DE3127081C2

DE3127081C2 - Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE3127081C2
Application number: DE3127081A
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Phys. Dr. 6102 Pfungstadt Eiermann; Eberhard Ing.(grad.) 8752 Mainaschaff Horlebein; Kurt 6458 Rodenbach Lißmann; Wolfgang Dr. 6000 Frankfurt Schäfer
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Sensycon Gesellschaft fur Industrielle Sensorsyst
Priority date: 1981-07-09
Filing date: 1981-07-09
Publication date: 1985-01-24
Also published as: FR2509470A1; JPS5818169A; GB2103804A; JPH0145852B2; FR2509470B1; DE3127081A1; US4449402A; GB2103804B

Abstract

Anemometer zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten, insbesondere der Ausgangsluft von Verbrennungsmotoren, wobei die beheizten Widerstände Filmwiderstände aus Metallschicht und Träger sind, sollen eine möglichst kurze Ansprechzeit besitzen. Diese erreicht man, indem die in der Metallschicht (1) erzeugten Stromlaufbahnen (6) so dimensioniert werden, daß der resultierende Widerstand pro Flächeneinheit in einem konstanten Verhältnis zur örtlichen Wärmeübergangszahl steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit · on Gasen und Flüssigkeiten, insbesondere der Ansaugluft von Verbrennungsmotoren, mit einem oder mehreren temperaturabhängigen elektrischen Widerständen, die in Wärmekontakt mit dem strömenden Medium stehen, wobei einer oder mehrere der elektrischen Widerstände mit Hilfe einer Regelschaltung beheizbar sind und der oder die beheizten Widerstände Filmwiderstände sind, bestehend aus in einer dünnen Metallschischt erzeugten Stromlaufbahnen auf einem elektrisch isolierenden Träger.

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 Verbrennungsablaufs erreicht. Dazu ist es erforderlich, daß möglichst genaue Informationen über die jeweils angesaugten Luftmengen zur Verfügung stehen, und zwar mit einer möglichst kleinen Zeitverzögerung.

Hitzdrahtanemometer verschiedener Bauart sind bereits für die Messung der von Verbrennungsmotoren angesaugten Luftmenge vorgeschlagen worden.

In der DE-OS 30 35 769 wird vorgeschlagen, einen Metallfilmwiderstand zu verwenden, der die Form einer Platte hat, die parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet ist.

Der elektrische Widerstand eines solchen Metallfilmwiderstands wird vorteilhaft auf einen gewünschten Wert gebracht, indem mit einem Laser in der Metallschicht Schnitte erzeugt werden, so daß eine mäanderförmige Stromlaufbahn entsteht. Üblicherweise wird bei solchen Metallfilmwiderständen die Geometrie der Stromlaufbahnen so gewählt, daß der erzeugte Widerstand pro Flächeneinheit über die gesamte Widerstandsfläche nahezu gleichmäßig verteilt ist.

Die mit einem solchen Metallfilmwiderstand erzielbaren Ansprechzeiten bei plötzlicher Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten reichen jedoch meist nicht aus, um die für die Regelung eines Verbrennungsmotors notwendigen Anforderungen zu erfüllen. Es ist bekannt, daß die Ansprechzeiten eines solchen Anemometers mit beheiztem Metallfilmwiderstand um so kürzer sind, je kleiner die Dicke des Trägermaterials ist Diese kann jedoch nicht beliebig verkleinert werden, da, durch den Aufbau bedingt, der beheizte Metallfilmwiderstand selbsttragend und mechanisch ausreichend stabil sein muß.

Anemometer mit Stromlaufbahnen, hergestellt durch ein Maskenätzverfahren aus Metallfilmwiderständen, sind auch aus der DE-OS 29 19 433 bekannt

:ö Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten, insbesondere der Ansaugluft von Verbrennungsmotoren, zu finden, mit einem oder mehreren temperaturabhängigen elektrisehen Widerständen, die in Wärmekontakt mit dem strömenden Medium stehen, wobei einer öder mehrere der elektrischen Widerstände mit Hilfe einer Regelschaltung beheizbar sind, und der oder die beheizten Widerstände Fiimwiderstände sind, bestehend aus in einer dünnen Metallschicht erzeugten Stromlaufbahnen auf einem elektrisch isolierenden Träger, derart, daß eine möglichst kurze Ansprechzeit bei Veränderung der Luftgeschwindigkeit erreicht wird.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in der Metallschicht erzeugten Stromlaufbahnen so dimensioniert sind, daß der resultierende elektrische Widerstand pro Flächeneinheit in einem konstanten Verhältnis zur örtlichen Wärmeübergangszahl steht Die örtliche Wärmeübergangszahl α ist dabei bei gegebener Temperaturdifferenz Δ Τ zwischen beheizter Fläche und strömendem Fluid ein Maß für den örtlich pro Flächeneinheit abgeführten Wärmestrom P mit

P AT'

Durch diese Maßnahme läßt sich überraschenderweise die Ansprechzeit entsprechend verkürzen.

Die F i g. 1 und 3 zeigen schematisch eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, während F i g. 2 einen Filmwiderstand herkömmlicher Art wiedergibt.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch einen Filmwiderstand (7), bestehend aus einer dünnen Metallschicht (1) auf einem elektrisch isolierenden Trägerkörper (2). Dieser Filmwiderstand (7) hat die Form einer Platte, die parallel zu der Strömungsrichtung des zu messenden Mediums ausgerichtet ist. Die örtliche Wärmeübergangszahl eines solchen beheizten Widerstands nimmt in charakteristischer Weise in der Strömungsrichtung mit zunehmendem Abstand von der angeströmten Kante ab.

Die Fig. 2 und 3 zeigen die Aufsicht auf die Metallschicht (2) eines solchen Filmwiderstands,

Die F i g. 2 zeigt schematisch einen Filmwiderstand der herkömmlichen Art. Zwischen den Kontaktflächen (3 und 4) wird vorteilhafterweise mit Laserschnitten (5), die den Metallfilm (1), nicht aber den Träger (2) durchtrennen, eine mäanderförmige Stromlaufbahn (6) erzeugt. Der hierdurch erzeugte Widerstand pro Flächeneinheit ist auf der gesamten Fläche nahezu konstant. Um Strömungsgeschwindigkeiten zu messen, wird ein

fö solcher Widerstand, der einen möglichst hohen Tempe- M raturkoeffizienten haben soll, mit Hilfe einer elektri-K' sehen Regelung in an sich bekannter Weise beheizt, so W: daß sich eine konstante Obertemperatur, d. h. ein kon- £i stanter mittlerer Widersxandswert, einstellt Dadurch, ffj daß die von der Strömung abgeführte Wärmestrom-&ί dichte mit zunehmendem Abstand von der angeström- % ten Kante abnimmt, stellt sich ein Temperaturprofil ent-Il lang der Strömungsrichtung ein.

I⁵ Der Verlauf dieses Temperaturprofils hängt ab von j| der Strömungsgeschwindigkeit, von der Wärmeleitfäft higkeit und der Geometrie des Trägerkörpers. Die Ver- M änderung des Temperaturprofils in Abhängigkeit von H der Strömungsgeschwindigkeit bedingt die relativ groll ße Ansprechzeit dieser bekannten Anordnung. ψ Die Fig. 3 zeigt einen erf.ndungsgemäßen Wider-8 stand. Die mäanderformige Stromlaufbahn (6) ist hier-Ij bei so ausgelegt, daß der Widerstand pro Flächeneinheit K und somit auch die Heizleistungsdichte in Strömungs-•fi richtung abnimmt, und zwar in demselben Maß wie die ä abgeführte- Wärmestromdichte. Hierdurch gelingt es, :\ unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit, die Temperatur des gesamten Widerstands konstant zu halten.

Dies führt zu einer erheblichen Verkürzung der An-Sprechzeit.

Vorzugsweise besitzen die Filmwiderstände die Form ; einer Platte und sind parallel zur Strömungsrichtung des zu messenden Fluids ausgerichtet, wobei der elektrische Widerstand pro Flächeneinheit in Strömungsrichtung mit zunehmendem Abstand von der angeströmten Plattenkante in demselben Verhältnis abnimmt wie die örtliche Wärmeübergangszahl. Außerdem ist es oft von Vorteil, die angeströmten Platten schmalseitig mit einer wärmeisolierenden Schutzschicht und die Metallschicht mit einer dünnen, gut wärmeleitenden Schutzschicht abzudecken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

—

45

50

60

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten, insbesondere der Ansaugluft von Verbrennungsmotoren, mit einem oder mehreren temperaturabhängigen elektrischen Widerständen, die in Wärmekontakt mit dem strömenden Medium stehen, wobei einer oder mehrere der elektrischen Widerstände mit Hilfe einer Regelschaltung beheizbar sind und der oder die beheizten Widerstände Filmwiderstände sind, bestehend aus in einer dünnen Metallschicht erzeugten Stromlaufbahnen auf einem elektrisch isolierenden Träger, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Metallschicht (1) erzeugten Stromlaufbahnen (6) so dimensioniert sind, da3 der resultierende elektrische Widerstand pro Flächeneinheit in einem konstanten Verhältnis zur örtlichen Wärmeübergangszitusteht

2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Filmwiderstände (7) die Form einer Platte haben, die parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet sind, und daß der elektrische Widerstand pro Flächeneinheit in der Strömungsrichtung mit zunehmenden? Abstand von der angeströmten Kante in demselben Verhältnis abnimmt wie die örtliche Wärmeübergangszahl.