WO2010031629A1 - Sensoranordnung zur bestimmung eines parameters eines fluiden mediums - Google Patents

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WO2010031629A1
WO2010031629A1 PCT/EP2009/059720 EP2009059720W WO2010031629A1 WO 2010031629 A1 WO2010031629 A1 WO 2010031629A1 EP 2009059720 W EP2009059720 W EP 2009059720W WO 2010031629 A1 WO2010031629 A1 WO 2010031629A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
channel
sensor
plug part
sensor arrangement
fluid medium
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/059720
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erhard Renninger
Achim Briese
Ulrich Wagner
Uwe Konzelmann
Christoph Gmelin
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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 Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2010031629A1 publication Critical patent/WO2010031629A1/de

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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
    • G01F1/6842—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow with means for influencing the fluid flow

Definitions

  • the invention is based on known sensor arrangements for determining at least one parameter of a fluid medium flowing in a conduit.
  • Such devices are used, for example, to measure intake air masses of an internal combustion engine, for example in a flow tube of an intake tract of the internal combustion engine.
  • such devices are used in the form of hot-film air mass meters.
  • other types of devices for determining other or further parameters are conceivable, for example temperature sensors, speedometers, densitometers or similar measuring devices, as well as measuring principles other than the hot-film air mass meter principle and / or other types of fluid media.
  • Hot film air mass meter are described for example in DE 102 53 970 Al.
  • a device which comprises a part which can be introduced with a predetermined orientation with respect to a main flow direction into a line through which the flowing medium flows.
  • a partial flow of the medium flows through at least one measuring channel provided in the part, in which a measuring element is arranged.
  • the measuring channel has a curved section for deflecting the partial flow of the medium which has entered through the inlet into the measuring channel, wherein the curved section merges further into a section in which the measuring element is arranged.
  • a sensor chip is often glued into a plastic sensor carrier molded onto a bottom plate.
  • the plastic sensor carrier protrudes into the measuring channel, so that the sensor chip is exposed to the flow.
  • the sensor carrier forms, together with the bottom plate made of metal, a unit.
  • a control and evaluation electronics are glued on a printed circuit board on the floor panel.
  • the sensor chip and the control and evaluation electronics are usually connected to one another by bond connections. In this way, an electronic module is created, which is glued into a sensor housing. Subsequently, the resulting plug-in sensor is closed by a lid.
  • Devices such as the device shown in DE 102 53 970 A1 must in practice satisfy a variety of requirements and constraints. These boundary conditions are widely known from the literature and described for example in DE 102 53 970 Al. In addition to the goal of reducing pressure drop across the devices as a whole by suitable fluidic design, one of the main challenges is to further improve the signal quality of such devices.
  • a decisive influence on the signal quality has a pressure difference between the inlet and the outlet of the measuring channel.
  • the throughput through the bypass channel, in particular the measuring channel is determined inter alia by this pressure difference. Due to the changed sensor cross-section, however, this throughput changes when the plug-in sensor is introduced obliquely into the flow of the fluid medium. This can lead to a change of the sensor characteristic.
  • Another decisive influence on the signal quality is the characteristic of the flow in the measuring channel.
  • DE 102 46 069 A1 describes a device for determining a parameter of a medium flowing in a line.
  • the device comprises a part that can be introduced into the conduit with a predetermined orientation with respect to the main flow direction, such that a partial flow of the medium flowing in the conduit in the main flow direction at least one measuring channel provided in the part in a first direction from an inlet of the Flowed through the measuring channel to an outlet of the measuring channel.
  • the measuring channel has between its inlet and its outlet at least one channel section in which means are arranged which cause flow vortices in this channel section, whereby liquid droplets and solid particles advantageously deposit on the inner wall of the channel before they can reach the measuring element.
  • the device shown in DE 102 46 069 A1 thus essentially has the aim of reducing the deposits of impurities on the sensor chip. This significantly improves signal quality and reduces signal drift. Nevertheless, it has been shown that there is further potential for the improvement of such devices for determining at least one parameter of a flowing fluid medium, in particular by improving the flow properties of the fluid medium through the measuring channel.
  • a sensor arrangement for determining at least one parameter of a flowing fluid medium, which further improves known sensor arrangements of this kind, for example the devices described above.
  • the sensor arrangement can in particular be used to measure an air mass flow in an intake tract of an internal combustion engine.
  • the hot air mass meter principles described above may be used for this purpose.
  • other types of fluid medium parameters may be determined, such as temperature, pressure, density, or similar parameters, or combinations of these or other parameters.
  • the sensor arrangement comprises at least one plug part extending in a longitudinal extension direction.
  • This plug part can be introduced, for example, in a fixed orientation to the main flow direction of the flowing fluid medium into this flowing fluid medium.
  • corresponding brackets may be provided in a flow tube or flow tube segment, wherein the flow tube or flow tube segment including the brackets may also be part of the sensor arrangement.
  • the plug part can be permanently or interchangeably mounted in this flow tube or flow tube segment.
  • the plug part is preferably designed as an elongated part, wherein the longitudinal extension direction may preferably be aligned substantially perpendicular to the main flow direction of the flowing fluid medium.
  • H Hydrophilimeter
  • the plug part has at least one inlet opening and at least one outlet opening and at least one channel extending between the inlet opening and the outlet opening and permeable by the fluid medium.
  • this channel can be designed as a so-called bypass channel, wherein through this channel or bypass passage a representative of the flow of the fluid medium partial flow or
  • the at least one channel can be configured as a branched channel structure, for example with a main channel which runs between the inlet opening and a main flow outlet, and a measuring channel branching off from the main channel, which is located in a measuring channel outlet ends.
  • a sensor element in particular a sensor chip, of the sensor arrangement can be arranged, which is provided for measuring the at least one parameter.
  • the sensor element for example comprise one or more individual sensors, for example arranged on a sensor surface of the sensor chip, which are exposed in the at least one measuring channel of the partial flow of the fluid medium.
  • An arrangement with a plurality of sensor elements or sensor chips and / or a plurality of sensor surfaces is also possible.
  • Stages are to be understood as discontinuities, kinks, abrupt changes of direction or singularities in an otherwise preferably smooth wall course, which causes a local change in the direction of the course of the wall by an angle of more than 60 °.
  • these steps are at right angles or at least approximately rectangular steps, ie steps with an angle which deviates by not more than 20 ° from a right angle.
  • At the step edge can also be a slight rounding done, but preferably a sharp step edge is provided.
  • a first stage may be located in a side wall of the channel and a second stage in a front or rear wall of the channel, or vice versa.
  • a different type of angular offset in the case of a channel cross-section other than a channel cross-section with a front and rear wall and side walls is also possible, for example in the case of rounded channel cross-sections or other channel cross-sections.
  • the steps may, for example, be offset from each other by a right angle.
  • angles other than right angles are also possible in principle, preferably angles of at least 20 °, in particular of at least 60 °.
  • the steps are arranged transversely to a flow, ie the local flow of the fluid medium, through the channel.
  • Transverse to the flow is to be understood as meaning a non-parallel, preferably vertical orientation to the local flow in the channel, but deviations from this vertical orientation are also fundamentally possible and to be subsumed “transversely”, preferably deviations from a vertical alignment more than 30 °.
  • the steps may be part of a stepped extension of the channel.
  • the detachment areas are spatially fixed and generally do not change their size and position even under changing boundary conditions, for example with regard to the flow velocity and / or turbulence.
  • the proposed sensor arrangement can be further improved in various ways. As indicated above, it is particularly preferred if the two stages are offset from one another by a substantially right angle. Furthermore, it is preferred if the at least two stages are also offset from each other along the flow direction through the channel. For example, at least one second stage may be arranged around an offset distance downstream of a first stage. Such offset of the steps to each other, in combination with said angular offset, can further contribute to downsize and stabilize the separation regions and / or to avoid interactions between the separation regions.
  • At least one first stage can be arranged in a front wall and / or rear wall of the channel which is at least substantially parallel to the main flow direction of the fluid medium and at least one second stage in a side wall of the channel which is at least substantially vertical to the front and / or rear wall ,
  • essentially parallel or “substantially perpendicular”
  • a slight deviation of 0 ° or 90 ° can also be understood in each case, for example a deviation of not more than 20 °.
  • the plug part has an integrally formed with a channel receiving housing of the plug part formed rounded leading edge.
  • this leading edge faces the main flow direction of the fluid medium.
  • This holder may also be part of the sensor arrangement, for example.
  • the leading edge can have any rounded profile.
  • the leading edge may have an elliptical profile, a circular profile or some other type of rounded profile.
  • flow guide elements may be provided, such as flow grooves or the like.
  • the signal quality in particular the sensitivity to different angles of attack of the plug part relative to the main flow direction, can be further improved by a suitable arrangement of the at least one channel outlet.
  • a suitable arrangement of the measuring channel outlet can lead to an improvement in the signal quality.
  • the channel as shown above, have at least one measuring channel in which the at least one sensor chip is arranged.
  • This measuring channel has at least one measuring channel outlet, wherein the measuring channel outlet is arranged on an end face of the plug part oriented substantially perpendicular to the longitudinal extension direction of the plug part.
  • this end face can be oriented essentially parallel to the main flow direction and / or preferably substantially perpendicular to a plane formed by the longitudinal direction of extension and the main flow direction of the fluid medium.
  • substantially vertical may again be understood as meaning slight deviations from a 90 ° angle, for example deviations of not more than 20.degree ..
  • An advantage of this arrangement, in particular in combination with the leading edge integrally formed on the plug part, lies therein in that the measuring channel outlet on the front side is subjected to comparatively small changes in the pressure conditions when the angle of attack of the plug part is changed relative to the main flow direction, in this way the signal quality is largely independent of the actual installation conditions of the plug part in the sensor arrangement.
  • the plug part at the transition between the end face with the Messkanalauslass and the leading edge a Has bevel or rounding.
  • the end face may be formed as a substantially flat end face, and only at the transition to the leading edge, said bevel or rounding may be provided.
  • This bevel or rounding which can be configured for example in the form of a "nose" can lead to an acceleration of the flow in the region of the transition from the leading edge to the end side, resulting in a reduction of the pressure at the Meßkanalauslass and thus to an increased air flow through the As a result, the signal swing can be increased, and the signal noise can be reduced, so that overall the signal-to-noise ratio can be improved.
  • the above-mentioned measures individually or in combination, allow independence of the sensor signal from the pressure difference between Inlet opening and outlet and improve the signal quality.
  • the distance which the fluid medium has to cover from the inlet opening to the sensor chip is made as long as possible.
  • an inflow section between the inlet opening and the sensor chip and an outflow section between the sensor chip and the measuring channel outlet can be provided.
  • the Anströmumble is preferably designed as large as possible, so that flow irregularities can be compensated in this Anströmrow by the largest possible settling volume. Accordingly, it is particularly preferred to arrange the sensor chip in the measuring channel as far downstream as possible. This means in particular that the Anströmumble is preferably at least as large as the outflow.
  • the sensor arrangement comprises at least one electronic module with a control and evaluation circuit.
  • This drive and evaluation circuit can comprise, for example, a printed circuit board, on which corresponding electronic components and / or corresponding conductor tracks, contact pads, connection contacts or the like can be provided.
  • the control and evaluation circuit can be designed to ensure the functionality of the sensor arrangement in whole or in part, that is, for example, to control the sensor element and at least partially evaluate its signals.
  • the electronic module preferably has a sensor carrier on which and / or in which the sensor chip is received.
  • this sensor carrier may be a sensor carrier extension of a printed circuit board, as will be explained in more detail below.
  • the sensor carrier is thereby preferred asymmetrically arranged on a downstream side of the electronic module.
  • the inflow path of the fluid medium can thus be increased, so that the fluid medium arrives at the sensor chip in a calmer state than in conventional sensor arrangements.
  • the sensor carrier can basically be designed as described in the prior art. However, this asymmetrical arrangement is particularly preferred in combination with a further, independently realizable aspect of the invention, which relates to the design of the electronic module.
  • This electronic module with the control and evaluation circuit can, in contrast to known electronic modules, be simplified by the fact that this at least largely, preferably completely, waives the bottom plate.
  • the sensor carrier and the printed circuit board of the drive and evaluation circuit are preferably combined.
  • a printed circuit board can be provided which carries the drive and evaluation circuit.
  • This circuit board can be made of conventional printed circuit board materials, such as plastics (for example, glass fiber reinforced or carbon fiber reinforced epoxies), ceramics, composites or the like.
  • the printed circuit board can in particular be designed as a printed circuit board (PCB).
  • this printed circuit board can have a sensor carrier extension projecting into the channel and thus formed in one piece with the printed circuit board.
  • the sensor carrier extension which acts as a sensor carrier, the sensor chip of the sensor arrangement can be arranged.
  • the arrangement can take place, for example, on a surface of the sensor carrier extension and / or, for example, also at least partially integrated into the sensor carrier extension, that is, for example, embedded in a depression in the sensor carrier extension.
  • the sensor carrier or the sensor carrier extension generally need not be arranged perpendicular to the local flow of the flowing fluid medium in the measuring channel. So can this sensor carrier or this sensor carrier extension also protrude into the measuring channel at an angle deviating from 90 °.
  • the sensor chip is arranged obliquely to a longitudinal axis of the sensor carrier extension.
  • the sensor chip may have a main axis, for example a main axis, parallel to which the essential sensor elements of the sensor chip are arranged.
  • heating resistors, temperature sensors or the like may be arranged parallel to this main axis.
  • This main axis is then preferably arranged substantially perpendicular to the local flow direction of the fluid medium, but again in this case, slight deviations from the vertical angle are possible, for example, deviations by not more than 10 °. In this way it can be ensured that the measurement takes place at a precisely defined point along the measuring channel of the plug part.
  • Figure 1 shows an embodiment of a prior art sensor arrangement
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of an improved sensor arrangement with a printed circuit board as electronic module
  • FIG. 3 shows an embodiment of a sensor arrangement according to the invention.
  • FIG. 4 shows a representation of the pressure conditions around the sensor arrangement according to FIG. 3.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a sensor arrangement 110 corresponding to the prior art, which is commercially available, for example, under the designation HFM7-IP from Robert Bosch GmbH, Germany.
  • the sensor arrangement 110 comprises a plug part 112 with a measuring device 114, which can be introduced via a flange 116 into an intake tract of an internal combustion engine, for example a flow pipe of this intake tract.
  • the flow tube itself or a segment of this flow tube may be part of the sensor arrangement 110.
  • the sensor arrangement 110 comprises a housing 118, in which an electronics compartment 120 is formed.
  • an electronic module 122 introduced, which comprises a bottom plate 124 with a printed circuit board 126 applied thereto a drive and evaluation circuit 128.
  • the electronic module 122 comprises a sensor carrier 130 molded onto the bottom plate 124. This sensor carrier 130 accommodates a sensor chip 132 in a recess, for example a silicon-based sensor chip.
  • a channel structure 134 is formed in the housing 118, which in this example comprises a plurality of channels 136.
  • a measuring channel 138 is thereby formed, in which a flowing fluid medium in a representative amount can flow through an inlet opening 140 in the measuring finger 114.
  • the sensor carrier 130 with the sensor chip 132 projects into this measuring channel 138 through an aperture 142.
  • the sensor chip 132 and the drive and evaluation circuit 128 are connected to each other by electrical connections, not shown in FIG. 1, in the form of bond connections.
  • the housing 118 comprises, in addition to a housing body 144, an electronics compartment cover 146 and a bypass channel cover 148, which covers the channel structure 134.
  • a seal 150 in the form of a sealing bar 152 is received on the bypass duct cover 148, which is only partially visible in Figure 1 and which forms a downwardly projecting in Figure 1 web. This web rests on the sensor carrier 130.
  • FIG. 2 a modification of the sensor arrangement 110 shown in FIG. 1, not yet known from the prior art, is shown in plan view.
  • the modifications with respect to the figure 1 can also be used in the context of the present invention.
  • the construction and the mode of operation of the sensor arrangement 110 according to FIG. 2 largely correspond to the arrangement according to FIG. 1, so that reference can be made largely to the above description of this FIG.
  • the channel structure 134 which is formed by the housing body 144, in cooperation with the bypass duct cover 148, not shown in FIG. 2, can be seen in detail by way of example.
  • a main channel 158 extends to a main channel outlet 160 received laterally in the housing body 144. From this main channel 158, the measuring channel 138 branches off, which finally opens into a measuring channel outlet 162.
  • a sensor carrier 130 In the measuring channel 138 projects through a breakthrough 142 in a channel wall 164 (measuring channel wall), a sensor carrier 130.
  • the bottom plate 124 and the sensor carrier 130 according to FIG 1 unified and replaced by a common printed circuit board 126, which also carries the drive and evaluation circuit 128.
  • the sensor chip 132 is directly on this printed circuit board 126 or a sensor carrier 130th forming, projecting into the measuring channel 138 sensor support extension 165 of the circuit board 126 is inserted or placed on this.
  • the electrical connection of the sensor chip 132 to the printed circuit board 126 or the drive and evaluation circuit 128 can again take place via electrical connections 154, for example via bonding wires.
  • electrical connections 154 are protected in the illustrated embodiment by a glob top 166 in the form of, for example, an adhesive drop and / or plastic drop.
  • This glob top 166 is preferably located on the bypass side of the printed circuit board 126, so that the seal 150 between the measuring channel 138 and the electronics compartment 120 behind it takes place on the printed circuit board 126.
  • This seal 150 which in turn can be realized, for example, by a sealing bar 152 in the bypass channel cover 148, is only indicated in FIG.
  • the throughput through the channels 136 of the plug part 112 is determined decisively by the pressure difference between the inlet port 140 and the outlets 160 and 162, respectively.
  • this pressure difference changes as a result of an oblique flow of the plug part 112 through the fluid medium.
  • FIG. 4 symbolically shows a profile 168 of the plug part 112, for example in a sectional plane perpendicular to the longitudinal extension of the plug part 112.
  • This profile 168 is designed, for example, as an airfoil profile and has a suction side 170 and a pressure side 172. Due to the airfoil profile and the associated constriction of flow over the suction side 170, there is a lower pressure in the flowing fluid medium on this suction side 170 than on the pressure side 172. In this case, the profile 168 is impinged by the flowing fluid medium at an angle of incidence ⁇ symbolically indicated in Figure 4.
  • This angle of incidence ⁇ is the angle between the skin flow direction 156 and a central axis 174 of the airfoil-shaped profile 168 indicated only symbolically.
  • the pressure conditions are symbolically plotted on the suction side 170 and on the pressure side 172.
  • the so-called pressure coefficient c p ie the dimensionless ratio between the pressure and the dynamic pressure, is represented as a position along a profile centerline of the profile 168.
  • the pressure coefficients were determined in each case by means of simulation calculations. It should be noted that the axis of the pressure coefficient c p is inverted in the illustration according to FIG. 4, so that negative values are plotted upward.
  • the curves 176 to 184 denote in each case the Druckbei values on the pressure side 172 at different angles of attack ⁇ , namely the curve 176 at 4 °, the curve 178 at 2 °, the curve 180 at 0 °, the curve 182 at -2 ° and the curve 184 at -4 °.
  • the angle of attack is calculated negatively at an inflow obliquely from below in Figure 4, with an on-flow obliquely from above, however, positive.
  • the curves 186 to 194 denote the pressure coefficients on the suction side 170 at different angles of attack ⁇ , namely the curve 186 at -4 °, the curve 188 at -2 °, the curve 190 at 0 °, the curve 192 at 2 ° and Curve 194 at 4 °.
  • the pressure coefficient curves shown in Figure 4 can be seen that the pressure conditions on both sides of the profile 168 can change significantly with a change in the angle of attack ⁇ .
  • this means that the measurement signal can also change with the angle of attack ⁇ .
  • FIG. 3 shows an example of the sensor arrangement 110 according to the invention, which in the illustrated embodiment is comparatively insensitive to changes in the angle of attack and which has generally improved signal quality properties.
  • the sensor arrangement 110 is initially largely structured like the sensor arrangement according to FIG. 2, so that reference can largely be made to the description of this sensor arrangement according to FIG.
  • the sensor arrangement 110 in turn has a plug part 112, wherein in the illustrated exemplary embodiment a rounded leading edge 196 facing the main flow direction 156 and integrally formed with a housing 118 of the plug part 112 is provided.
  • This leading edge may comprise flow grooves 198 or other flow-guiding elements, which are merely indicated in FIG.
  • this channel structure 134 again has a main channel 158 issuing from an inlet opening 140, which again lies laterally on the plug part 112 arranged main channel outlet 160 opens. From this main channel 158 branches off, as in the embodiment of Figure 2, a measuring channel 138, in which in turn protrudes a sensor carrier 130 with a sensor chip 132 applied thereto.
  • an electronic module 122 is formed as a one-piece printed circuit board 126, which also carries a drive and evaluation circuit 128.
  • the sensor carrier 130 is in the form of a sensor carrier extension 165 protruding into the measurement channel 138.
  • the printed circuit board 126 in the electronics compartment 120 is provided with a chamfered edge 200, which, however, is not absolutely necessary and which can be optimally selected in accordance with the respectively given installation space dimensions.
  • the sensor carrier extension 165 is preferably not arranged in a section of the measuring channel 138 running horizontally parallel to the main flow direction 156, but to the left in FIG. 3, away from the inlet opening 140 shifted, in an already partially vertical again, parallel to the longitudinal extension extending portion of the measuring channel 138.
  • the inflow distance between the inlet opening 140 and the sensor chip 132 can be additionally extended.
  • the sensor carrier extension 165 is then no longer perpendicular to the local flow direction of the fluid medium in the measuring channel 138, but at a different angle from 90 °.
  • the sensor chip 132 itself can be arranged obliquely on this sensor support extension 165, as shown in FIG. 3, so that the main extension of this sensor chip 132 again runs perpendicular to the local flow direction of the fluid medium in the measurement channel 138.
  • a first step 202 is provided immediately downstream of the sensor carrier extension 165 in a side wall 206, ie runs essentially perpendicular to the longitudinal extent of the plug part 112 and to the main flow direction 156.
  • a second step 204 is an offset distance, which is denoted L in FIG. disposed downstream of the first stage 202. This second stage 204 is formed in a rear wall 208 of the measuring channel 138.
  • the two stages 202, 204 are thus also angularly offset from one another by an angle of at least approximately 90 °.
  • the steps 202, 204 cause a reduction and stabilization of a separation region downstream of the sensor chip 132.
  • Such detachment regions arise in particular if, as is also possible in the embodiment according to FIG. 3, the measurement channel 138 is narrowed in the region of this sensor chip 132.
  • Such a narrowing can be effected, for example, by means of a bypass channel cover 148 and / or by a corresponding configuration of the rear wall 208 of the measuring channel 138 in the region of the sensor chip 132. This narrowing effects an acceleration of the flow in the region of the sensor chip 132 and thus an increase in the signal stroke.
  • the cross-section of the measuring channel 138 expands again, it may come in such a flow expansion to detachment areas, which, however, by the steps 202, 204 according to the invention can be kept stationary and can continue to be made small and stable. As a result, the signal quality of the sensor arrangement 110 is considerably improved.
  • the steps 202, 204 which are angularly offset from one another, in the exemplary embodiment according to FIG. 3 are to be understood by way of example only.
  • the steps 202, 204 for example, as indicated in the first stage 202, are formed by an initially continuous narrowing of the channel cross-section, followed by a sudden widening.
  • the step angle is at least approximately 90 °.
  • a step may be arranged in a front wall of the measuring channel 138, that is, for example, in a wall of the measuring channel 138 formed by the bypass channel cover 148 (see FIG. 1).
  • several can also be arranged along the flow direction in the measuring channel 138 staggered steps may be provided.
  • a further first stage 202 may also be arranged on an opposite side wall 206 of the measuring channel 138.
  • channel cross-sections of the measuring channel 138 deviating from a rectangular channel cross-section are also possible, wherein steps 202, 204 arranged offset in angle to one another may also be provided in this case.
  • a further possible improvement of the sensor arrangement 110 according to the invention addresses the problem of the change in the flow conditions as described above with reference to FIG. 4 when the angle of incidence ⁇ is changed.
  • the measuring channel outlet 162 is not provided in a side wall of the plug part 112, for example the main channel outlet 160 but in a to the longitudinal direction and the main flow direction 156 substantially perpendicularly arranged end face 210 of the plug part 112.
  • the pressure conditions on this end face 210 change even with a change in the pitch ⁇ according to Figure 4 only insignificantly or not at all. In this way, a substantial independence of the pressure difference between the inlet opening 140 and the measuring channel outlet 162 from the external installation conditions of the plug part 112 can thus be achieved.
  • the signal properties can be additionally improved by an acceleration of the flow along the end face 210.
  • Such an acceleration can, starting from the leading edge 196 in the region of the inlet opening 140, that is, for example, from the point designated by A in FIG. 3 to the end face 210, for example the point designated B in FIG. 3, by a rounded transition 212 be achieved between the leading edge 196 and the end 210.
  • the flow can additionally be accelerated between the points A and B through the rounded transition 212, which can also be referred to as a raised "nose.” This leads to a lower pressure at the measuring channel outlet 162 and thus to an increased air throughput through the measurement channel 138. This can increase the signal swing and reduce the signal noise.
  • the design of the channels 136, in particular of the measuring channel 138, according to the exemplary embodiment of the invention shown in FIG. 3, increases the channel length, in particular of the measuring channel 138. This can lead to a reduction of the Pulsati- onshous, depending on the electronics used, as a total of a larger inert air mass in the measuring channel 138 must be moved. Overall, therefore, by means of the improvements proposed in FIG. 3, a sensor arrangement 110 with excellent pulsation behavior can be achieved. This means that an average of the sensor signal is not or hardly changed by the presence of oscillations in the incoming air.
  • This behavior can be influenced primarily by the length of the measuring channel 138, since the trapped air mass has a certain mass and is also exposed to damping due to the wall friction.
  • the configuration of the sensor arrangement 110 according to the invention allows a greater length of the channel structure 134 in general, which ensures a better dynamic behavior, in particular in the case of sensor arrangements 110 with low-pass filters in the electronic module 122, for example in the drive and evaluation circuit 128.
  • the sensor signal can be designed to be less dependent on the angle of attack.
  • the inflow sensitivity that is to say the change in the air mass signal when the angle of inflow of the inflow relative to the plug part 112 is changed, is reduced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung (110) zur Bestimmung mindestens eines Parameters eines strömenden fluiden Mediums. Die Sensoranordnung (110) umfasst mindestens ein sich in einer Längserstreckungsrichtung erstreckendes Steckerteil (112), wobei das Steckerteil (112) mindestens eine Einlassöffnung (140) und mindestens eine Auslassöffnung (160, 162) sowie mindestens einen sich zwischen der Einlassöffnung (140) und der Auslassöffnung (160, 162) erstreckenden, von dem fluiden Medium durchströmbaren Kanal (136) aufweist. In dem Kanal (136) ist mindestens ein Sensorelement (132), insbesondere ein Sensorchip (132), zur Bestimmung des Parameters angeordnet. Stromabwärts des Sensorelements (132) sind in mindestens einer den Kanal (136) begrenzenden Wand (206, 208) mindestens zwei Stufen (202, 204) angeordnet. Die Stufen (202, 204) sind zueinander um einen Winkel versetzt und quer zu einer Strömung durch den Kanal (136) angeordnet.

Description

Beschreibung
Titel
Sensoranordnung zur Bestimmung eines Parameters eines fluiden Mediums
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von bekannten Sensoranordnungen zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Leitung strömenden fluiden Mediums. Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise eingesetzt, um Ansaugluftmassen einer Brennkraftmaschine zu messen, beispielsweise in einem Strömungsrohr eines Ansaugtrakts der Brennkraftmaschine. Insbesondere werden derartige Vorrichtungen in Form von Heißfilmluftmassenmessern ein- gesetzt. Es sind jedoch auch andere Arten von Vorrichtungen zur Bestimmung anderer oder weiterer Parameter denkbar, beispielsweise Temperaturfühler, Geschwindigkeitsmesser, Dichtemesser oder ähnliche Messvorrichtungen, sowie andere Messprinzipien als das genannte Heißfilmluftmassenmesserprinzip und/oder andere Arten fluider Medien.
Heißfilmluftmassenmesser sind beispielsweise in DE 102 53 970 Al beschrieben. Dort wird eine Vorrichtung offenbart, welche ein Teil umfasst, welches mit einer vorbestimmten Ausrichtung in Bezug auf eine Hauptströmungsrichtung in eine vom strömenden Medium durchströmte Leitung einbringbar ist. Dabei durchströmt ein Teilstrom des Mediums wenigstens einen in dem Teil vorgesehenen Messkanal, in welchem ein Messelement angeord- net ist. Zwischen Einlass und Messelement weist der Messkanal einen gekrümmten Abschnitt zur Umlenkung des durch den Einlass in den Messkanal eingetretenen Teilstroms des Mediums auf, wobei der gekrümmte Abschnitt im weiteren Verlauf in einen Abschnitt übergeht, in welchem das Messelement angeordnet ist.
Bei bekannten und auch kommerziell erhältlichen Heißfilmluftmassenmessern wird häufig ein Sensorchip in einen an ein Bodenblech angespritzten Kunststoff- Sensorträger eingeklebt. Der Kunststoff-Sensorträger ragt in den Messkanal hinein, so dass der Sensorchip der Strömung ausgesetzt ist. Der Sensorträger bildet, gemeinsam mit dem Bodenblech aus Metall, eine Einheit. Zusätzlich zum Sensor wird noch eine Ansteuer- und Auswerteelektronik auf einer Leiterplatte auf das Bodenblech aufgeklebt. Der Sensorchip und die Ansteuer- und Auswerteelektronik werden in der Regel durch Bondverbindungen miteinander verbunden. Auf diese Weise entsteht ein Elektronikmodul, welches in ein Sensorgehäuse eingeklebt wird. Anschließend wird der so entstandene Steckfühler durch Deckel verschlossen. Vorrichtungen, wie beispielsweise die in der DE 102 53 970 Al gezeigte Vorrichtung, müssen in der Praxis einer Vielzahl von Anforderungen und Randbedingungen genügen. Diese Randbedingungen sind aus der Literatur weitgehend bekannt und beispielsweise in DE 102 53 970 Al beschrieben. Neben dem Ziel, einen Druckabfall an den Vorrichtungen insgesamt durch geeignete strömungstechnische Ausgestaltung zu verringern, besteht eine der hauptsächlichen Herausforderungen darin, die Signalqualität derartiger Vorrichtungen weiter zu verbessern.
Einen entscheidenden Einfluss auf die Signalqualität hat eine Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass des Messkanals. Der Durchsatz durch den Bypasskanal, insbesondere den Messkanal, wird unter anderem durch diese Druckdifferenz bestimmt. Aufgrund des veränderten Sensorquerschnitts ändert sich jedoch dieser Durchsatz, wenn der Steckfühler schräg in die Strömung des fluiden Mediums eingebracht wird. Dies kann zu einer Änderung der Sensorkennlinie führen. Einen weiteren entscheidenden Einfluss auf die Signalqualität hat die Eigenschaft der Strömung in dem Messkanal. So ist zur Erzielung eines gleichmäßigen, störungsfreien Signals mit gutem dynamischem Verhalten in vielen Fällen eine stabile, ablösefreie Strömung durch den Messkanal erforderlich.
In DE 102 46 069 Al wird eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Parameters eines in einer Leitung strömenden Mediums beschrieben. Die Vorrichtung umfasst ein Teil, dass mit einer vorbestimmten Ausrichtung in Bezug auf die Hauptströmungsrichtung in die Leitung einbringbar ist, so dass ein Teilstrom des in der Leitung in der Hauptströmungsrichtung strömenden Mediums wenigstens einen in dem Teil vorgesehenen Messkanal in einer ersten Richtung von einem Einlass des Messkanals bis zu einem Auslass des Messkanals durchströmt. Der Messkanal weist zwischen seinem Einlass und seinem Auslass wenigstens einen Kanalabschnitt auf, in welchem Mittel angeordnet sind, die in diesem Kanalabschnitt Strömungswirbel verursachen, wodurch sich Flüssigkeitströpfchen und Festpartikel vorteilhaft auf der Innenwandung des Kanals ablagern, bevor sie das Messelement erreichen können. Die in DE 102 46 069 Al gezeigte Vorrichtung hat somit im Wesentlichen eine Verminderung der Ablagerungen von Verunreinigungen auf dem Sensorchip zum Ziel. Dies trägt erheblich zur Verbesserung der Signalqualität und zur Verminderung von Signaldriften bei. Dennoch hat es sich gezeigt, dass weiteres Potential für die Verbesserung derartiger Vorrichtungen zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines strömenden fluiden Mediums besteht, insbesondere durch Verbesserung der Strömungseigenschaften des fluiden Mediums durch den Messkanal.
Offenbarung der Erfindung Es wird dementsprechend eine Sensoranordnung zur Bestimmung mindestens eines Parameters eines strömenden fluiden Mediums vorgeschlagen, welche bekannte Sensoranordnungen dieser Art, beispielsweise die oben beschriebenen Vorrichtungen, weiter verbessert. Die Sensoranordnung kann insbesondere eingesetzt werden, um einen Luftmassenstrom in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zu messen. Zu diesem Zweck können beispielsweise die oben beschriebenen Heißfϊlmluftmassenmesser-Prinzipien eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich können jedoch auch andere Arten von Parametern des fluiden Mediums bestimmt werden, beispielsweise Temperatur, Druck, Dichte oder ähnliche Parameter oder Kombinationen dieser oder anderer Parameter. Alternativ oder zusätzlich kann weiterhin auch eine andere Art von fluidem Medium eingesetzt werden.
Die Sensoranordnung umfasst mindestens ein sich in einer Längserstreckungsrichtung erstreckendes Steckerteil auf. Dieses Steckerteil kann beispielsweise in einer festen Orientie- rung zur Hauptströmungsrichtung des strömenden fluiden Mediums in dieses strömende fluide Medium eingebracht werden. Zu diesem Zweck können beispielsweise entsprechende Halterungen in einem Strömungsrohr oder Strömungsrohrsegment vorgesehen sein, wobei das Strömungsrohr oder Strömungsrohrsegment einschließlich der Halterungen ebenfalls Bestandteil der Sensoranordnung sein kann. Das Steckerteil kann fest oder austauschbar in diesem Strömungsrohr bzw. Strömungsrohrsegment montiert sein. Das Steckerteil ist dabei vorzugsweise als längliches Teil ausgestaltet, wobei die Längserstreckungsrichtung vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des strömenden fluiden Mediums ausgerichtet sein kann. Insofern kann weitgehend auf die aus dem Stand der Technik bekannten Heißfümlustmassenmesser und deren Steckerteile verwiesen werden.
Das Steckerteil weist mindestens eine Einlassöffnung und mindestens eine Auslassöffnung sowie mindestens einen sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckenden, von dem fluiden Medium durchströmbaren Kanal auf. Insbesondere kann dieser Kanal als so genannter Bypasskanal ausgestaltet sein, wobei durch diesen Kanal bzw. By- passkanal eine für die Strömung des fluiden Mediums repräsentative Teilströmung oder
Bypassströmung fließen kann. Insofern kann wiederum weitgehend auf bekannte Steckerteile dieser Art verwiesen werden. Der mindestens eine Kanal kann dabei, wie ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt, als verzweigte Kanalstruktur ausgestaltet sein, beispielsweise mit einem Hauptkanal, welcher zwischen der Einlassöffnung und einem Hauptstro- mauslass verläuft, und einem von dem Hauptkanal abzweigenden Messkanal, welcher in einem Messkanalauslass endet. In dem Messkanal kann ein Sensorelement, insbesondere ein Sensorchip, der Sensoranordnung angeordnet sein, welches zur Messung des mindestens einen Parameters vorgesehen ist. Zu diesem Zweck kann das Sensorelement beispielsweise einen oder mehrere Einzelsensoren umfassen, beispielsweise angeordnet auf einer Sensor- oberfläche des Sensorchips, welche in dem mindestens einen Messkanal der Teilströmung des fluiden Mediums ausgesetzt sind. Auch eine Anordnung mit mehreren Sensorelementen bzw. Sensorchips und/oder mehreren Sensoroberflächen ist möglich.
Stromabwärts des Sensorelements sind in mindestens einer den Kanal begrenzenden Wand mindestens zwei Stufen angeordnet. Unter Stufen sind dabei Unstetigkeiten, Knicke, abrupte Richtungsänderungen oder Singularitäten in einem ansonsten vorzugsweise glatten Wandverlauf zu verstehen, welche eine lokale Änderung der Richtung des Wandverlaufs um einen Winkel von mehr als 60° bewirken. Vorzugsweise handelt es sich bei diesen Stufen um rechtwinklige oder zumindest näherungsweise rechtwinklige Stufen, also Stufen mit einem Winkel, welcher um nicht mehr als 20° von einem rechten Winkel abweicht. An der Stufenkante kann auch eine leichte Abrundung erfolgen, wobei jedoch vorzugsweise eine scharfe Stufenkante vorgesehen ist.
Es sind mindestens zwei Stufen vorgesehen, welche zueinander um einen Winkel versetzt sind. So kann beispielsweise eine erste Stufe in einer Seitenwand des Kanals angeordnet sein und eine zweite Stufe in einer Vorder- oder Rückwand des Kanals, oder umgekehrt. Auch eine andere Art von Winkelversatz bei einem anderen Kanalquerschnitt als einem Kanal- querschnitt mit einer Vorder- und Rückwand und Seitenwänden ist möglich, beispielsweise bei abgerundeten Kanalquerschnitten oder anders verlaufenden Kanalquerschnitten. Dementsprechend können die Stufen beispielsweise zueinander um einen rechten Winkel versetzt sein. Auch andere Winkel als rechte Winkel sind jedoch grundsätzlich möglich, vorzugsweise Winkel von mindestens 20°, insbesondere von mindestens 60°.
Die Stufen sind dabei quer zu einer Strömung, also der lokalen Strömung des fluiden Mediums, durch den Kanal angeordnet. Unter „quer zur Strömung" ist dabei eine nicht-parallele, vorzugsweise senkrechte Ausrichtung zur lokalen Strömung im Kanal zu verstehen. Auch Abweichungen von dieser senkrechten Ausrichtung sind jedoch grundsätzlich möglich und unter „quer" zu subsumieren, vorzugsweise Abweichungen von einer senkrechten Ausrichtung um nicht mehr als 30°.
Es hat sich gezeigt, dass diese versetzten Stufen im Messkanal einen erheblichen Einfluss auf die Signalqualität der Sensoranordnung haben können. So können sich insbesondere stromabwärts des Sensorchips lokal Ablösegebiete in der Strömung des fluiden Mediums bilden, welche instabil sind und Schwankungen unterworfen sind. Diese Schwankungen in der Größe der Ablösegebiete können zu Signalschwankungen führen. Zudem wird durch diese Ablösegebiete das Pulsationsverhalten der Sensoranordnung verschlechtert. Diese Ablösegebiete sind in der Regel unvermeidlich, insbesondere dann, wenn der Messkanal im Bereich des Sensorelements einen verengten Querschnitt im Vergleich zu näher am Messka- nalauslass gelegenen Messkanalabschnitten aufweist. Eine derartige Verengung ist jedoch zur Verbesserung der Signalqualität durch eine lokale Strömungsbeschleunigung in vielen Sensoranordnungen vorgesehen. Die Ablösegebiete entstehen dann in der Regel unvermeidlich bei der Strömungsexpansion vom Sensorelement in Richtung zum Messkanalauslass.
Durch die versetzten Stufen ist es zwar in der Regel nicht möglich, die Ablösegebiete zu vermeiden. Diese Ablösegebiete werden jedoch durch die versetzten Stufen ortsfest, klein und stabil gehalten. Auf diese Weise lässt sich die Signalqualität der Sensoranordnung deutlich verbessern. Insbesondere können die Stufen im Bestandteil einer stufenförmigen Erweiterung des Kanals sein. Durch eine derartige stufenförmige Erweiterung in einer Strömungsrichtung des fluiden Mediums werden die Ablösegebiete räumlich fixiert und ändern ihre Größe und Lage in der Regel auch bei wechselnden Randbedingungen, beispielsweise hin- sichtlich der Strömungsgeschwindigkeit und/oder hinsichtlich Turbulenzen, nicht.
Die vorgeschlagene Sensoranordnung lässt sich auf verschiedene Weisen weiter verbessern. Wie oben dargestellt, ist es besonders bevorzugt, wenn die zwei Stufen zueinander um einen im Wesentlichen rechten Winkel versetzt sind. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die mindes- tens zwei Stufen auch entlang der Strömungsrichtung durch den Kanal zueinander versetzt sind. So kann beispielsweise mindestens eine zweite Stufe um eine Versatzstrecke stromabwärts einer ersten Stufe angeordnet sein. Eine derartige Versetzung der Stufen zueinander, in Kombination mit dem genannten Winkelversatz, kann weiter dazu beitragen, die Ablösegebiete zu verkleinern und zu stabilisieren und/oder Interaktionen zwischen den Ablösege- bieten zu vermeiden.
Weiterhin wurden oben bereits verschiedene Möglichkeiten der Anordnung der Stufen diskutiert. So kann beispielsweise mindestens eine erste Stufe in einer zur Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums zumindest im Wesentlichen parallelen Vorder- und/oder Rückwand des Kanals angeordnet sein und mindestens eine zweite Stufe in einer zu der Vorder- und/oder Rückwand zumindest im Wesentlichen senkrechten Seitenwand des Kanals. Unter „im Wesentlichen parallel" bzw. „im Wesentlichen senkrecht" kann dabei jeweils auch eine leichte Abweichung von 0° bzw. 90° verstanden werden, beispielsweise eine Abweichung um nicht mehr als 20°.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die äußere Ausgestaltung des Steckerteils, welche ebenfalls zur Beruhigung und Vergleichmäßigung der Strömung in den mindestens einen Kanal beitragen kann und welche somit synergetisch mit den oben beschriebenen Maßnahmen zur Verbesserung der Signalqualität zusammenwirken kann.
So ist es besonders bevorzugt, wenn das Steckerteil eine einstückig mit einem den Kanal aufnehmenden Gehäuse des Steckerteils ausgebildete abgerundete Anströmkante aufweist. Diese Anströmkante weist bei in die Strömung eingebrachtem Steckerteil, also beispielsweise bei in einer Halterung des Steckerteils eingebrachtem Steckerteil, der Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums entgegen. Diese Halterung kann beispielsweise ebenfalls Bestandteil der Sensoranordnung sein. Die Anströmkante kann dabei ein beliebiges abgerunde- tes Profil aufweisen. Beispielsweise kann die Anströmkante ein elliptisches Profil, ein kreisförmiges Profil oder eine andere Art von abgerundetem Profil aufweisen. Weiterhin können in der Anströmkante, welche einstückig mit dem übrigen Steckerteil ausgebildet ist, Strö- mungsführungselemente vorgesehen sein, wie beispielsweise Strömungsrillen oder ähnliches.
Weiterhin kann die Signalqualität, insbesondere die Empfindlichkeit gegenüber unterschiedlichen Anstellwinkeln des Steckerteils gegenüber der Hauptströmungsrichtung, weiter verbessert werden durch eine geeignete Anordnung des mindestens einen Kanalauslasses. Insbesondere eine geeignete Anordnung des Messkanalauslasses kann dabei zu einer Verbesse- rung der Signalqualität führen. So kann der Kanal, wie oben dargestellt, mindestens einen Messkanal aufweisen, in welchem der mindestens eine Sensorchip angeordnet ist. Dieser Messkanal weist mindestens einen Messkanalauslass auf, wobei der Messkanalauslass an einer zur Längserstreckungsrichtung des Steckerteils im Wesentlichen senkrecht orientierten Stirnseite des Steckerteils angeordnet ist. Beispielsweise kann diese Stirnseite im Wesentli- chen parallel zur Hauptströmungsrichtung und/oder vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu einer durch die Längserstreckungsrichtung und die Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums gebildeten Ebene orientiert sein. Unter „im Wesentlichen senkrecht" können dabei auch wiederum leichte Abweichungen von einem 90°-Winkel verstanden werden, beispielsweise Abweichungen um nicht mehr als 20°. Ein Vorteil dieser Anordnung, insbe- sondere in Kombination mit der einstückig am Steckerteil angeformten Anströmkante, liegt darin, dass der Messkanalauslass auf der Stirnseite vergleichsweise geringen Änderungen der Druckverhältnisse unterworfen ist, wenn der Anstellwinkel des Steckerteils relativ zur Hauptströmungsrichtung verändert wird. Auf diese Weise ist die Signalqualität weitgehend unabhängig von den tatsächlichen Einbaubedingungen des Steckerteils in der Sensoranord- nung.
In diesem Zusammenhang ist es weiterhin besonders bevorzugt, wenn das Steckerteil am Übergang zwischen der Stirnseite mit dem Messkanalauslass und der Anströmkante eine Abschrägung oder Abrundung aufweist. So kann beispielsweise die Stirnseite als im Wesentlichen ebene Stirnseite ausgebildet sein, und lediglich am Übergang zur Anströmkante kann die genannte Abschrägung oder Abrundung vorgesehen sein. Diese Abschrägung oder Abrundung, welche beispielsweise in Form einer „Nase" ausgestaltet sein kann, kann zu einer Beschleunigung der Strömung im Bereich des Übergangs von der Anströmkante zur Stirnseite führen, was zu einer Verringerung des Drucks am Messkanalauslass und somit zu einem erhöhten Luftdurchsatz durch den Messkanal führt. Hierdurch lässt sich der Signalhub erhöhen, und das Signalrauschen lässt sich vermindern, so dass insgesamt das Signal- Rauschverhältnis verbessert werden kann. Insgesamt lassen sich also durch die genannten Maßnahmen, einzeln oder in Kombination, eine Unabhängigkeit des Sensorsignals von der Druckdifferenz zwischen Einlassöffnung und Auslassöffnung sowie eine Verbesserung der Signalqualität erzielen.
Weitere Verbesserungen lassen sich dadurch erreichen, dass die Strecke, welche das fluide Medium von der Einlassöffnung bis hin zum Sensorchip zurücklegen muss, möglichst lang ausgestaltet wird. So können beispielsweise eine Anströmstrecke zwischen der Einlassöffnung und dem Sensorchip und eine Abströmstrecke zwischen Sensorchip und Messkanalauslass vorgesehen sein. Dabei ist die Anströmstrecke vorzugsweise möglichst groß ausgestaltet, damit Strömungsunregelmäßigkeiten in dieser Anströmstrecke durch ein möglichst großes Beruhigungsvolumen ausgeglichen werden können. Dementsprechend ist es besonders bevorzugt, den Sensorchip im Messkanal möglichst weit stromabwärts anzuordnen. Dies bedeutet insbesondere, dass die Anströmstrecke vorzugsweise mindestens genauso groß ist wie die Abströmstrecke.
Bei herkömmlichen Sensoranordnungen ist dies jedoch in der Regel nicht der Fall. Dies ist insbesondere dadurch bedingt, dass der Sensorchip, wie oben dargestellt, in der Regel auf einem Kunststoff-Sensorträger angeordnet ist, welcher symmetrisch an einem Bodenblech angespritzt ist. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, dass die Sensoranordnung mindestens ein Elektronikmodul mit einer Ansteuer- und Auswerteschaltung umfasst. Diese Ansteuer- und Auswerteschaltung kann beispielsweise eine Leiterplatte umfassen, aufweicher entsprechende elektronische Bauelemente und/oder entsprechende Leiterbahnen, Kon- taktpads, Anschlusskontakte oder ähnliches vorgesehen sein können. Die Ansteuer- und Auswerteschaltung kann ausgestaltet sein, um die Funktionalität der Sensoranordnung ganz oder teilweise zu gewährleisten, also beispielsweise um das Sensorelement anzusteuern und zumindest teilweise dessen Signale auszuwerten. Das Elektronikmodul weist vorzugsweise einen Sensorträger auf, auf welchem und/oder in welchem der Sensorchip aufgenommen ist. Insbesondere kann es sich bei diesem Sensorträger um einen Sensorträgerfortsatz einer Leiterplatte handeln, wie unten noch näher erläutert wird. Der Sensorträger ist dabei Vorzugs- weise asymmetrisch auf einer stromabwärtigen Seite des Elektronikmoduls angeordnet. Im Gegensatz zu den symmetrischen, aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen kann so die Anströmstrecke des fluiden Mediums vergrößert werden, so dass das fluide Medium in einem beruhigteren Zustand am Sensorchip anlangt als bei herkömmlichen Sensoranord- nungen.
Der Sensorträger kann dabei grundsätzlich wie im Stand der Technik beschrieben ausgestaltet sein. Besonders bevorzugt ist diese asymmetrische Anordnung jedoch in Kombination mit einem weiteren, auch unabhängig realisierbaren Aspekt der Erfindung, welche die Aus- gestaltung des Elektronikmoduls betrifft. Dieses Elektronikmodul mit der Ansteuer- und Auswerteschaltung kann, im Gegensatz zu bekannten Elektronikmodulen, dadurch vereinfacht werden, dass dieses zumindest weitgehend, vorzugsweise vollständig, auf das Bodenblech verzichtet. Dabei werden vorzugsweise der Sensorträger und die Leiterplatte der Ansteuer- und Auswerteschaltung zusammengefasst. Zu diesem Zweck kann eine Leiter- platte vorgesehen sein, welche die Ansteuer- und Auswerteschaltung trägt. Diese Leiterplatte kann aus üblichen Leiterplattenmaterialien hergestellt sein, beispielsweise aus Kunststoffen (beispielsweise aus glasfaserverstärkten oder kohlfaserverstärkten Epoxiden), Keramiken, Verbundmaterialien oder ähnlichem. Die Leiterplatte kann insbesondere als gedruckte Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) ausgestaltet sein. Erfindungsgemäß kann diese Leiterplatte einen in den Kanal hineinragenden, mit der Leiterplatte also einstückig ausgebildeten, Sensorträgerfortsatz aufweisen. Auf diesem Sensorträgerfortsatz, welcher als Sensorträger wirkt, kann der Sensorchip der Sensoranordnung angeordnet sein. Dabei kann die Anordnung beispielsweise auf einer Oberfläche des Sensorträgerfortsatzes erfolgen und/oder beispielsweise auch zumindest teilweise integriert in den Sensorträgerfortsatz, also beispielsweise eingelassen in eine Vertiefung in dem Sensorträgerfortsatz.
Diese Weiterbildung der Erfindung hat erhebliche Verbesserungen hinsichtlich der technischen Herstellbarkeit der Sensoranordnung zur Folge. So kann die Herstellung des Elektronikmoduls stark vereinfacht werden, da dieses Elektronikmodul nunmehr einstückig ausge- bildet werden kann. Lediglich einen Einsatz des Sensorchips muss noch erfolgen, sowie dessen elektrische Kontaktierung. Hierdurch lassen sich die Kosten derartiger Elektronikmodule und der Sensoranordnung insgesamt erheblich verringern. Leiterplatten lassen sich, insbesondere in der beschriebenen asymmetrischen Anordnung, gut im Nutzen fertigen. Auch die oben dargestellte asymmetrische Anordnung des Sensorträgerfortsatzes lässt sich auf diese Weise leicht realisieren.
Der Sensorträger bzw. der Sensorträgerfortsatz muss allgemein nicht senkrecht zur lokalen Strömung des strömenden fluiden Mediums in dem Messkanal angeordnet sein. So kann dieser Sensorträger bzw. dieser Sensorträgerfortsatz auch unter einem von 90° abweichenden Winkel in den Messkanal hineinragen. Besonders bevorzugt ist es dann jedoch, wenn der Sensorchip schräg zu einer Längserstreckungsachse des Sensorträgerfortsatzes angeordnet ist. Beispielsweise kann der Sensorchip eine Hauptachse aufweisen, beispielsweise eine Hauptachse, parallel zu welcher die wesentlichen Sensorelemente des Sensorchips angeordnet sind. Beispielsweise können Heizwiderstände, Temperaturfühler oder ähnliches parallel zu dieser Hauptachse angeordnet sein. Diese Hauptachse ist dann vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur lokalen Strömungsrichtung des fluiden Mediums angeordnet, wobei jedoch auch in diesem Fall wiederum leichte Abweichungen von dem senkrechten Winkel möglich sind, beispielsweise Abweichungen um nicht mehr als 10°. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass die Messung an einer genau definierten Stelle entlang des Messkanals des Steckerteils erfolgt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer dem Stand der Technik entsprechenden Sensoranordnung;
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer verbesserten Sensoranordnung mit einer Leiter- platte als Elektronikmodul;
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfϊndungsgemäßen Sensoranordnung; und
Figur 4 eine Darstellung der Druckverhältnisse um die Sensoranordnung gemäß Figur 3.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer dem Stand der Technik entsprechenden Sensoranordnung 110 dargestellt, welche beispielsweise unter der Bezeichnung HFM7-IP von der Robert Bosch GmbH, Deutschland, kommerziell erhältlich ist. Die Sensoranordnung 110 umfasst ein Steckerteil 112 mit einem Messfmger 114, welcher über einen Flansch 116 in einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, beispielsweise ein Strömungsrohr dieses Ansaugtrakts, eingebracht werden kann. Das Strömungsrohr selbst oder ein Segment dieses Strömungsrohrs kann Bestandteil der Sensoranordnung 110 sein. Die Sensoranordnung 110 umfasst ein Gehäuse 118, in welchem ein Elektronikraum 120 ausgebildet ist. In diesem Elektronikraum 120 ist ein Elektronikmodul 122 eingebracht, welches ein Bodenblech 124 mit einer darauf aufgebrachten Leiterplatte 126 einer Ansteuer- und Auswerteschaltung 128 umfasst. Weiterhin umfasst das Elektronikmodul 122 einen an dem Bodenblech 124 angespritzten Sensorträger 130. Dieser Sensorträger 130 nimmt in einer Aussparung einen Sen- sorchip 132 auf, beispielsweise einen Sensorchip auf Silizium-Basis.
Weiterhin ist in dem Gehäuse 118 eine Kanalstruktur 134 ausgebildet, welche in diesem Beispiel mehrere Kanäle 136 umfasst. Unter anderem wird hierdurch ein Messkanal 138 gebildet, in welchem durch eine Einlassöffnung 140 in dem Messfinger 114 ein strömendes fluides Medium in einer repräsentativen Menge einströmen kann. Der Sensorträger 130 mit dem Sensorchip 132 ragt in diesen Messkanal 138 durch einen Durchbruch 142 hinein. Der Sensorchip 132 und die Ansteuer- und Auswerteschaltung 128 werden durch in Figur 1 nicht dargestellte elektrische Verbindungen in Form von Bondverbindungen miteinander verbunden. Das Gehäuse 118 umfasst neben einem Gehäusekörper 144 einen Elektronik- raumdeckel 146 und einen Bypasskanaldeckel 148, welcher die Kanalstruktur 134 abdeckt. Dabei ist an dem Bypasskanaldeckel 148 eine Abdichtung 150 in Form eines Dichtschwerts 152 aufgenommen, welches in Figur 1 nur teilweise erkennbar ist und welches einen in Figur 1 nach unten ragenden Steg bildet. Dieser Steg liegt auf dem Sensorträger 130 auf.
In Figur 2 ist eine noch nicht aus dem Stand der Technik bekannte Abwandlung der in Figur 1 gezeigten Sensoranordnung 110 in Draufsicht gezeigt. Die Abwandlungen gegenüber der Figur 1 können auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Ansonsten entsprechen der Aufbau und die Funktionsweise der Sensoranordnung 110 gemäß Figur 2 in weiten Teilen der Anordnung gemäß Figur 1 , so dass weitgehend auf die obige Beschrei- bung dieser Figur 1 verwiesen werden kann. Dabei ist in der Darstellung gemäß Figur 2 die Kanalstruktur 134, welche durch den Gehäusekörper 144, in Zusammenwirkung mit dem in Figur 2 nicht gezeigten Bypasskanaldeckel 148, gebildet wird, beispielhaft im Detail zu erkennen. Es lässt sich sehen, dass, ausgehend von dem mit der Hauptströmungsrichtung 156 strömenden fluiden Medium entgegenweisenden Einlassöffnung 140, ein Hauptkanal 158 zu einem seitlich im Gehäusekörper 144 aufgenommenen Hauptkanalauslass 160 verläuft. Von diesem Hauptkanal 158 zweigt der Messkanal 138 ab, welcher schließlich in einem Messka- nalauslass 162 mündet. In den Messkanal 138 ragt, durch einen Durchbruch 142 in einer Kanalwand 164 (Messkanalwand), ein Sensorträger 130. Im Unterschied zur Anordnung gemäß Figur 1 sind in dem in Figur 2 dargestellten Beispiel vorzugsweise das Bodenblech 124 und der Sensorträger 130 gemäß Figur 1 vereinheitlicht und durch eine gemeinsame Leiterplatte 126 ersetzt, welche auch die Ansteuer- und Auswerteschaltung 128 trägt. Der Sensorchip 132 ist unmittelbar auf diese Leiterplatte 126 bzw. einen den Sensorträger 130 bildenden, in den Messkanal 138 hineinragenden Sensorträgerfortsatz 165 der Leiterplatte 126 eingesetzt oder auf diesen aufgesetzt.
Die elektrische Anbindung des Sensorchips 132 an die Leiterplatte 126 bzw. die Ansteuer- und Auswerteschaltung 128 kann wiederum über elektrische Verbindungen 154 erfolgen, beispielsweise über Bonddrähte. Diese elektrischen Verbindungen 154 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Glob Top 166 in Form beispielsweise eines Klebstoff-Tropfens und/oder Kunststoff-Tropfens geschützt. Dieser Glob Top 166 liegt vorzugsweise auf der Bypassseite der Leiterplatte 126, so dass die Abdichtung 150 zwischen dem Messkanal 138 und dem Elektronikraum 120 dahinter, auf der Leiterplatte 126 erfolgt. Diese Abdichtung 150, welche beispielsweise wiederum durch ein Dichtschwert 152 im Bypasskanaldeckel 148 realisiert sein kann, ist in Figur 2 lediglich angedeutet.
Der Durchsatz durch die Kanäle 136 des Steckerteils 112 wird entscheidend durch die Druckdifferenz zwischen der Einlassöffnung 140 und den Auslässen 160 bzw. 162 bestimmt. Aufgrund des Querschnitts beispielsweise der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Steckerteile 112 ändert sich diese Druckdifferenz jedoch bei einer Schräganströmung des Steckerteils 112 durch das fluide Medium. Diese Änderungen sollen anhand der Darstellung in Figur 4 erläutert werden.
In Figur 4 ist symbolisch ein Profil 168 des Steckerteils 112, beispielsweise in einer Schnitt- ebene senkrecht zur Längserstreckung des Steckerteils 112, dargestellt. Dieses Profil 168 ist beispielsweise als Tragflächenprofil ausgestaltet und weist eine Saugseite 170 und eine Druckseite 172 auf. Bedingt durch das Tragflächenprofü und die damit verbundene Strö- mungsverengung über der Saugseite 170 herrscht auf dieser Saugseite 170 ein geringerer Druck im strömenden fluiden Medium als auf der Druckseite 172. Dabei wird das Profil 168 von dem strömenden fluiden Medium unter einem Anströmwinkel α angeströmt, welcher in Figur 4 symbolisch angedeutet ist. Dieser Anströmwinkel α ist der Winkel zwischen der Hautströmungsrichtung 156 und einer lediglich symbolisch angedeuteten Mittelachse 174 des tragflächenförmigen Profils 168. Über dem Profil 168 in Figur 4 sind symbolisch die Druckverhältnisse auf der Saugseite 170 und auf der Druckseite 172 aufgetragen. Dargestellt ist dabei jeweils der so genannte Druckbeiwert cp, also das dimensionslose Verhältnis zwischen dem Druck und dem Staudruck, als Position entlang einer Profilmittellinie des Profils 168. Die Druckbeiwerte wurden dabei jeweils mittels Simulationsrechnungen ermit- telt. Dabei ist zu beachten, dass die Achse des Druckbeiwerts cp in der Darstellung gemäß Figur 4 invertiert ist, so dass nach oben hin negative Werte aufgetragen sind. Die Kurven 176 bis 184 bezeichnen dabei jeweils die Druckbei werte auf der Druckseite 172 bei verschiedenen Anstellwinkelen α, nämlich die Kurve 176 bei 4°, die Kurve 178 bei 2°, die Kurve 180 bei 0°, die Kurve 182 bei -2° und die Kurve 184 bei -4°. Der Anstellwinkel ist dabei bei einer Anströmung schräg von unten in Figur 4 negativ gerechnet, bei einer An- Strömung schräg von oben hingegen positiv. Entsprechend bezeichnen die Kurven 186 bis 194 die Druckbeiwerte auf der Saugseite 170 bei verschiedenen Anstellwinkeln α, nämlich die Kurve 186 bei -4°, die Kurve 188 bei -2°, die Kurve 190 bei 0°, die Kurve 192 bei 2° und die Kurve 194 bei 4°. Unabhängig von Details der in Figur 4 dargestellten Druckbeiwert-Kurven ist erkennbar, dass sich die Druckverhältnisse auf beiden Seiten des Profils 168 mit einer Veränderung des Anstellwinkels α erheblich verändern können. Dies bedeutet jedoch, dass auch ein Durchsatz durch die Kanalstruktur 134 und somit durch den Messkanal 138 stark vom Anstellwinkel α abhängig ist. Dies jedoch bedeutet, dass sich auch das Messsignal mit dem Anstellwinkel α ändern kann.
Dementsprechend ist in Figur 3 ein erfindungsgemäßes Beispiel der Sensoranordnung 110 dargestellt, welches in der dargestellten Ausführungsform vergleichsweise unempfindlich ist gegenüber den Veränderungen des Anstellwinkels und welches allgemein verbesserte Eigenschaften hinsichtlich der Signalqualität aufweist. Die Sensoranordnung 110 ist zunächst weitgehend aufgebaut wie die Sensoranordnung gemäß Figur 2, so dass in weiten Teilen auf die Beschreibung dieser Sensoranordnung gemäß Figur 2 verwiesen werden kann. So weist die Sensoranordnung 110 wiederum ein Steckerteil 112 auf, wobei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine abgerundete, der Hauptströmungsrichtung 156 entgegenweisende und einstückig mit einem Gehäuse 118 des Steckerteils 112 ausgebildete Anströmkante 196 vorgesehen ist. Diese Anströmkante kann Strömungsrillen 198 oder andere strömungsfüh- rende Elemente umfassen, welche in Figur 3 lediglich angedeutet sind.
Ein Unterschied zu der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß Figur 3 besteht in der Ausgestaltung der Kanalstruktur 134. Zunächst weist diese Kanalstruktur 134 wiederum einen von einer Einlassöffnung 140 ausge- henden Hauptkanal 158 auf, welcher wieder in einem seitlich auf dem Steckerteil 112 angeordneten Hauptkanalauslass 160 mündet. Von diesem Hauptkanal 158 zweigt, wie auch in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2, ein Messkanal 138 ab, in welchem wiederum ein Sensorträger 130 mit einem darauf aufgebrachten Sensorchip 132 hineinragt. Wie auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist dabei ein Elektronikmodul 122 als einstückige Leiterplatte 126 ausgebildet, welche auch eine Ansteuer- und Auswerteschaltung 128 trägt. Der Sensorträger 130 ist in Form eines in den Messkanal 138 hineinragenden Sensorträgerfortsatzes 165 ausgebildet. Bezüglich der Vorteile dieser einstückigen Ausbildung des Elektronikmoduls 122 kann auf die Beschreibung der Figur 2 verwiesen werden. Im Unter- schied zu der dort dargestellten Ausführungsform ist die Leiterplatte 126 im Elektronikraum 120 mit einer abgeschrägten Kante 200 versehen, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist und was entsprechend den jeweils vorgegebenen Bauraumdimensionen jeweils optimal wählbar ist. Im Gegensatz zu der in Figur 2 dargestellten Ausgestaltung ist der Sensorträ- gerfortsatz 165 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 vorzugsweise nicht in einem horizontal, parallel zur Hauptströmungsrichtung 156 verlaufenden Abschnitt des Messkanals 138 angeordnet, sondern in Figur 3 nach links, weg von der Einlassöffnung 140 verschoben, in einen bereits wieder teilweise senkrecht, parallel zur Längserstreckung verlaufenden Abschnitt des Messkanals 138. Dadurch kann die Anströmstrecke zwischen der Ein- lassöffhung 140 und dem Sensorchip 132 zusätzlich verlängert werden. Der Sensorträgerfortsatz 165 steht dann nicht mehr senkrecht zur lokalen Strömungsrichtung des fluiden Mediums im Messkanal 138, sondern unter einem von 90° verschiedenen Winkel. Der Sensorchip 132 selbst kann jedoch schräg auf diesen Sensorträgerfortsatz 165 angeordnet sein, wie in Figur 3 dargestellt, so dass die Haupterstreckung dieses Sensorchips 132 wiederum senkrecht zur lokalen Strömungsrichtung des fluiden Mediums im Messkanal 138 verläuft.
Stromabwärts des Sensorträgerfortsatzes 165 sind in dem in Figur 3 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der Sensoranordnung 110 zwei Stufen 202, 204 vorgesehen. Dabei ist eine erste Stufe 202 unmittelbar stromabwärts des Sensorträgerfortsatzes 165 in einer Seitenwand 206 vorgesehen, verläuft also im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung des Steckerteils 112 und zur Hauptströmungsrichtung 156. Eine zweite Stufe 204 ist um eine Versatzstrecke, welche in Figur 3 mit L bezeichnet ist, stromabwärts der ersten Stufe 202 angeordnet. Diese zweite Stufe 204 ist dabei in einer Rückwand 208 des Messkanals 138 ausgebildet. Da die Seitenwand 206 und die Rückwand 208 beispielsweise bei ei- nem rechteckigen Messkanalquerschnitt senkrecht zueinander stehen, sind somit auch die beiden Stufen 202, 204 um einen Winkel von zumindest näherungsweise 90° gegeneinander winkelversetzt.
Wie oben dargestellt, bewirken die Stufen 202, 204 eine Verkleinerung und Stabilisierung eines Ablösegebietes stromabwärts des Sensorchips 132. Derartige Ablösegebiete entstehen insbesondere wenn, wie auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 möglich, der Messkanal 138 im Bereich dieses Sensorchips 132 verengt wird. Eine derartige Verengung kann beispielsweise durch eine Bypasskanaldeckel 148 erfolgen und/oder durch eine entsprechende Ausgestaltung der Rückwand 208 des Messkanals 138 im Bereich des Sensor- chips 132. Diese Verengung bewirkt eine Beschleunigung der Strömung im Bereich des Sensorchips 132 und damit eine Erhöhung des Signalhubs. Da sich stromabwärts des Sensorchips 132 in diesem Fall der Querschnitt des Messkanals 138 wieder aufweitet, kann es bei einer derartigen Strömungsexpansion zu Ablösegebieten kommen, welche jedoch durch die erfindungsgemäßen Stufen 202, 204 ortsfest gehalten werden können und weiterhin klein und stabil ausgestaltet werden können. Hierdurch wird die Signalqualität der Sensoranordnung 110 erheblich verbessert. Es sei daraufhingewiesen, dass die Stufen 202, 204, welche zueinander winkelversetzt sind, in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 lediglich beispielhaft zu verstehen sind. So sind die Stufen 202, 204 beispielsweise wie bei der ersten Stufe 202 angedeutet, durch eine zunächst kontinuierliche Verengung des Kanalquer- schnitts, gefolgt von einer plötzlichen Erweiterung, ausgebildet. Der Stufenwinkel beträgt zumindest näherungsweise 90°. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. Weiterhin sind auch zusätzliche Stufen in den Wänden 202, 208 des Messkanals 138 möglich. So kann beispielsweise, alternativ oder zusätzlich, eine Stufe in einer Vorderwand des Messkanals 138 angeordnet sein, also beispielsweise in einer durch den Bypasska- naldeckel 148 (siehe Figur 1) gebildeten Wand des Messkanals 138. Weiterhin können auch mehrere, entlang der Strömungsrichtung im Messkanal 138 zueinander versetzte Stufen vorgesehen sein. Weiterhin kann, alternativ oder zusätzlich zur ersten Stufe 202, auch eine weitere erste Stufe 202 an einer gegenüberliegenden Seitenwand 206 des Messkanals 138 angeordnet sein. Weiterhin sind auch von einem rechteckigen Kanalquerschnitt abweichende Kanalquerschnitte des Messkanals 138 möglich, wobei auch in diesem Fall winkelversetzt zueinander angeordnete Stufen 202, 204 vorgesehen sein können.
Eine weitere erfindungsgemäße mögliche Verbesserung der Sensoranordnung 110 adressiert die anhand der Figur 4 oben beschriebene Problematik der Änderung der Strömungsverhältnisse bei Änderung des Anströmwinkels α. So ist in diesem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3, im Gegensatz beispielsweise zu der Ausführungsform gemäß Figur 2, welche ebenfalls erfindungsgemäß mit Stufen 202, 204 ausgestattet werden könnte, der Messkanalaus- lass 162 nicht in einer Seitenwand des Steckerteils 112 vorgesehen, wie beispielsweise der Hauptkanalauslass 160, sondern in einer zur Längserstreckungsrichtung und zur Hauptströmungsrichtung 156 im Wesentlichen senkrecht angeordneten Stirnseite 210 des Steckerteils 112. Die Druckverhältnisse auf dieser Stirnseite 210 ändern sich auch bei einer Veränderung des Anstellwinkels α gemäß Figur 4 nur unwesentlich oder gar nicht. Auf diese Wei- se kann somit eine weitgehende Unabhängigkeit der Druckdifferenz zwischen der Einlassöffnung 140 und dem Messkanalauslass 162 von den äußeren Einbaubedingungen des Steckerteils 112 erzielt werden.
Weiterhin können die Signaleigenschaften noch zusätzlich durch eine Beschleunigung der Strömung entlang der Stirnseite 210 verbessert werden. Eine derartige Beschleunigung kann, ausgehend von der Anströmkante 196 im Bereich der Einlassöffnung 140, also beispielsweise von dem in Figur 3 mit A bezeichneten Punkt, hin zur Stirnseite 210, beispielsweise dem in Figur 3 mit B bezeichneten Punkt, durch einen abgerundeten Übergang 212 zwischen der Anströmkante 196 und der Stirnseite 210 erzielt werden. Auf diese Weise wird zwischen den Punkten A und B durch den abgerundeten Übergang 212, welcher auch als hochgezogene „Nase" bezeichnet werden kann, die Strömung zusätzlich beschleunigt werden. Dies führt zu einem geringeren Druck am Messkanalauslass 162 und somit zu ei- nem erhöhten Luftdurchsatz durch den Messkanal 138. Hierdurch lassen sich der Signalhub erhöhen und das Signalrauschen verringern.
Allgemein lässt sich durch das Design der Kanäle 136, insbesondere des Messkanals 138, gemäß dem in Figur 3 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel die Kanallänge, insbesondere des Messkanals 138, erhöhen. Dies kann zu einer Verringerung des Pulsati- onsfehlers führen, abhängig von der verwendeten Elektronik, da insgesamt eine größere träge Luftmasse in dem Messkanal 138 bewegt werden muss. Insgesamt lässt sich mittels der in der Figur 3 vorgeschlagenen Verbesserungen also eine Sensoranordnung 110 mit einem ausgezeichneten Pulsationsverhalten erzielen. Dies bedeutet, dass ein Mittelwert des Sensorsignals durch das Vorhandensein von Oszillationen in der zuströmenden Luft nicht oder kaum verändert wird. Dieses Verhalten kann vor allem durch die Länge des Messkanals 138 beeinflusst werden, da die eingeschlossene Luftmasse über eine gewisse Masse verfügt und aufgrund der Wandreibung auch einer Dämpfung ausgesetzt ist. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Sensoranordnung 110 ermöglicht eine größere Länge der Kanalstruktur 134 allgemein, was insbesondere bei Sensoranordnungen 110 mit Tiefpassfil- tern im Elektronikmodul 122, beispielsweise in der Ansteuer- und Auswerteschaltung 128, für ein besseres dynamisches Verhalten sorgt. Durch die erfindungsgemäß mögliche Verlegung des Messkanalauslasses 162 auf die Stirnseite 210 des Steckerteils 112 kann das Sensorsignal weniger anstellwinkelabhängig ausgestaltet werden. Dadurch wird die Anström- empfmdlichkeit, das heißt die Veränderung des Luftmassensignals bei Änderung des Anstellwinkels der Zuströmung relativ zum Steckerteil 112, verringert.

Claims

Ansprüche
1. Sensoranordnung (110) zur Bestimmung mindestens eines Parameters eines strömenden fluiden Mediums, umfassend mindestens ein sich in einer Längserstreckungsrich- tung erstreckendes Steckerteil (112), wobei das Steckerteil (112) mindestens eine Einlassöffnung (140) und mindestens eine Auslassöffnung (160, 162) sowie mindestens einen sich zwischen der Einlassöffnung (140) und der Auslassöffnung (160, 162) erstreckenden, von dem fluiden Medium durchströmbaren Kanal (136) aufweist, wobei in dem Kanal (136) mindestens ein Sensorelement (132), insbesondere ein Sensorchip (132), zur Bestimmung des Parameters angeordnet ist, wobei stromabwärts des Sensorelements (132) in mindestens einer den Kanal (136) begrenzenden Wand (206, 208) mindestens zwei Stufen (202, 204) angeordnet sind, wobei die Stufen (202, 204) zueinander um einen Winkel versetzt sind, wobei die Stufen (202, 204) quer zu einer Strömung durch den Kanal (136) angeordnet sind.
2. Sensoranordnung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei mindestens zwei Stufen (202, 204) zueinander um einen im Wesentlichen rechten Winkel versetzt sind.
3. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine zweite Stufe (202, 204) um eine Versatzstrecke stromabwärts einer ersten Stufe
(202, 204) angeordnet ist.
4. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine erste Stufe (202, 204) in einer zu einer Hauptströmungsrichtung (156) des fluiden Mediums zumindest im Wesentlichen parallelen Vorder- und/oder Rückwand (208) des
Kanals (136) angeordnet ist und mindestens eine zweite Stufe (202, 204) in einer zu der Vorder- oder Rückwand (208) zumindest im Wesentlichen senkrechten Seitenwand (206) des Kanals (136) angeordnet ist.
5. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steckerteil (112) eine einstückig mit einem den Kanal (136) aufnehmenden Gehäuse (118) des Steckerteils (112) ausgebildete abgerundete Anströmkante (196) aufweist, wobei die Anströmkante (196) einer Hauptströmungsrichtung (156) des fluiden Mediums entgegenweist.
6. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kanal (136) zumindest einen Messkanal (138) aufweist, wobei der Messkanal (138) einen Messkanalauslass (162) aufweist, wobei der Messkanalauslass (162) an einer zur Längserstreckungsrichtung des Steckerteils (112) im Wesentlichen senkrecht orientierten Stirnseite (210) des Steckerteils (112) angeordnet ist.
7. Sensoranordnung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Steckerteil (112) eine einer Hauptströmungsrichtung (156) des fluiden Mediums entgegenweisende
Anströmkante (196) aufweist, wobei das Steckerteil (112) am Übergang (212) zwischen der Stirnseite (210) und der Anströmkante (196) eine Abschrägung oder Abrundung aufweist.
8. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Ansteuer- und Auswerteschaltung (128), wobei die Ansteuer- und Auswerteschaltung (128) auf einer Leiterplatte (126) aufgenommen ist, wobei die Leiterplatte (126) einen in den Kanal (136) hineinragenden Sensorträgerfortsatz (165) aufweist, wobei das Sensorelement (132) auf dem Sensorträgerfortsatz (165) angeordnet ist.
9. Sensoranordnung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Sensorelement (132) schräg zu einer Längserstreckungsachse des Sensorträgerfortsatzes (165) angeordnet ist.
10. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend ein Elektronikmodul (122) mit einer Ansteuer- und Auswerteschaltung (128), wobei das Elektronikmodul (122) einen Sensorträger (130) aufweist, insbesondere einen Sensorträgerfortsatz (165) einer Leiterplatte (126), wobei der Sensorträger (130) asymmetrisch an einer stromabwärtigen Seite des Elektronikmoduls (122) angeordnet ist.
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