DE3515206A1

DE3515206A1 - Direkt-beheizte gasstroemungs-messvorrichtung

Info

Publication number: DE3515206A1
Application number: DE19853515206
Authority: DE
Inventors: Tadashi Okazaki Aichi Hattori; Seizi Anjyo Aichi Huzino; Kenji Aichi Kanehara; Kazuhiko Aichi Miura; Minoru Okazaki Aichi Ohta
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1984-04-26
Filing date: 1985-04-26
Publication date: 1985-10-31
Also published as: US4785662A

Description

Direkt-beheizte Gasströmungs-Meßvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine direkt-beheizte Gasströmungs-Meßvorrichtung mit einem Schichtwiderstand, der als Temperaturdetektoreinrichtung sowie als elektrische Heizung arbeitet. Eine derartige direkt-beheizte Gasströmungs-Meßvorrichtung kann beispielsweise zum Messen des Durchsatzes der in eine Brennkraftmaschine gesaugten Luft verwandt werden.

Bei einer Brennkraftmaschine ist im allgemeinen die angesaugte Luftmenge einer der-wichtigsten Parameter zum Steuern der eingespritzten Kraftstoffmenge, des Zündzeitpunktes usw. Eine Gasströmungs-Meßvorrichtung, d.h. ein Luftströmungsmesser, ist zum Messen der angesaugten Luftmenge vorgesehen. Einer der bekannten Luftströmungsmesser ist vom sogenannten Flügelradtyp, der jedoch nachteilig hinsichtlich seiner Abmessungen, Ansprechgeschwindigkeit und ähnlichem ist. In jüngster Zeit sind Luftströmungsmesser mit temperaturabhängigen Widerständen entwickelt worden, die Vorteile hinsichtlich ihrer Abmessungen, ihrer Ansprechgeschwindigkeit und ähnlichem bieten.

Es gibt zwei Arten von Luftströmungsmessern mit temperaturabhängigen Widerständen, nämlich den Heizungstyp und den direktbeheizten Typ. Der Luftströmungsmesser vom Heizungstyp kann aus einem elektrischen Heizwiderstand, der im Luftansaugkanal der Maschine vorgesehen ist, und zwei temperaturabhängigen Widerständen bestehen, die auf der stromaufwärts und stromabwärts liegenden Seite des elektrischen Heizwiderstandes angeordnet sind. In diesem Fall dient der temperaturabhängige Widerstand auf der stromabwärts liegenden Seite dazu, die Temperatur der vom Heizwiderstand erwärmten Luft wahrzuneh-

men, während der temperaturabhängige Widerstand auf der stromaufwärts liegenden Seite dazu dient, die Temperatur der nicht erwärmten Luft wahrzunehmen. Der durch den Heizwideratand fließende Strom wird so gesteuert, daß sich ein konstanter Unterschied in der Temperatur, zwischen den beiden temperaturabhängigen Widerständen ergibt, um dadurch die über dem Heizwiderstand liegende Spannung als Maß für den Mengendurchsatz der Luft zu ;messen.

Wenn bei einem derartigen Luftströmungsmesser vom Heizungstyp kein temperaturabhängiger Widerstand stromaufwärts vorgesehen ist, und der Strom des Heizwiderstandes so gesteuert wird,daß der stromabwärts ..liegende temperaturabhängige Widerstand eine konstante Temperatur hat, wird die am Heizwiderstand liegende Spannung als Maß für den Volumendurchsatz der Luft gemessen.

Ein direkt-beheizter Luftströmungsmesser kann andererseits aus einem Schichtwiderstand bestehen, der nicht nur als elektrische Heizung, sondern auch als Temperaturdetektoreinrichtung zum Aufnehmen der Temperatur der erwärmten Luft dient. Der direkt-beheizte Luftströmungsmesser kann auch aus einem temperaturabhängigen Widerstand bestehen, der die Temperatur der nicht erwärmten Luft aufnimmt. Der durch den Schichtwiderstand fließende Strom wird somit so gesteuert, daß sich ein konstanter Unterschied in der Temperatur zwischen dem Schichtwiderstand und dem temperaturabhängigen Widerstand ergibt,um somit die am Schichtwiderstand liegende Spannung als Maß für den Mengendurchsatz der Luft zu messen. Wenn bei diesem direkt-beheizten Luftströmungsmesser kein temperaturabhängiger Widerstand vorgesehen ist und der Strom des Heizwiderstandes so gesteuert wird, daß der Schichtwiderstand eine konstante Temperatur hat, wird gleichfalls die am Schichtwiderstand liegende Spannung als Maß für den Volumendurchsatz der Luft gemessen .

Da der Schichtwiderstand des direkt-beheizten Luftströmungsmessers als Temperaturdetektoreinrichtung für die erwärmte Luft dient, d.h. keine zusätzliche Temperaturdetektoreinrichtung für die erwärmte Luft notwendig ist, hat der direktbeheizte Luftströmungsmesser kleinere Abmessungen als der Luftströraungsmesser vom Heizungstyp.

Bei dem direkt-beheizten Luftströmungsmesser kann der Schichtwiderstand aus einem isolierenden Substrat, wie beispielsweise einem Keramiksubstrat,oder einem Substrat aus einkristallinera Silizium, einem Widerstandsmuster aus Platin (Pt), Gold (Au) usw. auf dem isolierenden Substrat und einem wärmebeständigen Harz auf dem Widerstandsmuster bestehen. Es ist unmöglich, suspendierte Teilchen, d.h. hauptsächlich Kohlenstoff teilchen, die am Rand-und E.ndbereich des Schichtwiderstandes haften, auszuglühen, da eine Temperatur von mehr als 80O⁰C für ein derartiges Ausglühen benötigt wird, und das wärmebeständige Harz eine niedrige Schmelztemperatur von beispielsweise 400⁰C hat. Die am Schichtwiderstand haftenden suspendierten Teilchen können daher nicht entfernt werden, so daß sie die Wärmekapazität erhöhen und die Wärmeverteilung beeinträchtigen, so daß der Luftströmungsmesser eine geringere Empfindlichkeit und Ansprechgeschwindigkeit hat.

Durch die Erfindung soll somit eine direkt-beheizte Gasströmungs-Meßvorrichtung mit hoher Empfindlichkeit und Ansprechgeschwindigkeit geschaffen werden.

Die erfindungsgemäße, direkt-beheizte Gasströmungs-Meßvorrichtung umfaßt ein Meßrohr, das im Gasstrom angeordnet ist, einen Schichtwiderstand zum Erzeugen von Wärme und zum Ermitteln seiner Temperatur und eine Steuerschaltung mit Rückkopplung, um die vom Schichtwiderstand erzeugte Wärme so zu steuern, daß die Temperatur des Schichtwiderstandes einen vorbestimmten Wert hat, wobei ein Einfangelement zum Einfangen suspen-

dierter Teilchen im Gasstrom wenigstens an der stromaufwärts liegenden Seite des Schichtwiderstandes und nahe am Schichtwiderstand vorgesehen ist, um dadurch die Ansammlung von Ablagerungen auf dem Schichtwiderstand zu verringern.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig.1 in einer scheraatischen Ansicht den Ge

samtaufbau einer Brennkraftmaschine mit einer direkt-beheizten Gasströmungs-Meßvorrichtung,

Fig.2 das Schaltbild der Sensorschaltung von

Fig.1,

Fig.3A und 3B eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht jeweils des in Fig.1 dargestellten Schichtwiderstandes,

Fig.4 eine Querschnittsansicht des Schicht

widerstandes von Fig.1 im einzelnen,

Fig.5A und 5B eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht jeweils eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgeraäßen Gasströmungs-Meßvorrichtung,

Fig.öA und 6B eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht jeweils eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Gasströmungs-Meßvorrichtung,

Fig.7 eine Draufsicht auf eine Abwandlungs-

AO IS

form des in Fig.5A dargestellten Ausführungsbeispiels ,

Fig.8 eine Draufsicht auf eine Abwandlungs-

forra des in Fig.6A dargestellten Ausführungsbeispiels ,

Fig.9A und 9B eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht jeweils eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Gasströmungs-Meßvorrichtung,

Fig.10 bis 13 Querschnittsansichten des Heizwiderstandes von Fig.9A und 9B,

Fig.i4A und 14B eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht jeweils eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Gasströraungs-Meßvorrichtung, und

Fig. 15 und 16 die Schaltbilder der Glühschaltungen zum

Aufheizen des Heizwiderstandes von Fig. 9A und 9B.

In Fig.1, die denGesamtaufbau einer Brennkraftmaschine mit einer Gasströraungs-Meßvorrichtung zeigt, ist eine Maschine 1 mit Funkenzündung zum Antreiben eines Kraftfahrzeuges dargestellt, in die Luft zur Verbrennung über ein Luftfilter 2, ein Ausrichtungsgitter 3 zur Vergleichmäßigung der Luftströmung und einen Luftansaugkanal 4 eingesaugt wird. Im Ansaugkanal 4 befindet sich ein Drosselventil 5, das durch den Fahrer in der gewünschten Weise betätigt wird. Eine Gasströraungs-Meßvorrichtung ist im Ansaugkanal 4 zwischen dem Ausrichtungsgitter 3 und dem Drosselventil 5 vorgesehen.

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Die Gasströmungs-Meßvorrichtung umfaßt einen Sensorteil im Inneren des Luftansaugkanals 4 und eine Sensorschaltung 10 außerhalb des Luftansaugkanale 4. Der Sensorteil weist ein Meßrohr oder eine Meßleitung 6 auf, die über einen Halter 7 am Luftansaugkanal 4 befestigt ist. Ein Schichtwiderstand 8 ist im Inneren der Leitung 6 vorgesehen, während ein temperaturabhängiger Widerstand 9 zum Aufnehmen der Temperatur der nicht erwärmten Luft außerhalb der Leitung 6 vorgesehen ist. Der Schichtwiderstand 8 und der temperaturabhängige Widerstand 9 sind mit der Sensorschaltung 10 verbunden, die in eine Hybridplatte eingekapselt ist. Der temperaturabhängige Widerstand 9 kann auch in der Leitung 6 unter der Bedingung angeordnet sein, daß der Widerstand 9 durch die vom Schichtwiderstand 8 erzeugte Wärme im wesentlichen nicht beeinflußt wird. Die Sensorschaltung 10 steuert den im Schichtwiderstand 8 fließenden Strom so, daß dieser Wärme für einen konstanten Temperaturunterschied zwischen dem Schichtwiderstand 8 und dem temperaturabhängigen Widerstand 9 erzeugt. Die Sensorschaltung 10 erzeugt auch eine Ausgangsspannung Vq und überträgt diese Ausgangsspannung V_Q auf eine Steuerschaltung 11, die beispielsweise einen Mikrocomputer enthält. Die Steuerschaltung 11 empfängt weiterhin verschiedene Arten von Detektorsignalen, wie beispielsweise ein Maschinendrehzahlsignal N (nicht dargestellt) und ein Maschinenkühlmitteltemperatursignal THW (nicht dargestellt) und steuert das Ventilöffnungszeitintervall des Kraftstoffeinspritzventiles 12 und ähnliches.

Wie es in Fig.2 dargestellt ist, enthält die Sensorschaltung 10 Widerstände 101 und 102, die mit dem Schichtwiderstand 8 und dem temperaturabhängigen Widerstand 9 ei^e Brückenschaltung bilden, einen Komparator 103, einen vom Komparator 103 gesteuerten Transistor 104 und einen Spannungspuffer 105. Die Sensorschaltung 10 arbeitet in der folgenden Weise. Wenn die durch den Ansaugkanal 4 strömende Luftmenge zunimmt, so daß

die Temperatur des Schichtwiderstandes 8 abnimmt, der in diesem Fall als Thermistor arbeitet, nimmt sein Widerstandswert zu, so daß die folgende Bedingung erfüllt ist:

^V1 < ^VR1

wobei V. das Potential am Knotenpunkt zwischen dem Widerstand 101 und dem Schichtwiderstand 8 ist und V_n., das Potential am

π ι

Knotenpunkt zwischen dem Widerstand 102 und dem temperaturabhängigen Widerstand 9 bezeichnet. Das hat zur Folge, daß das Ausgangspotential des Komparators 103 abnimmt, wodurch die Leitfähigkeit des Transistors 104 zunimmt. Die vom Schichtwiderstand 8 erzeugte Wärme nimmt daher zu, und gleichzeitig nimmt das Kollektorpotential des Transistors 104 zu, so daß die Ausgangsspannung V„ des Spannungspuffers 105 gleichfalls zunimmt.

Wenn im Gegensatz dazu die durch den Ansaugkanal 4 strömende Luftmenge abnimmt, und somit die Temperatur des Schichtwiderstandes 8 zunimmt, nimmt sein Widerstandwert zu, so daß die folgende Bedingung erfüllt ist:

^V1 > ^VR1·

Das hat zur Folge,daß das Ausgangspotential des Komparators 103 zunimmt, wodurch die Leitfähigkeit des Transistors 104 abnimmt. Daher nimmt die vom Schichtwiderstand 8 erzeugte Wärme ab und nimmt auch gleichzeitig das Kollektorpotential des Transistors 104 ab, so daß die Ausgangsspannung V_Q des Spannungspuffers 105 gleichfalls abnimmt.

Es erfolgt daher eine automatische Selbstregelung mit Rückkopplung der Temperatur des Schichtwiderstandes 8 bezüglich eines konstanten Unterschiedes in der Temperatur zwischen dem

Schichtwiderstand 8 und dem temperaturabhängigen Widerstand 9, der in diesem Fall die Temperatur der Umgebungsluft wahrnimmt. Die Ausgangsspannung V_Q des Spannungspuffers 105 gibt somit ein Maß für die im Ansaugkanal 4 strömende Luftmenge.

Wie es in den Fig.3A und 3B dargestellt ist, die jeweils eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht des Schichtwiderstandes 8 von Fig.1 zeigen, ist der Schichtwiderstand 8 mit einem Halter 13 an der Leitung 6 befestigt. Wie es mehr im einzelnen in Fig.4 dargestellt ist, besteht der Schichtwiderstand 8 aus einem Substrat 81 aus einem keramischen Material oder einkristallinera Silizium, einem Widerstandsmuster 82 aus Pt oder Au, das auf einer Außenfläche oder beiden Außenflächen des Substrates 81 angeordnet ist, und einer wärmebeständigen Harzschicht 83, die das Widerstandsmuster 82 überzieht.

Bei dem oben beschriebenen Schichtwiderstand 8 ist die Luftströmungsgeschwindigkeit um einen Staubereich, wie es durch einen Pfeil X. in Fig.3B am Rande der stromaufwärts liegenden Seite dargestellt ist und an den Randbereichen merklich geringer, wie es durch Pfeile Xp und X- in Fig.3B dargestellt ist. Im Luftstrom suspendierte Teilchen lagern sich daher leicht auf dem Schichtwiderstand 8 in der Nähe des Staubereiches und den Randbereichen ab, wodurch die Wärmekapazität zunimmt und die Wärmeverteilungscharakteristik abnimmt.

Es ist unmöglich, die Ablagerungen auf dem Schichtwiderstand 8 durch Heizen des Widerstandes 8 selbst auszuglühen , da die wärmebeständige Harzschicht 83 eine niedrige Schmelztemperatur hat. Selbst wenn die wärmebeständige Harzschicht 83 aus einem wärmebeständigeren Material gebildet werden könnte, wäre es unmöglich, die Schicht 83 zu glühen, da in diesem Fall die Wärmemenge sehr groß sein muß.

Fig.5A zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung und Fig.bB zeigt eine Querschnittsansicht längs der Linie B-B in Fig.5A. In Fig.5A und 5B ist ein Isolatorsubstrat 51 dargestellt, auf dem ein Leitungsmuster 52 durch Aufdampfen oder ein ähnliches Verfahren ausgebildet ist. Der Schichtwiderstand 8 ist durch einen Klebstoff oder ähnliches auf das Leitungsmuster 52 geklebt. Ein Einfangelement (Faserelement) 53 ist an der stromaufwärts liegenden Seite des Schichtwiderstandes 8 nahe am Schichtwiderstand 8 vorgesehen. In diesem Fall ist die Stärke des Einfangeleraentes 53 etwa gleich der des Schichtwiderstandes 8. Dadurch, daß das Einfangelement

53 vorgesehen ist, werden die im Luftstrom suspendierten Teilchen auf dem Einfangelement 53 abgelagert, wie es bei

54 dargestellt ist, wodurch die Ansammlung von Ablagerungen auf dem Schichtwiderstand 8 verringert wird.

Fig.6A zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig.6B zeigt eine Querschnittsansicht längs der Linie B-B in Fig.6A. In den Fig.6A und 6B sind gleiche Bauelemente, wie in Fig.5A und 5B mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. D.h., daß ein weiteres Einfangelement (Faserelement) 53' mit derselben Form wie das Einfangelement 53 an der stromabwärts liegenden Seite des Schichtwiderstandes 8 nahe am Schichtwiderstand 8 vorgesehen ist. Wenn daher unmittelbar nach einer schnellen Beschleunigung oder bei einem Ventilüberlappen, wenn das Einlaßventil und das Auspuffventil beide geschlossen sind, Rückzündungen auftreten, werden die im Luftstrom aufgrund des Rückschlages des Verbrennungsgases suspendierten Teilchen auf dem Einfangelement 53' abgelagert, wodurch gleichfalls die Menge an Ablagerungen auf dem Schichtwiderstand 8 verringert wird.

In Fig.7, die eine Abwandlungsform des in Fig.5A dargestellten Ausführungsbeispiels zeigt, ist statt des Einfangelemen-

tes 53 ein Schlitz 55 im Schichtwiderstand 8 auf seiner stromaufwärts liegenden Seite ausgebildet, so daß ein vorderer Randabschnitt 56 als Einfangelement 53 von Fig.5A dienen kann. Die im Luftstrom suspendierten Teilchen lagern sich daher am vorderen Randabschnitt 56 des Schichtwiderstandes ab, wodurch eine Ansammlung von Ablagerungen auf dem Hauptkörper des Schichtwiderstandes 8 verringert wird.

In Fig.8, die eine Abwandlungsform des in Fig.6A dargestellten Ausführungsbeispiels zeigt, ist statt des Einfangelementes 53 ein Schlitz 55 im Schichtwiderstand 8 auf der stromaufwärts liegenden Seite ausgebildet, so daß ein vorderer Randabschnitt 56 als Einfangelement 53 von Fig.6A dienen kann. Statt das Einfangelementes 53' vorzusehen, ist gleichfalls ein weiterer Schlitz 55' im Schichtwiderstand 8 an seiner stromabwärts liegenden Seite ausgebildet. Der hintere Randbereich 56 · kann daher als Einfangeleraent 53' von Fig.6B arbeiten. Im Luftstrom suspendierte Teilchen werden daher auf dem vorderen Randabschnitt 56 des Schichtwiderstandes 8 abgelagert. Wenn andererseits Rückzündungen oder Ventilüberlappungen auftreten, werden suspendierte Teilchen aufgrund des Rückstoßes des Verbrennungsgases auf dem hinteren Randabschnitt 56' des Schichtwiderstandes 8 abgelagert. Eine Ansammlung von Ablagerungen auf dem Hauptkörper des Schichtwiderstandes 8 kann wiederum verringert werden.

In den Fig.9A und 9B, die ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen, ist ein Heizelement 91 dargestellt,das gleichfalls als Einfangelement 53 von Fig.5A und Fig.5B dient. Im Luftstrom suspendierte Teilchen lagern sich auf dem Heizelement 91 ab, wodurch die Ansammlung von Ablagerungen auf dem Schichtwiderstand 8 verringert wird. Derartige Ablagerungen auf dem Heizelement 91 können darüberhinaus über eine Glühschaltung ausgeglüht werden, was später im einzelnen beschrieben wird.

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Die Stärke des Heizelementes 91 ist gleichfalls etwa gleich der des Schichtwiderstandes 8. Was die Querschnittsform des Heizelementes 91 anbetrifft, sind jedoch verschiedene Formen möglich, wie es in den Fig.10 bis 13 dargestellt ist. In den Fig.10 und 11 ist die Querschnittsform des Heizelementes 91 rund, während in den Fig.12 und 13 die Querschnittsform des Heizelementes 91 stromlinienförmig ist. Die zuletzt genannte Ausbildung hat, verglichen mit der zuerst genannten Ausbildung, den Vorteil, daß die Randbereiche des Schichtwiderstandes 8 dünn ausgebildet werden können, und Schwankungen der Luftströmung, wie beispielsweise die Karman 'sehe Wirbelstraße, verringert werden können, was die Ausgangscharakteristik des Luftströmungsmessers verbessert.

Wie es in den Fig.10 und 12 dargestellt ist, kann das Heizelement 91 vollständig aus Pt oder einem ähnlichen Material bestehen, während in der in den Fig.11 und 13 dargestellten Weise das Heizelement 91 auch aus einem Träger 911 (911 ·), wie beispielsweise einem keramischen Material, und einer Thermistorschicht 912 (912') auf der Oberfläche des Trägers 911 (911 ') bestehen Rann.

Wie es in den Fig.i4A und 14B dargestellt ist, die ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen, ist ein weiteres Heizelement 92 zusätzlich zu den in Fig.9A und 9B dargestellten Bauelementen vorgesehen. Wenn Rückzündungen oder Ventilüberlappungen auftreten, werden daher suspendierte Teilchen aufgrund des Rückschlages des Verbrennungsgases auf dem Heizelement 92 abgelagert, wodurch die Ansammlung von Ablagerungen auf dem Schichtwiderstand 8 vermindert wird. Derartige Ablagerungen auf dem Heizelement 92 können darüberhinaus durch die Glühschaltung ausgeglüht werden.

Die Form des Heizelementes 92 ist die gleiche wie die des Heizelementes 91. Das heißt, daß die Form des Heizelementes 92 gleichfalls in den Fig.10 bis 13 mit der Ausnahme darge-

stellt ist,daß die Stromlinienrichtung in den Fig.12 und 13 umgekehrt ist, d.h. der Querschnitt auf der stromaufwärts liegenden Seite abgerundet ist, während der Querschnitt auf der stromabwärts liegenden Seite zugespitzt verläuft.

Im folgenden wird anhand der Fig.15 und 16 die Glühschaltung zum Aufheizen des Heizelementes 91 (92) beschrieben.Die Glühschaltung kann in die Sensorschaltung 10 oder die Steuerschaltung 11 aufgenommen sein.

In Fig.15 sind Widerstände 151,152 und 153, die mit dem Heizelement 91 eine Brückenschaltung bilden, ein Komparator 154, ein Univibrator 155 und ein Treibertransistor 156 dargestellt. Der Univibrator 155 enthält einen Widerstand 1551, einen Transistor 1552, einen Kondensator 1553, Widerstände 1554, 1555 und 1556 und einen Komparator 1557. Eine Energieversorgungsspannung V_cc von beispielsweise 5 V liegt direkt von einer nicht dargestelten Batterie an. Wenn im Luftstrom suspendierte Teilchen sich auf dem Heizelement 91 ablagern,nimmt dessen Widerstandswert ab, so daß die folgende Beziehung erfüllt ist:

^V2 < ^VR2'

wobei Vp das Potential am Knotenpunkt zwischen dem Widerstand 151 und dem Heizelement 91 ist, und V_R? das Potential am Knotenpunkt zwischen den Widerständen 152 und 153 bezeichnet. Das hat zur Folge, daß das Ausgangspotential des Komparators 154 ansteigt. Dementsprechend wird im Univibrator 155 der Transistor 1552 durchgeschaltet, so daß die folgende Beziehung erfüllt ist:

V₃ > V_R3,

wobei V-, das Potential am Knotenpunkt zwischen dem Transistor 1552 und dem Kondensator 1553 ist, und V_DO das Potential am Knotenpunkt zwischen den Widerständen 1555 und 1556 be-

/is ..-■'.

zeichnet. Der Komparator 1557 erzeugt daher ein Signal mit hohem Potential, dessen Dauer T. durch den Kondenator 1553 und den Widerstand 1554 bestimmt ist. Der Transistor 156 wird daher für die Zeitdauer T₁durchgeschaltet. Das Heizelement 91 wird dementsprechend aufgeheizt, um die darauf befindlichen Ablagerungen auszuglühen.

Die in Fig.15 dargestellte Schaltung kann für die Heizelemente 91 und 92 in Fig.i4A und Fig.i4B verwandt werden. In diesem Fall ist das Heizelement 92 parallel zum Heizelement 91 geschaltet.

Mit der in Fig.15 dargestellten Glühschaltung wird somit das Heizelement 91 (92) für ein bestimmtes Zeitintervall X. immer dann aufgeheizt, wenn der Widerstandwert des Heizelementes 91 unter einen vorbestimmten Wert fällt, was durch die Widerstände 152 und 153 ermittelt wird.

In Fig.16 sind ein Zündschalter 1600, ein Widerstand 1601, ein Kondenator 1602, ein Widerstand 1603, eine Z-Diode 1604 mit einer Z-Spannung von +12 V und ein Treibertransistor 1605 dargestellt. Eine Energieversorgungsspannung V„ von beispielsweise +12 V liegt direkt von einer nicht dargestellten Batterie an. Wenn der Zündschalter 1600 angeschaltet wird, nimmt das Potential V₁, am Knotenpunkt zwischen dem Zündschalter 1600 und dem Widerstand 1601 von 0 V auf V_ß zu. Gleichzeitig wird die Spannung Vf- am Knotenpunkt zwischen dem Widerstand 1603 und der Z-Diode 1604 etwas größer, die Spannung Vc bleibt jedoch bei annähernd Vg. Daher bleibt der Transistor 1605 im gesperrten Zustand, so daß kein Strom dem Heizelement 91 geliefert wird. Wenn anschließend der Zündschalter 1600 ausgeschaltet wird, fällt das Potential V^von V_D auf 0 V und fällt gleichzeitig das Potential V,- von V_n auf O V aufgrund der kapazitiven Kopplung des Kondensators

1602. Das hat zur Folge, daß der Transistor 1605 durchgeschaltet wird, so daß das Heizelement 91 mit Strom versorgt wird. In diesem Fall ist die Dauer T ₂ der Durchschaltung des Transistors 1605 durch den Widerstandswert des Widerstandes 1603 und den Durchschaltwiderstandswert zwischen Basis und Emitter des Transistors 1605 bestimmt.

Die in Fig.16 dargestellte Schaltung kann gleichfalls bei den Heizelementen 91 und 92 von Fig.i4A und 14B in derselben Weise, wie die in Fig.15 dargestellte Schaltung verwandt werden.

Mit der in Fig.16 dargestellten Glühschaltung wird somit das Heizelement 91 (92) für ein bestimtmes Zeitintervall T immer dann aufgeheizt, wenn der Zündschalter 1600 ausgeschaltet wird.

Es ist gleichfalls möglich, das Heizelement 91 (92) in bestimmten Zeitintervallen aufzuheizen. Das kann leicht dadurch erfolgen, daß in die Steuerschaltung 11, die in diesem Fall ein Mikrocomputer ist, ein Zeitunterbrechungsprogramm eingebaut wird. Es ist weiterhin möglich, das Heizelement 91 (92) immer dann aufzuheizen, wenn die Anzahl der Betätigungen des Zündschalters 1600 einen vorbestimmten Wert erreicht. Diese Anzahl ist in diesem Fall in einem nicht dargestellten Reservespeicher mit direktem Zugriff der Steuerschaltung 11 gespeichert.

Wie es oben beschrieben wurde, kann gemäß der Erfindung die Ansammlung von Ablagerungen auf dem Schichtwiderstand verringert werden, wodurch die Empfindlichkeit und das Ansprechvermögen beibehalten weiden.

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Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. Ef. Ässrhänh ; ·..- . Dipf.-lng. R Klingseisen - Dr. R Zumstein jun. PATENTANWÄLTE ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPAISCHEr-I PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE 3/Li NJ(ND)-4815-DE NIPPONSOKEN, INC., Nishio-shi,Aichi-ken,Japan Direkt-beheizte Gasströmungs-Meßvorrichtung PATENTANSPRÜCHE

1. Direkt-beheizte Gasströmungs-Meßvorrichtung, gekennzeichnet durch
ein Meßrohr, das im Gasstrom angeordnet ist, einen Schichtwiderstand, der im Meßrohr angeordnet ist, um Wärme zu erzeugen und die Temperatur des Schichtwiderstandes wahrzunehmen,

ein Einfangelement, das an der stromaufwärts liegenden Seite des Schichtwiderstandes und nahe am Schichtwiderstand vorgesehen ist, und

eine Steuereinrichtung mit Rückkopplung, die mit dem Schichtwiderstand verbunden ist, um die durch den Schichtwiderstand erzeugte Wärme so zu steuern, daß die Temperatur des Schichtwiderstandes einen vorbestimmten Wert hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

einen temperaturabhängigen Widerstand, der im Inneren des Meßrohres oder außerhalb des Meßrohres vorgesehen ist, wobei der temperaturabhängige Widerstand im wesentlichen nicht durch die vom Schichtwiderstand erzeugte Wärme beeinflußt wird und die Steuereinrichtung mit Rückkopplung die durch den Schichtwiderstand erzeugte Wärme so steuert, daß sich ein konstanter Unterschied in der Temperatur zwischen dem Schichtwiderstand und dem temperaturabhängigen Widerstand ergibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Einfangelement im wesentlichen die gleiche Stärke wie der Schichtwiderstand hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Einfangelement ein Heizelement umfaßt, und eine Einrichtung zum Aufheizen des Heizelementes vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Heizelement eine runde Querschnittsform hat.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Heizelement eine stromlinienförmige Querschnittsform hat derart, daß der auf der stromaufwärts liegenden Seite befindliche Teil abgerundet ist und der auf der stromabwärts liegenden Seite befindliche Teil verjüngt ausgebildet ist.

3BT5206

7. Vorrichtung nach Anspruch ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement einen Träger und eine Thermistorschicht umfaßt, die auf der Oberfläche des Trägers ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung das Heizelement für ein vorbestimmtes Zeitintervall immer dann aufheizt, wenn der Widerstandswert des Heizelementes unter einen vorbestimmten Wert fällt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Schalter, wobei die Heizeinrichtung das Heizelement für ein bestimmtes Zeitintervall immer dann aufheizt, wenn der Schalter ausgeschaltet wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein weiteres Einfangelement, das an der stromabwärts liegenden Seite des Schichtwiderstandes und nahe am Schichtwiderstand angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Einfangelement im wesentlichen die gleiche Stärke wie der Schichtwiderstand hat.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Einfangelement ein weiteres Heizelement umfaßt.

13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Heizelement eine runde Querschnittsforra hat.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Heizelement eine stromlinienförmige Querschnittsforra hat derart, daß der Teil auf der stromaufwärts liegenden Seite verjüngt ausgebildet ist und der Teil auf der stromabwärts liegenden Seite abgerundet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Heizelement einen Träger und eine Thermistorschicht umfaßt, die auf der Oberfläche des Trägers ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung das weitere Heizelement für ein vorbestimmtes Zeitintervall immer dann aufheizt, wenn der Widerstandwert des weiteren Heizelementes unter einen vorbestimmten Wert fällt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Schalter, wobei die Heizeinrichtung das weitere Heizelement für ein vorbestimmtes Zeitintervall immer dann aufheizt, wenn der Schalter ausgeschaltet wird.

18. Direkt-beheizte Gasströmungs-Meßvorrichtung, gekennzeichnet durch ein Meßrohr, das im Gasstrom angeordnet ist,

einen Schichtwiderstand, der im Meßrohr angeordnet ist, zum Erzeugen von Wärme und zum Wahrnehmen der Temperatur des Schichtwiderstandes, wobei der Schichtwiderstand an seiner stromaufwärts liegenden Seite einen Schlitz aufweist und sein vorderer Randabschnitt dadurch als Einfangelement dient, und

19. Vorrichtung nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,

daß ein weiterer Schlitz an der stromabwärts liegenden Seite des Schichtwiderstandes vorgesehen ist, wobei der hintere Randabschnitt des Schichtwiderstandes dadurch als Einfangelement arbeitet.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19,
gekennzeichnet durch

einen temperaturabhanigen Widerstand, der im Inneren des Meßrohres oder außerhalb des Meßrohres angeordnet ist, wobei der temperaturabhängige Widerstand im wesentlichen nicht durch die vom Schichtwiderstand erzeugte Wärme beeinflußt wird und die Steuereinrichtung mit Rückkopplung die durch den Schichtwiderstand erzeuge Wärme so steuert, daß sich ein konstanter Unterschied in der Temperatur zwischen dem Schichtwiderstand und dem temperaturabhanigen Widerstand ergibt.