JP2006349688A - Hot air mass meter reduced in vulnerability of contamination - Google Patents

Hot air mass meter reduced in vulnerability of contamination Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hot film air mass meter for measuring air mass flow flowing in direction of main flow especially in the suction pipe of internal combustion engine capable of avoiding the heretofore known defect from conventional technology. <P>SOLUTION: The measurement surface (114) and the sensor region (136) are representing substantially rectangular geometries (116, 138), and the longer side of each rectangular geometry (116 or 138) is essentially disposed perpendicular to the main flow direction (122). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、主通流方向に通流する空気質量流を測定するためのホットフィルム空気質量計に関するものである。この種のホットフィルム空気質量計は例えば内燃機関の吸気管に使用される。とりわけ提案されるホットフィルム空気質量計は0から60m/sの通流速度の空気質量流の測定に適する。   The present invention relates to a hot film air mass meter for measuring an air mass flow flowing in a main flow direction. This type of hot film air mass meter is used, for example, in an intake pipe of an internal combustion engine. In particular, the proposed hot film air mass meter is suitable for the measurement of air mass flow with flow rates from 0 to 60 m / s.

より詳細には本発明は、主通流方向に通流する空気質量流、とりわけ内燃機関の吸気管における空気質量流を測定するためのホットフィルム空気質量計であって、
ホットフィルム空気質量計は、空気質量流が通流可能なチップ表面を備えるセンサチップを有し、
チップ表面は測定表面とランド表面とを有し、
センサチップは、測定表面の領域ではランド表面の領域よりも少なくとも一桁だけ小さい伝熱性を有し、
測定表面には中央ホットフィルム空気質量計の導体路が取り付けられている形式のホットフィルム空気質量計に関する。
More particularly, the present invention is a hot film air mass meter for measuring an air mass flow flowing in a main flow direction, particularly an air mass flow in an intake pipe of an internal combustion engine,
The hot film air mass meter has a sensor chip with a chip surface through which air mass flow can flow.
The chip surface has a measurement surface and a land surface,
The sensor chip has a heat transfer property that is at least an order of magnitude less in the area of the measurement surface than in the area of the land surface,
The present invention relates to a hot film air mass meter of a type in which a conductor path of a central hot film air mass meter is attached to a measurement surface.

例えば方法技術、化学、または工作機械の分野で多くの処理では、ガス質量、とりわけ空気質量を規定して供給しなければならない。これにはとりわけ、制御された条件下で経過する燃焼プロセスも含まれる。ここでの重要な例は、燃料を自動車の内燃機関で燃焼し、引き続きとりわけ触媒的に排ガス清浄することである。ここでは通気質量流量を測定するための種々の形式のセンサが使用される。   In many processes, for example in the field of process technology, chemistry or machine tools, a gas mass, in particular an air mass, must be defined and supplied. This includes, inter alia, combustion processes that progress under controlled conditions. An important example here is the combustion of fuel in an internal combustion engine of a motor vehicle, followed by, inter alia, catalytic exhaust gas cleaning. Various types of sensors are used here for measuring the ventilation mass flow rate.

従来技術から公知のセンサ形式は前記のホットフィルム空気質量計(HFM)であり、例えばDE19601791A1の実施例に記載されている。この種のホットフィルム空気質量計では通常、薄膜センサメンブランを有するセンサチップ、例えばシリコンセンサチップが使用される。センサメンブランには典型的には少なくとも1つの加熱抵抗が配置されており、この加熱抵抗は2つまたはそれ以上の温度測定抵抗(温度センサ)により包囲されている。メンブラン上を案内される空気流中では温度分布が変化し、このことは温度測定抵抗により検出することができ、制御および評価回路によって評価することができる。例えば温度測定抵抗の抵抗差から空気質量流を検出することができる。このセンサ形式の他の種々の変形が従来技術から公知である。   A sensor type known from the prior art is the hot film air mass meter (HFM), which is described, for example, in the examples of DE 19601791 A1. In this type of hot film air mass meter, a sensor chip having a thin film sensor membrane, for example, a silicon sensor chip is usually used. The sensor membrane is typically provided with at least one heating resistor, which is surrounded by two or more temperature measuring resistors (temperature sensors). The temperature distribution changes in the air flow guided over the membrane, which can be detected by a temperature measuring resistor and can be evaluated by a control and evaluation circuit. For example, the air mass flow can be detected from the resistance difference of the temperature measurement resistance. Various other variations of this sensor type are known from the prior art.

この形式のセンサの、例えばDE10111840C2から公知の問題点は、センサの汚染が頻繁に、例えばオイル、他の流体、または他の不純物により発生することであるセンサチップは通常、内燃機関の吸気管、または内燃機関の吸気管へのバイパスで直接使用される。ここでは内燃機関の動作中にオイルがセンサチップに、とりわけセンサメンブランに沈着することがある。このオイル沈着はセンサチップの測定信号に不所望の影響を与えることがある。なぜならセンサチップ表面のオイル膜が表面の熱伝導に作用し、このことが測定信号に誤差を与えるからである。オイル汚染はさらに、内燃機関、例えばディーゼル機関の遮断時、または遮断直後にも発生し得る。これはとりわけ、内燃機関の遮断後にクランクケーシングに存在する過圧がクランクケーシング換気により内燃機関の吸気管へ排気される場合である。この場合、頻繁にオイル蒸気ないしはオイル霧が共に導かれる。   A problem known from DE 10111840C2, for example of this type of sensor, is that the sensor chip is usually caused by frequent contamination of the sensor, for example by oil, other fluids, or other impurities. Or it is used directly by the bypass to the intake pipe of an internal combustion engine. Here, during operation of the internal combustion engine, oil may deposit on the sensor chip, in particular on the sensor membrane. This oil deposition can undesirably affect the measurement signal of the sensor chip. This is because the oil film on the surface of the sensor chip acts on the heat conduction on the surface, which gives an error to the measurement signal. Oil contamination can also occur when an internal combustion engine, such as a diesel engine, is shut off or immediately after it is shut off. This is especially the case when the overpressure present in the crank casing after the internal combustion engine is shut off is exhausted into the intake pipe of the internal combustion engine by crank casing ventilation. In this case, oil vapor or oil mist is frequently introduced together.

メンブランないしセンサ表面の汚染問題は熱力学的作用によってより深刻化する。例えば、表面張力に勾配を有する流体滴は表面張力の比較的高い方向に力を受けることが公知である。このことにより、滴が表面張力の低い方から高い方へ移動する。とりわけこの勾配は、流体滴が塗布される表面での温度勾配によって惹起される。滴は温度勾配とそこから生じる力によって通常は、表面の比較的暖かい領域から比較的冷えた領域に移動する。この作用は例えば、V.G. Levich著、“Physicochemical Hydrodynamics”, Prentice−Hall, N.J. 1962, pp.373−380に記載されている。   Membrane or sensor surface contamination problems are exacerbated by thermodynamic effects. For example, it is known that a fluid drop having a gradient in surface tension receives a force in a relatively high direction of surface tension. As a result, the droplet moves from the lower surface tension to the higher surface tension. In particular, this gradient is caused by a temperature gradient at the surface where the fluid drop is applied. The drop usually moves from a relatively warm area of the surface to a relatively cool area due to the temperature gradient and the resulting force. This effect is described in, for example, G. Levic, “Physicochemical Hydrodynamics”, Prentice-Hall, N .; J. et al. 1962, pp. 373-380.

上に述べたように典型的なホットフィルム空気質量計は、これが伝熱性の小さいセンサメンブラン(例えばシリコンメンブラン)と、周囲のチップランドを有するように構成されている。従ってホットフィルム空気質量計の動作時に通常は、センサメンブランの縁部、すなわち周囲のチップランドへの境界部に温度勾配が形成され、相応にして例えばオイル滴の形態で流体壁が形成される。空気流によってこの流体壁の全体がまたは一部が引きずり込まれ、その結果、オイル滴がセンサメンブランに達し、そこで測定に影響を与えることがある。さらに流体壁はメンブランの縁部で遮断時に、およびそれと結び付いた温度勾配の消滅時に消散し、これによりオイルがメンブランへ流れることがある。
DE19601791A1 DE10111840C2 V.G. Levich著、“Physicochemical Hydrodynamics”, Prentice−Hall, N.J. 1962, pp.373−380
As noted above, a typical hot film air mass meter is configured such that it has a low heat transfer sensor membrane (eg, a silicon membrane) and a surrounding chip land. Thus, during operation of a hot film air mass meter, a temperature gradient is usually formed at the edge of the sensor membrane, i.e. the boundary to the surrounding chipland, and a fluid wall is accordingly formed, for example in the form of oil droplets. Air flow can drag all or part of this fluid wall, so that the oil droplets can reach the sensor membrane and affect the measurement there. In addition, the fluid wall can dissipate at the edge of the membrane and when the temperature gradient associated therewith disappears, which can cause oil to flow to the membrane.
DE19601791A1 DE10111840C2 V. G. Levic, “Physicochemical Hydrodynamics”, Prentice-Hall, N .; J. et al. 1962, pp. 373-380

本発明の課題は、従来技術から公知の装置の欠点を回避することのできる、とりわけ内燃機関の吸気管において主通流方向に通流する空気質量流を測定するためのホットフィルム空気質量計を提供することである。このホットフィルム空気質量計は流体力学的計算と相応の実験によって、とりわけ通流速度が0から60m/sの間の空気質量流の測定に最適化されているようにする。   The object of the present invention is to provide a hot film air mass meter which can avoid the disadvantages of the devices known from the prior art, in particular for measuring the air mass flow flowing in the main flow direction in the intake pipe of an internal combustion engine. Is to provide. This hot film air mass meter is optimized by hydrodynamic calculations and corresponding experiments, especially for the measurement of air mass flow with flow rates between 0 and 60 m / s.

この課題は本発明により冒頭に述べた形式のホットフィルム空気質量計において、
測定表面とセンサ領域は実質的に矩形の形状を有し、
各矩形の長辺は主通流方向に対して実質的に垂直に配置されている様に構成して解決される。
This object is achieved in a hot film air mass meter of the type mentioned at the beginning according to the invention,
The measurement surface and the sensor area have a substantially rectangular shape;
The long side of each rectangle is arranged and solved so as to be arranged substantially perpendicular to the main flow direction.

ホットフィルム空気質量計は、空気質量流が通過するチップ表面を備えるセンサチップを有する。ここでセンサチップは、例えば上に述べたようにシリコンチップとすることができる。チップ表面はさらに測定表面とランド表面を有する。測定表面の領域にセンサチップは、ランド表面よりも少なくとも一桁だけ小さい横断伝熱性を有する。   A hot film air mass meter has a sensor chip with a chip surface through which air mass flow passes. Here, the sensor chip can be, for example, a silicon chip as described above. The chip surface further has a measurement surface and a land surface. In the area of the measuring surface, the sensor chip has a transverse heat transfer which is at least an order of magnitude smaller than the land surface.

横断伝熱性を小さくすることは種々のやり方で達成することができる。例えば従来技術から公知のように、および上に述べたように、数μmの厚さだけを有するセンサメンブランを備えるセンサチップを使用することができる。ここではセンサメンブランを取り囲む空気の伝熱性が小さいこと(約0.026W/mK)が利用される。択一的に、空気質量流に向いた側に測定表面を有する測定領域として多孔性領域をチップに作製することができる。これは例えばシリコンチップを多孔化することにより行われる。このようにして閉鎖された空洞により横断伝熱性が0.1から2W/mKである測定領域を作製することができる。これと比較してシリコンサブストレートの伝熱性は156W/nKである。   Reducing transverse heat transfer can be accomplished in various ways. For example, as known from the prior art and as described above, a sensor chip comprising a sensor membrane having a thickness of only a few μm can be used. Here, the fact that the heat conductivity of the air surrounding the sensor membrane is small (about 0.026 W / mK) is used. Alternatively, a porous region can be created on the chip as a measurement region having a measurement surface on the side facing the air mass flow. This is done, for example, by making the silicon chip porous. A measurement region with a transverse heat transfer of 0.1 to 2 W / mK can be produced by the closed cavity in this way. Compared to this, the heat conductivity of the silicon substrate is 156 W / nK.

測定表面には、中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路が被着される。例えばこれは上に述べたように2つの温度センサにより取り囲まれた1つの中央加熱素子とすることができる。他の幾何形状も考えられる。   The conductor surface of the central hot film air mass meter circuit is deposited on the measurement surface. For example, this can be a central heating element surrounded by two temperature sensors as described above. Other geometric shapes are also conceivable.

とりわけ相応の半導体技術方法を適用した、測定表面、例えばメンブランまたは多孔性領域の製造は、実際には面倒で、高価である。さらに通常は測定表面が障害に脆弱である。なぜならメンブランは容易に損傷を受けるからである。従って通常のホットフィルム空気質量計では測定表面の面積が最小化され、測定表面はほぼ完全に導体路によって満たされている。使用可能な測定表面はこれにより空間的に最適に使用される。   In particular, the production of measuring surfaces, for example membranes or porous regions, with corresponding semiconductor technology methods, is actually cumbersome and expensive. Furthermore, the measuring surface is usually vulnerable to obstacles. The membrane is easily damaged. Thus, in a normal hot film air mass meter, the area of the measurement surface is minimized and the measurement surface is almost completely filled with conductor tracks. Usable measuring surfaces are thereby used optimally spatially.

しかし本発明の基本的技術思想は、上に述べたように、動作中に調整される温度勾配による流体汚染が測定表面とランド表面との間の移行部に発生するという知識に基づく。この移行部が中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路により密に隣接配置されていると、より容易に汚染物、例えばオイルまたはその他の流体がこの移行部から導体路に達するようになり、ホットフィルム空気質量計の測定信号がドリフトするようになる。   However, the basic technical idea of the present invention is based on the knowledge that, as mentioned above, fluid contamination due to temperature gradients adjusted during operation occurs at the transition between the measuring surface and the land surface. If this transition is located more closely adjacent to the conductor path of the central hot film air mass meter circuit, contaminants, such as oil or other fluids, can more easily reach the conductor path from this transition. The measurement signal of the film air mass meter will drift.

従って基本的技術思想は、測定表面とランド表面との間のこの移行部を中央ホットフィルム空気質量計の導体路からできるだけ離して配置することである。またこれにより達成された、中央ホットフィルム空気質量計回路の汚染が低減されるという利点には大きな欠点が伴う。この欠点はとりわけ、測定表面の拡大によって測定表面の感度が上昇し、およびひいてはホットフィルム空気質量計の障害脆弱性が上昇することと関連する。さらにこのようにして、電気線路および電子回路素子に対する、チップ表面上での使用可能面積も低下する。さらに測定表面が中央ホットフィルム空気質量計回路と比較して過度に大きく拡大すると、前記の清浄作用が場合により逆転することがある。例えば空気流によってオイル滴が測定表面とランド表面との間の移行部で分離することがある。しましこのオイル滴はチップ表面上での所定の「飛行行程」の後に再びチップ表面に押圧される。これにより温度勾配が十分に中央ホットフィルム空気質量計回路から離れて配置されていても、オイル滴が再び空気流によって中央ホットフィルム空気質量計回路に運ばれることがある。   The basic technical idea is therefore to place this transition between the measuring surface and the land surface as far as possible from the conductor path of the central hot film air mass meter. There are also significant disadvantages associated with the advantages achieved thereby that the contamination of the central hot film air mass meter circuit is reduced. This disadvantage is associated, inter alia, with an increase in the sensitivity of the measurement surface due to the enlargement of the measurement surface, and thus an increased failure vulnerability of the hot film air mass meter. Further, the usable area on the chip surface for the electric line and the electronic circuit element is also reduced in this way. Furthermore, if the measuring surface expands too large compared to the central hot film air mass meter circuit, the cleaning action may possibly be reversed. For example, an oil flow may cause oil droplets to separate at the transition between the measurement surface and the land surface. The oil droplets are pressed against the chip surface again after a predetermined “flight stroke” on the chip surface. This may cause oil drops to be carried back to the central hot film air mass meter circuit by the air flow, even if the temperature gradient is located sufficiently away from the central hot film air mass meter circuit.

従ってセンサチップの幾何形状は念入りに最適化しなければならない。相応の最適化計算は、0から60m/sの間の通流速度に対して実行された。相応にして、本発明のホットフィルム空気質量計は3分割されたチップ表面を有する。ランド表面の他に、センサチップ上には上に述べたように測定表面が配置されている。この測定表面はさらにセンサ領域を有する。このセンサ領域は中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路の外寸によって規定される。ここで導体路への線路は通常無視することができ、考慮する必要はない。多くの場合でセンサ領域は例えば矩形の幾何形状を有する。最適化計算と実験結果に相応して、提案された本発明のホットフィルム空気質量計のセンサ領域は、全体測定表面が係数1.5から4.5、有利には2から4、特に有利には係数3だけセンサ領域より大きく構成されている。この構成により前記の通流速度に対して、ホットフィルム空気質量計の汚染脆弱性が最小となる。これによりホットフィルム空気質量計の信号ドリフトは最小となり、このことは空気質量流の測定を格段に改善し、ひいては改善された機関制御が得られる。   Therefore, the sensor chip geometry must be carefully optimized. Corresponding optimization calculations were performed for flow rates between 0 and 60 m / s. Correspondingly, the hot film air mass meter of the present invention has a chip surface divided in three. In addition to the land surface, a measurement surface is arranged on the sensor chip as described above. The measurement surface further has a sensor area. This sensor area is defined by the outer dimensions of the conductor path of the central hot film air mass meter circuit. Here, the line to the conductor track can usually be ignored and need not be considered. In many cases the sensor area has, for example, a rectangular geometry. Depending on the optimization calculations and experimental results, the sensor area of the proposed hot film air mass meter of the present invention has an overall measurement surface with a factor of 1.5 to 4.5, preferably 2 to 4, particularly preferably. Is configured to be larger than the sensor region by a factor of 3. With this configuration, the contamination vulnerability of the hot film air mass meter is minimized with respect to the flow velocity. This minimizes the signal drift of the hot film air mass meter, which significantly improves the air mass flow measurement and thus provides improved engine control.

本発明のホットフィルム空気質量計の前記構成は種々のやり方で有利に改善することができる。例えば測定電子回路に有利に作用する対称性の理由から、測定表面とセンサ領域が実質的に矩形の形状を有すると有利である。ここで有利には各矩形の長辺は主通流方向に対して垂直に配置されている。例えばセンサ領域の矩形は測定表面の矩形内に実質的に対称に配置することができる。例えば測定表面の矩形とセンサ領域の矩形は同じ対称軸、有利には主通流方向に対して垂直の対称軸を有する。   The configuration of the hot film air mass meter of the present invention can be advantageously improved in various ways. For example, for reasons of symmetry that favors the measurement electronics, it is advantageous if the measurement surface and the sensor area have a substantially rectangular shape. Here, the long side of each rectangle is preferably arranged perpendicular to the main flow direction. For example, the sensor area rectangles can be arranged substantially symmetrically within the measurement surface rectangle. For example, the measurement surface rectangle and the sensor region rectangle have the same axis of symmetry, preferably perpendicular to the main flow direction.

主通流方向に対して垂直にセンサ領域は実質的に測定表面を完全に使用すべきである。このことは例えば、センサ領域が主通流方向に対して垂直に最大の広がり(例えばセンサ領域を制限する矩形の長辺)を有することを意味し、これは測定表面の最大広がり(例えば測定表面の制限する矩形の長辺)の80%から100%である。   The sensor area perpendicular to the main flow direction should use the measuring surface substantially completely. This means, for example, that the sensor area has a maximum extent perpendicular to the main flow direction (eg the long side of the rectangle that limits the sensor area), which is the maximum extent of the measurement surface (eg the measurement surface). 80% to 100% of the long side of the rectangle.

矩形状の測定表面と矩形状のセンサ領域が使用される場合、測定表面の矩形の短辺(すなわち主通流方向に対して平行)は係数1.5から4.5、有利には係数2から4、特に有利には係数3だけセンサ領域の矩形の短辺(同様に主通流方向に対して平行)よりも長い。とりわけセンサ領域の矩形の短辺が250から640μmの間、有利には350から550μmの間、特に有利には440μmの長さを有すると製造技術的に有利であることが判明した。測定表面の矩形の短辺は1100から1900μmの間、有利には1300から1700μmの間、特に有利には1500μmの長さを有する。   If a rectangular measuring surface and a rectangular sensor area are used, the rectangular short side of the measuring surface (ie parallel to the main flow direction) has a factor of 1.5 to 4.5, preferably a factor of 2 To 4, particularly preferably a factor of 3 longer than the rectangular short side of the sensor area (also parallel to the main flow direction). In particular, it has proved advantageous in terms of manufacturing technology if the rectangular short side of the sensor area has a length of between 250 and 640 μm, preferably between 350 and 550 μm, particularly preferably of 440 μm. The rectangular short side of the measuring surface has a length between 1100 and 1900 μm, preferably between 1300 and 1700 μm, particularly preferably 1500 μm.

計算および流体力学的考察により、センサ領域(すなわちセンサ領域の上流側にある境界)と測定表面の境界(すなわちチップランドに向いた測定表面の上流側境界)との間の最適間隔は約540μmであることが判明した。これは前記の幾何学的長さにより近似的に満たされる。   Based on calculations and hydrodynamic considerations, the optimal spacing between the sensor area (ie, the boundary upstream of the sensor area) and the measurement surface boundary (ie, the upstream boundary of the measurement surface toward the tipland) is about 540 μm. It turned out to be. This is approximately satisfied by the geometric length.

上記本発明の構成では、測定表面がセンサ領域の外ではほとんど使用されないままである。しかし、これまで使用されていない測定表面を付加的に使用するホットフィルム空気質量計の有利な実施例も考えられる。この実施例は、例えば少なくとも1つの付加的加熱素子と少なくとも1つの付加的温度センサを、センサ領域の外にある測定表面のこの領域に有する。例えばこのことは、中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路が、ホットフィルム空気質量計のセンサ領域で、空気質量流の測定を制御および評価するための制御評価回路と接続されているようにして行なわれる。センサ領域の外の測定表面に配置された少なくとも1つの付加的加熱素子と少なくとも1つの付加的温度センサは、有利には少なくとも1つの付加的加熱素子の領域で所定の温度を調整および/または制御するための温度制御回路と接続されている。   In the configuration of the invention described above, the measurement surface remains rarely used outside the sensor area. However, advantageous embodiments of hot film air mass meters that additionally use a measuring surface that has not been used so far are also conceivable. This embodiment has, for example, at least one additional heating element and at least one additional temperature sensor in this area of the measuring surface outside the sensor area. For example, this means that the conductor path of the central hot film air mass meter circuit is connected to a control evaluation circuit for controlling and evaluating the measurement of air mass flow in the sensor area of the hot film air mass meter. Done. The at least one additional heating element and the at least one additional temperature sensor arranged on the measurement surface outside the sensor area advantageously regulate and / or control the predetermined temperature in the area of the at least one additional heating element Connected to a temperature control circuit for

このようにして例えばセンサ領域の外の測定表面にはセンサ領域から所定の間隔で一定の温度が調整される。この温度はホットフィルム空気質量計の動作中も温度制御回路によって僅かしか変化しない。ここで少なくとも1つの付加的加熱素子を測定表面に配置する構成(チップランドには配置しない)の大きな利点は、測定表面が小さな伝熱性を有することである。このことは、付加的加熱素子によって測定表面にもたらされた熱が同じように再び周囲のセンサチップに排出されるのではなく、周囲のセンサチップを有意に加熱しなくても一定の温度を維持することができることを確実にする。   In this way, for example, a constant temperature is adjusted at a predetermined interval from the sensor area on the measurement surface outside the sensor area. This temperature is only slightly changed by the temperature control circuit during operation of the hot film air mass meter. Here, a great advantage of the arrangement in which at least one additional heating element is arranged on the measuring surface (not on the chip land) is that the measuring surface has a small heat transfer. This means that the heat provided to the measurement surface by the additional heating element is not again discharged to the surrounding sensor chip in the same way, but a constant temperature is maintained without significantly heating the surrounding sensor chip. Ensure that it can be maintained.

このようにして調整可能な、センサ領域周囲の一定の「温度バリア」によって、ホットフィルム空気質量計は温度ドリフトに対して格段に頑強となる。とりわけ測定表面とチップランドとの間の移行部に発生する流体バリアの作用が本来のセンサ領域から遮閉される。従って、集結する流体フィルムないし流体バリアにより容易に引き起こされる測定表面縁部での伝熱性の変化は、センサ領域の温度分布には非常に大きく延長された影響を及ぼすだけである。これによって、本発明のホットフィルム空気質量計による空気質量測定は格段に信頼性が向上し、障害に対して頑強となり、非常に小さなドリフトしか受けないようになる。   The constant “temperature barrier” around the sensor area, which can be adjusted in this way, makes the hot film air mass meter much more robust against temperature drift. In particular, the action of the fluid barrier occurring at the transition between the measuring surface and the tip land is blocked from the original sensor area. Therefore, the change in heat transfer at the measurement surface edge, easily caused by the fluid film or fluid barrier that collects, only has a very greatly prolonged effect on the temperature distribution in the sensor area. This greatly improves the reliability of air mass measurements with the hot film air mass meter of the present invention, is robust against failures, and is subject to very little drift.

例えば上に述べたように、センサ領域は実質的に矩形の形状に構成することができる。矩形は主通流方向に対して垂直に配置された2つの辺を有し、少なくとも1つの付加的加熱素子は主通流方向に対して垂直に配置された辺に対して実質的に平行に伸長することができる。ここで「実質的に」とは例えば5゜を越えない偏差であると理解されたい。例えば少なくとも1つの第1付加的加熱素子と第1付加的温度センサは主通流方向を基準にしてセンサ領域の上流側に配置されており、少なくとも1つの第2付加的加熱素子と少なくとも1つの第2温度センサは主通流方向を基準にしてセンサ領域の下流側に配置されている。このようにしてセンサ領域は両方の側で障害の影響から遮閉される。択一的にまたは付加的に少なくとも1つの付加的加熱素子は(完全に閉じた、または部分的に開放した)フレームとしてセンサ領域の周囲に構成することができる。このようにして遮閉効率が付加的に上昇する。   For example, as described above, the sensor region can be configured in a substantially rectangular shape. The rectangle has two sides arranged perpendicular to the main flow direction and at least one additional heating element is substantially parallel to the side arranged perpendicular to the main flow direction. Can stretch. Here, “substantially” should be understood as a deviation not exceeding 5 °, for example. For example, the at least one first additional heating element and the first additional temperature sensor are arranged upstream of the sensor region with respect to the main flow direction, and the at least one second additional heating element and at least one The second temperature sensor is disposed on the downstream side of the sensor region with respect to the main flow direction. In this way the sensor area is shielded from the influence of obstacles on both sides. Alternatively or additionally, the at least one additional heating element can be configured around the sensor area as a frame (fully closed or partially open). In this way, the shielding efficiency is additionally increased.

図面に基づき本発明を以下、詳細に説明する。   The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

図1には従来技術に相応するホットフィルム空気質量計のセンサチップ110の構成が(概略的に)示されている。センサチップ110は例えば内燃機関の吸気管または内燃機関の吸気管へのバイパスチャネルで使用することができる。この種の装置は例えばDE19601791A1から公知である。図1Aの構成によるセンサチップは、ランド表面112を備えるチップランドを図平面に有する(一部だけが示されている)。この実施例では、センサチップ110がシリコンセンサチップであることが前提である。   FIG. 1 shows (schematically) the configuration of a sensor chip 110 of a hot film air mass meter corresponding to the prior art. The sensor chip 110 can be used, for example, in an intake pipe of an internal combustion engine or a bypass channel to the intake pipe of the internal combustion engine. A device of this kind is known, for example, from DE 19601791 A1. The sensor chip according to the configuration of FIG. 1A has a chip land with a land surface 112 in the drawing plane (only a part is shown). In this embodiment, it is assumed that the sensor chip 110 is a silicon sensor chip.

さらにセンサチップ110は、図平面の測定表面114を備える測定領域を有する。測定表面114はこの実施例では、矩形116に構成されており、その長片LM118,120は空気質量流の主通流方向122に対して垂直である。矩形116の短辺IMは参照符号124,126により示されており、主通流方向122に対して平行に配置されている。   Furthermore, the sensor chip 110 has a measurement area with a measurement surface 114 in the drawing plane. In this embodiment, the measuring surface 114 is configured as a rectangle 116, and the long pieces LM 118, 120 are perpendicular to the main flow direction 122 of the air mass flow. The short side IM of the rectangle 116 is indicated by reference numerals 124 and 126 and is arranged in parallel to the main flow direction 122.

センサチップ110は測定表面114の領域に0.1から2W/mKの伝熱性を有し、これと比較して周囲のランドの伝熱性は156W/mKである。このことはシリコンを測定表面114の領域で多孔化することにより達成することができる。択一的に、0.026W/mKの周囲空気の伝熱性と同等の伝熱性を有するセンサメンブランを使用することもできる。   The sensor chip 110 has a heat transfer property of 0.1 to 2 W / mK in the region of the measurement surface 114, compared to the heat transfer property of the surrounding lands 156 W / mK. This can be achieved by making the silicon porous in the region of the measurement surface 114. Alternatively, a sensor membrane having a heat transfer property equivalent to that of ambient air of 0.026 W / mK can be used.

測定表面114の領域には中央ホットフィルム空気質量計回路128の導体路が配置されている。この導体路128は、1つの中央加熱素子130と2つの温度センサ132,134から構成される。ここで温度センサ132は中央加熱素子130に対して上流側に、温度センサ134は下流側に配置されている。導体路128は、測定表面114でのその外寸でセンサ領域136を制限する。このセンサ領域136はこの実施例では同様に矩形138に構成されており、長片140,142と短辺144,146を有する。矩形138の接続側短辺144は、測定表面の矩形116の接続側短辺124にある。センサ領域136の矩形138の辺長は図1AではLsとIsにより示されている。   In the region of the measurement surface 114, the conductor path of the central hot film air mass meter circuit 128 is arranged. The conductor path 128 includes one central heating element 130 and two temperature sensors 132 and 134. Here, the temperature sensor 132 is disposed upstream of the central heating element 130, and the temperature sensor 134 is disposed downstream. Conductor track 128 limits sensor area 136 at its outer dimensions at measurement surface 114. The sensor region 136 is similarly configured as a rectangle 138 in this embodiment, and has long pieces 140 and 142 and short sides 144 and 146. The connection side short side 144 of the rectangle 138 is on the connection side short side 124 of the rectangle 116 of the measurement surface. The side length of the rectangle 138 of the sensor region 136 is indicated by Ls and Is in FIG. 1A.

図1Aの従来技術に相応する実施例で、中央HFM回路の導体路128は、ほぼ測定表面114の外側矩形116まで伸長している。典型的には矩形116の長辺118,120は約1600μmの長さLMを有し、矩形116の短辺124,126はIM=450〜500μmの長さを有する。ここでセンサ領域136の矩形138は僅かだけ小さく構成されており、例えばLSは約0.9から0.95×LMであり、ISは約0.7×IMである。   In an embodiment corresponding to the prior art of FIG. 1A, the conductor path 128 of the central HFM circuit extends substantially to the outer rectangle 116 of the measurement surface 114. Typically, the long sides 118, 120 of the rectangle 116 have a length LM of about 1600 μm, and the short sides 124, 126 of the rectangle 116 have a length of IM = 450-500 μm. Here, the rectangle 138 of the sensor region 136 is configured to be slightly smaller, for example, LS is about 0.9 to 0.95 × LM, and IS is about 0.7 × IM.

さらに図1Aにはオイル滴148が測定表面114の矩形116に沿って集結する問題が示されている。従ってこれらのオイル滴148は導体路128の直接近傍に存在する。例えば空気質量流による僅かな外部力作用によりオイル滴148は導体路128に達するようになる。さらにオイル滴148の集結は、測定表面114の矩形116の縁部領域においてセンサチップ110の伝熱性も変化させる。とりわけオイル滴148によって測定表面114とランド表面112との間の移行部で伝熱性が上昇することがある。このことは測定表面114での温度分布に有意に影響する。さらにオイル滴148は埃および煤に対する付着剤をしばしば形成する。付加的に多くの場合、約30μmの高さの「オイル壁」が測定表面の矩形116の縁部領域に形成され、このことはこの領域に空気渦を引き起こす。そしてこの空気渦は所定の区間を移動して初めて鎮静する。このことは測定信号にさらに誤差を与える。オイル滴148により惹起される熱効果と通流効果の両者はしばしば共に作用し、共通して測定信号を変化させる。   Further illustrated in FIG. 1A is the problem of oil droplets 148 collecting along the rectangle 116 of the measurement surface 114. Therefore, these oil droplets 148 exist in the immediate vicinity of the conductor path 128. For example, the oil droplet 148 reaches the conductor path 128 by a slight external force action caused by the air mass flow. Furthermore, the collection of the oil droplets 148 also changes the heat conductivity of the sensor chip 110 in the edge region of the rectangle 116 of the measurement surface 114. In particular, the oil drop 148 may increase the heat transfer at the transition between the measurement surface 114 and the land surface 112. This significantly affects the temperature distribution at the measurement surface 114. In addition, oil droplets 148 often form an adhesion to dust and soot. In addition, in many cases, an “oil wall” with a height of about 30 μm is formed in the edge region of the rectangle 116 of the measuring surface, which causes an air vortex in this region. And this air vortex calms down only after moving a predetermined area. This adds further error to the measurement signal. Both the thermal effect and the flow effect caused by the oil droplet 148 often work together and commonly change the measurement signal.

図1Aの上方領域には、測定表面114の主通流方向122に対して平行に温度分布が示されている。ここでは中央加熱素子130が温度Tmaxに加熱されることを前提にする。ランド表面112を有する周囲のチップランドは環境温度Toを有する。図1Aの上方領域の曲線150,152は測定表面114の主通流方向122に沿った温度分布を示すものであり、オイル滴148の集結のない場合(曲線150,実線)と、オイル滴148が集結した場合(曲線152,破線)とを示す。ここではオイル滴148により伝熱性が高まったため、および/または上記の通流効果によって温度センサ132,134の領域で温度が低下することが分る。従って温度センサ132.134では、オイル滴の汚染がない場合の測定よりも絶対値ΔTmessだけ低い温度が測定される。このことは種々の観点で負の作用を有する。作用として比較的に低い温度が測定されると比較的大きな測定誤差が生じる。別の作用は、オイル滴148による汚染の変動がΔTmessの温度降下を変動させることである。このことはホットフィルム空気質量計の信号のドリフトを引き起こす。   In the upper region of FIG. 1A, the temperature distribution is shown parallel to the main flow direction 122 of the measurement surface 114. Here, it is assumed that central heating element 130 is heated to temperature Tmax. The surrounding chip land having the land surface 112 has an environmental temperature To. Curves 150 and 152 in the upper region of FIG. 1A show the temperature distribution along the main flow direction 122 of the measurement surface 114. When there is no concentration of oil drops 148 (curve 150, solid line), oil drops 148 Are collected (curve 152, broken line). Here, it can be seen that the heat drop is enhanced by the oil droplets 148 and / or that the temperature drops in the region of the temperature sensors 132 and 134 due to the above-described flow effect. Accordingly, the temperature sensor 132.134 measures a temperature that is lower by the absolute value ΔTmess than the measurement when there is no contamination of the oil droplets. This has negative effects in various ways. As a function, if a relatively low temperature is measured, a relatively large measurement error occurs. Another effect is that contamination variation due to oil droplets 148 causes the temperature drop in ΔTmes to vary. This causes a signal drift of the hot film air mass meter.

図1Bには本発明によるセンサチップ110の構成が示されている。基本的にセンサチップ110の構成は、図1Aに示した従来技術の実施例の構成に相応する。しかし図1Bの本発明では、測定表面114ないしセンサ領域136の矩形116と138の寸法が図1Aの構成とは大きく異なっている。この実施例でセンサ領域136の矩形138は440μmの短辺lsを有し、これに対して測定領域114の矩形116の短辺はlM=1500μmの長さを有する。矩形116,138の長辺の長さはLM=1800μm、およびLS=1600μmである。従って測定表面114の矩形116の面積はこの有利な実施例では、センサ領域136の矩形138の面積よりも係数3.8だけ大きい。短辺lM,lsに対する比は3.4、長辺LM,LSに対する比は1.1である。   FIG. 1B shows the configuration of the sensor chip 110 according to the present invention. Basically, the configuration of the sensor chip 110 corresponds to the configuration of the embodiment of the prior art shown in FIG. 1A. However, in the present invention of FIG. 1B, the dimensions of rectangles 116 and 138 of measurement surface 114 or sensor area 136 are significantly different from the configuration of FIG. 1A. In this embodiment, the rectangle 138 of the sensor region 136 has a short side ls of 440 μm, whereas the short side of the rectangle 116 of the measurement region 114 has a length of 1M = 1500 μm. The lengths of the long sides of the rectangles 116 and 138 are LM = 1800 μm and LS = 1600 μm. Accordingly, the area of rectangle 116 of measurement surface 114 is larger by a factor of 3.8 than the area of rectangle 138 of sensor area 136 in this advantageous embodiment. The ratio to the short sides lM, ls is 3.4, and the ratio to the long sides LM, LS is 1.1.

図1Bのオイル滴148の近似的に縮尺通りの表示から分るように、この実施例ではオイル滴148が測定領域114とランド表面112の間の移行部でセンサ領域136、従って導体路128からさらに格段に離されている。「さらに格段に」とはオイル滴148と導体路128との間の間隔がオイル滴148の直径を何倍も上回っていることであると理解されたい。どのような場合でも離散的オイル滴148が形成されるのではなく、連続的流体フィルムまたは流体バリアが形成されることもあるので、この定義はすべての場合に適用できる訳ではない。   As can be seen from the approximately scaled representation of the oil drop 148 in FIG. 1B, in this embodiment, the oil drop 148 moves away from the sensor area 136 and hence the conductor track 128 at the transition between the measurement area 114 and the land surface 112. It is further separated. It should be understood that “further” means that the distance between the oil drop 148 and the conductor track 128 is many times greater than the diameter of the oil drop 148. This definition may not apply in all cases, because in any case, discrete oil drops 148 may not be formed, but a continuous fluid film or fluid barrier may be formed.

さらに図1Bの上方部分には、中央加熱素子130が所定のように加熱された場合の温度経過が示されている。ここでも実線曲線150はオイル汚染がない場合を表し、破線曲線152はオイル滴148による汚染がある場合の温度経過を示す。曲線150,152はこの実施例では僅かしか異なっていないことが明白である。これは温度センサ132,134の領域で、オイル汚染がない場合の温度測定とオイル汚染がある場合の温度測定との間の測定差ΔTmessが従来技術に相応する図1Aの場合よりも格段に小さいからである。動作点に依存する測定値差は約80から90%低下している。これは温度センサ132,134により測定される温度が図1Aの場合よりも高いため、相対的測定誤差が全体で減少しているからである。さらに汚染に起因するホットフィルム空気質量計の信号ドリフトも格段に低減される。従い図1Bの構成によってホットフィルム空気質量計の測定信号の信頼性、並びにこの信号の長時間の安定性が格段に改善される。信号のドリフトも大きく低減される。   Further, in the upper part of FIG. 1B, the temperature course when the central heating element 130 is heated in a predetermined manner is shown. Again, the solid line curve 150 represents the case where there is no oil contamination, and the broken line curve 152 represents the temperature course when there is contamination due to the oil droplets 148. It is clear that the curves 150 and 152 differ only slightly in this embodiment. This is the region of the temperature sensors 132 and 134, and the measurement difference ΔTmes between the temperature measurement in the absence of oil contamination and the temperature measurement in the presence of oil contamination is much smaller than in the case of FIG. 1A corresponding to the prior art. Because. The measurement difference depending on the operating point is reduced by about 80 to 90%. This is because the temperature measured by the temperature sensors 132 and 134 is higher than in the case of FIG. 1A, so that the relative measurement error is reduced as a whole. Furthermore, the signal drift of the hot film air mass meter due to contamination is also greatly reduced. Therefore, the reliability of the measurement signal of the hot film air mass meter and the long-term stability of this signal are greatly improved by the configuration of FIG. 1B. Signal drift is also greatly reduced.

図2には、ホットフィルム空気質量計のセンサチップ110の特に有利な改善形態が示されている。センサチップ110は実質的に図1Bの実施例と同じように構成されている。すなわちセンサチップ110はここでも、中央HFM回路の導体路128があるセンサ領域136を備える測定表面114を有する。センサ領域136の測定表面114,138の矩形116の寸法構成は、図2のこの実施例において、図1Bの実施例と同じである。   FIG. 2 shows a particularly advantageous refinement of the sensor chip 110 of the hot film air mass meter. The sensor chip 110 is configured substantially as in the embodiment of FIG. 1B. That is, the sensor chip 110 again has a measurement surface 114 with a sensor area 136 with a conductor path 128 of the central HFM circuit. The dimensional configuration of the rectangle 116 of the measurement surfaces 114, 138 in the sensor area 136 is the same in this embodiment of FIG. 2 as in the embodiment of FIG. 1B.

しかしセンサ領域136にある中央HFM回路の導体路128に加えて、この図2の実施例では別の導体路がセンサ領域136の外の測定表面114に配置されている。さらに測定表面114は2つの付加的加熱素子154,156と、2つの付加的温度センサ158,160を有する。付加的加熱素子154、156と付加的温度センサ158、160は実質的に中央HFM回路の導体路128に平行に配置されている。主通流方向に対して垂直にこれらの付加的加熱素子154、156と付加的温度センサ158、160は伸長しているが、導体路128を越えてほとんど矩形116の端子反対側短辺126まで伸長している。   However, in addition to the conductor path 128 of the central HFM circuit in the sensor area 136, another conductor path is located on the measurement surface 114 outside the sensor area 136 in the embodiment of FIG. Furthermore, the measuring surface 114 has two additional heating elements 154 and 156 and two additional temperature sensors 158 and 160. Additional heating elements 154, 156 and additional temperature sensors 158, 160 are disposed substantially parallel to conductor path 128 of the central HFM circuit. These additional heating elements 154, 156 and additional temperature sensors 158, 160 extend perpendicular to the main flow direction, but extend over the conductor path 128 to almost the short side 126 opposite the terminal of the rectangle 116. It is stretched.

図2に概略的に示したように、中央HFM回路の導体路128は、空気質量流の測定を制御および評価するための制御評価回路162と接続されている。これに対して付加的加熱素子154,156と付加的温度センサ158、160は温度制御回路164と接続されている。   As shown schematically in FIG. 2, the conductor path 128 of the central HFM circuit is connected to a control evaluation circuit 162 for controlling and evaluating air mass flow measurements. In contrast, the additional heating elements 154 and 156 and the additional temperature sensors 158 and 160 are connected to the temperature control circuit 164.

図2の上方領域には図1Bと同様に、空気質量流を測定する際のセンサチップ110の測定表面114における温度経過が示されている。ここでも破線の曲線152はオイル滴148により汚染されたときの測定の場合を示し、実線150は汚染のない測定の場合を示す。ここで温度制御回路164は、付加的加熱素子154、156によって付加的温度センサ158、160の温度が所定の値Tfixに留まるよう制御する。理想的にはこの一定の温度Tfixは、付加的加熱素子154、156が遮断され、中央加熱素子130だけが駆動される場合に付加的温度センサ158、160の個所で調整されることとなる温度よりも高い。このことは付加的加熱素子154、156だけで温度を値Tfixに制御できることを保証する。   The upper region of FIG. 2 shows the temperature course on the measurement surface 114 of the sensor chip 110 when the air mass flow is measured, as in FIG. 1B. Again, the dashed curve 152 indicates the case of measurement when contaminated by the oil drop 148, and the solid line 150 indicates the case of measurement without contamination. Here, the temperature control circuit 164 controls the temperature of the additional temperature sensors 158 and 160 by the additional heating elements 154 and 156 so as to remain at the predetermined value Tfix. Ideally, this constant temperature Tfix will be adjusted at the location of the additional temperature sensors 158, 160 when the additional heating elements 154, 156 are shut off and only the central heating element 130 is driven. Higher than. This ensures that only the additional heating elements 154, 156 can control the temperature to the value Tfix.

図2の上方領域の温度経過が示すように、オイル滴148による汚染は、上流側にある温度センサ158の上流側の温度経過と、下流側にある温度センサ160の下流側の温度経過にだけ影響を及ぼす(曲線152,154の経過を参照)。温度センサ132,134の個所の測定温度Tmessは、オイル汚染によってはほとんど影響を受けない。従ってセンサチップ110の本発明の構成によって、センサ領域136から離れた領域でのオイル汚染158が排除されるだけでなく、付加的加熱素子154、156と付加的温度センサ158、160によって付加的な「温度バリア」がセンサ領域136の周囲に形成される。このことにより空気質量測定は、オイル汚染によっては実質的に影響を受けない。
従って図2による本発明の構成によって、オイル滴148による汚染の影響および信号ドリフトはほとんど排除される。
As shown in the temperature course in the upper region of FIG. 2, the contamination due to the oil droplets 148 is caused only by the temperature course on the upstream side of the temperature sensor 158 on the upstream side and the temperature course on the downstream side of the temperature sensor 160 on the downstream side. Influencing (see the course of curves 152, 154). The measured temperature Tmess of the temperature sensors 132 and 134 is hardly affected by oil contamination. Thus, the inventive configuration of sensor chip 110 not only eliminates oil contamination 158 in areas away from sensor area 136, but also provides additional heating elements 154, 156 and additional temperature sensors 158, 160. A “temperature barrier” is formed around the sensor region 136. This makes air mass measurement substantially unaffected by oil contamination.
Thus, the configuration of the present invention according to FIG. 2 almost eliminates contamination effects and signal drift due to oil droplets 148.

最後に図1Bと図2の実施例によるセンサチップ110の構成は、対称線166に対して対称であることを述べておく。この対称線166は空気質量流の主通流方向122に対して垂直に配置されている。このように導体路128および付加的加熱素子154、156並びに付加的温度センサ158、160を対称に配置することにより、ホットフィルム空気質量計の測定信号の評価が格段に容易になる。この場合、非対称性のアーティファクトに基づく測定信号の最終補正を省略することができる。これは評価を容易にする。しかしもちろん、センサチップ110と測定表面114を非対称に構成することも考えられる。   Finally, it should be noted that the configuration of the sensor chip 110 according to the embodiment of FIGS. 1B and 2 is symmetric with respect to the symmetry line 166. This symmetry line 166 is arranged perpendicular to the main flow direction 122 of the air mass flow. Thus, by arranging the conductor path 128 and the additional heating elements 154 and 156 and the additional temperature sensors 158 and 160 symmetrically, the evaluation of the measurement signal of the hot film air mass meter is remarkably facilitated. In this case, the final correction of the measurement signal based on the asymmetry artifact can be omitted. This facilitates evaluation. However, of course, it is also conceivable that the sensor chip 110 and the measuring surface 114 are configured asymmetrically.

図1Aは、従来技術に相応するセンサチップの測定表面の構成を示す図である。FIG. 1A is a diagram showing a configuration of a measurement surface of a sensor chip corresponding to the prior art. 図1Bは、センサチップの本発明による構成の有利な実施例を示す図である。FIG. 1B shows an advantageous embodiment of the configuration according to the invention of a sensor chip. 図2は、ホットフィルム空気質量計のセンサチップの本発明による構成の有利な第2実施例を示す図である。FIG. 2 shows an advantageous second embodiment of the configuration according to the invention of the sensor chip of a hot film air mass meter.

符号の説明Explanation of symbols

110 センサチップ
112 ランド表面
114 測定表面
116 測定表面の矩形
118 矩形116の長辺
120 矩形116の長辺
122 主通流方向
124 矩形116の短辺
126 矩形116の短辺
128 中央ホットフィルム空気質量計の導体路
130 中央加熱素子
132 温度センサ
134 温度センサ
136 センサ領域
138 センサ領域136の矩形
140 矩形138の長辺
142 矩形138の長辺
144 矩形138の短辺
146 矩形138の短辺
148 オイル滴
150 オイル汚染がない場合の温度経過
152 オイル汚染がある場合の温度経過
154 付加的加熱素子
156 付加的加熱素子
158 付加的温度センサ
160 付加的温度センサ
162 制御評価回路
164 温度制御回路
166 対称軸
110 Sensor chip 112 Land surface 114 Measurement surface 116 Measurement surface rectangle 118 Long side of rectangle 116 120 Long side of rectangle 116 122 Main flow direction 124 Short side of rectangle 116 126 Short side of rectangle 116 128 Central hot film air mass meter Conductor path 130 Central heating element 132 Temperature sensor 134 Temperature sensor 136 Sensor area 138 Rectangle of sensor area 136 140 Long side of rectangle 138 142 Long side of rectangle 138 144 Short side of rectangle 138 146 Short side of rectangle 138 148 Oil drop 150 Temperature course without oil contamination 152 Temperature course with oil contamination 154 Additional heating element 156 Additional heating element 158 Additional temperature sensor 160 Additional temperature sensor 162 Control evaluation circuit 164 Temperature control circuit 166 Symmetry axis

Claims (10)

主通流方向(122)に通流する空気質量流、とりわけ内燃機関の吸気管における空気質量流を測定するためのホットフィルム空気質量計であって、
ホットフィルム空気質量計は、空気質量流が通流可能なチップ表面を備えるセンサチップ(110)を有し、
チップ表面は測定表面(114)とランド表面(112)とを有し、
センサチップ(110)は、測定表面(114)の領域ではランド表面(112)の領域よりも少なくとも一桁だけ小さい伝熱性を有し、
測定表面(114)には中央ホットフィルム空気質量計の導体路(128)が取り付けられている形式のホットフィルム空気質量計において、
中央ホットフィルム空気質量計の導体路(128)の外寸は測定表面(114)のセンサ領域(136)を規定し、
測定表面(114)は、係数1.5から4.5、有利には係数2から4、特に有利には係数3だけセンサ領域(136)よりも大きい、ことを特徴とするホットフィルム空気質量計。
A hot film air mass meter for measuring an air mass flow flowing in a main flow direction (122), in particular an air mass flow in an intake pipe of an internal combustion engine,
The hot film air mass meter has a sensor chip (110) with a chip surface through which air mass flow can flow,
The chip surface has a measurement surface (114) and a land surface (112),
The sensor chip (110) has a heat transfer in the region of the measurement surface (114) that is at least an order of magnitude less than the region of the land surface (112),
In a hot film air mass meter of the type in which a conductor surface (128) of a central hot film air mass meter is attached to the measurement surface (114),
The outer dimension of the conductor path (128) of the central hot film air mass meter defines the sensor area (136) of the measurement surface (114);
Hot film air mass meter characterized in that the measuring surface (114) is larger than the sensor area (136) by a factor of 1.5 to 4.5, preferably a factor of 2 to 4, particularly preferably a factor of 3. .
請求項1記載のホットフィルム空気質量計において、
測定表面(114)とセンサ領域(136)は実質的に矩形(116,138)の形状を有し、
各矩形(116,138)の長辺は主通流方向(122)に対して実質的に垂直に配置されている、ホットフィルム空気質量計。
The hot film air mass meter according to claim 1,
The measurement surface (114) and sensor area (136) have a substantially rectangular shape (116, 138);
A hot film air mass meter in which the long side of each rectangle (116, 138) is arranged substantially perpendicular to the main flow direction (122).
請求項1または2記載のホットフィルム空気質量計において、
センサ領域(136)の矩形(138)は、主通流方向(122)に対して垂直の対称軸(166)を基準にして実質的に対称に測定表面(114)の矩形(116)内に配置されている、ホットフィルム空気質量計。
In the hot film air mass meter according to claim 1 or 2,
The rectangle (138) of the sensor area (136) is within the rectangle (116) of the measurement surface (114) substantially symmetrically with respect to the symmetry axis (166) perpendicular to the main flow direction (122). Arranged, hot film air mass meter.
請求項1から3までのいずれか一項記載のホットフィルム空気質量計において、
測定表面(114)の矩形(116)の短辺(124,126)は係数1.5から4.5、有利には係数2から4、特に有利には係数3だけ、センサ領域(136)の矩形(138)の短辺(144,146)よりも長い、ホットフィルム空気質量計。
In the hot film air mass meter according to any one of claims 1 to 3,
The short side (124, 126) of the rectangle (116) of the measuring surface (114) has a factor of 1.5 to 4.5, preferably a factor of 2 to 4, particularly preferably a factor of 3 of the sensor area (136). A hot film air mass meter that is longer than the short sides (144, 146) of the rectangle (138).
請求項1から4までのいずれか一項記載のホットフィルム空気質量計において、
センサ領域(136)の矩形(138)の短辺(144,146)は、250から640μmの間、有利には350から550μmの間、特に有利には440μmの長さlS有し、
センサ領域(114)の矩形(116)の短辺(124,126)は、1100から1900μmの間、有利には1300から1700μmの間、特に有利には1500μmの長さlMを有する、ホットフィルム空気質量計。
In the hot film air mass meter according to any one of claims 1 to 4,
The short side (144, 146) of the rectangle (138) of the sensor area (136) has a length lS of between 250 and 640 μm, preferably between 350 and 550 μm, particularly preferably 440 μm,
The short side (124, 126) of the rectangle (116) of the sensor area (114) has a length of 1M between 1100 and 1900 μm, preferably between 1300 and 1700 μm, particularly preferably 1500 μm. Mass meter.
請求項1から5までのいずれか一項記載のホットフィルム空気質量計において、
センサ領域(136)は主通流方向(122)に対して垂直に、主通流方向(122)に対して垂直の測定表面(114)の最大広がりLMの80%から100%の最大広がりLSを有する、ホットフィルム空気質量計。
In the hot film air mass meter according to any one of claims 1 to 5,
The sensor area (136) is perpendicular to the main flow direction (122) and is 80% to 100% of the maximum spread LS of the measurement surface (114) perpendicular to the main flow direction (122) LS. A hot film air mass meter.
請求項1から6までのいずれか一項記載のホットフィルム空気質量計において、
少なくとも1つの付加的加熱素子(154,156)と少なくとも1つの付加的温度センサ(158,160)を有し、
少なくとも1つの付加的加熱素子(154,156)と少なくとも1つの付加的温度センサ(158,160)はセンサ領域(136)の外の測定表面(114)に配置されている、ホットフィルム空気質量計。
In the hot film air mass meter according to any one of claims 1 to 6,
Having at least one additional heating element (154, 156) and at least one additional temperature sensor (158, 160);
A hot film air mass meter, wherein at least one additional heating element (154, 156) and at least one additional temperature sensor (158, 160) are located on the measurement surface (114) outside the sensor area (136) .
請求項7記載のホットフィルム空気質量計において、
中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路(128)は、空気質量流の測定を制御および評価するための制御評価回路(162)と接続されており、
少なくとも1つの付加的加熱素子(154,156)と少なくとも1つの付加的温度センサ(158,160)は、所定の温度Tfixに調整および/または制御するための温度制御回路(164)と接続されている、ホットフィルム空気質量計。
The hot film air mass meter according to claim 7,
The conductor path (128) of the central hot film air mass meter circuit is connected to a control evaluation circuit (162) for controlling and evaluating air mass flow measurements;
At least one additional heating element (154, 156) and at least one additional temperature sensor (158, 160) are connected to a temperature control circuit (164) for adjusting and / or controlling to a predetermined temperature Tfix. Is a hot film air mass meter.
請求項7または8記載のホットフィルム空気質量計において、
センサ領域(136)は実質的に矩形(138)の形状に構成されており、
矩形(138)は主通流方向(122)に対して垂直に配置された2つの辺(140,142)を有し、
少なくとも1つの付加的加熱素子(154,156)は、主通流方向(122)に対して垂直に配置された辺(140,142)に対して実質的に平行に伸長している、ホットフィルム空気質量計。
The hot film air mass meter according to claim 7 or 8,
The sensor area (136) is substantially rectangular (138) shaped,
The rectangle (138) has two sides (140, 142) arranged perpendicular to the main flow direction (122),
The hot film, wherein the at least one additional heating element (154, 156) extends substantially parallel to the sides (140, 142) arranged perpendicular to the main flow direction (122) Air mass meter.
請求項7から9までのいずれか一項記載のホットフィルム空気質量計において、
少なくとも1つの第1付加的加熱素子(154)と少なくとも1つの第1付加的温度センサ(158)が主通流方向(122)を基準にしてセンサ領域(136)の上流側に配置されており、
少なくとも1つの第2付加的加熱素子(156)と少なくとも1つの第2付加的温度センサ(160)が主通流方向(122)を基準にしてセンサ領域(136)の下流側に配置されている、ホットフィルム空気質量計。
In the hot film air mass meter according to any one of claims 7 to 9,
At least one first additional heating element (154) and at least one first additional temperature sensor (158) are arranged upstream of the sensor area (136) relative to the main flow direction (122). ,
At least one second additional heating element (156) and at least one second additional temperature sensor (160) are disposed downstream of the sensor region (136) relative to the main flow direction (122). , Hot film air mass meter.
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