzle 11 , an air mass measuring device 12 and a throttle valve 13 is arranged. The intake tract also has a collector 14 and a suction pipe 15 which is connected via an inlet duct 16 with a cylinder 17 . In the inlet channel 16 , an injection valve 18 is arranged. A control device 19 determines a control signal for the injection valve depending on the measurement signal of the air mass measurement device 12 and other measurement signals from other sensors (e.g. speed sensor).
Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung der Luftmassenmeßein richtung. Die Schaltungsanordnung umfaßt eine Meßbrücke mit einem ersten und zweiten Brückenzweig sowie einen Differenz verstärker 22 und einen Regler 23. In dem ersten Brückenzweig ist ein Temperaturfühler Rt angeordnet, der als temperaturab hängiger hochohmiger Widerstand ausgebildet ist. In Reihe mit dem Temperaturfühler Rt sind Widerstände R1 und R2 angeord net. In dem zweiten Brückenzweig ist ein Heizelement Rh und ein mit diesen in Reihe liegende Widerstand R3 angeordnet. Das Heizelement Rh und der Temperaturfühler Rt sind in dem Stutzen 11 angeordnet. Fig. 4 shows a circuit arrangement of the Luftmassenmeßein direction. The circuit arrangement comprises a measuring bridge with a first and second bridge branch as well as a differential amplifier 22 and a controller 23 . In the first bridge branch, a temperature sensor Rt is arranged, which is designed as a temperature-dependent high-resistance. Resistors R1 and R2 are arranged in series with the temperature sensor Rt. A heating element Rh and a resistor R3 arranged in series therewith are arranged in the second bridge branch. The heating element Rh and the temperature sensor Rt are arranged in the nozzle 11 .
Die Meßbrücke wird von dem Regler 23 an einem Punkt A mit Spannung versorgt. Der Punkt B der Meßbrücke ist an Masse ge legt. Der Differenzverstärker 22 ist an seinen nicht inver tierenden Ausgang mit einem Abgriffspunkt C verbunden, der zwischen dem Heizelement Rh und dem Widerstand R3 angeordnet ist. Der Differenzverstärker 22 ist an seinem invertierenden Eingang mit einem Abgriffspunkt D der Meßbrücke verbunden, der zwischen dem Widerstand R1 und dem Widerstand R2 angeord net ist. In dem Differenzverstärker 22, wird die Potential differenz zwischen den Abgriffspunkten C und D verstärkt und dem Regler als Regeldifferenz zugeführt. Von dem Regler 23 wird im Punkt A der Meßbrücke ein derartiger Strom einge prägt, daß die Potentialdifferenz zwischen den Abgriffspunk ten C und D gegen Null geht. Der Temperaturfühler Rt und die Widerstände R1 und R2 sind so dimensioniert, daß die Verlust leistung des Temperaturfühlers Rt so gering ist, daß sich die Temperatur des Temperaturfühlers Rt praktisch nicht mit den Änderungen des Stroms im Punkt A verändert, sondern stets der Temperatur des Luftmassenstroms entspricht. Verändert sich in Folge von Mengenänderungen des Luftmassenstroms die Tempera tur des Heizelements Rh, so verändert sich die Potentialdif ferenz zwischen den Punkten C und D und der Regler regelt den Strom im Punkt A entsprechend, bis er einen Wert erreicht, an dem die Potentialdifferenz zwischen den Abgriffspunkten C und D wieder gegen Null geht. Das Potential des Abgriffspunktes C repräsentiert den Luftmassenstrom und wird als Meßsignal der Steuereinrichtung 19 zugeführt. Der Temperaturfühler Rt und/- oder das Heizelement Rh sind auf den Träger angeordnet. Die Luftmassenmeßeinrichtung 12 zeichnet sich dadurch aus, daß der Temperaturfühler Rt und das Heizelement Rh sehr schnell auf sich schnell ändernde Strömungen reagieren können, da sie jeweils in dem ersten Bereich des Trägers angeordnet sind, der sich durch eine hohe Temperatur-Leitfähigkeit auszeich net. So können Fehler durch Pulsationen der Luft im Ansaug trakt vermieden werden. Derartige Pulsationen sind besonders ausgeprägt bei Brennkraftmaschinen mit vier oder drei Zylin dern.The measuring bridge is supplied with voltage by the controller 23 at a point A. Point B of the measuring bridge is connected to ground. The differential amplifier 22 is connected at its non-inverting output to a tap point C, which is arranged between the heating element Rh and the resistor R3. The differential amplifier 22 is connected at its inverting input to a tap point D of the measuring bridge, which is arranged between the resistor R1 and the resistor R2. In the differential amplifier 22 , the potential difference between the tapping points C and D is amplified and fed to the controller as a control difference. From the controller 23 such a current is embossed in point A of the measuring bridge that the potential difference between the tapping points C and D tends to zero. The temperature sensor Rt and the resistors R1 and R2 are dimensioned so that the power loss of the temperature sensor Rt is so low that the temperature of the temperature sensor Rt practically does not change with the changes in the current at point A, but always corresponds to the temperature of the air mass flow . If the temperature of the heating element Rh changes as a result of volume changes in the air mass flow, then the potential difference between points C and D changes and the controller regulates the current in point A accordingly until it reaches a value at which the potential difference between the Tap points C and D again go to zero. The potential of the tap point C represents the air mass flow and is supplied to the control device 19 as a measurement signal. The temperature sensor Rt and / - or the heating element Rh are arranged on the carrier. The air mass measuring device 12 is characterized in that the temperature sensor Rt and the heating element Rh can react very quickly to rapidly changing flows, since they are each arranged in the first region of the carrier, which is characterized by a high temperature conductivity. In this way, errors caused by pulsations in the air in the intake tract can be avoided. Such pulsations are particularly pronounced in internal combustion engines with four or three cylinders.
Die hohe Wärmefestigkeit von Glaskeramik hat den Vorteil, daß das Heizelement Rh deutlich höher aufgeheizt werden kann, als dies bei einem Grundmaterial von Glas der Fall ist. Die Glas keramik kann auf Temperaturen von ca. 800°C aufgeheizt wer den. So können bei der Herstellung der Luftmassenmeßeinrich tung die Kontaktbereiche mit einer geringen Serienstreuung aufgebracht werden. Außerdem kann das Heizelement und damit auch der Träger kleiner ausgebildet werden. Wenn die Luft massenmeßeinrichtung noch einen Zusatz-Heizwiderstand auf weist, der zur Kompensation von Rückströmungen im Ansaugtrakt vorgesehen ist, kann dieser sehr kompakt auf dem Träger aus gebildet werden.The high heat resistance of glass ceramics has the advantage that the heating element Rh can be heated significantly higher than this is the case with a basic material of glass. The glass Ceramic can be heated to temperatures of approx. 800 ° C the. So can in the manufacture of Luftmassenmeßeinrich the contact areas with a low production spread be applied. In addition, the heating element and thus the carrier can also be made smaller. If the air mass measuring device on an additional heating resistor points to the compensation of backflows in the intake tract is provided, this can be made very compact on the carrier be formed.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |