DE3016923A1 - Vorrichtung zur messung der masse eine stroemenden mediums - Google Patents
Vorrichtung zur messung der masse eine stroemenden mediumsInfo
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Description
R- 628.4
16.4.1980 Kh/Wl
ROBERT BOSCH GMBH3 7000 Stuttgart 1
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Vorrichtung zur
Messung der Masse eines strömenden Mediums vorgeschlagen worden, bei der als temperaturabhängiger Widerstand ein
Hitzdraht oder ein Hitzband verwendet wird, der bzw. das jeweils in einem Sondenring über mehrere Einspannstellen
straff ausgespannt ist. Dabei können in Extremfällen (Stoß, Schwingungen, Temperaturspannungen) Kräfte auftreten, die
zu einer Überschreitung der zulässigen Spannung im Hitzdraht bzw. im Hitzband führen mit der Folge einer bleibenden
Längung des Hitzdrahtes bzw. Hitzbandes, wodurch sich in unzulässiger Weise der Widerstandswert erhöht.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine unerwünschte bleibende Streckung des Hitzdrahtes
bzw. Hitzbandes vermieden und damit nicht nur eine unerwünschte Änderung der Meßkennlinie, sondern auch eine
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■ ι
Zerstörung des Hitzdrahtes bzw. Hitzbandes verhindert wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Zeichnung . ■ -.'"■·
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der"Zeichnung
vereinfacht" dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Schaltbild einer
Vorrichtung zur Messung der Masse, eines strömenden Me-." diums, insbesondere zur Messung der Ansaugluftmasse von
Brennkraftmaschinen, Figur 2 eine schematische Darstellung eines V-förmig geführten Hitzbandes durch drei Stützpunkte,
Pigu-r 3 eine schlaufenförmige Ausführung des Hitzbandes
im Bereich eines mittleren Stützpunktes, Figur 4 einen Querschnitt des Hitzbandes, Figur 5' eine erfindungsgemäße
Ausbildung eines mittleren Stützpunktes mit einem' Hitzband, Figur 6 eine' erfindungsgemäße Ausbildung eines
mittleren Stützpunktes mit einem Hitzdraht, Figur 7 feine Seitenansicht mit einer Aufhängung eines Hitzdrahtes an
einem erfindungsgemäß ausgebildeten mittleren Stützpunkt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bei der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung zur Messung
der Masse eines strömenden Mediums, insbesondere zur Messung der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen ist eine Brükkenschaltung
aus einem temperaturabhängigen Widerstand 10, einem temperaturabhängigen Widerstand 11 bzw. II1, einem
Widerstand 12 und aus Widerständen 13 und 14 vorgese-
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hen. An die Brückendiagonale ist ein Regelverstärker 15 einer Regeleinrichtung 16 angeschlossen. Dabei ist der
invertierende Eingang des Regelverstärkers 15 über einen Eingangswiderstand 17 mit dem Kopplungspunkt der Widerstände
11 bzw. 11' und 12 verbunden, während der nichtinvertierende Eingang des Regelverstärkers 15 über einen
Eingangswiderstand 18 an den Kopplungspunkt der Widerstände 13 und l4 angeschlossen ist. Der Regelverstärker
15 ist über zwei Versorgungsleitungen 19 und 20 mit einer Gleichspannungsquelle 21 verbunden. Dieser Gleichspannungsquelle 21 ist ein Glättungskondensator 22 parallelgeschaltet.
Der Ausgang des Regelverstärkers 15 ist mit der Reihenschaltung von zwei Widerständen 23 und 24 verbunden,
wobei der Widerstand 24 an die gemeinsame Versorgungsleitung 19 angeschlossen ist. Diese beiden Widerstände 23 und
24 bilden einen Spannungsteiler für eine Darlingtonstufe 25, die zusammen mit einem Widerstand 26 eine spannungsgesteuerte
Stromquelle zur Stromversorgung der Brückenschaltung aus den Widerständen 10, 11, 11', 12, 13 und 14 bildet.
Zwischen die gemeinsamen Versorgungsleitungen 19 und 20 ist ein Spannungsteiler aus Widerständen 27 und 28 geschaltet.
An den Kopplungspunkt der Widerstände 27 und 28 ist die Anode einer Diode 37 angeschlossen, deren Kathode
mit dem invertierenden Eingang des Regelverstärkers 15 verbunden ist. Zwischen den invertierenden Eingang des Regelvers'tärkers
15 und die gemeinsame Versorgungsleitung 20 ist die Reihenschaltung eines Widerstandes 29 und eines
Kondensators 30 geschaltet, wobei diese Widerstands-Kondensator-Kombihation
zur Frequenzabstimmung des Regelkreises auf das Zeitverhalten der temperaturabhängigen Widerstände
dient.
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R.
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Mit dem Kopplungspunkt der Widerstände 13 und 14 ist ein Widerstand 31 verbunden, der über die Schaltstrecke eines
Schalttransistors 32 mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 20 verbindbar ist. Die Basis des Schalttransistors
32 ist mit dem Ausgang einer monostabilen Kippstufe 33 verbunden, die über ein Differenzierglied 34 von einem
bei 35 angedeuteten Zündschalter für die Zündanlage der Brennkraftmaschine oder einem von einem anderen- Mittel
gelieferten Impuls auslösbar ist.·
Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist fol·*
gende: Über den temperaturabhängigen Widerstand 11, II1,
der Brückenschaltung fließt ein bestimmter Strom und heizt diesen Widerstand 11, 11' auf seine normale Betriebstempe- ·
ratur auf. In einem anderen Brückenzweig nimmt der temperaturabhängige Widerstand 10 einen Widerstandswert ein,
der die Temperatur des strömenden Mediums beispielsweise die der eingesaugten Luft der Brennkraftmaschine charakterisiert.
Dadurch wird erreicht, daß als Referenzsignal für
die Heizstrpmregelung der Vorrichtung zur Luftmassenmessung immer die Temperatur der Ansaugluft der Brennkraftmaschine
verwendet wird. Je nach der Masse der vorbeiströmenden Ansaugluft wird der temperaturabhängige Widerstand
11, 11' mehr oder weniger abgekühlt. Dies'führt zu einer Ver
stimmung der Brückenschaltung. Diese Verstimmung der Brükkenschaltung wird dadurch ausgeregelt, daß der Regelverstärker
über die spannungsgesteuerte Stromquelle 23, 24, und 26 einen höheren Speisestrom für die Brückenschaltung
liefert, so daß die Temperatur des temperaturabhängigen
Widerstandes 11, 11' und damit dessen Widerstandswert auf einen wenigstens annähernd konstanten Wert gehalten wird.
Der durch die Brückenschaltung fließende Strom ist ein Maß
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- 5-- R. 6 2 8 4-
. 7.
für die an dem temperaturabhängigen Widerstand 11, 11' in
Pfeilrichtung 56 vorbeiströmende Luftmasse. Ein entsprechendes
elektrisches Signal kann zwischen einer Klemme 36 und einer Klemme 39 abgenommen werden.
Zur Erleichterung des Anlaufens der Regeleinrichtung dient der Spannungsteiler 27/ 28 mit der Diode 37· Beim Einschalten
der Regeleinrichtung wird am invertierenden Eingang des Regelverstärkers 15 eine Spannung von etwa 0,5 Volt erzwungen,
die ein sicheres Anlaufen der Regeleinrichtung erlaubt. Im normalen Betriebsfall wird dagegen die Spannung am invertierenden
Eingang des Regelverstärkers 15 wesentlich über dieser Anfangsspannung liegen, so daß die Diode 37 gesperrt
ist und damit über den Spannungsteiler 27, 28 kein Einfluß auf die Regelvorgänge genommen werden kann.
Damit der, wie im folgenden beschrieben, als Hitzband 11 oder Hitzdraht 11' ausgebildete temperaturabhängige Widerstand
von Zeit zu Zeit von Ablagerungen auf seiner Oberfläche befreit wird, soll nach einem bestimmten Meßzyklus ein
erhöhter Strom über diesen temperaturabhängigen Widerstand 11, 11' fließen. Als Meßzyklus kann dabei beispielsweise
jeweils eine bestimmte Betriebsdauer der Brennkraftmaschine gewählt werden. So kann auch der Ausglühvorgang mit jedem
Abschalten der Zündanlage der Brennkraftmaschine ausgelöst werden. Dies geschieht beim Ausschalten des Zündschalters
35· Das entsprechende Signal wird differenziert und steuert
die monostabile Kippstufe 33 in ihren instabilen Schaltzustand. Während dieses instabilen Schaltzustandes der monostabilen
Kippstufe 33 wird der Schalttransistor 32 leitend und schaltet den Widerstand 31 zu dem Widerstand Ik der
Brückenschaltung parallel. Dadurch wird die Brückenschaltung
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-*- R. β 2 8
aus den Widerständen 1O5 11, 11', 12, 13 und l4 stark ver-.
stimmt, und zwar im dem Sinne, daß der Regelverstärker 15
zur Kompensation dieser Verstimmung einen erhöhten Strom für die Brückenschaltung liefert. Dieser höhere Strom heizt
den temperaturabhängigen Widerstand 11, 11' für die Dauer des instabilen Schaltzustandes der monostabilen Kippstufe
auf eine über der normalen Betriebstemperatur-liegende
Temperatur auf, so daß Rückstände an der Oberfläche des temperaturabhängigen Widerstandes verbrennen.
Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn das Material des temperaturabhängigen Widerstandes 11, 11'
aus strukturstabilisiertem Platin besteht, weil dieses Material besonders gut geeignet ist, auf hohe- Temperatu- ' ren
erhitzt zu werden. Dies ist für den Abbrennvorgang besonders wichtig.
Der Referenzwiderstand 12 ist zweckmäßigerweise ebenfalls
in dem durch eine unterbrochene Linie 38 angedeuteten Strömungsquerschnitt,
beispielsweise dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine untergebracht, da dann die Verlustwärme des
Referenzwiderstandes 12 durch die in Pfeilrichtung 56 strömende
Luft abgeführt werden kann. Die Widerstände 13 und 14 sind zweckmäßigerweise als einstellbare Widerstände
ausgebildet, damit das Temperaturverhalten des Regelkreises ■eingestellt werden kann.
In Figur 2 ist schematisch ein Sondenring 40, der natürlich
auch eine andere zweckmäßige Form haben kann, mit drei parallel zueinander verlaufenden Stützpunkten 4l, 42 und 43
dargestellt. Mit Hilfe der Stützpunkte 4l, 42 und 43 ist' der
als sogenanntes Hitzband 11 ausgebildete temperaturab,-
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- y- R. β 2 8
hängige Widerstand 11 oder der in den Figuren 6 und 7 dargestellte
Hitzdraht 11' V-förmig ausgespannt. Dabei ist das Hitzband 11 (oder der Hitzdraht 11') mit seinen Enden
nur an den beiden Endstützpunkten 41 und ^2 befestigt,
beispielsweise gelötet oder geschweißt, während es (er) über den Stützpunkt ^3 nur lose geführt ist. Die Befestigung
des Hitzbandes 11 an den Endstützpunkten Hl, *J2 erfolgt
vorzugsweise linienförmig parallel zu den Stützpunkten, so daß sich das Hitzband 11 nicht verwinden kann, was
eine Änderung des Wärmeüberganges und damit der Kennlinie zur Folge hätte.
Eine möglichst zug- und druckspannungsfreie Einspannung des Hitzbandes 11 bzw. des Hitzdrahtes 11' ist außerordentlich
wichtig, wenn das Hitzband bzw. der Hitzdraht beispielsweise als Luftmassenmesser im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine
verwendet werden soll. Der dabei zu berücksichtigende Temperaturgang liegt üblicherweise zwischen
- 30° C und + 120° C. Hinzu kommt noch eine weitere Temperaturänderung, die durch die Betriebsweise des Hitzbandes
11 bzw. des Hitzdrahtes 11' bedingt ist. Außerdem wird das Hitzband bzw. der Hitzdraht noch, wie beschrieben, zum
Freibrennen auf eine hohe Temperatur erhitzt, damit an seiner Oberfläche sich festsetzende Rückstände abgebrannt
werden können. Auch diese kurzzeitige Temperatur führt zu Längenänderungen des Bandes bzw. des Drahtes, die bei einer
starren Einspannung zu unerwünscht großen Zug- und Druckspannungen führen können, die zur Folge haben, daß das
Hitzband 11 bzw. der Hitzdraht 11' bleibend gestreckt wird und der Widerstandswert unzulässig ansteigt.
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-j*- ■ ■ R. 6 2.8
./ίθ·
Wie in Figur 2 dargestellt ist, können die parallel zueinander verlaufenden Stützpunkte" 41, 42, *J3 hakenförmig abgebogen sein. Zumindest die Endstützpunkte 41, 42, die zur
Stromzuführung dienen, sind gegenüber dem Sondenring 40 elektrisch isoliert in ihm befestigt. Der mittlere Abschnitt
des Hitzbandes 11 bzw. des Hitzdrahtes II1, der um den
Stützpunkt 43 geführt ist,-bildet dabei eine Schlaufe 44, wobei die vom Stützpunkt 43 fortlaufenden Abschnitt des
Hitzbandes 11 bzw. Hitzdrahtes 11' in einem Berührungsbereich bei 45 elektrisch leitend miteinander verbunden sind,
beispielsweise durch Verschweißen oder Verlöten. Dadurch
wird die Schlaufe 44 stromlos und nicht durch Strom erwärmt. Probleme mit einer Undefinierten Wärmeabfuhr vom Hitzband
bzw. Hitzdraht 11' zum Stützpunkt 43 werden dadurch vermieden. Gemäß Figur 3 ist der Umschlingungswinkel der Schlaufe
44 kleiner als l80°.
Im wesentlichen an der der Luftströmung entgegengerichteten
Anströmfläche des temperaturabhängigen Widerstandes 11, 11'
setzen sich während des Betriebes in der Luft schwebende · Partikel ab und bilden Ablagerungen, die nach kurzer Betriebszeit die Kennlinie der Meßsonde ändern mit der Folge
von Falschmessungen oder sogar zu einer Zerströung des temperaturabhängigen Widerstandes führen. Der temperaturabhängige
Widerstand 11 kann, wie auch in Figur 4 in anderem Maßstab dargestellt, bandförmig ausgebildet sein, beispielsweise
mit einem langlochförmigen Querschnitt, dessen Schmalflächen 50, 51 halbkreisförmig verlaufen. Die Dicke
d der Sehmalflächen 50, 51 ist dabei klein im Verhältnis
zur Breite b der Breitflächen 52 des Hitzbandes 11. In einem speziellen Fall ist das Verhältnis von d : b wie
1 : 10 mit den- Maßen 0,02 mm : 0,2 mm. Um nun die Ver-
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schmutzungsempfindlichkeit des Hitzbandes so klein wie
möglich zu halten, ist das Hitzband so in dem Sondenring 40 über die Stützpunkte 41, 42, 43 geführt, daß eine der
Schmalflächen 50, 5I3 nämlich im vorliegenden Fall die
Schmalfläche 50 als Anströmfläche der Luftströmung 56
entgegengerichtet angeordnet ist, während der Breitflächen 52 im wesentlichen in'Strömungsrichtung verlaufen.
Hierdurch wird die Möglichkeit der Verschmutzung der Sonde so stark vermindert, daß eine Konstanz des Meßsignales der
Meßsonde über lange Zeit gewährleistet ist und auf Verschmutzung beruhende Zerstörungen des Hitzbandes vermieden
werden können.
Wie bereits oben beschrieben, können durch Temperaturschwankungen Spannungen in dem Hitzband 11 bzw. Hitzdraht
11' auftreten, die zu einer bleibenden Streckung und damit zu einem unzulässigen Ansteigen des Widerstandswertes
führen können. Außerdem können bei der Anwendung des Hitzbandes 11 bzw. Hitzdrahtes 11' als Luftmassenmesser im
Kraftfahrzeug ebenfalls Kräfte, beispielsweise durch Stoß, Schwingungen oder Rückzündungen, auftreten, die zu einer
Überschreitung der Streckgrenze des Hitzbandes 11 bzw. Hitzdrahtes 11' und damit zu einer bleibenden Streckung
und einem unzulässigen Ansteigen des Widerstandswertes führen. Erfindungsgemäß ist. deshalb entsprechend den Figuren
55 β und 7 mindestens einer der sich zwischen den
Endstützpunkten 41 und 42 befindlichen Stützpunkte, nämlich der mittlere Stützpunkt 43', 43" derart elastisch nach
giebig ausgebildet, daß er bei an dem Hitzband 11 bzw. Hitz draht 11' angreifenden Kräften sich von der Wandung des
Sondenringes 40 fortbewegend und die gestrichelt gezeichnete Stellung einnehmend verhindert, daß in dem Hitzband
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11 bzw. Hitzdraht'11' Spannungen auftreten, die zu einer
bleibenden Streckung führen. Der Stützpunkt 43' bzw. 43"
ist dabei vorteilhafterweise aus Federstahl gefertigt. Die Bewegung des Stützpunktes 43' bzw. 43" auf die Wandung
des Sondenringes 40 zu ist in geeigneter Weise durch einen Anschlag 47 begrenzt. Liegt der Stützpunkt 43' bzw. 43"
an dem Anschlag 47 an und dehnt sieh das Hitzband 11 bzw. der Hitzdraht 11' infolge starker Erwärmung, so kann sich
die Schlaufe 44 leicht von dem Stützpunkt 43' bzw. 43" in
Richtung zum Sondenring 40 hin abheben, ohne daß vom Stützpunkt 43' bzw. 43" eine weitere Spannkraft auf das Hitz- ,
band 11 bzw. den Hitzdraht 11' wirkt. Die Figuren 6 und 7 beziehen sich auf die Verwendung eines Hitzdrahtes 11'
anstelle eines Hitzbandes 11 bei der beschriebenen Vorrichtung. ■■
Durch die elastisch nachgiebige Ausbildung des Stützpunktes
43' bzw. 43" wird eine mechanische überbeanspruchung
des Hitzdrahtes 11' bzw. Hitzbandes 11, die zu einer
bleibenden Verformung des Hitzdrahtes 11' bzw. Hitzbandes 11 führen könnte, vermieden, da vor Erreichen der Streckgrenze
von Hitzdraht 11' bzw. Hitzband 11 ein elastisches Nachgeben des Stützpunktes 43' bzw. 43" erfolgt.
1300-4570400.
Claims (3)
- κ. 6 2 8 4'l6.4. 1980 Kh/WlROBERT BOSCH GMBH5 7000 Stuttgart 1Ansprüche/Γ 1.) Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums, insbesondere zur Messung der Ansaugluftmasse von Brennkraftmaschinen, mit mindestens einem in der Strömung des Mediums angeordneten temperaturabhängigen Widerstand, dessen Temperatur und/oder Widerstand in Abhängigkeit von der strömenden Masse geregelt wird und die Stellgröße ein Maß für die Masse des strömenden Mediums ist, dadurch gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand (11, 11') als Hitzdraht (H') oder bandförmig als sogenanntes Hitzband (11) ausgebildet und von einem zum anderen Ende über wenigstens drei Stützpunkte (4l, 42, 43', 43") in dem Strömungsquerschnitt geführt ist und mindestens ein Stützpunkt (43', 43") derart elastisch nachgiebig ausgebildet ist, daß angreifende Kräfte zu keiner bleibenden Verformung des Hitzdrahtes (H') bzw. Hitzbandes (11) führen.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des elastisch nachgiebigen Stützpunktes (43'» 43") durch einen Anschlag (47) begrenzt wird.130045/0400- 2 - R. -6 2 δ
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elastisch nachgiebige Stützpunkt (43', 43")" zwischen den· den Enden des Hitzdrahtes (H') bzw. Hitzbandes "(11) zugeordneten Endstützpunkten (1Il, 42) angeordnet ist.130045/040
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