Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Flußmeßelement, welches ein Wärmeerzeugungsteil
aufweist, und die Flußgeschwindigkeit
oder Flußrate
eines Fluids auf der Grundlage der Wärmeübertragung von dem Wärmeerzeugungsteil
oder einem Abschnitt, der durch das Wärmeerzeugungsteil erwärmt wird,
an das Fluid mißt,
und betrifft einen Flußsensor, welcher
dieses Flußmeßelement
einsetzt. Im einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung ein wärmeempfindliches
Flußmeßelement,
welches beispielsweise zur Messung der Ansaugluftmenge in Brennkraftmaschinen
mit innerer Verbrennung geeignet ist.The
The present invention relates to a Flußmeßelement, which is a heat generating part
and the flow rate
or flow rate
a fluid based on the heat transfer from the heat generating part
or a portion heated by the heat generating part,
to the fluid,
and relates to a flow sensor which
this Flußmeßelement
starts. In particular, the present invention relates to a heat-sensitive
Flußmeßelement,
which, for example, for measuring the amount of intake air in internal combustion engines
with internal combustion is suitable.
Die 13 und 14 sind
eine seitliche Schnittansicht bzw. Aufsicht auf ein herkömmliches wärmeempfindliches
Flußmeßelement,
welches beispielsweise in der japanischen Veröffentlichung eines geprüften Patents
Nr. 3-52028 beschrieben ist.The 13 and 14 Fig. 15 is a side sectional view of a conventional heat-sensitive flow measuring element described in, for example, Japanese Patent Publication No. 3-52028.
Wie
aus diesen Zeichnungen hervorgeht, weist das Flußmeßelement ein Substrat 1 in
Form einer ebenen Platte aus einem Siliziumhalbleitermaterial auf,
einen isolierenden Trägerfilm 2 aus
Siliziumnitrid, Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5,
die wärmeempfindliche
Widerstände
darstellen und aus Permalloy bestehen, sowie einen isolierenden
Schutzfilm 3 aus Siliziumnitrid. Ein Luftraum 8 ist
in einem Abschnitt des ebenen Substrats 1 vorgesehen, in welchem
Filme aus wärmeempfindlichen
Widerständen
abgelagert sind, um die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 auszubilden,
so daß Ausleger 11 in dem
Luftraum 8 aufgehängt
sind. Der Luftraum 8 wird dadurch hergestellt, daß ein Teil
des Siliziumhalbleitermaterials des ebenen Substrats 1 über einer Öffnung 7 mit
einem Ätzmittel
entfernt wird, welches nicht das Siliziumnitrid beschädigt, aus
welchem sowohl der Trägerfilm 2 und
der Schutzfilm 3 bestehen.As can be seen from these drawings, the Flußmeßelement has a substrate 1 in the form of a planar plate made of a silicon semiconductor material, an insulating carrier film 2 made of silicon nitride, heat generating resistors 4 . 5 , which are thermosensitive resistors made of permalloy, and an insulating protective film 3 made of silicon nitride. An airspace 8th is in a section of the planar substrate 1 provided in which films of heat-sensitive resistors are deposited to the heat-generating resistors 4 . 5 train so that boom 11 in the airspace 8th are hung up. The airspace 8th is made by having a part of the silicon semiconductor material of the planar substrate 1 over an opening 7 is removed with an etchant which does not damage the silicon nitride, from which both the carrier film 2 and the protective film 3 consist.
Bei
einem derartigen herkömmlichen
Flußmeßelement
wird der Heizstrom, der den Wärmeerzeugungswiderständen 4, 5 zugeführt wird,
durch eine nicht dargestellte Regelschaltung konstant gehalten.
Ein Pfeil 9 bezeichnet die Richtung, in welcher ein Luftstrom
fließt.In such a conventional Flußmeßelement the heating current, the heat generating resistors 4 . 5 is supplied, kept constant by a control circuit, not shown. An arrow 9 indicates the direction in which an air flow flows.
Wenn
die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 in
dieser Reihenfolge Seite an Seite in Richtung des Luftstroms von
der stromaufwärtigen
Seite zur stromabwärtigen
Seite angeordnet sind, steigt die von dem Wärmeerzeugungswiderstand 4 an
der stromaufwärtigen
Seite an den Luftstrom übertragene
Wärmemenge
mit steigender Flußgeschwindigkeit
des Luftstroms an. Da der entlang dem Wärmewiderstand 5 an
der stromabwärtigen
Seite fließende Luftstrom
durch den Wärmeerzeugungswiderstand 4 auf
der stromaufwärtigen
Seite erwärmt
wird, ist andererseits die von dem Wärmeerzeugungswiderstand 5 an
der stromabwärtigen
Seite an den Luftstrom übertragene
Wärmemenge
nicht so groß wie jene,
die von dem Wärmeerzeugungswiderstand 4 an
der stromabwärtigen
Seite an den Luftstrom übertragen
wird. Anders ausgedrückt
wird der Wärmeerzeugungswiderstand 4 an
der stromaufwärtigen
Seite stärker
abgekühlt
als der Wärmeerzeugungswiderstand 5 an
der stromabwärtigen
Seite, und wird der Unterschied in Bezug auf die Abkühlung zwischen beiden
Wärmeerzeugungswiderständen bei
höherer Flußgeschwindigkeit
des Luftstroms größer. Eine
an den Wärmeerzeugungswiderstand 4 angelegte Spannung,
mit der der durch diesen hindurchfließende Strom konstant ist, ist
daher größer als
die Spannung, die an den Wärmeerzeugungswiderstand 5 angelegt
wird, damit der durch diesen fließende Strom konstant ist, und
der Unterschied der beiden Spannungen wird bei höherer Flußgeschwindigkeit des Luftstroms
größer.When the heat-generating resistors 4 . 5 In this order, side by side in the direction of the air flow from the upstream side to the downstream side, the heat generation resistance increases 4 on the upstream side of the air flow transmitted amount of heat with increasing flow velocity of the air flow to. Because of the thermal resistance 5 air flow flowing through the heat generating resistor at the downstream side 4 on the other hand, that of the heat generating resistor is heated 5 amount of heat transferred to the airflow at the downstream side is not so large as that from the heat generation resistance 4 is transmitted to the airflow at the downstream side. In other words, the heat generation resistance becomes 4 cooled more at the upstream side than the heat generation resistor 5 on the downstream side, and the difference in the cooling between both heat-generating resistors becomes larger at higher flow speed of the airflow. One to the heat-generating resistor 4 The applied voltage with which the current flowing therethrough is therefore larger than the voltage applied to the heat generating resistor 5 is applied so that the current flowing through it is constant, and the difference of the two voltages is greater at higher flow velocity of the air flow.
Da
die Differenz der an die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 angelegten
Spannungen eine Funktion der Flußgeschwindigkeit eines Luftstroms ist,
die gemessen werden soll, kann die Flußgeschwindigkeit des Luftstroms
oder die Flußrate
des Luftstroms, der durch einen bestimmten Kanal hindurchgeht, aus
dieser Differenz gemessen werden.Because the difference in the heat generating resistors 4 . 5 applied voltages is a function of the flow velocity of an air flow to be measured, the flow velocity of the air flow or the flow rate of the air flow passing through a given channel can be measured from this difference.
Da
die Differenz in Bezug auf das Ausmaß der Kühlung zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand 5 an
der stromaufwärtigen
Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand 5 an
der stromabwärtigen Seite
erfaßt
wird, kann darüber
hinaus die Richtung des Luftstroms zusätzlich zur Flußgeschwindigkeit festgestellt
werden.Since the difference in the amount of cooling between the heat-generating resistor 5 on the upstream side and the heat generation resistor 5 At the downstream side, moreover, the direction of the air flow can be detected in addition to the flow speed.
Während das
voranstehend geschilderte Meßprinzip
auf dem Vorgang beruht, den Heizstrom konstant zu halten, können die
Flußgeschwindigkeit und
die Richtung des Luftstroms auch dadurch festgestellt werden, daß die Widerstandswerte
der Wärmeerzeugungswiderstände auf
jeweiligen vorbestimmten Werten gehalten werden, unabhängig von der
Flußgeschwindigkeit,
bei einer Konstantregelung der Temperaturdifferenz, und die Flußgeschwindigkeit
aus der Differenz zwischen den Heizströmen bestimmt wird, die an die
Wärmeerzeugungswiderstände angelegt
werden.While that
above-described measuring principle
Based on the process of keeping the heating current constant, the
Flow velocity and
The direction of the air flow can also be determined by the resistance values
the heat generating resistors on
are held at respective predetermined values regardless of
flow rate,
at a constant control of the temperature difference, and the flow velocity
is determined from the difference between the heating currents applied to the
Heat generation resistors applied
become.
Bei
einem Flußsensor,
der das voranstehend geschilderte Flußmeßelement einsetzt, tritt eine
Reaktionsverzögerung
auf, wenn sich die Flußrate
oder Flußgeschwindigkeit
eines Fluids, die gemessen werden soll, ändert. Es gibt zwei Arten von
Verzögerungen;
nämlich
eine Verzögerung,
die durch den thermischen Widerstand in Bezug auf die Wärmebewegung
von einem Meßabschnitt
einschließlich
der Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 ergibt,
die auf dem Trägerfilm 2 vorgesehen
sind, und aus der Wärmekapazität in der
Nähe des
Meßabschnitts,
sowie eine Verzögerung
bei der thermischen Wechselwirkung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5.In a flow sensor employing the above-described flow sensing element, a response delay occurs when the flow rate or flow velocity of a fluid to be measured changes. There are two types of delays; namely, a delay caused by the thermal resistance with respect to the thermal movement of a measuring section including the heat generating resistors 4 . 5 that results on the carrier film 2 are provided, and from the heat capacity in the vicinity of the measuring section, as well as a delay in the thermal Wechselwir kung between the heat generating resistors 4 and 5 ,
Die
erstgenannte Verzögerung
wird zuerst erläutert.The
first mentioned delay
will be explained first.
Der
Wärmewiderstand,
der bei der Reaktionsverzögerung
auftritt, besteht aus dem Wärmewiderstand
zwischen dem Meßabschnitt
und dem gemessenen Fluid, und dem Wärmewiderstand zwischen dem
Meßabschnitt
und einem Trägerabschnitt einschließlich des
Trägerfilms 2 usw.
Um eine gute Reaktionscharakteristik zu erhalten ist es wünschenswert,
den Wärmewiderstand
zwischen dem Meßabschnitt
und dem gemessenen Fluid zu verringern, und den Wärmewiderstand
zwischen dem Meßabschnitt
und dem Trägerabschnitt
zu erhöhen. Der
Grund hierfür
besteht darin, daß die
Flußgeschwindigkeit
oder Flußrate
des gemessenen Fluids auf der Grundlage der Wärmemenge bestimmt wird, die
von dem Meßabschnitt
an das gemessene Fluid übertragen
wird.The thermal resistance that occurs in the response delay consists of the thermal resistance between the measuring section and the measured fluid, and the thermal resistance between the measuring section and a support section including the carrier film 2 etc. In order to obtain a good response characteristic, it is desirable to reduce the thermal resistance between the measurement portion and the measured fluid, and to increase the thermal resistance between the measurement portion and the support portion. The reason for this is that the flow rate or flow rate of the measured fluid is determined on the basis of the amount of heat transferred from the measuring section to the measured fluid.
Als
nächstes
wird die letztgenannte Verzögerung
in Beziehung auf den Fall der Regelung auf konstante Temperaturdifferenz
erläutert.When
next
becomes the latter delay
in relation to the case of regulation to constant temperature difference
explained.
Wenn
beispielsweise der Wärmeerzeugungswiderstand 4 auf
der stromaufwärtigen
Seite bei einer Erhöhung
der Flußgeschwindigkeit
abgekühlt
wird, so erfolgt eine solche Steuerung oder Regelung, daß der Heizstrom
erhöht
wird, um den Wärmewiderstand
des Wärmeerzeugungswiderstands 4 konstant
zu halten. Wenn hierbei ein Wärmeleitungsweg
zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand 5 an
der stromabwärtigen
Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand 4 an
der stromaufwärtigen
Seite vorhanden ist, wird der Wärmeerzeugungswiderstand 5 an
der stromabwärtigen
Seite durch die Abkühlung
des Wärmeerzeugungswiderstands 4 an
der stromaufwärtigen
Seite beeinflußt.
Ist der Wärmewiderstand
des Wärmeleitungsweges
gering, so führt dies
dazu, daß der
Heizstrom übermäßig erhöht wird, der
an den Wärmeerzeugungswiderstand 5 an
der stromabwärtigen
Seite angelegt wird, jedoch die Erhöhung des Heizstroms unterdrückt wird,
der an den Wärmeerzeugungswiderstand 4 an
der stromaufwärtigen
Seite angelegt wird. Daher ist eine gewisse Zeit dafür erforderlich,
daß die
Differenz zwischen dem Heizstrom, der an den Wärmeerzeugungswiderstand 4 an
der stromaufwärtigen
Seite angelegt wird, und dem Heizstrom, der an den Wärmeerzeugungswiderstand 5 an
der stromabwärtigen
Seite angelegt wird, einen Sollwert erreicht, was zu einem Flußsensor
mit schlechtem Reaktionsvermögen
führt.For example, when the heat generation resistance 4 is cooled on the upstream side with an increase in the flow velocity, such control is made that the heating current is increased to the thermal resistance of the heat generating resistor 4 to keep constant. In this case, if there is a heat conduction path between the heat generating resistor 5 on the downstream side and the heat generation resistor 4 At the upstream side, the heat generation resistance becomes 5 on the downstream side by the cooling of the heat generating resistor 4 on the upstream side. If the thermal resistance of the heat conduction path is small, this results in that the heating current is excessively increased, the heat generating resistor 5 is applied to the downstream side, however, the increase of the heating current is suppressed, the heat generating resistor 4 is applied to the upstream side. Therefore, a certain time is required for the difference between the heating current applied to the heat generating resistor 4 is applied to the upstream side, and the heating current applied to the heat-generating resistor 5 is applied to the downstream side, reaches a target value, resulting in a flow sensor with poor reactivity.
Bei
dem voranstehend geschilderten, herkömmlichen Flußmeßelement
werden daher Vorkehrungen getroffen, um die Wärmemenge zu verringern, die
von dem Meßabschnitt
an den Trägerabschnitt übertragen
wird, sowie zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4, 5,
um das Reaktionsvermögen
des Flußmeßelements
zu verbessern. Zum Minimieren des Wärmeleitungsweges, der von dem
Meßabschnitt
ausgeht, werden die Ausleger 11 in dem Luftraum 8 aufgehängt, und
wird das Siliziumnitrid um den Meßabschnitt herum entfernt,
um eine Öffnung
zur Verfügung
zu stellen. Alternativ hierzu, obwohl dies nicht dargestellt ist,
weist ein anderes herkömmliches
Flußmeßelement
eine Brückenanordnung
auf, die an beiden Enden gehaltert ist (sh. 1 in der
japanischen Veröffentlichung
eines geprüften
Patents Nr. 3-52028 ).In the above-described conventional Flußmeßelement therefore precautions are taken to reduce the amount of heat that is transmitted from the measuring section to the support portion, and between the heat generating resistors 4 . 5 to improve the reactivity of the Flußmeßelements. To minimize the heat conduction path that emanates from the measuring section, the cantilevers become 11 in the airspace 8th suspended, and the silicon nitride is removed around the measuring section to provide an opening. Alternatively, although not shown, another conventional flux measuring element has a bridge structure supported at both ends (see FIG. 1 in Japanese Publication of Examined Patent No. 3-52028 ).
Ein
Flußmeßelement,
welches einen Ausleger oder eine Brückenanordnung einsetzt, die
an beiden Enden gehaltert ist, ist jedoch sehr empfindlich in Bezug
auf Beschädigungen,
und wird abhängig
vom Einsatz leicht durch Verschmutzung beeinträchtigt.One
Flußmeßelement,
which employs a cantilever or bridge assembly which
is held at both ends, but is very sensitive in terms of
on damage,
and becomes dependent
slightly contaminated by contamination.
Man
kann sich beispielsweise einen Fall überlegen, bei welchem das voranstehend
geschilderte Flußmeßelement
bei einem Flußsensor
für die Ansaugluft
zur Verwendung bei der Kraftstoffregelung von Brennkraftmaschinen
mit innerer Verbrennung in Kraftfahrzeugen verwendet wird.you
For example, consider a case where the above
described Flußmeßelement
at a flow sensor
for the intake air
for use in the fuel control of internal combustion engines
used with internal combustion in motor vehicles.
Eine
Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine erzeugt Schwingungen in der Größenordnung
von 40 bis 50 G, und in einigen Fällen erreicht die Flußgeschwindigkeit
der Ansaugluft Werte von 200 m/Sekunde oder mehr. Bei Fehlzündungen
können
Drucke mit einer Höhe
von bis zu 2 Atmosphären
auftreten. Wird er derartigen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt,
so wird der Meßabschnitt
des herkömmlichen
Flußmeßelements
leicht beschädigt.A
Automotive internal combustion engine generates vibrations of the order of magnitude
from 40 to 50 G, and in some cases reaches the flow velocity
the intake air values of 200 m / second or more. In case of misfires
can
Prints with a height
of up to 2 atmospheres
occur. Is he exposed to such mechanical stresses,
this will be the measuring section
of the conventional
Flußmeßelements
slightly damaged.
Andererseits
geht bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung die Ansaugluft
durch ein Luftfilterelement hindurch, welches stromaufwärts eines
Flußsensors
für die
Ansaugluft angeordnet ist. Staub mit Abmessungen in der Größenordnung
von mehreren Mikrometern geht durch das Luftfilterelement zusammen
mit der Ansaugluft hindurch, und haftet dann an Kanten der Ausleger
oder Brücken
an, oder erreicht den Luftraum durch die Öffnung und verbleibt dort.
Des führt
dazu, daß die
Flußmeßeigenschaften
beeinträchtigt
werden.on the other hand
For internal combustion engines, the intake air is used
through an air filter element which is upstream of a
flow sensor
for the
Intake air is arranged. Dust with dimensions of the order of magnitude
of several microns goes through the air filter element together
with the intake air, and then adheres to edges of the boom
or bridges
or reaches the air space through the opening and remains there.
Des leads
to that the
Flußmeßeigenschaften
impaired
become.
Wenn
das Kraftfahrzeug im Regen oder auf mit Wasser bedeckten Straßen fährt, mischen
sich Wassertröpfchen
mit der Ansaugluft, und gehen auch durch das Luftfilterelement hindurch.
Weiterhin ist das Flussmesselement einer Atmosphäre ausgesetzt, die Motoröl und Schmutzablagerungsbestandteile
enthält,
die von einer Entlüftungsvorrichtung ausgeblasen
werden. Wenn derartige Wassertröpfchen
und/oder Ölnebel
das herkömmliche
Flussmesselement erreichen, gelangt Wasser und/oder Öl in den
Luftraum durch die Öffnung
und bleibt dort. Auch dies beeinträchtigt die Flussmessfähigkeit.When the motor vehicle is driving in the rain or on water-covered roads, water droplets mix with the intake air and also pass through the air filter element. Further, the flow sensing element is exposed to an atmosphere containing engine oil and debris components blown out by a venting device. When such water droplets and / or oil mist reach the conventional flow sensing element, water and / or oil enters the air space through the opening and remains there. Also this affects the flow measurement capability.
Auf
dem Gebiet der Messung der Ansaugluftmenge bei Brennkraftmaschinen
mit innerer Verbrennung besteht inzwischen ein Bedürfnis nach
einem Flusssensor mit gutem Reaktionsvermögen, um exakt Änderungen
der Flussrate der Ansaugluft festzustellen, und eine ordnungsgemäße Kraftstoffregelung
durchzuführen.On
the field of measuring the intake air quantity in internal combustion engines
with internal combustion, there is now a need for
a flow sensor with good responsiveness to exact changes
Determine the flow rate of the intake air, and a proper fuel control
perform.
Ein
Flusssensor, der das herkömmliche Flussmesselement
verwendet, ist so ausgelegt, dass er die Ausleger oder die Brückenanordnung
aufweist, die an beiden Enden gehaltert ist, wie dies voranstehend
geschildert wurde, damit das Reaktionsvermögen verbessert wird. Die Verwendung
dieser Einrichtung beeinträchtigt
jedoch die Verlässlichkeit.
Daher war es äußerst schwierig,
eine Konstruktion zu erzielen, die zur Messung der Ansaugluftmenge
bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung geeignet ist.One
Flow sensor, which is the conventional flow measuring element
Used, it is designed to be the cantilever or bridge assembly
which is supported at both ends, as stated above
has been described, so that the reactivity is improved. The usage
affected by this device
but the reliability.
Therefore, it was extremely difficult
to achieve a design that measures the amount of intake air
is suitable for internal combustion engines.
US 4 472 239 offenbart ein
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, die einen Halbleiterkörper mit
einer Vertiefung in der Oberfläche
des Körpers
umfasst. Wiederstandselemente sind über der Vertiefung angebracht,
wobei die Vertiefung der Wärmeisolation
zwischen den Elementen und dem Halbleiterkörper dient. Die Widerstandselemente
sind über
der Vertiefung so angebracht, dass sie nur an einem Ende befestigt
sind und durch Lücken
voneinander getrennt sind. US 4,472,239 discloses a method of manufacturing a semiconductor device comprising a semiconductor body having a recess in the surface of the body. Resistance elements are mounted over the recess, the recess serving for heat insulation between the elements and the semiconductor body. The resistance elements are mounted over the recess so that they are attached only at one end and are separated by gaps.
Ferner
betrifft US 5 291 781 einen
membranartigen Sensor, der ein Substrat mit einer Vertiefung umfasst.
Der membranartige Sensor weist ein Substrat mit einer Vertiefung
auf, wobei eine Membran über
der Vertiefung gebildet ist. Ferner ist ein Heizelement auf der
Membran angebracht, sowie zwei Sensorelemente auf beiden Seiten
des Heizelements. Öffnungen
zwischen dem Heizelement und den Sensoren sind angebracht, um eine
Deformierung der Membran aufgrund von Hitzeentwicklung und Beeinflussung
der Sensorelemente zu vermeiden.Further concerns US 5,291,781 a membrane-type sensor comprising a substrate with a recess. The membrane-type sensor has a substrate with a depression, wherein a membrane is formed over the depression. Further, a heating element is mounted on the membrane, as well as two sensor elements on both sides of the heating element. Openings between the heating element and the sensors are mounted to prevent deformation of the membrane due to heat buildup and interference with the sensor elements.
DE 196 05 180 A1 beschreibt
einen Anemometer mit zwei in einem kleinen Abstand voneinander entfernt
angeordneten Heizern, die gleichzeitig als Temperaturfühler betrieben
werden und auf einem Sensorchip mit Membran angeordnet sind. Ferner wird
beschrieben, dass die Heizer durch eine Passivierungsschicht vor
widrigen Umwelteinflüssen
geschützt
werden können. DE 196 05 180 A1 describes an anemometer with two spaced apart at a small distance heaters, which are operated simultaneously as a temperature sensor and are arranged on a sensor chip with membrane. It is also described that the heaters can be protected by a passivation layer from adverse environmental influences.
Zusätzlich beschreibt JP 07 055523 A einen Flussratensensor,
der einen isolierenden Film auf der Oberfläche eines Substrats besitzt,
sowie Flussdetektionsdrähte
auf dem Film und einen die Drähte schützenden
Film auf dem isolierenden Film. Ein hitzeisolierender Abschnitt
ist in dem Substrat gebildet, und dünnwandige Abschnitte sind in
dem isolierenden Film unterhalb der Drähte gebildet.Additionally describes JP 07 055523 A a flow rate sensor having an insulating film on the surface of a substrate; and flow detection wires on the film and a wire protecting film on the insulating film. A heat-insulating portion is formed in the substrate, and thin-walled portions are formed in the insulating film below the wires.
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es die voranstehend geschilderten
Schwierigkeiten zu überwinden,
und ein Flussmesselement bereitzustellen, das ein gutes Reaktionsvermögen und
hohe Verlässlichkeit
aufweist, sowie durch einfache Herstellungsvorgänge hergestellt werden kann.task
The present invention is as described above
To overcome difficulties
and to provide a flow measuring element having a good reactivity and
high reliability
and can be made by simple manufacturing operations.
Die
Aufgabe wird durch ein Flusselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.The
The object is achieved by a flow element having the features of the patent claim
1 solved.
Ferner
wird die Aufgabe auch durch ein Flusselement mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 5 gelöst.Further
The task is also performed by a flow element with the characteristics of
Patent claim 5 solved.
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.Further
advantageous embodiments can be found in the subclaims.
Die
Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:The
The invention will be described below with reference to drawings
explained in more detail, from
which further benefits and features emerge. It shows:
1 eine
Schnittansicht eines Flußmeßelements
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung; 1 a sectional view of a Flußmeßelements according to embodiment 1 of the present invention;
2 eine
Aufsicht auf das Flußmeßelement
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung; 2 a plan view of the Flußmeßelement according to embodiment 1 of the present invention;
3 eine
Schnittansicht eines Flußmeßelements
gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung; 3 a sectional view of a Flußmeßelements according to embodiment 2 of the present invention;
4 eine
Aufsicht auf das Flußmeßelement
gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung; 4 a plan view of the Flußmeßelement according to embodiment 2 of the present invention;
5 eine
Schnittansicht eines Flußmeßelements
gemäß Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung; 5 a sectional view of a Flußmeßelements according to embodiment 3 of the present invention;
6 eine
Aufsicht auf das Flußmeßelement
gemäß Ausführungsform
3 der vorliegenden Erfindung; 6 a plan view of the Flußmeßelement according to embodiment 3 of the present invention;
7 ein
Schaltbild einer Steuer- oder Regelschaltung, die bei jeder Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird; 7 a circuit diagram of a control or regulating circuit, which is used in each embodiment of the present invention;
8 ein
Diagramm zur Erläuterung
des Betriebs der in 7 gezeigten Regelschaltung; 8th a diagram for explaining the operation of in 7 shown control circuit;
9 ein
Diagramm mit einer Darstellung der Beziehung zwischen G/T und einer
Heizstromänderungsrate; 9 a diagram showing the relationship between G / T and a Heizstroma change rate;
10 eine
Vorderansicht eines Flußsensors
gemäß Ausführungsform
4 der vorliegenden Erfindung; 10 a front view of a flow sensor according to embodiment 4 of the present invention;
11 eine
Seitenschnittansicht des Flußsensors
gemäß Ausführungsform
4 der vorliegenden Erfindung; 11 FIG. 4 is a side sectional view of the flow sensor according to Embodiment 4 of the present invention; FIG.
12 eine
Darstellung eines Zustands, in welchem der Flußsensor gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden
Erfindung bei einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung verwendet
wird; 12 FIG. 12 is an illustration of a state in which the flow sensor according to Embodiment 4 of the present invention is applied to an internal combustion engine; FIG.
13 eine
Seitenschnittansicht eines herkömmlichen
Flußmeßelements;
und 13 a side sectional view of a conventional Flußmeßelements; and
14 eine
Aufsicht auf das herkömmliche Flußmeßelement. 14 a plan view of the conventional Flußmeßelement.
Als
nächstes
werden bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
geschildert.When
next
become preferred embodiment
of the present invention with reference to the drawings
portrayed.
AUSFÜHRUNGSFORM
1Embodiment
1
Die 1 und 2 sind
eine Schnittansicht bzw. Aufsicht eines Flußmeßelements gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung.The 1 and 2 FIG. 10 is a sectional view and a plan view of a flow measuring element according to Embodiment 1 of the present invention. FIG.
Wie
in diesen Zeichnungen dargestellt ist auf der Oberfläche eines
Substrats 1 in Form einer ebenen Platte, das aus Silizium
besteht, und eine Dicke von beispielsweise etwa 0,4 mm aufweist,
ein isolierender Trägerfilm 2 aus
Siliziumnitrid mit einer Dicke von beispielsweise 1 μm durch Sputtern,
Bedampfung, CVD oder irgendeinen anderen geeigneten Vorgang hergestellt.
Auf dem Trägerfilm 2 werden Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 aus
wärmeempfindlichen
Widerstandsfilmen, die aus Platin bestehen und eine Dicke von beispielsweise
0,2 μm aufweisen,
durch Verdampfung, Sputtern oder irgendein anderes geeignetes Verfahren
hergestellt. Die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 werden
mit einem Muster versehen, um Strompfade zur Verfügung zu stellen,
durch einen Vorgang wie Photogravur, Naß- oder Trockenätzung oder
dergleichen.As shown in these drawings, on the surface of a substrate 1 in the form of a flat plate made of silicon and having a thickness of, for example, about 0.4 mm, an insulating support film 2 made of silicon nitride having a thickness of, for example, 1 μm by sputtering, sputtering, CVD or any other suitable process. On the carrier film 2 become heat generation resistors 4 . 5 of heat-sensitive resistive films consisting of platinum and having a thickness of, for example, 0.2 μm, produced by evaporation, sputtering or any other suitable method. The heat generation resistances 4 . 5 are patterned to provide current paths by a process such as photo engraving, wet or dry etching, or the like.
Die
so mit einem Muster versehenen Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 weisen
einen Wärmeerzeugungsabschnitt
mit beispielsweise Abmessungen von 1 mm × 0,05 mm auf. Entsprechend
werden Widerstände 6a, 6b zur
Temperaturkompensation des gemessenen Fluids aus wärmeempfindlichen Widerstandsfilmen,
die aus Platin bestehen und beispielsweise eine Dicke von 0,2 μm aufweisen,
auf dem Trägerfilm 2 durch
Verdampfung, Sputtern oder irgendeinen anderen geeigneten Vorgang
hergestellt. Die Temperaturkompensationswiderstände 6a, 6b für das gemessene
Fluid werden mit einem Muster versehen, um Strompfade zur Verfügung zu
stellen, durch einen Vorgang wie Photogravur und Naß- oder
Trockenätzung.
Weiterhin wird auf den Wärmeerzeugungswiderständen 4, 5 und
den Temperaturkompensationswiderständen 6a, 6b für das gemessene
Fluid ein isolierender Schutzfilm 3 aus Siliziumnitrid
mit einer Dicke von beispielsweise 1 μm durch Sputtern, Bedampfung,
CVD oder irgendeinen anderen geeigneten Vorgang hergestellt.The patterned heat generating resistors 4 . 5 have a heat generating section with, for example, dimensions of 1 mm × 0.05 mm. Accordingly, resistors become 6a . 6b for temperature compensation of the measured fluid of heat-sensitive resistive films consisting of platinum and having a thickness of 0.2 μm, for example, on the carrier film 2 by evaporation, sputtering or any other suitable process. The temperature compensation resistors 6a . 6b for the measured fluid are patterned to provide current paths through a process such as photogravure and wet or dry etching. Further, on the heat generation resistors 4 . 5 and the temperature compensation resistors 6a . 6b for the measured fluid an insulating protective film 3 made of silicon nitride having a thickness of, for example, 1 μm by sputtering, sputtering, CVD or any other suitable process.
Ein
Pfeil 9 gibt die Richtung an, in welcher ein zu messender
Luftstrom fließt.
Wenn die Flußrate der
Ansaugluft in Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung gemessen
wird, so bezeichnet der Pfeil 9 die Richtung, in welcher
ein Luftstrom von einer Ansaugöffnung
zu einem Zylinder fließt.
Es wird darauf hingewiesen, daß beispielsweise
bei Vierzylinder-Brennkraftmaschinen
der Luftstrom einen pulsierenden Strom darstellt, der auch einen
rückwärts gerichteten
Fluß einschließt, abhängig von
den Bedingungen der Ventilüberschneidungen,
dem Öffnungsgrad
einer Drosselklappe, und einem Ansaugrohr.An arrow 9 indicates the direction in which an air flow to be measured flows. When the flow rate of the intake air in internal combustion engines is measured, the arrow indicates 9 the direction in which an air flow flows from an intake port to a cylinder. It should be noted that, for example, in four-cylinder internal combustion engines, the air flow represents a pulsating flow which also includes a backward flow, depending on the conditions of the valve overlaps, the opening degree of a throttle valve, and an intake pipe.
Die
Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 sind Seite
an Seite in dieser Reihenfolge in der Richtung des Luftstroms angeordnet,
berühren
sich jedoch nicht, da zwischen ihnen ein vorbestimmter Spalt vorgesehen
ist. Wenn der vorbestimmte Spalt zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4, 5 in
der Richtung des Luftstroms mit G bezeichnet ist, und die Dicke
einer Membran mit T, so ist die Konstruktion so gewählt, daß die Beziehung
von G/T ≥ 25
gilt. Im Falle von T = beispielsweise 2 μm ergibt sich G = 50 μm; die gegenüberliegenden
Ränder
der Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 sind
daher um eine Entfernung von 50 μm
in Richtung des Luftstroms voneinander beabstandet.The heat generation resistances 4 . 5 are arranged side by side in this order in the direction of the air flow, but do not touch because there is a predetermined gap between them. When the predetermined gap between the heat generating resistors 4 . 5 in the direction of the air flow is denoted by G, and the thickness of a diaphragm by T, the construction is chosen such that the relationship of G / T ≥ 25 holds. In the case of T = 2 μm, for example, G = 50 μm; the opposite edges of the heat generating resistors 4 . 5 are therefore spaced from each other by a distance of 50 μm in the direction of the air flow.
Die
Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 und die
Temperaturkompensationswiderstände 6a, 6b für das gemessene
Fluid sind über
Leiterbahnen 13a bis 13h mit Elektroden 14a bis 14h für die elektrische Verbindung
eines Flußmeßelements
nach außen verbunden.
Jeweilige Abschnitte des Schutzfilms 3 entsprechend den
Elektroden 14a bis 14h werden entfernt für einen
elektrische Verbindung nach außen durch
Draht-Bondieren oder irgendein anderes geeignetes Verfahren.The heat generation resistances 4 . 5 and the temperature compensation resistors 6a . 6b for the measured fluid are via interconnects 13a to 13h with electrodes 14a to 14h connected to the outside for the electrical connection of a Flußmeßelements. Respective sections of the protective film 3 according to the electrodes 14a to 14h are removed for electrical connection to the outside by wire bonding or any other suitable method.
Weiterhin
wird eine Membran 12 dadurch ausgebildet, daß ein Ätzloch 16 in
einem rückwärtigen Schutzfilm 15 hergestellt
wird, der auf der rückwärtigen Oberfläche des
Substrats 1 in Form einer ebenen Platte entgegengesetzt
zu dessen vorderer Oberfläche
vorgesehen ist, einschließlich
des dort ausgebildeten Trägerfilms 2,
durch Photogravur oder irgendein anderes geeignetes Verfahren, und
nachfolgenden Einsatz beispielsweise einer alkalischen Ätzung, um
einen Teil des ebenen Substrats 1 zu entfernen.Furthermore, a membrane 12 formed by an etching hole 16 in a rear protective film 15 is made on the back surface of the substrate 1 is provided in the form of a flat plate opposite to its front surface, including the carrier film formed there 2 by photogravure or any other suitable method, and subsequent application of, for example, an alkaline etch, to a portion of the planar substrate 1 to remove.
Die
Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 werden
auf jeweilige vorbestimmte mittlere Temperaturen durch eine Regelschaltung
geregelt, die in 7 gezeigt ist, und als Regel-
oder Steuervorrichtung dient. Die Regelschaltung weist eine Brückenschaltung 30 mit
dem Temperaturkompensationswiderstand 6a für das gemessene
Fluid und den Wärmeerzeugungswiderstand 4 auf,
eine Brückenschaltung 40 mit
dem Temperaturkompensationswiderstand 6b für das gemessene
Fluid und dem Wärmeerzeugungswiderstand 5,
und eine Operationsverstärkerschaltung 26 zur
Feststellung der Differenz zwischen Spannungen VM1, VM2 entsprechend
den jeweiligen Heizströmen,
die durch die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 fließen. Die
Brückenschaltungen 30 und 40 sind
parallel mit einer Batterie 25 geschaltet.The heat generation resistances 4 . 5 are controlled to respective predetermined average temperatures by a control circuit, which in 7 is shown, and serves as a control or regulating device. The control circuit has a bridge circuit 30 with the temperature compensation resistor 6a for the measured fluid and the heat generation resistance 4 on, a bridge circuit 40 with the temperature compensation resistor 6b for the measured fluid and the heat generation resistance 5 , and an operational amplifier circuit 26 for detecting the difference between voltages VM1, VM2 corresponding to the respective heating currents generated by the heat generating resistors 4 . 5 flow. The bridge circuits 30 and 40 are in parallel with a battery 25 connected.
Durch
ordnungsgemäße Änderung
der Heiztemperaturen der Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 auf
der Grundlage der jeweiligen Temperaturen des gemessenen Fluids,
die von den Temperaturkompensationswiderständen 6a, 6b für das gemessene Fluid
festgestellt werden, wird eine Variable entsprechend dem Produkt
der Flußgeschwindigkeit
und der Dichte des gemessenen Fluids aus den Heizströmen erhalten,
die durch die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 fließen.By properly changing the heating temperatures of the heat generating resistors 4 . 5 based on the respective temperatures of the fluid being measured, that of the temperature compensation resistors 6a . 6b for the measured fluid, a variable corresponding to the product of the flow velocity and the density of the measured fluid is obtained from the heating currents generated by the heat generation resistances 4 . 5 flow.
Wenn
die Flußgeschwindigkeit
des gemessenen Fluids ansteigt, steigt die von dem Wärmeerzeugungswiderstand 4 an
das gemessene Fluid übertragene
Wärme an,
und erhöht
sich auch der durch den Wärmeerzeugungswiderstand 4 fließende Heizstrom.
Da der Luftstrom, der durch den Wärmeerzeugungswiderstand 4 an
der stromaufwärtigen Seite
erwärmt
wird, an dem Wärmeerzeugungswiderstand 5 an
der stromaufwärtigen
Seite vorbeifließt,
ist jedoch die Erhöhung
des Heizstroms, der durch den Wärmeerzeugungswiderstand 5 an
der stromabwärtigen
Seite fließt,
geringer als jene bei dem Wärmeerzeugungswiderstand 4 auf
der stromaufwärtigen
Seite. Die Flußrate
und die Richtung des gemessenen Fluids können daher dadurch festgestellt
werden, daß die
Differenz zwischen den Heizströmen
festgestellt wird, die durch die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 fließen.As the flow velocity of the measured fluid increases, that of the heat generation resistance increases 4 Heat transferred to the measured fluid is also increased, and that due to heat generation resistance also increases 4 flowing heating current. Because the air flow caused by the heat-generating resistor 4 at the upstream side, at the heat generating resistor 5 On the upstream side, however, is the increase of the heating current caused by the heat generating resistor 5 flows at the downstream side, lower than that in the heat generation resistor 4 on the upstream side. Therefore, the flow rate and the direction of the measured fluid can be detected by detecting the difference between the heating currents generated by the heat generating resistors 4 . 5 flow.
Als
nächstes
werden die Brückenschaltungen 30 und 40 genauer
erläutert.Next are the bridge circuits 30 and 40 explained in more detail.
Die
Brückenschaltung 30 ist
beispielsweise so aufgebaut, wie dies in 7 gezeigt
ist. Bei dem Wärmeerzeugungswiderstand
ist ein Ende mit dem Kollektor eines Transistors 31 verbunden,
und das andere Ende über
einen Widerstand 32 an Masse gelegt. In Reihe geschaltete
Widerstände 32 und 34 sind
an beide Enden des Wärmeerzeugungswiderstands 4 parallel
geschaltet, und ein Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 33, 34 ist
an eine Eingangsklemme (die nicht-invertierende Eingangsklemme)
eines Verstärkers 35 angeschlossen.
Die andere Eingangsklemme (die invertierende Eingangsklemme) des
Verstärkers 35 ist
mit einer Ausgangsklemme des Verstärkers 35 verbunden.
Die Ausgangsklemme des Verstärkers 35 ist
an eine invertierende Eingangsklemme eines Differenzverstärkers 36 angeschlossen, über den
Temperaturkompensationswiderstand 6a für das gemessene Fluid, und
dann über
einen Widerstand 37 an Masse gelegt. Eine nicht-invertierende
Eingangsklemme des Differenzverstärkers 36 ist mit dem
anderen Ende des Wärmeerzeugungswiderstandes 4 verbunden,
und eine Ausgangsklemme des Differenzverstärkers 36 ist an die
Basis eines Transistors 38 angeschlossen. Bei dem Transistor 38 ist
der Emitter mit Masse verbunden, und der Kollektor an die Basis
des Transistors 31 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 31 ist
mit dem positiven Pol der Batterie 25 verbunden.The bridge circuit 30 is, for example, structured as in 7 is shown. The heat generating resistor has one end connected to the collector of a transistor 31 connected, and the other end via a resistor 32 grounded. In series resistors 32 and 34 are at both ends of the heat generation resistor 4 connected in parallel, and a connection point between the resistors 33 . 34 is connected to an input terminal (the non-inverting input terminal) of an amplifier 35 connected. The other input terminal (the inverting input terminal) of the amplifier 35 is connected to an output terminal of the amplifier 35 connected. The output terminal of the amplifier 35 is to an inverting input terminal of a differential amplifier 36 connected, via the temperature compensation resistor 6a for the measured fluid, and then over a resistor 37 grounded. A non-inverting input terminal of the differential amplifier 36 is at the other end of the heat generation resistor 4 connected, and an output terminal of the differential amplifier 36 is at the base of a transistor 38 connected. At the transistor 38 the emitter is connected to ground, and the collector to the base of the transistor 31 connected. The emitter of the transistor 31 is with the positive pole of the battery 25 connected.
Entsprechend
ist die Brückenschaltung 40 folgendermaßen aufgebaut.
Bei dem Wärmeerzeugungswiderstand 5 ist
ein Ende mit dem Kollektor eines Transistors 41 verbunden,
und das andere Ende über
einen Widerstand 42 an Masse gelegt. In Reihe geschaltete
Widerstände 43 und 44 sind
parallel an beide Enden des Wärmeerzeugungswiderstandes 5 angeschlossen,
und ein Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 43, 44 ist
mit einer Eingangsklemme (der nicht-invertierenden Eingangsklemme)
eines Verstärkers 45 verbunden.
Die andere Eingangsklemme (die invertierende Eingangsklemme) des Verstärkers 45 ist
an eine Ausgangsklemme des Verstärkers 45 angeschlossen.
Die Ausgangsklemme des Verstärkers 45 ist
mit einer invertierenden Eingangsklemme eines Differenzverstärkers 46 verbunden,
nämlich über den
Temperaturkompensationswiderstand 6b für das gemessen Fluid, und dann über einen
Widerstand 47 an Masse gelegt. Eine nicht invertierende
Eingangsklemme des Differenzverstärkers 46 ist mit dem
anderen Ende des Wärmeerzeugungswiderstandes 5 verbunden,
und eine Ausgangsklemme des Differenzverstärkers 46 ist an die Basis
eines Transistors 48 angeschlossen.The bridge circuit is corresponding 40 constructed as follows. In the heat generation resistance 5 is an end to the collector of a transistor 41 connected, and the other end via a resistor 42 grounded. In series resistors 43 and 44 are parallel to both ends of the heat generating resistor 5 connected, and a connection point between the resistors 43 . 44 is connected to an input terminal (the non-inverting input terminal) of an amplifier 45 connected. The other input terminal (the inverting input terminal) of the amplifier 45 is connected to an output terminal of the amplifier 45 connected. The output terminal of the amplifier 45 is with an inverting input terminal of a differential amplifier 46 connected, namely on the temperature compensation resistor 6b for the measured fluid, and then over a resistor 47 grounded. A non-inverting input terminal of the differential amplifier 46 is at the other end of the heat generation resistor 5 connected, and an output terminal of the differential amplifier 46 is at the base of a transistor 48 connected.
Bei
dem Transistor 48 ist der Emitter an Masse gelegt, und
der Kollektor mit der Basis des Transistors 41 verbunden.
Der Emitter des Transistors 41 ist an den positiven Pol
der Batterie 25 angeschlossen.At the transistor 48 the emitter is grounded, and the collector is connected to the base of the transistor 41 connected. The emitter of the transistor 41 is to the positive pole of the battery 25 connected.
Weiterhin
sind die anderen Enden der Wärmeerzeugungswiderstände 4 und 5 jeweils
an eine invertierende Eingangsklemme bzw. eine nicht-invertierende
Eingangsklemme des Differenzverstärkers 26 angeschlossen.
Eine Ausgangsklemme des Differenzverstärkers 26 ist mit einer
Steuereinheit (12) für eine Brennkraftmaschine verbunden.Furthermore, the other ends of the heat generating resistors 4 and 5 each to an inverting input terminal or a non-inverting input terminal of the differential amplifier 26 connected. An output terminal of the differential amplifier 26 is with a control unit ( 12 ) connected to an internal combustion engine.
Als
nächstes
wird der Betrieb der Brückenschaltungen
geschildert. Da die Brückenschaltungen 30 und 40 im
wesentlichen auf dieselbe Art und Weise arbeiten, erfolgt nachstehend
als typisches Beispiel die Beschreibung der Brückenschaltung 30.Next is the operation of the bridges described circuits. Because the bridge circuits 30 and 40 When working in substantially the same way, the description of the bridge circuit will be given below as a typical example 30 ,
Nunmehr
wird angenommen, daß der
Wärmeerzeugungswiderstand 4 einen
Widerstandswert von RH aufweist, der Temperaturkompensationswiderstand 6a für das gemessene
Fluid einen Widerstandswert von Ra aufweist, die Widerstände 32, 33, 34, 37 einen
jeweiligen Widerstandswert R2, R3, R4 bzw. R1 aufweisen, und daß die an
die invertierende Eingangsklemme des Differenzverstärkers 36 angelegte
Spannung mit Vp bezeichnet ist, wobei der Differenzverstärker 36 eine
Rückkopplungsregelung
der Transistoren 38 und 31 auf solche Weise durchführt, daß die Beziehung
Vp = VM1 gilt.Now, it is assumed that the heat generation resistance 4 has a resistance of RH, the temperature compensation resistor 6a for the measured fluid has a resistance of Ra, the resistors 32 . 33 . 34 . 37 have a respective resistance R2, R3, R4 and R1, respectively, and that to the inverting input terminal of the differential amplifier 36 applied voltage is denoted by Vp, wherein the differential amplifier 36 a feedback control of the transistors 38 and 31 in such a way that the relation Vp = VM1 holds.
Im
Gleichgewichtszustand von Vp = VM1 ergibt sich RH aus: RH = (R3 + R4)R2·Ra/(R1·R4 – R2·Ra) (1) In the equilibrium state of Vp = VM1, RH results: RH = (R3 + R4) R2 * Ra / (R1 * R4-R2 * Ra) (1)
Wenn
daher RH und Ra denselben Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweisen,
so wird der Widerstandswert RH, also die mittlere Temperatur des
Wärmeerzeugungswiderstandes 4,
unabhängig
von der Flußrate
des gemessenen Fluids konstant gehalten.Therefore, when RH and Ra have the same resistance temperature coefficient, the resistance value RH becomes, that is, the average temperature of the heat generation resistance 4 , kept constant regardless of the flow rate of the fluid being measured.
Weiterhin
sind die Brückenwiderstände so ausgewählt, daß die mittlere
Temperatur des Wärmeerzeugungswiderstandes 4 auf
einem vorbestimmten Wert (beispielsweise 200°C) höher als die Fluidtemperatur
gehalten wird, die von dem Temperaturkompensationswiderstand 6a für das gemessene
Fluid festgestellt wird.Furthermore, the bridge resistances are selected so that the average temperature of the heat generating resistor 4 at a predetermined value (for example, 200 ° C) higher than the fluid temperature kept by the temperature compensation resistor 6a is determined for the measured fluid.
Wenn
die Flußrate
erhöht
wird, so daß sich die
Abkühlung
des Wärmeerzeugungswiderstandes 4 beschleunigt,
wird der durch den Wärmeerzeugungswiderstand 4 fließende Strom
erhöht,
und erhöht
sich auch die Spannung VM1.When the flow rate is increased, so that the cooling of the heat-generating resistor 4 accelerated, which is due to the heat-generating resistance 4 flowing current increases, and also increases the voltage VM1.
Ein
Ausgangssignal Vout des Flußsensors wird
dadurch erhalten, daß die
Differenz zwischen dem Ausgangssignal der Brückenschaltung 30 und dem
Ausgangssignal der Brückenschaltung 40 festgestellt
wird, also zwischen den Spannungen VM1 und VM2, nämlich durch
den Differenzverstärker 26.An output signal Vout of the flux sensor is obtained by comparing the difference between the output signal of the bridge circuit 30 and the output of the bridge circuit 40 is determined, ie between the voltages VM1 and VM2, namely by the differential amplifier 26 ,
Im
voranstehend geschilderten Fall sind die Beziehungen der Flußrate in
Vorwärts-
oder Rückwärtsrichtung
zu den Spannungen VM1, VM2 als jeweiliges Ausgangssignal der Brückenschaltung 30 bzw. 40 und
dem Ausgangssignal Vout des Flußsensors
so, wie dies in 8 dargestellt ist.In the above case, the relationships of the flow rate in the forward or reverse direction to the voltages VM1, VM2 as the respective output of the bridge circuit 30 respectively. 40 and the output signal Vout of the flux sensor as shown in FIG 8th is shown.
Bei
dieser Ausführungsform
sind, wie voranstehend erwähnt,
die Wärmeerzeugungswiderstände 4 und 5 so
angeordnet, daß sie einander
nicht berühren,
sondern um eine vorbestimmte Entfernung voneinander in der Richtung
des Flusses des gemessenen Fluids beabstandet sind. Wechselwirkungen,
die durch Wärmeleitung
zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen hervorgerufen
werden, können daher
durch die Membrananordnung auf einen kleinen Wert unterdrückt werden,
welche der voranstehend geschilderten, herkömmlichen Anordnung überlegen
ist, bei welcher Brücken
oder Ausleger verwendet werden, in Bezug auf die Festigkeit; die Reaktionsverzögerung infolge
der Wechselwirkung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen kann daher
klein ausgebildet werden.In this embodiment, as mentioned above, the heat generating resistors 4 and 5 arranged so that they do not touch each other, but are spaced apart a predetermined distance from each other in the direction of flow of the measured fluid. Interactions caused by heat conduction between the heat generating resistors, therefore, can be suppressed by the diaphragm assembly to a small value, which is superior to the above-described conventional arrangement in which bridges or cantilevers are used in terms of strength; the response delay due to the interaction between the heat generating resistors can therefore be made small.
9 zeigt
ein Versuchsergebnis, bei welchem die Änderungsrate des Heizstroms,
der durch den Wärmeerzeugungswiderstand 5 fließt, dadurch gemessen
wurde, daß das
Gleichgewicht der Brückenschaltung 30 leicht
geändert
wurde, einschließlich
des Wärmeerzeugungswiderstandes 4, über eine Störung, die
von außen
einwirkt, um hierdurch geringfügig
die Regeltemperatur des Wärmeerzeugungswiderstandes 4 bei
jeweiligen Werten von G/T zu ändern.
Selbstverständlich
kann ein entsprechendes Ergebnis auch dadurch erhalten werden, daß die Änderungsrate
der geregelten Temperatur des Wärmeerzeugungswiderstandes 4 durch
geringfügige Änderung
des Heizstroms oder umgekehrt gemessen wird. 9 FIG. 12 shows a test result in which the rate of change of the heating current caused by the heat generation resistance 5 flows, thereby measuring that the balance of the bridge circuit 30 was slightly changed, including the heat generation resistance 4 , a disturbance acting from outside, thereby slightly affecting the control temperature of the heat generating resistor 4 at respective values of G / T. Of course, a corresponding result can also be obtained by the rate of change of the controlled temperature of the heat generating resistor 4 is measured by slightly changing the heating current or vice versa.
Wie
aus 9 hervorgeht, ist die Änderungsrate des durch den
Wärmeerzeugungswiderstand 5 fließenden Stroms äußerst gering,
wenn der Wert G/T auf 25 oder mehr ansteigt. Eine zufriedenstellende
Auswirkung kann daher zur Erzielung einer geringfügigen gegenseitigen
Wechselwirkung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 dadurch
erreicht werden, daß das
Flußmeßelement so
ausgebildet wird, daß folgende
Formel erfüllt
ist: G/T ≥ 25 (2) How out 9 is apparent, the rate of change of by the heat-generating resistor 5 flowing current is extremely low when the value G / T increases to 25 or more. A satisfactory effect can therefore be to achieve a slight mutual interaction between the heat generating resistors 4 and 5 be achieved in that the Flußmeßelement is formed so that the following formula is satisfied: G / T ≥ 25 (2)
Wie
voranstehend geschildert weist infolge dieser Ausführungsform,
da die Membrananordnung keine Öffnung
oder keinen Raum in der Nähe
eines Meßabschnitts
aufweist, das Flußmeßelement
eine größere Festigkeit
als das herkömmliche
Element auf, welches die Ausleger oder die Brückenanordnung einsetzt, die
an beiden Enden gehaltert ist. Darüber hinaus ist es weniger wahrscheinlich,
daß Staub,
Wasser, Öl
und dergleichen in der Nähe
des Meßabschnitts
anhaften oder dort verbleiben. Durch Abdeckung einer Ausnehmung
in dem Substrat von der Rückseite
der Membran ist es darüber
hinaus möglich,
das Eindringen von Fremdkörpern
in die Ausnehmung zu verhindern. Da ein Spalt mit vorbestimmten
Abmessungen in dem Wärmeerzeugungsabschnitt
an der stromaufwärtigen
Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt
an der stromabwärtigen Seite
in Richtung des gemessenen Stroms vorhanden ist, kann die Wärmemenge
verringert werden, die durch Wärmeleitung
zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt
an der stromaufwärtigen
Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt
an der stromabwärtigen
Seite übertragen
wird; eine thermische Wechselwirkung zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt
an der stromaufwärtigen
Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt
an der stromabwärtigen Seite
kann daher klein sein.As described above, owing to this embodiment, since the diaphragm assembly has no opening or space in the vicinity of a measuring portion, the flow measuring member has greater strength than the conventional member employing the cantilever or bridge assembly supported at both ends. In addition, dust, water, oil and the like are less likely to adhere or remain near the measuring section. By covering a recess in the substrate from the backside of the membrane, moreover, it is possible to prevent the penetration of foreign matter into the recess. Since a gap having predetermined dimensions in the heat generating section on the upstream side and the heat generating section on the downstream Side exists in the direction of the measured current, the amount of heat is transferred, which is transferred by heat conduction between the heat generating section on the upstream side and the heat generating section on the downstream side; Therefore, a thermal interaction between the upstream side heat generating section and the downstream side heat generating section may be small.
Da
die Entfernung G des Spalts zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt auf
der stromaufwärtigen
Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an
der stromabwärtigen
Seite in Richtung des gemessenen Stroms sowie die Dicke T der Membran
so ausgewählt
sind, daß die
voranstellende Formel (2) gilt, kann darüber hinaus eine Wechselwirkung
infolge von Wärmeleitung
zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt
an der stromaufwärtigen
Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt
an der stromabwärtigen
Seite noch wirksamer klein ausgebildet werden.There
the distance G of the gap between the heat generating portion
the upstream
Side and the heat generating section on
the downstream
Side in the direction of the measured current and the thickness T of the membrane
so selected
are that the
preceded by formula (2), may also have an interaction
due to heat conduction
between the heat generating section
at the upstream
Side and the heat generation section
at the downstream
Page be made even more effective small.
AUSFÜHRUNGSFORM
2Embodiment
2
Die 3 und 4 sind
eine Schnittansicht bzw. eine Aufsicht eines Flußmeßelements gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung. Hierbei sind mit den Bezugsziffern 1 bis 17 dieselben oder
entsprechende Teile wie bei der Ausführungsform 1 bezeichnet.The 3 and 4 FIG. 10 is a sectional view and a plan view, respectively, of a flux measuring element according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. Here are the reference numerals 1 to 17 the same or corresponding parts as in the embodiment 1.
Bei
der vorliegenden Ausführungsform
ist ein verdünnter
Abschnitt 23 zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 so
vorgesehen, daß mehrere
verdünnte
Abschnitte 23 und mehrere nicht verdünnte Abschnitte gemischt zwischen
den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 vorhanden
sind, wobei der verdünnte
Abschnitt 23 nicht im Zentrum der Membran 12 liegt.In the present embodiment, a thinned portion 23 between the heat generating resistors 4 and 5 so provided that several thinned sections 23 and a plurality of non-thinned portions mixed between the heat generating resistors 4 and 5 are present, the dilute section 23 not in the center of the membrane 12 lies.
Die
verdünnten
Abschnitte 23 bilden jeweils eine Fläche, in welcher kein Schutzfilm 3 vorgesehen ist.
Die verdünnten
Abschnitte 23, die dünner
sind als die Membrandicke der anderen Abschnitte, werden dadurch
hergestellt, daß jede
der Flächen
mit einem Photolack beschichtet wird, wo der Schutzfilm nicht vorgesehen
ist, durch einen Photogravurvorgang vor der Herstellung des Schutzfilms,
und der Photolack nach der Herstellung des Schutzfilms entfernt
wird.The diluted sections 23 each form an area in which no protective film 3 is provided. The diluted sections 23 Thinner than the membrane thickness of the other portions are prepared by coating each of the surfaces with a photoresist where the protective film is not provided, by a photo-engraving operation before the preparation of the protective film, and removing the photoresist after the preparation of the protective film becomes.
Bei
dieser Ausführungsform,
welche das wie voranstehend geschildert aufgebaute Flußmeßelement
verwendet, wird eine wirksamere Wärmeisolierung zwischen den
Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 zur
Verfügung
gestellt. Wenn die Entfernung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 zu
groß ist,
wird der durch den Wärmeerzeugungswiderstand 4 erwärmte Luftstrom
diffus ausgebildet oder abgekühlt,
bevor er den Wärmeerzeugungswiderstand 5 erreicht.
Dies verringert den Unterschied zwischen den Heizströmen, die
durch die Wärmeerzeugungswiderstände 4 und 5 fließen, was
zu einer Verringerung der Empfindlichkeit des Flußsensors führen kann,
oder zu einer Einschränkung
des Meßbereiches
für die
Flußrate.
Die vorliegende Erfindung ist in der Hinsicht wirksam, daß sie derartige
Nachteile ausschaltet. Selbst mit einer geringeren Entfernung zwischen
den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 in
Richtung des gemessenen Fluids ist es daher möglich, eine wirksame Wärmeisolierung
zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 zur
Verfügung
zu stellen.In this embodiment using the flux measuring element constructed as described above, more effective heat insulation becomes between the heat generating resistors 4 and 5 made available. When the distance between the heat generating resistors 4 and 5 is too large, which is due to the heat generation resistance 4 heated air stream is diffused or cooled before passing the heat generating resistor 5 reached. This reduces the difference between the heating currents caused by the heat-generating resistances 4 and 5 flow, which may lead to a reduction in the sensitivity of the flow sensor, or to a restriction of the measuring range for the flow rate. The present invention is effective in that it eliminates such disadvantages. Even with a smaller distance between the heat-generating resistors 4 and 5 in the direction of the measured fluid, it is therefore possible to provide effective heat insulation between the heat generating resistors 4 and 5 to provide.
Durch
Bereitstellung der verdünnten
Abschnitte 23 und der nicht-verdünnten Abschnitte auf gemischte
Art und Weise zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5,
wobei der verdünnte Abschnitt 23 nicht
im Zentrum der Membran 12 angeordnet ist, wo sich die maximalen
Biegespannungen ergeben, kann eine Verringerung der mechanischen Festigkeit
der Membran 12 so weit wie möglich verhindert werden. Die
mechanische Festigkeit ist etwas geringer als bei der Ausführungsform
1, jedoch erheblich höher
als bei dem herkömmlichen
Element, das einen Aufbau mit Auslegern der Brücken verwendet.By providing the diluted sections 23 and the non-thinned portions in a mixed manner between the heat generating resistors 4 and 5 , where the thinned section 23 not in the center of the membrane 12 is located where the maximum bending stresses arise, can reduce the mechanical strength of the membrane 12 be prevented as much as possible. The mechanical strength is slightly lower than in Embodiment 1, but considerably higher than the conventional element using a structure with cantilevers of the bridges.
Da
bei der vorliegenden Ausführungsform, wie
dies voranstehend erläutert
wurde, Abschnitte, die dünner
sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand
an der stromaufwärtigen
Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand
an der stromabwärtigen Seite
vorhanden sind, kann der Wärmeerzeugungswiderstand
des Wärmeleitungspfades
groß ausgebildet
werden, ohne die Entfernung zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand an
der stromaufwärtigen Seite
und dem Wärmeerzeugungswiderstand
an der stromabwärtigen
Seite zu erhöhen.
Da es nicht erforderlich ist, die Entfernung zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand
an, der stromaufwärtigen
Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand
an der stromabwärtigen
Seite zu vergrößern, wird
die Wärmebewegung
durch den Luftstrom als Medium von dem Wärmeerzeugungswiderstand an
der stromaufwärtigen
Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand
an der stromabwärtigen
nicht verringert oder beeinträchtigt.
Der Unterschied zwischen den Heizströmen, die durch den Wärmeerzeugungswiderstand
an der stromaufwärtigen
Seite und den Wärmeerzeugungswiderstand
an der stromabwärtigen Seite
fließen,
wird daher vergrößert; und
dies führt dazu,
daß sich
keine Beeinträchtigung
in Bezug auf die Empfindlichkeit und den Meßbereich für die Flußrate ergibt.There
in the present embodiment, such as
this explained above
became, sections, the thinner
are as the membrane thickness of other portions, between the heat generation resistance
at the upstream
Side and the heat generation resistor
on the downstream side
are present, the heat-generating resistance
the heat conduction path
big educated
, without the distance between the heat-generating resistor
the upstream side
and the heat generation resistor
at the downstream
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Since it is not necessary, the distance between the heat-generating resistor
on, the upstream
Side and the heat generation resistor
at the downstream
Page will be enlarged
the thermal movement
by the air flow as a medium from the heat generation resistor
the upstream
Side and the heat generation resistor
at the downstream
not reduced or impaired.
The difference between the heating currents caused by the heat-generating resistor
at the upstream
Side and the heat generation resistor
on the downstream side
flow,
is therefore enlarged; and
this leads to,
that yourself
no impairment
in terms of the sensitivity and the measuring range for the flow rate.
Da
Abschnitte, die dünner
sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, und diese anderen Abschnitte
mit der konstruktiv vorgegebenen Membrandicke gemischt zwischen
dem Wärmeerzeugungswiderstand
an der stromaufwärtigen
Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand
an der stromabwärtigen
Seite vorhanden sind, ist es darüber
hinaus möglich,
eine Verringerung der mechanischen Festigkeit im Zentrum der Membran
oder in diesem Bereich zu unterdrücken, und die Wärmemenge
zu verringern, die durch Wärmeleitung
zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand
an der stromaufwärtigen Seite
und dem Wärmeerzeugungswiderstand
an der stromabwärtigen
Seite übertragen
wird.Because there are sections that are thinner than the membrane thickness of other sections, and these others In addition, portions having the design membrane thickness mixed between the heat generating resistor on the upstream side and the heat generating resistor on the downstream side exist, it is possible to suppress a decrease in the mechanical strength in the center of the diaphragm or in this area, and the amount of heat to which is transmitted by heat conduction between the heat generating resistor on the upstream side and the heat generating resistor on the downstream side.
Da
Abschnitte, die dünner
sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, und diese anderen Abschnitte
mit der konstruktiv vorgegebenen Membrandicke gemischt zwischen
dem Wärmeerzeugungswiderstand
an der stromaufwärtigen
Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand
an der stromabwärtigen
Seite vorgesehen sind, und sich der verdünnte Abschnitt nicht im Zentrum
der Membran befindet, wird darüber
hinaus die Wärmemenge,
die durch Wärmeleitung
zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand
an der stromaufwärtigen
Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand
an der stromabwärtigen
Seite übertragen
wird, verringert, ohne die mechanische Festigkeit im Zentrum der
Membran zu beeinträchtigen,
in welchem sich die maximalen Biegespannungen entwickeln.There
Sections that are thinner
are the membrane thickness of other sections, and these other sections
mixed with the constructive membrane thickness between
the heat generation resistor
at the upstream
Side and the heat generation resistor
at the downstream
Side are provided, and the thinned section is not in the center
the membrane is located above it
addition the amount of heat,
by heat conduction
between the heat generation resistor
at the upstream
Side and the heat generation resistor
at the downstream
Transfer page
is reduced, without the mechanical strength in the center of
Affect membrane,
in which the maximum bending stresses develop.
Da
Abschnitte, die dünner
als die Membrandicke anderer Abschnitte sind, als Flächen vorgesehen
sind, in welchen kein Schutzfilm vorhanden ist, zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand
an der stromaufwärtigen
Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand
an der stromabwärtigen
Seite, können
die Abschnitte, die dünner
sind als die Membrandicke der anderen Abschnitte, durch einfache
Schritte hergestellt werden, nämlich
durch Aufbringen eines Photolacks auf jede der Flächen, an
welchen der Schutzfilm nicht vorhanden ist, durch einen Photogravurvorgang
vor der Herstellung des Schutzfilms, und Entfernung des Photolacks
nach der Herstellung des Schutzfilms.There
Sections that are thinner
than the membrane thickness of other sections are intended as areas
are in which no protective film is present between the heat-generating resistor
at the upstream
Side and the heat generation resistor
at the downstream
Side, can
the sections that are thinner
are as the membrane thickness of the other sections, by simple
Steps are made, namely
by applying a photoresist to each of the surfaces
which the protective film is not present through a photo engraving process
before the preparation of the protective film, and removal of the photoresist
after the preparation of the protective film.
AUSFÜHRUNGSFORM
3Embodiment
3
Die 5 und 6 sind
eine Schnittansicht bzw. eine Aufsicht eines Flußmeßelements gemäß Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Hierbei sind mit den Bezugsziffern 1 bis 17 und 23 dieselben
oder entsprechende Elemente wie bei der Ausführungsform 2 bezeichnet.The 5 and 6 FIG. 10 is a sectional view and a plan view, respectively, of a flow measuring element according to an embodiment of the present invention. FIG. Here are the reference numerals 1 to 17 and 23 the same or corresponding elements as in the embodiment 2.
Bei
dieser Ausführungsform
sind verdünnte Abschnitte 24,
die dünner
sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, zwischen Außenumfangsrändern der
Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 und
Außenumfangsrändern der
Membran 12 vorgesehen. Weiterhin sind die verdünnten Abschnitte 24,
die dünner
sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, und diese anderen
Abschnitte mit der konstruktiv vorgegebenen Membrandicke gemischt
zwischen den Außenumfangsrändern der
Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 und
den Außenumfangsrändern der Membran 12 angeordnet.
Weiterhin ist, ebenso wie bei der Ausführungsform 2, der verdünnte Abschnitt 24 nicht
im Zentrum der Membran 12 angeordnet.In this embodiment, thinned portions are 24 Thinner than the membrane thickness of other portions, between outer peripheral edges of the heat-generating resistors 4 . 5 and outer peripheral edges of the membrane 12 intended. Furthermore, the thinned sections 24 which are thinner than the membrane thickness of other portions, and these other portions having the design membrane thickness mixed between the outer peripheral edges of the heat generating resistors 4 . 5 and the outer peripheral edges of the membrane 12 arranged. Further, as in Embodiment 2, the thinned portion is 24 not in the center of the membrane 12 arranged.
Die
verdünnten
Abschnitte 24 sind jeweils als Fläche ausgebildet, in welcher
kein Schutzfilm 3 vorhanden ist. Im einzelnen werden die
verdünnten
Abschnitte 24, die dünner
sind als die Membrandicke der anderen Abschnitte, dadurch hergestellt,
daß jede
der Flächen
mit einem Photolack beschichtet wird, an welchem der Schutzfilm 3 nicht
vorhanden ist, mit einem Photogravurvorgang vor der Herstellung
des Schutzfilms 3, und der Photolack nach der Herstellung
des Schutzfilms 3 entfernt wird.The diluted sections 24 are each formed as a surface in which no protective film 3 is available. In particular, the diluted sections 24 which are thinner than the membrane thickness of the other portions, prepared by coating each of the surfaces with a photoresist on which the protective film is coated 3 is absent, with a photo engraving process before the preparation of the protective film 3 , and the photoresist after the preparation of the protective film 3 Will get removed.
Bei
dieser Ausführungsform,
die das wie voranstehend geschildert aufgebaute Flußmeßelement verwendet,
kann der Wärmestrom
verringert werden, der von den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 an
das Substrat 1 in Form einer ebenen Platte entweicht. Daher
ist es möglich,
den Einfluß zu
verringern, den eine zeitliche Verzögerung auf das Ausgangssignal
des Flußsensors
hat, wobei die zeitliche Verzögerung
dadurch hervorgerufen wird, daß eine gewisse
Zeit benötigt
wird, bis die an das Substrat 1 in Form einer ebenen Platte
entweichende Wärme
einen Gleichgewichtszustand erreicht, nachdem sich die Flußrate geändert hat,
so daß schließlich ein Flußsensor
mit besserem Reaktionsvermögen
zur Verfügung
gestellt werden kann.In this embodiment using the flow measuring element constructed as described above, the heat flow that is generated by the heat generating resistors can be reduced 4 and 5 to the substrate 1 escapes in the form of a flat plate. Therefore, it is possible to reduce the influence that a time delay has on the output of the flux sensor, the time delay being caused by taking some time to reach the substrate 1 In the form of a flat plate escaping heat reaches an equilibrium state, after the flow rate has changed, so that finally a flow sensor with better reactivity can be provided.
Der
voranstehend geschilderte Vorteil ist besonders dann wirksam, wenn
die Flußrate
niedrig ist, und besteht darüber
hinaus darin, die Einschaltzeit zu verringern, welche der Flußsensor
benötigt,
ein exaktes Flußsignal
auszugeben, wenn der Flußsensor
mit elektrischer Energie versorgt wird.Of the
The above-described advantage is particularly effective when
the flow rate
is low, and insists
In addition, it is to reduce the turn-on time which the flow sensor
needed
an exact flow signal
output when the flow sensor
is supplied with electrical energy.
Durch
Bereitstellung der verdünnten
Abschnitte 24 und der nicht-verdünnten Abschnitte auf gemischte
Art und Weise kann die Verringerung der mechanischen Festigkeit
der Membran 12 so weit wie möglich verhindert werden. Da
eine Membrananordnung vorgesehen ist, bei welcher der Flußmeßabschnitt
an seinem gesamten Umfang gehaltert wird, ist die mechanische Festigkeit
erheblich höher
als bei dem herkömmlichen
Element, welches eine Anordnung unter Einsatz von Auslegern oder
Brücken
verwendet.By providing the diluted sections 24 and the non-thinned portions in a mixed manner can reduce the mechanical strength of the membrane 12 be prevented as much as possible. Since a diaphragm assembly is provided in which the flow measuring portion is supported on its entire circumference, the mechanical strength is considerably higher than that of the conventional member using an arrangement using cantilevers or bridges.
Da
bei dieser Ausführungsform,
wie dies voranstehend erläutert
wurde, Abschnitte, die dünner sind
als die Membrandicke anderer Abschnitte, zwischen den Außenumfangsrändern des
Wärmeerzeugungswiderstands
an der stromaufwärtigen
Seite und/oder des Wärmeerzeugungswiderstands
an der stromabwärtigen
Seite vorgesehen sind, und den Außenumfangsrändern der Membran, kann der
Wärmeerzeugungswiderstand
in Bereichen erhöht
werden, in welchen der stromaufwärtige
und/oder stromabwärtige
Wärmeerzeugungswiderstand
als Wärmeerzeugungsabschnitt
(Meßabschnitt)
an dem Substrat in Form einer ebenen Platte gehaltert ist; die Wärmemenge,
die von dem stromaufwärtigen und/oder
stromabwärtigen
Wärmeerzeugungswiderstand
entweicht, kann daher verringert werden.As explained above, in this embodiment, portions thinner than the membrane thickness of other portions are interposed between the outer peripheral edges of the heat generating resistor on the upstream side and / or the heat generation resistor on the downstream side, and the outer peripheral edges of the diaphragm, the heat generation resistance may be increased in regions in which the upstream and / or downstream heat generation resistor as the heat generation section (measuring section) is supported on the substrate in the form of a flat plate ; the amount of heat escaping from the upstream and / or downstream heat generating resistor can therefore be reduced.
Da
Abschnitte, die dünner
sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, und diese anderen Abschnitte
mit der konstruktiv vorgegebenen Membrandicke gemischt zwischen
den Außenumfangsrändern des
Wärmeerzeugungswiderstands
an der stromaufwärtigen
Seite und/oder des Wärmeerzeugungswiderstands
an der stromabwärtigen
Seite und den Außenumfangsrändern der
Membran vorgesehen sind, kann die Verringerung der mechanischen Festigkeit
der Membran noch weiter verringert werden, und läßt sich eine bessere Wärmeisolierung
erzielen.There
Sections that are thinner
are the membrane thickness of other sections, and these other sections
mixed with the constructive membrane thickness between
the outer peripheral edges of
Heat generating resistor
at the upstream
Side and / or heat generation resistance
at the downstream
Side and outer peripheral edges of the
Membrane provided can reduce the mechanical strength
The membrane can be further reduced, and leaves a better heat insulation
achieve.
Da
Abschnitte, die dünner
sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, als Flächen vorgesehen
sind, in welchen kein Flußfilm
vorgesehen ist, zwischen den Außenumfangsrändern des
Wärmeerzeugungswiderstands
an der stromaufwärtigen
Seite und/oder des Wärmeerzeugungswiderstands
an der stromabwärtigen
Seite und den Außenumfangsrändern der
Membran, können
die Abschnitte, die dünner
sind als die Membrandicke der anderen Abschnitte, durch folgende
einfachen Schritte hergestellt werden: Beschichtung jeder der Flächen mit
einem Photolack, wo der Schutzfilm nicht vorhanden ist, mit einem
Photogravurvorgang vor der Herstellung des Schutzfilms, und Entfernen
des Photolacks nach der Ausbildung des Schutzfilms.There
Sections that are thinner
are provided as the membrane thickness of other sections, as surfaces
are in which no river movie
is provided between the outer peripheral edges of the
Heat generating resistor
at the upstream
Side and / or heat generation resistance
at the downstream
Side and outer peripheral edges of the
Membrane, can
the sections that are thinner
are as the membrane thickness of the other sections, by the following
simple steps are made: coating each of the surfaces with
a photoresist, where the protective film is not present, with a
Photogravure process before making the protective film, and removing
of the photoresist after the formation of the protective film.
AUSFÜHRUNGSFORM
4Embodiment
4
Die 10 und 11 sind
eine Vorderansicht bzw. Seitenschnittansicht mit der Darstellung
eines Beispiels für
einen Flußsensor,
der das Flußmeßelement
gemäß einer
der voranstehend geschilderten Ausführungsformen verwendet.The 10 and 11 Fig. 10 is a front view and a side sectional view, respectively, showing an example of a flow sensor using the flow measuring element according to any one of the above-described embodiments.
Hierbei
weist ein Flußsensor 50 das
Flußmeßelement 17 auf,
einen Meßkanal 51,
einen Hauptkanal 52, durch welchen das Fluid fließt, eine
gitterförmige
Flußführungsplatte 53,
ein Gehäuse 54,
in welchem die voranstehend geschilderte Regelschaltung (7)
vorgesehen ist, und einen Verbinder 55, durch welchen elektrische
Energie dem Flußsensor 50 zugeführt wird,
und ein Ausgangssignal des Flußsensors 50 abgenommen
wird.This is indicated by a flow sensor 50 the Flußmeßelement 17 on, a measuring channel 51 , a main channel 52 through which the fluid flows, a grid-shaped Flußführungsplatte 53 , a housing 54 in which the above-described control circuit ( 7 ), and a connector 55 by which electrical energy the flow sensor 50 is supplied, and an output signal of the flow sensor 50 is removed.
Durch
eine derartige Verwendung eines der Flußmeßelemente gemäß den Ausführungsform
1 bis 3 kann daher ein Flußsensor zur
Verfügung
gestellt werden, der die entsprechenden Vorteile aufweist, welche
bei jeder der Ausführungsformen
geschildert wurden.By
such use of one of the Flußmeßelemente according to the embodiment
1 to 3, therefore, a flow sensor for
disposal
be provided, which has the corresponding advantages, which
in each of the embodiments
were described.
12 zeigt
schematisch ein Beispiel, bei welchem der Flußsensor 50 in einem
Einlaßsystem einer
Brennkraftmaschine 65 mit innerer Verbrennung vorgesehen
ist. 12 schematically shows an example in which the flow sensor 50 in an intake system of an internal combustion engine 65 is provided with internal combustion.
In 12 ist
ein Luftfilter 61 an der stromaufwärtigen Seite eines Ansaugkanals 60 vorgesehen, durch
welchen Luft eingesaugt wird, ist eine Drosselklappe 62 an
der stromabwärtigen
Seite des Einlaßkanals 60 angeordnet,
und ist der Flußsensor 50 zwischen
dem Luftfilter 61 und der Drosselklappe 62 angeordnet.In 12 is an air filter 61 on the upstream side of an intake passage 60 provided, through which air is sucked in, is a throttle valve 62 on the downstream side of the intake port 60 arranged, and is the flow sensor 50 between the air filter 61 and the throttle 62 arranged.
Der
Verbinder 54 des Flußsensors 50 ist elektrisch
mit einer Steuereinheit oder Regeleinheit 63 verbunden,
und ein Kraftstoffeinspritzventil 54 wird entsprechend
dem Ausgangssignal der Steuereinheit 63 gesteuert oder
geregelt.The connector 54 of the flow sensor 50 is electrical with a control unit or control unit 63 connected, and a fuel injection valve 54 will be according to the output signal of the control unit 63 controlled or regulated.
Die
Flußrate
der Ansaugluft, die durch den Luftfilter 61 im Ansaugkanal 60 hindurchgegangen ist,
wird von dem Flußsensor 50 gemessen.
Das Ausgangssignal des Flußsensors 50 wird
der Steuereinheit 63 zugeführt, welche die optimale Benzinmenge berechnet,
welche einer Brennkraftmaschine zugeführt wird, und ein entsprechendes
Treibersignal an das Kraftstoffeinspritzventil 64 liefert.The flow rate of the intake air passing through the air filter 61 in the intake channel 60 has passed, is from the flow sensor 50 measured. The output signal of the flow sensor 50 becomes the control unit 63 supplied, which calculates the optimum amount of gasoline, which is supplied to an internal combustion engine, and a corresponding drive signal to the fuel injection valve 64 supplies.
Es
wird darauf hingewiesen, daß zwar
die Breite des Leitungsmusters und die Entfernung zwischen den Leiterbahnen
in sämtlichen
Bezeichnungen in vergrößertem Maßstab dargestellt
sind, um das Verständnis
der Erfindung zu erleichtern, jedoch kann beim tatsächlichen
Herstellungsverfahren in einigen Fällen eine erheblich feinere
Musterbildung erfolgen.It
it is noted that while
the width of the line pattern and the distance between the tracks
in all
Designations shown on an enlarged scale
are to understanding
However, in the actual
Manufacturing process in some cases a considerably finer
Patterning done.
