DE2804850C2 - Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Strömungjgeschwindigkeit von Gasen, insbesondere für die Ansaugluft von Verbrennungsmotoren, bestehend aus einer Elektronikeinheit und einem Hitzdrahtanemometer, mit zwt;i odr* mehreren temperaturabhängigen Widerständen mit möglichst hohem Temperaturkoeffizienten, die zusammen mit zwei Festwiderständen zu einer Brücke geschaltet sind, wobei die temperaturabhängigen Widerstände aus jeweils einer dünnen Metallschicht bestehen, die auf elektrisch isolierenden Trägern aufgebracht und mit einem Schutzüberzug versehen sind.

Im Interesse der Reinhaltung der Luft ist es erforderlich, die von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Kraftfahrzeugen, erzeugten Schadstoffe zu vermindern. Dieses Ziel wird u. a. durch eine Verbesserung des Verbrennungsablaufes erreicht Dazu ist es erforderlich, daß möglichst genaue Informationen über die jeweils angesaugten Luftmengen zur Verfügung stehen, und zwar mit einer möglichst kleinen Zeitverzögerung.

Diese Information wird, zusammen mit anderen Informationen, wie Drehzahl und Motortemperatur, einer elektronischen Regeleinheit zugeführt, die die zur optimalen Verbrennung benötigte Brennstoffmenge und den Zeitpunkt ihres Einsatzes ermittelt und an entsprechende Stellorgane weiterleitet

Es ist bereits vorgeschlagen worden, für diesen Zweck Durchflußmeßeinrichtungen in Form von Meßblenden oder Venturi-Düsen mit entsprechenden Differenzdruck-Meßgeräten einzusetzen. In beiden Fällen ist es jedoch schwierig, aus dem geringen Differenzdruck auf einfache Weise ein elektrisches Ausgangssignal zur Steuerung des Brennstoffs zu gewinnen.

Weiterhin ist bereits bekannt, zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit Meßgeräte einzusetzen, bei denen ein im Luftstrom befindlicher Körper durch den Luftstrom seine Lage verändert. Dabei wird eine mit steigender Auslenkung steigende Gegenkraft aufgebracht, so daß sich der Körper für jede bestimmte Strömungsgeschwindigkeit an einer bestimmten Stelle des Meßrohres befindet

Die Stellung des Körpers kann nun optisch oder mechanisch abgetastet und in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Bei diesem Verfahren ist die Abtastung und vor allem die dadurch verursachte lange Ansprechzeit von Nachtefl.
Auch sind schon Anordnungen verwendet worden,

ίο bei denen ein im Luftstrom befindlicher Propeller optisch, mechanisch oder elektrisch (magnetisch) abgetastet wird. Auch in diesem Fall bewirkt die Masseträgheit des Propellers eine erhebliche Verzögerung der Ansprechzeit

Bekannt sind auch Hitzdrahtanemometer verschiedener Bauart, bei denen zwei temperaturabhängige Widerstände, meist in Form von zwei Drähten, zusammen mit zwei temperaturunabhängigen Widerständen in einer Brücke geschaltet werden. Der eine temperaturabhängige Widerstand wird der Strömung des zu messenden Gases, der andere nur der Temperatur des Gases ausgesetzt Von Nachteil ist hierbei, daß der die Temperatur des Gases messende Widerstand von der Gasströmung abgeschirmt werden muß. Trotzdem ist die Strömungsmessung bei dieser Anordnung noch in gewissem Umfang temperaturabhängig.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bereits vorgeschlagen worden (DE-OS 26 49 040), ein Hizdrahtanemometer zu verwenden, das zwei Widerstandsdrähte von unterschiedichem Durchmesser aus dem gleichen Werkstoff mit möglichst hohem Temperaturkoeffizienten enthält, die zusammen mit zwei Festwiderständen zu einer Brücke zusammengeschaltet und mit dem Eingang eines Differenzverstärkers verbunden sind, dessen Ausgang mit dem Brückeneingang gekoppelt ist

Die Ausgangsspannung dieser Brückenschaltung wird einem Verstärker zugeführt, dessen Ausgangssignal den Brücken-Speisestrom regelt Diese Vorrichtung hat den Vorteil, daß sie schnell und genau die Strömungsgeschwindigkeit voti Gasen /u messen gestattet, unabhängig von der Temperatur der Gase, wobei das Meßergebnis leicht in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt werden kann.

In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß die Charakteristik dieser Anemometersonde nicht stabil ist, sondern im Laufe der Zeit Abweichungen von der Eichcharakteristik zeigt Diese Drift ist vor allem auf die Staubabscheidung auf den Drahtoberflächen zurückzuführen, die den Wärmeübergang verändert, außerdem auf Erosion und Verformung der Meßdrahtoberflächen durch aufprallende, im Gasstrom enthaltene Staubpartikel.

Diese Nachteile gelten auch für Hitzdrahtanemometer, deren temperaturabhängige Widerstände aus dünnen Metallschichten auf isolierenden Trägern bestehen

(z. B. Rev. Sei. Instrum. VoI. 37, No 8, August 1966, Seite 1105/1106) und gegebenenfalls mit einem dünnen Schutzüberzug versehen sind.

Ein solches Hitzdrahtanemometer hat außerdem die Eigenschaft, lediglich den Betrag der Strömungsgeschwindigkeit unabhängig von der Strömungsriehtung zu erfassen. Bei vielen Anwendungsfällen — z. B. auch im Ansaugsystem von Verbrennungsmotoren — ist die Strömungsgeschwindigkeit von kurzzeitigen Schwankungen überlagert. Diese Schwankungen können so groß werden, daß sich die Strömungsrichtung kurzzeitig umkehren kann. In solchen Fällen zeigt ein solches Hitzdrahtanemometer einen verfälschten Mittelwert.

Auch die in den nicht vorveröffentlichten deutschen Offenlegungsschriften DE-OS 27 28 060 und DE-OS 27 51 196 beschriebenen Vorrichtungen, bei denen der temperaturabhängige Widerstand an weniger verschmutzungsgefährdeten Stellen der Meßeinrichtung angeordnet ist, können dieses Problem nicht lösen.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen zu schaffen, insbesondere für die Ansaugluft von Verbrennungsmotoren, bestehend aus einer Elektronikeinheit und einem Hitzdrahtanemometer, mit zwei oder mehreren temperaturabhängigen Widerständen mit möglichst hohem Temperaturkoeffizienten, die zusammen mit zwei Festwiderständen zu einer Brücke geschaltet sind, wobei die temperaturabhängigen Widerstände aus jeweils einer dünnen Metallschicht bestehen, die auf elektrisch isolierenden Trägern aufgebracht und mit einem Schutzüberzug versehen sind, bei der die Sondencharakteristik im Laufe der Zeit möglichst wenig von der Eicheinstellung abdriftet und bei stark schwankender Strömungsgeschwindigkeit ein richtiger Mittelwert der Strömung angezeigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schutzüberzug aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht und eine solche Dicke aufweist, daß der Schutzüberzug eine wesentlich stärkere Wärmeisolierung als der elektrische isolierende Träger bewirkt

Vorzugsweise ist die Metallschicht auf der der Strömung abgewandten Seite des Trägers aufgebracht Als Material für den elektrisch isolierenden Träger werden keramische Werkstoffe, wie z. IL AI2O3, MgO, ZFO2 ode metallische Werkstoffe mit einer isolierenden Zwischenschicht aus z.B. AI2O3 verwendet Auch Kunststoffträger, wie z. B. faserverstärkte Leiterplattenmaterialien, können Verwendung finden. Für die temperaturempfindliche Meßschicht kommen Metalle in Frage, die aus der Widerstandsthermometrie bekannt sind, wie z. B. Pt, Cu, Ni oder entsprechende Legierungen, die im Arbeitstemperaturbereich eine stetige und • reproduzierbare Veränderung des spezifischen Widerstandes über der Temperatur erfahren. Für die Schutzschicht haben sich organische Verbindungen, wie Kunstharze, anorganische Zemente, gegebenenfalls mit organischen Bindemitteln, bewährt, die eine verhältnismäßig geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen.

Die Erfindung wird anhand der Abbildung näher erläutert, die schematisch einen Querschnitt durch eine beispielhafte Ausführungsform eines temperaturabhängigen Widerstandes zeigt

Der Widerstand besteht aus einem ^rräger 3, auf dem eine Metallschicht 2 sitzt, die ihrerseits von einer Schutzschicht 1 abgedeckt wird, die aus einem schlecht wärmeleitenden Material besteht und verhältnismäßig dick ist

Mit dieser Vorrichtung läßt sich die Erfassung von Strömungskomponenten vemeiden, die der Hauptströmung entgegengerichtet sind, da die auf der der Strömungsrichtung abgewandten Seite aufgebrachte Schutzschicht 1 eine wesentlich stärkere Wärmeisolation als der elektrisch isolierende Träger 3 besitzt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen, insbesondere für die Ansaugluft von Verbrennungsmotoren, bestehend aus einer Elektronikeinheit und einem Hitzdrahtanemometer, mit zwei oder mehreren temperaturabhängigen Widerständen mit möglichst hohem Temperaturkoeffizienten, die zusammen mit zwei Festwiderständen zu einer Brücke geschaltet sind, wobei die temperaturabhängigen Widerstände aus jeweils einer dünnen Metallschicht bestehen, die auf elektrisch isolierenden Trägern aufgebracht und mit einem Schutzüberzug versehen sind, dadurch gekennzeichnet,daß der Schutzüberzug (1) aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht und eine solche Dicke aufweist, daß der Schutzüberzug (1) eine wesentlich stärkere WärmeisolieniEgals der elektrisch isolierende Träger (3) bewirkt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (2) auf der der Strömung abgewandten Seite des Trägers (3) aufgebracht ist