DE69121016T2

DE69121016T2 - Hitzdraht Durchflussmesser

Info

Publication number: DE69121016T2
Application number: DE69121016T
Authority: DE
Inventors: Hisashi Kayano; Tomokazu Kondo; Yukio Sawada
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1990-05-30
Filing date: 1991-05-29
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2011-05-30
Also published as: EP0459468B1; DE69121016D1; EP0459468A3; JPH04230807A; JP2913887B2; EP0459468A2; US5282385A

Description

GRUNDLAGEN DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Durchflußmesser vom Hitzdrahttyp, der zur Verwendung bei der Messung der Ansaugluftrate einer Brennkraftmaschine geeignet ist.
Es sind Durchflußraten-Meßsysteme bekannt, bei welchen die Durchflußrate eines Fluids in einem Hauptdurchgang bestimmt wird durch Ermitteln der Durchflußrate in einem Umgehungsdurchgang (Bypass-Durchgang), durch den ein Teil des im Hauptdurchgang strömenden Fluids in einem vorbestimmten Verhältnis strömt. Ein System dieser Art ist beispielsweise der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 57- 105551, der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 56-163668 und dem U.S.-Patent Nr. 4 709 581 zu entnehmen.
Bei diesem Durchflußraten-Meßsystem mit einem Umgehungsdurchgang vereinigt sich der Umgehungsdurchgang mit dem Ansaugdurchgang bei der engsten Stelle einer im Ansaugkanal vorgesehenen Verengung oder Öffnung. Somit wird in Abhängigkeit von der durch die Verengung im Ansaugkanal erzeugten Druckdifferenz in den Umgehungsdurchgang Luft eingeleitet, deren Menge der Luftströmung im Ansaugkanal entspricht.
Zwischenzeitlich offenbart die japanische Offenlegungsschrift Nr. 55-48614 einen Hitzdraht-Durchflußmesser, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids unter Verwendung der Tatsache gemessen wird, daß eine von einem aufgeheizten elektrischen Widerstandsdraht zu dem strömenden Fluid übertragene Wärmemenge in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids veränderlich ist.
Elektrische Widerstände zur Verwendung in Hitzdraht- Durchflußmessern der vorstehend beschriebenen Art sind beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 55-104513, der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 59- 151020 und dem U.S.-Patent Nr. 4 793 176 offenbart. Diese elektrischen Widerstände weisen im allgemeinen ein Rohr auf, das beispielsweise aus Keramik besteht, sowie eine um das Rohr gewickelte Platin-Leitung, deren beider Anschlußenden mit Anschlußleitungen verbunden sind, die sich axial durch eine axiale Bohrung in dem Rohr erstrecken.
Bei diesem elektrischen Widerstandstyp sind beide Endbereiche der Platin-Leitung unter beiden längs angeordneten Endbereichen des Rohrs zur Verbindung mit den Anschlußleitungen angeordnet. Die Platin-Leitung neigt zum Abrutschen von den Endbereichen, so daß sie abgeschnitten werden kann und dies zu einer schlechten Produktivität (Ausbeute) führt.
Im allgemeinen bieten Hitzdraht-Durchflußmesser dieses Typs eine größere Empfindlichkeit oder eine schnellere Reaktion auf Änderungen in der Durchflußrate oder der Temperatur, wenn die Wärmeisolation zwischen dem heißen elektrischen Widerstand und den zugehörigen normal temperierten Teilen verbessert wird. Eine Verlängerung der Anschlußleitungen an beiden Enden des elektrischen Widerstands ist eine wirksame Maßnahme zur Erhöhung der vorstehend genannten Wärmeisolation. Entsprechend praktischer Erwägungen ist jedoch die Länge der Anschlußleitungen begrenzt, da die Abmessungen des Fluiddurchgangs im Durchflußmesser begrenzt ist und da der elektrische Widerstand senkrecht zur Strömung des Fluids in einem derart verengten Durchgang angeordnet werden muß.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 59-104513 offenbart einen elektrischen Widerstand, in welchem die Anschlußleitungen zur Erzielung einer größeren Länge senkrecht gebogen sind. Diese Anordnung erfordert jedoch eine mechanische Festigkeit der Anschlußleitungen.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 62-127632 offenbart einen Hitzdraht-Durchflußmesser, bei dem ein elektrischer Widerstand zwischen ein Paar von Anschlußleitungen geschaltet ist, die sich in der Weise entlang des Fluiddurchgangs erstrecken, daß sich der elektrische Widerstand über den Durchflußweg des Fluids im Fluiddurchgang erstreckt. Dieser Durchflußmesser ist jedoch infolge seines komplizierten Aufbaus kaum brauchbar.
Die EP-A-0 116 144 beschreibt einen Durchfluß- Erfassungswiderstand, der auf einen Zylinder aufgewickelt ist, wobei die Anschlußleitungen axial vom Zylinder weg verlaufen und den Zylinder stützen.
Die JP-A-63-231223 offenbart ein Glasrohr mit einem damit umgebenen Durchflußmesserwiderstand mit Anschlußleitungen, die von den Rohrenden weg verlaufen in derselben Richtung senkrecht zur Rohrachse. Die GB-A-2 196 433 zeigt einen Widerstand, der um eine an jedem Ende durch Stifte gehaltenen Spule gewickelt ist. Die EP-A-0 173 946 offenbart einen Durchflußmesser mit Stützstiften für einen in einem Umgehungsdurchgang angeordneten Widerstand.

KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschriebenen Probleme des Standes der Technik zu beseitigen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hitzdraht-Durchflußmesser bereitzustellen, der gleichermaßen bezüglich der Ansprechempfindlichkeit und der Herstellbarkeit verbessert ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hitzdraht-Durchflußmesser bereitzustellen, bei dem der elektrische Widerstand und die Anschlußleitungen senkrecht zur Strömung des Fluids angeordnet sind, wobei eine größere Länge der Anschlußleitungen ermöglicht und eine Verbesserung sowohl der Herstellbarkeit als auch der Ansprechempfindlichkeit erzielt wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines in einem Hitzdraht-Durchflußmesser verwendbaren elektrischen Widerstands anzugeben.
Die Erfindung ist gemäß Patentanspruch 1 angegeben.

KURZBEZEICHNUNG DER FIGUREN

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen Wärmeerzeugungswiderstand zur Verwendung in einem ersten Ausführungsbeispiel des Hitzdraht-Durchflußmessers gemäß Fig. 2;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels des Hitzdraht-Durchflußmessers gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist eine Schaltungsanordnung einer elektrischen Schaltung, die im ersten Ausführungsbeispiel des Durchlußmessers enthalten ist;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht des Wärmeerzeugungswiderstands gemäß Fig. 1;
Fig. 5 ist ist eine perspektivische Ansicht des Wärmeerzeugungswiderstands gemäß Fig. 1;
Fig. 6A bis 6F sind grafische Darstellungen zur Veranschaulichung der Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des Wärmeerzeugungswiderstands gemäß Fig. 1;
Fig. 7 ist eine Draufsicht auf einen Wärmeerzeugungswiderstand zur Verwendung im zweiten Ausführungsbeispiel des Durchflußmessers in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ist eine Schnittansicht des Wärmeerzeugungswiderstands gemäß Fig. 7;
Fig. 9A bis 9E sind grafische Darstellungen zur Veranschaulichung der Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des in Fig. 7 gezeigten Wärmeerzeugungswiderstands;
Fig. 10 ist eine Draufsicht auf einen Wärmeerzeugungswiderstand zur Verwendung in einem dritten Ausführungsbeispiel des Durchflußmessers gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 ist eine perspektivische Darstellung des Wärmeerzeugungswiderstands gemäß Fig. 10;
Fig. 12 ist eine Teilschnittansicht eines vierten Ausführungsbeispiels des Hitzdraht-Durchflußmessers gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 ist eine Grundrißansicht des Hitzdraht- Durchflußmessers gemäß Fig. 12;
Fig. 14 ist eine grafische Darstellung eines Durchflußflächenverhältnisses im vierten Ausführungsbeispiel des Durchflußmessers;
Fig. 15 ist eine perspektivische Darstellung eines Aufbaus zum Halten eines Widerstands im vierten Ausführungsbeispiel des Durchflußmessers; und
Fig. 16 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Durchflußflächenverhältnis eines verengten Teils und einem Durchflußraten-Meßfehler im vierten Ausführungsbeispiel

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 zeigt einen Wärmeerzeugungswiderstand 1, der in einem ersten Ausführungsbeispiel des Hitzdraht- Durchflußmessers der in Fig. 2 gezeigten Erfindung vorgesehen ist.
Wie aus Fig. 3 erkennbar ist, steht der Wärmeerzeugungswiderstand 1 mit den Widerständen 11, 12 und 13 zur Bildung einer Brückenschaltung in Verbindung. Eine Rückkopplungsschaltung ist zur Ansteuerung eines Transistors 15 vorgesehen. In der Rückkopplungsschaltung verstärkt ein Differenzverstärker 14 eine Spannungsdifferenz in der Brückenschaltung und gibt eine verstärkte Spannung zur Ansteuerung des Transistors 15 aus. Die Spannungsdifferenz bildet dabei ein Ausgangssignal zur Darstellung der Durchflußrate des durch den Durchgang strömenden Fluids. Gemäß Fig. 2 ist der Wärmeerzeugungswiderstand 1 zusammen mit einem Temperaturkompensationswiderstand 13 im Fluiddurchgang angeordnet und wird mittels der vorstehend genannten Rückkopplungsschaltung in der Weise gesteuert, daß seine Temperatur größer als ein vorbestimmter Pegel von etwa 100º C von der Umgebungstemperatur gehalten wird. Eine Ansteuerungsschaltung umfaßt den vorstehend angegebenen Verstärker 14, während der Transistor 15 in einem Gehäuse 20 untergebracht ist. Die Widerstände 1 und 13 werden jeweils durch Stifte 21, 22 und Stifte 23, 24 gehalten und sind auf einem Träger 25 angeordnet, der zusammen mit den vorstehend angegebenen Stiften 21, 22, 23 und 24 ausgebildet ist. Der Träger 25 ist an einer Kammer 30 gesichert zur Bildung eines Teils einer Wand zur Bestimmung eines Ansaugdurchgangs der Brennkraftmaschine. Die Kammer 30 umfaßt einen Umgehungsdurchgang 33 (Bypass-Durchgang), der mit einem Hauptdurchgang 32 in Verbindung steht. Der Wärmeerzeugungswiderstand 1 und der Temperaturkompensationswiderstand 13 sind in dem Umgehungsdurchgang 33 angeorndet. Die Kammer 30 ist an ihrem Einlaßende 31 mit einem (nicht gezeigten) Luftreiniger verbunden, während ein Ausgang 34 der Kammer 30 zur Brennkammer einer Brennkraftmaschine über ein (nicht gezeigtes) Drosselventil führt.
Der Wärmeerzeugungswiderstand 1 wird nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 4 und 5 beschrieben. Ein Rohr 2, bestehend aus einem keramischen Material wie beispielsweise Aluminiumoxid als ein elektrisch isolierendes Material, weist an seinen beiden Endbereichen diametrale Vertiefungen 25 und 26 auf. Um das Rohr 2 ist ein Platindraht 5 gewickelt. Die Vertiefungen 25 und 26 nehmen Enden von Anschlußleitungen 3 und 4 auf. Diese Enden der Anschlußleitungen 3 und 4 sind beispielsweise durch Verschweißen mit dem Platindraht 5 verbunden. Die Verbindung zwischen dem Platindraht 5 und den Anschlußleitungen 3 und 4 kann erreicht werden durch Anwendung einer leitfähigen Paste an den Verbindungsbereichen und Brennen dieser Paste. Die Anschlußleitungen 3 und 4 erstrecken sich senkrecht zur Achse des Rohrs 2 und in entgegengesetzten Richtungen jeweils zueinander. Die anderen Enden der Anschlußleitungen 3 und 4 werden mit den Enden der Haltestifte 21 und 22 verbunden. Der Platindraht 5 ist mit einer schützenden Schicht 6 versehen. Diese schützende Schicht 6 kann ausgebildet werden durch Anwendung eines Gemischs von Bleiglaspulver und einem Binder und Brennen desselben bei einer Temperatur von etwa 600º C. Der Wärmeerzeugungswiderstand ist derart angeordnet, daß sich das Rohr 2 senkrecht zur Achse des Umgehungsdurchgangs 33 erstreckt.
In der Haltestruktur gemäß Fig 1 ist die Gesamtlänge der Anschlußleitungen 3 und 4 nicht kleiner als die Differenz (L1 - L2) zwischen dem Abstand L1 zwischen beiden Haltestiften 21 und 22 und der axialen Länge L2 des Rohrs 2.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung des Wärmeerzeugungswiderstands 1 unter spezieller Bezugnahme auf die Fig. 6A bis 6F beschrieben. Als erster Schritt des Verfahrens wird ein Rohr 2 aus dem vorstehend angegebenen elektrisch isolierenden Material durch Formen und Brennen, wie es in Fig. 6A gezeigt ist, gebildet. Sodann werden die Vertiefungen 25 und 26 gemäß Fig. 6B in vorbestimmten Intervallen gebildet. Danach wird der Platindraht 5 gemäß Fig. 6C um das Rohr 2 gewickelt. Gemäß Fig. 6D werden die Anschlußenden der Anschlußleitungen 3 und 4 in den Vertiefungen 25 und 26 angeordnet und mit dem Platindraht 5 verschweißt. Gemäß Fig. 6E wird eine Schutzschicht 6 auf den Platindraht aufgebracht. Schließlich wird die derart ausgebildete kontinuierliche lineare Struktur in vorbestimmte Teile geschnitten, wodurch unabhängige Wärmeerzeugungswiderstände 1 erhalten werden, wie es in Fig. 6F gezeigt ist.
Im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels sind die Anschlußleitungen 3 und 4 des Wärmeerzeugungswiderstands 1 in den Vertiefungen 25 und 26 angeordnet, die im Rohr 2 ausgebildet sind, so daß sie in stabiler Weise mit dem Platindraht 5 verbunden werden können, wodurch ein Risiko des Abbrechens des Platindrahts 5 vermieden wird. Die Anschlußleitungen 3 und 4 erstrecken sich senkrecht zum Rohr 2, d. h. parallel zu dem Umgehungsdurchgang 33 (Fig. 2), so daß sie eine größere Länge trotz des geringen Durchmessers des Umgehungsdurchgangs 33 aufweisen können. Es ist daher möglich, einen großen Wärmeisolationseffekt zwischen dem Rohr 2, das auf einer hohen Temperatur gehalten wird, und den Haltestiften 21 und 22, die auf normaler Temperatur gehalten werden, zu erzielen, wobei die Ansprechempfindlichkeit verbessert wird. Da die Anschlußleitungen 3 und 4 senkrecht zum Rohr 2 angeordnet sind, ermöglicht der beschriebene Ablauf die Herstellung einer großen Menge von Wärmeerzeugungswiderständen, wodurch eine bemerkenswerte Verbesserung der Herstellbarkeit gewährleistet ist.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verlaufen die Anschlußleitungen 3 und 4 in entgegengesetzten Richtungen.
Im beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel sind bei dem Wärmeerzeugungswiderstand 1 die Enden der Anschlußleitungen 3 und 4 in den Vertiefungen 25 und 26, die in beiden Endbereichen des Rohrs 2 ausgebildet sind, angeordnet.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, weist der Wärmeerzeugungswiderstand 1 diarnetrale Bohrungen 27 und 28 in beiden Endbereichen des Rohrs 2 zur Aufnahme der Enden der Anschlußleitungen 3 und 4 auf. Der Platindraht 5 ist um die Enden der Anschlußleitungen 3 und 4 gewickelt, wodurch ein elektrischer Kontakt hergestellt wird. Dieser Wärmeerzeugungswiderstand 1 wird beispielsweise gemäß dem nachfolgenden Verfahren hergestellt. In einem ersten Schritt werden die diametralen Durchbohrungen 27 und 28 gemäß Fig. 9 im Rohr 2 gebildet. Das Rohr 2 wird dann zusammen mit den Enden der Anschlußleitungen 3 und 4, die in den Durchbohrungen 27 und 28 gemäß Fig. 9B aufgenommen sind, gebrannt. Danach wird der Platindraht 5 um das Rohr 2 gewickelt und mit den Anschlußleitungen 3 und 4, wie es in Fig. 9C gezeigt ist, verschweißt. Danach wird eine Schutzschicht 6 gemäß der Angabe in Fig. 9 auf dem Platindraht 5 und dem Rohr 2 ausgebildet. Schließlich wird das längliche kontinuierliche Werkstück in unabhängige Wärmeerzeugungswiderstände 1 gemäß Fig. 9E geschnitten.
In einem dritten Ausführungsbeispiel umfaßt der Wärmeerzeugungswiderstand 1 Anschlußleitungen 3 und 4, die senkrecht und parallel zu der Längsachse des Rohrs 2 gebogen sind und gemäß den Fig. 10 und 11 mit den Haltestiften 21 und 22 verbunden sind.
In den Fig. 12 und 13 steht ein Hitzdraht-Durchflußmesser 100 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung über eine Rohrleitung in Verbindung mit dem stromabseitigen Ende eines (nicht gezeigten) Luftreinigers. Entsprechend der Anzeige durch einen Pfeil A in Fig. 12 wird Luft in den Hitzdraht-Durchflußmesser 100 eingeleitet. An seinem stromabseitigen Ende steht der Hitzdraht-Durchflußmesser 100 über ein nicht gezeigtes Drosselventil mit einer Brennkraftmaschine in Verbindung.
Der Hitzdraht-Durchflußmesser 100 umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 101, das einen Hauptdurchgang 102 bildet, sowie ein Mittelteil 104, das in der Mitte des Hauptdurchgangs 102 im Gehäuse 101 angeordnet ist. Das Gehäuse 101 und das Mittelteil 104 bestehen aus im Spritzgußverfahren hergestelltem Harz. Das Gehäuse 101 besteht aus einem stromaufseitigen und einem stromabseitigen Teil 101a und lolb, die abnehmbar miteinander verbunden sind. Wie aus Fig. 13 erkennbar ist, wird das Mittelteil 104 in der Mitte des Gehäuses 101 mittels vier Rippen 118 gehalten, die sich vom Gehäuse 101 erstrecken.
Das Gehäuse 101 weist eine derartige Form auf, daß die Querschnittsfläche des Hauptdurchgangs 102 am Einlaßende 103 vermindert ist und progressiv in Richtung des stromabseitigen Endes erweitert wird. Das Mittelteil 104 weist eine im allgemeinen längliche ovale Form auf und ist zur Minimierung des Luftströmungswiderstands im Hauptdurchgang 102 glatt ausgeführt.
Das Mittelteil 104 umfaßt einen stromaufseitigen Bereich 105. Das Innere 106 des Bereichs 105 ist hohl. Der Bereich 105 bildet eine zylindrische Bohrung, die einen Umgehungsdurchgang 107 zur Umgehung des Hauptdurchgangs 102 bildet. Der Umgehungsdurchgang 107 erstreckt sich gerade von einem stromaufseitigen Ende 108 des Bereichs 105 parallel zu einer Strömungsrichtung im Hauptdurchgang 102. Der Außendurchmesser des Bereichs 105 des Mittelteils 104 nimmt in Richtung des stromabseitigen Endes stetig zu.
Ein scheibenförmiges Abdeckteil 109 ist am hinteren Ende des stromaufseitigen Teils 105 vorgesehen. Die Außenfläche des Abdeckteils 109 ist derart parallel mit der Luftströmung im Hauptdurchgang 102 ausgebildet, daß sie eine sanfte Verbindung mit der äußeren Oberfläche des stromaufseitigen Bereichs 105 bildet.
Ein Einlaßende 103 des Gehäuses 101 steht in Verbindung mit dem stromaufseitigen Ende des stromaufseitigen Bereichs 105 des Mittelteils 104 zur Bildung eines dazwischen angeordneten stromaufseitigen verengten Bereichs B. Das Abdeckteil 109 des Mittelteils 104 steht mit dem Hauptdurchgang 102 des Gehäuses 101 in Verbindung zur Bildung eines dazwischen angeordneten stromabseitigen verengten Bereichs C.
Fig. 14 zeigt die Durchfluß- bzw. Strömungsfläche des Hauptdurchgangs 102 entlang der Länge des Gehäuses zwischen dem Einlaßende und dem Auslaßende, normiert durch die Durchflußfläche des stromabseitigen verengten Bereichs C. Die Durchflußfläche des Hauptdurchgangs 102 ist bei dem stromaufseitigen verengten Bereich B am kleinsten.
Der Einlaß 108 des Umgehungsdurchgangs 107 ist stromauf des stromaufseitigen verengten Bereichs B angeordnet. Das Mittelteil 104 umfaßt einen stromabseitigen Bereich 110, dessen Inneres 111 hohl ist, wie dies auch der Fall ist bei dem stromaufseitigen Bereich 105. Der Durchmesser des stromabseitigen Bereichs 110 wird progressiv in Richtung des stromabseitigen Endes vermindert. Der stromabseitige Bereich 110 trägt einen Strömungsgeschwindigkeitsrneßwiderstand 112 und einen Temperaturkornpensationswiderstand 113, die im Umgehungsdurchgang 107 angeordnet sind, und umfaßt ferner eine Steuerungsschaltung 114 zur elektrischen Steuerung der Widerstände 112 und 113.
Die Widerstände 112 und 113 sind jeweils mittels eines Paars von Haltestiften 120, 121 und 122, 123 gestützt, die sich vorn stromabseitigen Bereich 110 des Mittelteils 104 in den Umgehungsdurchgang 107 erstrecken.
Das vierte Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 12 bis 15 beinhaltet einen Wärmeerzeugungswiderstand 112 von demselben Typ, der beim ersten Ausführungsbeispiel Verwendung findet. Der Wärmeerzeugungswiderstand 112 wird durch die Haltestifte 120 und 121 derart gestützt, daß sich sowohl das Rohr als auch die beiden Anschlußleitungen senkrecht zur Strömung A der Luft erstrecken. In gleicher Weise ist der Temperaturkornpensationswiderstand 113 durch die Haltestifte 122 und 123 in der Weise gestützt, daß sich sowohl das Rohr als auch die beiden Anschlußleitungen senkrecht zur Strömung A der Luft erstrecken.
Mit diesem Aufbau ist es möglich, Anschlußleitungen einer Gesamtlänge zu verwenden, die nicht kleiner ist als die Differenz (L1 - L2) zwischen dem Abstand L1 der Haltestifte 120 und 121 und der axialen Länge L2 des Rohrs. Die Verwendung derart langer Anschlußleitungen verbessert den Effekt der Wärmeisolation zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand 112 und den Haltestiften 120, 121, wodurch eine verkürzte Ansprechzeit des Durchflußmessers erzielt wird.
Gemäß Fig. 12 wird ein radialer Durchgang 115, der sich senkrecht vom Umgehungsdurchgang 107 erstreckt und radial ungerichtet ausdehnt, zwischen dem Abdeckteil 109 und dem stromabseitigen Bereich 110 des Mittelteils 104 gebildet. Ein ringförmiger Auslaßdurchgang 116, der senkrecht mit dem radialen Durchgang 115 verbunden ist, wird zwischen einer inneren Oberfläche des Umfangsbereichs 109a des Abdeckteils 109 und einer Außenoberfläche des stromabseitigen Bereichs 110 gebildet. Der Auslaßdurchgang 116 erstreckt sich im wesentlichen parallel zum Hauptdurchgang 102 und ist an einem Auslaßende 117 in Richtung des stromabseitigen Endes des Hauptdurchgangs 102 geöffnet. Wie es aus Fig. 13 klar erkennbar ist, öffnet sich das Auslaßende 117 im wesentlichen über dem gesamten Außenumfang mit Ausnahme der Bereiche, in denen die Rippen 118 vorgesehen sind.
Die Wirkungsweise des vierten Ausführungsbeispiels erfolgt wie nachstehend.
Gemäß Fig. 12 wird atmosphärische Luft über einen nicht gezeigten Luftreiniger entsprechend der Andeutung durch einen Pfeil A in den Hitzdraht-Durchflußmesser 100 eingeleitet, so daß diese durch den Hauptdurchgang 102 strömen kann.
Die Geschwindigkeit der Luft vergrößert sich, da sich die Querschnittsfläche des Strömungsdurchlasses beim stromabseitigen verengten Bereich C verengt, wodurch ein negativer Druck erzeugt wird.
Das Auslaßende 117 des Umgehungsdurchgangs 107 öffnet sich im stromabseitigen verengten Bereich C, so daß infolge der Druckdifferenz zwischen dem Einlaßende 108 und dem Auslaßende 117 des Umgehungsdurchgangs 107 Luft durch den Umgehungsdurchgang 107 strömt.
Die Zufuhr elektrischer Leistung zu dem im Umgehungsdurchgang 107 angeordneten Strömungsgeschwindigkeitsmeßwiderstand 112 wird durch eine Steuerungsschaltung 114 in der Weise gesteuert, daß eine vorbestimmte Temperaturdifferenz zwischen dem Widerstand 112 und der Ansaugluft erzielt wird. Die Luftdurchflußrate (Luftströmungsrate) im Umgehungsdurchgang 107 wird zur Erfassung der Durchflußrate der Ansaugluft gemessen.
Eine lokale Konzentration von Luft, die von der stromauf liegenden Seite des Hitzdraht-Durchflußmessers 100 strömt, tritt unvermeidlich infolge von unterschiedlichen Faktoren, wie der Anwesenheit eines Luftreinigers oder dem Montagezustand des Hitzdraht-Durchflußmessers 100 bezüglich des Luftreinigers usw. auf. Eine derartige örtliche Konzentration kann jedoch korrigiert werden, da die Urnfangsströmungskomponente vergrößert wird, wenn die Luft den stromauf angeordneten verengten Bereich B durchströmt. Eine im wesentlichen gleichförmige Strömungsgeschwindigkeitsverteilung wird folglich in Umfangsrichtung bei dem stromabseitigen verengten Bereich C erzielt. Jegliche örtliche Konzentration bei der Luftströmung im stromabseitigen verengten Bereich C würde eine ungleichmäßige Verteilung der Ansaugkraft über dem gesamten Kreisumfang des Auslasses 117 bewirken, wodurch eine Veränderung im Verhältnis der Umgehungsluftdurchflußrate zur Luftdurchflußrate im Hauptdurchgang 102 auftreten würde. Im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels wird jedoch die Durchflußrate der Luft im Umgehungsdurchgang exakt bei einem vorbestimmten Verhältnis zur Durchflußrate im Hauptdurchgang 102 durch die Wirkung des stromaufseitigen verengten Bereichs B aufrechterhalten, der zur Aufhebung örtlicher Konzentrationen der Luftströmung dient.
Somit ermöglicht das vorstehend beschriebene vierte Ausführungsbeispiel einen Vorteil, daß jegliche ungleichmäßige Kreisumfangsverteilung des negativen Drucks im stromabseitigen verengten Bereich infolge örtlicher Konzentrationen der Luftströmung im Hauptdurchgang 102 vermieden wird. Im Ergebnis wird ein Meßfehler der der Maschine zugeführten Luftdurchflußrate vermindert, da die Durchflußrate der Luft im Umgehungsdurchgang 107 korrekt bei einem vorbestimmten Verhältnis der Durchflußrate im Hauptdurchgang 102 aufrechterhalten wird, unabhängig von örtlichen Konzentrationen von Luft am Einlaßende 103 des Hauptdurchgangs 102.
Fig. 16 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung von Fehlerbeträgen der im Umgehungsdurchgang 107 aus der tatsächlichen Durchflußrate für verschiedene Werte des Verhältnisses der Querschnittsfläche zwischen dem stromaufseitigen verengten Bereich B und dem stromabseitigen verengten Bereich C gemessenen Durchflußrate. Die Abszisse kennzeichnet das vorstehend genannte Verhältnis, während die Ordinate den Fehler kennzeichnet.
Wie aus Fig. 16 erkennbar ist, wird ein Fehler umso mehr vermindert, je kleiner das Verhältnis der Querschnittsfläche des stromaufseitigen verengten Bereichs B zu derjenigen des stromabseitigen verengten Bereichs C gemacht wird. Dies ist dadurch begründet, daß der vorstehend genannte Effekt zur Korrektur örtlicher Konzentrationen von Luftströmungen verbessert wird, wenn der Wert des Verhältnisses der Querschnittsfläche vermindert wird. Im Gegensatz dazu wird der Fehler erheblich vergrößert, wenn die Querschnittsfläche des stromaufseitigen verengten Bereichs B über diejenige des stromabseitigen verengten Bereichs C vergrößert wird. Eine zu kleine Querschnittsfläche am stromaufseitigen verengten Bereich B verursacht jedoch eine Vergrößerung des Widerstands der strömenden Luft. Im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels wird das vorstehend genannte Querschnittsflächenverhältnis daher auf einen Wert von 0.8 eingestellt.
Es ist ferner zu beachten, daß die Anschlußleitungen in einem geeigneten Winkel zum Rohr eingestellt werden können, obwohl bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen die Anschlußleitungen senkrecht zum Rohr angeschlossen sind. Die Längen der Anschlußleitungen können unter der Voraussetzung vergrößert werden, daß die Anschlußleitungen in einem geeigneten spitzen Winkel zum Rohr angeordnet werden.
Ein Hitzdraht-Durchflußmesser zur Messung einer Durchflußrate (Strömungsrate) eines Fluids in einem Durchgang umfaßt ein Paar von Haltestiften, die sich parallel zur Achse eines Durchgangs erstrecken, und einen durch die Haltestifte in dem Durchgang gestützten elektrischen Widerstand. Der Widerstand umfaßt ein aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigtes Rohr, einen um das Rohr gewickelten Widerstandsdraht und ein Paar von Anschlußleitungen Die Anschlußleitungen sind an entgegengesetzten Endbereichen des Rohrs sicher befestigt und erstrecken sich in entgegengesetzten Richtungen und parallel zueinander. Der Widerstand wird durch die Haltestifte über die Anschlußleitungen gestützt.

Claims

1. Hitzdraht-Durchflußmesser zur Messung der Durchflußrate eines Fluids in einem Fluiddurchgang durch Erfassen der Änderung in einem elektrischen Widerstandswert eines elektrischen Widerstands, der innerhalb des Fluiddurchgangs mittels einer Halteeinrichtung gehalten wird,

wobei der elektrische Widerstand umfaßt:

ein aus elektrisch isolierendem Material bestehendes Rohr,

einen um das Rohr gewickelten elektrischen Widerstand zur Bildung einer länglichen Spule mit einem ersten und zweiten Ende, und

erste und zweite Anschlußleitungen, von denen jeweils ein Ende an einer entsprechenden Stelle an der Halteeinrichtung befestigt ist und ein zweites Ende an dem Rohr befestigt ist, und die sich über die mittlere Längsachse des Rohrs erstrecken und den Rohrdurchmesser geringfügig überschreiten, und die mit dem Widerstandsdraht verbunden sind, wobei die Anschlußleitungen an dem Rohr an dem ersten und zweiten Ende der Spule angebracht sind und sich von dem Rohr weg in verschiedene Richtungen zur Halteinrichtung erstrecken.

2. Hitzdraht-Durchflußmesser nach Anspruch 1, bei dem sich die Anschlußleitungen senkrecht zur Achse des Rohrs erstrecken.

3. Hitzdraht-Durchflußmesser nach Anspruch 1, bei dem sich die mittlere Längsachse des Rohrs senkrecht zu einer Richtung der Strömung des Fluids erstreckt und sich die Anschlußleitungen senkrecht zur Richtung der Strömung des Fluids erstrecken.

4. Hitzdraht-Durchflußmesser nach Anspruch 1, bei dem sich die mittlere Längsachse des Rohrs senkrecht zu einer Richtung der Strömung des Fluids erstreckt und sich die Anschlußleitungen parallel zur Richtung der Strömung des Fluids erstrecken.

5. Hitzdraht-Durchflußmesser nach Anspruch 1, bei dem die Halteeinrichtung ein Paar von in den Fluiddurchgang hineinragende Stifte umfaßt.

6. Hitzdraht-Durchflußmesser nach Anspruch 5, bei dem das eine Ende jeder Anschlußleitung durch einen der Stifte gehalten wird.

7. Hitzdraht-Durchflußmesser nach Anspruch 5, bei dem die Anschlußleitungen umfassen:

eine erste Anschlußleitung, deren eines Ende mit einem Endbereich des Rohrs befestigt ist und sich dabei kreuzend über die Achse des Rohrs erstreckt und elektrisch mit dem Widerstandsdraht verbunden ist, und deren anderes Ende durch einen der Haltestifte gehalten wird, und

eine zweite Anschlußleitung, deren eines Ende mit dem anderen Endbereich des Rohrs befestigt ist und sich dabei kreuzend über die Achse des Rohrs erstreckt und elektrisch mit dem Widerstandsdraht verbunden ist und deren anderes Ende durch den anderen der Haltestifte gehalten wird.

8. Hitzdraht-Durchflußmesser nach Anspruch 7, bei dem sich die erste und zweite Anschlußleitung in entgegengesetzten Richtungen von dem Rohr und parallel zueinander erstrecken.

9. Hitzdraht-Durchflußmesser nach Anspruch 1, bei dem die Halteeinrichtung ein Paar von Haltestiften umfaßt, die sich parallel zur Achse des Durchgangs erstrecken, wobei der Widerstand zwischen den Haltestiften mittels der Anschlußleitungen gehalten wird.

10. Hitzdraht-Durchflußmesser nach Anspruch 1, bei dem die Gesamtlänge des Paars von Anschlußleitungen größer als die Differenz (L1 - L2) zwischen dem Abstand L1 des Paars von Haltestiften und der axialen Länge L2 des Rohrs ist.

11. Hitzdraht-Durchflußmesser nach Anspruch 1, mit

einem Gehäuse, in welchem ein Hauptdurchgang zur Durchströmung eines Fluids gebildet wird,

einem im wesentlichen in der Mitte des Hauptdurchgangs in dem Gehäuse angeordneten Mittelteil,

einem in einer Oberfläche des Mittelteils ausgebildeten Fluideinlaß, durch welchen das Fluid vom Hauptdurchgang eingeleitet wird,

einem zwischen dem Mittelteil und dem Gehäuse ausgebildeten Strömungsdurchgangs-Verengungsbereich,

einem im Mittelteil ausgebildeten Fluidauslaß, der sich zu einem Bereich in der Nähe des Strömungsdurchgangs- Verengungsbereichs öffnet, wodurch dem über den Fluideinlaß eingeleiteten Fluid der Rückfluß zum Hauptdurchgang ermöglicht wird,

einem im Mittelteil ausgebildeten geraden zylindrischen Bereich, der einen Teil eines Umgehungsdurchgangs bildet, der sich zwischen dem Einlaß und dem Auslaß erstreckt,

einem am Anschlußende des geraden zylindrischen Bereichs angeordneten Wandbereich, und

wobei die Halteeinrichtung ein Paar von Haltestiften umfaßt, die von dem Wandbereich in Richtung des stromaufseitigen Endes des geraden zylindrischen Bereichs überstehen und sich parallel zu einer Achse des geraden zylindrischen Bereichs erstrecken,

wobei der elektrische Widerstand zwischen den Haltestiften über die Anschlußleitungen gehalten wird.