DE8206051U1 - Messsonde zur bestimmung der masse und/oder temperatur eines stroemenden mediums - Google Patents
Messsonde zur bestimmung der masse und/oder temperatur eines stroemenden mediumsInfo
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Description
λ η λ ο ·
R. I 7 O / *
22.2.1982 Rs/Hm
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1
Meßsonde zur Bestimmung der Masse und/oder Temperatur eines strömenden Mediums
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Meßsonde nach der Gattung des Hauptanspruches. Eine derartige Meßsonde als
Mengendurchflußmesser ist bekannt aus der EP-A1 21 291. Dort ist eine Meßsonde beschrieben, bei der ein strömendes
Medium an zwei als dünne Widerstandsschichten ausgebildeten temperaturabhängigen Widerständen vorbeiströmt,
von denen einer als Meßwiderstand und der zweite als Heizwiderstand dient. Die Abkühlung des geheizten Widerstandes,
bzw. der erforderliche Strom zur Wiederaufheizung sind ein Maß für die Menge des strömenden Mediums,
Als Träger dieser bekannten Meßsonde dient ein Rahmen, welcher mit einer die Widerstände tragenden Folie bespannt
ist. Im Bereich der Widerstände hat der Rahmen Aussparungen, so daß in diesem Bereich allein die Folie
als Träger wirksam ist. Eine derartige Anordnung hat insgesamt eine hohe Wärmekapazität, da auch der Rahmen
in die Wärmebilanz einbezogen ist. Die Meßsonde folgt Temperaturänderungeu zunächst sehr rasch, danach macht
sich jedoch der Temperaturunterschied zum Rahmen "bemerkbar
und die Temperaturänderung verläuft daher anschließend an die erste schnelle Anpassung verhältnismäßig
langsam.
Aus der älteren Patentanmeldung P 31 13 7^5.8 ist es
bekannt, einen Dünnschichtwiderstand unter Einfügung einer Isolationsschicht auf einem metallischen Träger
aufzubauen. Als Träger dieses bekannten Dünnschicht-Dehnungsmeßstreifens
dient ein Federelement, welches beispielsweise aus einer CuBe-Federplatte besteht.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Meßsonde mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruches hat gegenüber der bekannten Heißfilm-Meßsonde den Vorteil, daß gleichzeitig
eine höhe mechanische Stabilität der Sünde und eine
geringe Verzögerung des Temperaturgangs beim Meßvorgang erreicht werden. Metalle besitzen eine gute Wärmeleitfähigkeit
und die Fläche des Trägers kann praktisch vollständig zum Aufbau der Widerstandsanordnung genutzt
werden, so daß kein ungenutzter Materialüberschuß entsteht. Ein metallischer Träger hat gleichzeitig gute
V elastische und gute Festigkeitseigenschaften, was die
Standzeiten bei der Anordnung in einem strömenden Medium beachtlich erhöht. Hierzu braucht dennoch nur eine sehr
geringe Dicke des Trägers vorgesehen zu werden, so daß erhebliche Vorteile gegenüber bekannten Anordnungen der
interessierenden Art entstehen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
der im Hauptanspruch angegebenen Meßsonde möglich. Be-
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sonders vorteilhaft ist in fertigungstechnischer Hinsicht
und im Hinblick auf den Gesamtaufbau der Meßsonde eine Gestaltung, bei der wenigstens zwei temperaturabhängige
Widerstände auf dem Träger angeordnet sind. Diese können auf dem Träger sehr wirksam thermisch gegeneinander
entkoppelt werden durch einen Schlitz in der Metallfolie, welcher praktisch vollständig eine gegenseitige
Temperaturbeeinflussung ausschließt. Eine gemeinsame Anordnung von temperaturabhängigen und temperaturunabhängigen
Widerständen auf dem Träger wird dann besonders zweckmäßig, wenn die verschiedenen Widerstandsanordnungen
aus gleichen Materialien aufgebaut sind, bzw. gleiche Schichtmaterialien besitzen. Eine
derartige Anordnung kann vorteilhafterweise so aufgebaut sein, daß die temperaturabhängigen Widerstände aus
einem Zweischichtsystem aus einer Tantalschicht und einer darüberliegenden Nickelschicht bestehen, während
die temperaturunabhängigen Widerstände nur ein Schichtsystem aus Tantal aufweisen. Bei dieser Anordnung lassen
sich die temperaturunabhängigen Widerstände durch Wegätzen der über dem Tantal liegenden Nickelschicht
auf sehr einfache Weise herstellen. Außerdem können beide Widerstandsanordnungen in gleicher Weise mittels
Laserstrahl abgeglichen werden. Bezüglich der Verringerung der Wärmekapazität der Meßsonde haben sich
weiterhin Aussparungen im Bereich der Gehäuseanlage als zweckmäßig erwiesen. Gleichzeitig werden hierdurch der
Wärmeübergang zum Gehäuse beträchtlich verringert und somit die Ansprechgeschwindigkeit der Meßsonde weiter
erhöht. Bezüglich der Ansprechgeschwindigkeit der Sonde ist weiterhin die Zugänglichkeit der Widerstände für das
strömende Medium entscheidend, wobei sich eine gleichmäßige, im wesentlichen laminare Strömung besonders
vorteilhaft auswirkt. Derartige Strömungsverhältnisse
• 111·
ν ■
Ψ til
• · ι
17574
erreicht man in sehr einfacher und zweckmäßiger Weise dadurch, daß der Träger U-förmig abgebogen ist und auf
seiner Innenseite einen Kanal für das strömende Medium "bildet, dem die Widerstände ausgesetzt werden.
Als Material für die Metallfolie hat sich besonders Titan bewährt.
,-schon Aufgrund seiner Materialeigenschaften sind'sehr dünne, z.B.
50 ,um dicke Titanfoliao. mechanisch sehr stabil. Die Dicht.e
3
von Titan beträgt nur k,5 kg/dm , die mittlere spezifische Wärmekapazität liegt bei 0,kj kJ/(kg.K). Damit nimmt für Titan das für die Wärmekapazität einer Sonde in vorgegebener Form entscheidende Produkt aus Dichte unA spezifischer Wärmekapazität einen niedrigen Wert a
von Titan beträgt nur k,5 kg/dm , die mittlere spezifische Wärmekapazität liegt bei 0,kj kJ/(kg.K). Damit nimmt für Titan das für die Wärmekapazität einer Sonde in vorgegebener Form entscheidende Produkt aus Dichte unA spezifischer Wärmekapazität einen niedrigen Wert a
Durch die Ausführungsformen der Meßsonden ist sichergestellt,
daß die vier aufeinander abgeglichenen Brückenwiderstände auch mechanisch gekoppelt sind und nicht vertauscht
werden können.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 die
elektrische Schaltung der Meßsonde, Figur 2 einen Teilschnitt durch eine Meßsonde mit einem temperaturabhängigen
und einem temperaturunabhängigen Widerstand, Figur 3 eine zweiseitig eingespannte Meßsonde, Figur U
eine einseitig eingespannte Meßsondes Figur 5 die herstellung
einer U-förmigen Meßsonde und Figur 6 die Einfügung einer Meßsonde gemäß Figur 5 bei zweiseitiger
Einspannung (a) und bei einseitiger Einspannung (b).
- 5 - 17674
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 sind mit 10 bis 13 die elektrischen Anschlüsse einer Widerstandsmeßbrücke bezeichnet, welche eine Meßsonde
zur Bestimmung der Masse und/oder der Temperatur eines strömenden Mediums bildet. Die Brücke enthält temperaturabhängige
Widerstände R1 und R2 sowie temperaturunabhängige Widerstände R3 und RU. Die Anschlüsse 12 und
13 zwischen je einem temperaturabhängigen und einem temperaturunabhängigen Widerstand werden zur Bestimmung der
Masse eines strömenden Mediums vorzugsweise über einen Verstärker einem Regler zugeführt, welcher über die Anschlüsse
10 und 11 den Heizstrom der Widerstandsanordnung regelt. Zur Bestimmung der Masse eines strömenden Mediums
wird hierbei der temperaturunabhängige Widerstand nachgeheizt, wenn aufgrund einer Strömungszunähme die Abkühlung
des Widerstandes R1 zunimmt. Die Größe des Heizstromes ist dabei ein Maß für das strömende Medium.
Auf die Meßanordnung, welche bekannt ist, soll hier nicht näher eingegangen werden. Zur Temperaturbestimmung eines
strömenden Mediums kann einer der beiden temperaturabhängigen Widerstände R1 oder R2 alleine verwendet werden.
Die beschriebene Anordnung bietet neben dar Verwendung als Meßbrücke also auch die Möglichkeit der Verwendung eines
einzelnen Meßwiderstandes zur schnellen Temperaturbestimmang.
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch die Meßsonde mit den temperaturabhängigen Widerständen R1 und R2 und den temperaturunabhängigen
Widerständen R3, RH. Mit 1^ ist der Träger der Meßsonde bezeichnet, welcher auj einer Metallfolie,
insbesondere aus einer Titanfolie besteht. Der Träger hat eine Dicke zwischen 25,um und 125,um je nach
mechanischer Beanspruchung und Anforderungen an die
17 δ 7 ^
Reaktionszeit der Meßsonde· In der Regel besitzt er eine Dicke von ca. 100,um, welche bei hohe mechanischer Festigkeit
dennoch sehr gute thermische Eigenschaften aufweist. Auf dem Träger 1U sitzt ein Überzug aus einer
elektrisch isolierenden Schicht 15, welche vorzugsweise aus einer Glasschicht besteht. Auf diese Isolationsschicht
15 ist in Dünnschichttechnik die Widerstandsanordnung mit den Widerständen R1 bis Ek aufgebracht,
wobei mit 16 eine Tantalstruktur und mit 17 eine Nickel-Struktur
bezeichnet ist. Die Tantalstruktur 16 bildet temperaturunabhängige Widerstände R3 und RU, die Doppelschicht
aus Tantal und Nickel bildet die temperaturabhängigen Widerstände R1 und R2. Über den Widerständen
und der Isolationsschicht liegt noch eine Schutzschicht 18, welche beispielweise eine hjrdrpphobe Glimmpolymerisatschicht
sein kann. Die gezeichneten Dickenverhältnisse stimmen nicht mit der Wirklichkeit überein sondern sind
aus zeichr.erirchen Gründen verändert. Der Träger 1 k hat
eine Dicke in der Größenordnung von 50 bis 100,um, die Isolationsschicht eine Dicke von ca. 10,um, die Dicke der
Ta-Widerstandsschicht beträgt etwa 0,05/um, die der TaNi-Schicht etwa 0,25/Um und die Schutzschicht 18 wiederum hat
eine Dicke in der Größenordnung von 5/um.
Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau einer Meßsonde zur Bestimmung der Masse eines strömenden
Mediums, deren Widerstände R1 bis Ek in der in Figur 1 gezeigten Weise angeordnet und geschaltet sind. Die
Widerstände R1 bis Rk sind schematisch dargestellt,
in Wirklichkeit bedecken sie praktisch die gesamte Oberfläche des Trägers "\k. Die elektrischen Anschlüsse
der Meßbrücke sind entsprechend Figur 1 mit 10 bis 13 bezeichnet und werden entsprechend verschaltet. Der
Träger 1k ist zweiseitig in Gehäuseteilen 19 und 20
17S74
-τ-
gehalten, welche ihrerseits wiederum an einem Bauteil sitzen. An den Einspannenden des Trägers 1k sind, den einzelnen
Widerständen R1 bis RU zugeordnet, vier Aussparungen
22 bis 25 vorgesehen, so daß der Träger nur mit relativ geringen Flächenkontakten an den Gehäuseteilen
19 und 20 anliegt und demzufolge nur wenig Wärme an das Gehäuse abgegeben wird. Die thermische Entkopplung der Widerstände
R1 und R3 gegen die Widerstände R2 und Rk erfolgt durch einen Schlitz 26 im Träger 1U, welcher die gegenseitige
thermische Beeinflussung zwischen den zwei Brükkenzweigen
praktisch ausschließt. Der Träger 1l· ist durch den Schlitz 26 in zwei Bereiche unterteilt, welche beide
dem strömenden Medium ausgesetzt sind, dessen Masse bestimmt werden soll. Durch die -"hermische Ftkopplung
mittels des Schlitzes 26 kann die Temperatur des Widerstandes R1 und damit sein Widerstandswert entsprechend
der Abkühlung durch das strömende Medium nachgeregelt werden, ohne daß der ebenfalls temperaturabhängige
Vergleichswiderstand R2 durch die Aufheizung beeinflußt wird. Der Träger 1U ist also der Länge nach in einen
Heizzweig H und in einem Meßzweig M unterteilt, was am oberen Ende des Trägers durch die Buchstaben H und M
angedeutet ist.
Die Anordnung gemäß Figur k entspricht weitestgehend derjenigen garaäß Figur 3, weswegen keine Einzelheiten
eingezeichnet sind. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Unterschied der Anordnung
gemäß Figur U von der jenigen gemäß Figur 3 besteht darin, daß der Träger 1h nur einseitig am Bauteil 21
gehalten ist, wodurch die Wärmeabfuhr im oberen Bereich mit den temperaturabhängigen Widerständen vollständig
unterbunden wird. Bei dieser Anordnung kann ein einseitig offener Schlitz 27 vorgesehen werden. Das strömende Medium
ist ebenso wie in Figur 3 schematisch durch den Pfeil 28 angedeutet.
• * 1757 V
Auch in den Figuren 5 und 6 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren
bezeichnet. Der Träger 1 4 gemäß Figur 5 ist entlang der Kanten 29 und 30 rechtwinklig abgebogen, wobei die Hälften
des Trägers ~\k entsprechend den Pfeilen 31 und 32
umgebogen werden. Die Widerstände R1 bis RU sollen auf der Rückseite des Trägers 1U liegen, so daß sie nach
der U-formigen Abwinklung auf den Innenflächen der beiden Trägerhälften sitzen. In diesem Bereich ergibt sich bei
einer Anordnung nach Figur 6a mit zweiseitiger Halterung oder nach Figur 6b mit einseitiger Halterung eine laminare
Strömung und damit günstige, reproduzierbare Meßverhältnisse.
Claims (12)
1. Meßsonde zur Bestimmung der Masse und/oder Temperatur
eines strömenden Mediums, mit einem Träger für eine temperaturabhängige Dünnschicht-Widerstandsanordnung, dadurch
gekennzeichnet, daß der Träger (1U) als Metallfolie ausgebildet ist, die einen Überzug aus einer elektrisch
isolierenden Schicht (15) besitzt, auf welche die Widerstandsanordnung (R1 bis Rk) aufgebracht ist.
2. Meßsonde n^tch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Oberfläche des Trägers (1U) im wesentlichen ganzflächig mit der Widerstandsanordnung (R1 bis RU) belegt
3. Meßsonde nach Anspruch 1 oder 2, mit zwei von dem strömenden Medium umspülten temperaturabhängigen Widerstandsanordnungen,
von denen eine durch einen elektrischen Strom aufheizbar ist, wobei die temperaturabhängigen Widerstände
thermisch gegeneinander entkoppelte Teile einer Widerstandsmeßbrücke sind, dadurch gekennzeichnet, daß
die thermische Entkopplung durch eine Unterteilung (26, 27) des Trägers (1U) erfolgt.
U. Meßsonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur thermischen Entkopplung ein Schlitz (26, 27) in dem
Träger (1U) zwischen den temperaturabhängigen Widerständen (R1, R2) eingebracht ist.
5· Meßsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß auf dem Träger (1U) temperaturabhängige
(R1 , R2) und temperaturunabhängige (R3, R1*) Widerstände
angeordnet sind.
6. Meßsonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die temperaturabhängigen Widerstände (Rl, R2) aus einem Zweischichtsystem aus einer Tantalschicht (Ta) und einer
darüberliegenden Nickelschicht (Ni) bestehen, während die temperaturunabängigen Widerstände (R3, RU) nur ein Schichtsystem
aus Tantal (Ta) aufweisen.
7· Meßsonde nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Unterteilung des Ti .gers (1U) zwischen
den temperaturabhängigen (R1, R2) und den temperaturunabhängigen (R3, RU) Widerständen jeweils eines
Brückenzweiges aus einem durchgehenden Schlitz (26, 27) besteht.
8. Meßsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (.1U) im Berei.ch
der Gehäuseanlage (195 20; 21,) wenigstens eine Aussparung
(22 bis 25) besitzt.
9. Meßsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (11O einseitig
am Gehäuse (21) gehalten ist.
10. Meßsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß de" Träger (1U) U-förmig
gebogen und die Widerstandsanordnung (R1 bis Ek) auf dessen Innenwand angeordnet und dem strömenden Medium
(28) ausgesetzt ist.
11. Meßsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie des Trägers
(1k) eine Dicke von 25 bis 125/Um besitzt.
12. Meßsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie des Trägers
(1U) aus Titan besteht.
13· Meßsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch isolierende
Überzug (15) aus einer Glasschicht besteht.
1Ik. Meßsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnschicht-Widerstands anordnung (R1 bis RU) durch eine Schutzschicht (18) abgedeckt
ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19828206051 DE8206051U1 (de) | 1982-03-05 | 1982-03-05 | Messsonde zur bestimmung der masse und/oder temperatur eines stroemenden mediums |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19828206051 DE8206051U1 (de) | 1982-03-05 | 1982-03-05 | Messsonde zur bestimmung der masse und/oder temperatur eines stroemenden mediums |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE8206051U1 true DE8206051U1 (de) | 1983-08-11 |
Family
ID=6737679
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19828206051 Expired DE8206051U1 (de) | 1982-03-05 | 1982-03-05 | Messsonde zur bestimmung der masse und/oder temperatur eines stroemenden mediums |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE8206051U1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1431718A2 (de) * | 2002-12-20 | 2004-06-23 | Heraeus Sensor Technology Gmbh | Strömungssensorelement in Dünnfilmtechnik und seine Verwendung |
-
1982
- 1982-03-05 DE DE19828206051 patent/DE8206051U1/de not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1431718A2 (de) * | 2002-12-20 | 2004-06-23 | Heraeus Sensor Technology Gmbh | Strömungssensorelement in Dünnfilmtechnik und seine Verwendung |
EP1431718A3 (de) * | 2002-12-20 | 2007-11-14 | Heraeus Sensor Technology Gmbh | Strömungssensorelement in Dünnfilmtechnik und seine Verwendung |
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