JPS62123316A - 流動媒体の質量を測定するための方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 流動媒体の質量を測定するための方法と装置であって、
少なくとも１つの、媒体流内に配置されかつ膜として形
成された温度依存的な抵抗体を用い、この抵抗体をホル
ダの、ほぼ媒体流方向で延びる面の１部分上に適切に装
着し、それによって該抵抗体をホルダの長手方向長さに
おいて該ホルダの少なくとも１つの、媒体流内へ該ホル
ダを保持するために働く縁範囲に並んで位置せしめ、そ
して制御係数を以って１つの閉じたループに接続された
抵抗検出装置によって温度依存的な抵抗体の抵抗値を検
出し、この温度依存的な抵抗体を制御係数を以ってのエ
ネルギの供給によって所定の抵抗体温度に制御する形式
のものに関する。

従来の技術 上記形式の公知装置は、内燃機関によって吸込まれた空
気質量を測定するために自動車に装着された場合、当該
装置のオン切換え時に、例えば毎時約１０ｋｇの無負荷
吸気量における１０チの正確度を以って当該装置が作業
するようになるまでに不都合に長いオン切換え時間が過
ぎてしまう。この場合のその遅延現象の１部分は、温度
依存的な抵抗体の、所定の抵抗温度に達するまでの必要
加熱量に規定されている。内燃機関の吸込された空気質
量が、例えば毎時約１０ｋｇの無負荷範囲から毎時約３
００ｋｇの全負荷範囲へ、又は毎時約３００　ｋｇの全
負荷範囲から毎時約１０ｋｇの無負荷範囲へ突然に変化
するような場合、所望の正確さが達成されるまで一定の
応動時間が過ぎてしまい、即ち当該装置はその　。

吸気質量の突然の変化に応じた遅延の後に初めて反応す
る。吸気質量の変化時のこの不都合に長いオン切換え時
間及び応動時間によって、例えばその装置の出力信号が
燃料噴射装置の制御のために用いられているような場合
、噴射された燃料量が吸込まれた空気量に必ず遅れて後
供給されることになり、これによって燃量消費量が増え
るだけでなく、有害な排ガス成分の量も増えてしまう。

実験によって明らかになったことは、オン切換え時及び
吸込み空気量の突然の大きな変化時の当該装置の不都合
な特性の原因が、装置のホルダの長手方向長さに亘って
の温度分布の粗調節は制御されたエネルギ供給によって
極めて迅速に行なわれるが、ホルダの加熱された縁範囲
内での新しい温度分布の正確な調節形成のためにはある
所定の熱量が必要であり、この熱量は小さいがしかし相
応して長く続く熱流としてホルダの加熱された範囲から
取シ出されることにあるということである。流動する空
気質量とは無関係に温度依存的な抵抗体の抵抗温度は一
定に制御されるが、しかじ縁範囲の温度は吸気質量に応
じて変化し、従ってホルダの長手方向長さで見ての温度
分布も吸気質量の変化に応じて変化せしめられる。ホル
ダの縁範囲へ向けての熱流は特に、空気質量が小さい場
合、即ち冷却効率が小さく延いては電気的な加熱効率が
パーセント的に低い場合に特に重要なものとな、す、そ
れによって測定値を誤らせる。

発明の課題 本発明の課題は前記公知例の欠点を解除することである
。

課題を解決するための手段 上記の課題は本発明によれば、方法においては、ホルダ
の少なくとも１つの縁範囲がある所定の縁温度に維持さ
れることによって解決され、また装置においては、ホル
ダの少なくとも１つの縁範囲に少なくとも１つの、媒体
流にさらされた金属製の伝熱部材が伝熱接続されている
ことによって解決された。

発明の利点 本発明によれば、ホルダの縁範囲をある所定の縁温度に
維持することによって、ホルダの長手方向長さでの温度
分布を明確に形成しかつ時間によってほとんど変化しな
いようにし、それによって流動媒体の質量の突然の大き
な変化の際にも、温度分布の変化と延いてはオン切換え
及び応動時間に変化が生じないようになっている。特に
、ホルダの縁範囲の縁温度が流動媒体の温度、例えば内
燃機関における吸気質量の測定のための装置としての使
用時には空気の温度に熱的に接続されると有利であり、
この構造のだめの経費は極めて少なくかつ同時に、一般
的にホルダの縁範囲で行なわれる、該ホルダ上に配設さ
れた抵抗体膜への電気的な接点形成が軟ろう接によって
行なわれ得、何故なら当該装置の装着時にその縁範囲の
温度は、相対的に低い空気温度に常に維持されるからで
ある。

実施態様 本発明の方法と装置の有利な実施態様は特許請求の範囲
の各従属項に記した通りである。

特にホルダの縁範囲を、伝熱性の良好な材料と小さな質
量とから形成されて媒体流内に配置された伝熱部材に熱
接続せしめると有利である。

更に、電気的な接続部材としても同時に用いられ得る、
ケーシング固定的な保持体を伝熱部材として形成すると
有利である。

また本発明による装置に関する有利な実施態様によれば
、特に短いオン切換え及び応動時間を形成するだめに、
ホルダの長手方向長さで見て温度依存的な抵抗体の両側
にそれぞれ１つの、膜として形成された保護加熱抵抗体
が配置されておりかつ、前記の温度依存的な抵抗体の抵
抗温度と一致する温度にほぼ維持されているとよい。

実施例 第１図では例えば内燃機関の吸気管である、媒体が貫流
する管に符号１０が付されておシ、また媒体の流れ方向
が矢印１１で示されている。

しかし本発明による装置の作動の説明のためにはその流
れ方向が逆でも同じである。この流動媒体内に温度に応
じて作用する抵抗体ＲＨが配置されておシ、この抵抗体
ＲＨは有利にはプラスの温度係数を有し、管１０を通る
媒体の流過質量を捕捉するために働いている。この抵抗
体ＲＢ（は、第１図には示されていないが有利には電気
的に絶縁されたホルダ（基体）」二の層状抵抗体又は膜
状抵抗体として形成され、図示の例ではブリッジ回路と
して形成された抵抗検出装置１２の構成部材である。こ
の抵抗検出装置１２は更に抵抗体％、　ｔ　　Ｒ２＋　
Ｒ３によって補完されている。この抵抗測定ブリッジの
ベース点Ａから出発してそれぞれのブリッジ分枝に抵抗
体Ｒ２，ＲＨ及びＲ３，ＲＫが直列で接続されており、
また各抵抗体ＲＨとＲＫの接続導線が点りで集合される
。制御増幅器１３に、抵抗体Ｒ２とＲＨとの接続点とし
ての点Ｂからの信号と、抵抗体Ｂ３とＲＫとの接続点と
しての点Ｃからの信号が送られる。第１図の実施例では
制御増幅器１３が差異増幅器として形成され、しかし本
発明はこのような差異増幅器に限定されるものではなく
、一般的にあらゆるアナログ及びデジタル式の制御関数
に′適用可能である。

制御関数の出力値は抵抗検出装置の点りに戻し案内され
、それによって全体として閉じたループが形成されてい
る。抵抗検出装置１２の各抵抗体の抵抗値は一般的に、
その抵抗体ＲＫ、Ｉ（３が抵抗体ＲＨＲ３よりも著しく
高い値を受容する↓うに選択されている。

抵抗検出装置１２はブリッジ回路によってのみでなく他
の抵抗測定回路によって形成されてもよい。従って本発
明はブリッジ回路に限定されるのではなく、例えばアメ
リカ合衆国特許第４２９７８８１号明細書で公知のよう
な特にブリッジに類似の測定回路にも関係する。

次に本発明の原理的な作動形式を説明する。

制御増幅器１３の出力電流によって、温度に依存する抵
抗体ＲＨが加熱され、この際の該抵抗体の抵抗温度は主
に各ブリッジ抵抗体の関係によって規定される。この温
度依存の抵抗体ＲＨから流出する熱量は閉じたループを
介して常に、流入する電流の変化によって補償されてお
り、それによって抵抗体ＲＨは所定の抵抗温度又は所定
の抵抗値に維持される。加熱電流、加熱出力又は制御増
幅器１３の出力電流も流動媒体の流過質量のだめの基準
である。

測定中の流動媒体の変動する温度によって、温度に依存
する抵抗体ＲＨの抵抗温度又は抵抗値も影響されるので
、質量流過量の測定に対するこの媒体温度変動の影響を
補償するためにやはシ抵抗体ＲＫも流動媒体にさらされ
ている。

この抵抗体ＲＫも有利には膜状又は層状抵抗体として基
体の上に例えば蒸着されて形成されている。

流過量変化時に温度依存的な抵抗体ＲＨの三次元範囲に
亘っての温度分布が著しく変化することを回避するため
には特別な手段が必要である。

理論及び実験による研究によって示されたように、その
ためには温度依存的な抵抗体ＲＨへのある程度の保護加
熱が適しており、それによって抵抗体ＲＨの近くの周囲
か、瞬間の流速や被測定媒体の温度によって規定された
その都度の温度よυ上に維持される。

図示の実施例による装置には２つの保護加熱抵抗体Ｒ８
が配設されておシ、この各抵抗体Ｒ３は温度依存的な抵
抗体ＲＨと同じホルダ上に配置されかつ該抵抗体ＲＨを
取シ囲んでいる。保護加熱のためのこの抵抗体Ｒ３は有
利には抵抗体ＲＨ及びＲＫと同様の技術において製造さ
れかつやはシ同じ方形抵抗体である。この抵抗体Ｒ８は
制御増幅器１３の出力大きさによって負荷されかつ所謂
受は身に作動し、即ち抵抗体ＲＨの抵抗温度に応じた所
定の温度値によって制御される。抵抗体Ｒ８の温度を抵
抗体ＲＨの抵抗温度と合致せしめるために、これらの抵
抗体の同一の面抵抗に基づいてかつ各抵抗体の適切な配
置関係のだめの配慮がなされている。

この装置の別の利点は、必要な加熱出力の大きな部分が
抵抗体ＲＨ，Ｒ２を有するブリッジ分枝から取９出され
て保護加熱抵抗体Ｒ３へ供給　　□されるという事実に
よシ形成される。従って抵抗体Ｒ２に生じる損失出力は
減少せしめられる。

更に別の手段、即ち制御増幅器１３の出力電流を測定値
として用いることは、空気温度の変化時の装置全体の出
力成果のためにやはり有利に作用する。更に測定値ＵＢ
は高い信号ストロークを有し、これは引続いての測定デ
ータ処理の正確さのために有利に作用する。

第２図には第１図による装置の１実施例が示されている
。例えばセラミックで製造されたホルダ２２の下面には
符号２０、そして上面には符号２１が付されている。ホ
ルダ２２の寸法は約４　ｍｍの幅と約２５ｍｍの長さＬ
とを有する。またホルダ２２の上面と下面との被覆部は
抵抗体ＲＨとＲ８とに関して左右対称的に形成されてお
り、この際に約１０＋ｎｍの長さと約０．５から２　ｍ
ｍの幅とを有する温度依存的な抵抗体ＲＨが中央に配置
されている。また各抵抗体Ｒ３が抵抗体ｒｌｐ（の両側
に蒸着されて、図示の例では約１．５朋の幅と約２０ｍ
ｍの長さとを有している。しかし注意すべきことは、膜
状抵抗体ＲＨとＲ８との長さの比がブリッジ抵抗体ＲＨ
，！：Ｒ２との抵抗比に応じて設定されることである。

その絶対的な長さは抵抗体ＲＨの、特に測定場所例おけ
る流れ状態に応じて設定される必要な統合長さによって
規定される。図示の例は左右対称的なブリッジ構造に関
している。図面に斜線を以って示された面は低いオーム
の帯状導電体を示し、この際に符号３０，３１，３２，
３３が抵抗体ＲＨに関しての電気的接続のだめの帯状導
電体を示している。これと逆に各抵抗体Ｒ３のために必
要な導電体には符号３４．３５が付されている。

接続部３０と３３とは抵抗体Ｒ８とＲＨと用に同一であ
シ第１図の点りに相応する。

第２図では抵抗体ＲＨとＲ３とがそれぞれ２つの抵抗体
に分けられている。この手段によって抵抗体ＲＨとＲ３
とがホルダ２２の両側に装着可能であシ、これによって
抵抗体ＲＩ（の抵抗温度の十分に均一な分配が保証され
ている。

各抵抗体ＲＨは下面２０と上面２１との上に並列配置さ
れている。抵抗体ＲＨの保護加熱のために働く各抵抗体
Ｒ８はそれぞれ対ごとに、ホルダ２２の下面２０と上面
２１との上の抵抗体ＲＨを取り囲んでいる。この各保護
加熱抵抗体Ｒ３も図示の例では並列配置されている。当
然ながらこれらの抵抗体は直列配置されてもよい。

下面２０上の各帯状導電体３０，３４と下面２１上の各
帯状導電体３３．３５とは、ホルダ２２の長手方向長さ
Ｌにおいて互いに向い合ってホルダ２２の各縁範囲３７
，３８内に配置されている。ホルダ２２の縁範囲３７又
は３８は本発明によれば所定の縁温度に維持されなけれ
ばならず、特にその縁温度は流動媒体の温度、即ち例え
ば内燃機関の吸気管内に用いられた場合は吸込み空気質
量体の温度に維持されなければならない。

どのように縁範囲３７、３８が所定の縁温度に維持され
るかは第６図の例に示されている。

第６図の装置はホルダ２２を有し、そのホルダ２２の下
面２０と上面２１との上にはそれぞれ１つの、温度に依
存した抵抗体ＲＨが邑該ホルダの中央範囲内に配置され
ており、この際に膜として形成された各抵抗体ＲＨは例
えば電気的に並列接続されている。第３図の実施例にお
いては、抵抗体ＲＨを取シ囲む保護加熱抵抗体Ｒ８は配
設されていない。ホルダ２２の縁範囲３７゜３８内では
、下面２０上に電気的な帯状導電体３０．３４が、また
上面２１上に同じく帯状導電体３３．３５が配置されて
いる。ホルダ２２は、その抵抗体ＲＨを受容する面がで
きるだけ媒体流れ方向１１に対してほぼ平行に延びるよ
うに媒体流内に配置されている。媒体流内でのホルダ２
２の支承は少なくとも１つの保持体４０によって行なわ
れ、この保持体４ｏは板ばね形状に形成されてその一方
端をケーシング４１に、例えば管又は吸気管１ｏの壁部
に固定されている。第３図の実施例に示されたように、
ホルダ２２の支承のために保持体４０を２つ用いること
が可能である。この保持体４０は金属から成力可及的に
良好な伝熱性と導電性とを有し、それによって該保持体
４ｏを介しての両抵抗体ＲＨの電気的接続が行なわれ得
る。このために保持体４０は媒体流れ方向１１で突出し
かつＵ字形の変形部４２を有しておシ、この変形部４２
が縁範囲３７、３８を部分的に取９囲みかつろう接部４
３によって帯状導電体３０，３３゜３４．３５との良好
な電気的接続を形成している。

本発明によれば縁範囲３７．３８はある所定の縁温度、
特に流動媒体の温度に維持されなければならない。この
ためには媒体流内に突入する保持体４０が伝熱部材とし
て働き、この伝熱部材は、媒体流の温度の変化時にやは
シその温度を迅速に受容可能とするために、良好な伝熱
性の他に可及的に少ない質量を有さなければならない。

保持体４０の熱交換面を拡大するために有利には該保持
体４０Ｕ字形の変形部４２の、ケーシング４１と反対側
に伝熱面４４を連続配設するとよい。この伝熱面４４は
保持体４０に一体成形されているか又はこの保持体４０
と良好に温度接続されている。

別の実施例によれば縁範囲３７．３８の近くに、鎖線で
示されたプレート状の伝熱部材４６が配置されておシ、
この伝熱部材４６は良好な伝熱性を有する材料から成シ
かつ、例えば保持体４０の伝熱面４４と結合されている
か又はＵ。

字形の変形部４２に一体成形されており、縁範囲３７．
３８の縁温度の温度適応化に関する前述の保持体４０の
機能を引き受けるか又は補っている。第６図に示された
実施例は当然、第２図に示された保護加熱抵抗体Ｒ３を
備えだ装置の構造にも転用可能である。

本発明によればホルダ２２の縁範囲３７．３８が所定の
縁温度、特に媒体流の温度に維持され、この温度が温度
依存的な抵抗体ＲＨにおける抵抗温度のように予め規定
されるので、流動媒体の質量の変化時にもホルダ２２の
長手方向長さＬに亘って同一に留まる温度分布が形成さ
れ、それによってオン切換え時間が短くなるだけでなく
、媒体流の質量の突然の変化への応動時間も短くなシ、
そのような突然の変化とは特に、例えば自動車の運転者
がアクセルを離すことによって車両内で全負荷範囲から
無負荷位置への戻りが行なわれだ時の、流動媒体の質量
の突然の減少発生などである。本発明による装置におけ
るオン切換え及び応動時間の短縮化は、ホルダ２２の長
手方向長さにおける媒体流の変化時に温度分布が十分に
維持され、それによって流過媒体の冷却率変化への適合
のために加熱電流を必要としないことによって可能とな
っている。

更にホルダ２２の、電気的な接続のために働く縁範囲３
７，３８が流動媒体の温度、即ち一般的には空気の温度
にあシ、それによってこの比較的に低い温度にある縁範
囲３７．３８への接点形成が軟質ろう接によって行なわ
れ得ることも有利である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであって、第１図は本
発明による装置の回路図、第２図は第１図の装置の伝熱
性のある各膜部材の、ホルダ上への幾何学的な配役に関
する１実施例を示す図、第３図は伝熱部材を有する本発
明による装置の斜視図である。 １０・・・管（吸気管）、１１・・・矢印（媒体流れ方
向）、１２・・・抵抗検出装置、１３・・・制御増幅器
、２０・・・下面、２１・・・上面、２２・・・ホルダ
、３０．３１，３２，３３，３４．３５・・・帯状導電
体、３７，３８・・・縁範囲、４０・・・保持体、４１
、・・・ケーシング、４２・・・変形部、４３・・・ろ
う接部、４４・・・伝熱面、４６・・・伝熱部材、Ａ・
・・ペース点、Ｂ、　　Ｃ・・・点（接続点）、Ｄ・・
・点、Ｌ・・・長手方向長さ、Ｒ２ｙ　Ｒ３？　ＲＨ＋
　ＲＫ　”’抵抗体、Ｒ３・・・保護加熱抵抗体、ＵＢ
・・・測定値Ｒ２、Ｒ３，ＲＨ，ＲＫ・抵抗体 Ｒ６保護加熱抵抗体 １１・・・矢印（媒体流れ方向） ２２・・・ホルダ ３７　、３８・・・縁範囲 ＲＨ・・・抵抗体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流動媒体の質量を測定するための方法であつて、少
   なくとも１つの、媒体流内に配置されかつ膜として形成
   された温度依存的な抵抗体を用い、この抵抗体をホルダ
   の、ほぼ媒体流方向で延びる面の１部分上に適切に装着
   し、それによつて該抵抗体をホルダの長手方向長さにお
   いて該ホルダの少なくとも１つの、媒体流内へ該ホルダ
   を保持するために働く縁範囲に並んで位置せしめ、そし
   て制御係数を以つて１つの閉じたループに接続された抵
   抗検出装置によつて温度依存的な抵抗体の抵抗値を検出
   し、この温度依存的な抵抗体を制御係数を以つてのエネ
   ルギの供給によつて所定の抵抗体温度に制御する形式の
   ものにおいて、ホルダ（２２）の少なくとも１つの縁範
   囲（３７、３８）がある所定の縁温度に維持されること
   を特徴とする、流動媒体の質量を測定するための方法。 ２、ホルダ（２２）の縁範囲（３７、３８）の縁温度を
   流動媒体の温度に維持する、特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ３、ホルダ（２２）の各縁範囲（３７、３８）を媒体流
   れ方向（１１）に配置する、特許請求の範囲第２項記載
   の方法。 ４、媒体流れ方向（１１）に少なくとも１つの金属製の
   伝熱部材（４０、４４、４６）を配置し、この伝熱部材
   をホルダ（２２）の縁範囲（３７、３８）と伝熱接続す
   る、特許請求の範囲第２項記載の方法。 ５、伝熱部材（４０、４４、４６）を良好な伝熱性を有
   する材料と少ない質量とを以つて形成する、特許請求の
   範囲第４項記載の方法。 ６、伝熱部材として少なくとも１つの、ホルダ（２２）
   の縁範囲（３７、３８）に係合する、ケーシング固定的
   な保持体（４０、４４）を用いる、特許請求の範囲第４
   項記載の方法。 ７、ホルダ（２２）の長手方向長さ（Ｌ）で見て温度依
   存的な抵抗体（Ｒ＿Ｈ）の両側にそれぞれ１つの、膜と
   して形成された保護加熱抵抗体（Ｒ＿Ｓ）を配置しかつ
   、前記の温度依存的な抵抗体（Ｒ＿Ｈ）の抵抗温度と一
   致する温度にほぼ維持する、特許請求の範囲第１項から
   第６項までのいずれか１項記載の方法。 ８、流動媒体の質量を測定するための装置であつて、少
   なくとも１つの、媒体流内に配置されかつ膜として形成
   された温度依存的な抵抗体が用いられ、この抵抗体がホ
   ルダの、ほぼ媒体流方向で延びる面の１部分上に適切に
   装着されており、それによつて該抵抗体がホルダの長手
   方向長さにおいて該ホルダの少なくとも１つの、媒体流
   内へ該ホルダを保持するために働く縁範囲に並んで位置
   せしめられており、そして制御係数を以つて１つの閉じ
   たループに接続された抵抗検出装置によつて温度依存的
   な抵抗体の抵抗値が検出され、この温度依存的な抵抗体
   が制御係数を以つてのエネルギの供給によつて所定の抵
   抗体温度に制御される形式のものにおいて、ホルダ（２
   ２）の少なくとも１つの縁範囲（３７、３８）に、少な
   くとも１つの、媒体流（１１）にさらされた金属製の伝
   熱部材（４０、４４、４６）が伝熱接続されていること
   を特徴とする、流動媒体の質量を測定するための装置。 ９、伝熱部材が良好な伝熱性を有する材料と少ない質量
   とから形成されている、特許請求の範囲第８項記載の装
   置。 １０、伝熱部材として少なくとも１つの、ホルダ（２２
   ）の１つの縁範囲（３７、３８）に係合するケーシング
   固定された保持体（４０、４４）が用いられている、特
   許請求の範囲第８項記載の装置。 １１、伝熱部材として形成された保持体（４０、４４）
   が同時に電気的な接続部として働いている、特許請求の
   範囲第１０項記載の装置。 １２、ホルダ（２２）の長手方向長さ（Ｌ）で見て温度
   依存的な抵抗体（Ｒ＿Ｈ）の両側にそれぞれ１つの、膜
   として形成された保護加熱抵抗体（Ｒ＿Ｓ）が配置され
   ておりかつ、前記の温度依存的な抵抗体（Ｒ＿Ｈ）の抵
   抗温度と一致する温度にほぼ維持されている、特許請求
   の範囲第８項から第１１項までのいずれか１項記載の装
   置