DE3304902A1

DE3304902A1 - Device for determining the mass flow rate of a flowing medium

Info

Publication number: DE3304902A1
Application number: DE19833304902
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Phys. Dr. 7016 Gerlingen Grünwald
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-12-30
Filing date: 1983-02-12
Publication date: 1984-08-16

Abstract

A device is proposed which is used for determining the mass flow rate of a flowing medium, especially the air mass flow rate which is sucked in by an internal-combustion engine. The device comprises at least two temperature-dependent measuring resistors (10, 11), which are subjected to the flowing medium, in in each case one separate bridge circuit, which are heated to different, constantly regulated temperatures (T1, T2). The measuring resistors (10, 11) are constructed as film resistors, in the same way as the other bridge resistors, and are arranged opposite, in each case on a different side of a substrate. In each case one signal which is dependent on the currents (i1, i2) flowing through the bridges is supplied to a signal processing unit (22) whose output variable represents a measure, which is independent of the temperature (Tu) of the flowing medium, for the mass flow rate (qm) of the flowing medium. <IMAGE>

Description

Vorrichtung zur Bestimmung des MassendurchsatzesDevice for determining the mass flow rate

eines strömenden Mediums Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Vorrichtung zur Bestimmung des Massendurchsatzes eines strömenden Mediums bekannt, bei der zur Verbesserung der Empfindlichkeit in getrennten Brückenschaltungen je ein temperaturabhängiger Meßwiderstand angeordnet ist, der auf eine konstante Temperatur aufgeheizt und geregelt ist.of a flowing medium Prior art The invention is based of a device according to the preamble of the main claim. It's a device known for determining the mass flow rate of a flowing medium in which to Improvement of the sensitivity in separate bridge circuits, one temperature-dependent each Measuring resistor is arranged, which is heated to a constant temperature and regulated is.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Meßwiderstände als Schicht- bzw. Filmwiderstände ausgebildet einander gegenüberliegend auf je einer anderen Seite eines Substrates angeordnet und damit thermisch gekoppelt sind, wodurch sich eine schnell und unabhängig von der Außentemperatur messende Vorrichtung zur Bestimmung des Massendurchsatzes ergibt.Advantages of the invention The device according to the invention with the characterizing Features of the main claim has the advantage that the measuring resistors designed as sheet or film resistors opposite one another on one each other side of a substrate are arranged and thermally coupled therewith, whereby a device that measures quickly and independently of the outside temperature Determination of the mass flow results.

Durch die in dem Unteranspruch aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Hierdurch ergibt sich eine sehr klein bauende und robuste Vorrichtung.The measures listed in the dependent claim are advantageous Further development and improvement of the device specified in the main claim are possible. This results in a very small and robust device.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt -und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Prinzipschaltung einer Vorrichtung zur Bestimmung des Massendurchsatzes eines strömenden Mediums, Figur 2 ein Substrat mit der Anordnung der verschiedenen Brückenwiderstände der Vorrichtung.Drawing An embodiment of the invention is shown in the drawing shown in simplified form - and explained in more detail in the following description. FIG. 1 shows a basic circuit diagram of a device for determining the mass throughput of a flowing medium, Figure 2 shows a substrate with the arrangement of the various Bridge resistances of the device.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles In Figur 1 sind die temperaturabhängigen, auf die unters.chiedlichen, konstanten Temperaturen T1 und T2 aufgeheizten Meßwiderstände R1 und R2 mit 10 und 11 bezeichnet. Diese Meßwiderstände 10 und 11 sind als Schicht-bzw. Filmwiderstände ausgebildet und jeweils Bestandteil einer Brückenschaltung, die durch je drei weitere, temperaturunabhängige Schicht- bzw. Filmwiderstände vervollständigt wird. Die Brückenzweige der beiden baugleichen Einzelbrücken der Doppelbrückenanordnung werden aus der Serienschaltung der Widerstände 10 und 12 bzw. 13 und 14 sowie 11 und 15 bzw. 16 und 17 gebilaet.Description of the exemplary embodiment In Figure 1, the temperature-dependent, Measuring resistors heated to the different, constant temperatures T1 and T2 R1 and R2 denoted by 10 and 11. These measuring resistors 10 and 11 are as layer or. Film resistors formed and each part of a bridge circuit that completed by three additional, temperature-independent sheet or film resistors will. The branches of the two identical single bridges of the double bridge arrangement are made from the series connection of resistors 10 and 12 or 13 and 14 and 11 and 15 or 16 and 17 bilateral.

Die Fußpunkte der Brücken, die Verbindungspunkte der Widerstände 12 und 14 bzw. 17 und 15 sind über die Widerstände 18 bzw. 19 auf Massepotential gelegt. Der Ausgang eines Reglers 20 bzw. 21 ist mit den Widerständen 10 und 13 bzw. 16 und 11 verbunden. Diesen, im Ausführungsbeispiel als Differenzverstärker ausgelegten Reglern 20 bzw. 21 wird die Brückendiagonalspannung als Potentialdifferenz der Verbindungspunkte der Widerstände 10, 12 und 13, 14 bzw. 16, 17 und 11, 15 an den Eingängen zugeführt. Die Vorrichtung wird vervollständigt durch einen als Signalverarbeitungseinheit dienenden Mikroprozessor 22, dem als Eingangsgröße der Spannungsabfall über den Widerständen 18 und 19 zugeführt wird und dessen Ausgangsgröße eine zum Massendurchfluß qm des strömenden Mediums proportionalen Wert annimmt.The base of the bridges, the connection points of the resistors 12 and 14 or 17 and 15 are connected to ground potential via resistors 18 and 19, respectively. The exit of a controller 20 or 21 is connected to the resistors 10 and 13 and 16 and 11, respectively. This, in the embodiment as a differential amplifier designed controller 20 and 21, the bridge diagonal voltage as a potential difference the connection points of the resistors 10, 12 and 13, 14 or 16, 17 and 11, 15 fed to the entrances. The device is completed by a signal processing unit Serving microprocessor 22, the input variable of the voltage drop across the Resistors 18 and 19 is supplied and its output variable is a mass flow rate qm of the flowing medium assumes a proportional value.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist wie folgt: Durch die in die beiden Brücken fließenden Ströme 1 und i2 werden die temperaturabhängigen, in das strömende Medium der Temperatur T eingebrachten u Meßwiderstände 10 bzw. 11 auf Temperaturen T 1 bzw. T2 aufgeheizt. Im Gleichgewicht stellt sich der Strom bzw. i2 in der Weise ein, daß die Brückendiagonalspannung den Wert Null annimmt. Ändert sich die Luftmasse des strömenden Mediums pro Zeiteinheit, so gerät die Brücke aus dem Gleichgewicht bis der Regler 20 bzw.The mode of operation of this arrangement is as follows: Through the in the Currents 1 and i2 flowing through both bridges are the temperature-dependent ones in the flowing medium of temperature T introduced u measuring resistors 10 and 11 on Temperatures T 1 and T2 heated. The current resp. i2 in such a way that the bridge diagonal voltage assumes the value zero. Changes If the air mass of the flowing medium increases per unit of time, the bridge turns out equilibrium until controller 20 or

21 die Brückenströme i1, i2 auf solche Werte ändert, daß die Meßwiderstände 10, 11 wieder die Temperaturen T1, T2 besitzen. Dieser Regelvorgang setzt auch dann ein, wenn die Masse des strömenden Mediums pro Zeiteinheit konstant bleibt, aber die Temperatur T des strömenden u Mediums variiert. Die dem Mikroprozessor 22 zugeführten Größen U1, U2, die ein Maß für die durch die beiden Brücken fließenden Gesamtströme i1, i2 darstellen, variieren somit als Funktion der Masse pro Zeiteinheit als auch der Temperatur Tu des strömenden Mediums.21 changes the bridge currents i1, i2 to such values that the measuring resistances 10, 11 again have the temperatures T1, T2. This control process also continues then on if the mass of the flowing medium per unit of time remains constant, but the temperature T of the flowing medium varies. The microprocessor 22 supplied Variables U1, U2, which are a measure of the total currents flowing through the two bridges i1, i2 thus vary as a function of mass per unit of time as well the temperature Tu of the flowing medium.

In Figur 2 ist die erfindungsgemäße Anordnung der als Schicht- bzw. Filmwiderstände ausgebildeten Widerstände jeder Einzelbrücke 10, 12, 13, 14 und 11, 15, 16, 17 auf einem Substrat 23 dargestellt, wobei die Widerstände jeder Einzelbrücke auf je einer anderen Seite des Substrates 23 aufgebracht und somit die Meßwiderstände 10, 11 durch das Substrat 23 thermisch miteinander gekoppelt sind. Das Substrat 23 kann dabei mit den darauf aufgebrachten Brückenwiderständen in der von einer Brennkr-aftmaschine angesaugten Luftströmung, beispielsweise im Luftansaugrohr der Brennkraftmaschine angeordnet sein, so daß der angesaugte Luftdurchsatz erfaßt werden kann. Die folgende Rechnung soll zeigen, daß der Einfluß der Temperatur des strömenden Mediums bei Verwendung der beschriebenen Vorrichtung durch einfache arithmetische Manipulation der Werte der beiden Brückenströme eliminiert werden kann: Mit den Größen T1/2 = Temperatur der temperaturabhängigen Meßwiderstände 10, 11 i1/2 = Brücken ströme qm = Massendurchfluß d = Dicke des Substrates A = Wärmeleitfähigkeit k = Konstante gilt für die Wärmebilanz des Meßwiderstandes R1 in guter Näherung und des Meßwiderstandes R2 Aus diesen beiden Gleichungen ergibt sich unter Eliminierung der Umgebungstemperatur T der Massendurchfluß qm zu qm (R1 . i1² - R2 . i2² -2 #) 2 k . (T1 - T2) Durch geeignete Verarbeitung der Brückenströme bzw.In Figure 2, the inventive arrangement of the resistors formed as sheet or film resistors of each individual bridge 10, 12, 13, 14 and 11, 15, 16, 17 is shown on a substrate 23, the resistors of each individual bridge on a different side of the Substrate 23 applied and thus the measuring resistors 10, 11 are thermally coupled to one another through the substrate 23. The substrate 23 with the bridge resistors applied to it can be arranged in the air flow sucked in by an internal combustion engine, for example in the air intake pipe of the internal combustion engine, so that the sucked air throughput can be detected. The following calculation should show that the influence of the temperature of the flowing medium when using the device described can be eliminated by simple arithmetic manipulation of the values of the two bridge currents: With the values T1 / 2 = temperature of the temperature-dependent measuring resistors 10, 11 i1 / 2 = Bridge currents qm = mass flow rate d = thickness of the substrate A = thermal conductivity k = constant applies to the thermal balance of the measuring resistor R1 to a good approximation and the measuring resistor R2 From these two equations, by eliminating the ambient temperature T, the mass flow rate qm becomes qm (R1. I1² - R2. I2² -2 #) 2 k. (T1 - T2) By suitable processing of the bridge currents resp.

der dazu proportionalen Spannungen U1, U2 beispielsweise mit dem Mikroprozessor 22, dem auch die konstanten Werte X und d vorgegeben sind, läßt sich somit eine von der Temperatur T des strömenden Mediums unabhängige Bestimu mung des Massendurchsatzes des strömenden Mediums durchführen.the proportional voltages U1, U2, for example with the microprocessor 22, which is also given the constant values X and d, can thus be a Determination of the mass flow rate independent of the temperature T of the flowing medium of the flowing medium.

Claims

Claims device for determining the mass flow rate of a flowing Medium, in particular the air mass flow rate sucked in by an internal combustion engine, with at least two temperature-dependent measuring resistors exposed to the flowing medium, each in a resistance measuring circuit, in particular a bridge circuit arranged and different, constantly controlled temperatures are heated, wherein a signal from a signal processing unit depending on the currents flowing through the bridges is supplied, the output variable of which depends on the temperature of the flowing medium represents an independent measure of the mass throughput of the medium, characterized in that that the two temperature-dependent measuring resistors (10, 11) as film or flame resistors formed opposite one another on each other side of a substrate (23) are arranged.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that all resistors a bridge circuit as a layer or. Film resistors formed on one each other side of a substrate (23) are arranged.