KR20150070390A - 센서 소자를 갖는 공기 질량 계량기 - Google Patents

센서 소자를 갖는 공기 질량 계량기 Download PDF

Info

Publication number
KR20150070390A
KR20150070390A KR1020157013192A KR20157013192A KR20150070390A KR 20150070390 A KR20150070390 A KR 20150070390A KR 1020157013192 A KR1020157013192 A KR 1020157013192A KR 20157013192 A KR20157013192 A KR 20157013192A KR 20150070390 A KR20150070390 A KR 20150070390A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor element
air mass
temperature sensor
mass flow
resistor
Prior art date
Application number
KR1020157013192A
Other languages
English (en)
Inventor
토어스텐 크니텔
스티븐 지티스약
Original Assignee
콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 filed Critical 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Publication of KR20150070390A publication Critical patent/KR20150070390A/ko

Links

Images

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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air 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
    • 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
    • G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/02—Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F5/00—Measuring a proportion of the volume flow

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

본 발명은, 센서 소자를 갖는 공기 질량 계량기로서, 측정될 공기 질량 흐름이 상기 센서 소자를 가로질러 이동하고, 상기 센서 소자는 가열 소자가 상부에 형성된 다이어프램을 구비하는 마이크로전기기계 시스템으로 형성된 것인, 공기 질량 계량기에 관한 것이다. 전기 측정 저항기와 적어도 2개의 전기 비교 저항기는 공기 질량 흐름의 방향으로 상기 가열 소자의 업스트림 및 다운스트림에 배열되고, 제1 온도 센서 소자와 제2 온도 센서는 각 측정 저항기를 적어도 2개의 비교 저항기에 전기적으로 연결함으로써 형성된다. 센서 소자의 오염으로 인한 측정 결과의 왜곡을 제거하거나 또는 적어도 이 왜곡을 좁은 한계 내로 유지하기 위하여, 제1 온도 센서 소자는, 공기 질량 흐름에 대해 가열 소자의 업스트림에 배열된 측정 저항기, 및 공기 질량 흐름에 대해 가열 소자의 다운스트림에 배열된 2개의 비교 저항기를 갖는 센서 소자 상의 저항기로 구성된 직렬 회로로 형성되고, 제2 온도 센서 소자는, 공기 질량 흐름에 대해 가열 소자의 다운스트림에 배열된 측정 저항기, 및 공기 질량 흐름에 대해 가열 소자의 업스트림에 배열된 2개의 비교 저항기를 갖는 센서 소자 상의 저항기로 구성된 직렬 회로로 형성된다.

Description

센서 소자를 갖는 공기 질량 계량기{AIR MASS METER WITH A SENSOR ELEMENT}
본 발명은, 센서 소자를 갖는 공기 질량 계량기로서, 측정될 공기 질량 흐름이 상기 센서 소자 위로 이동하고, 상기 센서 소자는 가열 소자가 상부에 구현된 다이어프램을 구비하는 마이크로전기기계 시스템으로 구현되며, 각 경우에 하나의 전기적 측정 저항기와 적어도 2개의 전기적 비교 저항기가 공기 질량 흐름의 방향으로 상기 가열 소자의 업스트림 및 다운스트림에 배열되고, 제1 온도 센서 소자와 제2 온도 센서 소자가 각 경우에 하나의 측정 저항기를 적어도 2개의 비교 저항기에 전기적으로 연결함으로써 형성된 것인, 공기 질량 계량기에 관한 것이다.
예를 들어, 자동차에서 내연 기관이 흡입하는 공기 질량을 결정하기 위해 이러한 공기 질량 계량기가 사용된다. 내연 기관의 전자 제어에 의하여 흡입된 공기 질량을 결정하는 가장 신뢰성 있는 가능한 정보에 기초하여 연소가 최적화될 수 있고 이에 공기 질량에 정밀하게 매칭하는 연료량이 각 연소 챔버에 공급되는 효과를 얻을 수 있다. 그 결과, 이 수단에 의하여 더 적은 오염물이 방출되고 더 나은 에너지 이용이 달성된다.
DE 44 07 209 A1은, 흡입 덕트에 플러깅되어(plugged) 공기 질량을 결정하는 공기 질량 계량기로서, 총 흐름에서 한정된 비율이 공기 질량 센서를 통해 흐르게 한, 공기 질량 계량기를 개시한다. 이를 위해, 공기 질량 센서는 플러그인 덕트 공기 질량 계량기로 구현된다. 공기 질량 계량기는 측정 덕트에 배열된 센서 소자, 이 센서 소자의 측정된 값을 구하거나 및/또는 검출하기 위해 하우징에 배열된 전자 회로, 및 이 센서 소자의 타측에 출구 덕트를 포함한다. 공간 절감 배열을 위하여, 지정된 덕트 또는 공기 가이드 경로는 U, S 또는 C 형태로 구현되고, 그 결과 디바이스는 전체적으로 콤팩트하고, 플러그인 소자로 구현되어 형성된다.
US 2008/0282791 A1은 각 경우에 다이어프램 상에 구현된 가열 소자의 업스트림 및 다운스트림에 온도 센서 소자들이 배열된 센서 소자를 갖는 공기 질량 계량기를 개시한다. 온도 센서 소자들은 먼지의 침착(deposit)으로 인해 특성 곡선이 이동하는 것이 억압되도록 배열된다.
US 2003/0010110 A1은, 양방향으로 동작하고 전압 전위에 연결된 브리지 회로를 구비하는 질량 흐름 센서로서, 상기 브리지 회로는 제1 및 제2 온도-의존 센서를 포함하고, 이들 센서는 직렬로 연결되고 단열 기판 상에 배열된 것인, 질량 흐름 센서를 개시한다.
DE 42 08 135 A1은 기체 또는 유체의 흐름을 측정하는 디바이스를 개시한다. 여기서, 2개의 온도-감지 저항기 디바이스는 제1 센서를 형성하고, 2개의 다른 온도-감지 저항기 디바이스는 제2 센서를 형성한다. 2개의 센서는 서로 단열되도록 배열된다.
WO 03/089884 A1의 개시 내용에 따라 구현되고 핫필름 풍속계(hot-film anemometer)로 구현된 공기 질량 계량기는 원리적으로 유용성이 입증되었다.
마이크로전기기계 시스템(microelectromechanical system: MEMS)으로 구현된 센서 소자에 기초하여 동작하는 현대적인 공기 질량 계량기를 개발하는 동안 센서 소자의 측정 결과는 오염물에 의해 특히 불리하게 영향을 받는 것으로 나타났다. 예를 들어, 공기 질량 흐름에서 오일 액적에 의해 야기될 수 있는 오염에 의해 시간에 따라 센서 소자에 신호 드리프트가 야기되고, 이 신호 드리프트는 공기 질량 흐름에 부정확한 측정 값을 초래할 수 있다. 그러나, 마이크로전기기계 시스템으로 구현된 센서 소자는 없어서는 안되는 다수의 장점을 구비하므로, 본 발명의 목적은 센서 소자의 오염에 의해 측정 결과가 왜곡되는 것을 제거하거나 또는 적어도 이 왜곡을 엄격한 한계(tight limit) 내로 유지하는 것이다.
본 목적은 독립 청구항의 특징에 의해 달성된다. 유리한 실시예는 종속 청구항의 주제이다.
본 발명에 따르면, 제1 온도 센서 소자는, 공기 질량 흐름에 대해 가열 소자의 업스트림에 배열된 측정 저항기, 및 상기 공기 질량 흐름에 대해 상기 가열 소자의 다운스트림에 배열된 2개의 비교 저항기를 갖는 상기 센서 소자 상의 저항기로 구성된 직렬 회로로 형성되고, 제2 온도 센서 소자는, 상기 공기 질량 흐름에 대해 상기 가열 소자의 다운스트림에 배열된 측정 저항기, 및 상기 공기 질량 흐름에 대해 상기 가열 소자의 업스트림에 배열된 2개의 비교 저항기를 갖는 상기 센서 소자 상의 저항기로 구성된 직렬 회로로 형성된다. 상기 센서 소자 상에 배열된 저항기를 이렇게 연결한 결과, 일측에 침착된 예를 들어 오일 액적과 같은 먼지 입자에 의한 신호 왜곡이 보상되고, 공기 질량 계량기로부터 오는 신호는 상기 센서 소자의 오염물에 의해 왜곡되지 않는다. 그리하여, 상기 공기 질량 계량기의 측정 결과는 긴 시간 동안 안정적으로 유지되고, 상기 공기 질량 계량기의 주기적 재교정이 없어도 된다. 상기 센서 소자는 마이크로전기기계 시스템으로 박막 다이어프램을 구비하여 구현되는 것이 유리하다. 이러한 센서 소자는 상기 박막 다이어프램이 불량한 열 전도체이어서 흘러 지나가는 공기 질량의 열 전도율만이 측정 결과를 결정하기 때문에 우수한 측정 결과를 제공한다.
일 개선에서 상기 개별 측정 저항기의 저항 값은 상기 개별 비교 저항기의 저항 값보다 상당히 더 크다. 특히 상기 개별 측정 저항기의 저항값이 적어도 10배만큼 상기 개별 비교 저항기의 저항값을 초과하는 것이 유리하다. 상기 저항 값을 이렇게 선택하면 우수한 정도로 재생산될 수 있는 매우 우수한 측정 결과를 공기 질량 흐름에 야기한다.
본 발명의 일 개선에서, 상기 비교 저항기는 상기 다이어프램의 에지 구역에 배열된다. 그 결과, 상기 다이어프램의 에지 구역에 먼지가 특히 현저히 침착되어도 상기 공기 질량 계량기의 측정 결과에 거의 영향을 미치지 않는다.
본 발명의 후속 개선에서, 상기 측정 저항기는 상기 다이어프램의 내부 구역에 배열된다. 그리하여, 상기 측정 저항기는 특히 상기 다이어프램의 에지 구역에서 발생하는 측정 소자의 오염물에 의해 영향을 받지 않아서, 상기 측정 결과의 안정성에도 기여한다.
본 발명의 추가적인 특징과 장점은 첨부 도면을 참조하여 예시적인 실시예의 이하의 상세한 설명에서 설명된다. 동일한 용어와 참조 부호는 아래의 여러 도면에서 동일한 구성요소에 사용된다.
도 1은 공기 질량 계량기를 도시한 도면;
도 2는 마이크로전기기계 시스템(MEMS)으로 구현된 센서 소자를 도시한 도면;
도 3은 마이크로전기기계 시스템(MEMS)으로 구현되고 공기 질량 계량기의 보조 파이프로 배열된 센서 소자를 도시한 도면;
도 4는 공기 질량 흐름이 입구 개구를 통해 공기 질량 계량기의 보조 파이프로 흐르는 상황을 도시한 도면;
도 5는 플러그인 핑거(plug-in finger)로서 흡입 파이프에 통합된 공기 질량 계량기에 마이크로전기기계 시스템(MEMS)으로 구현된 센서 소자를 도시한 도면;
도 6은 제1 온도 센서 소자와 제2 온도 센서 소자를 갖는 센서 소자를 도시한 도면;
도 7은 저항기의 가능한 전기적 연결을 도시한 도면;
도 8은 저항기의 다른 전기적 연결을 갖는 도 7에 알려진 센서 소자를 도시한 도면.
도 1은 공기 질량 계량기(2)를 도시한다. 공기 질량 계량기(2)는, 이 예에서 흡입 파이프(1)에 플러깅되고 흡입 파이프(1)에 영구적으로 연결된 플러그인 핑거로 구현된다. 흡입 파이프(1)는 여기서 공기 질량 흐름(10)을 내연 기관의 실린더로 안내한다. 내연 기관의 실린더에서 연료를 효율적으로 연소시키기 위하여, 이용가능한 공기 질량에 대한 정보를 정확히 획득하는 것이 필요하다. 이용가능한 공기 질량에 기초하여 실린더에 주입된 연료를 연소시키는데 필요한 이용가능한 산소를 추론하는 것이 가능하다. 나아가, 도 1에서 공기 질량 계량기(2)는 제1 온도 센서 소자(7)와 제2 온도 센서 소자(8)를 도시한다. 제1 온도 센서 소자(7)와 제2 온도 센서 소자(8)는 상이한 위치에 배열된다. 온도 센서 소자(7, 8)는 일반적으로 온도 센서 소자에서 지배적인 온도에 따라 상이한 저항 값을 가지는 저항기로부터 형성된다. 가열 소자(12)는 제1 온도 센서 소자(7)와 제2 온도 센서 소자(8) 사이에 형성된다. 입구 개구(4)를 통해 공기 질량 계량기(2)의 하우징(3)에 들어가는 공기 질량 흐름(10)은 처음에 제1 온도 센서 소자(7) 위를 흐르고 나서 가열 소자(12) 위를 흐르며, 이후 공기 질량 흐름(10)은 제2 온도 센서 소자(8)에 도달하여 보조 파이프(5)를 따라 공기 질량 계량기(2)의 출구 개구(6)로 보내진다. 공기 질량 흐름(10)은 특정 온도에서 제1 온도 센서 소자(7)에 도달한다. 이 온도는 제1 온도 센서 소자(7)에 의해 검출된다. 공기 질량 흐름(10)은 가열 소자(12) 위를 지나고, 공기 질량 흐름(10)은 흘러 지나가는 질량에 따라 더 많이 또는 더 적게 가열된다. 가열된 공기 질량 흐름(10)이 제2 온도 센서 소자(8)에 도달할 때, 이때 존재하는 공기 질량 흐름(10)의 온도는 제2 온도 센서 소자(8)에서 결정된다. 흘러 지나간 공기 질량은 제1 온도 센서 소자(7)와 제2 온도 센서 소자(8)에 의해 측정된 온도들 사이의 차이로 결정될 수 있다. 이를 위해, 공기 질량 계량기(2) 그 자체는 제1 온도 센서 소자(7)와 제2 온도 센서 소자(8)의 측정 신호를 구하는 평가 전자회로(13)를 포함할 수 있다. 공기 질량 흐름(10)에 대해 이런 방식으로 획득된 정보는 엔진 제어기(여기에 미도시)로 전달된다.
도 2는 공기 질량 계량기(1)를 위한 센서 소자(15)를 도시한다. 센서 소자(15)는 단일 실리콘 칩에 마이크로전기기계 시스템(MEMS)으로 구현된다. 센서 소자(15)는 흘러 지나가는 공기 흐름의 질량(10)을 결정하는 차동 온도 방법에 따라 동작한다. 이를 위해, 제1 온도 센서 소자(7)와 제2 온도 센서 소자(8)는 박막 다이어프램(17) 상에 구현된다. 제1 및 제2 온도 센서 소자(7, 8)는 다이어프램(17)의 표면(16)에서 상이한 위치에 위치된다. 가열 소자(12)는 제1 온도 센서 소자(7)와 제2 온도 센서 소자(8) 사이에 배열된다. 나아가, 온도 센서 소자(7, 8)의 측정 신호를 바로 구하고 이를 공기 질량 흐름(10)에 비례하는 신호로 변환할 수 있는 평가 전자회로(13)는 마이크로전기기계 시스템으로 구성된 센서 소자(15)에 통합된다. 그러나, 평가 전자회로(13)는 다운스트림 전자 디바이스에도 통합될 수 있다. 공기 질량 흐름(10)에 대한 정보는 연결 패드(19)와 연결 와이어(18)를 통해 다운스트림 전자 엔진 제어기(여기에 미도시)에 전달된다.
도 3은 공기 질량 계량기(2)의 보조 파이프(5)에 배열된 단일 기판 상에 구현된 공기 질량 계량기(2)를 위해 마이크로전기기계 시스템(MEMS)으로 구현된 센서 소자(15)를 도시한다. 도 3에서 공기 질량 흐름(10)은 입구 개구(4)를 통해 흐르지 않는데, 이는 예를 들어, 내연 기관이 스위치 오프된 경우일 수 있다. 센서 소자(15)에 있는 가열 소자(12)에 전기 에너지가 공급되면, 여기에 도시된 대칭적 온도 분포(20)가 가열 소자(12) 주위에 발생한다. 그리하여, 제1 온도 센서 소자(7)와 제2 온도 센서 소자(8)는 동일한 온도를 측정하고, 온도 센서 소자(7, 8)의 온도 측정 신호들 사이의 차이를 형성한 후, 평가 전자회로(13)는 공기 질량 흐름(10)이 공기 질량 계량기(2)의 보조 파이프(5)에 존재하지 않는 것을 검출한다.
도 4는 공기 질량 흐름(10)이 입구 개구(4)를 통해 공기 질량 계량기(2)의 보조 파이프(5)로 흐르는 상황을 도시한다. 가열 소자(12) 주위의 온도 분포(20)는 제2 온도 센서 소자(8)의 방향으로 이제 명확히 시각적으로 이동되었다. 그리하여 제2 온도 센서 소자(8)는 제1 온도 센서 소자(7)보다 상당히 더 높은 온도를 측정한다. 공기 질량 흐름(10)은 이제 평가 전자회로(13)에서 2개의 온도 센서 소자(7, 8)들 사이에 온도 차이를 검출하는 것에 의해 결정될 수 있다. 이들 온도의 합계는 질량 흐름(10)에도 반응한다. 그러나, 온도의 합계는 또한 흘러 지나가는 공기 질량 흐름(10)의 예를 들어 열량(thermal capacity) 및/또는 열 전도율과 같은 공기 질량의 열 특성에도 반응한다. 예를 들어, 공기 질량의 열 전도율이 동일한 공기 질량 흐름(10)에서 증가하면, 시스템은 냉각되고 온도의 합계는 상당히 더 낮아진다. 그러나, 제1 온도 센서 소자(7)와 제2 온도 센서 소자(8) 사이의 온도 차이는 제1 근사값에서 변함 없이 유지된다. 그리하여, 제1 온도 센서 소자(7)와 제2 온도 센서 소자(8)의 합계 신호에 의해, 공기 질량의, 예를 들어, 열량 또는 열 전도율과 같은 열 특성의 변화를 측정하는 것이 가능하다. 차동 온도 신호가 합계 온도 신호에 대해 오프셋(set off)되면, 흘러 지나가는 공기 질량의 변화된 열 전도율 및/또는 변화된 열량이 추론될 수 있다.
도 5는 흡입 파이프(1)에 플러그인 핑거로 통합된 공기 질량 계량기(2)에서 마이크로전기기계 시스템(MEMS)으로 구현된 공기 질량 센서 소자(15)를 도시한다. 공기 질량 흐름(10)은 또한 여기서 입구 개구(4)에 도달하고 보조 파이프(5)에 진입한다. 다이어프램(17)의 표면(16)에는, 제1 온도 센서 소자(7)와 제2 온도 센서 소자(8)가 보일 수 있다. 가열 소자(12)는 제1 온도 센서 소자(7)와 제2 온도 센서 소자(8) 사이에 배열된다. 공기 질량 흐름(10)은 처음에 제1 온도 센서 소자(7)에 도달하고 나서, 가열 소자(12) 위를 흘러 제2 온도 센서 소자(8)에 도달한다.
도 5는 공기 질량 흐름(10)이 또한 오염물(9)을 포함하는 것을 도시한다. 예를 들어 물 액적(6), 오일 액적(11) 및/또는 먼지 입자(14)는 공기 질량 흐름(10)에 의해 공기 질량 계량기(2)로 전달된다. 오염물(9)은 공기 질량 계량기(2)의 입구 개구(4)를 통해 센서 소자(15)로 전달된다. 오염물(9)이 제1 온도 센서 소자(7)와 제2 온도 센서 소자(8)의 구역에 침착되면, 공기 질량 흐름(10)에 대해 측정된 값이 시간에 따라 크게 왜곡될 수 있다. 이 왜곡은 긴 시간 기간에 걸쳐 센서 소자(15)에 오염물이 누적된 것으로 인해 점차적으로 증가하므로, 이런 상황에서 공기 질량 계량기(2)의 신호 드리프트라는 용어가 또한 사용된다. 이 신호 드리프트는 바람직하지 않아서 억압되거나 및/또는 보상되어야 한다.
도 6은 제1 온도 센서 소자(7)와 제2 온도 센서 소자(8)를 갖고 이 온도 센서 소자(7 및 8)들 사이에 배열된 가열 소자(12)를 갖는 센서 소자(15)를 도시한다. 공기 질량 흐름(10)의 방향은 화살표로 도시된다. 그리하여, 공기 질량 흐름(10)의 흐름 방향으로 제1 온도 센서 소자(7)는 가열 소자(12)의 업스트림에 배열되고 제2 온도 센서 소자(8)는 가열 소자(12)의 다운스트림에 배열된다. 제1 온도 센서 소자(7)와 제2 온도 센서 소자(8)는 모두 예를 들어 큰 저항 값을 갖는 측정 저항기(22), 및 예를 들어 저항 값을 갖지 않는 적어도 2개의 비교 저항기(21)를 포함하는 전기적 직렬 회로로 구성된다. 측정 저항기(22)는 박막 다이어프램의 내부 구역에 배열되고, 비교 저항기(21)는 다이어프램(17)의 에지 구역에 배열되는 것이 명백하다.
나아가, 도 6은 오염물(9)과 이 상황에서 주로 오일 액적(11)이 질량 흐름(10)에 따라 센서 소자(15)로 전달되는 것을 도시한다. 구체적으로, 오일 액적(11)은 센서 소자(15) 상에 침착된다. 센서 소자(15) 상에 오일 액적(11)이 침착되는 것은 공기 질량 흐름(10)의 흐름 방향으로 가열 소자(12)의 다운스트림에 배열된 저항기의 구역에서 특히 현저히 일어나는 것이 명백하다. 센서 소자(15) 상에 오일 액적(11)이 이렇게 비대칭적으로 침착되는 것은 신호 드리프트를 야기하고 이는 궁극적으로 센서 소자(15)에 의해 공기 질량 흐름(10)에 대해 검출된 측정 온도의 왜곡을 야기한다. 나아가, 오염물의 침착은 바람직하게는 다이어프램(17)의 에지 구역에서 일어난다. 오일 액적(11)이 비대칭적으로 침착되는 것은 물리적 이유를 갖는데, 이는 특히 제2 센서 소자(8)의 구역의 온도가 상대적으로 높다는 것과, 다이어프램(17)의 에지 구역에 온도 구배가 있는 것에 의해 야기된다.
도 7은 센서 소자(15)에서 비교 저항기(21)와 측정 저항기(22)의 가능한 전기적 연결을 도시한다. 여기서, 제1 센서 소자(7)는, 공기 질량 흐름(10)의 방향으로 가열 소자(12)의 업스트림에 배열된 측정 저항기(22), 및 공기 질량 흐름(10)의 방향으로 가열 소자(12)의 업스트림에 배열된 2개의 비교 저항기(21)를 포함하는 직렬 회로로 형성된다. 제2 온도 센서 소자(8)는, 공기 질량 흐름(10)의 흐름 방향에 대해 가열 소자(12)의 다운스트림에 배열된 측정 저항기(22), 및 공기 질량 흐름(10)의 방향으로 가열 소자(12)의 다운스트림에 배열된 2개의 비교 저항기(21)를 포함하는 직렬 회로로 대응하여 형성된다.
모든 저항기는 박막 다이어프램(17) 상에 배열되되, 여기서 비교 저항기(21)는 다이어프램(17)의 에지 구역에 작은 저항 값을 갖는 것으로 발견될 수 있고, 큰 저항 값을 갖는 측정 저항기(22)는 박막 다이어프램(17)에서 중심에 배열된다.
도 8은 가열 소자(12)가 박막 다이어프램(17)에서 중심에 배열되어 있는, 도 7에 알려진 센서 소자(15)를 도시한다. 이 가열 소자(12)는, 예를 들어, 전기 저항 히터로 구현될 수 있다. 센서 소자(15)는, 박막 다이어프램(17)이, 예를 들어, 실리콘 기판을 대응하게 에칭하는 것에 의해 제조될 수 있는 마이크로전기기계 시스템으로 구현된다. 예를 들어, 작은 저항 값을 가질 수 있는 비교 저항기(21)와, 예를 들어, 큰 저항 값을 가질 수 있는 측정 저항기(22)는 이 박막 다이어프램(17)으로 처리된다. 그리하여, 도 8에 따른 예시적인 실시예에서 큰 저항 값을 갖는 2개의 측정 저항기(22)와, 작은 저항 값을 갖는 4개의 비교 저항기(21), 및 가열 소자(12)로 사용되는 전기적 저항기가 박막 다이어프램 상에 위치된다.
공기 질량 흐름(10)의 흐름 방향은 도 8에서 화살표로 도시되어 있다. 이 흐름 방향에 기초하여, 2개의 비교 저항기(21)와 하나의 측정 저항기(22)는 가열 소자(12)의 업스트림에 위치되고, 다른 2개의 비교 저항기(21)와 다른 측정 저항기(22)는 가열 소자의 다운스트림에 위치된다.
제1 온도 센서 소자(7)는, 박막 다이어프램에서 가열 소자(12)의 업스트림에 위치된 측정 저항기(22), 및 가열 소자(12)의 다운스트림에 위치된 2개의 비교 저항기(21)를 전기적으로 연결시켜 직렬 회로를 형성하는 것에 의해 형성된다. 그리하여, 저항기를 포함하는 제1 직렬 회로는 2개의 비교 저항기(21)로 형성된 제1 온도 센서 소자(7)를 형성하는데, 여기서 제1 직렬 회로는 공기 질량 흐름(10)의 흐름 방향으로 가열 소자(12)의 다운스트림에 위치되고, 이 2개의 비교 저항기(21)는 가열 소자(12)의 업스트림에 위치된 측정 저항기(22)에 연결된다.
제2 온도 센서 소자(8)는 저항기의 직렬 회로로 가열 소자(12)의 축에 대해 미러-대칭 방식으로 구성된다. 여기서, 가열 소자(12)의 업스트림에 위치된 비교 저항기(21)는 다이어프램(17)에서 가열 소자(12)의 다운스트림에 위치된 측정 저항기(22)에 전기적으로 연결된다. 제2 온도 센서 소자(8)의 측정 저항기(22)는 다른 비교 저항기(21)에 전기적으로 연결되고, 이 비교 저항기(21)는 전기 가열 소자(12)의 업스트림에 위치된다. "작은 저항 값"과 "큰 저항 값"이라는 용어는 각 개별 측정 저항기(22)의 저항값이 개별 비교 저항기(21)의 저항값보다 적어도 10배 더 크다는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (5)

  1. 센서 소자(15)를 갖는 공기 질량 계량기(2)로서, 측정될 공기 질량 흐름(10)은 상기 센서 소자(15) 위로 이동하고, 상기 센서 소자(15)는 가열 소자(12)가 상부에 구현된 다이어프램(17)을 구비하는 마이크로전기기계 시스템으로 구현되며, 각 경우에 하나의 전기적 측정 저항기(22)와 적어도 2개의 전기적 비교 저항기(21)는 상기 공기 질량 흐름(10)의 방향으로 상기 가열 소자(12)의 업스트림 및 다운스트림에 배열되고, 제1 온도 센서 소자(7)와 제2 온도 센서 소자(8)가 각 경우에 하나의 측정 저항기(22)를 적어도 2개의 비교 저항기(21)에 전기적으로 연결함으로써 형성되며, 상기 제1 온도 센서 소자(7)는, 상기 공기 질량 흐름(10)에 대해 상기 가열 소자(12)의 업스트림에 배열된 측정 저항기(22), 및 상기 공기 질량 흐름(10)에 대해 상기 가열 소자(12)의 다운스트림에 배열된 2개의 비교 저항기(21)를 갖는 상기 센서 소자(15) 상의 저항기로 구성된 직렬 회로로 형성되고, 상기 제2 온도 센서 소자(8)는, 상기 공기 질량 흐름(10)에 대해 상기 가열 소자(12)의 다운스트림에 배열된 측정 저항기(22), 및 상기 공기 질량 흐름(10)에 대해 상기 가열 소자(12)의 업스트림에 배열된 2개의 비교 저항기(21)를 갖는 상기 센서 소자(15) 상의 저항기로 구성된 직렬 회로로 형성된 것을 특징으로 하는, 센서 소자(15)를 갖는 공기 질량 계량기(2).
  2. 제1항에 있어서, 상기 개별 측정 저항기(22)의 저항값은 상기 개별 비교 저항기(21)의 저항값보다 상당히 더 큰 것을 특징으로 하는, 센서 소자(15)를 갖는 공기 질량 계량기(2).
  3. 제2항에 있어서, 상기 개별 측정 저항기(22)의 저항값은 적어도 10배만큼 상기 개별 비교 저항기(21)의 저항값보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 센서 소자(15)를 갖는 공기 질량 계량기(2).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비교 저항기(21)는 상기 다이어프램(17)의 에지 구역에 배열된 것을 특징으로 하는, 센서 소자(15)를 갖는 공기 질량 계량기(2).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 저항기(22)는 상기 다이어프램(17)의 내부 구역에 배열된 것을 특징으로 하는, 센서 소자(15)를 갖는 공기 질량 계량기(2).
KR1020157013192A 2012-10-23 2013-10-21 센서 소자를 갖는 공기 질량 계량기 KR20150070390A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012219305.7 2012-10-23
DE102012219305.7A DE102012219305B3 (de) 2012-10-23 2012-10-23 Luftmassenmesser mit einem Sensorelement
PCT/EP2013/071917 WO2014064026A2 (de) 2012-10-23 2013-10-21 Luftmassenmesser mit einem sensorelement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150070390A true KR20150070390A (ko) 2015-06-24

Family

ID=49485711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157013192A KR20150070390A (ko) 2012-10-23 2013-10-21 센서 소자를 갖는 공기 질량 계량기

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9557202B2 (ko)
EP (1) EP2912414A2 (ko)
JP (1) JP6073489B2 (ko)
KR (1) KR20150070390A (ko)
CN (1) CN104736977B (ko)
DE (1) DE102012219305B3 (ko)
WO (1) WO2014064026A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102177856B1 (ko) 2020-07-13 2020-11-11 (주)바이올 주위온도 의존성을 제거한 열질량 풍속센서를 이용한 풍속계

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014219541A1 (de) * 2014-09-26 2016-03-31 Continental Automotive Gmbh Luftmassenmesser mit einem Sensorelement
US10274353B2 (en) 2017-03-22 2019-04-30 A. O. Smith Corporation Flow sensor with hot film anemometer
DE102017119667B4 (de) * 2017-08-28 2023-05-25 Dionex Softron Gmbh Messung eines Fluidflusses
EP3671139A1 (en) * 2018-12-20 2020-06-24 Sensirion AG Detection of contaminations on a sensing surface of a thermal sensor
CN113513605B (zh) * 2021-04-01 2023-03-24 青岛芯笙微纳电子科技有限公司 一种基于电磁控制阀的mems质量流量控制器及控制方法
CN113325198B (zh) * 2021-06-09 2022-04-29 东南大学 一种柔性热对流式加速度传感器及其制备方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4208135A1 (de) * 1992-03-13 1993-09-16 Siemens Ag Vorrichtung zur messung einer gas- oder fluessigkeitsstroemung
DE4407209C2 (de) * 1994-03-04 1996-10-17 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zur Messung der Masse eines in einer Leitung strömenden Mediums
DE19509555B4 (de) 1995-03-16 2006-01-19 Robert Bosch Gmbh Durchflußsensor
JP3475853B2 (ja) * 1998-12-21 2003-12-10 三菱電機株式会社 流量測定装置
JP2000227352A (ja) 1999-02-08 2000-08-15 Denso Corp 熱式流量センサ
JP3484372B2 (ja) 1999-06-10 2004-01-06 三菱電機株式会社 感熱式流量センサ
US6508117B1 (en) * 2001-07-12 2003-01-21 Delphi Technologies, Inc. Thermally balanced mass air flow sensor
DE10217884B4 (de) 2002-04-22 2004-08-05 Siemens Ag Vorrichtung zur Messung der in einer Leitung strömenden Luftmasse
JP3817497B2 (ja) * 2002-06-10 2006-09-06 株式会社日立製作所 熱式流量計測装置
JP3945385B2 (ja) * 2002-11-15 2007-07-18 オムロン株式会社 フローセンサ及び流量計測方法
JP2006058078A (ja) * 2004-08-18 2006-03-02 Hitachi Ltd 熱式空気流量計
JP4881554B2 (ja) 2004-09-28 2012-02-22 日立オートモティブシステムズ株式会社 流量センサ
DE102005016447A1 (de) * 2005-04-11 2006-10-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betrieb von Heißfilmluftmassenmessern
JP3878198B2 (ja) 2005-11-21 2007-02-07 株式会社日立製作所 熱式流量計測装置
JP5210491B2 (ja) 2006-02-03 2013-06-12 日立オートモティブシステムズ株式会社 熱式流量センサ
EP1965179B1 (en) * 2007-02-28 2017-04-12 Sensirion Holding AG Flow detector device with self check
JP4836864B2 (ja) * 2007-05-16 2011-12-14 日立オートモティブシステムズ株式会社 熱式流量計
DE102008032300A1 (de) * 2008-07-09 2010-01-14 Continental Automotive Gmbh Vorrichtung zur thermischen Massenstrommessung, insbesondere zur Messung der einer Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse
JP5120289B2 (ja) 2009-02-18 2013-01-16 株式会社デンソー 空気流量測定装置
JP5406674B2 (ja) 2009-11-06 2014-02-05 日立オートモティブシステムズ株式会社 熱式流体流量センサおよびその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102177856B1 (ko) 2020-07-13 2020-11-11 (주)바이올 주위온도 의존성을 제거한 열질량 풍속센서를 이용한 풍속계

Also Published As

Publication number Publication date
CN104736977A (zh) 2015-06-24
US20150285666A1 (en) 2015-10-08
EP2912414A2 (de) 2015-09-02
WO2014064026A3 (de) 2014-07-03
JP2015532442A (ja) 2015-11-09
JP6073489B2 (ja) 2017-02-01
DE102012219305B3 (de) 2014-02-13
CN104736977B (zh) 2017-09-22
US9557202B2 (en) 2017-01-31
WO2014064026A2 (de) 2014-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20150070390A (ko) 센서 소자를 갖는 공기 질량 계량기
US8069718B2 (en) Thermal flowmeter
CN100374828C (zh) 气流计
JP5883887B2 (ja) 流量計測装置
CN106415213B (zh) 用于确定流过通道结构的流体介质的至少一个参数的传感器装置
US9964422B2 (en) Airflow meter
EP1742025B1 (en) Thermal type flow measuring apparatus
US8844350B2 (en) Flow quantity measuring apparatus including branched conductive lines connected to midpoints of series circuits of the bridge circuit
US7185538B2 (en) Methods and systems for sensing air vehicle airspeed
JP6186244B2 (ja) 温湿度センサ用ヒータの温度制御装置
EP2966417B1 (en) Thermal-type airflow meter
KR102021643B1 (ko) 공기 질량 유량계
KR20150070389A (ko) 공기 질량 센서
JP6177334B2 (ja) 空気質量流量計を動作させるための方法
JP2012247266A (ja) 熱式流量測定装置
JP2003090750A (ja) 流量及び流速測定装置
JP5492635B2 (ja) 熱式流量センサおよび負圧吸着装置
JP6784316B2 (ja) エアフロメータ
JP2010160013A (ja) 空気流量測定装置
KR20160016690A (ko) 측정 채널을 통해 유동하는 유체 매체의 적어도 하나의 파라미터를 결정하기 위한 센서
JP4914226B2 (ja) 気体流量計
CN102128655A (zh) 一种主从双空腔结构式汽车用热膜空气流量mems传感器
JP2007286006A (ja) 流量測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application