KR930011169B1 - 유동매체 질량 측정장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

유동매체 질량 측정장치
제1도는 본 발명에 따른 장치의 회로도.
제2도는 본 발명에 따른 베이스부상에 장치의 전도층 배열을 나타낸 실시예.
제3도는 본 발명에 따른 열전도 부재를 가진 장치의 실시예이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 유도매체 22 : 베이스부
13 : 서보 증폭기 40 : 홀더
44 : 열전도 표면 46 : 열전도 부재
(RH) : 온도 의존성 저항 RS: 보호 가열 저항
본 발명은 유동 매체의 질량 측정 장치에 관한 것이고, 특히 내연기관의 흡입 공기 질량을 측정하는 장치에 관한 것이다.
이러한 장치에 있어서, 내연기관에 의해 흡입되는 공기량의 측정을 위해 차량에 사용할때 장치의 접속시 장치가 예컨대 약 10kg/h의 무부하 흡기량에서 10%의 정확도로 작동할때까지 원하지 않는 긴 접속시간이 소요되는 것으로 나타났다.
이러한 지연은 부분적으로 온도 의존성 저항을 일정 저항 온도로 가열하는 것에 기인한다. 약 10kg/h의 무부하 범위로부터 약 300kg/h의 전부하 범위로 또는 약 300kg/h의 전부하 범위로부타 약 10kg/h의 무부하 범위로 내연기관의 흡기량이 갑자기 변동될때 원하는 정확도에 이를때까지 반응시간이 소요된다. 즉, 장치가 일정한 지연시간 후에야 흡기량의 갑작스런 변동에 반응한다. 이러한 흡기량 변동시의 원하지 않는 긴 접속 및 반응시간은, 연료 분사장치의 제어을 위해 장치의 출력신호를 사용할때 분사되는 연료량이 지연시간 경과후에야 흡입되는 공기량에 맞춰지게 하기 때문에, 연료소비를 증가시킬 뿐만 아니라 유해한 배기가스 성분의 양을 증가시킨다. 연구결과, 접속시 및 흡입되는 공기량의 갑작스런 변동시 장치의 바람직하기 못한 상태는, 조정되는 에너지 공급에 의해 장치의 베이스부(지지체)의 길이에 걸친 온도 프로필의 개략적인 조절이 매우 신속하게 이루어지기는 하지만, 새로운 온도 프로필의 정확한 조절을 위해 베이스부의 가열되지 않은 가장자리 부분에 작지만 상응하게 오래 지속하는 열량으로서 베이스부의 가열된 부분으로부터 빼내어진 일정한 열량이 필요하다는 사실에 기인한다. 흐르는 공기량과 무관하게 온도 의존성 저항의 저항온도가 일정하게 조정되기는 하지만, 가장자리 부분의 온도가 흡기량에 의존해서 변동되기 때문에, 베이스부의 길이에서의 온도 프로필이 흡기량이 변동에 의해 변동된다. 베이스부의 가장자리 부분에 대한 열량은 특히 흡입되는 공기량이 적을때, 즉 냉각 출력이 작을때 그리고 그에따라 전기 가열출력이 낮을때, 특히 중량에 대한 백분율로 강화되기 때문에 측정값에 에러가 생긴다.
공지의 장치(독일 출원 제27 51 196호)에서는 가장자리 부분이 베이스부의 종방향으로 어떻게 형성되며 지지되는지, 그리고 온도 의존성 저항이 상기 가장자리에 대해 어디에 배열되는지가 나타나 있지 않다. 또한, 공지의 장치에서는 가열저항이 베이스부의 앞면에 배열되어 있다.
또다른 공지의 장치(독일출원 제32 14 359호)에서는 온도 의존성 저항이 고정수단에 직접 연결되고 차폐부가 상기 연결 지점을 커버한다.
본 발명의 목적은 냉각 출력이 작아, 그에 따른 전기 가열 출력이 낮아도 측정값에 에러가 발생하지 않으며, 차량에 대한 접속이 용이하여 반응시간이 신속한 유동 매체 질량 측정 장치를 제공하는데 있다.
특허청구범위 제1항에 따른 특징을 가진 본 발명의 장치는 유동 매체의 온도로 베이스부의 가장자리를 유지시킴으로써, 베이스부의 길이에 따른 온도 프로필이 명확하게 나타나며 시간적으로 거의 변동되지 않기 때문에, 유동 매체의 갑작스런 변동시 온도 프로필(profile)이 거의 변동되지 않으며, 그에따라 짧은 접속 및 반응시간이 얻어진다. 본 발명의 장치는 내연기관에서 흡기량을 측정하는 장치에 사용되는 것이 특히 바람직하여, 이것은 매우 적은 비용만을 필요로 하고 동시에 베이스부의 가장자리 부분에서, 베이스부에 제공된 저항층에 대한 전기 접촉이 연질 납땜에 의해 이루어질 수 있게 하는데, 그 이유는 장치의 사용시 가장자리 부분이 비교적 낮은 온도로 유지되기 때문이다.
종속항에 제시된 조치에 의해 독립항에 제시된 장치의 바람직한 개선이 이루어진다. 베이스부의 가장자리 부분이 유동 매체내에 배열된 금속 열전도 부재에 열접촉되며, 상기 열전도 부재는 양호한 열전도 물질로 이루어지며 작은 질량을 갖는 것이 특히 바람직하다. 동시에 전기 접속부로 사용될 수 있는 하우징에 고정된 홀더가 열전도 부재로 형성되는 것이 바람직하다.
장치의 본 발명에 따른 실시에에서는 베이스부의 길이에서의 온도 의존성 저항의 양측에 각각 하나의 층으로 형성된 보호 가열 저항이 배열되고 온도 의존성 저항 온도와 대략 일치하는 온도로 유지됨으로써, 특히 짧은 접속 및 반응시간이 얻어진다.
제1도에서는 매체가 흐르는 관, 예컨대 내연기관의 흡입관이 도면부호(10)으로 표시되어 있고, 매체의 유동방향은 화살표(11)로 표시되어 있다. 그러나, 일반적으로 본 발명에 따른 장치의 작용을 설명하는 데 있어서, 유동방향이 어떻게 정해지느지는 중요하지 않다. 매체가 흐르는 흡입관내에는 온도 의존성 저항(RH)이 삽입되어 있으며, 상기 저항은 바람직하게는 양(+)의 온도 계수를 가지며 관(10)을 통과하는 매체의 유동량을 검출하기 위해 사용된다. 상기 저항(RH)은 층저항 또는 필름저항으로서 제1도에 도시되지 않은, 특히 전기 절연 지지체(기판)상에 형성되며, 본 실시예에서 브리지 회로로 형성된 저항검출장치(12)의 구성부분이다. 상기 저항 검출장치(12)는 저항(RK), (R2) 및 (R3)을 추가로 포함한다. 상기 저항 측정 브릿지 회로의 하부점(A)에서부터 출발해서 각각의 브릿지 회로의 분기에은 저항(R2), (RH) 및 (R3), (RK)이 직렬로 연결되며, 저항(RH) 및 (RK)의 연결 라인은 점(D)에서 함께 접속된다.
저항(R2) 및 (RH)의 접속점인 점(B)로부터 그리고 저항(R3) 및 (RK)의 접속점임 점(C)로부터 신호가 서보 증폭기(13)에 공급된다. 제1도의 바람직한 실시예에서는 서보 증폭기(13)가 차동 증폭기로 형성되어 있으나, 본 발명이 이러한 차동 증폭기에 국한되지 않으며 일반적으로 모든 아날로그 및 디지탈 조정장치로 실시될 수도 있다.
조정장치의 출력값이 저항 검출장치의 점(D)에 공급되므로 하나의 폐루프가 형성된다. 저항 검출장치(12)의 저항들의 저항값은 일반적으로 저항(RK), (R3)이 저항(RH), (R2) 보다 훨씬 높은 값을 취하도록 선택된다.
저항 검출장치(12)는 브리지 회로로 실시될 뿐만 아니라, 다른 저항 측정회로로 실시될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 브릿지 회로에 국한되지 않으며, 특히 예컨대 미국 특허 공보 제4,297,881호에 공지되어 있는 바와 같은 브릿지 회로와 유사한 측정회로에 관련된다.
상기 회로의 기본적인 작용은 다음과 같다 :
서보 증폭기(13)의 출력 전류에 의해 온도 의존성 저항(RH)이 가열되고, 이때 상기 저항의 저항 온도는 브릿지 회로 저항의 비율에 의해 주어진다. 온도 의존성 저항(RH)으로부터 흘러나온 열량이 항상 폐루프를 통해 흐르는 전류의 변동에 의해 보상되므로, 저항(RH)이 일정 저항 온도로 또는 일정 저항값으로 유지된다 가열 전류, 가열 출력 또는 서보 증폭기(13)의 출력 전류는 유동 매체의 유동량에 대한 척도이다.
측정중에 유동 매체의 온도 변동은 저항 온도 또는 온도 의존성 저항(RH)의 저항값에 영향을 주기 때문에, 이러한 유동량의 측정에 대한 매체 온도 변동의 작용을 보상하기 위해 저항(RK) 또한 유동 매체에 노출된다. 상기 저항(RK)은 바람직하게는 예컨대 기판상에 증착된 필름 또는 층 저항으로 형성된다.
유동량 변동시 온도 의존성 저항(RH)의 체적을 통한 온도 프로필의 심한 변동을 피하기 위해서는, 별도의 조치가 필요하다.
이런적 및 경험적 연구에서 나타나는 바와 같이, 이것에는 일정 온도까지, 온도 의존성 저항(RH)에서의 보호가열(protective heating)이 적합하며, 상기와 같은 보호 가열에 의해 저항(RH)에 보다 가까운 주변이 현재 흐름속도 및 측정되는 매체의 온도에 의해 정해지는 초과 온도로 유지된다.
장치의 본 실시예에서는 온도 의존성 저항(RH)과 동일한 베이스부상에 설치되며 상기 저항(RH)을 둘러싸는 2개의 보호가열 저항 (RS)이 제공된다. 보호 가열의 상기 저항 (RS)은 바람직하게는 저항(RK) 및 (RK)의 기술로 제조될 수 있고 마찬가지로 동일한 표면 저항을 가진다. 서보 증폭기(13)의 출력값이 상기 저항들에 제공되며, 상기 저항들은 저항(RH)의 저항 온도에 의존하는 일정 온도값으로 제어되도록 작용한다. 저항(RS)의 온도가 저항(RH)의 저항 온도와 일치하기 위해서, 이 저항들의 동일한 표면저항으로 인해 적합한 구조의 저항이 제공되어야 한다.
이러한 장치의 또다른 장점은 필요한 가열 출력의 대부분이 저항(RH), (R2)을 가진 브릿지 회로의 분기로부터 보호가열 저항(RS)으로 공급된다는 사실로부터 얻어진다. 즉, 그로인해 저항(R2)에서 발생하는 출력손실이 줄어들 수 있다. 또다른 조치에 의해, 즉 측정값으로서는 서보 증폭기(13)의 출력전압을 사용함으로써, 기체 온도의 변동시 전체 장치의 출력차액이 양으로 나타난다. 또한, 측정 값(U8)이 높은 신호 레벨을 가지며, 이것은 부가의 측정 데이타 처리의 정확도에 도움이 된다.
제2도에는 제1도에 따른 장치의 실시예가 도시되어 있다. 예컨대, 세라믹으로 제조되는 베이스부(22)의 하부면은 도면부호(20)으로, 그리고 그 상부면은 도면부호(21)로 표시되어 있다. 베이스부(22)는 4mm의 폭 및 약 25mm의 길이(L)를 갖는다. 베이스부(22)의 상부면 및 하부면의 코팅은 저항(RH) 및 (RS)에 대해 대칭으로 형성되며, 이때 온도에 의존하는 저항 (RH)은 약 10mm의 길이 및 약 0.5 내지 2mm의 폭을 가지고 중앙에 배열된다. 저항 (RS)은 저항(RH)의 양측에 증착되며 본 실시예에서는 약 1.5mm의 폭 및 약 20mm을 길이를 가진다. 그러나, 필름 저항 (RH) 및 (RS)의 길이 비율이 브릿지 회로 저항 (RH)에 대한 (RS)의 비율에 의존한다는 사실에 주의해야 한다. 절대 길이는 측정 장소에서 전류 비율에 의존하는 (RH)의 필요한 집적화 길이로부터 정해진다. 본 경우는 좌우 대칭인 브릿지 장치에 관련된다. 빗금칭 표면은 낮은 저항의 스트립 도체이며, 저항(RH)에 대한 터미날의 스트립 도체는 도면부호(30), (31), (32), (33)로 표시되어 있다. 이에 비해, 저항(RS)에 필요한 스트립 도체는 도면부호(34) 및 (35)로 표시되어 있다. 접속부(30) 및 (33)는 (RS)에 대해 공용이며 제1도의 점(D)에 상응한다.
제2도에서는 저항(RH) 및 (RS)이 2개의 저항으로 세분되어 있다. 이러한 조치에 의해 저항(RH) 및 (RS)이 지지체(22)의 양측면에 제공되므로, 저항(RH)의 저항온도가 균등하게 분배된다.
하부면(20) 및 상부면(21)상에 있는 저항(RH)은 예컨대 병렬 회로로 배열된다. 저항(RH)의 보호가열에 사용되는 저항(RS)은 쌍으로 베이스부(22)의 하부면(20) 및 상부면(21)상에 있는 저항(RH)을 에워싼다. 보호 가열 저항(RS)은 본 실시예에서는 병렬로 연결된다. 물론, 이것은 직렬로 연결될 수도 있다.
하부면(20)상의 스트립 도체(30), (34) 및 상부면(21)상의 스트립 도체(33), (35)는 베이스부(22)의 길이에서 각 가장자리 부분(37) 및 (38)에 서로 마주 놓이게 배열된다. 베이스부(22)의 가장자리 부분(37) 및 (38)은 본 발명에 따른 흐르는 매체의 온도로, 예컨대, 내연기관의 흡입관에 사용시 흡기량의 온도로 유지 되어야 한다.
가장자리 부분(37) 및 (38)이 어떻게 매체 온도로 유지되는지는 제3도에 도시된 실시예를 참고로 하기에 설명된다. 제3도에서 동일한 작용을 하는 부품은 제1도 및 제2도와 동일한 도면부호로 표시되어 있다. 제3도에 도시된 본 발명에 따른 장치는 베이스부(22)를 가지며, 상기 베이스부의 하부면(20) 및 상부면(21)에는 온도 의존성 저항(RH)이 베이스부의 중앙부분에 배열되고, 이때 층으로 형성된 저항(RH)은 예컨대 전기적으로 병렬 접속된다. 제3도에 따른 실시예에서는 저항(RH)을 둘러싸는 보호 가열 저항(RS)이 도시되지 않았다.
베이스부(22)의 가장자리부분(37) 및 (38)의 하부면(20)에 스트립 도체(30) 및 (34)가, 그리고 스트립 도체(33) 및 (35)가 가장자리 부분(37) 및 (38)의 상부면(21)에 배열된다. 베이스부(22)는 가급적 저항(RH)을 수용하는 베이스부(22)의 표면이 매체 유동방향(11)에 대해 대략 평행하게 놓이도록 유동 매체내에서 배열된다. 유동 매체내에서의 베이스부(22)의 지지는 적어도 하나의 홀더(40)에 의해 이루어지며, 상기 홀더는 판스프링의 형태로 형성되고 그것의 한 단부가 하우징(41) 내에서, 예컨대 관(10) 또는 흡입관(10)의 벽에 고정된다. 제3도에 따른 실시예에서 나타나는 바와 같이, 베이스부(22)의 지지를 위해 2개의 홀더(40)가 사용된다. 홀더(40)는 금속으로 제조되며 가급적 양호한 열전도율 및 전기 전도율을 가지므로, 홀더(40)를 통해 저항(RH)의 전기 접촉이 이루어질 수 있다.
이것을 위해 홀더(40)가 매체 유동방향(11)으로 돌출하며 U형 변형부(42)를 갖는다. 상기 U형 변형부는 가장자리부분(37) 및 (38)을 부분적으로 둘러싸며 상기 가장자리 부분(37) 및 (38)에서 납땜부(43)에 의해 스트립 도체(30), (33), (34), (35)와의 양호한 전기 접촉이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 가장자리 부분(37), (38)의 온도가 유동 매체의 온도로 유지되어야 한다. 이것을 위해 매체 유동방향으로 돌출한 홀더(40)가 열전도 소자로 사용되며, 이것은 유동 매체의 온도 변동시 마찬가지로 신속하게 상기 변동 온도를 취하기 위해 양호한 열전도율과 더불어 가급적 저중량을 가져야 한다. 홀더(40)의 열교환 표면을 확대시키기 위해, 홀더(40)가 하우징(41)으로부터 멀리 떨어지게 U형 변형부(42)에 연결해서 열 전도표면(44)을 갖는다. 상기 열 전도 표면(44)은 홀더(40)에 일체로 형성되거나, 상기 홀더(40)에 양호한 열접속으로 접속될 수 있다.
또다른 실시예에서는 가장자리 부분(37), (38) 근처에 파선으로 표시된 판형 열 전도 부재(46)가 배열되며, 상기 열전도 부재는 양호한 열전도 물질로 이루어지며 예컨대 홀더(40)의 열전도 표면(44)에 접속되거나 U형 변형부(42)에 일체형성되고, 가장자리 부분(37), (38)의 온도에 관련한 홀더(40)의 전술한 기능을 수행하거나 보충한다. 제3도에 도시된 실시예는 제2도에 따른 보호 가열 저항(RS)을 가진 장치의 실시예도 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 베이스부(22)의 가장자리 부분(37), (28)이 온도 의존성 저항(RH)에서의 저항 온도와 같이 예정된 유동 매체의 온도로 유지됨으로써, 유동 매체의 양 변동시 베이스부(22)의 길이(L)를 따라 일정한 온도 프로필이 나타나므로, 보다 짧은 접속시간 뿐만 아니라 매체 유동량의 갑작스런 변동, 특히 예컨대 차량에서 운전자가 전부하 범위로부터 무부하 상태로 되돌리기 위해 액셀레이터에서 발을 뗄때 나타나는 바와 같은 매체 유동량의 갑작스런 감소에 대한 보다 짧은 반응시간이 얻어진다. 본 발명에 따른 장치에서의 접속 및 반응시간 단축은 매체 유동량의 변동시 베이스부(22)의 길이에서 온도 프로필이 일정하게 유지되므로 유동 매체의 변동된 냉각 출력에 매칭시키기 위한 열량이 필요없다는 사실을 기초로 한다. 또한, 바람직하게는 전기 접촉에 사용되는 가장자리 부분(37), (38)이 유동 매체의 온도, 즉 일반적으로 기체의 온도를 가지므로, 비교적 낮은 온도를 갖는 이러한 가장자리 부분(37), (38)에서의 접촉이 연질 납땜에 의해 이루어질 수 있다.

Claims (4)

  1. 층으로 형성되어 유동 매체(10) 내에 배열되며, 매체 유동 방향(11)으로 연장한 베이스부(22)의 표면(20), (21)에 부착되는 하나 이상의 온도 의존성 저항(RH)과, 폐루프를 형성하도록 서보 증폭기(13)에 연결되어 상기 온도 의존성 저항(RH)의 저항값을 검출하는 저항 검출기구를 가져서, 상기 온도 의존성 저항(RH)이 상기 서보 증폭기(13)에 의한 에너지 공급에 의해 특정 저항 온도로 제어되는 유도 매체 질량 측정 장치에 있어서, 상기 온도 의존성 저항(RH)은 상기 베이스부(22)의 가장자리 부분(37)(38)에 인접하여 상기 베이스부(22)에 길이(L)방향으로 배치되어, 유동 매체(10) 내에서 상기 베이스부(22)를 유지하도록 작용하며, 층으로 형성된 보호 가열 저항(RS)이 상기 베이스부(22)의 길이(L)방향으로 상기 베이스부(22)의 상, 하부면(20)(21)에서 상기 온도 의존성 저항(RH)의 양측면에 배치되어, 상기 온도 의존성 저항(RH)의 저항 온도와 일치하는 온도로 유지되며, 홀더(40), 열전도 표면(44), 및 열전도 부재(46)가 유동 매체(10)에 배치되어 상기 베이스부(22)의 가장자리 부분(37)(38)에 열전도되도록 연결되며, 상기 베이스부(22)의 상기 가장자리 부분(37)(38)이 유동 매체(10)에 배치되는 것을 특징으로 하는 유동 매체 질량 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 홀더(40), 열전도 표면(44) 및 열전도 부재(46)가 저중량의 양호한 열전도성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 유동 매체 질량 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 홀더(40) 및 열전도 표면(44)이 하우징(41)에 고정되어 상기 베이스부(22)의 가장자리 부분(37, 38)에서 작용하는 열전도 부재로서 작용하는 것을 특징으로 하는 유동 매체 질량 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서, 열 전도성 물질로 형성된 상기 홀더(40) 및 열 전도성 표면(44)이 전기 접속부로 작용하는 것을 특징으로 하는 유동 매체 질량 측정 장치.
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