EP2912414A2 - Luftmassenmesser mit einem sensorelement - Google Patents

Luftmassenmesser mit einem sensorelement

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EP2912414A2
EP2912414A2 EP13782682.2A EP13782682A EP2912414A2 EP 2912414 A2 EP2912414 A2 EP 2912414A2 EP 13782682 A EP13782682 A EP 13782682A EP 2912414 A2 EP2912414 A2 EP 2912414A2
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EP
European Patent Office
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sensor element
air mass
resistors
mass flow
temperature sensor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13782682.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thorsten Knittel
Stephen Setescak
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Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Technologies GmbH filed Critical Continental Automotive Technologies GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
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    • G01F15/02—Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F5/00—Measuring a proportion of the volume flow

Definitions

  • the invention relates to an air mass meter with a sensor element, wherein an air mass flow to be measured moves across the sensor element and wherein the sensor element is designed as a microelectromechanical system having a membrane on which a heating element is formed, in front of and behind in the direction of the air mass flow the heating element is arranged in each case an electrical measuring resistor and at least two electrical comparison resistors, and wherein a first temperature sensor element and a second temperature sensor element s ⁇ by the electrical interconnection of a respective measuring resistor is formed with at least two comparison resistors.
  • an air mass meter which is inserted into an intake passage for determining an air mass, wherein a defined proportion of the total flow passes through the air mass sensor.
  • this is designed as a plug-in duct air mass meter.
  • the air mass meter environmentally summarizes a valve disposed in a measuring channel sensor element, which is arranged in a housing electronics for evaluating and / or acquisition of measured values of the sensor element, and an off ⁇ flow channel beyond the sensor element.
  • the said channels or air guide paths U-, S- or C-shaped so that a total of compact, designed as a plug-in device is formed.
  • US 2003/0010110 A1 discloses a bidirectional mass flow sensor having a bridge circuit connected to a voltage potential, the bridge circuit including first and second temperature dependent sensors connected in series and disposed on a thermally insulating substrate.
  • the resistance values of the individual measuring resistors are significantly greater than the resistance values of the individual comparative resistors.
  • it is advantageous ⁇ way when the resistance values of the individual measuring resistors are at least a factor 10 greater than the resistance values of the individual comparison resistors.
  • FIG 3 is a microelectromechanical (MEMS) formed from sensor element arranged in the auxiliary tube of the air mass meter 4 shows a situation in which the air mass flow flowing through the inlet port into the auxiliary tube of the mass air flow sensor,
  • Figure 5 the as microelectromechanical system (MEMS) from ⁇ formed sensor element in an air-mass meter, which is integrated as an insertion finger in an intake pipe,
  • Figure 6 the sensor element having the first temperature sensor element and the second temperature sensor element,
  • FIG. 2 shows a sensor element 15 for an air mass meter 1.
  • the sensor element 15 is designed as a microelectromechanical system (MEMS) on a single silicon chip.
  • MEMS microelectromechanical system
  • the sensor element 15 operates on the differential temperature method, whereby the mass of the passing air quantity 10 is determined.
  • a first temperature ⁇ tursensorelement 7 and a second temperature sensor element 8 formed on a thin membrane 17th
  • the first and the second temperature sensor element 7, 8 are located at different locations on the surface 16 of the membrane 17.
  • a heating element 12 is arranged between the first temperature sensor element 7 and the second temperature sensor element 8, a heating element 12 is arranged.
  • FIG. 5 shows the air mass sensor element 15, which is designed as a microelectromechanical system (MEMS), in one

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Luftmassenmesser mit einem Sensorelement, wobei sich ein zu messender Luftmassenstrom über das Sensorelement hinweg bewegt und wobei das Sensorelement als mikroelektromechanisches System ausgebildet ist, das eine Membran aufweist, auf der ein Heizelement ausgebildet ist, wobei in Richtung des Luftmassenstromes vor und hinter dem Heizelement jeweils ein elektrischer Messwiderstand und mindestens zwei elektrische Vergleichswiderstände angeordnet sind, und wobei ein erstes Temperatursensorelement und ein zweites Temperatursensorelement durch die elektrische Verschaltung jeweils eines Messwiderstandes mit mindestens zwei Vergleichswiderständen gebildet wird. Um die Verfälschung der Messergebnisse durch die Verschmutzung des Sensorelementes zu beseitigen oder zumindest in engen Grenzen zu halten, ist das erste Temperatursensorelement als Reihenschaltung aus Widerständen auf dem Sensorelement mit einem Messwiderstand, der bezogen auf den Luftmassenstrom vor dem Heizelemente angeordnet ist, und zwei Vergleichswiderständen, die bezogen auf den Luftmassenstrom hinter dem Heizelement angeordnet sind, gebildet, und das zweite Temperatursensorelement ist als Reihenschaltung aus Widerständen auf dem Sensorelement mit einem Messwiderstand, der bezogen auf den Luftmassenstrom hinter dem Heizelement angeordnet ist, und zwei Vergleichswiderständen, die bezogen auf den Luftmassenstrom vor dem Heizelement angeordnet sind, gebildet.

Description

Beschreibung
Luftmassenmesser mit einem Sensorelement
Die Erfindung betrifft einen Luftmassenmesser mit einem Sensorelement, wobei sich ein zu messender Luftmassenstrom über das Sensorelement hinweg bewegt und wobei das Sensorelement als mikroelektromechanisches System ausgebildet ist, das eine Membran aufweist, auf der ein Heizelement ausgebildet ist, wobei in Richtung des Luftmassenstromes vor und hinter dem Heizelement jeweils ein elektrischer Messwiderstand und mindestens zwei elektrische Vergleichswiderstände angeordnet sind, und wobei ein erstes Temperatursensorelement und ein zweites Temperatursen¬ sorelement durch die elektrische Verschaltung jeweils eines Messwiderstandes mit mindestens zwei Vergleichswiderständen gebildet wird.
Derartige Luftmassenmesser werden beispielsweise in Kraft¬ fahrzeugen zur Ermittlung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse verwendet. Auf der Basis einer möglichst zuverlässigen Information über eine angesaugte Luftmasse kann eine Verbrennung durch eine elektronische Steuerung der Brennkraftmaschine dahingehend optimiert werden, dass eine genau auf die Luftmasse abgestimmte KraftStoffmenge den jeweiligen Brennräumen zugeführt wird. Im Ergebnis wird dadurch eine bessere Energieausnutzung bei verringertem Schadstoffausstoß erzielt.
Aus der DE 44 07 209 AI ist ein Luftmassenmesser bekannt, der in einen Ansaugkanal zur Bestimmung einer Luftmasse eingesteckt wird, wobei ein definierter Anteil der GesamtStrömung den Luftmassensensor durchströmt. Hierzu ist dieser als Einsteck- kanal-Luftmassenmesser ausgebildet. Der Luftmassenmesser um- fasst ein in einem Messkanal angeordnetes Sensorelement, eine in einem Gehäuse angeordnete Elektronik zur Auswertung und/oder Erfassung der Messwerte des Sensorelementes, sowie einen Aus¬ lasskanal jenseits des Sensorelements. Für eine platzsparende Anordnung werden die genannten Kanäle bzw. Luftführungswege U-, S- oder C-förmig ausgebildet, so dass eine insgesamt kompakte, als Einsteckelement ausgebildete, Vorrichtung gebildet wird.
Die US 2008/0282791 AI offenbart einen Luftmassenmesser mit einem Sensorelement, bei dem vor und hinter einem auf einer Membran ausgebildeten Heizelement jeweils Temperatursensorelemente angeordnet sind. Die Temperatursensorelemente sind derart angeordnet, dass eine Kennlinienverschiebung infolge von Schmutzanlagerungen unterdrückt wird.
Die US 2003/0010110 AI offenbart einen bidirektional arbeitenden Massenstromsensor mit einer Brückenschaltung, die mit einem Spannungspotential verbunden ist, wobei die Brückenschaltung einen ersten und einen zweiten temperaturabhängigen Sensor enthält, welche in Serie geschaltet sind und auf einem thermisch isolierenden Substrat angeordnet sind.
Die DE 42 08 135 AI offenbart eine Vorrichtung zur Messung einer Gas- oder Flüssigkeitsströmung. Hier bilden zwei temperatur- empfindliche Widerstandseinrichtungen einen ersten Sensor und zwei weitere temperaturempfindliche Widerstandseinrichtungen einen zweiten Sensor. Die beiden Sensoren werden so angeordnet, dass sie einander thermisch nicht beeinflussen. Ein gemäß der Lehre der WO 03/089884 AI ausgebildeter Luftmassenmesser, der als Heißfilmanemometer ausgebildet ist, hat sich prinzipiell bewährt.
Bei der Entwicklung moderner Luftmassenmesser, die auf der Grundlage von Sensorelementen arbeiten, die als mikroelektro- mechanische Systeme (MEMS) ausgebildet sind, hat sich heraus¬ gestellt, dass die Messergebnisse der Sensorelemente besonders von Verschmutzungen nachteilig beeinflusst werden. Durch die Verschmutzung, die zum Beispiel von Öltröpfchen im Luftmas- senstrom hervorgerufen werden kann, entsteht im Sensorelement über die Zeit eine Signaldrift, die zu falschen Messwerten für den Luftmassenstrom führen kann. Als mikroelektromechanische Systeme ausgebildete Sensorelemente besitzen jedoch eine Vielzahl von Vorteilen, auf die nicht verzichtet werden soll, und daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Verfälschung der Messergebnisse durch die Verschmutzung des Sensorelementes zu beseitigen oder zumindest in engen Grenzen zu halten.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß ist das erste Temperatursensorelement als Reihenschaltung aus Widerständen auf dem Sensorelement mit einem Messwiderstand, der bezogen auf den Luftmassenstrom vor dem Heizelement angeordnet ist, und zwei Vergleichswiderständen, die bezogen auf den Luftmassenstrom hinter dem Heizelement angeordnet sind, gebildet, und das zweite Temperatursensorelement ist als Reihenschaltung aus Widerständen auf dem Sensorelement mit einem Messwiderstand, der bezogen auf den Luftmassenstrom hinter dem Heizelement angeordnet ist, und zwei Vergleichs¬ widerständen, die bezogen auf den Luftmassenstrom vor dem Heizelement angeordnet sind, gebildet. Durch diese Verschaltung der auf dem Sensorelement angeordneten Widerstände wird die Signalverzerrung durch einseitig abgelagerte Schmutzpartikel, wie zum Beispiel Öltröpfchen, kompensiert, und das Signal vom Luftmassenmesser wird nicht durch die Verschmutzung des Sensorelementes verfälscht. Damit bleiben die Messergebnisse des Luftmassenmessers über eine lange Zeit stabil, und eine zyklische Rekalibration des Luftmassenmessers kann entfallen. Es ist vorteilhaft, wenn das Sensorelement mit der dünnen Membran als mikroelektromechanisches System ausgebildet ist. Derartige Sensorelemente liefern hervorragende Messergebnisse, da die dünne Membran kaum thermisch leitfähig ist und somit allein die thermische Leitfähigkeit der vorbeiströmenden Luftmasse die Messergebnisse bestimmt. Bei einer Ausgestaltung sind die Widerstandswerte der einzelnen Messwiderstände deutlich größer als die Widerstandswerte der einzelnen Vergleichswiderstände. Insbesondere ist es vorteil¬ haft, wenn die Widerstandswerte der einzelnen Messwiderstände mindestens um den Faktor 10 größer als die Widerstandswerte der einzelnen Vergleichswiderstände sind. Eine derartige Wahl der Widerstandswerte führt zu sehr guten und hervorragend repro¬ duzierbaren Messergebnissen für den Luftmassenstrom.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind die Vergleichswiderstände im Randbereich der Membran angeordnet. Dadurch wirkt sich die besonders starke Schmutzablagerung im Randbereich der Membran kaum auf die Messergebnisse des Luftmassenmessers aus.
Bei einer nächsten Weiterbildung der Erfindung sind die Messwiderstände im inneren Bereich der Membran angeordnet. Damit werden die Messwiderstände von der Verschmutzung des Messele¬ mentes, die vor allem im Randbereich der Membran auftritt, nicht betroffen, was ebenfalls zur Stabilität der Messergebnisse beiträgt .
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend unter Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die Abbildungen der Zeichnung angegeben. Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden nachfolgend gleiche Begriffe und Bezugszeichen für gleiche Bauelemente verwendet werden. Dabei zeigt :
Figur 1 einen Luftmassenmesser,
Figur 2 ein als mikroelektromechanisches System (MEMS) aus¬ gebildetes Sensorelement,
Figur 3 ein als mikroelektromechanisches (MEMS) aus gebildetes Sensorelement, das in Hilfsrohr des Luftmassenmessers angeordnet Figur 4 eine Situation, bei der der Luftmassenstrom durch die Einlassöffnung in das Hilfsrohr des Luftmassenmessers einströmt , Figur 5 das als mikroelektromechanisches System (MEMS) aus¬ gebildete Sensorelement in einem Luftmassenmesser, der als Einsteckfinger in einem Ansaugrohr integriert ist , Figur 6 das Sensorelement mit dem ersten Temperatursensorelement und dem zweiten Temperatursensorelement,
Figur 7 eine mögliche elektrische Verschaltung der Widerstände,
Figur 8 das aus Figur 7 bekannte Sensorelement mit einer weiteren elektrischen Verschaltung der Widerstände
Figur 1 zeigt einen Luftmassenmesser 2. Der Luftmassenmesser 2 ist in diesem Beispiel als Einsteckfinger ausgebildet, der in ein Ansaugrohr 1 eingesteckt wird und mit dem Ansaugrohr fest verbunden wird. Das Ansaugrohr 1 führt einen Luftmassenstrom 10 hin zu den Zylindern einer Brennkraftmaschine. Zur effizienten Verbrennung des Treibstoffes in den Zylindern einer Brenn- kraftmaschine ist es notwendig, eine genaue Information über die zur Verfügung stehende Luftmasse zu erhalten. Anhand der zur Verfügung stehenden Luftmasse kann auf den verfügbaren Sauerstoff geschlossen werden, der zur Verbrennung des in die Zylinder eingespritzten Kraftstoffes notwendig ist. Darüber hinaus zeigt der Luftmassenmesser 2 in Figur 1 ein erstes Temperatursensorelement 7 und ein zweites Temperatursensorelement 8. Das erste Temperatursensorelement 7 und das zweite Temperatursensor- element 8 sind an unterschiedlichen Orten angeordnet. Die Temperatursensorelemente 7, 8 werden in der Regel aus Wider- ständen gebildet, die entsprechend der am Temperatursensorelement herrschenden Temperatur unterschiedliche Widerstands¬ werte annehmen. Zwischen dem ersten Temperatursensorelement 7 und dem zweiten Temperatursensorelement 8 ist ein Heizelement 12 ausgebildet. Der Luftmassenstrom 10, der durch die Einlass¬ öffnung 4 in das Gehäuse 3 des Luftmassenmessers 2 eintritt, überströmt zunächst das erste Temperatursensorelement 7 und dann das Heizelement 12, wonach der Luftmassenstrom 10 das zweite Temperatursensorelement 8 erreicht und entlang des Hilfsrohres 5 zur Auslassöffnung 6 des Luftmassenmessers 2 geleitet wird. Der Luftmassenstrom 10 erreicht das erste Temperatursensorelement 7 mit einer bestimmten Temperatur . Diese Temperatur wird vom ersten Temperatursensorelement 7 erfasst. Danach überstreicht der
Luftmassenstrom 10 das Heizelement 12, wobei der Luftmassenstrom 10 je nach vorbeiströmender Masse mehr oder weniger aufgeheizt wird. Wenn der aufgeheizte Luftmassenstrom 10 das zweite Tem¬ peratursensorelement 8 erreicht, wird die nun vorliegende Temperatur des Luftmassenstroms 10 mit dem zweiten Tempera¬ tursensorelement 8 bestimmt. Aus der Differenz der vom ersten Temperatursensorelement 7 und vom zweiten Temperatursensorelement 8 gemessenen Temperaturen kann die vorbeigeströmte Luftmasse bestimmt werden. Dazu kann der Luftmassenmesser 2 selber eine Auswerteelektronik 13 enthalten, die die Messsignale des ersten Temperatursensorelementes 7 und des zweiten Tem¬ peratursensorelementes 8 auswertet. Die so gewonnene Information über den Luftmassenstrom 10 wird an eine hier nicht dargestellte Motorsteuerung weitergeleitet.
Figur 2 zeigt ein Sensorelement 15 für einen Luftmassenmesser 1. Das Sensorelement 15 ist als mikroelektromechanisches System (MEMS) auf einem einzigen Silizium-Chip ausgebildet. Das Sensorelement 15 arbeitet nach dem Differenztemperaturverfahren, womit die Masse der vorbeiströmenden Luftmenge 10 bestimmt wird. Hierzu sind auf einer dünnen Membran 17 ein erstes Tempera¬ tursensorelement 7 und ein zweites Temperatursensorelement 8 ausgebildet. Das erste und das zweite Temperatursensorelement 7, 8 befinden sich an unterschiedlichen Orten auf der Oberfläche 16 der Membran 17. Zwischen dem ersten Temperatursensorelement 7 und dem zweiten Temperatursensorelement 8 ist ein Heizelement 12 angeordnet. Auf dem als mikroelektromechanisches System auf- gebauten Sensorelement 15 ist zudem eine Auswerteelektronik 13 integriert, die die Messsignale der Temperatursensorelemente 7, 8 sofort auswerten und in ein Signal, das proportional zum Luftmassenstrom 10 ist, umwandeln kann. Die Auswerteelektronik 13 kann jedoch auch in einem nachgeschalteten elektronischen Gerät integriert sein. Die Informationen über den Luftmassenstrom 10 werden dann über Anschlusspads 19 und Anschlussdrähte 18 an eine hier nicht dargestellte nachfolgende Motorelektro- steuerung weitergeleitet.
In Figur 3 wird ein als mikroelektromechanisches System (MEMS) ausgebildetes Sensorelement 15 für einen Luftmassenmesser 2 gezeigt, das auf einem einzigen Substrat ausgebildet ist, wobei das Substrat in einem Hilfsrohr 5 des Luftmassenmessers 2 an- geordnet ist. In Figur 3 strömt durch die Einlassöffnung 4 kein Luftmassenstrom 10, was zum Beispiel bei ausgestellter Brennkraftmaschine der Fall sein wird. Wenn das Heizelement 12 auf dem Sensorelement 15 mit elektrischer Energie versorgt wird, ent¬ steht um das Heizelement 12 die hier dargestellte symmetrische Temperaturverteilung 20. Damit misst das erste Temperatursensorelement 7 und das zweite Temperatursensorelement 8 die gleiche Temperatur und nach der Differenzbildung der Temperaturmesssignale der Temperatursensorelemente 7, 8 wird von der Aus¬ werteelektronik 13 erkannt, dass kein Luftmassenstrom 10 im Hilfsrohr 5 des Luftmassenmessers 2 vorliegt.
Figur 4 zeigt eine Situation, bei der ein Luftmassenstrom 10 durch die Einlassöffnung 4 in das Hilfsrohr 5 des Luftmassenmessers 2 einströmt. Die Temperaturverteilung 20 um das Heizelement 12 wird nun deutlich sichtbar in Richtung des zweiten Temperatursensorelementes 8 verschoben. Damit misst das zweite Temperatur¬ sensorelement 8 eine deutlich höhere Temperatur als das erste Temperatursensorelement 7. Durch die Feststellung der Diffe¬ renztemperatur der beiden Temperatursensorelemente 7, 8 in der Auswerteelektronik 13 lässt sich nun der Luftmassenstrom 10 bestimmen. Die Summe der Temperaturen reagiert ebenfalls auf den Massenstrom 10. Darüber hinaus reagiert jedoch die Summe der Tem- peraturen auch auf die thermischen Eigenschaften der Luftmasse, wie zum Beispiel die Wärmekapazität und/oder die thermische Leitfähigkeit des vorbeiströmenden Luftmassenstromes 10. Erhöht sich zum Beispiel bei gleichem Luftmassenstrom 10 die thermische Leitfähigkeit der Luftmasse, so kühlt das System ab und die Summe der Temperaturen wird deutlich geringer. Die Differenztemperatur des ersten Temperatursensorelementes 7 und des zweiten Tempe¬ ratursensorelementes 8 bleibt jedoch in erster Näherung un¬ verändert. Somit kann durch das Summensignal des ersten Tem- peratursensorelementes 7 und des zweiten Temperatursensorele- mentes 8 eine Änderung der thermischen Eigenschaften, wie zum Beispiel der Wärmekapazität, oder der thermischen Leitfähigkeit der Luftmasse gemessen werden. Verrechnet man nun das Diffe¬ renztemperatursignal mit dem Summentemperatursignal , kann auf die veränderte thermische Leitfähigkeit und/oder die veränderte Wärmekapazität der vorbeiströmenden Luftmasse geschlossen werden .
Figur 5 zeigt das Luftmassensensorelement 15, das als mikro- elektromechanisches System (MEMS) ausgebildet ist, in einem
Luftmassenmesser 2, der als Einsteckfinger in einem Ansaugrohr 1 integriert ist. Der Luftmassenstrom 10 erreicht auch hier die Einlassöffnung 4 und tritt in das Hilfsrohr 5 ein. Auf der Oberfläche 16 der Membran 17 sind das erste Temperatursensor- element 7 und das zweite Temperatursensorelement 8 zu erkennen. Zwischen dem ersten Temperatursensorelement 7 und dem zweiten Temperatursensorelement 8 ist das Heizelement 12 angeordnet. Der Luftmassenstrom 10 erreicht zunächst das erste Temperatursensorelement 7, überströmt dann das Heizelement 12, um danach das zweite Temperatursensorelement 8 zu erreichen.
In Figur 5 ist zu erkennen, dass der Luftmassenstrom 10 auch Verschmutzungen 9 beinhaltet. Mit dem Luftmassenstrom 10 werden zum Beispiel Wassertröpfchen 6, Öltröpfchen 11 und/oder
Staubteilchen 14 hin zum Luftmassenmesser 2 transportiert. Diese Verschmutzungen 9 gelangen durch die Einlassöffnung 4 des Luftmassenmessers 2 bis zum Sensorelement 15. Wenn sich die Verschmutzungen 9 im Bereich des ersten Temperatursensorelementes 7 und des zweite Temperatursensorelementes 8 ablagern kann es mit der Zeit zu einer massiven Verfälschung des Messwertes für den Luftmassenstrom 10 kommen. Da sich diese Verfälschung durch die Akkumulation der Verschmutzung auf dem Sensorelement 15 über einem langen Zeitraum immer weiter aufbaut, spricht man in diesem Zusammenhang auch von einer Singaldrift des Luftmassenmessers 2. Dieser Signaldrift ist unerwünscht und sie sollte unterdrückt und/oder kompensiert werden.
Figur 6 zeigt das Sensorelement 15 mit dem ersten Tempera¬ tursensorelement 7 und dem zweiten Temperatursensorelement 8 sowie dem zwischen den Temperatursensorelementen 7 und 8 angeordneten Heizelement 12. Mit dem Pfeil ist die Richtung des Luftmassenstromes 10 dargestellt. Damit befindet sich in der Strömungsrichtung des Luftmassenstromes 10 das erste Tempera¬ tursensorelement 7 vor dem Heizelement 12 und das zweite Tem¬ peratursensorelement 8 hinter dem Heizelement 12. Sowohl das erste Temperatursensorelement 7 als auch das zweite Tempera- tursensorelement 8 setzen sich als elektrische Reihenschaltungen aus einem Messwiderstand 22, der zum Beispiel einen großen Widerstandswert aufweist, und mindestens zwei Vergleichswider¬ ständen 21, die zum Beispiel kleine Widerstandswerte aufwei¬ sen, zusammen. Es ist zu erkennen, dass die Messwiderstände 22 im inneren Bereich der dünnen Membran angeordnet sind, und die Vergleichswiderstände 21 im Randbereich der Membran 17 angeordnet sind.
Weiterhin zeigt die Figur 6, dass Verschmutzungen 9, und hierbei vornehmlich Öltröpfchen 11, mit dem Massenstrom 10 zu dem
Sensorelement 15 transportiert werden. Insbesondere die Öl¬ tröpfchen 11 lagern sich auf dem Sensorelement 15 ab. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Ablagerung der Öltröpfchen 11 auf dem Sensorelement 15 besonders stark im Bereich der Widerstände erfolgt, die Strömungsrichtung des Luftmassenstromes 10 dem Heizelement 12 nachgelagert sind. Diese unsymmetrische Abla¬ gerung von Öltröpfchen 11 auf dem Sensorelement 15 führt zu einer Signaldrift, die letztlich zur Verfälschung der vom Sensorelement 15 erfassten Messwerte für den Luftmassenstrom 10 führt. Darüber hinaus erfolgt die Ablagerung der Verschmutzungen bevorzugt im Randbereich der Membran 17. Die unsymmetrische Ab- lagerung der Öltröpfchen 11 hat physikalische Gründe, die ihren Ursprung insbesondere in der höheren Temperatur im Bereich des zweiten Sensorelementes 8 und im Temperaturgradienten im Randbereich der Membran 17 finden. Figur 7 zeigt eine mögliche elektrische Verschaltung der Ver¬ gleichswiderstände 21 und der Messwiderstände 22 auf dem Sen¬ sorelement 15. Hier wird das erste Sensorelement 7 aus einer Reihenschaltung eines Messwiderstandes 22, der in Richtung des Luftmassenstromes 10 vor dem Heizelement 12 angeordnet ist, und zwei Vergleichswiderständen 21, die ebenfalls in Richtung des Luftmassenstromes 10 vor dem Heizelement 12 angeordnet sind, gebildet. Das zweite Temperatursensorelement 8 wird entsprechend aus einer Reihenschaltung von Widerständen gebildet, wobei der Messwiderstand 22 im Bezug auch die Strömungsrichtung des Luftmassenstromes 10 hinter dem Heizelement 12 angeordnet ist, sowie zwei Vergleichswiderstände 21 ebenfalls in Richtung des Luftmassenstromes 10 hinter dem Heizelement 12 angeordnet sind.
Alle Widerstände sind auf der dünnen Membran 17 angeordnet, wobei die Vergleichswiderstände 21 mit den kleinen Widerstandswerten im Randbereich der Membran 17 zu finden sind, und die Messwiderstände 22 mit den großen Widerstandswerten zentral auf der dünnen Membran 17 angeordnet sind. Figur 8 zeigt das aus Figur 7 bekannte Sensorelement 15, bei dem auf einer dünnen Membran 17 mittig ein Heizelement 12 angeordnet ist. Dieses Heizelement 12 kann zum Beispiel als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet sein. Das Sensorelement 15 ist als mikroelektromechanisches System ausgebildet, wobei die dünne Membran 17 zum Beispiel hergestellt werden kann, indem ein Siliziumsubstrat entsprechend geätzt wird. Auf diese dünne Membran 17 werden die Vergleichswiderstände 21, die zum Beispiel kleine Widerstandswerte aufweisen können und die Messwiderstände 22 die zum Beispiel große Widerstandswerteaufweisen können, aufprozessiert. Damit befinden sich auf der dünnen Membran im Ausführungsbeispiel nach Figur 8 zwei Messwiderstände 22 mit großem Widerstandswert und vier Vergleichswiderstände 21 mit kleinen Widerstandswerten sowie ein elektrischer Widerstand, der als Heizelement 12 verwendet wird.
Die Strömungsrichtung des Luftmassenstroms 10 ist in der Figur 8 mit einem Pfeil gekennzeichnet. Ausgehend von dieser Strö¬ mungsrichtung befinden sich zwei Vergleichswiderstände 21 und ein Messwiderstand 22 vor dem Heizelement 12, und weitere zwei Vergleichswiderstände 21 und ein weiterer Messwiderstand 22 befinden sich hinter dem Heizelement.
Das erste Temperatursensorelement 7 wird gebildet, indem ein Messwiderstand 22, der sich vor dem Heizelement 12 auf der dünnen Membran befindet und zwei Vergleichswiderständen 21, die sich hinter dem Heizelement 12 befinden, elektrisch zu einer Reihenschaltung verschaltet werden. Damit bildet eine erste Rei¬ henschaltung aus Widerständen ein erstes Temperatursensorele- ment 7, welches aus zwei Vergleichswiderständen 21 gebildet wird, die in Strömungsrichtung des Luftmassenstroms 10 hinter dem Heizelement 12 liegt und mit einem Messwiderstand 22 verbunden sind, der vor dem Heizelement 12 positioniert ist.
Spiegelsymmetrisch zur Achse des Heizelementes 12 ist das zweite Temperatursensorelement 8 als Reihenschaltung von Widerständen aufgebaut. Hier ist ein Vergleichswiderstand 21, der vor dem Heizelement 12 positioniert ist, elektrisch mit einem Mess¬ widerstand 22 verbunden, der hinter dem Heizelement 12 auf der Membran 17 positioniert ist. Der Messwiderstand 22 des zweiten Temperatursensorelementes 8 ist wiederum mit einem weiteren Vergleichswiderstand 21 elektrisch verbunden, wobei der Ver- gleichswiderstand 21 wiederum vor dem elektrischen Heizelement 12 positioniert ist. Unter den Begriffen „kleiner Widerstandswert" und „großer Widerstandswert" ist zu verstehen, dass der Widerstandswert jedes einzelnen Messwiderstandes 22 mindestens zehnmal größer ist als der Widerstandswert eines einzelnen Vergleichswider- Standes 21.

Claims

Luftmassenmesser (2) mit einem Sensorelement (15), wobei sich ein zu messender Luftmassenstrom (10) über das Sensorelement (15) hinweg bewegt und wobei das Sensorelement (15) als mikroelektromechanisches System ausgebildet ist, das eine Membran (17) aufweist, auf der ein Heizelement (12) ausgebildet ist, wobei in Richtung des Luftmassenstromes (10) vor und hinter dem Heizelement (12) jeweils ein elektrischer Messwiderstand (22) und mindestens zwei elektrische Vergleichswiderstände (21) angeordnet sind, und wobei ein erstes Temperatursensorelement (7) und ein zweites Temperatursensorelement (8) durch die elektrische Verschaltung jeweils eines Messwiderstandes (22) mit mindestens zwei Vergleichswiderständen (21) gebildet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das erste Temperatursensorelement (7) als Reihenschaltung aus Wi¬ derständen auf dem Sensorelement (15) mit einem Messwiderstand (22), der bezogen auf den Luftmassenstrom (10) vor dem Heizelement (12) angeordnet ist, und zwei Ver¬ gleichswiderständen (21), die bezogen auf den Luftmassenstrom (10) hinter dem Heizelement (12) angeordnet sind, gebildet ist, und das zweite Temperatursensorelement (8) als Reihenschaltung aus Widerständen auf dem Sensorelement (15) mit einem Messwiderstand (22), der bezogen auf den Luftmassenstrom (10) hinter dem Hei zelement (12) angeordnet ist, und zwei Vergleichswiderständen (21), die bezogen auf den Luftmassenstrom (10) vor dem Heizelement (12) angeordnet sind, gebildet ist.
Luftmassenmesser (2) mit einem Sensorelement (15) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Widerstandswerte der einzelnen Messwiderstände (22) deutlich größer als die Widerstandswerte der einzelnen Vergleichswiderstände (21) sind. Luftmassenmesser (2) mit einem Sensorelement (15) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Widerstandswerte der einzelnen Messwiderstände (22) mindestens um den Faktor 10 größer als die Widerstandswerte der einzelnen Vergleichswiderstände (21) sind.
Luftmassenmesser (2) mit einem Sensorelement (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass die Vergleichswiderstände (21) im Randbereich der Membran (17) angeordnet sind.
Luftmassenmesser (2) mit einem Sensorelement (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Messwiderstände (22) im inneren Bereich der Membran (17) angeordnet sind.
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