DE69119462T2

DE69119462T2 - Hitzdraht-Anemometer

Info

Publication number: DE69119462T2
Application number: DE69119462T
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Suzuki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-03-19
Filing date: 1991-03-07
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2011-03-08
Also published as: JPH03269218A; JP3135245B2; KR910017173A; EP0449443B1; DE69119462D1; EP0449443A1; KR100197032B1; US5226319A

Description

Allgemeiner Stand der Technik

a) Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hitzdrahtanemometer, wobei dieses die Luftstromgeschwindigkeit mit einem sogenannten Hitzdraht messen kann, der zum Beispiel aus Platin gestaltet ist. Die vorliegende Erfindung kann im besonderen bei einem Hitzdrahtanemometer angewandt werden, das eine Impulsausgabefunktion erzeugen kann, und das sich für die Messung der Ansaugluftgeschwindigkeit einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug eignet.

b) Beschreibung des Stands der Technik

In dem U.S. Patent US-A-4.581.929 wird ein schematisches Blockdiagramm eines Hitzdrahtanemometers mit einer Impulsausgabefunktion offenbart, das in Figur 1 dargestellt ist, wobei ein Regelkreis 1 für eine konstante Temperatur einem Luftstrom ausgesetzt wird, und wobei der Temperatur-Regelkreis so arbeitet, daß der Widerstand des Hitzdrahts konstant gehalten wird, um dadurch die Temperatur des Hitzdrahts ebenfalls konstant zu halten. Die Ausgangsspannung v&sub1; des Kreises stellt die Luftstromgeschwindigkeit Q dar, wobei diese Spannung v&sub1; eine Offsetspannung in bezug auf die Strömungsgeschwindigkeit Q aufweist, die zuerst ausgeglichen werden muß. Folglich wird die Spannung v&sub1; zuerst einem Spannungs-Nullpunkteinstellungskreis zugeführt, um das v&sub1;/Q- Merkmal auf Null einzustellen, und wobei der Gradient (Verstärkung) des auf diese Weise ausgeglichenen Merkmals durch einen Verstärker modifiziert wird. Diese Funktionen werden durch die hierin als Null-/Spann-Stromkreis 2 bezeichnete Einrichtung ausgeführt. Ein Bezugsspannungskreis 4 sieht eine Bezugsspannung V&sub5; für die Stromkreise 1-3 vor.
In Figur 2 ist ein spezifisches Beispiel für den Regelkreis 1 für eine konstante Temperatur, den Null-/Spann-Stromkreis 2 und den Bezugsspannungskreis 4 dargestellt. Diese Stromkreise werden grundsätzlich durch diskrete Elemente gebildet, wobei einige Teile jedoch in einer integrierten Schaltung (IS) ausgebildet sein können, und wobei die entsprechenden Elemente normalerweise auf einem Hybridsubstrat angebracht sind.
Der Regelkreis 1 für eine konstante Temperatur aus Figur 2 umfaßt einen Hitzdraht 11, einen Kaltdraht 12, die Operationsverstärker 5, 6, einen Leistungstransistor 10, dessen Kollektoranschluß mit einem Speisespannungsanschluß 9 verbunden ist, einen Vorspannungswiderstand 20, einen Kondensator 22 zur Unterdrückung des elektromagnetischen Rauschens an den Hitz- und Kaltdrähten sowie einen Vorspannungswiderstand 21 für den Operationsverstärker 5. Ein Abgleichkondensator 23 ist über den Eingang des Operationsverstärkers 6 geschaltet. Selbst wenn der Hitzdraht 11 durch Luft gekühlt wird, arbeitet der Regelkreis 1 so, daß er den durch den Hitzdraht 11 fließenden Strom so regelt, daß die Temperatur immer konstant gehalten wird.
Der Null-/Spann-Stromkreis 2 wird hauptsächlich durch einen Operationsverstärker 7 und die Vorspannungswiderstände 70-73 und 77.79 gebildet, wobei dieser Stromkreis in bezug auf die Signalspannung v&sub1; von der Verbindungsstelle des Hitzdrahts 11 und des Widerstands 20 durch die entsprechende Auswahl der Widerstände 70-73, 77-79 eine Nulleinstellung und einen Verstärkungsausgleich ausführt. Die Zenerdiode 14 wird für einen Überspannungsschutz eingesetzt, und ein analoges Spannungssignal v&sub2; wird an den Anschluß 30 ausgegeben.
Der Bezugsspannungskreis 4 wird durch einen Operationsverstärker 8, Widerstände, wie etwa 81, 83, 84, 85, die Zenerdioden 80, 13, eine Diode 82 und den Kondensator 15 gebildet. Durch diese Elemente wird die konstante Spannung zwischen beiden Enden der Zenerdiode 80 verstärkt, und die erzeugte Spannung Vs wird den entsprechenden Stromkreisen 1-3 zugeführt.
Der Widerstand 84, die Zenerdiode 13 und der Kondensator 15 bilden einen Überspannungs-Schutzkreis.
Dem Stand der Technik entsprechende Anemometer, die der oben beschriebenen Vorrichtung ähnlich sind, werden zum Beispiel in den folgenden Patenten beschrieben:
JP-A-59-224427 (1984)
JP-A-60-178317 (1985)
JP-A-61-1847 (1986)
JP-A-61-17019 (1986)
JP-A-61-104246 (1986)
JP-A-62-79316 (1987).
In den obengenannten, dem Stand der Technik entsprechenden Patenten, wurde die Optimierung des Schaltungsaufbaus nicht spezifisch berücksichtigt, so daß Probleme bezüglich der Präzision nicht ausgeschlossen werden konnten. Ferner war der Temperaturausgleich schlecht, ebenso wie die elektromagnetische Störfestigkeit (EMI). Die Funktionsgenauigkeit der Operationsverstärker wird in diesem Zusammenhang hauptsächlich durch die Verhältnisse zwischen den Vorspannungs- und Rückkopplungswiderständen bestimmt, und wenn sich zum Beispiel die Vorspannungswiderstände auf einem Chip befinden, während sich der Rückkopplungswiderstand auf einem anderen Chip befindet, kann der Verstärker die entsprechende Regelung nicht vorsehen, da die Widerstände durch unterschiedliche Temperaturen beeinträchtigt werden. EMI wird durch Störungen, wie zum Beispiel von Mobiltelephonen, bewirkt, die von den Leitungen aufgenommen werden, die die Chipschaltungen miteinander verbinden. In dem U.S. Patent US-A-4.581.929 wird zum Beispiel eine analoge Ausgabe erzeugt, die in bezug auf elektromagnetische Störungen besonders anfällig ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hitzdrahtanemometer mit hoher Genauigkeit vorzusehen, das in bezug auf Temperatur und Effekte durch elektromagnetische Wellen eine hohe Präzision vorsieht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, einen Integratorfilter-Stromkreis zur Verwendung in einem Hitzdrahtanemometer vorzusehen, der sich zur Herstellung auf einer integrierten Schaltung besser eignet.

Zusammenfassung der Erfindung

Vorgesehen ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Hitzdrahtanemometer nach Anspruch 1 dieser Anmeldung.
Vorgesehen ist gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Hitzdrahtanemometer nach Anspruch 2 dieser Anmeldung.
Vorgesehen ist gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Hitzdrahtanemometer nach Anspruch 3 dieser Anmeldung.
Vorgesehen ist gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung eine Schaltung zur Verwendung in einem Hitzdrahtanemometer, wobei die Schaltung eine Schalteinrichtung umfaßt, die die Impulsdichtesignale von dem Spannungs-Frequenz- Umsetzungsstromkreis empfängt und eine Strom-Miller- Sourceeinrichtung regelt, wobei die Strom-Miller- Sourceeinrichtung einen Ausgangsanschluß aufweist, der mit einem Anschluß zwischen einem in Reihe geschalteten Widerstand und einem kapazitiven Blindwiderstand verbunden ist, wobei der Widerstand und der kapazitive Blindwiderstand über eine Spannungsquelle verbunden sind, und wobei der Anschluß eine Impulsausgangsspannung vorsehen kann, die eine ansteigende Zeitkonstante aufweist, die durch das Produkt der Werte des Widerstands und des kapazitiven Blindwiderstands gegeben ist,wobei die Impulsausgangsspannung ferner eine fallende Zeitkonstante aufweist, die durch die Division des kapazitiven Blindwiderstands durch den Strom gegeben ist, der von der Spannungsquelle durch den Widerstand zu der Strom-Miller- Sourceeinrichtung fließt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Figur 1 ein schematisches Blockdiagramm eines bekannten Hitzdrahtanemometers zur Erzeugung einer Impulsausgabe;
Figur 2 ein Schaltdiagramm eines bekannten Beispiels für einen Regelkreis für eine konstante Temperatur, einen Null-/Spann- Stromkreis und einen Bezugsspannungskreis;
Figur 3 ein Schaltdiagramm eines Beispiels für einen spannungsgeregelten Schwinger, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Figur 4 ein schematisches Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Hitzdrahtanemometers;
Figur 5, Figur 6, Figur 7, Figur 8, Figur 9, Figur 10 und Figur 11 Schaltdiagramme entsprechender Ausführungsbeispiele erfindungsgernäßer Anemometer;
Figur 12 eine bevorzugte Chip-Anordnung;
die Figuren 13 und 14 jeweils einen Integratorfilter-Stromkreis (Dämpfungskreis) gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Anemometer.
In den Figuren bezeichnen übereinstimmende Bezugsziffern die gleichen Teile.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

In Figur 3 ist ein spezifisches Beispiel für den VCO-Stromkreis dargestellt. Die Ausgangsspannung v&sub2; dieses Stromkreises wird durch einen spannungsgeregelten Schwinger 3 (nachstehend mit VCO abgekürzt) in eine Impulsspannung umgewandelt, wobei der Schwinger eine Impulsspannung v&sub3; mit einer Frequenz f umfaßt, die proportional zu dem Spannungswert v&sub2; ist. Der in Figur 3 dargestellte VCO wird durch die Operationsverstärker 901 und 24, Widerstände wie etwa die Widerstände 32, 33, einen Kondensator 35 und einen Transistor 34 gebildet. Der Verstärker 901 ist mit einem Vorspannungsanschluß 902 verbunden. Der Stromkreis des Operationsverstärkers 901 und des Kondensators 35 ist so konfiguriert, daß er die Funktion eines Integrators erfüllt, und wobei der Stromkreis hauptsächlich aus dem Operationsverstärker 24 besteht, und wobei der Widerstand 33 so angeordnet ist, daß er als Vergleicher arbeitet. Wenn die analoge Spannung v&sub2; dem Eingangsanschluß 30 zugeführt wird, wird sie in eine Jrnpulsausgangsspannung v&sub3; konvertiert, die dem Anschluß 31 zugeführt wird, der eine Frequenz aufweist, die zu der angelegten Spannung v&sub2; proportional ist.
Das in der Figur 4 dargestellte Hitzdrahtanemometer umfaßt einen Hitzdraht 11, der den Luftstrom empfängt und die Strömungsgeschwindigkeit erfaßt, sowie einen Kaltdraht 12, der die Lufttemperatur mißt. Der Hitzdraht und der Kaltdraht befinden sich außerhalb eines Einzelchip-Regelkreises 40 mit einer Impulsausgabefunktion, und wobei sich diese Komponenten in einem Luftdurchgang befinden, in dem die Strömungsgeschwindigkeit gemessen wird. Die Antriebsleistung für diese Elemente wird durch den Leistungstransistor 10 vorgesehen, der sich ebenfalls außerhalb des Regelkreises 40 und in dem Luftdurchgang befindet. Zwischen dem Erdpotentialanschluß 99 und dem Anschluß 9 des Regelkreises wird eine Gleichstrom-Spannungsquelle angelegt, wobei der Anschluß 10 mit dem Kollektor-Anschluß des Transistors 10 verbunden ist. Bei dem Anschluß 41 handelt es sich um einen Irnpulsausgangsanschluß, an dem die vorstehend in Verbindung mit Figur 1 beschriebene Impulsspannung v&sub3; vorgesehen ist.
Der Einzelchip-Stromkreis befindet sich in dem Regelkreis 40, und in diesem Stromkreis sind die entsprechenden Teile, wie der Regelkreis 1 für eine konstante Temperatur, der Null-/Spann- Stromkreis 2 und der VCO 1 aus Figur 1 integriert. Ferner können die Stromquellenanschlüsse 9 und 10 miteinander verbunden werden.
Der Regelkreis 40 wird in einem Einzelchip gestaltet, so daß dessen Volumen gering ist, und wobei die entsprechenden Teile in einem kleinen Bereich integriert sind. Folglich kann davon ausgegangen werden, daß die Temperatur der verschiedenen Elemente in dem Chip im wesentlichen gleich ist, so daß der Temperaturausgleich einfacher durchgeführt werden kann.
Desweiteren belegt der Chip eine kleine Fläche, die durch Rauschen, wie etwa durch elektromagnetische Wellen und Stoßwellen nur geringfügig beeinflußt wird, so daß eine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen Umgebungseinflüsse vorgesehen werden kann.
In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stromkreises dargestellt, wobei der herkömmliche Regelkreis 1 für eine konstante Spannung, der Null-/Spann-Stromkreis 2, der VCO 3 und der Spannungsregelkreis 4, die der Beschreibung in bezug auf Figur 1 entsprechen, in dem Ausführungsbeispiel aus Figur 5 in einem einzigen Chip (integrierte Halbleiterschaltung) 1A integriert werden, und wobei es sich bei den Elementen außerhalb des Chips nur um den Hitzdraht 11, den Kaltdraht 12 und den Transistor 10 handelt.
Die Funktionsweise der Schaltung entspricht im wesentlichen der in bezug auf die Figuren 2 und 3 beschriebenen Funktionsweise. Jedoch werden die Werte der Elemente, wie etwa der Widerstände und der Kondensatoren, zur Erleichterung der Integration angepaßt. Aufgrund der Integration wird ferner die für einen Überspannungsschutz dienende Zenerdiode 14 weggelassen. Der Grund dafür ist es, daß der VCO 3 Teil der Integration ist, und daß der Anschluß 30 (siehe Figur 2) für die Spannung v&sub2; nicht mehr außerhalb des Chips vorhanden.
In dem Ausführungsbeispiel aus Figur 5 wird das Anemometer durch vier Teilstücke gebildet, die die auf dem Siliziumchip integrierte Schaltung 1A, den Hitzdraht 11, den Kaltdraht 12 und den Transistor 10 umfassen, so daß ein Sensor ohne Hybridsubstrat realisiert wird und ein außerordentlich kleines Hitzdrahtanemometer gestaltet wird.
Bei der Figur 6 handelt es sich um ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in dem der Transistor 10 auch in dem Chip 1A integriert wird. Aus diesem Grund reduziert sich die Anzahl der Anschlüsse des Chips auf sieben, wobei es sich dabei um ein Hitzdrahtanemometer mit der zur Zeit kleinsten denkbaren Anzahl von Anschlüssen handelt.
Da der Transistor 10 in diesem Ausführungsbeispiel in dem Chip 1A vorhanden ist und da der Leistungsverlust in den Chip austritt, wird die Temperatur in dem Chip durch diese Wärmeerzeugung auf eine vorbestimmte Höhe erhöht. Anders ausgedrückt kann die Chiptemperatur durch Veränderung des Leistungsverbrauchs in dem Transistor leicht angepaßt werden, und wobei die Chiptemperatur auf einen Wert erhöht wird, bei dem die Temperatureigenschaft am geeignetsten ist, wodurch die Präzision des Sensors ausreichend verbessert wird.
Bei der Figur 7 handelt es sich um ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Überspannungsschutzfunktion durch einen Thyristor-Stromkreis 7Z verwirklicht wird.
Dieser Thyristor 7Z wird durch einen Thyristor 7A, einen Kondensator 78 und die Widerstände 7C, 7D gebildet: Der Thyristor 7A befindet sich bei normaler Quellenspannung (die zwischen den Anschlüssen 9 und 99 angelegt wird) in einem ausgeschalteten Zustand, und wobei die normale Quellenspannung dem Operationsverstärker 8 zugeführt wird.
Wenn eine abnorme Spannung vorhanden ist, wie zum Beispiel wenn eine Überspannung auftritt, die an dem Anschluß 9 zugeführt wird, funktionieren der Kondensator 78 und der Widerstand 7C aufgrund des normalerweise schnellen Anstiegs der Spannung als Differentialschaltung, wobei der Thyristor 7A eingeschaltet wird, und wobei die Spannung zwischen beiden Anschlüssen auf eine niedrige Spannung von etwa 1V verringert wird, wodurch der Operationsverstärker 8 geschützt wird.
Der Thyristor ist in dem Chip im Vergleich zu der normalerweise verwendeten Zenerdiode klein ausgebildet, wobei die Chipfläche im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel mit Zenerdiode aus Figur 5 noch kleiner ist, und wobei es sich bei der Schutzoperation um einen sehr schnellen Vorgang handelt, durch den die Schaltung ausgezeichnet geschützt wird.
Bei der Figur 8 handelt es sich um ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei in dem Chip 1A ferner ein Impulsform-Integrationsfilter-Stromkreis (Dämpfungskreis) 8Z vorhanden ist.
Der Dämpfungskreis 8Z dient zur Verlängerung der Anstieg- und Abfallzeit der Ausgangsspannungwellenform v&sub2;&sub4; von dem Operationsverstärker 24, um Hochfrequenzkomponenten in der Wellenform zu beseitigen. Somit verringert der Stromkreis 8Z die elektromagnetischen Störungen, die durch die Hochfrequenzkomponenten, die in der Impulsausgabespannung an dem Anschluß 41A auftreten würden, ansonsten auf andere Maschinen ausgeübt werden würden.
Der Wellenform-Integratorfilter-Stromkreis (Dämpfungskreis) 8Z wird in diesem Ausführungsbeispiel durch die Widerstände 8A, 8B, 8E, die Kondensatoren 8C, 8F und einen Transistor 8D gebildet, dessen Anstiegzeit hauptsächlich durch den Widerstand 8E und den Kondensator 8F angepaßt wird, und wobei dessen Abfallzeit hauptsächlich durch den Widerstand 8A und den Kondensator 8C angeglichen wird.
Dieser Wellenform-Dämpfungskreis 8Z wird für gewöhnlich außerhalb des Chips vorgesehen. Wenn der Stromkreis jedoch in dem Chip eingebaut wird, wie dies in dem Ausführungsbeispiel aus Figur 8 der Fall ist, so erhöht sich die Fläche des Hybridsubstrats nicht sehr, was den Vorteil zur Folge hat, daß sich die Gesamtgröße des Anemometers verringert.
Da die integrierte Konstruktion des Stromkreises 8Z insgesamt durch die Temperatur auf die gleiche Weise beeinträchtigt wird wie dies bei den anderen Stromkreisen der Fall ist, kann ferner der Vorteil eines verbesserten Temperaturausgleichs erzielt werden.
Bei der Figur 9 handelt es sich um ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in dem der VCO 3 durch die Operationsverstärker 901, 24B, einen Vergleicher 24A und die Widerstände 83, 84, 85 gebildet wird. Dabei entspricht die Funktion der Spannungsumsetzung in Impulse mit einer die Spannung darstellenden Frequenz jedoch den vorstehenden Ausführungsbeispielen
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Vergleicherspannung Vc (durch die Widerstände 82, 82A geteilte Spannung) des Vergleichers 24A dem Ternperaturmerkmal hinzugefügt, um die Temperatureigenschaft bei der Spännungs-Frequenz-Umsetzung zu verbessern bzw. zu erhöhen, wobei die Einstellung dieses Temperaturkoeffizienten durch Veränderung des in die Zenerdiode 81 fließenden Stroms realisiert wird (der Temperaturkoeffizient der Zenerdiode variiert normalerweise in Abhängigkeit von dem durch die Diode fließenden Strom), und wobei dieser Vorgang durch Veränderung des Widerstandswertes des Widerstands 80 durchgeführt wird.
Da die Spannung Vc durch das Widerstands-Divisionsverhältnis 82A/(82+82A) der Widerstände 82, 82A ermittelt wird, kann der Temperatureinfluß der Widerstände 82, 82A selbst in diesem Ausführungsbeispiel während des Ausgleichs verringert werden, wodurch eine hohe Präzision ermöglicht wird.
Bei der Figur 10 handelt es sich um ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Anemometers, wobei in dem Regelkreis 1 für eine konstante Temperatur ein Phasenkompensationskreis 101 vorgesehen wird, um die Übergangseigenschaft des Anemometers zu verbessern (spezifisch eine Frequenzveränderung der Impulsausgangsspannung als Reaktion auf Veränderungen der Luftstromgeschwindigkeit), wobei dieser Kompensationskreis durch die Widerstände 90, 91, 93 und einen Kondensator 92 gebildet wird. Somit wird die Übergangseigenschaft durch die entsprechende Auswahl der Werte dieser Elemente verbessert.
Ferner werden die Widerstände 90, 93 in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls in dem Chip 1A vorgesehen, wodurch die Einstellung dessen Eigenschaft präziser durchgeführt werden kann. Eine gute Präzision auf einem Hybridsubstrat und eine Verbesserung der Eigenschaft können dadurch erzielt werden, daß der Widerstand 90 ungefähr den Widerstandswert aufweist, der für die Kombination der Widerstände 90 und 91 erforderlich ist, und daß der Widerstand 91 mit einem verhältnismäßig niedrigen Widerstandswert versehen wird, der durch Laser-Trimmen eingestellt werden kann.
Bei der Figur 11 handelt es sich um ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Anemometers, wobei sich die Widerstände, wie zum Beispiel 21, 201, 203, außerhalb des Chips 1A befinden. Durch entsprechende Einstellung bzw. entsprechendes Trimmen dieser Widerstände kann die Präzision des Messers bzw. des Sensors erhöht werden. Die Widerstände, wie zum Beispiel 21, 201, 203, werden als Widerstände auf dem Hybridsubstrat erzeugt, und die kennzeichnende Dispersion und der Temperaturkoeffizient dieser Widerstände sind im Vergleich zu den Widerständen (die durch Diffusion in einem Halbleiter erzeugt werden) in dem Chip gering, und wobei Laser-Trimmen auf dem Hybridsubstrat eine höhere Präzision des Sensors ermöglicht.
In Figur 12 ist eine Anordnung der zu integrierenden Stromkreise und des Transistors in dem Chip vorgesehen, wobei die analogen Reihenschaltungen, wie zum Beispiel der Regelkreis 1 für eine konstante Temperatur, der Null-/Spann-Stromkreis 2, der Regelkreis 4 für eine konstante Spannungsquelle und die digitale (Impuls) Reihenschaltung des VCO 3, auf entsprechenden Seiten des Transistors 10 angeordnet sind.
In der Anordnung aus Figur 12 sind die analogen Reihenschaltungen 1, 2, 4 durch den Transistor 10 körperlich von der digitalen Reihenschaltung 3 getrennt, wodurch eine elektrische Kopplung und Störung (insbesondere eine kapazitive Kopplung) zwischen beiden Stromkreisen bzw. Schaltungen verringert werden. Der Grund dafür ist es, daß das elektrische Rauschen durch den Transistor 10 abgeschirmt wird. Folglich werden eine hohe Rauschwiderstandsfähigkeit sowie eine hohe Zuverlässigkeit erzielt.
In den Figuren 13 und 14 ist jeweils ein Integratorfilter- Stromkreis (Dämpfungskreis) gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei einem Anemometer dargestellt.
Aufgrund der Tatsache, daß der Dämpfungskreis aus Figur 8 einen Kondensator 8C erfordert, bei dem es sich um einen Kondensator mit hohem Wert handeln muß, der auf dem IC-Chip viel Platz in Anspruch nimmt, wurden neue Dämpfungskreise entwickelt, die in den Figuren 13 und 14 dargestellt sind.
Der in der Figur 13 dargestellte Dämpfungskreis ist mit dem Anschluß 41 verbunden und umfaßt einen Schalt-n-p-n-Transistor 809, dessen Basis-Anschluß mit dem Anschluß 41 verbunden ist, wobei dessen Emitter-Anschluß mit der Erdspannung verbunden ist, und wobei dessen Kollektor-Anschluß über den Vorspannungswiderstand 801 mit dem Potential Ve verbunden ist. Der Kollektor-Anschluß des Transistors 809 ist ferner mit dem Kollektor-Anschluß und dem Basis-Anschluß eines n-p-n- Transistors 810 verbunden, wobei der Emitter-Anschluß des Transistors 810 ferner mit der Erdspannung verbunden ist. Die Basiselektrode des Transistors 810 ist mit der Basis eines n-p- n-Transistors 811 verbunden, wobei dessen Kollektor-Anschluß mit der Verbindungsstelle zwischen dem Lastwiderstand 8E und dem Kondensator 8F verbunden ist. Der Transistor 811 umfaßt ferner eine geerdete Emitter-Elektrode. Die Transistoren 810 und 811 bilden eine Strom-Miller-Quelle. Wenn der Transistor 809 im Betrieb ausgeschaltet wird, steigt die Spannung der Kollektor-Anschlüsse der Transistoren 809, 810 und der Basis- Anschlüsse der Transistoren 810, 811 an und durch den Transistor 810 fließt Strom. Als Folge daraus fällt die Spannung an dem Kollektor-Anschluß des Transistors 811 ungefähr auf Erdspannung ab, was dazu führt, daß die Spannungsausgabe an dem Anschluß 41A mit einer Zeitkonstante sinkt, die durch die Division des Wertes des Kondensators 8F durch den in dem Kollektor-Anschluß des Transistors 811 fließenden Strom gegeben ist. Wenn der Transistor 809 eingeschaltet wird, werden die Transistoren 810 und 811 ausgeschaltet, was dazu führt, daß sich die Spannung an dem Anschluß 41A erhöht, Strom durch den Kondensator 8F fließt und die Spannung an dem Kondensator 8F, d.h. an dem Anschluß 41A, mit einer Zeitkonstante ansteigt, die durch das Produkt der Werte des Widerstands 8E und des Kondensators 8F gegeben ist.
In dem Ausführungsbeispiel aus Figur 14 wird der Dämpfungskreis mit einem externen Kondensator 820 versehen. Da der Kondensator 8F als sogenannter, allgemein bekannter "Durchführungskondensator" angeordnet ist, ist es bekannt, daß diese Kondensatoren durch die Temperatur stark beeinflußt werden. Der sich außerhalb des großintegrierten Schaltkreises befindende Kondensator 8F sieht jedoch andererseits eine sehr gute Temperaturkompensation vor. Durch Parallelschaltung der Kondensatoren 8F und 820 wird das Ergebnis erzielt, daß sich die Temperaturkompensation der des Kondensators 820 nähert, d.h. die Temperaturkompensation ist gut.
Bei der vorliegenden Erfindung können die entsprechenden Elemente mit Ausnahme der Hitz- und Kaltdrähte in einem gemeinsamen Chip integriert, was die Vorteile mit sich bringt, daß der Sensor an sich klein ist und die Anzahl der Außenanschlüsse geringer ist. Folglich haben die externen Einflüsse, wie zum Beispiel durch Stoßspannung und elektromagnetische Wellen (Funkwellen), kaum Einfluß auf das Anemometer, und wobei dessen Präzision bzw. Genauigkeit durch eine verbesserte Temperaturkompensation unter Ausnutzung der Temperaturverteilung in dem Chip erhöht wird.

Claims

1. Hitzdrahtanemometer zur Erzeugung einer Impulsausgabe, wobei das Anemometer eine Kombination aus einem Hitzdrahtelement (11) zur Erfassung der Luftstromgeschwindigkeit, einem Kaltdrahtelement (12) zur Erfassung der Lufttemperatur und einer elektronischen Schaltung zur Erzeugung der Impulsausgabe umfaßt, wobei die Schaltung mindestens einen Regelkreis (1) für eine konstante Temperatur aufweist, wobei dieser Regelkreis einen Leistungstransistor (10) umfaßt, und wobei der Regelkreis den durch das Hitzdrahtelement fließenden Strom so regelt, daß dessen Temperatur im wesentlichen konstant bleibt, und wobei die Schaltung ferner einen Null-/Spann-Stromkreis (2) zum Ausgleich und zur Modifikation der für das Hitzdrahtelement (11) charakteristischen Ausgabe aufweist, gekennzeichnet durch einen ebenfalls in der elektronischen Schaltung vorhandenen Spannungs-Frequenz-Umsetzungsstromkreis (3) zum Empfang der Ausgabe des Null-/Spann-Stromkreises (2), wobei die von dem Hitzdrahtelement (11) erfaßte Luftstromgeschwindigkeit von dem Spannungs-Frequenz-Umsetzungsstromkreis (3) als Impulsdichtesignale ausgegeben wird, und wobei der Null-/Spann- Stromkreis (2), der Spannungs-Frequenz-Umsetzungsstromkreis (3) und alle Teile des Regelkreises für eine konstante Temperatur, mit Ausnahme des Leistungstransistors, auf einem gemeinsamen Halbleiterchip ausgebildet sind, so daß eine integrierte Schaltung erzeugt wird, wobei sich der Leistungstransistor separat außerhalb des Halbleiterchips befindet.

2. Hitzdrahtanemometer zur Erzeugung einer Impulsausgabe, wobei das Anemometer eine Kombination aus einem Hitzdrahtelement (11) zur Erfassung der Luftstromgeschwindigkeit, einem Kaltdrahtelement (12) zur Erfassung der Lufttemperatur und einer elektronischen Schaltung zur Erzeugung der Impulsausgabe umfaßt, wobei die Schaltung mindestens einen Regelkreis (1) für eine konstante Temperatur aufweist, wobei der Regelkreis den durch das Hitzdrahtelement fließenden Strom so regelt, daß dessen Temperatur im wesentlichen konstant bleibt, und wobei die Schaltung ferner einen Null-/Spann-Stromkreis (2) zum Ausgleich und zur Modifikation der für das Hitzdrahtelement (11) charakteristischen Ausgabe aufweist, gekennzeichnet durch einen ebenfalls in der elektronischen Schaltung vorhandenen Spannungs-Frequenz-Umsetzungsstromkreis (3) zum Empfang der Ausgabe des Null-/Spann-Stromkreises (2), wobei die von dem Hitzdrahtelement (11) erfaßte Luftstromgeschwindigkeit von dem Spannungs-Frequenz-Umsetzungsstromkreis (3) als Impulsdichtesignale ausgegeben wird, und wobei alle Teile des Regelkreises (1) für eine konstante Temperatur, der Null- /Spann-Stromkreis (2) und der Spannungs-Frequenz- Umsetzungsstromkreis (3), mit Ausnahme der Einstell- Widerstandselemente (201, 203), auf einem gemeinsamen Halbleiterchip ausgebildet sind, so daß eine integrierte Schaltung erzeugt wird, wobei sich die Einstell- Widerstandselemente separat außerhalb des Halbleiterchips befinden, und wobei diese Elemente auf einem Hybridschaltungssubstrat angebracht sind.

3. Hitzdrahtanemometer zur Erzeugung einer Impulsausgabe, wobei das Anemometer eine Kombination aus einem Hitzdrahtelement (11) zur Erfassung der Luftstromgeschwindigkeit, einem Kaltdrahtelement (12) zur Erfassung der Lufttemperatur und einer elektronischen Schaltung zur Erzeugung der Impulsausgabe umfaßt, wobei die Schaltung mindestens einen Regelkreis (1) für eine konstante Temperatur aufweist, wobei dieser Regelkreis einen Leistungstransistor (10) umfaßt, und wobei der Regelkreis den durch das Hitzdrahtelement fließenden Strom so regelt, daß dessen Temperatur im wesentlichen konstant bleibt, und wobei die Schaltung ferner einen Null-/Spann-Stromkreis (2) zum Ausgleich und zur Modifikation der für das Hitzdrahtelement (11) charakteristischen Ausgabe aufweist, gekennzeichnet durch einen ebenfalls in der elektronischen Schaltung vorhandenen Spannungs-Frequenz-Umsetzungsstromkreis (3) zum Empfang der Ausgabe des Null-/Spann-Stromkreises (2), wobei die von dem Hitzdrahtelement (11) erfaßte Luftstromgeschwindigkeit von dem Spannungs-Frequenz-Umsetzungsstromkreis (3) als Impulsdichtesignale ausgegeben wird, und wobei sich die die Teile des Regelkreises (1) für eine konstante Temperatur darstellenden Einrichtungen, der Null-/Spann-Stromkreis (2), der Spannungs-Frequenz-Umsetzungsstromkreis (3) und der Leistungstransistor (10) zur Regelung des Heizstroms für das Hitzdrahtelement (11) alle auf dem Halbleiterchip befinden, so daß eine integrierte Schaltung gebildet wird.

4. Hitzdrahtanemometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektronische Schaltung einen Überspannungs Schutzkreis (14, 7Z) aufweist, der sich auf dem gemeinsamen Halbleiterchip befindet es

5. Hitzdrahtanemometer nach Anspruch 4, wobei der Überspannungs-Schutzkreis durch einen Thyristor (7Z) gebildet wird.

6. Hitzdrahtanemometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektronische Schaltung einen Integratorfilter- Stromkreis (wellenformdämpfend) (8A - 8F; 801 - 811, 8E, 8F) aufweist, der zur Dämpfung der Impulssignalausgabe auf dem gemeinsamen Halbleiterchip ausgebildet ist.

7. Hitzdrahtanemometer nach Anspruch 3, wobei sich ein durch den Regelkreis (1) für eine konstante Temperatur gebildeter analoger Schaltungsabschnitt und ein durch den Spannungs- Frequenz-Umsetzungsstromkreis (3) gebildeter digitaler Schaltungsabschnitt auf entsprechenden entgegengesetzten Seiten des Leistungsstransistors (10) befinden, um den Strom für das Hitzdrahtelement (11) auf dem Halbleiterchip zu regeln.

8. Schaltung zur Verwendung in einem Hitzdrahtanemometer gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Schaltung eine Schalteinrichtung (809) umfaßt, die die Impulsdichtesignale von dem Spannungs-Frequenz-Umsetzungsstromkreis (3) empfängt und eine Strom-Miller-Sourceeinrichtung (810, 811) regelt, wobei die Strom-Miller-Sourceeinrichtung (810, 811) einen Ausgangsanschluß aufweist, der mit einem Anschluß zwischen einem in Reihe geschalteten Widerstand (8E) und einem kapazitiven Blindwiderstand (8F) verbunden ist, wobei der Widerstand und der kapazitive Blindwiderstand über eine Spannungsquelle (9, 99) verbunden sind, und wobei der Anschluß eine Impulsausgangsspannung vorsehen kann, die eine ansteigende Zeitkonstante aufweist, die durch das Produkt der Werte des Widerstands (8E) und des kapazitiven Blindwiderstands (8F) gegeben ist,wobei die Impulsausgangsspannung ferner eine fallende Zeitkonstante aufweist, die durch die Division des kapazitiven Blindwiderstands (8F) durch den Strom gegeben ist, der von der Spannungsquelle (9, 99) durch den Widerstand (8E) zu der Strom-Miller-Sourceeinrichtung (810, 811) fließt.

9. Schaltung nach Anspruch 8, wobei die Schalteinrichtung (809), die Strom-Miller-sourceeinrichtung (810, 811), der Widerstand (8E) und der kapazitive Blindwiderstand (8F) auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat vorgesehen sind, und wobei ein weiterer kapazitiver Blindwiderstand (820) parallel zu dem kapazitiven Blindwiderstand (8F) geschaltet ist, wobei sich dieser weitere kapazitive Blindwiderstand jedoch außerhalb des Substrats befindet.

10. Schaltung nach Anspruch 8 oder 9, wobei es sich bei der Schalteinrichtung um einen Transistor (909) handelt.

11. Schaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Strom-Miller-Sourceeinrichtung (810, 811) ein Transistorpaar umfaßt, wobei einer der Transistoren mit der Schalteinrichtung (809) verbunden ist, wobei die Basiselektroden des Transistorpaares basisverbunden sind, wobei die Emitterelektrode dadurch mit einer Spannungsquelle (99) gemeinsam verbunden ist, und wobei die mit der Schalteinrichtung (809) verbundenen Basis- und Kollektorelektroden des Transistors (810) miteinander verbunden sind,

12. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Spannungs-Frequenz-Umsetzungsstromkreis (3) einen spannungsgeregelten Schwinger umfaßt, der einen Integrator (901) aufweist, der so geschaltet ist, daß er eine Vorspannung empfängt und einen Eingang eines Vergleichers (24A) vorsieht, wobei der andere Eingang des Vergleichers durch eine temperaturcharakteristische Anreicherungseinrichtung (81, 82, 82A) vorgesehen ist, und wobei der Ausgang des Vergleichers (24A) die Impulsausgabe vorsieht.

13. Schaltung nach Anspruch 12, wobei die temperaturcharakteristische Anreicherungseinrichtung einen ohmschen Spannungsteiler (82, 82A) umfaßt, der so geschaltet ist, daß die Spannung von einer Vorrichtung (81) geregelt wird, die von dem Temperaturkoeffizienten abhängig ist.

14. Schaltung nach Anspruch 13, wobei es sich bei der von dem Temperaturkoeffizienten abhängigen Vorrichtung um eine Zenerdiode (81) handelt, wobei der Strom durch diese Diode durch den schaltungsinternen Widerstand des Widerstands (80) geregelt wird.