DE19856844A1

DE19856844A1 - Durchflußmengenerfassungselement und Durchflußmengenmesser

Info

Publication number: DE19856844A1
Application number: DE1998156844
Authority: DE
Inventors: Masahiro Kawai; Tomoya Yamakawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-06-03
Filing date: 1998-12-09
Publication date: 1999-12-16
Also published as: JP3668921B2; JPH11344369A

Abstract

Bei einem Durchflußmengenerfassungselement sind erste und zweite Temperaturkompensationswiderstände (6a, 6b) zum Erfassen von Temperaturen eines gemessenen Fluids auf einem Sockelelement (1) vorgesehen. Ein erster Heizwiderstand (4) und ein zweiter Heizwiderstand (5) sind ebenfalls auf dem Sockelelement (1) vorgesehen. Der erste Heizwiderstand (4) wird derart mit Energie beaufschlagt, daß er in Abhängigkeit von der durch den ersten Temperaturkompensationswiderstand (6a) erfaßten Temperatur des gemessenen Fluids erhitzt wird. Der zweite Heizwiderstand (5) wird derart mit Energie beaufschlagt, daß er in Abhängigkeit von der durch den zweiten Temperaturkompensationswiderstand (6b) erfaßten Temperatur des gemessenen Fluids geheizt wird. Die Muster der ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände sind derart ausgebildet, daß sie in derselben Position auf derselben Ebene ineinander verschachtelt sind. Die Muster des zweiten Temperaturkompensationswiderstands sind zwischen den Mustern des ersten Temperaturkompensationswiderstands ausgebildet, wohingegen die Muster des ersten Temperaturkompensationswiderstands ebenfalls zwischen den Mustern des zweiten Temperaturkompensationswiderstands ausgebildet sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Durchflußmengenerfassungselement und einen Durchflußmengenmesser, die beispielsweise zum Messen einer Einlaßluftmenge einer Brennkraftmaschine geeignet sind. Insbesondere richtet sich die vorliegende Erfindung auf solch ein Durchflußmengenerfassungselement und einen dieses Durchflußmengenerfassungselement verwendenden Durchflußmengenmesser, die geeignet sind, beruhend auf einer Wärmeübertragung von einem Heizelement oder einem durch dieses Heizelement erhitzten Abschnitt des Messers auf das Fluid, entweder eine Strömungsgeschwindigkeit oder eine Durchflußmenge eines Fluids zu messen.

2. Stand der Technik

Fig. 14 ist eine Ansicht, die beispielhaft ein in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 1-185416 offenbartes wärmesensitives Durchflußmengenerfassungselement zeigt. In dieser Zeichnung sind auf der Oberfläche eines plattenförmigen Sockelelements 23 durch Sputtern und Fotoätzen ein erster Heizwiderstand 24a und ein zweiter Heizwiderstand 24b ausgebildet. Die ersten und zweiten Heizwiderstände 24a und 24b sind aus dünnen Platinfilmen hergestellt und bilden die wärmesensitiven Widerstandselemente. Das plattenförmige Sockelelement 23 ist aus einem elektrisch isolierenden Magnet wie beispielsweise Keramik hergestellt. Der erste Heizwiderstand 24a ist auf einer stromaufwärtigen Seite eines Luftstroms ausgebildet, wohingegen der zweite Heizwiderstand 24b an einer stromabwärtigen Seite dieses Luftstroms ausgebildet ist. Aus Aluminium oder Siliziumoxid hergestellte dünne Filme sind auf den Oberflächen der ersten und zweiten Heizwiderstände 24a und 24b beschichtet.

Auf ähnliche Weise sind erste und zweite Temperaturkompensationswiderstände 25a und 25b zum Erfassen von Einlaßlufttemperaturen aus dünnen Platinfilmen hergestellt, die wärmesensitive Widerstandselemente darstellen, und sind durch ein Verfahren ähnlich zu dem der ersten und zweiten Heizwiderstände 24a und 24b auf dem Sockelelement 23 ausgebildet. Die Widerstandswerte dieser ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 25a und 25b sind konstruiert, um 50 mal größer als die der ersten und zweiten Heizwiderstände 24a und 24b zu sein. Äußere Verbindungsanschlüsse 26a, 26b, 26c und 26d sind auf den ersten und zweiten Heizwiderständen 24a und 24b und den ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderständen 25a und 25b vorgesehen. Ebenfalls ist in dem Sockelelement 23 zwischen den Heizwiderständen 24a und 24b und den Temperaturkompensationswiderständen 25a und 25b ein Loch 27 ausgebildet.

Im folgenden wird der Betrieb des wärmesensitiven Durchflußmengenerfassungselements erläutert werden. Die Heizwiderstände 24a und 24b werden durch einen (nicht dargestellten) Steuerkreis derart gesteuert, daß die Temperaturen dieser Heizwiderstände 100° höher werden, als die durch die Temperaturkompensationswiderstände 25a und 25b gemessenen Lufteinlaßtemperaturen. Wenn ein Luftstrom in der durch den Pfeil bezeichneten Richtung vorliegt, steigt die von dem an der stromaufwärtigen Seite angeordneten ersten Heizwiderstand 24a übertragene Wärme genauso schnell an, wie die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms es tut.

Da die Temperatur der Einlaßluft, die über den zweiten Heizwiderstand 24b streicht, der an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, durch den an der stromaufwärtigen Seite angeordneten ersten Heizwiderstand 24a erhöht wird, ist andererseits die von dem zweiten Heizwiderstand 24b auf die Luft übertragene Wärmemenge geringer als die von dem ersten Heizwiderstand 24a auf die Einlaßluft übertragene Wärmemenge. In anderen Worten wird der erste Heizwiderstand 24a stärker gekühlt als der zweite Heizwiderstand 24b und eine Differenz zwischen dem Kühlungsgrad steigt an, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms ansteigt. Als ein Ergebnis wird der Strom, der dem ersten Heizwiderstand 24a derart zugeführt wird, daß die Temperaturdifferenz zwischen diesem ersten Heizwiderstand 24a und dem ersten Temperaturkompensationswiderstand 25a konstant wird, größer (nämlich 100°C) als der Strom, der dem zweiten Heizwiderstand 24a derart zugeführt wird, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem zweiten Heizwiderstand 24b und dem zweiten Temperaturkompensationswiderstand 25b konstant wird (100°C). Die Differenz zwischen den Stromwerten steigt genauso schnell an, wie die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms.

Da der Unterschied zwischen den Werten der den ersten und zweiten Heizwiderständen 24a und 24b zugeführten Ströme eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Luftstroms wird, kann wie oben beschrieben entweder die Strömungsgeschwindigkeit oder die Durchflußmenge des durch einen vorbestimmten Durchlaß strömenden Luftstroms gemessen werden. Ferner kann nicht nur die Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms, sondern ebenfalls seine Strömungsrichtung erfaßt werden, indem die Differenz zwischen dem Grad der Abkühlung der ersten und zweiten Heizwiderstände 24a und 24b erfaßt wird.

Da die Widerstandswerte der ersten und zweiten Heizwiderstände 24a und 24b relativ zu den Temperaturen des Luftstroms auf vorgewählten Werten gehalten werden müssen, ungeachtet der Strömungsgeschwindigkeit des Luftstroms, sind bei dem konventionellen Durchflußmengenerfassungselement, das den oben genannten Aufbau verwendet, die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 25a und 25b zum Messen der Temperaturen des Luftstroms vorgesehen. Obgleich nur einer, entweder der erste oder der zweite Temperaturkompensationswiderstand 25a, 25b in Anbetracht ihrer Funktionen angewendet werden müssen, werden relativ zu zwei Heizwiderständen 24a und 24b zwei Temperaturkompensationswiderstände 25a und 25b bereitgestellt, um die Schaltungsanordnung des Steuerkreises zu vereinfachen.

Da der erste Temperaturkompensationswiderstand 25a an einer anderen Stelle als der zweite Temperaturkompensationswiderstand 25b angeordnet ist, treten dann, wenn in dem Luftstrom eine Temperaturspreizung vorliegt, Fluktuationen bei den durch die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderständen 25a und 25b gemessenen Temperaturen auf. In Verbindung mit dieser Fluktuation bei der Messung treten ebenfalls Fluktuationen bei den Temperaturen der ersten und zweiten Heizwiderstände 24a und 24b derart auf, daß die Präzision der Durchflußmengenerfassung gesenkt wird.

Wenn die thermische Isolierung zwischen den Heizwiderständen 24a, 24b und dem Sockelelement 23 nicht ausreichend ist, wird ebenfalls die Temperatur des Sockelelements 23 durch Wärmeübertragung erhöht, und in dem Sockelelement 23 wird eine Temperaturspreizung erzeugt. Als ein Ergebnis treten Fluktuationen bei den gemessenen Temperaturen auf, in Abhängigkeit von den Anordnungen der ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 25a und 25b, und die Präzision der Durchflußmengenerfassung wird gesenkt. Wenn die Temperatur des Sockelelements 23 erhöht wird, werden darüber hinaus die Temperaturen der ersten und zweiten Kompensationswiderstände 25a und 25b auf dem Sockelelement 23 höher als die Temperaturen des gemessenen Fluids. Folglich können die Temperaturen des gemessenen Fluids nicht korrekt gemessen werden, so daß die Präzision der Durchflußmengenerfassung gesenkt wird.

Zusätzlich offenbart beispielsweise die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 6-249693 einen derart aufgebauten Durchflußmengenmesser, daß sowohl der Film als auch das Durchflußmengenerfassungselement auf dem Siliziumsubstrat vorgesehen sind, und ein Kerbabschnitt in dem Siliziumsubstrat derart ausgebildet ist, daß ein Membranabschnitt zum Stützen des Durchflußmengenerfassungselements ausgebildet ist. Selbst bei solch einem konventionellen Durchflußmengenmesser wird jedoch die Präzision der Durchflußmengenerfassung gesenkt, indem sie durch die Temperaturverteilung in dem Luftstrom und die Temperaturverteilung in dem Siliziumsubstrat nachteilig beeinflußt wird.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen und folglich liegt ihr das technische Problem zugrunde, ein Durchflußmengenerfassungselement und einen Durchflußmengenmesser bereitzustellen, die geeignet sind, die Präzision der Durchflußmengenerfassung zu steigern.

Zur Lösung dieses Problems wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Durchflußmengenerfassungselement bereitgestellt, umfassend: ein Sockelelement; erste und zweite Temperaturkompensationswiderstände, die zum Erfassen von Temperaturen eines gemessenen Fluids aus auf dem Sockelelement ausgebildeten Mustern aufgebaut sind; einen ersten Heizwiderstand, der auf dem Sockelelement vorgesehen und zum Erhitzen in Abhängigkeit von der durch den ersten Temperaturkompensationswiderstand erfaßten Temperatur des gemessen Fluids mit Energie beaufschlagt wird; und einen zweiten Heizwiderstand, der auf dem Sockelelement vorgesehen und zum Erhitzen in Abhängigkeit von der durch den zweiten Temperaturkompensationswiderstand erfaßten Temperatur des gemessen Fluids mit Energie beaufschlagt wird; bei dem die Muster des des ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstand in derselben Position auf dem Sockelelement ausgebildet sind.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Durchflußmengenerfassungselement bereitgestellt, umfassend: ein Sockelelement; auf dem Sockelelement ausgebildete erste und zweite Temperaturkompensationswiderstände zum Erfassen von Temperaturen eines gemessenen Fluids; einen ersten Heizwiderstand, der auf dem Sockelelement vorgesehen und zum Heizen in Abhängigkeit von der durch den ersten Temperaturkompensationswiderstand erfaßten Temperatur des gemessenen Fluids mit Energie beaufschlagt wird; und einen zweiten Heizwiderstand, der auf dem Sockelelement vorgesehen und zum Heizen in Abhängigkeit von der durch den zweiten Temperaturkompensationswiderstand erfaßten Temperatur des gemessenen Fluids mit Energie beaufschlagt wird; bei dem die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände symmetrisch an einer stromaufwärtigen und einer stromabwärtigen Seite entlang eines zwischen ihnen strömenden, gemessenen Fluids angeordnet sind, zugleich den ersten und zweiten Heizwiderstand sandwichartig einfassend.

Gemäß einem wiederum weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Durchflußmengenmesser bereitgestellt, umfassend: ein Erfassungsrohr; und ein Durchflußmengenerfassungselement mit einem Sockelelement, einem zum Erfassen einer Temperatur eines gemessenen Fluids auf dem Sockelelement vorgesehenen Temperaturkompensationswiderstand, und einen auf dem Sockelelement vorgesehenen Heizwiderstand, der zum Heizen in Abhängigkeit von der durch den Temperaturkompensationswiderstand erfaßten Temperatur des gemessenen Fluids mit Energie beaufschlagt wird; wobei das Durchflußmengenerfassungselement innerhalb des Erfassungsrohrs derart befestigt ist, daß der Temperaturkompensationswiderstand niedriger als der Heizwiderstand angeordnet ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Ansicht, die ein Durchflußmengenerfassungselement gemäß eines Ausführungsbeispiels 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die das Durchflußmengenerfassungselement bezeichnet, genommen entlang einer Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Schaltplan, der einen Steuerkreis des in Fig. 1 gezeigten Durchflußmengenerfassungselements darstellt;

Fig. 4 ist eine Vorderansicht, die ein Beispiel eines Durchflußmengenmessers angibt, der das in Fig. 1 gezeigte Durchflußmengenerfassungselement anwendet;

Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die den Durchflußmengenmesser der Fig. 4 darstellt;

Fig. 6 ist eine Ansicht, die ein Durchflußmengenerfassungselement gemäß einem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 7 ist eine Schnittansicht, die das Durchflußmengenerfassungselement zeigt, genommen entlang Linie VII-VII der Fig. 6;

Fig. 8 ist eine Ansicht, die ein Durchflußmengenerfassungselement gemäß eines Ausführungsbeispiels 3 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 9 ist eine Schnittansicht, die das Durchflußmengenerfassungselement zeigt, genommen entlang einer Linie IX-IX der Fig. 8;

Fig. 10 ist eine Ansicht, die ein Durchflußmengenerfassungselement gemäß einem Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 11 ist eine Schnittansicht, die das Durchflußmengenerfassungselement darstellt, genommen entlang einer Linie IX-IX der Fig. 10;

Fig. 12 ist eine Ansicht, die ein Durchflußmengenerfassungselement gemäß eines Ausführungsbeispiels 5 der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 13 ist eine Schnittansicht, die das Durchflußmengenerfassungselement zeichnet, genommen entlang einer Linie XIII-XIII der Fig. 12; und

Fig. 14 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines konventionellen wärmesensitiven Durchflußmengenmessers zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.

Ausführungsform 1

Fig. 1 ist eine Ansicht, die ein Durchflußmengenerfassungselement gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 2 ist eine Schnittansicht, genommen entlang Linie II-II der Fig. 1, die das Durchflußmengenerfassungselement zeigt. In den Zeichnungen ist ein Stützfilm 2 mit Isoliereigenschaften auf einer ersten Oberfläche 1a eines plattenförmigen Sockelelementes 1 über Sputtern, Dampfabscheidung, CVD und ähnliches ausgebildet. Dieser isolierende Stützfilm 1 ist beispielsweise aus Siliziumnitrid mit einer Dicke von 1 µm hergestellt. Das plattenförmige Sockelelement 1 ist beispielsweise aus Silizium mit einer Dicke von 0,4 mm hergestellt.

Ein erster Heizwiderstand 4 und ein zweiter Heizwiderstand 5 sind als ein Film auf dem Stützfilm 2 ausgebildet, indem entweder Sputtern oder Dampfabscheiden verwendet wird. Die ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 sind als aus wärmesensitiven Widerstandsfilmen ausgebildete Muster hergestellt, beispielsweise Platin mit einer Dicke von 0,2 µm. Ebenfalls sind diese Muster der ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 durch Photolithographie, Naßätzen, Trockenätzen und ähnliches ausgebildet. Des weiteren betragen die Abmessungen der Heizabschnitte der ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 beispielsweise 1 mm × 0,05 mm.

Ein erster Temperaturkompensationswiderstand 6a und ein zweiter Temperaturkompensationswiderstand 6b sind als ein Film auf dem Stützfilm 2 ausgebildet, indem entweder Sputtern oder Dampfabscheiden verwendet wird. Die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b sind als Muster aus wärmesensitiven Widerstandsfilmen ausgebildet, beispielsweise Platin mit einer Dicke von 0,2 µm. Ebenfalls sind diese Muster der ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b durch Photolithographie, Naßätzen, Trockenätzen und ähnliches ausgebildet. Die Widerstandswerte dieser ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b sind konstruiert, so daß sie 50 mal höher als die der ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 sind.

Darüber hinaus sind die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b derart in Mustern ausgebildet, daß sie in derselben Ebene miteinander verschachtelt sind. In anderen Worten sind die Muster des zweiten Temperaturkompensationswiderstands 6b zwischen den Mustern des ersten Temperaturkompensationswiderstands 6a ausgebildet, wohingegen die Muster des ersten Temperaturkompensationswiderstands 6a zwischen den Mustern des zweiten Temperaturkompensationswiderstands 6b ausgebildet sind. Die Gesamtgröße dieser ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b beträgt beispielsweise 1 mm × 0,5 mm.

Ein Schutzfilm 3 mit Isoliereigenschaften ist auf den ersten und zweiten Heizwiderständen 4 und 5 und den ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderständen 6a, 6b über Sputtern, Dampfabscheiden, CVD und ähnliches ausgebildet. Dieser Isolierschutzfilm 3 ist beispielsweise aus Siliziumnitrid mit einer Dicke von 1 µm hergestellt. Sowohl die Heizwiderstände 4, 5 als auch die Temperaturkompensationswiderstände 6a, 6b sind über Zuleitungsmuster 8a bis 8h mit Elektroden 9a bis 9h verbunden, um eine elektrische Verbindung mit einem Außenabschnitt des Durchflußmengenerfassungselements herzustellen. Es sollte angemerkt werden, daß der auf den Elektroden 9a bis 9h ausgebildete Schutzfilm 3 entfernt wird, um Bondingdrähte mit den Elektroden 9a bis 9h zu verbinden. Es sollte ebenfalls angemerkt werden, daß in Fig. 1 der gesamte Schutzfilm 3 entfernt wurde, um die Muster auf dem Stützfilm 2 klarer zu definieren (ähnlich in Fig. 6, Fig. 8, Fig. 10 und Fig. 12).

Ein Rückflächenschutzfilm 10 ist auf einer zweiten Oberfläche 1b ausgebildet, die auf der Rückseite der ersten Oberfläche 1a des Sockelelements 1 angeordnet ist. Ein Membranabschnitt 12 ist auf dem Durchflußmengenerfassungselement ausgebildet, und die ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 sind auf diesem Diagrammabschnitt 12 angeordnet. Der Diagrammabschnitt 12 ist derart ausgebildet, daß ein Abschnitt des Sockelelements 1 durch Ausführen von beispielsweise einer Alkaliätzbehandlung entfernt wird, nachdem ein Ätzloch 11 in dem Rückflächenschutzfilm 10 ausgebildet wurde, beispielsweise durch Photolithographie oder ähnliches.

Fig. 3 ist ein Schaltplan, der einen Steuerkreis des in Fig. 1 gezeigten Durchflußmengenerfassungselements des in Fig. 1 gezeigten Durchflußmengenerfassungselements wiedergibt. Die ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 sind durch den in Fig. 3 gezeigten Steuerkreis auf vorbestimmte Durchschnittstemperaturen gesteuert. Der Steuerkreis umfaßt eine erste Brückenschaltung 22a, eine zweite Brückenschaltung 22b und eine weitere Schaltung 22c. Die erste Brückenschaltung 22a enthält den ersten Temperaturkompensationswiderstand 6a und den ersten Heizwiderstand 4. Die zweite Brückenschaltung 22b enthält den zweiten Temperaturkompensationswiderstand 6b und den zweiten Heizwiderstand 5. Die Schaltung 22a berechnet eine Differenz zwischen Spannungen VM1 und VM2, die Heizströmen entsprechen, die durch die ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 strömen. Da die Heiztemperaturen der ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 beruhend auf gemessenen Fluidtemperaturen, die durch die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und b erfaßt sind, geeignet verändert werden, kann aus dem Heizstrom eine Menge berechnet werden, die dem Produkt der Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Fluids und der Dichte des gemessenen Fluids entspricht.

Als nächstes wird der Betrieb des Durchflußmengenerfassungselements gemäß Ausführungsform 1 beschrieben werden. Die ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 werden durch den Steuerkreis derart gesteuert, daß die Temperaturen der Heizwiderstände 4 und 5 um eine konstante Temperatur höher wird, beispielsweise 100°C, als die durch die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b gemessenen Fluidtemperaturen. Wenn das gemessene Fluid in Fig. 1 nach rechts strömt, steigt die von dem ersten stromauf des gemessenen Fluids angeordneten Heizwiderstand 4 übertragene Wärme genauso schnell wie die Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Fluids.

Andererseits ist die von dem zweiten Heizwiderstand 5 auf das gemessene Fluid übertragene Wärmemenge geringer als die von dem ersten Heizwiderstand 4 auf das gemessene Fluid übertragene, da die Temperatur des gemessenen Fluids, das über den an einer stromabwärtigen Seite angeordneten zweiten Heizwiderstand 5 streicht, durch den an der stromaufwärtigen Seite angeordneten ersten Heizwiderstand 4 erhöht wird. Als ein Ergebnis ist der zu dem ersten Heizwiderstand 4 derart übertragene Heizstrom, daß der Temperaturunterschied zwischen dem ersten Heizwiderstand 4 und den ersten Temperaturkompensationswiderstand 6a konstant wird, größer als der Heizstrom, der auf den zweiten Heizwiderstand 5 derart übertragen wird, daß der Temperaturunterschied zwischen dem zweiten Heizwiderstand 5 und dem zweiten Temperaturkompensationswiderstand 6b konstant wird. Der Unterschied zwischen den Stromwerten steigt genauso schnell an wie die Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Fluids.

Da der Unterschied zwischen der den ersten und zweiten Heizwiderständen 4 und 5 zugeführten Heizstromwerten eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Fluids wird, kann entweder die Strömungsgeschwindigkeit des gemessenen Fluids oder die Durchflußmenge des gemessenen Fluids gemessen werden, das durch einen vorbestimmten Pfad gedrungen ist. Da die Differenz zwischen dem Grad der Abkühlung der ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 erfaßt wird, kann ebenfalls die Strömungsrichtung des gemessenen Fluids erfaßt werden.

Da die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b derart gemustert ausgebildet sind, daß sie miteinander in derselben Ebene verschachtelt sind und zudem in derselben Position angeordnet sind, wird bei einem solchen Durchflußmengenerfassungselement selbst dann, wenn in dem gemessenen Fluid eine Temperaturspreizung auftritt, die durch den ersten Temperaturkompensationswiderstand 6a erfaßte Temperatur des gemessenen Fluids gleich gestaltet wie die durch den zweiten Temperaturkompensationswiderstand 6b erfaßte. Als ein Ergebnis sind die Heiztemperaturen der ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 identisch zueinander und folglich besteht keine Fluktuation in den Heiztemperaturen, so daß die Präzision der Temperaturerfassung verbessert werden kann.

Da die ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 auf dem Sockelelement 1 angeordnet sind, erhöhen sie ebenfalls die Temperatur des Sockelelements 1 und folglich tritt auf dem Sockelelement 1 eine Temperaturspreizung auf. Da die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b an derselben Stelle auf dem Sockelelement 1 angeordnet sind, hat jedoch die Temperatur des Sockelelements 1 für die Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b dieselbe Wirkung. Folglich tritt bei den Heiztemperaturen der ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 keine Fluktuation auf und folglich kann die Präzision der Temperaturerfassung verbessert werden.

In dieser Beschreibung ist Fig. 4 eine Vorderansicht, die ein Beispiel eines Durchflußmengenmessers zeigt, der das oben erläuterte und in Fig. 1 gezeigte Durchflußmengenerfassungselement verwendet, und Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die den Durchflußmengenmesser der Fig. 4 zeigt. In den Zeichnungen ist innerhalb eines zylindrischen Hauptstromrohrs 18 ein zylindrisches Erfassungsrohr 17 angeordnet. Das zylindrische Erfassungsrohr 17 weist zu dem zylindrischen Hauptstromrohr 18, der einen Strömungspfad für das gemessene Fluid bildet, eine koaxiale Beziehung auf. In dem Erfassungsrohr 17 ist ein Durchflußmengenerfassungselement 13 ähnlich zu dem oben erläuterten Durchflußmengenerfassungselement der Fig. 1 befestigt.

An einem Außenumfangsabschnitt des Hauptstromrohres 18 ist ein Gehäuse 19 vorgesehen. Eine einen Steuerkreis zum Steuern des Durchflußmengenerfassungselement s 13 enthaltende Leiterplatte 20 ist in dem Gehäuse 19 aufgenommen. Ein Verbinder 29 ist an einem Außenabschnitt des Gehäuses 19 vorgesehen, und dieser Verbinder 21 wird verwendet, um den Steuerkreis mit einer (nicht dargestellten) Leistungsquelle zu verbinden, und weiterhin, um der Außenseite ein Ausgangssignal dieses Durchflußmengenmessers bereitzustellen.

Durch das Bereitstellen des Durchflußmengenerfassungselements 13 in solch einem Durchflußmengenmesser kann die Durchflußmenge des gemessenen Fluids unter stabilen Bedingungen erfaßt werden.

Ausführungsbeispiel 2

Fig. 6 ist eine Draufsicht, die ein Durchflußmengenerfassungselement gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 7 ist eine Schnittansicht, die das Durchflußmengenerfassungselement zeigt, genommen entlang Linie VII-VII der Fig. 6. In den Zeichnungen ist ein zweiter Temperaturkompensationswiderstand 6b, der aus einem wärmesensitiven Widerstandsfilm wie beispielsweise Platin mit einer Dicke von 0,2 µm hergestellt ist, auf einen Stützfilm 2 mit einer Dicke von beispielsweise 1 µm über Sputtern, Dampfabscheiden, CVD und ähnliches beschichtet. Ein Zwischenfilm 14 mit Isoliereigenschaftenist auf dem Stützfilm 2 und dem zweiten Temperaturkompensationswiderstand 6b über Sputtern, Dampfabscheiden, CVD und ähnliches ausgebildet. Dieser Isolierzwischenfilm 14 ist beispielsweise aus Siliziumnitrid mit einer Dicke von 0,5 µm hergestellt.

Die ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 und der erste Temperaturkompensationswiderstand 6a sind aus wärmesensitiven Widerstandsfilmen wie beispielsweise Platinfilmen mit einer Dicke von 0,2 µm hergestellt und auf dem Zwischenfilm 14 entweder mittels Sputtern oder Dampfabscheiden ausgebildet. Der erste Temperaturkompensationswiderstand 6a ist in Mustern auf dem zweiten Temperaturkompensationswiderstand 6b ausgebildet, wobei er den Zwischenfilm 14 dazwischen derart sandwichartig einfaßt, daß die Musterabmessungen des ersten Temperaturkompensationswiderstands 6a gleich denen des zweiten Temperaturkompensationswiderstands 6b gemacht werden. In anderen Worten überlappen sich der erste Temperaturkompensationswiderstand 6a und der zweite Temperaturkompensationswiderstand 6b dreidimensional. Ebenfalls ist auf den ersten und zweiten Heizwiderständen 4, 5, dem ersten Temperaturkompensationswiderstand 6a und dem Zwischenfilm 14 ein Schutzfilm 3 mit einer Dicke von 0,5 µm ausgebildet. Mit dem zweiten Temperaturkompensationswiderstand 6b verbundene Zuleitungsmuster 9a und 9g sind auf dem Stützfilm 2 ausgebildet, und weitere Zuleitungsmuster 9b bis 9f und 9h sind auf dem Zwischenfilm 14 ausgebildet. Der weitere Aufbau des Durchflußmengenerfassungselements gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind ähnlich zu denen des Ausführungsbeispiels 1.

Da sich die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b auf eine dreidimensionale Art und Weise überlappen, wird bei einem solchen Durchflußmengenerfassungselement die durch den ersten Temperaturkompensationswiderstand 6a erfaßte Temperatur des gemessenen Fluids in Übereinstimmung mit der durch den zweiten Temperaturkompensationswiderstand 6b erfaßten gebracht, selbst wenn in dem gemessenen Fluid eine Temperaturspreizung auftritt. Als ein Ergebnis sind die Heiztemperaturen der ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 identisch zueinander und folglich tritt bei den Heiztemperaturen keine Fluktuation auf, so daß die Präzision der Temperaturerfassung verbessert werden kann. Es sollte verstanden worden sein, daß die Temperaturverteilung des Sockelelements 1 entlang der Dickenrichtung (d. h. die vertikale Richtung in Fig. 7) im Vergleich zu der ebenen Temperaturverteilung vernachlässigbar ist, da die Dicke des Zwischenfilms 14 ausreichend dünn gestaltet ist.

Da die ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 auf dem Sockelelement 1 angeordnet sind, wird durch diese Heizwiderstände 4 und 5 die Temperatur des Sockelelements 1 erhöht, und folglich tritt auf dem Sockelelement 1 eine Temperaturspreizung auf. Da die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b an derselben Stelle auf dem Sockelelement 1 angeordnet sind, stellt jedoch die Temperatur des Sockelelements 1 denselben Effekt für die Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b bereit. Folglich tritt bei den Heiztemperaturen der ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 keine Fluktuation auf und folglich kann die Präzision der Temperaturerfassung verbessert werden.

Da sich die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b einander in einer dreidimensionalen Weise überlappen, können zusätzlich die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b von den ersten und zweiten Heizwiderständen 4 und 5 getrennt werden, um die Fläche des Sockelelements 1 und die nachteiligen Einflüsse von Wärme zu verringern.

Ausführungsbeispiel 3

Fig. 8 ist eine Ansicht, die ein Durchflußmengenerfassungselement gemäß einer Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 9 ist eine Schnittansicht, die das Durchflußmengenerfassungselement der Fig. 8 zeigt, genommen entlang Linie IX-IX der Fig. 8. Beim Ausführungsbeispiel 3 sind ein erster Heizwiderstand 4 und ein erster Temperaturkompensationswiderstand 6a symmetrisch zu einem zweiten Heizwiderstand 5 und einem zweiten Kompensationswiderstand 6b angeordnet, während als Symmetrieachse eine Mittellinie des Sockelelements 1 entlang der Breitenrichtung (d. h. die Horizontalrichtung der Fig. 8) festgesetzt wird. Um durch aufgrund der ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 erhöhte Luftstromtemperaturen verursachte Erfassungsfehler zu vermeiden, sind die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b vorzugsweise angeordnet, so daß sie entlang der Strömungsrichtung ausreichend von den ersten und zweiten Heizwiderständen 4 und 5 getrennt sind. Der weitere Aufbau dieses Durchflußmengenerfassungselements ist ähnlich zu dem des Ausführungsbeispiels 1.

Da sowohl der erste als auch der zweite Temperaturkompensationswiderstand 6a und 6b bezüglich der Wärmeübertragung in einer symmetrischen Position von den ersten und zweiten Heizwiderständen 4 und 5 entfernt angeordnet sind, stellt bei solch einem Durchflußmengenerfassungselement die Temperatur des Sockelelements 1 im wesentlichen denselben Effekt für die Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b bereit, selbst wenn die ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 von dem Sockelelement 1 nicht thermisch getrennt sind und die Temperatur des Sockelelements 1 durch Wärmeübertragung derart erhöht wird, daß auf dem Sockelelement 1 eine Temperaturspreizung auftritt. Folglich gibt es bei den Heiztemperaturen der ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 keine Wärmefluktuation und entsprechend kann die Präzision der Temperaturerfassung verbessert werden.

Ausführungsbeispiel 4

Fig. 10 ist eine Ansicht, die ein Durchflußmengenerfassungselement gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 11 ist eine Schnittansicht, die das Durchflußmengenerfassungselement der Fig. 9 zeigt, genommen entlang einer Linie IX-IX der Fig. 10. Beim Ausführungsbeispiel 4 sind ein erster Heizwiderstand 4 und ein erster Kompensationswiderstand 61 relativ zu einem zweiten Heizwiderstand 5 und einem zweiten Kompensationswiderstand 6b symmetrisch angeordnet, während als Symmetrieachse eine Mittellinie des Sockelelements 1 festgesetzt wird. Ebenfalls sind bezüglich der Längenrichtung (der vertikalen Richtung in Fig. 10) des Sockelelements 1 eher die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b an Positionen nahe den Elektroden 9a bis 9h angeordnet, als die ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5. Darüber hinaus sind die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b außerhalb eines Bereichs angeordnet, der von den ersten und zweiten Heizwiderständen 4 und 5 in der Strömungsrichtung des gemessenen Fluids und in einer Richtung rechtwinklig zu dieser Strömungsrichtung vorspringt. Der weitere Aufbau dieses Durchflußmengenerfassungselements ist ähnlich zu dem der Ausführungsform 1.

Da die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b in ihrer Position relativ zum Durchfluß des gemessenen Fluids und der Richtung rechtwinklig zu diesem Durchfluß zu den ersten und zweiten Heizwiderständen 4 und 5 versetzt sind, werden sie bei solch einem Durchflußmengenerfassungselement durch die Wärmeübertragung des gemessenen Fluids, dessen Temperatur durch die ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 erhöht wird, nicht nachteilig beeinflußt. Als Ergebnis kann die Präzision der gemessenen Fluidtemperatur gesteigert werden.

Da die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b von den ersten und zweiten Heizwiderständen 4 und 5 entfernt angeordnet sind, kann ebenfalls der nachteilige, durch den Temperaturanstieg des Sockelelements 1 bewirkte Effekt verringert werden. Da der erste Temperaturkompensationswiderstand 6a relativ zum zweiten Temperaturkompensationswiderstand 6b symmetrisch angeordnet ist, stellt des weiteren die Temperatur des Sockelelements 1 im wesentlichen denselben Effekt für die Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b bereit, selbst dann, wenn auf dem Sockelelement 1 aufgrund der Wärmeübertragung von den ersten und zweiten Heizwiderständen 4 und 5 eine Temperaturspreizung auftritt. Entsprechend gibt es keine Fluktuation bei den Heiztemperaturen der ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 und folglich kann die Präzision der Temperaturerfassung verbessert werden.

Ausführungsbeispiel 5

Fig. 12 ist eine Ansicht, die ein Durchflußmengenerfassungselement gemäß Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 13 ist eine Schnittansicht, die das Temperaturerfassungselement der Fig. 12 zeigt, genommen entlang Linie XIII-XIII der Fig. 12. Bei Ausführungsform 5 sind sowohl ein erster Temperaturkompensationswiderstand 6a als auch ein zweiter Temperaturkompensationswiderstand 6b nahe der Mitte der Breitenrichtung des Sockelelements 1 angeordnet. Ebenfalls sind die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b an einem Kantenabschnitt des Sockelelements 1 gegenüberliegend der Elektroden 9a bis 9h vorgesehen. Der weitere Aufbau des Durchflußmengenerfassungselements ist ähnlich zu dem der Ausführungsform 1.

Da die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b miteinander in derselben Ebene verschachtelt sind, wird bei solch einem Durchflußmengenerfassungselement, wie bei Ausführungsform 1, selbst dann, wenn bei dem gemessenen Fluid eine Temperaturverteilung auftritt, die durch den ersten Temperaturkompensationswiderstand 6a erfaßte Temperatur des gemessenen Fluids in Übereinstimmung mit der durch den zweiten Temperaturkompensationswiderstand 6b erfaßten gebracht. Als ein Ergebnis sind die Heiztemperaturen der ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 identisch zueinander und folglich tritt keine Fluktuation bei den Heiztemperaturen auf und die Präzision der Temperaturerfassung kann verbessert werden.

Selbst wenn auf dem Sockelelement 1 eine Temperaturspreizung auftritt, stellt die Temperatur des Sockelelements 1 für die Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b denselben Effekt bereit. Entsprechend tritt keine Fluktuation bei den Heiztemperaturen der ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 auf und folglich kann die Präzision der Temperaturerfassung verbessert werden.

Des weiteren wird das in Fig. 12 gezeigte Durchflußmengenerfassungselement in die in Fig. 4 und Fig. 5 gezeigten Durchflußmengenmesser eingebaut, während die Elektroden 9a bis 9h entlang der Oberseite und die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b entlang der Unterseite angeordnet sind. Da die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b niedriger als die ersten und zweiten Heizwiderstände 4 und 5 angeordnet sind, ist es entsprechend schwierig, daß der durch ein Wärmeübertragungsphänomen der freien Konvektion bewirkte nachteilige Effekt von den ersten und zweiten Heizwiderständen 4 und 5 über das gemessene Fluid auf die ersten und zweiten Temperaturkompensationswiderstände 6a und 6b übertragen wird. Folglich kann die Präzision der Messung der Temperatur des gemessenen Fluids verbessert werden.

Es sollte verstanden sein, daß lediglich ein Heizwiderstand und eine Temperaturkompensationswiderstand verwendet werden können, falls die Strömungsrichtung nicht erfaßt werden soll.

Claims

1. Durchflußmengenerfassungselement, umfassend:
ein Sockelelement (1);
erste (6a) und zweite (6b) Temperaturkompensationswiderstände, die zum Erfassen von Temperaturen eines gemessenen Fluids aus auf dem Sockelelement (1) ausgebildeten Mustern aufgebaut sind;
einen ersten Heizwiderstand (4), der auf dem Sockelelement (1) vorgesehen und zum Erhitzen in Abhängigkeit von der durch den ersten Temperaturkompensationswiderstand (6a) erfaßten Temperatur des gemessen Fluids mit Energie beaufschlagt ist; und
einen zweiten Heizwiderstand (5), der auf dem Sockelelement (1) vorgesehen und zum Erhitzen in Abhängigkeit von der durch den zweiten Temperaturkompensationswiderstand (6b) erfaßten Temperatur des gemessen Fluids mit Energie beaufschlagt ist; bei dem
die Muster des ersten (6a) und zweiten (6b) Temperaturkompensationswiderstands in derselben Position auf dem Sockelelement (1) ausgebildet sind.

2. Durchflußmengenerfassungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:
die Muster des ersten (6a) und zweiten (6b) Temperaturkompensationswiderstands auf derselben Ebene ausgebildet sind, und die Muster des zweiten Temperaturkompensationswiderstands (6b) zwischen den Mustern des ersten Temperaturkompensationswiderstands (6a) ausgebildet sind, wohingegen die Muster des ersten Temperaturkompensationswiderstands (6a) zwischen den Mustern des zweiten Temperaturkompensationswiderstands (6b) ausgebildet sind.

3. Durchflußmengenerfassungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:
der erste (6a) und der zweite (6b) Temperaturkompensationswiderstand über einen isolierenden Zwischenfilm (14) aufeinandergestapelt sind.

4. Durchflußmengenerfassungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (6a) und zweite (6b) Temperaturkompensationswiderstand an einer stromaufwärtigen Seite entlang einer Strömungsrichtung des gemessenen Fluids gerade zu dem ersten (4) und zweiten (5) Heizwiderstand ausgerichtet sind.

5. Durchflußmengenerfassungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (6a) und zweite (6b) Temperaturkompensationswiderstand außerhalb eines Bereichs angeordnet sind, der entlang sowohl einer Strömungsrichtung des gemessenen Fluids als auch einer Richtung rechtwinklig zu der Strömungsrichtung von dem ersten (4) und zweiten (5) Heizwiderstand vorspringt.

6. Durchflußmengenerfassungselement, umfassend:
ein Sockelelement (1);
auf dem Sockelelement (1) ausgebildete erste (6a) und zweite (6b) Temperaturkompensationswiderstände zum Erfassen von Temperaturen eines gemessenen Fluids;
einen ersten Heizwiderstand (4), der auf dem Sockelelement (1) vorgesehen und zum Heizen in Abhängigkeit von der durch den ersten Temperaturkompensationswiderstand (6a) erfaßten Temperatur des gemessenen Fluids mit Energie beaufschlagt ist; und
einen zweiten Heizwiderstand (5), der auf dem Sockelelement (1) vorgesehen und zum Heizen in Abhängigkeit von der durch den zweiten Temperaturkompensationswiderstand (6b) erfaßten Temperatur des gemessenen Fluids mit Energie beaufschlagt ist; bei dem:
die ersten (6a) und zweiten (6b) Temperaturkompensationswiderstände symmetrisch an einer stromaufwärtigen und einer stromabwärtigen Seite entlang eines zwischen ihnen strömenden, gemessenen Fluids angeordnet sind, zugleich den ersten (4) und zweiten (5) Heizwiderstand sandwichartig einfassend.

7. Durchflußmengenmesser, umfassend:
ein Erfassungsrohr (17); und
ein Durchflußmengenerfassungselement (13) mit einem Sockelelement, einem zum Erfassen einer Temperatur eines gemessenen Fluids auf dem Sockelelement vorgesehenen Temperaturkompensationswiderstand, und einem auf dem Sockelelement vorgesehenen Heizwiderstand, der zum Heizen in Abhängigkeit von der durch den Temperaturkompensationswiderstand erfaßten Temperatur des gemessenen Fluids mit Energie beaufschlagt ist;
wobei das Durchflußmengenerfassungselement (13) innerhalb des Erfassungsrohrs (17) derart befestigt ist, daß der Temperaturkompensationswiderstand niedriger als der Heizwiderstand angeordnet ist.