DE2444511B2

DE2444511B2 - Thermischer Strömungsmesser für gasförmige Medien

Info

Publication number: DE2444511B2
Application number: DE19742444511
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 3183 Fallersleben Andreas
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1974-09-18
Filing date: 1974-09-18
Publication date: 1980-10-16
Also published as: DE2444511A1; DE2444511C3

Description

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Die Erfindung betrifft einen thermischen Strömungsmesser für gasförmige Medien gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bei konstantem Strömungsquerschnitt ist die Strömungsgeschwindigkeit des jeweiligen gasförmigen Mediums ein Maß für den Durchsatz. Der bevorzugte Anwendungsfall der Erfindung ist die Messung des Luftdurchsatzes im Saugrohr einer Brennkraftmaschine. Eine Aussage über den Luftdurchsatz benötigt man beispielsweise bei Einrichtungen zur elektronischen Kraftstoffeinspritzung.

Bekannte thermische Strömungsmesser machen von dem meßtechnischen Prinzip Gebrauch, die zur Behebung einer Beeinflussung durch die zu messende Größe erforderliche Leistungszufuhr als Maß für diese Größe auszunutzen. Analog spannungsgesteuerte Schaltungen dieser Art, wie sie z. B. aus der CH-PS 49 218 bekannt sind, haben infolge des nichtlinearen Zusammenhangs zwischen Leistung und Spannung den Nachteil, daß die als Meßgröße abgegriffene analoge Spannung eine stark nichtlineare Funktion der zu ermittelnden Leistung ist

Die DE-OS 20 28 853 beschreibt einen thermischen Strömungsmesser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei dem als Maß für die Strömungsgeschwindigkeit entweder der Mittelwert des Stromes oder die Frequenz der Umschaltung erfaßt wird Dabei erfolgt eine Einregelung der Frequenz bzw. des Stromes auf konstanten Widerstandswert des als Sonde verwendeten Thermistors. Ebenso wie bei dem Strömungsmesser nach der DE-OS 21 00 769 bildet einen wesentlichen Bestandteil der Regelschaltung ein monostabiler Multivibrator, der in Abweichung von der jeweiligen Regelabweichung (Sondentemperatur bzw. Sondenwiderstand) so arbeitet, daß die Regelabweichung verkleindert wird. Eine konstante Regelgröße wird dabei aber nie exakt erreicht, da andernfalls der Regelvorgang nicht stattfinden könnte.

Aus der US-PS 36 03147 ist ein thermischer Strömungsmesser bekannt, bei dem ein Schalter über einen besonderen Oszillator mit einer festen Frequenz im schließenden Sinne betätigt und über einen Verstärker in Abhängigkeit von der jeweiligen Brükkenspannung und damit der jeweiligen Temperatur der Strömungssonde nach einer variablen Zeit wieder geöffnet wird; diese Zeitspanne ist proportional der zugeführten Leistung. Infolge der Konstanz des Oszillators sind die Temperaturänderungen des Sensors relativ groß, so daß der Mittelwert der Temperatur von der jeweiligen Strömungsgeschwindigkeit abhängig ist Hieraus ergibt sich für diesen bekannten Strömungsmesser eine beispielsweise für den bevorzugten Anwendungsfall der Erfindung, nämlich die Messung des Luftdurchsatzes im Saugrohr einer Brennkraftmaschine, nicht zu vertretende Trägheit der Messung, nämlich ein gewisses Nacheilen der Meßgröße hinter dem eigentlichen Meßwert Große Schwankungen der Sensortemperatur, wie sie bei diesem bekannten Strömungsmesser auftreten, erfordern verständlicherweise relativ viel Zeit, bis das Brückengleichgewicht durch Energiezufuhr wieder erreicht ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen thermischen Strömungsmesser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß bei Wahrung eines praktisch linearen Zusammenhangs zwischen der Meßgröße und der Strömungsgeschwindigkeit bzw. dem Durchsatz die Messung so schnell erfolgt, daß der Strömungsmesser auch bei Einrichtungen zur elektronischen Kraftstoffeinspritzung Einsatz finden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 angegeben.

Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie die Möglichkeit der Auswahl zwischen zwei Meßgrößen, nämlich zum einen dem Tastverhältnis und zum anderen der Frequenz der Schalterbetätigung, bietet.

Die Erfindung liefert ein quasi-digitales Meßsignal für die Strömungsgeschwindigkeit bzw. den Durchsatz. Bedarf an einem in digitaler bzw. quasi-digitaler Form vorliegenden Meßsignal besteht beispielsweise bei dem erwähten bevorzugten Anwendungsfall der Erfindung, nämlich zur Messung des Luftdurchsatzes im Saugrohr einer Brennkraftmaschine, da die Einrichtung zur Kraftstoffeinspritzung digital aufgebaut ist. Der Strömungsmesser ist so ausgelegt, daß die Strömungssonde für die Regelung auf konstanten Mittelwert des

Widerstands nur wenig Leistungszufuhr benötigt und mechanisch unempfindlich ist Beide Gesichtspunkte sind wiederum für den bevorzugten Anwendungsfall der Erfindung wichtig, da bei einem mit einer elektronischen Kraftstoffeinspritzung versehenen Fahrzeug die mitgeführte Leistung (Batterie) begrenzt ist und der Fahrbetrieb mit Erschütterungen vr-rbunden ist

Bei der Erfindung erfolgt also die geregelte Leistungszufuhr zur Strömungssonde zwecks zumindest weitgehender Konstanthaltung ihres mittleren Wider- <o standswertes diskontinuierlich aber einen Schalter, der allein in Abhängigkeit von dem Komparator arbeitet; der Komparator wird seinerseits über die Brückenschaltung angesteuert, so daß er ein Signal erhält, das der Differenz zwischen dem Sollwert des Widerstandswer- !5 tes und dem von der jeweiligen Strömungsgeschwindigkeit abhängigen Istwert des Widerstandswertes der Strömungssonde entspricht Erfolgt die Leistungsabfuhr mit konstantem Strom bzw. konstanter Spannung, so ist also die als Tastverhältnis bezeichnete Relation zwischen der Zeit, während der Leistung an die Strömungssonde geliefert wird, und der übrigen Zeit, in der entweder keine Leistung oder Leistung nur in verringertem Maße geliefert wird, eine Meßgröße für die Strömungsgeschwindigkeit bzw. die Strömungsmenge pro Zeiteinheit (Strömungsdurchsatz). Auch die Betätigungsfrequenz des erwähnten Schalters, der die Leistungszufuhr in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal eines Komparator steuert steht als Meßgröße zur Verfügung. jo

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltung des thermischen Strömur.gsmessers und

Fig.2 eine konstruktive Ausführungsform der Strömungssonde.

In F i g. 1 ist die Strömungssonde 1 als Widerstand dargestellt Sie liegt in einer Brückenschaltung, die die temperaturunabhängigen Widerstände 2, 3 und 4 enthält. An dem einen Anschlußpaar 5, 6 wird eine Eingangsspannung für den Komparator 7 abgegriffen, der in miniaturisierter Form handelsüblich ist. Sein Ausgang 8, an dem also ein der Differenz der Potentiale zwischen den Anschlüssen 5 und 6 entsprechendes Signal steht ist verbunden mit der die Steuerelektrode des als Impedanzwandler geschalteten Transistors 9 darstellenden Basis JO desselben. Außerdem ist zwischen die Basis 10 und die Spannungsquelle U die Zenerdiode 11 geschaltet Unter Ausnutzung der Hysterese des Komparator 7 arbeitet die Schaltung so, daß die der Brücke 1 bis 4 zugeführte Spannung durch Ein- und Ausschalten des Transistors 9 über die Zenerdiode 11 zwischen zwei konstanten Werten hin- und hergeschaltet wird. Geht man davon aus, daß der Widerstandswert der Strömungssonde 1 hoch, d. h. die Strömungssonde abgekühlt ist so ist der Transistor 9 durchgeschaltet, und die Strömungssonde 1, die in diesem Ausführungsbeispiel einen NTC-Widerstand enthält liegt an der Spannung U und wird aufgeheizt Sobald nuji ein bestimmter Widerstandswert erreicht d h. eine bestimmte Brückenbedingung erfüllt ist erfolgt eine Umschaltung des durch die Elemente 9 und 11 gebildeten Schalters, so daß die Strömungssonde 1 an einer um die Zenerspannung verringerten Spannung liegt und sich wieder abkühlt Sobald eine zweite Brückenbedingung, d. h. ein relativ hoher Widerstandswert des Bauelements 1, erreicht ist erfolgt wiederum eine Umschaltung auf den zuerst beschriebenen Zustand, so daß der Widerstandswert der Strömungssonde 1 innerhlb vorgegebener Grenzen gehalten wird. Die Zahl dieser Umschaltvorgänge pro Zeiteinheit oder auch das Tastverhältnis wird über das Signal am Ausgang 8 des Komparators 7 abegriffen und über die Klemme 12 einem entsprechenden Meßgerät zugeführt Fig.2 zeigt ein konstruktives Ausführungsbeispiel für die Strömungssonde. Man erkennt den eigentlichen NTC-Widerstand 20, der mit seinen Anschlußdrähten 21 und 22, die in Isolierhülsen 23 und 24 verlaufen, an der Gewindehülse 25 befestigt ist Die Befestigung erfolgt so, daß die Anschlußdrähte mit den Isolierhülsen durch den Hohlraum der Gewindehülse 25 verlaufen und den eigentlichen Widerstand 20 außerhalb der Hülse halten. Im eingebauten Zustand ist die GewindehUlse 25 beispielsweise in die Wand eines Saugrohres einer Brennkraftmaschine eingeschraubt, und das aktive Element 20 ragt in den von der angesaugten Luft durchströmten Innenraum des Saugrohres frei hinein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Thermischer Strömungsmesser für gasförmige Medien, mit einem einen temperaturabhängigen Widerstandswert besitzenden elektrischen Bauelement als Strömungssonde in einem der Zweige einer Widerstandsmeßbrücke, deren Ausgang über einen Differenzverstärker einen Schalter steuert zur impulsweisen Umschaltung der der Strömungssonde zugeführten elektrischen Leistung zwischen zwei konstanten Werten, wobei mindestens einer der beiden Umschaltvorgänge bei Vorliegen einer einer ersten Sensortemperatur entsprechenden Brückenspannung erfolgt und aus der Schaltfolge ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der Meßbrücke (1—4) mittels des als Komparator ausgelegten Differenzverstärkers (7) und des Schalters (9) bei Vorliegen einer ersten unteren Sensortemperatur mit einer Spannungsquelle der Spannung t/und bei Vorliegen einer zweiten oberen Sensortemperatur mit einer anderen Spannungsquelle verbindbar ist, deren Spannung niedriger ist als die Spannung U.

2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter einen als Impedanzwandler geschalteten Transistor (9) im Kreise der Spannungsquelle und des weiteren Anschlusses sowie eine an eine mit dem Ausgang des Komparators (7) in Verbindung stehende Steuerelektrode (10) des Transistors (9) angeschlossene Zenerdiode (11) zur Gewinnung der weiteren Spannungsquelle enthält.

3. Strömungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Widerstandsmeßschaltung (1 —4) zumindest ein weiteres Bauelement mit temperaturabhängigen Widerstandswert zur Kompensation des Einflusses der Temperatur des Mediums auf die Messung liegt

4. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (1) ein NTC-Widerstand ist.

5. Strömungsmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der NTC-Widerstand (20) mit Anschlußdrähten (21, 22) in einem Gewinderöhrchen (25) gehalten ist und außerhalb desselben (25) liegt