DE19839259A1

DE19839259A1 - Flow sensor, e.g. for automobile engine air intake system, has sensor element incorporated in substrate surface with second substrate surface at acute angle to first surface at flow entry and exit points

Info

Publication number: DE19839259A1
Application number: DE1998139259
Authority: DE
Inventors: Guy Hoffmann
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2000-03-02

Abstract

The sensor has a semiconductor sensor element (1) incorporated in a first surface (O1) of a ceramic substrate (8), extending in the direction of the measured flow (6) and enclosed by a second surface (O2) at the sides or the rear, with an acute angle between the two-surfaces at the flow entry and exit ends (11,13) of the substrate. An Independent claim is included for a measuring sensor including the flow sensor.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Meßfühler und eine da zugehörige Abfühlvorrichtung zum Erfassen einer Strömungsmenge, und insbesondere auf einen in Kraftfahrzeugen zu verwendenden Meßfühler mit dazugehöriger Abfühlvorrichtung zum Erfassen eines Luftmengen stroms.The present invention relates to a sensor and there associated sensing device for detecting a flow rate, and in particular on a sensor to be used in motor vehicles with associated sensing device for detecting an amount of air current.

In Kraftfahrzeugen werden zur optimalen Einstellung ihrer Verbren nungsmotoren zunehmend Meßgeräte zum Erfassen eines in den Ver brennungsmotor strömenden Luftmengenstroms eingesetzt. Anhand der erfaßten Information über den Luftmengenstrom kann daraufhin eine Motorsteuerung des Kraftfahrzeugs die Kraftstoffzufuhr derart steuern, daß der Schadstoffemissionspegel verringert, die Motorleistung erhöht und die Kraftstoffeinsparung verbessert wird.In motor vehicles, their combustion is optimally adjusted voltage motors increasingly measuring devices for detecting a Ver internal combustion engine flowing air flow rate used. Based on acquired information about the air flow can then be a Engine control of the motor vehicle control the fuel supply in such a way that the pollutant emission level decreases, the engine power increases and fuel economy is improved.

Insbesondere bei Vierzylindermotoren treten während Absaug- und Aus laßhüben bidirektionale Luftimpulse in den Ansaugleitungen auf, die zu Meßungenauigkeiten und Steuerfehlern in der Motorsteuerung führen können. Es wurde daher versucht die Meßfühler derart zu verbessern, daß Meßfehler bei der Erfassung eines derartigen Luftmengenstroms weitge hend ausgeschlossen sind.Especially with four-cylinder engines occur during extraction and off let bidirectional air impulses in the intake ducts on Lead measurement inaccuracies and control errors in the engine control can. It was therefore attempted to improve the sensors in such a way that Measurement errors in the detection of such an air flow rate are excluded.

Fig. 5 zeigt eine schematische und nicht maßstäbliche Querschnittsan sicht eines Abfühlelements, wie es in Meßfühlern zum Erfassen eines bidi rektionalen Luftmengenstroms verwendet wird. Derartige herkömmliche Meßfühler sind beispielsweise aus der DE 196 36 095 A1 bekannt. Fig. 5 shows a schematic and not to scale cross-sectional view of a sensing element, as used in sensors for detecting a bidirectional air flow. Such conventional sensors are known for example from DE 196 36 095 A1.

Das Abfühlelement 1 ist hierbei mit einem Halbleitersubstrat 2 ausgebil det und weist eine Heizvorrichtung 4 und zwei temperatürempfindliche Widerstände bzw. Thermistoren 3, 5 auf, die sich im gleichen Abstand stromaufwärts und stromabwärts von der Heizvorrichtung 4 befinden. Unter strömungsfreien Bedingungen werden die Thermistoren 3 und 5 von der Heizvorrichtung 4 gleichermaßen erwärmt, was von einer nicht darge stellten Meßvorrichtung erfaßt werden kann. Strömt jedoch ein Luftstrom 6 über das Abfühlelement 1, d. h. die Thermistoren 3, 5 und die Heizvor richtung 4, so wird dadurch die Wärmeausbreitung beeinflußt. Genauer gesagt besitzt der Thermistor 5 eine höhere Temperatur als der Thermistor 3, was durch die Meßvorrichtung als Widerstandsänderung erfaßt werden kann. In gleicher Weise besitzt der Thermistor 3 eine höhere Temperatur als der Thermistor 5, wenn ein umgekehrter Luftstrom über das Abfühle lement 1 strömt.The sensing element 1 is formed with a semiconductor substrate 2 and has a heating device 4 and two temperature-sensitive resistors or thermistors 3 , 5 , which are located at the same distance upstream and downstream of the heating device 4 . Under flow-free conditions, the thermistors 3 and 5 are heated equally by the heating device 4 , which can be detected by a measuring device not shown. However, if an air stream 6 flows over the sensing element 1 , ie the thermistors 3 , 5 and the Heizvor device 4 , then the heat spread is affected. More specifically, the thermistor 5 has a higher temperature than the thermistor 3 , which can be detected by the measuring device as a change in resistance. In the same way, the thermistor 3 has a higher temperature than the thermistor 5 when a reverse air flow flows through the sensing element 1 .

In der DE 196 36 095 Al wird zur Verringerung von Turbulenzen die Ver wendung eines Stromlinienkörpers 10 vorgeschlagen, der dem Abfühlele ment 1 gegenüberliegend angeordnet ist. Hierbei erzeugt die vordere Stirn- Oberfläche O2V des Trägersubstrats 2, die an die Meßoberfläche O1 und an die untere Oberfläche O2U angrenzt, Turbulenzen 9 an der Strömungs- Meßoberfläche O1. Aufgrund der Anordnung des Stromlinienkörpers 10 in unmittelbarer Nähe der Abfühlvorrichtung erfolgt jedoch eine Umleitung des Luftstroms 6 zum Abfühlelement 1, wodurch in der Grenzschicht oberhalb des Abfühlelements 1 Strömungsstörungen bzw. Turbulenzen 9 eliminiert werden. Störendes Rauschen im Meßsignal kann dadurch wir kungsvoll verhindert werden.In DE 196 36 095 Al the use of a streamlined body 10 is proposed to reduce turbulence, the element 1 is arranged opposite the Abfühlele. The front end surface O2V of the carrier substrate 2 , which adjoins the measuring surface O1 and the lower surface O2U, generates turbulence 9 on the flow measuring surface O1. Due to the arrangement of the streamlined body 10 in the immediate vicinity of the sensing device, however, the air flow 6 is diverted to the sensing element 1 , as a result of which flow disturbances or turbulence 9 are eliminated in the boundary layer above the sensing element 1 . Annoying noise in the measurement signal can be prevented by us.

Verringert man darüber hinaus den Abstand des Stromlinienkörpers 10 zum Abfühlelement 1, so vergrößert sich der Betrag des Meßsignals wäh rend störende Rauschsignale weiter verringert werden.Furthermore, reducing the distance between the streamlined body 10 and the sensing element 1 increases the amount of the measurement signal while disturbing noise signals are further reduced.

Nachteilig ist bei dem vorstehend beschriebenen Meßfühler jedoch, daß aufgrund der durch den verringerten Abstand hervorgerufenen Trägheits effekte das Ansprechverhalten des Meßfühlers beeinträchtigt wird. Ferner wird aufgrund der höheren Strömungsgeschwindigkeiten zwischen dem Stromlinienkörper und dem Abfühlelement die Leistungsfähigkeit des Meßfühlers beeinträchtigt.The disadvantage of the sensor described above, however, is that due to the inertia caused by the reduced distance effects the response behavior of the sensor is impaired. Further is due to the higher flow velocities between the Streamlined body and the sensing element the performance of the Sensor impaired.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abfühlvorrichtung und einen diese Abfühlvorrichtung verwendenden Meßfühler der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß das Ansprechverhalten und die Leistungsfähigkeit verbessert sind.The invention is therefore based on the object of a sensing device and a sensor using this sensing device at the beginning mentioned type in such a way that the response and the Performance are improved.

Hinsichtlich der Abfühlvorrichtung wird diese Aufgabe durch die Merk male des Patentanspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Meßfühlers wird die se Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 10 gelöst.With regard to the sensing device, this task is carried out by the Merk male of claim 1 solved. With regard to the sensor, the se object achieved by the features of claim 10.

Insbesondere durch das Vorsehen von keilförmigen Anströmungsberei chen an der Abfühlvorrichtung, bei denen die Strömungs-Meßoberfläche mit einer zweiten Oberfläche einen spitzen Winkel ausbildet, kann ein Ab stand zwischen dem Stromlinienkörper und der Abfühlvorrichtung vergrö ßert werden, da sich eine im wesentlichen turbulenzfreie Strömung ober halb der Meßoberfläche einstellt, wodurch sich das Ansprechverhalten des Meßfühlers, insbesondere bei bidirektionalen Strömungen, stark verbes sert. Darüber hinaus kann weiterhin das Auftreten von Strömungsrau schen verhindert werden, da eine laminare Strömung über dem Abfühle lement vorherrscht.In particular by providing wedge-shaped flow areas Chen on the sensing device, where the flow measuring surface forms an acute angle with a second surface, an Ab stood between the streamlined body and the sensing device ß be because an essentially turbulence-free flow above half of the measurement surface, which changes the response of the Sensor, especially with bidirectional flows, strongly verbes sert. In addition, the occurrence of flow roughness can continue can be prevented as a laminar flow over the sensor element prevails.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Figuren und den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous embodiments of the invention are in the description, the figures and the subclaims.

Vorzugsweise weist die Abfühlvorrichtung ein keramisches Trägersubstrat mit einer Aussparung auf, in die das aus einem Halbleiter bestehende Abfühlelement einpaßt ist. Die Verwendung eines derartigen keramischen Trägersubstrats verringert in besonderem Maße die Herstellungskosten für die Abfühlvorrichtung.The sensing device preferably has a ceramic carrier substrate with a recess into which the semiconductor is made Sensing element is fitted. The use of such a ceramic Carrier substrates reduce the manufacturing costs to a particular degree for the sensing device.

Alternativ kann jedoch die Abfühlvorrichtung ausschließlich aus einem Halbleitermaterial bestehen, das durch geeignete Mikrobearbeitung in die strömungsgünstige Form gebracht wird. Die Größe der Abfühlvorrichtung kann dadurch weiter verringert werden, wodurch sich die Meßeigenschaf ten weiter verbessern.Alternatively, however, the sensing device can be made from only one Semiconductor material exist that through suitable micromachining in the streamlined shape is brought. The size of the sensing device can thereby be further reduced, which further improve.

Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn der Keilwinkel relativ spitz ist, d. h. nicht mehr als etwa 45° beträgt. Bei der Verwendung von Silizium als Trä gersubstrat kann es jedoch besonders vorteilhaft sein, einen Keilwinkel in der Größenordnung von etwa 57° vorzusehen. Ein solcher Winkel stellt sich beim Ätzen von Silizium aufgrund der Kristalleigenschaften automa tisch ein und führt in strömungstechnischer Hinsicht noch zu sehr guten Ergebnissen. Basically, it is advantageous if the wedge angle is relatively acute, i. H. is not more than about 45 °. When using silicon as a carrier However, it can be particularly advantageous to use a wedge angle in of the order of about 57 °. Such an angle represents automatically etch when etching silicon due to the crystal properties table and still leads to very good flow-wise Results.

Vorzugsweise besitzt der Querschnitt der Abfühlvorrichtung in Strö mungsrichtung die Form eines Trapezes, Dreiecks, Kreis- oder Ellipsenab schnitts.The cross section of the sensing device preferably has a flow direction, the shape of a trapezoid, triangle, circle or ellipse cut.

Vorzugsweise besitzt ein Meßfühler neben der vorstehend beschriebenen Abfühlvorrichtung einen stangenförmigen Stromlinienkörper, der in einem Abstand von der Abfühlvorrichtung derart angeordnet ist, daß bei mini malen Trägheitseffekten und Strömungsgeschwindigkeiten eine laminare Strömung über dem Abfühlelement ausgebildet wird.Preferably, a sensor has in addition to that described above Sensing device a rod-shaped streamlined body, which in one Distance from the sensing device is arranged such that at mini paint inertial effects and flow velocities a laminar Flow is formed over the sensing element.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.The invention is described below with reference to preferred embodiments examples described with reference to the drawing.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer Ab fühlvorrichtung gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, Fig. 1 is a schematic representation of a cross section of a sensing device Ab according to a first embodiment of the invention,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer Ab fühlvorrichtung gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, Fig. 2 is a schematic representation of a cross section of a sensing device Ab according to a second embodiment of the invention,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer Ab fühlvorrichtung gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, Fig. 3 is a schematic representation of a cross section of a sensing device Ab according to a third embodiment of the invention,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Meßfühleranordnung, Fig. 4 is a schematic representation of a sensor assembly according to the invention,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Meßfühleranordnung gemäß dem Stand der Technik. Fig. 5 is a schematic representation of a sensor arrangement according to the prior art.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte und nicht maßstäbliche Darstellung eines Querschnitts einer Abfühlvorrichtung gemäß einem ersten erfindungsge mäßen Ausführungsbeispiel. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet ein aus ei nem Halbleitermaterial ausgebildetes Abfühlelement, das eine Heizvor richtung 4 und zwei symmetrisch davon beabstandete temperaturemp findliche Widerstände 3, 5 aufweist. Das Abfühlelement kann jedoch auch anders aufgebaut sein, sofern es die Eigenschaft besitzt, irgendeine Fluidströmung hinsichtlich ihrer Menge zu erfassen. Fig. 1 shows a simplified and not to scale representation of a cross section of a sensing device according to a first embodiment according to the invention. The reference numeral 1 denotes a sensing element formed from a semiconductor material, which has a heating device 4 and two symmetrically spaced temperature-sensitive resistors 3 , 5 . However, the sensing element can also be constructed differently, provided that it has the property of detecting any fluid flow with regard to its quantity.

Das Bezugszeichen 8 bezeichnet ein Trägersubstrat, welches an einer Oberfläche eine Aussparung aufweist, in die das Abfühlelement 1 derart eingepaßt ist, daß es mit der Oberfläche des Trägersubstrats 8 eine durchgehende ebene erste Oberfläche bzw. Strömungs-Meßoberfläche O1 bildet. Die erste Oberfläche. O1 dient hierbei als Meßoberfläche zum Erfas sen einer Strömung 6, die vorzugsweise ein Luftstrom aber auch ein an dersartiger Gas- oder Flüssigkeitsstrom sein kann.The reference numeral 8 designates a carrier substrate which has a recess on a surface into which the sensing element 1 is fitted in such a way that it forms a continuous flat first surface or flow measuring surface O1 with the surface of the carrier substrate 8 . The first surface. In this case, O1 serves as a measuring surface for detecting a flow 6 , which can preferably be an air flow but also a gas or liquid flow of this type.

Mit O2V ist eine zweite vordere Oberfläche, mit O2U eine zweite untere Oberfläche und mit O2H eine zweite hintere Oberfläche bezeichnet, die gemeinsam eine zweite Oberfläche O2 ausbilden. Die erste Oberfläche O1 und die zweite Oberfläche O2 bilden gemeinsam mit nicht dargestellten Seitenoberflächen einen hinsichtlich seines Querschnitts in Strömungs richtung trapezförmigen Körper, der sich in der Strömung 6 befindet und von dieser angeströmt wird. Hierbei bezeichnet das Bezugszeichen 11 ei nen Anströmungsbereich und das Bezugszeichen 13 einen Abströmungs bereich der Abfühlvorrichtung. Der Anströmungsbereich 11 definiert einen Bereich der Abfühlvorrichtung, der ausgehend vom Abfühlelement 1 in Richtung zur Strömung 6 zeigt und von dieser angeströmt wird, während der Abströmungsbereich 13 symmetrisch zum Abfühlelement 1 dem An strömungsbereich 11 gegenüberliegend angeordnet ist. Es versteht sich jedoch, daß die in Fig. 1 dargestellte Abfühlvorrichtung bidirektional ver wendbar ist.O2V denotes a second front surface, O2U denotes a second lower surface and O2H denotes a second rear surface, which together form a second surface O2. The first surface O1 and the second surface O2 form, together with side surfaces (not shown), a body which is trapezoidal in terms of its cross section in the direction of flow and is located in the flow 6 and against which the flow flows. Here, reference numeral 11 denotes a flow area and reference numeral 13 a flow area of the sensing device. The inflow area 11 defines an area of the sensing device, which, starting from the sensing element 1, points in the direction of the flow 6 and is flowed against by it, while the outflow area 13 is arranged symmetrically to the sensing element 1 to the flow area 11 opposite. However, it is understood that the sensing device shown in Fig. 1 is bidirectionally ver applicable.

Zur Vermeidung bzw. Verringerung von über dem Abfühlelement 1 auf tretenden Turbulenzen 9 ist der Anströmungsbereich 11 derart ausgebil det, daß die erste Oberfläche bzw. Strömungs-Meßoberfläche O1 einen spitzen Winkel α zur zweiten Oberfläche O2 ausbildet. Der Anströmungs bereich 11 besitzt demzufolge eine keilförmige Ausgestaltung, wodurch die ankommende Strömung 6 derart an der Abfühlvorrichtung aufgeteilt wird, daß über dem Abfühlelement 1 eine laminare Strömung vorherrscht. Auf diese Weise kann das Auftreten von Strömungsrauschen wirkungsvoll verhindert werden.In order to avoid or reduce turbulence 9 occurring over the sensing element 1 , the inflow region 11 is configured such that the first surface or flow measuring surface O1 forms an acute angle α to the second surface O2. The inflow area 11 consequently has a wedge-shaped configuration, as a result of which the incoming flow 6 is divided at the sensing device in such a way that a laminar flow prevails over the sensing element 1 . In this way, the occurrence of flow noise can be prevented effectively.

Zur Messung einer bidirektionalen Strömung, die in entgegengesetzten Richtungen über die Abfühlvorrichtung streicht, ist der Abströmungsbe reich 13 in gleicher Weise wie der Anströmungsbereich 11 ausgestaltet. Der Winkel α des keilförmigen An- und Abströmungsbereichs 11 und 13 wird hierbei so gewählt, daß in Abhängigkeit von den vorherrschenden Umgebungsbedingungen (Strömungsart, räumliche Besonderheiten im Strömungspfad, usw.) immer eine optimale laminare Strömung über dem Abfühlelement 1 vorherrscht. Vorzugsweise beträgt der Winkel α etwa zwi schen 30° und 40°.To measure a bidirectional flow that sweeps in opposite directions over the sensing device, the Abströmungsbe area 13 is designed in the same way as the inflow region 11 . The angle α of the wedge-shaped inflow and outflow region 11 and 13 is chosen so that, depending on the prevailing environmental conditions (type of flow, spatial characteristics in the flow path, etc.), there is always an optimal laminar flow over the sensing element 1 . Preferably, the angle α is approximately between 30 ° and 40 °.

Wie Fig. 1 zeigt, besitzt die Abfühlvorrichtung gemäß dem ersten Ausfüh rungsbeispiel in Strömungsrichtung gesehen einen trapezförmigen Quer schnitt, der symmetrisch ist. Der Winkel α des keilförmigen Anströ mungsbereichs 11 kann sich vom Winkel des keilförmigen Abströmungs bereichs 13 jedoch auch unterscheiden.As shown in FIG. 1, the sensing device according to the first embodiment has a trapezoidal cross section in the flow direction, which is symmetrical. However, the angle α of the wedge-shaped inflow region 11 can also differ from the angle of the wedge-shaped outflow region 13 .

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine schematische Darstellung eines Quer schnitts einer Abfühlvorrichtung gemäß einem zweiten und dritten erfin dungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Hierbei besitzt gemäß Fig. 2 der Querschnitt der Abfühlvorrichtung in Strömungsrichtung die Form eines Dreiecks mit spitzen Keilwinkeln α an ihrem An- und Abströmungsbereich 11 und 13. Der Träger 8 bildet dabei eine entgegen der Strömungsrich tung weisende, rückwärtige Fläche O2V und eine in Strömungsrichtung weisende, rückwärtige Fläche O2H. Ferner kann gemäß Fig. 3 die zweite Oberfläche O2 der Abfühlvorrichtung die Form eines Kreis- und/oder El lipsenabschnitts aufweisen, wodurch sich ebenfalls eine gute Stromlini enform für die Abfühlvorrichtung ergibt. Auch ist die Form eines Kreisab schnittes möglich. Figs. 2 and 3 show a schematic representation of a cross section of a sensing device according to a second and third embodiment to the invention OF INVENTION. In this case of Figure 2, the cross section of the sensing device has. In the flow direction in the form of a triangle with acute wedge angles α at their arrival and Abströmungsbereich 11 and 13. The carrier 8 forms a back surface O2V facing the direction of flow direction and a back surface O2H pointing in the flow direction. Further, the second surface of O2, according to Fig. 3 of the sensing device in the form of a circular and / or El lipsenabschnitts also a good Stromlini whereby Enform results for the sensing device. The shape of a circular section is also possible.

Alle Ausführungsbeispiele besitzen jedoch eine Gemeinsamkeit, wonach in einem angeströmten Bereich der Abfühlvorrichtung ihre erste Oberfläche O1 mit ihrer zweiten Oberfläche O2 einen spitzen Winkel α ausbildet. Die erste Oberfläche O1 dient hierbei als ebene Strömungs-Meßoberfläche und ist im wesentlichen parallel zur Strömung 6 angeordnet. However, all of the exemplary embodiments have one thing in common, according to which in a flow area of the sensing device their first surface O1 forms an acute angle α with their second surface O2. The first surface O1 serves as a flat flow measurement surface and is arranged essentially parallel to the flow 6 .

In den in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispielen besteht die Abfühlvorrichtung aus dem Trägersubstrat 8 und einem darin einge betteten Halbleitermaterial, welches das Abfühlelement 1 aufweist. Da durch können die Herstellungskosten drastisch verringert werden, da eine getrennte Fertigung von Sensorelement und Trägerelement möglich ist. Vorzugsweise besteht das Trägersubstrat 8 aus einer Keramik, wodurch die keilförmige Ausgestaltung des An- und Abströmungsbereichs 11 und 13 besonders einfach und kostengünstig zu bewerkstelligen ist.In the exemplary embodiments described in FIGS . 1 and 2, the sensing device consists of the carrier substrate 8 and a semiconductor material embedded therein, which has the sensing element 1 . As a result, the production costs can be drastically reduced, since separate manufacture of the sensor element and carrier element is possible. The carrier substrate 8 preferably consists of a ceramic, as a result of which the wedge-shaped configuration of the inflow and outflow regions 11 and 13 can be accomplished particularly simply and inexpensively.

Wie Fig. 3 zeigt, kann die Abfühlvorrichtung jedoch auch einstückig aus einem Halbleitermaterial ausgebildet werden, wobei das Halbleitermaterial 8 sowohl die Funktion des Trägersubstrats als auch des Abfühlelements übernimmt. Das Ausbilden der keilförmigen An- und Abströmungsberei che 11 und 13 kann hierbei durch Ätzen und/oder Mikrobearbeitung er folgen. Auf diese Weise kann die Abfühlvorrichtung weiter miniaturisiert werden, wodurch sich insbesondere das Ansprechverhalten weiter verbes sert. Ferner entfällt bei dieser Lösung der Montageschritt für das Einfügen des Abfühlelements 1 in das Trägersubstrat 8, wodurch sich die Kosten weiter verringern.As shown in FIG. 3, however, the sensing device can also be formed in one piece from a semiconductor material, the semiconductor material 8 taking on both the function of the carrier substrate and of the sensing element. The formation of the wedge-shaped inflow and outflow areas 11 and 13 can be followed by etching and / or micromachining. In this way, the sensing device can be further miniaturized, which further improves the response, in particular. Furthermore, in this solution, the assembly step for inserting the sensing element 1 into the carrier substrate 8 is omitted, which further reduces the costs.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Meßfühleranordnung, wobei die vorstehend in Fig. 1 beschriebene erfindungsgemäße Abfühlvor richtung verwendet ist. Fig. 4 shows a schematic representation of a sensor arrangement, wherein the Abfühlvor direction described above in FIG. 1 is used.

In Fig. 4 befindet sich zur Beeinflussung der Strömung 6 ein Stromlinien körper 10 in der Nähe der Abfühlvorrichtung. Dadurch vergrößert sich wiederum der Betrag des vom Abfühlelement 1 abgegebenen Meßsignals, während sich das Signal/Rauschverhältnis in gleicher Weise verringert. In Fig. 4 there is a streamlined body 10 in the vicinity of the sensing device to influence the flow 6 . This in turn increases the amount of the measurement signal emitted by the sensing element 1 , while the signal / noise ratio decreases in the same way.

Durch das Vorsehen des Strömungskeils 11, 13 mit einer relativ scharfen Vorderkante entwickelt sich eine dünne und gut definierte Grenzschicht über dem Abfühlelement. Dies verringert das ansonsten auftretende und unerwünschte Strömungsrauschen, das im Bereich des Abfühlelementes selbst erzeugt wird, wenn sich Strömung abtrennt oder um die Vorder kante zirkuliert. Darüber hinaus ist eine derartige Meßfühleranordnung wesentlich unempfindlicher gegenüber zu erfassenden turbulenten Strö mungen, die beispielsweise durch eine (nicht dargestellte) Halterung, an der die Abfühlvorrichtung befestigt ist, oder andere stromaufwärts befind- liche Hindernisse hervorgerufen werden. Natürlich ist auch der in Fig. 4 dargestellte Sensor bidirektional betreibbar.By providing the flow wedge 11 , 13 with a relatively sharp front edge, a thin and well-defined boundary layer develops over the sensing element. This reduces the otherwise occurring and undesirable flow noise that is generated in the area of the sensing element itself when flow separates or circulates around the front edge. In addition, such a sensor arrangement is much less sensitive to turbulent currents to be detected, which are caused, for example, by a holder (not shown) to which the sensing device is attached, or other upstream obstacles. Of course, the sensor shown in FIG. 4 can also be operated bidirectionally.

Der erfindungsgemäße keilförmige Sensorträger verringert aufgrund von Strömungsrauschen hervorgerufene Fehlmessungen und ermöglicht eine Optimierung der Sensoranordnung. Die Integration des keilförmigen An strömungsbereiches in ein Keramiksubstrat besitzt einige Vorteile gegen über einer mehrteiligen Lösung, bei der beispielsweise ein Kunststoffkeil an den Keramikträger angegossen oder angespritzt wird, obwohl auch derartige Ausführungsformen im Schutzbereich der Erindung liegen.The wedge-shaped sensor carrier according to the invention is reduced due to Flow noise caused incorrect measurements and enables a Optimization of the sensor arrangement. The integration of the wedge-shaped An flow area in a ceramic substrate has several advantages over a multi-part solution in which, for example, a plastic wedge is cast or injection molded onto the ceramic carrier, although also such embodiments are within the scope of the invention.

Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend beispielhaft für eine Abfühl vorrichtung und eine dazugehörige Meßfühleranordnung beschrieben, wie sie zur Erfassung von Luftströmen in Kraftfahrzeugen verwendet wird. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann in gleicher Weise für Abfühl vorrichtungen und dazugehörige Meßfühleranordnungen verwendet wer den, die Gas- oder Flüssigkeitsströme erfassen.The present invention has been exemplified above for sensing device and an associated sensor arrangement described, such as it is used to detect air flows in motor vehicles. she however, is not limited to this and can be used for sensing in the same way devices and associated sensor arrangements who used those that capture gas or liquid flows.

Claims

1. Sensing device for detecting a flow quantity with:
a first surface (O1) with a sensing element ( 1 ) which extends essentially along the flow ( 6 ) to be detected; and
a second surface (O2) which surrounds the sensing element ( 1 ) on the side and / or on the back,
characterized by at least one flow area ( 11 , 13 ), in which the first surface (O1) with the second surface (O2) forms an acute angle (α).

2. Sensing device according to claim 1, characterized in that it consists of a carrier substrate ( 8 ) with a recess in the first surface (O1) and the sensing element ( 1 ) having semiconductor material, the semiconductor material being fitted into the recess in such a way that it forms the first surface (O1) together with the carrier substrate ( 8 ).

3. Sensing device according to claim 1, characterized in that the sensing element on a carrier substrate ( 8 ) made of ceramic BEFE Stigt.

4. Sensing device according to claim 1, characterized in that it is formed in one piece from a semiconducting material comprising the sensing element ( 8 ).

5. Sensing device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sensing element ( 1 ) has a heating device ( 4 ) and two symmetrically arranged in the flow direction temperature-sensitive resistors ( 3 , 5 ).

6. Sensing device according to one of claims 1 to 5, characterized in that it has a wedge-shaped inflow region ( 11 , 13 ) where the wedge angle (α) is preferably not greater than 45 °, in particular re not greater than 35 °.

7. Sensing device according to one of claims 1 to S. characterized in that it has a wedge-shaped flow area ( 11 , 13 ), where the wedge angle (α) is about 57 °.

8. sensing device according to one of claims 1 to 7, characterized in that their cross-section in the direction of flow essentially the shape ei trapezoid or a triangle.

9. sensing device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the second surface (O2) essentially has the shape of an ellipse section.

10. Sensing device according to one of claims 1 to 9, characterized in that two flow areas ( 11 , 13 ) are provided, wherein the sensing device is preferably formed symmetrically.

11. Sensor with a sensing device according to one of claims 1 to 10, characterized by a streamlined body ( 10 ) with a with respect to the Abfühlvor direction convex, curved surface facing the first surface (O1) and at a predetermined distance from the sensing device ( 1 ) is arranged in such a way that a largely laminar flow is formed over the sensing element ( 1 ). 12. Sensor according to claim 11, characterized in that the streamlined body ( 10 ) is a cylindrical rod.