DE3034936A1

DE3034936A1 - Stroemungsmesseinrichtung

Info

Publication number: DE3034936A1
Application number: DE19803034936
Authority: DE
Inventors: Toru Yokosuka Kanagawa Kita
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-09-17
Filing date: 1980-09-16
Publication date: 1981-04-02
Also published as: JPS5921485B2; GB2061505A; JPS5642110A

Description

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER 1>^T: SSan 02^9/ 1 ^5 ( ? *

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmeßeinrichtung mit mindestens einem innerhalb eines von einem Medium durchströmten Kanals angeordneten Hitzdraht. Eine derartige Meßeinrichtung ist insbesondere zur Messung der Geschwindigkeit und Menge eines pulsierend strömenden Mediums vorgesehen, dessen Strömungszustand sich häufig ändert, beispielsweise zur Ermittlung der Geschwindigkeit und Menge von Ansaugluft für eine Brennkraftmaschine.

Bisher sind grundsätzlich zwei Arten von Strömungsmeßeinrichtungen bekannt: Die eingangs genannte Art, welche die Strömungsgeschwindigkeit durch Messung der Widerstandsänderung eines Hitzdrahtes feststellt, und außerdem der sog. Karman-Wirbelströmungsmesser, bei dem Geschwindigkeit und Menge des strömenden Mediums aus der Frequenz des Auftretens von Wirbeln in dem Medium ermittelt wird.

Der Karman-Wirbelströmungsmesser hat ein die Strömung durchsetzendes und dabei Wirbel erzeugendes stabförmiges Element. Da die Häufigkeit oder Frequenz der entstehenden Wirbel der Geschwindigkeit und Menge des Mediums proportional ist, wird in dem Gerät die Wirbelfrequenz gemessen und ein entsprechendes Impulssignal abgegeben. Durch ein gewähltes Verhältnis zwischen dem Strömungskanal-Querschnitt und den Abmessungen des Wirbelerzeugers ist bei diesem bekannten Gerät ein Verhältniskoeffizient zwischen der Wirbelfrequenz einerseits und der Strömungsgeschwindigkeit und-Menge andererseits unveränderbar festgelegt. Das von dem Gerät abgegebene Impulssignal hat den Vorzug, daß es gut für eine digitale Weiterverarbeitung in einem Digitalrechner o.dgl. geeignet ist.

1300UM273

TER MEER . MÜLLER · STEINMEISTER NiSFan WG 07.79/1 99 (3) /SO

30349

Jedoch hat der Karman-Wirbelströmungsmesser den grundsätzlichen Nachteil, daß seine Meßergebnisse bei sich häufig ändernden Strömungsverhältnissen unzuverlässig sind, insbesondere bei pulsierender Strömung wie sie z.B. im Ansaugstutzen einer Brennkraftmaschine bei voller Drosselklappenöffnung herrscht. Daher kann mit diesem Gerät der Ansaugluftdurchsatz nur bei relativ geringer Motorbelastung einigermaßen genau gemessen werden, weil in diesem Bereich das Pulsieren relativ unbedeutend ist. Bei voller Motorbelastung wie beim Beschleunigen mit voll geöffneter Drosselklappe pulsiert die Luftströmung jedoch so stark, daß sie stört oder impulssynchrone Wirbel erzeugt, die nicht der Strömungsgeschwindigkeit entsprechen.

Bei der Strömungsmeßeinrichtung der eingangs genannten Art wird der in der Luftströmung ausgespannte Hitzdraht abgekühlt, und dabei wird sein Widerstand und die angelegte Spannung kleiner. Durch Messung der Spannungsänderung am Draht kann die Strömungsgeschwindigkeit ermittelt werden. Die Hitzdraht-Strömungsmeßeinrichtung eignet sich zur Messung verschiedener Strömungsgeschwindigkeiten und hat eine gute Ansprechempfindlichkeit, auch wenn das Medium pulsierend strömt. Andererseits neigt die Hitzdrahtoberfläche aber zur Verschmutzung und zu langsamen Veränderungen durch Abstrahlung, so daß der bekannten Meßeinrichtung zwecks Korrektur eine zweite Bezugs-Meßeinrichtung in einem mit gleichmäßiger Geschwindigkeit strömenden Bezugsmedium zugeordnet ist. Auf der Grundlage einer Differenz zwischen der genauen Bezugsgeschwindigkeit und der Meßgeschwindigkeit wird ein Korrekturwert ermittelt. Nachteilig ist, daß an dem Strömungskanal besondere Maßnahmen zur Realisierung der Bezugsströmung notwendig sind. Bei Verzicht auf eine solche Bezugs-Meßeinrichtung muß der Hitzdraht oft aus dem . Kanal herausgenommen und gereinigt werden.

130014/1273

TER MEER . MÜLLER · STEINMEISTER Nissan Wi C279/199(3)/SO

3034931

Die einzelnen bekannten Meßeinrichtung* haben somit jeweils gewisse Vorzüge, sind aber perlse nicht für alle Meßbedingungen und Medien geeignet. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Strömungsmeßeinrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sie vielseitig anwendbar ist und zuverlässige Meßergebnisse liefert.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist kurzgefaßt im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Als wesentliches Merkmal vereinigt die erfindungsgemäße Strömungsmeßeinrichtung in sich die Vorzüge eines Hitzdrahtströmungsmessers mit einem Karman-Wirbelströmungsmesser.

In einen die zu messende Strömung führenden Kanal ist ein Wirbelerzeuger eingesetzt, an dem äußerlich Hitzdrähte gespannt und den in dem strömenden Medium erzeugten Wirbeln ausgesetzt sind. Eine Meßschaltung erzeugt Impulssignale, die der Folgefrequenz der erzeugten Wirbel entsprechen, und in einem anderen Schaltungsabschnitt ein der durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit des Mediums entsprechendes Analogsignal. Abhängig von den Strömungsbedingungen wird entweder das Impulssignal oder das Ana- logsignal abgegeben.

Auf diese Weise werden in Abhängigkeit von den Strömungsbedingungen zwei in der Strömungsmeßeinrichtung enthaltene unterschiedliche Meßsysteme optimal eingesetzt und bei

130QU/1273

TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER Nissan V.'G 02 7 9/ " S¹J [3 ) /SO

jedem gewünschten Medium genaue Meßergebnisse erzielt.

Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Strömungsmeßeinrichtung zur Bestimmung des Ansaugluftdurchsatzes einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug. Dabei

ist es vorteilhaft, als Kriterium für die Abgabe des Impulssignals oder des Analogsignals die Drosselklappenstellung zu wählen.

Nachstehend werden einige die Merkmale der Erfindung auf-TO weisende Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Strömungsmeßeinrichtung,

Fig. 2 und 3 die einen Strömungskanal eingesetzte

Strömungsmeßeinrichtung in je einem Vertikalschnitt bzw. Horizontalschnitt durch den Kanal,

Fig. 4 eine grafische Darstellung mit theoretisehen Grundlagen der erfindungsgemäßen

Strömungsmeßmethode,

Fig. 5 eine Schaltung zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit auf der Grundlage der von der Strömungsmeßeinrichtung in Fig. 1 abgegebenen Meßergebnisse,

Fig. 6 eine grafische Darstellung von Ausgangssignalen der Schaltung von Fig. 5 in Form von Analog- und Impulssignalen, und

Fig. 7 ein schematisches Schaltbild eines zweiten Schaltungs-Ausführungsbeispiels zur Be

stimmung der Strömungsgeschwindigkeit auf der Basis von Meßergebnissen der Strömungsmeßeinrichtung.

130014/1273

TER MEER - MÜLLER · STEINMEISTER _{Nj sy?Il Wv?} 027 .3/ 1 99 (3) /SO

3Q3493§

Das in Fig. 1 bis 3 dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strömungssensors 10 ist austauschbar in einen Strömungskanal 18 eingebaut, um die Strömungsgeschwindigkeit und/oder Menge eines durch den Kanal 18 strömenden Mediums zu messen. Wesentliche Bestandteile des Strömungssensors 10 sind ein den Innenquerschnitt des Strömungskanals 18 durchsetzender Wirbelerzeuger 12 und Hitzdrähte 14, 16, die parallel zur Längsachse des vertikal gestellten Wirbelerzeugers 12 gespannt sind.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Wirbelerzeuger 12 einen rechteckigen Querschnitt und ist an der Unterseite einer abgestuft tellerförmigen Befestigungsplatte 22 befestigt, die jedoch auch anders geformt sein kann. Wichtig ist, daß der Wirbelerzeuger 12 eine zur Strömungsrichtung des Mediums symmetrische Form aufweist, sein Querschnitt könnte auch zylinderisch, als Dreieck oder Viereck ausgebildet sein. Gemäß Fig. 2 ist der untere Abschnitt der stufenförmigen Befestigungsplatte in eine öffnung 24 der Wandung 26 des Strömungskanals 18 eingesetzt und mit Bohrungen 30 durchsetzenden Schrauben 28 befestigt. Die in Strömungsrichtung hinter dem quaderförmigen Wirbelerzeuger 12 liegenden Hitzdrähte 14, 16 sind zwischen L-förmigen Stützen 34, 36 und einer T-förmigen Stütze 38 parallel und in einem Abstand von der in Strömungsrichtung hinten liegenden Vertikaloberfläche 32 des Wirbelerzeugers 12 ausgespannt. Die aus einem elektrisch leitenden Material bestehenden Stützen 34, 36 und 38 sind über je eine Verbindungsleitung 46, 48 bzw. 50 mit je einem zugeordneten und nach oben aus der Oberseite der Befestigungsplatte 22 herausragenden Anschlußstift 40, 42 bzw. elektrisch leitend verbunden.

1300U/1273

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Fi^san Oz7 9/ 1 99 ' 3 ; /SO

Wenn der Wirbelerzeuger 12 aus einem Isoliermaterial besteht, können die Verbindungsleitungen 46, 48, 50 darin mit Abstand eingeformt sein. Wenn der Wirbelerzeuger 12 aus einem elektrisch leitenden Material besteht, sollten die Verbindungsleitungen isoliert verlegt sein.

Die Hitzdrähte 14 und 16 sind parallel zueinander und symmetrisch zur Mittelachse des Wirbelerzeugers 12 ausgespannt und liegen im wesentlichen in einer Vertikalebene in bezug auf die Strömungsrichtung.

Im Betrieb erzeugt der Wirbelerzeuger 12 Wirbel bis zur zehn- bis zwanzigfachen Breite des Wirbelerzeugers, und in diesem Bereich liegen die Hitzdrähte 14, 16. Die elektrisch leitfähigen Stützen 34, 36 und 38 können auch an-

dere Formen haben, die L- und T-förmigen Ausführungen sind gegebenenfalls auch untereinander austauschbar. Wichtig ist lediglich, daß durch sie Hitzdrähte 14, 16 parallel und symmetrisch zur Mittelachse des Wirbelerzeugers 12 ausgespannt sind. Die aus Wolfram- oder Platin-Draht bestehenden Hitzdrähte sind auf geeignete Weise an den freien Enden der Stützen befestigt, beispielsweise durch Schweißen o.dgl. Für ein gutes Ansprebhverhalten sollte die Dicke der Hitzdrähte unter 100 μΐη liegen; die genaue Dicke der Hitzdrähte sollte jedoch je nach Anwendungsfall, Meßbereich, Drahtlänge, Drahtfestigkeit u.dgl. individuell gewählt werden.

Nachstehend sollen zunächst die theoretischen Grundlagen für die erfindungsgemäße Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit und/oder Strömungsmenge erläutert werden. Wenn in Fig. 3 das zu messende Medium in Pfeilrichtung durch den Kanal 18 strömt, kollidiert es mit der in Fig. 2 links

130014/1273

TER MEER · MÜLLER · STEINMEiSTER KicSc.n ^UJG 02/9/ I 9-> {3; /SO

" ¹⁰ " 303493g

liegenden Seitenoberfläche des Wirbelerzeugers 12, und dadurch entstehen abwechselnd auf der einen und der anderen Seite des Wirbelerzeugers 12 Wirbel, welche die Hitzdrähte 14 und 16 abwechselnd kühlen. Durch die abwechselnd beiderseits erzeugten Wirbel, denen abwechselnd die Hitzdrähte 14 und 16 ausgesetzt sind, kann die Strömungsgeschwindigkeit aus folgenden Gleichungen ermittelt werden:

u, = u- - Au sin Wt .... (1)

u^ = u - ^u sin Cot .... (2)

Darin sind u_fi die Strömungsgeschwindigkeit am Hitzdraht 14, u_ die Strömungsgeschwindigkeit am Hitzdraht 16, u die Durchschnittsgeschwindigkeit des Mediums und Ausin W t der Betrag der Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums durch die erzeugten Wirbel.

Aus den Gleichungen (1) und (2) kann die Differenz zwischen den Strömungsgeschwindigkeiten auf beiden Seiten des Wirbelerzeugers errechnet werden:

U₁, - u_ = 2 Δ u sin Wt .... (3) ο /

In der Gleichung (3)fällt durch Subtraktion die Durchschnitts-Strömuncrsqeschwindigkeit heraus und es ergibt sich synchron mit dem Seitenwechsel der Wirbel der Änderungsbetrag der Strömungsgeschwindigkeit. Durch Addition der Strömungsgeschwindigkeiten auf beiden Seiten des Wirbelerzeugers 12 kann die Durchschnittgeschwindigkeit errechnet werden:

ο /

130014/1273

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER KlSHan WG 027 9/ 1 99 (3 ) /SO

3034939

Die Strahlungseigenschaften der Hitzdrähte 14 und 16 können folgendermaßen ausgedrückt werden:

i² . Rcc /IT (5)

Darin sind mit i der durch den Draht fließende Strom, mit R der Widerstandswert des Drahtes und mit u die Strömungsgeschwindigkeit bezeichnet.

Wird die Temperatur und damit der Widerstandswert der Hitzdrähte 14 und 16 konstant gehalten, dann ergibt sich folgende Beziehung zwischen der Spannung an den Drahtenden und der Strömungsgeschwindigkeit:

V OC u^1/4 (6)

In Fig. 4 sind die Änderungen der Strömungsgeschwindigkeiten u,, u_ zu beiden Seiten des Wirbelerzeugers durch die Änderung der Spannung V, und V_ an den Enden der Hitzdrähte 14 und 16 ausgedrückt. Der Betrag der abwechselnd auftretenden Spannungsänderungen an jedem Hitzdraht 14 und 16 XStAv₁ < A.V„. Zur Erzielung einer linearen Beziehung zwischen der Spannung der Strömungsgeschwindigkeit ist es erwünscht, den Spannungswert an den Enden des Hitzdrahtes mit vier zu multiplizieren. Nach der Korrektur wird die ermittelte Spannung zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsmenge verarbeitet.

Die durch Multiplikation mit vier korrigierte Spannung ist auf die obere Grenze der Änderung der Durchschnittsspannung V begrenzt, wie die Funktionskurve in Fig. 4 zeigt, verursacht durch den Multiplikationsfehler. So kann die genaue Durchschnittsgeschwindigkeit ermittelt werden. Da anderer-

1300U/1273

TER MEER . MÜLLER - STEINMEISTER lT:.S£an WG 0?⁷9/ Ί 99 l3) /SO

seits Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit mit Änderungen der Folgefrequenz der erzeugten Wirbel zusammenfallen, wobei die Folgefrequenz der Wirbel sehr wichtig ist, kann der Multiplikationsfehler vernachlässigt werden. Eine Spannungsänderung ist nicht immer notwendig, da die durch die Wirbelerzeugung verursachte Änderung der Strömungsgeschwindigkeit wesentlich kleiner als die Durchschnittsströmungsgeschwindigkeit ist.

Eine in Fig. 5 dargestellte bevorzugte Schaltung zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums auf der Grundlage der Ausgangsspannung der Hitzdrähte 14 und 16 von Fig. 1 bis 3 enthält eine Stromregelschaltung 50, welche den Stromfluß durch den Hitzdraht 14 so regelt, daß letzterer eine gleichmäßige Temperatur behält. Wenn der Hitzdraht einem Wirbel ausgesetzt ist und seine Temperatur durch Verlust von Strahlungswärme fällt, erhöht die Schaltung 50 den Stromfluß.

Die Stromregelschaltung 50 enthält eine Wheatstone¹sehe Brücke 52 mit dem Hitzdraht 14 und Widerständen R1 bis R3, einen Differenzverstärker 5 4 mit einem Operationsverstärker OP sowie Widerständen R4 bis R7, und eine Rückkopplungsschaltung 56 mit einem Transistor Tr. und Widerständen R8, R9. Die Stromregelschaltung 50 arbeitet stets auf eine Wiederherstellung eines gestörten Gleichgewichts 'zwischen Punkten 58 und 60 der Brückenschaltung 52 hin. Wenn im Betrieb der Hitzdraht 14 durch einen Wirbel abgekühlt wird, sinkt der Widerstandswert des Hitzdrahtes 14 und stört das Gleichgewicht der Brückenschaltung 52. Die dabei auftretende Spannungsdifferenz wird von dem Differenzverstärker 5 4 verstärkt und der Basis des Transistors Tr- zugeführt, so daß letzterer gesperrt wird und

1300U/1273

TER MEER - MÖLLER ■ STEINMEISTER Nissan WG 027 9/1 30 (3 ) /SO

bleibt_; bis die Spannungsdifferenz zwischen den Punkten 58 und 60 auf null zurückgegangen ist. Während der Sperrzeit des Transistors Tr. erhält der Hitzdraht 14 über den Widerstand R1 einen erhöhten Strom. Die Stromregelschaltung 50 kann auf sehr kleine Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit ansprechen, wie sie durch Wirbel verursacht werden, jedoch voraussichtlich nicht auf relativ große Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit wie sie bei pulsierender Strömung auftreten, weil unter diesen Umständen die Drahttemperatur kaum aufrecht erhalten werden kann. In diesem Fall entspricht die Potentialänderung an Punkt 62 dem wellenförmigen Signalverlauf V, in Fig. 6_r welches zur Strömungs-

1/4 geschwindigkeit u in dem Verhältnis V, c£ u steht.

In gleicher Weise gehört zu dem Hitzdraht 16 eine Stromregelschaltung 64 mit einer den Hitzdraht 16 enthaltenden Wheatstone¹sehen Brückenschaltung 66, 0 einem Differenzverstärker 68 und einer Rückkopplungsschaltung 70. Die Stromregelschaltung 64 arbeitet in gleicher Weise wie die zuvor beschriebene Stromregelschaltung 50 und ändert die Spannung an Punkt 72 gemäß dem wellenförmigen Signal V_ in Fig. 6, welches die

1 /4
Beziehung V„ oC u zur Strömungsgeschwindigkeit u hat.

Abhängig von einer Differenz zwischen den Ausgängen der Regelschaltungen 5 0 und 64 (V₇ - V_g) erzeugt die Erkennungsschaltung 7 4 ein Signal Q, und daraus synchron zum Auftreten der Wirbel ein Impulssignal Q'. Die Schaltung 7 4 enthält einen aus einem Operationsverstärker OP₃ sowie Widerständen R19 bis R22 bestehenden Differenzver-

1300U/1273

TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER Nissan 027 9/1 99 (3) /iJO

303493g

stärker 76, und eine aus einem Kondensator C1, Widerständen R23 bis R25 und einem Operationsverstärker OP. bestehende Begrenzerschaltung 78.

Eine zweite Erkennungsschaltung 80 ermittelt aus einem Durchschnitt der Ausgänge V_fi und V_ eine Dürchschnittsströmungsgeschwindigkeit, bestimmt ein Analogsignal P (Fig.6) und korrigiert dieses Signal durch Subtrahieren von 1/4 Potenz der Ausgänge V_fi und V_ und erzeugt ein korrigiertes Analogsignal P'. Gleichgroße Widerstände ^R26 und R27 erzeugen durch Spannungsreduzierung der Ausgänge V_g und V_ das Analogsignal P = (Vg + V₇)/2. P wird an einem Punkt 82 zwischen den beiden Widerständen abgenommen. Eine aus einer Diode D, Widerstand R28 und Kondensator C2 bestehende Spitzenwerthalteschaltung der Schaltung 80 erzeugt durch Korrektur des Analogsignals P in der zuvor genannten Weise das korrigierte Analogsignal P' .

Die Ausgänge der beiden Erkennungsschaltungen 7 4 und gehen in eine Schaltstufe 86, die von einem auf pulsierende Strömungsbedingungen ansprechenden Pulsierungsfühler 88 in der Weise angesteuert wird, daß sie bei Zugang des Signals von dem Pulsierungsfühler 88 das Analogsignal P' aus der zweiten Erkennungsschaltung 80, im Ruhezustand des Pulsierungsfühlers 88 dagegen das Impulssignal O/ der ersten Erkennungsschaltung 7 4 weiterleitet.

Wenn die erfindungsgemäße Strömungsmeßeinrichtung zur Messung des Ansaugluftdurchsatzes einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird, findetsie bei vollständig geöffneter Drosselklappe einen pulsierenden Ansaugluftstrom vor. Der Pulsierungsfühler 88 kann dann entweder ein Unterdruck-

1300U/1273

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Nissan WG 0279/ 195(3) /SO

303493g

fühler oder ein Drosselklappenschalter sein, der bei vollständig geöffneter Drosselklappe ein entsprechendes Signal abgibt. Alternativ gibt der Unterdruckfühler ein Signal ab, wenn der Unterdruck im Ansaugstutzen der Maschine einen gegebenen Wert unterschreitet, und dieses Signal veranlaßt die Schaltstufe 86 in Fig. 5 die Weiterleitung des Analogsignals P' aus der zweiten Erkennungsschaltung 80. Solange die Drosselklappe nicht voll geöffnet ist, fehlt das Pulsierungssignal, und die Schaltstufe 86 gibt das Impulssignal Q¹ aus.

Gemäß Fig. 6 wird in Zeiträumen T- und T₃ mit normalem Strömungsverhalten das wirbelabhängig erzeugte Impulssignal Q¹ abgegeben, und die Strömungsgeschwindigkeit kann durch Impulszählung dieses Impulssignals ermittelt werden.

In einem Zeitraum T„ mit pulsierendem Strömungsverhalten wird dagegen das Analogsignal P¹ abgegeben, dessen Spannung der Durchschnittsgeschwindigkeit des Mediums entspricht. Erfindungsgemäß ist so auch bei unterschiedlichen Strömungszuständen die genaue Bestimmung der Strömungsgeschwind!gkeit oder Strömungsmenge möglich.

Das in Fig. 7 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßschaltung enthält eine Hitzdraht-Stromregelschaltung 102 mit einer Wheatstone'sehen Brückenschaltung 104, in der die beiden Hitzdrähte 14 und 16 in Serienschaltung einen Brückenzweig bilden und ferner Widerstände R2 9 bis R31 vorhanden sind. Die Regelschaltung 102 arbeitet so, daß die Durchschnittstemperatur und damit der Gesamtwiderstand der Hitzdrähte 14, 16 immer konstant bleibt. Ferner enthält die Schaltung 102 ähnlich wie die Ausführung in Fig. 5 einen Differenzverstärker 106 mit Operationsverstärker OP₅ und Widerständen R32 bis R35 und eine Rückkop-

1300U/1273

TER MEER · MÜLLER - STEINMEISTER Nisaan WG 027 9/1 99 ( 3)/SO

303493§

lungsschaltung 108 mit Transistor Tr₃ und Widerständen R36, R37.

An einem Punkt 112 ist die dem Widerstandswert von Hitzdraht 16 entsprechende Spannung V₇, und an einem Punkt 110 die dem Gesamtwiderstand beider Hitzdrähte 14 und 16 entsprechende Spannung V, + V_ abgreifbar. An einem Punkt 114 zwischen den Spannungsteilerwiderständen R38 und R39 ist die Spannung (V₅ + V₇)/2 als Teilwert der bei Punkt 110 abgegriffenen Spannung Vg + 0 V₇ verfügbar und gelangt in einen Operationsverstärker

OP, einer ersten Erkennungsschaltung 116, die ferner 6

Widerstände R40 bis R43 enthält, ein Verstärkungsverhältnis von 2 hat und eine durch folgende Gleichung ausdrückbare Ausgangsspannung Q erzeugt:

^Vfi ^{+ V}7

Q = ( V₇) χ 2 = V₆ - V₇

Wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird auch die Ausgangsspannung Q der ersten Erkennungsschaltung 116 geformt und in ein synchron mit den Wirbeln auftretendes Impulssignal Q' umgewandelt.

Die Spannung V, + V₇ wird über den Widerstand R31 in eine zweite Erkennungsschaltung 118 eingespeist, welche daraus ein der Widerstandsänderung der Hitzdrähte 14 und 16 entsprechendes und so auf die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit bezogenes Analogsignal P erzeugt.

Im Gegensatz zu Fig. 5 enthält das Ausführungsbeispiel von Fig. 7 keine Spitzenwerthalteschaltung, jedoch sind beide Erkennungsschaltungen ähnlich wie in Fig. 5 an die mit

130014/1273

TER MEER -MÜLLER · STEINMEISTER Nissan WG 0279/1 99 ( 3)/SO

dem Pulsierungsfühler verbundene Schaltstufe angeschlossen. Das zweite Ausführungsbexspiel der Strömungsgeschwindigkeit s-Meßschaltung kann somit einfacher gestaltet werden.

Auf diese Weise wird erfindungsgemäß die gestellte Aufgabe vorteilhaft gelöst.

1300U/1273

Claims

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER

Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives before the European Patent Office Mandataires agrfies pros !'Office europeen des brevets

Dipl.-Chem. Dr. N. tar Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister Dipl.-lng, F. E. Müller _c. . „ __

Triftstrasse A, Siekerwall 7,

D-8000 MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1

Case: WG 0279/199 (3)/SO Mü/Gdt/Tß

16. September 1980

NISSAN MOTOR COMPANY, LTD. 2, Takara-cho , Kanagawa-ku , Yokohama-shi, Kanagawa-ken, Japan

Strömungsmeßeinrichtung

Priorität: 17. September 1979, Japan, No. 54-117940

PATENTANSPRÜCHE

./' Strömungsmeßeinrichtung mit mindestens einem innerhalb eines von einem Medium durchströmten Kanals angeordneten Hitzdraht,

dadurch gekennzeichnet, daß an einem in dem Kanal (18) senkrecht zu der Strömungsrichtung des Mediums angeordneten Wirbelerzeuger (12) in Richtung und symmetrisch zu der Längsrichtung des Wirbelerzeugers sowie in dem strömenden Medium ein Paar Hitzdrähte (14,16) gespannt sind, die von einer Meßschaltung (Fig.5;Fig.7) so mit Strom versorgt werden, daß sie auf eine festgelegte konstante Temperatur erhitzt sind; und daß die Meßschaltung

1 3 0 Q U / 1 2 7 3

TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER Nisjan WG 0279/1 29 (3) /SO

-2- 3034836

- eine den die Hitzdrähte durchfließenden elektrischen Strom regulierende Stromregelschaltung

(50,64;102), die bei einem Absinken des Hitzdraht-Widerstands infolge Drahttemperaturabsenkung den durch die Hitzdrähte fließenden Strom erhöht,

- eine erste Erkennungsschaltung (74; 116), welche aus einer Widerstands-Differenz zwischen den Hitzdrähten die Folgefrequenz der erzeugten Wirbel ermittelt und ein dieser Frequenz entsprechendes Impulssignal (Q') erzeugt,

- eine zweite Erkennungsschaltung (80;118), welche aus dem Durchschnittswiderstand der Hitzdrähte eine Durchschnitts-Strömungsgeschwindigkeit des Mediums ermittelt und ein dementsprechendes Analogsignal (P') erzeugt,

- eine Fühleinrichtung (88) zur Erkennung eines Strömungszustands und zur Abgabe eines Signals, wenn das Medium pulsierend strömt, und

- eine Schaltstufe (86), die aufgrund des Signals der Fühleinrichtung (88) das Analogsignal, sonst das Impulssignal weiterleitet,

umfaßt.
2. Strömungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (18) der Ansaugluftkanal einer Brennkraftmaschine und das durch den Kanal strömende Medium die von der Maschine angesaugte Luft ist, deren Durchsatz gemessen wird.
3. Strömungsmeßeinrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Hitzdrähte (14,16) in einem Abstand von dem Wirbelerzeuger (12) positioniert sind, wo sie dem Einfluß von in der Ansaugluft erzeugten Wirbeln ausgesetzt sind.

1300U/1273

TER MEER - MÜLLER ■ STEINMEISTER NLssar VvG O27S-/1 S9 ( 3) /SO

3034931
4. Strömungsmeßeinrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stromregelschaltung (z.B.102) eine Schaltung (106) zur Abgabe eines dem Widerstand der Hitzdrähte entsprechenden Signals und eine Schaltung (108), welche eine Widerstandsabnahme erkennt und die Stromzufuhr an die Hitzdrähte erhöht, bis deren Temperatur wieder der festgelegten Temperatur entspricht, umfaßt.
5. Strömungsmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Erkennungsschaltung (80) eine Schaltung (84) zur Erhaltung eines oberen Spitzenwertes einer dem durchschnittlichen Luftdurchsatz entsprechenden Durchschnittsspannung aufweist.
6. Strömungsmeßeinrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Erkennungsschaltung (80;118) den Ausgang der Stromregelschaltung in bezug auf Linearität zum Luftdurchsatz korrigiert.
7. Strömungsmeßeinrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung ein in dem Luftansaugstutzen angeordneter Schalter ist, der bei voller öffnung einer Drosselklappe ein Signal abgibt.
8. Strömungsmeßeinrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung (88) ein in dem Luftansaugstutzen der Brennkraftmaschine angeordneter Unterdrucksensor ist, der ein Signal abgibt, wenn durch das Öffnen der Drosselklappe ein gegebener Unterdruck-Wert unterschritten wird.

13QQU/1273