EP2035786A2 - Anemometrische messeinrichtung mit schichtwiderständen im kraftzeugabgasrohr - Google Patents

Anemometrische messeinrichtung mit schichtwiderständen im kraftzeugabgasrohr

Info

Publication number
EP2035786A2
EP2035786A2 EP07785869A EP07785869A EP2035786A2 EP 2035786 A2 EP2035786 A2 EP 2035786A2 EP 07785869 A EP07785869 A EP 07785869A EP 07785869 A EP07785869 A EP 07785869A EP 2035786 A2 EP2035786 A2 EP 2035786A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature
measuring device
ceramic
resistors
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07785869A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karlheinz Wienand
Karlheinz Ullrich
Matthias Muziol
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.)
Heraeus Nexensos GmbH
Original Assignee
Heraeus Sensor Technology GmbH
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 Heraeus Sensor Technology GmbH filed Critical Heraeus Sensor Technology GmbH
Publication of EP2035786A2 publication Critical patent/EP2035786A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • 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
    • G01F1/68—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
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • 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
    • G01F1/68—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
    • G01F1/6845—Micromachined devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • 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
    • G01F1/68—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
    • G01F1/688—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
    • 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
    • G01F1/692—Thin-film arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • 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
    • G01F1/68—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
    • G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
    • G01F1/698—Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters
    • G01F1/6983—Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters adapted for burning-off deposits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/10—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring thermal variables
    • G01P5/12—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring thermal variables using variation of resistance of a heated conductor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49082—Resistor making

Definitions

  • the invention relates to a flow sensor element with sheet resistors, in particular with a temperature sensor based on a platinum thin film resistor and a heating power sensor based on a platinum thin film resistor.
  • the temperature sensor and the heating power sensor are arranged on a carrier element.
  • electrical conductors and pads for electrical contacting of temperature sensors and heating power sensors on a ceramic substrate has proven itself.
  • the invention relates to the production and use of such a flow sensor element, in particular in an apparatus for exhaust gas recirculation.
  • Such flow sensor elements are known from EP 1 065 476 A1.
  • a thermal air flow sensor is disclosed in which a sensor element with a heating resistor and a resistance temperature measuring element sunk in a recess of a Keramiklaminat- body and fixed with ceramic cement. Due to the adhesive bond and the sunk arrangement of the sensor element with or in the ceramic laminate, the sensor element has a noticeable reaction inertia with temperature changes of the measured medium.
  • the electrical contacts are covered in the flow area with an epoxy resin, so that use of the device at temperatures above 300 0 C is not possible. In addition, the arrangement is complicated and therefore expensive.
  • DE 102 25 602.0 discloses a temperature sensor with a total thickness of 10 to 100 ⁇ m, which has a metallic film substrate with an electrically insulating coating on which a platinum thin-film resistor is arranged as a temperature-sensitive element.
  • the temperature sensor is used in the region of a heat sink for a semiconductor device.
  • DE 195 06 231 A1 discloses a hot-film anemometer with a temperature sensor and a heating power sensor.
  • the heating power sensor is arranged like a bridge in a recess of a plastic carrier plate.
  • the platinum temperature thin-film elements for the temperature sensor and the heating power sensor are arranged on a ceramic substrate, which is preferably formed of aluminum oxide.
  • DE 199 41 420 A1 discloses a sensor element for measuring temperature on a metallic substrate, which has an insulation layer as a membrane.
  • the membrane spans a recess in the metallic substrate.
  • the platinum thin film is arranged in the region of the recess on the membrane.
  • DE 101 24 964 A1 discloses a sensor for measuring flow velocities of gases or liquids with a carrier membrane, which is designed in the form of a lug.
  • the carrier membrane is preferably formed from a plastic and has an electrical conductor of platinum and electrical leads. The use of such a sensor with a support membrane made of plastic is not possible at temperatures above 300 0 C.
  • EP 1 431 718 discloses a fast response flow sensor element for measuring mass flows of hot gaseous or liquid media.
  • a temperature measuring element and a heating element each have a metallic carrier foil with an electrically insulating coating on which the platinum thin film resistors are arranged. If dirty, the measured value drifts.
  • DE 199 59 854 describes an exhaust gas recirculation, in which the incoming air is measured with a flow mass sensor according to the anemometric principle and for measuring the amount of exhaust gas, a second flow mass sensor is arranged in the exhaust duct after a water cooling.
  • an anemometric measuring device for flow sensors, are fixed in the sheet resistors in a lid or a hollow body in an opening or in openings of the lid or hollow body, wherein two resistors are different by one to three orders of magnitude.
  • the sheet resistors comprise at least one conductor track, in particular made of platinum, preferably a platinum thin-film conductor track on a substrate, in particular a ceramic plate, and in each case two connecting leads connected to the conductor track per conductor track.
  • the one to three orders of magnitude greater resistance is suitable as a temperature measuring resistor and is referred to below as such.
  • the smaller by one to three orders of magnitude compared to the temperature measuring resistors are suitable for heating.
  • these heating resistors a distinction is made in the context of the present invention between different functions:
  • Heating resistors for self-cleaning of the temperature sensor as part of the temperature sensor are provided.
  • Heating power sensors with two heating conductors allow the determination of the direction of mass flow.
  • Heat output sensors with an additional temperature measuring resistor allow a precise temperature setting of the heating power sensor.
  • the present invention exclusively relates to sheet resistors which are designed as a thick layer or thin layer, preferably in platinum, in particular as a platinum thin layer.
  • the sheet resistors are arranged on carrier material, in particular on a ceramic substrate. You can run the ceramic substrate as a carrier or on a support, such as a metal plate, arrange.
  • sheet resistors applied to a carrier material are also referred to as sheet resistors. net, so that there is no linguistic distinction between sheet resistors in the narrower sense than the pure resistance layer and sheet resistors including the carrier material.
  • the sheet resistors inserted in openings of a lid or hollow body comprise the carrier material on which the thinner thick film is arranged as a resistive layer.
  • the sheet resistors are arranged in the narrower sense on a ceramic substrate.
  • Various sheet resistors in the broader sense can be arranged side by side in an opening of a lid or hollow body or separately in each case an opening.
  • heating power sensors and temperature sensors are spaced apart.
  • Two heating conductors of a heating power sensor are preferably arranged one behind the other so that they lie one behind the other in the flow direction.
  • heating power sensors are implemented with two heat conductors on a common ground or with two successively arranged identical chips.
  • the openings of the lid or hollow body are expediently slots or holes.
  • the lid is intended for sealing a pipe. If the lid is made of metal, it can be welded to a metal tube.
  • the sheet resistors in a broader sense are passed through the opening or openings of the lid and fixed in the opening or in the openings on the lid.
  • the hollow body serves to receive the terminals of the sheet resistors whose sensitive Teii protrudes through the opening or the openings of the hollow body.
  • a relevant aspect of the present invention is that resistors produced in thick or thin film are integrated into a sensor element which can easily be installed in an exhaust gas channel in mass production.
  • the solution according to the invention of inserting film resistors into a lid or hollow body allows a simple sealing of the
  • the sheet resistances can be executed perpendicular to the base surface of a lid or hollow body. This results in production technical advantages over a parallel to a plate continued arrangement.
  • the invention is not limited to a vertical design, but allows any angle to the surface of the lid or hollow body.
  • the vertical component of angles according to the present invention is feasible. Accordingly, the advantage of the present invention occurs particularly at angles of 60 to 90 degrees, especially 80 to 90 degrees.
  • the hollow body is open on one side or formed as a tube; •
  • the lid is designed as a disc;
  • the base area of an opening for receiving at least two sheet resistances is at least one order of magnitude smaller than the cover base area or a corresponding hollow body base area;
  • the lid or the hollow body has two openings for receiving layer resistances
  • the lid is made of ceramic material
  • sheet resistors are mounted in the opening of a ceramic lid, in particular a ceramic disc with glass solder;
  • the sheet resistors carried on a ceramic substrate are fastened in at least one opening of a metal cover or hollow body, in particular a metal sheet with casting or glass welded to a metal pipe.
  • the measuring device according to the invention is suitable for flow sensors or soot sensors.
  • the flow sensor element is operated with the sheet resistors according to the anemometric principle.
  • a temperature sensor is equipped as part of an anemometric measuring device with a heat conductor.
  • a cleaning of the temperature sensor is made possible by annealing by means of heaters. It has proven useful in the anemometric measuring device to decouple the temperature sensor and the heating power sensor to be differentiated from the heater of the temperature sensor, preferably to space it, in particular to insert it in separate openings of the lid or hollow body.
  • the temperature sensor has a much higher resistance than the heaters, typically one to three orders of magnitude higher. Self-cleaning of the temperature sensor or its temperature measuring element by annealing is made possible by means of a heat conductor.
  • this heating conductor is integrated on the chip of the temperature measuring element.
  • at least two platinum thin-film resistors are arranged on a ceramic support plate. This allows heating of the temperature sensing element to heat or anneal contaminants.
  • the two resistors of the temperature measuring element are arranged on a ceramic substrate, preferably on a solid ceramic plate.
  • the resistors can also be arranged on a ceramic substrate on an alternative carrier.
  • a finished temperature measuring resistor is not intended for measuring the fluid temperature, since it is only suitable for its temperature control during operation of the heating power sensor.
  • the ceramic carrier platelets have a thickness in the range of 100 microns to 650 microns, in particular 150 microns to 400 microns.
  • Al 2 O 3 has proved to be suitable as the material for the ceramic carrier platelets, in particular with at least 96% by weight and preferably more than 99% by weight.
  • heating resistors preferably have 1 to 50 ohms and tend to lower values when reducing the size of the components. In the currently common dimensions of the components 5 to 20 ohms are preferred. Temperature measuring resistors preferably have 50 to 10,000 ohms and also tend to lower values when reducing the size of the components. With the current dimensions of the components, 100 to 2,000 ohms are preferred. On the Temperaturchip the temperature measuring resistor is many times greater than the heating resistor. In particular, these resistances differ by one to two orders of magnitude.
  • the passivation layer preferably has a thickness in the range from 10 ⁇ m to 30 ⁇ m, in particular from 15 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • a passivation layer comprising at least two different individual layers, in particular individual layers of Al 2 O 3 and glass ceramic, has proved particularly useful.
  • the thin-film technique is suitable for creating the preferred layer thickness of the Al 2 O 3 layer of 0.5 ⁇ m to 5 ⁇ m, in particular 1 ⁇ m to 3 ⁇ m.
  • the at least one heating element has rectangular ceramic carrier plates with two long and two narrow edges and that the ceramic carrier plates are arranged in openings of a lid or a hollow body.
  • the platinum-thin film resistors are preferably arranged on the end of the carrier platelets facing away from the lid or hollow body, in order to ensure the lowest possible thermal influence of the thin film resistors by the thermally inert lid or hollow body.
  • the platinum thin film resistor of the heating element is arranged further away from the cover or hollow body than the platinum thin film resistor of the temperature measuring element.
  • the PiatinPhynfiimwidermounted the heating element are not arranged in the same flow fiber of the measuring medium as the PiatinPhynfiimwiderrange the temperature measuring element.
  • the preferred arrangement of the temperature measuring element is in the flow direction in front of the heating element.
  • the carrier plates of the heating element and the temperature measuring element are spaced apart, in particular parallel to each other.
  • the flow sensor element according to the invention is particularly suitable for the measurement of gaseous media having a temperature in the range of -40 0 C to +800 0 C, as for example, has the exhaust gas of an internal combustion engine.
  • the self-cleaning by heating the temperature measuring element is particularly suitable for in the exhaust gas of internal combustion engines, especially diesel engines arranged sensors. Sooty sensors quickly become VOMABLE by heating, especially annealing. This self-cleaning can be repeated as often as desired during the life of a motor.
  • the arrangement of a plurality of temperature measuring elements and heating elements on the carrier element also makes it possible to detect the flow direction or flow direction changes of a medium in an ideal manner.
  • the measuring devices according to the invention can be realized devices for exhaust gas recirculation, in which the measuring device is arranged in the outlet region of a vehicle internal combustion engine.
  • the measuring device is arranged in the outlet region of a vehicle internal combustion engine.
  • a device for exhaust gas recirculation from an outlet region of a vehicle internal combustion engine in an air inlet region to which an adjustable mixture of exhaust gas and incoming air to the machine can be fed, and an amount of fuel is adjustable is provided, according to the invention in the outlet region a hot-film anemometer is arranged, in particular the exit region is connected via an exhaust gas recirculation line, which has a controllable valve, an exhaust gas cooling device and a hot film anemometer, to an inlet region of the internal combustion engine, wherein the hot film anemometer 1 comprises two ceramic chips which are mounted on a ceramic support and at this carrier the transition to Metallic material of the exhaust gas outlet region of the internal combustion engine takes place, so that the current paths of the chips gas-tight electrically through the ceramic material of the metallic material in the region of the exhaust gas outlet region of the Brenn motor are electrically isolated.
  • the hot-film anemometer 10 is disposed in an exhaust gas recirculation passage upstream of the cooling 8 or in an air-cooled radiator.
  • a hot-film anemometer 10 does not need to be arranged for either the fresh air or the cooled exhaust gas.
  • the multi-part ceramic component of the hot-film anemometer comprises a carrier element, a temperature measuring element and a heating element.
  • a device has proven useful in which two sheet resistors 128, 129 are held on a common ceramic substrate 107 in an opening.
  • FIGS 1 to 3b illustrate the flow sensor element according to the invention by way of example only. It is therefore expressly added here that the arrangement of the electrical see conductor tracks and pads as well as the number of Platin Conferencenfilme per temperature measuring element or heating element can also be chosen differently, without departing from the scope of the invention.
  • FIG. 1 shows a flow sensor element with a heating and temperature measuring element arranged in a metal disk
  • FIG. 2 shows a flow sensor element with a heating and temperature measuring element arranged in a ceramic disk
  • FIG. 3 a shows a section according to FIG. 1 or 2 relating to an arrangement of sheet resistors in a ceramic disk
  • Figure 3b shows the detail of FIG. 3a in plan view.
  • a sensor element with potting or glass 18 is made in a carrier disk 21 made of heat and exhaust resistant stainless steel.
  • a good clawing of the potting is achieved.
  • the area of the carrier disk 21, through which the sensor element exits toward the medium, has a rectangular contour which is only slightly larger than the sensor element cross section.
  • the flow sensor element is held in the direction of the media-carrying tube 5 and the interior of the complete sensor is sealed off against the medium.
  • the carrier disk 21 is inserted into a housing 24 and tightly welded to a circular seam 22.
  • the housing tube 24 the housing 11 is welded.
  • the housing 11 of the insulating body 10 made of temperature-resistant plastic or ceramic with a ring 9, which is fixed by a bead 17, supported.
  • a cable bushing made of an elastomer is tightly attached to the bead 16.
  • Feed lines 4 are guided through the bores of a grommet 14. Each supply line is electrically connected via a crimp 25 to a contact sleeve 3.
  • the contact sleeve 3 has a widening 26 under an insulating part 10 and a surface 27, which is wider than the contact sleeve diameter, above the insulating part 10, so that the contact sleeve is fixed in the insulating part 10 in the axial direction.
  • the connecting wires 2 are contacted with the weld 15 electrically.
  • FIG. 2 shows another embodiment with a ceramic carrier disk 7, in which the flow element 1 is fastened with glass solder 18 in the carrier disk 7.
  • the support plate 7 is crimped together with a high temperature resistant seal 8 made of mica or graphite in the metallic frame 6.
  • the version 6 is also tightly welded to the housing tube 24.
  • the heating element is designed as a heating power sensor and the temperature measuring element as a temperature sensor, which can additionally wear a heating conductor for annealing.
  • two heating power sensors 28 for direction detection of the media flow are arranged for this purpose.
  • the anemometric measuring principle works in such a way that the temperature measuring element accurately detects the temperature of the medium.
  • the one or both heating elements of the heating power sensor (s) 28 are then held at a constant excess temperature to the temperature sensor 29 by an electrical circuit.
  • the gas or liquid flow to be measured more or less cools the heating element (s) of the heating power sensor (s).
  • the electronics In order to maintain the constant over-temperature, the electronics must be able to supply current to the heating element (s) in the event of mass flow; this generates a voltage at an exact measuring resistor, which is correlated with the mass flow and can be evaluated.
  • the double arrangement of the heating power sensor 28 allows the direction detection of the mass flow. Notwithstanding FIG. 5, in one embodiment, as a soot sensor, two heating power sensors are inserted parallel into a tubular housing.
  • the two heating power sensors 28 are still each provided with a glass-ceramic lid.
  • a heating power sensor is operated above the pyrolytic incineration temperature; ie, at about 500 0 C.
  • the second heating power sensor is employed in a lower temperature range of 200 to 450 0 C, preferably operated by 300 to 400 ° C. With soot deposition on this second heating power sensor, this deposition layer acts as a thermal insulation and alteration of the IR radiation properties in the sense of an increasingly black body.
  • FIG. 6 shows a device for exhaust gas recirculation from an exit region 104 of a vehicle internal combustion engine 101 into an air inlet region 102, to which an adjustable mixture of exhaust gas and inflowing air can be supplied to the engine 101 and an amount of fuel is adjustable, in accordance with the invention in the exit region of the internal combustion engine 104
  • Hot-film anemometer 110 is arranged, which has two ceramic chips 28, 29 which are mounted on a ceramic support 30 and on this support 30, the transition to the metiai Materiai the exit region 104 of the internal combustion engine follows, so that the current paths of the chips gas-tight through the ceramic Material are electrically isolated from the metallic material in the region of the exhaust gas outlet region 104 of the internal combustion engine.
  • a material arrangement with different coefficients of expansion between the metallic exhaust pipe and the ceramic chip for permanently high temperatures is provided gas-tight, with which an improved measurement is made possible.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

Eine Messeinrichtung, insbesondere anemometrische Messeinrichtung eines Strömungssensors, enthält Schichtwiderstände in einer oder mehrerer Öffnung(en) eines Deckels oder eines Hohlkörpers. Die Schichtwiderstände sind erfindungsgemäß in der oder den Öffnung(en) befestigt. Zwei Schichtwiderstände unterscheiden sich bezüglich ihres Widerstandes um ein bis drei Größenordnungen. Bei einer anemometrischen Messeinrichtung eines Strömungssensors sind erfindungsgemäß ein Temperatursensor und ein Heizleistungssensor in ein Trägerelement gesteckt. Der Temperatursensor weist einen Temperaturmesswiderstand und einen Heizleiter als Platindünn oder Dickfilm-Widerstände auf keramischen Untergrund auf. Zur Selbstreinigung einer anemometrischen Messeinrichtung eines Strömungssensors, bei dem ein Temperaturmesselement und ein Heizelement in ein Trägerelement gesteckt sind, weist das Temperaturmesselement einen Platindünnfilm-Widerstand auf keramischem Untergrund zur Temperaturmessung auf und wird mit einem zusätzlichen Platindünnfilm-Widerstand geheizt. Zur Herstellung einer anemometrischen Messeinrichtung eines Strömungssensors aus Schichtwiderständen und einem Deckel oder einem Hohlkörper werden zwei um ein bis zwei Größenordnungen unterschiedliche Schichtwiderstände in Öffnungen des Deckels oder Hohlkörpers gesteckt und in den Öffnungen befestigt.

Description

Schichtwiderstand im Abgasrohr
Die Erfindung betrifft ein Strömungssensorelement mit Schichtwiderständen, insbesondere mit einem Temperatursensor auf Basis eines Platindünnfilm-Widerstandes und einem Heizleistungssensor auf Basis eines Platindünnfilm-Widerstands. Vorzugsweise sind der Temperatursensor und der Heizleistungssensor an einem Trägerelement angeordnet. Elektrische Leiterbahnen und Anschlussflächen zur elektrischen Kontaktierung von Temperatursensoren und Heizleistungssensoren auf einem Keramiksubstrat anzuordnen, hat sich dabei bewährt. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Herstellung und Anwendung eines solchen Strömungssensorelements, insbesondere in einer Vorrichtung zur Abgasrückführung.
Derartige Strömungssensorelemente sind aus EP 1 065 476 A1 bekannt. Dort ist ein thermischer Luftdurchflusssensor offenbart, bei dem ein Sensorelement mit einem Heizwiderstand und einem Widerstandstemperaturmesselement in einer Aussparung eines Keramiklaminat- Körpers versenkt angeordnet und mit Keramikzement befestigt ist. Aufgrund der Klebeverbindung und der versenkten Anordnung des Sensorelements mit bzw. in dem Keramiklaminat weist das Sensorelement eine merkliche Reaktionsträgheit bei Temperaturwechseln des Messmediums auf. Die elektrischen Kontakte sind im Strömungsbereich mit einem Epoxid- harz bedeckt, so dass ein Einsatz der Vorrichtung bei Temperaturen oberhalb 3000C nicht möglich ist. Zudem ist die Anordnung aufwendig und daher kostenintensiv.
DE 102 25 602.0 offenbart einen Temperatursensor mit einer Gesamtdicke von 10 bis 100 μm, der ein metallisches Foliensubstrat mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf- weist, auf weicher ein Platindünnfilm-Widerstand als temperatursensitives Element angeordnet ist. Der Temperatursensor ist im Bereich eines Kühlkörpers für ein Halbleiterbauelement eingesetzt. DE 195 06 231 A1 offenbart ein Heißfilmanemometer mit einem Temperatursensor und einem Heizleistungssensor. Der Heizleistungssensor ist brückenartig in einer Ausnehmung einer Kunststoffträgerplatte angeordnet. Die Platin-Temperatur-Dünnschichtelemente für den Temperatursensor und den Heizleistungssensor sind auf einem Keramiksubstrat, welches vorzugsweise aus Aluminiumoxid gebildet ist, angeordnet.
DE 199 41 420 A1 offenbart ein Sensorelement zur Temperaturmessung auf einem metallischen Substrat, das eine Isolationsschicht als Membrane aufweist. Dabei überspannt die Membrane eine Ausnehmung im metallischen Substrat. Der Platindünnfilm ist dabei im Bereich der Ausnehmung auf der Membrane angeordnet.
DE 101 24 964 A1 offenbart einen Sensor zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten von Gasen oder Flüssigkeiten mit einer Trägermembran, die in Form einer Fahne ausgebildet ist. Die Trägermembran ist vorzugsweise aus einem Kunststoff gebildet und weist eine elektrische Leiterbahn aus Platin und elektrische Zuleitungen auf. Der Einsatz eines solchen Sensors mit einer Trägermembran aus Kunststoff ist bei Temperaturen oberhalb 3000C nicht möglich.
EP 1 431 718 offenbart ein schnell ansprechendes Strömungssensorelement zur Messung von Massendurchflüssen von heißen gasförmigen oder flüssigen Medien. Hierzu weisen ein Temperaturmesselement und ein Heizelement jeweils eine metallische Trägerfolie mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf, auf welcher die Platindünnfilm-Widerstände angeordnet sind. Bei Verschmutzung driftet der Messwert.
DE 199 59 854 beschreibt eine Abgasrückführung, bei der die einströmende Luft mit einem Strömungsmassensensor nach dem anemometrischen Prinzip gemessen wird und für die Messung der Abgasmenge ein zweiter Strömungsmassensensor im Abgaskanal nach einer Wasserkühlung angeordnet ist.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, Strömungssensoren in Abgasrückführungen für die Mas- senproduktion geeignet anzuordnen, vorzugsweise noch der Drift entgegenzuwirken, insbesondere ein entsprechendes Strömungssensorelement zu reinigen oder ein starken Verschmutzungen, wie z.B. Abgas, ausgesetztes Strömungssensorelement funktionsstabil zu halten. Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Ausführungen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird für Strömungssensoren eine anemometrische Messeinrichtung bereitgestellt, bei der Schichtwiderstände in einem Deckel oder einem Hohlkörper in einer Öffnung oder in Öffnungen des Deckels oder Hohlkörpers befestigt sind, wobei zwei Widerstände um ein bis drei Größenordnungen verschieden sind.
Die Schichtwiderstände umfassen wenigstens eine Leiterbahn, insbesondere aus Platin, vorzugsweise eine Platindünnschicht-Leiterbahn auf einem Substrat, insbesondere einem keramischen Plättchen und pro Leiterbahn jeweils zwei mit der Leiterbahn verbundene Anschlussleitungen.
Der um ein bis drei Größenordnungen größere Widerstand eignet sich als Temperaturmesswiderstand und wird im Folgenden als solcher bezeichnet. Die um ein bis drei Größenordnungen gegenüber dem Temperaturmesswiderstand kleineren Widerstände eignen sich zum Heizen. Bezüglich dieser Heizwiderstände wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung zwischen verschiedenen Funktionen unterschieden:
1. Heizwiderstände zur Selbstreinigung des Temperatursensors als Bestandteil des Temperatursensors.
2. Heizwiderstände ais Heizieistuπgsseπsoren zur Ermittlung eines Massefiusses nach dem anemometrischen Prinzip.
Heizleistungssensoren mit zwei Heizleitem erlauben die Bestimmung der Richtung des Masseflusses. Heizleistungssensoren mit einem zusätzlichen Temperaturmesswiderstand gestatten eine genaue Temperatureinstellung des Heizleistungssensors. Die vorliegende Erfindung betrifft hierbei ausschließlich Schichtwiderstände, die als Dickschicht oder Dünnschicht ausgeführt sind, vorzugsweise in Platin, insbesondere als Platindünnschicht. Die Schichtwiderstände sind auf Trägermaterial angeordnet, insbesondere auf keramischem Untergrund. Man kann den keramischen Untergrund als Träger ausführen oder auf einem Träger, wie z.B. einem Metallplättchen, anordnen. Im Sprachgebrauch werden auf einem Trägermaterial aufgebrachte Schichtwiderstände ebenfalls als Schichtwiderstände bezeich- net, so dass zwischen Schichtwiderständen im engeren Sinn als der reinen Widerstandsschicht und Schichtwiderständen einschließlich des Trägermaterials sprachlich nicht unterschieden wird. Die in Öffnungen eines Deckels oder Hohlkörpers gesteckten Schichtwiderstände umfassen das Trägermaterial, auf dem die dünnere Dickschicht als Widerstands- schicht angeordnet ist.
In bevorzugter Ausführung sind die Schichtwiderstände im engeren Sinn auf einem keramischen Untergrund angeordnet. Verschiedene Schichtwiderstände im weiteren Sinn können nebeneinander in einer Öffnung eines Deckels oder Hohlkörpers angeordnet werden oder aber separat in jeweils einer Öffnung. Vorzugsweise sind Heizleistungssensoren und Temperatursensoren voneinander beabstandet. Zwei Heizleiter eines Heizleistungssensors sind vorzugsweise so hintereinander angeordnet, dass sie in der Strömungsrichtung hintereinander liegen. Vorzugsweise werden Heizleistungssensoren mit zwei Heizleitern auf einem gemeinsamen Untergrund oder mit zwei nacheinander angeordneten, identischen Chips ausgeführt.
Die Öffnungen des Deckels oder Hohlkörpers sind zweckmäßigerweise Schlitze oder Bohrungen.
Der Deckel ist zum dichten Abschluss eines Rohres vorgesehen. Ist der Deckel aus Metall, kann er mit einem Metallrohr verschweißt werden. Die Schichtwiderstände im weiteren Sinne werden durch die Öffnung oder die Öffnungen des Deckels geführt und in der Öffnung oder in den Öffnungen am Deckel befestigt. Der Hohlkörper dient zur Aufnahme der Anschlüsse der Schichtwiderstände, deren sensitiver Teii durch die Öffnung oder die Öffnungen aus dem Hohlkörper ragt.
Ein maßgeblicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass in Dick- oder Dünnschicht erzeugte Widerstände zu einem leicht in Massenproduktion in einen Abgaskanal einbaubaren Sensorelement integriert werden. Die erfindungsgemäße Lösung, Schichtwiderstände in einen Deckel oder Hohlkörper zu stecken, ermöglicht eine einfache Abdichtung des
Deckels oder Hohlkörpers sowohl bezüglich des Trägermaterials der Widerstände als auch des Materials des Abgaskanals.
Erfindungsgemäß wird dadurch erreicht, dass die Schichtwiderstände senkrecht zur Grund- fläche eines Deckels oder Hohlkörpers ausführbar sind. Hieraus ergeben sich produktions- technische Vorteile gegenüber einer parallel zu einer Platte fortgeführten Anordnung. Dabei ist die Erfindung nicht auf eine senkrechte Ausführung beschränkt, sondern ermöglicht beliebige Winkel zur Oberfläche des Deckels bzw. Hohlkörpers. Als wesentlicher erfinderischer Vorteil ist die senkrechte Komponente von Winkeln gemäß der vorliegenden Erfindung aus- führbar. Dementsprechend tritt der Vorteil der vorliegenden Erfindung besonders bei Winkeln von 60 bis 90 Grad, insbesondere von 80 bis 90 Grad auf.
In bevorzugten Ausführungen
• ist der Hohlkörper einseitig offen oder als Rohr ausgebildet; • ist der Deckel als Scheibe ausgebildet;
• ist die Grundfläche einer Öffnung zur Aufnahme mindestens zweier Schichtwiderstände mindestens um eine Größenordnung kleiner als die Deckelgrundfläche oder eine entsprechende Hohlkörpergrundfläche;
• weist der Deckel oder der Hohlkörper zwei Öffnungen zur Aufnahme von Schicht- widerständen auf;
• besteht der Deckel aus keramischem Material;
• sind die auf keramischem Trägermaterial gehaltenen Schichtwiderstände in der Öffnung eines keramischen Deckels, insbesondere einer keramischen Scheibe mit Glaslot befestigt; • sind die auf einem keramischen Substrat getragenen Schichtwiderstände in wenigstens einer Öffnung eines Metalldeckels oder Hohlkörpers, insbesondere einer auf einem Metallrohr geschweißten Metallscheibe mit Verguss oder Glas befestigt.
Die erfindungsgemäße Messeinrichtung eignet sich für Strömungssensoren oder Rußsenso- ren.
Das Strömungssensorelement wird mit den Schichtwiderständen nach dem anemometri- schen Prinzip betrieben. Erfindungsgemäß wird ein Temperatursensor als Teil einer anemo- metrischen Messeinrichtung mit einem Heizleiter ausgestattet. Hierdurch wird eine Reinigung des Temperatursensors durch Ausglühen mittels Heizer ermöglicht. Es hat sich bewährt, in der anemometrischen Messeinrichtung Temperatursensor und den vom Heizer des Temperatursensors zu unterscheidenden Heizleistungssensor zu entkoppeln, vorzugsweise zu beabstanden, insbesondere in separate Öffnungen des Deckels oder Hohlkörpers zu stecken. Der Temperatursensor weist einen deutlich höheren Widerstand auf als die Heizer, typischerweise ein bis drei Größenordnungen höher. Eine Selbstreinigung des Temperatursensors bzw. dessen Temperaturmesselementes durch Ausglühen wird mittels eines Heizleiters ermöglicht. Insbesondere ist dieser Heizleiter auf dem Chip des Temperaturmesselementes integriert. In einer bevorzugten Ausführung wer- den mindestens zwei Platindünnfilm-Widerstände auf einem keramischen Trägerplättchen angeordnet. Dies ermöglicht ein Erhitzen des Temperaturmesselements zum Ausheizen oder Ausglühen von Verunreinigungen. Insbesondere sind die beiden Widerstände des Temperaturmesselements auf einem keramischen Untergrund angeordnet, vorzugsweise auf einem massiven Keramikplättchen.
Statt eines keramischen Trägers können die Widerstände auch auf keramischen Untergrund auf einem alternativen Träger angeordnet sein.
Vom Temperatursensor zu unterscheiden ist ein gegebenenfalls auf dem Heizleistungs- sensor angeordneter Temperaturmesswiderstand, mit dem die Temperatur des Heizleiters besonders genau einstellbar ist. Ein fertiger Temperaturmesswiderstand ist im Unterschied zum Temperatursensor nicht für die Messung der Fluidtemperatur vorgesehen, da er während des Betriebs des Heizleistungssensors nur zu dessen Temperatursteuerung geeignet ist.
Es hat sich bewährt, die Träger der Platindünnfilm-Widerstände als dünne Plättchen auszubilden, so dass eine äußerst geringe thermische Trägheit des Systems und damit eine hohe Ansprechgeschwindigkeit der Platindünnfilm-Widerstände resultiert. Zur Bildung eines Kerarnikverbuiids können gesinterte Kerarnikfolien eingesetzt werden, die dann vorzugs- weise mit einem Glaslot verklebt werden. Die zum Aufbau des Strömungssensorelementes verwendeten Materialien können hervorragend bei Temperaturen im Bereich von — 400C bis +8000C eingesetzt werden.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die keramischen Trägerplättchen eine Dicke im Bereich von 100 μm bis 650 μm, insbesondere 150 μm bis 400 μm aufweisen. Als Material für die keramischen Trägerplättchen hat sich AI2O3 bewährt, insbesondere mit mindestens 96 Gew.-% und vorzugsweise über 99 Gew.-%.
Für die Platindünnfilm-Widerstände hat es sich bewährt, wenn diese jeweils eine Dicke im Bereich von 0,5 μm bis 2 μm, insbesondere 0,8 μm bis 1 ,4 μm aufweisen. Heizwiderstände weisen vorzugsweise 1 bis 50 Ohm auf und neigen bei Verkleinerung der Bauteile zu niederen Werten. Bei den zurzeit gängigen Dimensionen der Bauteile sind 5 bis 20 Ohm bevorzugt. Temperaturmesswiderstände weisen vorzugsweise 50 bis 10.000 Ohm auf und neigen bei Verkleinerung der Bauteile ebenso zu niederen Werten. Bei den zurzeit gängigen Dimen- sionen der Bauteile sind 100 bis 2.000 Ohm bevorzugt. Auf dem Temperaturchip ist der Temperaturmesswiderstand um ein Vielfaches größer als der Heizwiderstand. Insbesondere unterscheiden sich diese Widerstände um ein bis zwei Größenordnungen.
Um die Platindünnfilm-Widerstände vor einem korrosiven Angriff durch das Messmedium zu schützen, hat es sich bewährt, wenn diese jeweils mit einer Passivierungsschicht bedeckt sind. Die Passivierungsschicht weist dabei vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 10 μm bis 30 μm, insbesondere 15 μm bis 20 μm auf. Besonders bewährt hat sich eine Passivierungsschicht aus mindestens zwei unterschiedlichen Einzelschichten, insbesondere Einzelschichten aus AI2O3 und Glaskeramik. Die Dünnschichttechnik eignet sich zum Erstellen der bevorzugten Schichtdicke der AI2O3-Schicht von 0,5 μm bis 5 μm, insbesondere 1 μm bis 3 μm.
Ebenso ist es bevorzugt, wenn das mindestens eine Heizelement rechteckige keramische Trägerplättchen mit zwei langen und zwei schmalen Kanten aufweist und dass die kerami- sehen Trägerplättchen in Öffnungen eines Deckels oder eines Hohlkörpers angeordnet sind.
Die Platindünnfilm-Widerstände werden dabei vorzugsweise an dem dem Deckel oder Hohlkörper abgewandten Ende der Trägerplättchen angeordnet, um eine möglichst geringe thermische Beeinflussung der Piatindünnfiimwiderstände durch den thermisch trägen Deckel oder Hohlkörper zu gewährleisten.
Um eine gegenseitige Beeinflussung von Temperaturmesselement und Heizelement zu unterbinden, ist es von Vorteil, wenn der Platindünnfilmwiderstand des Heizelements weiter vom Deckel oder Hohlkörper entfernt angeordnet ist als der Platindünnfilmwiderstand des Temperaturmesselements. Dadurch sind die Piatindünnfiimwiderstände des Heizelements nicht in der gleichen Strömungsfaser des Messmediums angeordnet wie die Piatindünnfiimwiderstände des Temperaturmesselements.
Die bevorzugte Anordnung des Temperaturmesselements ist in der Strömungsrichtung vor dem Heizelement. Vorzugsweise sind die Trägerplättchen des Heizelements und des Temperaturmesselements voneinander beabstandet, und zwar insbesondere parallel zueinander.
Es hat sich insbesondere zur Messung von Medien mit wechselnder Strömungsrichtung bewährt, wenn zwei Heizelemente und ein Temperaturmesselement in einer Reihe angeordnet sind.
Es hat sich bewährt, die Trägerplättchen des Heizelements und des Temperaturmessele- ments in dem Deckel oder Hohlkörper beabstandet voneinander und parallel zueinander anzuordnen.
Mit dem erfindungsgemäßen Strömungssensorelement wird eine Massendurchflussmessung gasförmiger oder flüssiger Medien in Rohrleitungen ermöglicht, insbesondere wenn die Trä- gerplättchen in der Strömungsrichtung des Mediums angeordnet sind.
Dabei eignet sich das erfindungsgemäße Strömungssensorelement insbesondere zur Messung an gasförmigen Medien mit einer Temperatur im Bereich von -400C bis +8000C, wie sie beispielsweise das Abgas einer Verbrennungskraftmaschine aufweist.
Die Selbstreinigung durch Aufheizen des Temperaturmesselements ist besonders für im Abgasbereich von Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, angeordnete Sensoren geeignet. Verrußte Sensoren werden durch Erhitzen, insbesondere Ausglühen schnell wieder VOM funktionsfähig. Dabei lässt sich diese Selbstreinigung während der Lebensdauer eines Motors beliebig oft wiederholen.
Die Anordnung von mehreren Temperaturmesselementen und Heizelementen an dem Trägerelement ermöglicht in idealer Weise auch die Erkennung der Strömungsrichtung bzw. von Strömungsrichtungsänderungen eines Mediums. Insofern ist es vorteilhaft, das erfindungs- gemäße Strömungssensorelement zur Messung an Medien mit sich in zeitlichen Abständen ändernder Strömungsrichtung einzusetzen.
Mit den erfindungsgemäßen Messeinrichtungen lassen sich Vorrichtungen zur Abgasrückführung realisieren, bei denen die Messeinrichtung im Austrittsbereich einer Fahrzeug- Brennkraftmaschine angeordnet ist. Überraschenderweise sind genauere Messergebnisse bei der Messung des heißen Abgases erfindungsgemäß erzielbar, so dass erfindungsgemäß das Abgas praktisch ungekühlt vor einem Kühler oder gegebenenfalls innerhalb eines Luftkühlers gemessen wird. Hierzu bedarf es einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung, die den heißen Abgasen dauerhaft standhält.
Damit wird eine Vorrichtung zur Abgasrückführung aus einem Austrittsbereich einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine in einen Lufteintrittsbereich, dem ein einstellbares Gemisch aus Abgas und einströmender Luft der Maschine zuführbar ist, und eine Kraftstoffmenge einstellbar ist, bereitgestellt, bei der erfindungsgemäß im Austrittsbereich ein Heißfilmanemometer angeordnet ist, insbesondere ist der Austrittsbereich über eine Abgas-Rückführleitung, die ein steuerbares Ventil, eine Abgaskühlvorrichtung und ein Heißfilmanemometer aufweist, mit einem Eintrittsbereich der Brennkraftmaschine verbunden, wobei das Heißfilmanemometer 1 zwei Keramikchips aufweist, die auf einem keramischen Träger befestigt sind und an diesem Träger der Übergang zum metallischen Material des Abgasaustrittsbereichs der Brennkraft- maschine erfolgt, so dass die Strompfade der Chips gasdicht durch das keramische Material elektrisch von dem metallischen Material im Bereich des Abgasaustrittsbereichs der Brennkraftmaschine elektrisch isoliert sind.
Vorzugsweise ist das Heißfilmanemometer 10 in einem Abgasrückführkanal vor der Kühlung 8 oder in einem luftgekühlten Kühler angeordnet.
Erfindungsgemäß braucht weder für die Frischluft noch für das gekühlte Abgas ein Heißfilmanemometer 10 angeordnet zu werden.
Bewährt hat sich eine Vorrichtung, bei der das Temperaturmesselement zwei Platindünnfilmwiderstände aufweist, deren Widerstände um ein Vielfaches auseinander liegen.
Insbesondere umfasst das mehrteilige Keramikbauteil des Heißfilmanemometers ein Trägerelement, ein Temperaturmesselement und ein Heizelement.
Bewährt hat sich eine Vorrichtung, bei der zwei Schichtwiderstände 128,129 auf einem gemeinsamen keramischen Untergrund 107 in einer Öffnung gehalten werden.
Die Figuren 1 bis 3b erläutern das erfindungsgemäße Strömungssensorelement lediglich beispielhaft. Es sei hier deshalb ausdrücklich hinzugefügt, dass die Anordnung der elektri- sehen Leiterbahnen und Anschlussflächen sowie die Anzahl der Platindünnfilme pro Temperaturmesselement oder Heizelement auch anders gewählt sein kann, ohne dass der Bereich der Erfindung verlassen wird.
Figur 1 zeigt ein Strömungssensorelement mit in einer Metallscheibe angeordnetem Heiz- und Temperaturmesselement;
Figur 2 zeigt ein Strömungssensorelement mit in einer Keramikscheibe angeordnetem Heiz- und Temperaturmesselement;
Figur 3a zeigt einen Ausschnitt gemäß Fig. 1 oder 2 betreffend eine Anordnung von Schichtwiderständen in einer Keramikscheibe;
Figur 3b zeigt den Ausschnitt gemäß Fig. 3a in Draufsicht.
Nach Figur 1 ist ein Sensorelement mit Verguss oder Glas 18 in einer Trägerscheibe 21 aus hitze- und abgasbeständigem Edelstahl gefertigt. Durch eine strukturierte Innenwand des Vergussraums z.B. durch ein Gewinde 30 wird eine gute Verkrallung des Vergusses erreicht. Der Bereich der Trägerscheibe 21 , durch den das Sensorelement zum Medium hin austritt, hat eine Rechteckkontur, die nur geringfügig größer ist als der Sensorelementquerschnitt.
Dadurch wird das Strömungssensorelement gerichtet in dem Medien führenden Rohr 5 gehaltert und der Innenraum des Komplettsensors gegen das Medium hin abgedichtet.
Die Trägerscheibe 21 ist in ein Gehäuse 24 eingesetzt und mit einer Rundnaht 22 dicht verschweißt. In das Gehäuserohr 24 ist das Gehäuse 11 eingeschweißt. Im Gehäuse 11 wird der Isolierkörper 10 aus temperaturfestem Kunststoff oder Keramik mit einem Ring 9, der durch eine Sicke 17 fixiert ist, gehaltert. Am Kabelausgang wird mit der Sicke 16 eine Kabeldurchführungstülle aus einem Elastomer dicht befestigt. Zuleitungen 4 sind durch die Boh- rungen einer Durchführungstülle 14 geführt. Jede Zuleitung ist über einen Crimp 25 mit einer Kontakthülse 3 elektrisch verbunden. Die Kontakthülse 3 weist unter einem Isolierteil 10 eine Verbreiterung 26 und über dem Isolierteil 10 eine Fläche 27, die breiter als der Kontakthülsendurchmesser ist, auf, damit die Kontakthülse in axialer Richtung im Isolierteil 10 festgelegt ist. Auf der Fläche 27 werden die Anschlussdrähte 2 mit der Schweißung 15 elektrisch kontaktiert. Die Befestigung des Komplettsensors zum Medien führenden Rohr 5 erfolgt über eine handelsübliche Schneckengewinde-Schlauchschelle 13 und ein auf das Medien führende Rohr 5 aufgeschweißtes, geschlitztes Blechflanschteil 12.
Die Ausrichtung des Strömungssensorelementes 1 im Rohr 5 erfolgt über einen Zentrierstift 19, der auf dem Gehäuserohr 24 befestigt ist und über den breiten Schlitz 20 in dem Blechflanschteil 12. Gegenüber einem breiten Schlitz 20 ist ein schmaler Schlitz 23 vorgesehen, der nur dazu dient, das Blechflanschteil 12 leichter an das Gehäuserohr 24 andrücken zu können. So wird eine Montage nur in der richtigen Winkelposition zulassen.
Figur 2 zeigt eine andere Ausführung mit einer keramischen Trägerscheibe 7, in der das Strömungselement 1 mit Glaslot 18 in der Trägerscheibe 7 befestigt ist. Die Trägerscheibe 7 ist zusammen mit einer hochtemperaturbeständigen Dichtung 8 aus Glimmer oder Graphit in der metallischen Fassung 6 eingebördelt. Die Fassung 6 ist ebenfalls mit dem Gehäuserohr 24 dicht verschweißt.
In einer Ausführung als Messeinrichtung eines Strömungssensors nach dem Heißfilmanemometer-Prinzip ist das Heizelement als Heizleistungssensor ausgebildet und das Tempera- turmesselement als Temperatursensor, das zusätzlich einen Heizleiter zum Freiglühen tragen kann.
Nach Fig. 4 sind hierzu zwei Heizleistungssensoren 28 zur Richtungserkennung der Medienströmung angeordnet. Das anemometrische Messprinzip funktioniert prinzipiell so, dass das Temperaturmesselement die Medientemperatur genau erfasst. Der oder die beiden Heizelemente des/der Heizleistungssensoren 28 werden dann auf konstanter Übertemperatur zum Temperatursensor 29 durch eine elektrische Schaltung gehalten. Der zu messende Gas- bzw. Flüssigkeitsstrom kühlt den bzw. die Heizelemente des/der Heizleistungssensoren mehr oder weniger ab.
Zur Aufrechterhaltung der konstanten Übertemperatur muss die Elektronik bei Massenfluss entsprechend Strom an den/die Heizelemente nachliefern; dieser erzeugt an einem genauen Messwiderstand eine Spannung, die mit dem Massenfluss korreliert und auswertbar ist. Die zweifache Anordnung des Heizleistungssensors 28 erlaubt hierbei die Richtungserkennung des Massenflusses. Abweichend von Fig. 5 sind in einer Ausführung als Rußsensor zwei Heizleistungssensoren parallel gegenüberliegend in ein Rohrgehäuse gesteckt.
Die beiden Heizleistungssensoren 28 sind hierbei noch jeweils mit einem aufgeglasten Keramikdeckel versehen.
In der angegebenen Anordnung wird ein Heizleistungssensor oberhalb der pyrolytischen Veraschungstemperatur betrieben; d.h. bei ca. 5000C. Der zweite Heizleistungssensor wird hierbei in einem niedrigeren Temperaturbereich von 200 bis 4500C, bevorzugt von 300 bis 400°C betrieben. Bei Rußablagerung auf diesem zweiten Heizleistungssensor wirkt diese Ablagerungsschicht als thermische Isolation und Veränderung der IR-Abstrahleigenschaften im Sinne eines zunehmend Schwarzen Körpers.
Dies kann in einer Referenzmessung zum ersten Heizleistungssensor elektronisch ausgewertet werden.
Figur 6 zeigt eine Vorrichtung zur Abgasrückführung aus einem Austrittsbereich 104 einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine 101 in einen Lufteintrittsbereich 102, dem ein einstellbares Gemisch aus Abgas und einströmender Luft der Maschine 101 zuführbar ist und eine Kraftstoffmenge einstellbar ist, bei der erfindungsgemäß im Austrittsbereich der Brennkraftmaschine 104 ein Heißfilmanemometer 110 angeordnet ist, das zwei Keramikchips 28, 29 aufweist, die auf einem keramischen Träger 30 befestigt sind und an diesem Träger 30 der Übergang zum metaiiischen Materiai des Austrittsbereichs 104 der Brennkraftrnaschine er- folgt, so dass die Strompfade der Chips gasdicht durch das keramische Material elektrisch von dem metallischen Material im Bereich des Abgasaustrittsbereichs 104 der Brennkraftmaschine elektrisch isoliert sind. Damit ist eine Materialanordnung mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem metallischen Abgasrohr und dem Keramikchip für dauerhaft hohe Temperaturen gasdicht bereitgestellt, mit der eine verbesserte Messung er- möglicht wird.

Claims

Patentansprüche
1. Messeinrichtung, insbesondere anemometrische Messeinrichtung eines Strömungs- sensors, enthaltend Schichtwiderstände in einer oder mehrerer Öffnung(en) eines Deckels oder eines Hohlkörpers, wobei die Schichtwiderstände in der oder den Öffnungen) befestigt sind und wobei sich zwei Schichtwiderstände sich bezüglich ihres Widerstandes um ein bis drei Größenordnungen unterscheiden.
2. Messeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwei Schichtwiderstände auf einem gemeinsamen keramischen Untergrund in einer Öffnung gehalten werden.
3. Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf keramischen Untergründen jeweils zwei Schichtwiderstände angeordnet sind und die zwei keramischen Untergründe in jeweils einer Öffnung befestigt sind.
4. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche der Öffnung(en) um eins bis fünf Größenordnungen kleiner ist als die Deckelgrundfläche.
5. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel scheibenförmig ist.
6. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtwiderstände Keramikchips sind, die eine auf der Keramik aufgebrachte Leiterbahn aufweisen und zwei mit der Leiterbahn verbundene Anschlussleitungen.
7. Anemometrische Messeinrichtung eines Strömungssensors, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein Temperatursensor und ein Heizleistungssensor in ein Trägerelement gesteckt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor einen Temperaturmesswiderstand und einen Heizleiter als Platindünnoder Dickfilm-Widerstände auf keramischen Untergrund aufweist.
8. Anemometrische Messeinrichtung eines Strömungssensors nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement aus temperaturbeständigem anorganischem Material (250 0C, insbesondere > 400 0C Dauereinsatztemperatur) besteht.
9. Anemometrische Messeinrichtung eines Strömungssensors nach einem der Ansprüche 6 oder 7 zur Massendurchflussmessung gasförmiger oder flüssiger Medien durch Rohrleitungen (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmesselement und das Heizelement senkrecht zu dem Trägerelement angeordnet sind.
10. Vorrichtung zur Abgasrückführung aus einem Austrittsbereich (104) einer Fahrzeug- Brennkraftmaschine (101) in einen Lufteintrittsbereich (102), dem ein einstellbares Gemisch aus Abgas und einströmender Luft der Maschine (101) zuführbar ist und eine Kraftstoffmenge einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Austrittsbe- reich der Brennkraftmaschine (104) ein Heißfilmanemometer (110) angeordnet ist, das zwei Keramikchips (28, 29) aufweist, die auf einem keramischen Träger (30) befestigt sind und an diesem Träger (30) der Übergang zum metallischen Material des Austrittsbereichs (104) der Brennkraftmaschine erfolgt, so dass die Strompfade der Chips gasdicht durch das keramische Material elektrisch von dem metallischen Material im Bereich des Abgasaustrittsbereichs (104) der Brennkraftmaschine elektrisch isoliert sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Heißfilmanemometer in einem luftgekühlten Kühler oder vor der Kühlung angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass weder für die Frischluft noch für das gekühlte Abgas ein Heißfilmanemometer angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
14. Verfahren zur Selbstreinigung einer anemometrischen Messeinrichtung eines Strömungssensors, bei dem ein Temperaturmesselement und ein Heizelement in ein Trägerelement gesteckt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmess- element einen Platindünnfilm-Widerstand auf keramischem Untergrund zur Temperaturmessung aufweist und mit einem zusätzlichen Platindünnfilm-Widerstand geheizt wird.
15. Verfahren zur Herstellung einer anemometrischen Messeinrichtung eines Strömungssensors aus Schichtwiderständen und einem Deckel oder einem Hohlkörper, wobei wenigstens zwei Schichtwiderstände, deren Widerstand sich um ein bis zwei Größenordnungen unterscheidet, in Öffnungen des Deckels oder Hohlkörpers ge- steckt und in den Öffnungen befestigt werden.
EP07785869A 2006-06-30 2007-06-29 Anemometrische messeinrichtung mit schichtwiderständen im kraftzeugabgasrohr Withdrawn EP2035786A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006030786A DE102006030786A1 (de) 2006-06-30 2006-06-30 Strömungssensorelement und dessen Selbstreinigung
PCT/EP2007/005769 WO2008000494A2 (de) 2006-06-30 2007-06-29 Schichtwiderstand im abgasrohr

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2035786A2 true EP2035786A2 (de) 2009-03-18

Family

ID=38693563

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP07785869A Withdrawn EP2035786A2 (de) 2006-06-30 2007-06-29 Anemometrische messeinrichtung mit schichtwiderständen im kraftzeugabgasrohr

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20090282909A1 (de)
EP (1) EP2035786A2 (de)
JP (1) JP2009541757A (de)
DE (1) DE102006030786A1 (de)
WO (1) WO2008000494A2 (de)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2140232A2 (de) * 2007-04-26 2010-01-06 Heraeus Sensor Technology Gmbh Schichtwiderstand im abgasrohr
DE102008037206B4 (de) 2008-08-11 2014-07-03 Heraeus Sensor Technology Gmbh 300°C-Flowsensor
DE102010018947B4 (de) * 2010-04-30 2022-11-17 Abb Schweiz Ag Thermischer Massendurchflussmesser mit metallgekapselter Sensorik
DE102010033175B3 (de) * 2010-08-03 2011-12-08 Pierburg Gmbh Verfahren zur Bestimmung eines resultierenden Gesamtmassenstroms an einem Abgasmassenstromsensor
EP2628355A1 (de) * 2010-10-12 2013-08-21 Mack Trucks, Inc. Erhitztes sensorelement für gemischte gas- und flüssigkeitsumgebungen
DE102011009754A1 (de) 2011-01-28 2012-08-02 Heraeus Sensor Technology Gmbh Strömungssensoren mit Stromdurchführung im Deckel und Sensorspitze als Zwischenprodukt
DE102011005768A1 (de) 2011-03-18 2012-09-20 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums
DE102011052305A1 (de) 2011-07-29 2013-01-31 Pierburg Gmbh Verbrennungsmotorabgas-Massenstromsensor mit einem Heißfilm-Anemometer
JP5609827B2 (ja) * 2011-09-07 2014-10-22 株式会社デンソー 空気流量測定装置
DE102011053419B4 (de) * 2011-09-09 2014-11-06 Pierburg Gmbh Verfahren zur Steuerung eines Abgassystems eines Dieselmotors sowie Abgassystem eines Dieselmotors
JP5477358B2 (ja) * 2011-10-31 2014-04-23 株式会社デンソー 空気流量測定装置
DE102011056534B4 (de) * 2011-12-16 2014-01-09 Pierburg Gmbh Verfahren zur Steuerung eines Abgassystems eines Dieselmotors
DE102012200121A1 (de) * 2012-01-05 2013-07-11 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Strömungseigenschaft eines fluiden Mediums
CN107436365B (zh) * 2017-08-14 2024-01-30 中北大学 一种石墨烯风速风向传感器
DE102020121925A1 (de) 2020-08-21 2022-02-24 Vega Grieshaber Kg Messgerät mit Einrichtung zur Desinfektion und Anordnung eines solchen Messgerätes an einem Behälter

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3040448A1 (de) * 1979-06-27 1982-05-27 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Mengendurchflussmesser fuer fluessigkeiten

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63177023A (ja) * 1987-01-19 1988-07-21 Nippon Soken Inc 流量センサ
JPH01308922A (ja) * 1988-03-02 1989-12-13 Ngk Spark Plug Co Ltd 流量測定センサ
JP2839739B2 (ja) * 1991-03-13 1998-12-16 日本碍子株式会社 抵抗素子
DE59507056D1 (de) * 1994-02-28 1999-11-18 Heraeus Electro Nite Int Verfahren zur befestigung einer sensoranordnung für heissfilmanemometer
JPH11258021A (ja) * 1998-03-16 1999-09-24 Hitachi Ltd 熱式空気流量センサ
US7058532B1 (en) * 1999-10-29 2006-06-06 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Flowmeter
DE19953718A1 (de) * 1999-11-09 2001-05-10 Pierburg Ag Anordnung zur Abgasregelung
DE19959854A1 (de) * 1999-12-10 2001-06-13 Heraeus Electro Nite Int Verfahren zur Abgasrückführung in einem Luftansaugbereich von Fahrzeug-Brennkraftmaschinen sowie Vorrichtung
US20030002994A1 (en) * 2001-03-07 2003-01-02 Johnson A. David Thin film shape memory alloy actuated flow controller
DE10124964B4 (de) * 2001-05-21 2004-02-05 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Sensor zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten und Verfahren zu dessen Betrieb
DE10225602A1 (de) * 2002-06-07 2004-01-08 Heraeus Sensor-Nite Gmbh Halbleiterbauelement mit integrierter Schaltung, Kühlkörper und Temperatursensor
EP1431718A3 (de) * 2002-12-20 2007-11-14 Heraeus Sensor Technology Gmbh Strömungssensorelement in Dünnfilmtechnik und seine Verwendung
DE102005051182A1 (de) * 2005-10-24 2007-04-26 Heraeus Sensor Technology Gmbh Störmungssensorelement und dessen Selbstreinigung
EP1941244B1 (de) * 2005-10-24 2015-01-28 Heraeus Sensor Technology Gmbh Strömungssensorelement und dessen selbstreinigung

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3040448A1 (de) * 1979-06-27 1982-05-27 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Mengendurchflussmesser fuer fluessigkeiten

Also Published As

Publication number Publication date
US20090282909A1 (en) 2009-11-19
DE102006030786A1 (de) 2008-01-03
WO2008000494A3 (de) 2008-06-19
JP2009541757A (ja) 2009-11-26
WO2008000494A2 (de) 2008-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1941244B1 (de) Strömungssensorelement und dessen selbstreinigung
EP2035786A2 (de) Anemometrische messeinrichtung mit schichtwiderständen im kraftzeugabgasrohr
EP2251651A2 (de) Anordnung eines Schichtwiderstandes einer anemometrischen Messeinrichtung in einem Abgasrohr
DE112012005695B4 (de) Thermischer Durchflussmesser
DE19801484B4 (de) Meßelement und damit ausgerüsteter Luftmassenmesser
DE102008000864B4 (de) Strömungsmessvorrichtung
DE19960538A1 (de) Thermischer Luftdurchflußmengensensor
DE102008037206B4 (de) 300°C-Flowsensor
DE102006058425A1 (de) Abgasrückführung mit einem Anemometer
DE4112601C2 (de) Vorrichtung zur Messung eines Gasstroms
DE19852015A1 (de) Flussratensensor
DE19636095A1 (de) Meßfühler für einen Luftmengenstrom
DE19751101A1 (de) Wärmeempfindliches Flussratenmesselement und dieses verwendender Flussratensensor
DE3127081C2 (de) Vorrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten
EP2630458B1 (de) Temperatursensorvorrichtung
DE3111948C2 (de)
EP1099939A2 (de) Anordnung zur Abgasregelung mit einem Massensensor
DE102006029215A1 (de) Messvorrichtung zur Messung der Durchflußrate eines Verbrennungsgas-Gemisches, aufweisend eine Korrektureinrichtung
DE102005051182A1 (de) Störmungssensorelement und dessen Selbstreinigung
EP0939303B1 (de) Messvorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums
DE102020128703A1 (de) Durchflussmessanordnung
DE4020601C2 (de) Durchflußmesser
EP1431718A2 (de) Strömungssensorelement in Dünnfilmtechnik und seine Verwendung
DE102006035483A1 (de) Strömungserfassungsvorrichtung mit einem Heizelement
WO2008098820A1 (de) Luftmassenmesser mit parylene ht beschichtung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20081113

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA HR MK RS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20090612

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20190103