EP0941456A1 - Messvorrichtung zur messung der masse eines strömenden mediums - Google Patents

Messvorrichtung zur messung der masse eines strömenden mediums

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EP0941456A1
EP0941456A1 EP98951183A EP98951183A EP0941456A1 EP 0941456 A1 EP0941456 A1 EP 0941456A1 EP 98951183 A EP98951183 A EP 98951183A EP 98951183 A EP98951183 A EP 98951183A EP 0941456 A1 EP0941456 A1 EP 0941456A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor element
sensor
adhesive
measuring device
flow direction
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98951183A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erhard Renninger
Hans Hecht
Gerhard HÜFTLE
Uwe Konzelmann
Matthias Kallabis
Andreas Stark
Michael Rudloff
Henning Marberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
US Department of Navy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH, US Department of Navy filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0941456A1 publication Critical patent/EP0941456A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
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    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01F1/69—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element of resistive type
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    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/78—Direct mass flowmeters
    • G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
    • G01F1/82—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted using a driven wheel as impeller and one or more other wheels or moving elements which are angularly restrained by a resilient member, e.g. spring member as the measuring device

Definitions

  • the adhesive area does not extend over the entire sensor element, but the sensor element is only glued into the recess of the sensor carrier on one side and the area of the sensor element which has the electrical membrane is located self-supporting in the recess.
  • a flow channel is provided which is formed in the sensor carrier as a groove-shaped depression and extends around the sensor element.
  • the sensor carrier has at least one adhesive displacement space, in which excess adhesive used to form the adhesive seam can be displaced when the sensor element is inserted into the recess of the sensor carrier. In this way, an accumulation of adhesive at unfavorable points, in particular in the cavity of the sensor element formed below the membrane, is prevented.
  • an elastic silicone adhesive By using an elastic silicone adhesive, the mechanical tensioning of the sensor element is minimized even with different thermal expansion coefficients between the material of the sensor element and the material of the sensor carrier.
  • Fig. 3 is a plan view of a measuring device according to a second embodiment of the invention and 4 shows a section along the line IV-IV in FIG. 3.
  • the sensor carrier 1 is preferably made of metal and can be produced by folding a thin metal strip, for which stamping, bending, folding, deep-drawing and embossing processes are suitable. In the final state of the bent metal strip, approximately two elements 14 and 15 of equal size lie against one another.
  • the non-curved element 14 surrounding the sensor element 2 is referred to as a frame element 14 and the element 15 bent below it is referred to as a holding element 15.
  • the holding element 15 covers in the finished bent state of approximately 180 degrees an opening 16 of the non-bent frame element 14 in order to limit a recess 17 for receiving the sensor element 2 together with the frame element 14.
  • the frame element 14 or the recess 17 has a cross section which corresponds approximately to the rectangular shape of the sensor element 2, for example.
  • the sensor element 2 is accommodated in the recess 17 with its surface 8 approximately flush with a surface 18 of the frame element 14.
  • the holding element 15 Before the metal strip is folded, the holding element 15 can be deformed by means of a tool acting on the outer surface 22 of the holding element 15, for example an embossing tool, in such a way that two elevations 20, 21 are formed in cross section in the exemplary embodiment.
  • the elevations 20, 21 are each delimited in the cross section shown in FIG. 1 by adhesive displacement spaces 23, 24 and 25 to be described in more detail.
  • the sensor carrier 1 has a flattened portion 49 on its end face facing the flow direction 9 in order to improve the inflow behavior and to counteract the deposition of dirt particles.
  • the plate-shaped sensor element 2 is glued into the recess 17 of the sensor carrier 1 by means of an adhesive applied along adhesive seams 26, 27 in the form of beads of adhesive. As can be seen better from FIG.
  • a first adhesive seam 26 is cruciform and is used for gluing the sensor element 2 onto the plateau-shaped elevation 20.
  • Pads formed connecting elements 28 are provided, which are used for the electrical connection of conductor tracks of the sensor element 2 with connecting lines 10.
  • the first adhesive seam 26 serves to fix the sensor element 2 in the area of the connection elements 28 in order to achieve a secure bond connection.
  • the second adhesive seam 27 is, as can be seen from FIG. 2, U-shaped in the embodiment shown in Figures 1 and 2.
  • the second adhesive seam 27 is used to glue the sensor element 2 in the region of the plateau-shaped elevation 21.
  • the two adhesive seams 26 and 27 are each formed between the bottom surface 29 of the sensor element 2 and the surface 31 or 30 of the elevations 20 and 21 of the holding element 15.
  • the opening cross section of the recess 40 defines a throttle point.
  • This opening cross-section is expediently determined such that there is a sufficiently rapid pressure compensation, preventing destruction of the membrane 4, between the front of the membrane 4 facing the flowing medium and the back 44 of the membrane 4 facing away from the flowing medium and facing the cavity 5.
  • the opening cross section of the cutout 40 is to be dimensioned so small that a flow of the medium in the cavity 5 is prevented or at least sufficiently suppressed.
  • the opening cross section of the cutout 40 is determined on the one hand by the width b of the cutout 40 shown in FIG. 2 and on the other hand by the thickness d of the adhesive seam 27 shown in FIG. 1.
  • the thickness of the adhesive seam d can, for. B.
  • spacers 43a - 43i can be adjusted by spacers 43a - 43i.
  • the spacers 43a-43i can e.g. B. by an embossing process using a z. B. needle-shaped embossing tool which engages the holding element 15 on the outer surface 22 are formed.
  • the adhesive seams 26 and 27 can be applied as fine beads of adhesive using a conventional metering method.
  • a suitable adhesive is preferably an adhesive that remains elastic after curing, in particular an elastic silicone adhesive. Mechanical stresses between the sensor element 2 and the sensor carrier 1 are thereby minimized. Mechanical stresses occur in particular as a result of the different thermal expansion coefficients of the sensor carrier 1, which is preferably made of a metal sheet, and of the sensor element 2, which is preferably made of a semiconductor material.
  • FIG. 3 and 4 show a second exemplary embodiment of the measuring device according to the invention.
  • 3 shows a plan view of the measuring device according to the invention
  • FIG. 4 shows a section along the line IV-IV in FIG. 3.
  • Elements already described are labeled with the same reference numerals, so that a repetitive description is not necessary.
  • the adhesive seam 60 can extend into the edge region of the recess 17 formed in the frame element 14.
  • a recess 66 is formed in the holding element 15 of the sensor carrier 1. B. introduced by means of a deep embossing process.
  • the recess 66 serves as an adhesive displacement space and receives excess adhesive.
  • the depression 66 also serves to vent the cavity 5 of the sensor element 2.
  • the depression 66 is essentially L-shaped and extends through the cutout 40 of the adhesive seam 60 to an extended section 67.
  • the extended section 67 is therefore not covered by the sensor element 2 and is with the flowing medium to be measured for pressure equalization z. B. connected via holes, not shown, in the holding element 15.

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Abstract

Eine Meßvorrichtung zum Messen der Masse eines entlang einer Strömungsrichtung (9) strömenden Mediums, insbesondere der Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine, weist ein plattenförmiges Sensorelement (2) auf, das in eine Ausnehmung (17) eines Sensorträgers (1) eingesetzt ist. Das Sensorelement (2) umfaßt eine ein Meßelement (6) tragende Membran (4), die einen in dem Sensorelement (2) ausgebildeten Hohlraum (5) auf der dem Sensorträger (1) abgewandten Seite verschließt. Das Sensorelement (2) ist mittels einer Klebung zwischen einer dem Sensorträger (1) zugewandten Bodenfläche (29) des Sensorelements (2) und dem Sensorträger (1) in der Ausnehmung (17) gehalten. Dabei umfaßt die Klebung erfindungsgemäß eine Klebenaht (27; 60), die sich zwischen der Bodenfläche (29) des Sensorelements (2) und dem Sensorträger (1) um den Hohlraum (5) des Sensorelements (2) herum erstreckt und nur auf der der Strömungsrichtung (9) abgewandten Seite durch zumindest eine Aussparung (40) geöffnet ist, um den Hohlraum (5) zu belüften.

Description

Meßvorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums
Stand der Technik
Die Erfmdung geht aus von einer Meßvorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE 195 24 634 AI ist bereits eine Meßvorrichtung bekannt, die ein plattenformiges Sensorelement mit einer dielektrischen Membran umfaßt, das in eine Ausnehmung eines Sensorträgers eingesetzt ist. Das Sensorelement ist aus einem Halbleitermaterial, z. B. Silizium gefertigt und in mikromechanischer Bauweise hergestellt. Die Membran besteht aus einem dielektrischen Material, beispielsweise aus Siliziumnitrid oder Siliziumoxid. Auf der dielektrischen Membran befindet sich ein Meßwiderstand und ein Heizwiderstand, die aufgrund der dünnen Ausbildung der Membran sowie der geringen Wärmeleitfähigkeit der dielektrischen Membran von einem die Membran umgebenden Siliziumrahmen weitgehend thermisch isoliert sind. Zwischen der dielektrischen Membran und dem Sensorträger befindet sich ein Hohlraum in dem plattenförmigen Sensorelement, der sich von einer an den Sensorträger angrenzenden Bodenfläche bis zu der dielektrischen Membran erstreckt und z. B. durch ein Ätzverfahren hergestellt ist. Das Sensorelement ist in der Ausnehmung des Sensorträgers mittels einer Klebung fixiert. Da die relativ dünne Membran vor Überdruckspitzen geschützt werden muß, kann auf eine Belüftung des unterhalb der Membran vorgesehenen Hohlraums nicht verzichtet werden. Die Belüftung der Vertiefung des Meßsensors bzw. der Rückseite der Membran muß jedoch so erfolgen, daß eine Strömung des Mediums an der Rückseite der Membran ferngehalten wird, um einen Beitrag zum Meßsignal der rückseitigen Strömung zu vermeiden. Um das Eindringen von Klebstoff in den an die Membran angrenzenden Hohlraum zu verhindern, erstreckt sich der Klebebereich nicht über das gesamte Sensorelement, sondern das Sensorelemefit ist in die Ausnehmung des Sensorträgers nur halbseitig eingeklebt und der Bereich des Sensorelements, welcher die elektrische Membran aufweist, befindet sich freitragend in der Ausnehmung. Um eine Unterströmung der Membran, d. h. eine Strömung des Mediums zu dem unterhalb der Membran ausgebildeten Hohlraum zu verhindern oder dieser zumindest entgegenzuwirken, ist ein Strömungskanal vorgesehen, der in dem Sensorträger als rinnenförmige Vertiefung ausgebildet ist und sich um das Sensorelement herum erstreckt. Gleichzeitig ist vorgesehen, die in dem Sensorträger ausgebildete Ausnehmung so auf die Abmessungen des Sensorelements abzustimmen, daß zwischen der seitlichen Begrenzung des Sensorelements und der seitlichen Begrenzung der Ausnehmung in dem Sensorträger nur jeweils ein geringfügiger Spalt verbleibt, der nur eine gedrosselte Strömung des Mediums zu dem unterhalb der dielektrischen Membran gelegenen Hohlraum erlaubt.
Nachteilig bei dieser Lösung ist jedoch, daß das Sensorelement bezüglich der Ausnehmung des Sensorträgers während der Montage mit hoher Genauigkeit ausgerichtet werden muß, um die extrem engen Spalte zu realisieren. Dies kann jedoch aus Toleranzgründen und aufgrund der Fertigungsstreuung nicht immer zuverlässig erfüllt werden, so daß nicht unerhebliche Ausbeuteverlußte bei der Fertigung auftreten.
Aus der DE 42 19 454 AI geht eine Meßvorrichtung hervor, bei welcher ein Sensorelement mit einer dielektrischen Membran in die Aussparung eines Kühlkörpers eingesetzt ist. Der Kühlkörper weist zwischen den Kühlrippen eine Lüftungsbohrung auf, um die Belüftung der Rückseite der Membran zu gewährleisten.
Vorteile der Erfmdung
Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bei der Fertigung eine relativ geringe Toleranz bei der Positionierung des Sensorelements gegenüber der Ausnehmung des Sensorträgers einzuhalten ist. Dadurch wird die Fertigungsausbeute erhöht und die Fertigungskosten werden gesenkt. Ferner kann die Fertigungsgeschwindigkeit erhöht werden. Die Belüftung der dem strömenden Medium abgewandten Rückseite der Membran ist mit einem ausreichenden Öffnungsquerschnitt sicher gewährleistet, so daß eine Zerstörung des Sensorelements durch Druckspitzen vermieden wird. Die Klebenaht dient gleichzeitig zum Toleranzausgleich zwischen dem Sensorelement und dem Sensorträger sowie zum Ausgleich unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Meßvorrichtung möglich. Insbesondere ist es vorteilhaft, daß sich die Klebenaht bis in einen Bereich unterhalb der Anschlußelemente zum Verbinden mit den Anschlußdrähten erstreckt oder daß in diesem Bereich eine zusätzliche Klebenaht vorgesehen ist, um im Bereich der Anschlußelemente eine sichere Fixierung des Sensorelements zu gewährleisten und einer Bruchgefahr beim Anbringen der Anschlußdraht, z. B. durch Bonden, entgegenzuwirken.
Besonders vorteilhaft ist es ferner, in dem Sensorträger eine Vertiefung auszubilden, die mit dem Hohlraum des Sensorelements in Verbindung steht und von dem Sensorelement nicht vollständig überdeckt ist. Diese Vertiefung des Sensorträgers kann z. B. durch Tiefprägen hergestellt werden. Durch die Vertiefung des Sensorträgers wird die Belüftung der Rückseite der Membran sicher gewährleistet.
Auf einer der Bodenfläche des Sensorelements gegenüberliegenden Auflagefläche können z. B. durch Tiefprägen hergestellte Abstandshalter vorgesehen sein, die den Abstand zwischen der Bodenfläche des Sensorelements und dem Sensorträger auf ein genau definiertes Maß festlegen. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Sensorträger zumindest einen Klebstoff- Verdrängungsraum aufweist, in welchen überschüssiges, zur Ausbildung der Klebenaht dienender Klebstoff beim Einsetzen des Sensorelements in die Ausnehmung des Sensorträgers verdrängbar ist. Auf diese Weise wird eine Anhäufung von Klebstoff an ungünstigen Stellen, insbesondere in dem unterhalb der Membran ausgebildeten Hohlraum des Sensorelements verhindert. Durch die Verwendung eines elastischen Silikonklebstoffs wird die mechanische Verspannung des Sensorelements auch bei unterschiedlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Material des Sensorelements und dem Material des Sensorträgers minimiert.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. l einen Schnitt entlang der Linie I-I in Fig. 2 durch eine Meßvorrichtung entsprechend einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Meßvorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Meß Vorrichtung gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel und Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Der in Fig. 1 im Querschnitt dargestellte Sensorträger 1 ist für ein plattenformiges Sensorelement 2 vorgesehen. Der Sensorträger 1 und das Sensorelement 2 sind Teil einer nicht näher dargestellten Meßvorrichrung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums, insbesondere der Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine.
Der Sensorträger 1 dient zur Aufnahme und zur Halterung des Sensorelements 2, das einen membranförmigen Sensorbereich hat, der beispielsweise in Form einer dielektrischen Membran 4 ausgebildet ist. Das Sensorelement 2 beziehungsweise die Membran 4 kann durch Ausätzen eines Halbleiterkörpers, beispielsweise eines Siliziumwafers, in sogenannter mikromechanischer Bauweise hergestellt werden, wobei unterhalb der Membran 4 ein Hohlraum 5 entsteht. Auf der Membran 4 ist zur Messung der Masse des strömenden Mediums wenigstens ein temperaturabhängiger Meßwiderstand 6 und beispielsweise wenigstens ein nicht dargestellter Heizwiderstand vorgesehen, die z. B. ebenfalls durch Aussätzen hergestellt sind. Außerhalb der Membran 4 kann auf dem Sensorelement 2 ein Referenzwiderstand vorgesehen sein. Der Meßwiderstand 6, der Heizwiderstand und der Referenzwiderstand sind beispielsweise durch Leiterbahnen und mittels auf als Bond-Pads ausgebildeten Anschlußelementen 28 aufgebrachten Drähten 10 mit einer nicht näher dargestellten, elektronischen Regelschaltung elektrisch verbunden. Die elektronische Regelschaltung dient in bekannter Weise zur Strom- bzw. Spannungsversorgung der Widerstände auf dem Sensorelement 2 und zur Auswertung der von den Widerständen abgegebenen elektrischen Signale. Die Regelschaltung kann z. B. in einem Gehäuse oder außerhalb des Gehäuses der Meßvorrichtung untergebracht sein.
Die dielektrische Membran 4 besteht beispielsweise aus Siliziumnitrid und/oder Siliziumoxid. Der Heizwiderstand kann in Form einer elektrischen Widerstandsschicht ausgebildet sein, die sich bei Stromfluß erwärmt und die Membran 4 auf eine oberhalb der Temperatur des zu messenden Mediums liegende Temperatur aufheizt. Der Heizwiderstand kann beispielsweise aus einem Metall oder auch aus entsprechend dotiertem Silizium bestehen. Der Meßwiderstand und der Referenzwiderstand können beispielsweise aus einer elektrischen Widerstandsschicht bestehen, deren Leitfähigkeit sich in Abhängigkeit von der Temperatur verändert. Geeignete Materialen für diese Widerstandsschichten sind Metalle oder entsprechend dotiertes Silizium. Das Sensorelement 2 hat eine plattenförmige, beispielsweise rechteckige Form und ist mit seiner dem strömenden Medium zugewandten Oberfläche 8 in etwa parallel zum in die Zeichenebene der Fig. 1 hineinströmenden Medium ausgerichtet, wobei eine kurze Seite des beispielsweise rechteckigen Sensorelements 2 in Strömungsrichtung 9 verläuft. Die Strömungsrichtung 9 des Mediums ist in Fig. 2 durch entsprechende Pfeile gekennzeichnet und verläuft dort von oben nach unten. Durch den auf der Membran 4 aufgebrachten Heizwiderstand wird die Membran 4 auf eine Temperatur aufgeheizt, die höher ist als die Temperatur des vorbeiströmenden Mediums. Die vom vorbeiströmenden Medium im wesentlichen aufgrund von Konvektion abgeführte Wärmemenge des Heizwiderstandes ist abhängig von der Masse des strömenden Mediums, so daß durch Messung der Temperatur der Membran 4 die Masse des strömenden Mediums bestimmt werden kann. Die Messung der Membrantemperatur kann mittels des Meßwiderstands 6 oder durch Messung des Widerstandes des Heizwiderstandes erfolgen. Der Referenzwiderstand dient dazu, den Einfluß der Temperatur des strömenden Mediums zu kompensieren.
Der Sensorträger 1 besteht vorzugsweise aus Metall und kann durch Falten eines dünnen Metallstreifens hergestellt werden, wofür sich Stanz-, Biege-, Falt-, Tiefzieh- und Prägeverfahren eignen. Im Endzustand des gebogenen Metallstreifens liegen etwa zwei gleich große Elemente 14 und 15 aneinander. Im folgenden wird das das Sensorelement 2 umgebende, nicht gebogene Element 14 als Rahmenelement 14 und das darunter gebogene Element 15 als Halteelement 15 bezeichnet. Das Halteelement 15 bedeckt im fertig gebogenen Zustand von etwa 180 Grad eine Öffnung 16 des nicht gebogenen Rahmenelements 14, um gemeinsam mit dem Rahmenelement 14 eine Ausnehmung 17 zur Aufnahme des Sensorelements 2 zu begrenzen. Das Rahmenelement 14 beziehungsweise die Ausnehmung 17 hat einen Querschnitt, welcher in etwa der beispielsweise rechteckigen Form des Sensorelements 2 entspricht. Das Sensorelement 2 ist dabei in der Ausnehmung 17 mit seiner Oberfläche 8 in etwa fluchtend zu einer Oberfläche 18 des Rahmenelements 14 untergebracht.
Vor dem Falten des Metallstreifens kann das Halteelement 15 mittels eines an der Außenfläche 22 des Halteelements 15 angreifenden Werkzeugs, beispielsweise eines Prägewerkzeugs, so verformt werden, daß im Querschnitt im Ausführungsbeispiel zwei Erhebungen 20, 21 entstehen. Die Erhebungen 20, 21 sind im in Fig. 1 dargestellten Querschnitt jeweils von näher zu beschreibenden Klebstoff-Verdrängungsräumen 23, 24 und 25 begrenzt. Der Sensorträger 1 weist auf seiner der Strömungsrichtung 9 zugewandten Stirnseite eine Abflachung 49 auf, um das Anströmverhalten zu verbessern und der Ablagerung von Schmutzpartikeln entgegenzuwirken. Erfindungsgemäß wird das plattenförmige Sensorelement 2 in die Ausnehmung 17 des Sensorträgers 1 mittels eines entlang von Klebenähten 26, 27 in Form von Klebstoffraupen aufgebrachten Klebstoffs eingeklebt. Wie besser aus Fig. 2, die eine Draufsicht auf den Ausschnitt der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung zeigt, zu erkennen ist, sind im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Klebstoffnähte 26 und 27 vorgesehen. Eine erste Klebstoffnaht 26 ist im in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel kreuzförmig ausgebildet und dient zum Verkleben des Sensorelements 2 auf der plateauförmigen Erhebung 20. Im Bereich der plateauförmigen Erhebung 20 sind auf der dem Halteelement 15 des Sensorträgers 1 abgewandten Oberfläche 8 als Bond-Pads ausgebildete Verbindungselemente 28 vorgesehen, die zur elektrischen Verbindung von Leiterbahnen des Sensorelements 2 mit Anschlußleitungen 10 dienen. Die erste Klebenaht 26 dient dabei zur Fixierung des Sensorelements 2 im Bereich der Anschlußelemente 28, um eine sichere Bond- Verbindung zu erzielen.
Die zweite Klebenaht 27 hingegen ist, wie aus Fig. 2 zu erkennen, in dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel U-förmig ausgebildet. Die zweite Klebenaht 27 dient zum Verkleben des Sensorelements 2 im Bereich der plateauförmigen Erhebung 21. Die beiden Klebenähte 26 und 27 sind jeweils zwischen der Bodenfläche 29 des Sensorelements 2 und der Oberfläche 31 bzw. 30 der Erhebungen 20 und 21 des Halteelements 15 ausgebildet.
Erfindungsgemäß ist die zweite Klebenaht 27 so ausgebildet, daß sie sich zwischen der Bodenfläche 29 des Sensorelements 2 und dem Sensorträger 1 um den Hohlraum 5 herum erstreckt und nur auf der der Strömungsrichtung 9 abgewandten Seite durch eine Aussparung 40 geöffnet ist. In dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Klebenaht U-förmig ausgebildet und weist einen der Strömungsrichtung 9 zugewandten Abschnitt 41 sowie zwei in Strömungsrichtung 9 verlaufende Abschnitte 42 und 45 auf. Die in Strömungsrichtung 9 verlaufenden Abschnitte 42 und 45 bilden zwei Schenkel der U-förmig ausgebildeten zweiten Klebenaht 27. Die Aussparung 40 erstreckt sich in dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 zwischen den beiden in Strömungsrichtung 9 verlaufenden Abschnitten 42 und 45, d. h. die Klebenaht 27 ist über den gesamten der Strömungsrichtung 9 abgewandten Bereich geöffnet. Die Aussparung 40 dient der Belüftung des Hohlraums 5 des Sensorelements 2. Diese Belüftung ist notwendig, da ansonsten statische Druckschwankungen in dem zu messenden, strömenden Medium, insbesondere Überdruckspitzen zu einer Zerstörung der dielektrischen Membran 4 führen können. Dabei ist jedoch zu verhindern, daß das strömende Medium an der Rückseite 44 der Membran 4 entlangströmt, da dies zu einem unerwünschten Beitrag zum Meßsignal führen würde, welcher zu einem uneindeutigen und nicht reproduzierbaren Meßergebnis führen würde. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, die Klebenaht 27 so zu führen, daß sie sich um den Hohlraum 5 des Sensorelements 2 herum erstreckt und nur auf der der Strömungsrichtung 9 abgewandten Seite durch eine entsprechende Aussparung 40 geöffnet ist.
Der Öffnungsquerschnitt der Aussparung 40 definiert dabei eine Drosselstelle. Dieser Öffnungsquerschnitt wird zweckmäßigerweise so festgelegt, daß sich ein ausreichend schneller, eine Zerstörung der Membran 4 verhindernder Druckausgleich zwischen der dem strömenden Medium zugewandten Vorderseite der Membran 4 und der dem strömenden Medium abgewandten, dem Hohlraum 5 zugewandten Rückseite 44 der Membran 4 ergibt. Andererseits ist der Öffnungsquerschnitt der Aussparung 40 jedoch so gering zu bemessen, daß eine Strömung des Mediums in dem Hohlraum 5 verhindert oder zumindest ausreichend unterdrückt ist. Der Öffnungsquerschnitt der Aussparung 40 ist einerseits durch die in Fig. 2 dargestellte Breite b der Aussparung 40 und andererseits durch die in Fig. 1 dargestellte Dicke d der Klebenaht 27 festgelegt. Die Dicke der Klebenaht d kann z. B. durch Abstandshalter 43a - 43i eingestellt werden. Die Abstandshalter 43a - 43i können z. B. durch ein Prägeverfahren mittels eines z. B. nadeiförmig ausgebildeten Prägewerkzeugs, das an dem Halteelement 15 an der Außenfläche 22 angreift, ausgebildet werden. Alternativ ist es auch denkbar, die Abstandshalter durch ein geeignetes Ätzverfahren an dem Sensorelement 2 auszubilden oder die Abstandshalter in dem die Klebenähte 26 und 27 bildenden Klebstoff z. B. als feine Kügelchen mit konstanten Durchmesser zu dispergieren.
Die Klebenähte 26 und 27 können als feine Klebstoffraupen mit üblichem Dosierverfahren aufgebracht werden. Als Klebstoff eignet sich vorzugsweise ein nach der Aushärtung elastisch bleibender Klebstoff, insbesondere ein elastischer Silikonklebstoff. Dadurch werden mechanische Verspannungen zwischen dem Sensorelement 2 und dem Sensorträger 1 minimiert. Mechanische Verspannungen treten insbesondere infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des vorzugsweise aus einem Metallblech gefertigten Sensorträgers 1 und des vorzugsweise aus einem Halbleitermaterial gefertigten Sensorelements 2 auf. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung zum Messen der Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine kann die zu messende Ansaugluft je nach Außentemperatur des Kraftfahrzeugs erheblichen Temperaturschwankungen unterworfen sein.
Die bereits beschriebenen Klebstoff- Verdrängungsräume 23, 24 und 25 sind auf der der Strömungsrichtung 9 zugewandten Seite durch weitere Klebstoff- Verdrängungsräume 46 und 47 verbunden. Die Klebstoff-Verdrängungsräume 23 und 24 sind in dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weiterhin durch einen der Strömungsrichtung 9 abgewandten weiteren Klebstoff- Verdrängungsraum 48 verbunden. Beim Zusammenfügen des Sensorelements 2 und des Sensorträgers 1 kann überschüssig aufgebrachter Klebstoff in die Klebstoff- Verdrängungsräume 23, 24, 25, 46, 47, 48 entweichen, wie dies in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Dadurch wird insbesondere verhindert, daß beim Zusammenfügen des Sensorelements 2 und des Sensorträgers 1 Klebstoff in den Hohlraum 5 eingedrückt wird oder gar bis zu der Rückseite 44 der Membran 4 vordringt. Die Klebenaht 27 ist so zu plazieren, daß ein Eindringen des Klebstoffs in den Hohlraum 5 sicher verhindert wird, da dies die Funktionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung erheblich beeinträchtigen kann.
In den Figuren 3 und 4 ist ein zweites Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meß Vorrichtung dargestellt. Während Fig. 3 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Meß Vorrichtung zeigt, ist in Fig. 4 ein Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3 dargestellt. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen bezeichnet, so daß sich insoweit eine wiederholende Beschreibung erübrigt.
Der Unterschied zu dem bereits anhand der Figuren 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiele besteht zum einen darin, daß die einstückig ausgebildete Klebenaht 60 sich G-förmig um den Hohlraum 5 des Sensorelements 2 herum erstreckt. Dabei weist die Klebenaht 60 einen der Strömungsrichtung 9 zugewandten Abschnitt 61, zwei in Strömungsrichtung 9 verlaufende Abschnitte 62 und 63 sowie einen der Strömungsrichtung 9 abgewandten Abschnitt 64 auf. Der der Strömungsrichtung abgewandte Abschnitt 64 verbindet die in Strömungsrichtung 9 verlaufenden Abschnitte 62 und 63 nicht vollständig, so daß sich auf der der Strömungsrichtung 9 abgewandten Seite eine Aussparung 40 ergibt. Im in Fig. 3 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel erstreckt sich die Aussparung 40 von einem ersten, in Strömungsrichtung 9 verlaufenden Abschnitt 62 bis zu einem freien Ende 65 des der Strömungsrichtung 9 abgewandten Abschnitts 64 der Klebenaht 60.
Es sind jedoch auch Ausbildungen denkbar, bei welchen die Aussparung 40 den der Strömungsrichtung 9 abgewandten Abschnitt 64 an anderer Stelle unterbricht. Es können auch mehrere derartige Aussparungen in dem der Strömungsrichtung 9 abgewandten Abschnitt 64 vorgesehen sein. Der zweite in Strömungsrichtung verlaufende Abschnitt 63 ist so verbreitert, daß er bis in den Bereich unterhalb der als Bond-Pads ausgebildeten Anschluß elemente 28 reicht, so daß das Sensorelement im Bereich der Anschlußelemente 28 mit Klebstoff unterfüttert sind. Dadurch ist eine hohe Bruchfestigkeit des Sensorelements 2 während dem Aufbringen der Bond-Verbindungen gewährleistet. Ferner ist das Sensorelement 2 im Bereich der Anschlußelemente 28 durch die Klebenaht 60 besonders gut arretiert, so daß sich auch bei Verwendung eines elastischen Klebstoffs, z. B. eines Silikonklebstoffs, eine gute Bond- Verbindung realisieren läßt.
Die Klebstoffnaht 60 kann bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel bis in den Randbereich der in dem Rahmenelement 14 ausgebildeten Ausnehmung 17 reichen. Um zu verhindern, daß beim Zusammenfügen des Sensorelements 2 mit dem Sensorträger 1 der Klebstoff in den Hohlraum 5 des Sensorelements 2 eindringt oder gar bis zu der Membran 4 vordringt, ist in dem Halteelement 15 des Sensorträgers 1 eine Vertiefung 66 z. B. mittels eines Tiefprägeverfahrens eingebracht. Die Vertiefung 66 dient als Klebstoff- Verdrängungsraum und nimmt überschüssigen Klebstoff auf. Gleichzeitig dient die Vertiefung 66 auch der Belüftung des Hohlraums 5 des Sensorelements 2. Wie aus Fig. 3 zu erkennen, ist die Vertiefung 66 dazu im wesentlichen L-förmig ausgebildet und erstreckt sich durch die Aussparung 40 der Klebenaht 60 hindurch bis zu einem verlängerten Abschnitt 67. Der verlängerte Abschnitt 67 wird daher von dem Sensorelement 2 nicht überdeckt und ist mit dem zu messenden strömenden Medium für den Druckausgleich z. B. über nicht dargestellte Bohrungen in dem Halteelement 15 verbunden.

Claims

Patentansprüche
1. Meßvorrichtung zur Messung der Masse eines entlang einer Strömungsrichtung (9) strömenden Mediums, insbesondere der Ansaugluftmasse einer Brennkraftmaschine, mit einem plattenförmigen Sensorelement (2), das in eine Ausnehmung (17) eines Sensorträgers (1) eingesetzt ist und eine ein Meßelement (6) tragende Membran (4) aufweist, die einen in dem Sensorelement (2) ausgebildeten Hohlraum (5) auf der dem Sensorträger (1) abgewandten Seite verschließt, wobei das Sensorelement (2) mittels einer Klebung zwischen einer dem Sensorträger (1) zugewandten Bodenfläche (29) des Sensorelements (2) und dem Sensorträger (1) in der Ausnehmung (17) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebung eine Klebenaht (27; 60) aufweist, die sich zwischen der Bodenfläche (29) des Sensorelements (2) und dem Sensortrager (1) um den Hohlraum (5) des Sensorelements (2) herum erstreckt und nur auf der der Strömungsrichtung (9) abgewandten Seite durch zumindest eine Aussparung (40) geöffnet ist, um den Hohlraum (5) zu belüften.
2. Meß Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Klebenaht (27) U-förmig um den Hohlraum (5) herum erstreckt und einen der Strömungsrichtung (9) zugewandten Abschnitt (41) sowie zwei in Strömungsrichtung (9) verlaufende Abschnitte (42, 45) aufweist.
3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Klebenaht (60) G-förmig um den Hohlraum (5) herum erstreckt und einen der Strömungsrichtung (9) zugewandten Abschnitt (61), zwei in Strömungsrichtung (9) verlaufende Abschnitte (62, 63) sowie einen der Strömungsrichtung (9) abgewandten Abschnitt (64) aufweist, wobei der der Strömungsrichtung (9) abgewandte Abschnitt (64) die in Strömungsrichtung (9) verlaufenden Abschnitte (62, 63) nicht vollständig verbindet.
4. Meß Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenförmige Sensorelement (2) auf einer dem Sensorträger (1) abgewandten Oberfläche (8) Anschlußelemente (28) zum Verbinden mit Anschlußdrähten (10) aufweist und daß in einem den Anschlußelementen (28) gegenüberliegenden Bereich zwischen der Bodenfläche (29) des Sensorelements (2) und dem Sensorträger (1) eine weitere Klebenaht (26) ausgebildet ist.
5. Meß Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Klebenaht (26) kreuzförmig ausgebildet ist.
6. Meß Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenförmige Sensorelement (2) auf einer dem Sensorträger (1) abgewandten Oberfläche (8) Anschlußelemente (28) zum Verbinden mit Anschlußdrähten (10) aufweist und daß die sich um den Hohlraum (5) herum erstreckende Klebenaht (27) sich zwischen der
Bodenfläche (29) des Sensorelements (2) und dem Sensorträger (1) bis zu einem den
Anschlußelementen (28) gegenüberliegenden Bereich erweitert.
7. Meß Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sensorträger (1) eine Vertiefung (66) ausgebildet ist, die mit dem Hohlraum (5) des Sensorelements (2) in Verbindung steht und von dem Sensorelement (2) nicht vollständig überdeckt ist.
8. Meß Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorträger (1) zumindest einen der Bodenfläche (29) des Sensorelements (2) gegenüberliegenden Klebstoff- Verdrängungsraum (23, 24, 25, 46, 47, 48; 66) aufweist, in welchen überschüssiger, zur Ausbildung der Klebenaht (26, 27; 60) dienender Klebstoff beim Einsetzen des Sensorelements (2) in die Ausnehmung (17) des Sensorträgers (1) verdrängbar ist.
9. Meß Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebenaht (60) bzw. die Klebenähte (26, 27) durch einen elastischen Silikonklebstoff gebildet ist bzw. sind.
10. Meß Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf zumindest einer der Bodenfläche (29) gegenüberliegenden Auflagefläche (30, 31) des Sensorträgers (1) erhabene Abstandshalter (43a - 43i) vorgesehen sind, die den Abstand zwischen der Bodenfläche (29) des Sensorelements (2) und dem Sensorträger (1) festlegen.
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