WO2015117971A1 - Sensor device for measuring a temperature - Google Patents

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WO2015117971A1
WO2015117971A1 PCT/EP2015/052224 EP2015052224W WO2015117971A1 WO 2015117971 A1 WO2015117971 A1 WO 2015117971A1 EP 2015052224 W EP2015052224 W EP 2015052224W WO 2015117971 A1 WO2015117971 A1 WO 2015117971A1
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WO
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circuit board
sensor element
sensor device
housing
temperature
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/052224
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French (fr)
Inventor
Stephen Setescak
Rainer Frauenholz
Wolfgang Lauerer
Roland Achhammer
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Continental Automotive Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a sensor device for determining a temperature.
  • Sensor devices for determining a temperature are used in different fields. For example, sensor devices are used for determining a temperature in ⁇ suction pipes of internal combustion engines for detecting an intake air temperature of air flowing through. In internal combustion ⁇ machine with fuel injection, the intake air temperature ⁇ is used to determine an amount of a Kraft fürin ⁇ spraying.
  • sensor devices are used for determining a temperature for determining a flow rate of air flowing in an intake pipe of an internal combustion engine or in the direction of a burner, or a fuel gas flowing through a gas meter for determining the amount of gas consumption.
  • a mass flow sensor device which has a temperature sensor element which is provided for detecting a temperature of a flowing medium in a mass flow sensor.
  • the flowing medium is passed via a recess in a holder of the Massenstromsensorvor ⁇ direction to the temperature sensor element.
  • the object underlying the invention is to provide a sensor device which enables a reliable temperature measurement.
  • the object is solved by the features of the independent claim.
  • Advantageous embodiments of the invention are characterized by the subclaims.
  • the invention is characterized by a sensor device for determining a temperature of a flowing medium.
  • the sensor ⁇ device comprises a housing in which at least partially a circuit board is arranged.
  • a temperature sensor element is mechanically fixed free from a fixation by the housing at a predetermined sensor element area of the printed circuit board.
  • the circuit board is configured such that the Temperatursen ⁇ sorelement a fluid flow of the flowing medium is exposed.
  • the temperature sensor ⁇ element is mechanically fixed to the circuit board.
  • a fixation on the housing is not required, which has proved to be advantageous because the housing typically has a high thermal inertia.
  • the mechanical fixing the temperature sensing element to the circuit board contributes to the thermal inertia the housing has a particularly low effect on a response time of the temperature sensor element.
  • the temperature sensor element also includes a fixing element, via which the mechanical fixing of the temperature sensor element to the printed circuit board takes place.
  • the temperature sensor element is particularly exposed during a normal operation of the fluid flow of the flowing medium, the temperature sensor element au ⁇ ßerquaint a dead zone of the fluid flow is arranged.
  • Temperatursen ⁇ sorelement is mechanically coupled by means of a solder connection to the circuit board. This allows a simple mechanical fixation on the circuit board. Furthermore, such a mechanical coupling and electrical coupling are combined in a single assembly step.
  • the circuit board on a predetermined decoupling region is configured to thermally decouple the predetermined sensor element region of the circuit board from the housing.
  • a thermal decoupling of the sensor element region from the housing has the advantage, for example, that the thermal inertia of the housing has a particularly small effect on the response time of the temperature sensor element.
  • the printed circuit board in the predetermined decoupling region at least one recess.
  • the at least one recess may for example be slit-shaped or trapezoidal.
  • the at least one recess is formed such that it is flowed through by the fluid flow. In this way, the response time of the temperature sensor element is particularly effectively kept low and made a contribution to the thermal decoupling of the sensor element region of the housing.
  • ⁇ sensor element portion of the circuit board and the Ent ⁇ coupling region of the printed circuit board are formed in the form of a bulge of the circuit board.
  • a geometric configuration of the bulge of the circuit board for example by a length of the bulge, a width of the bulge and a depth of the bulge, a contribution can be made particularly effective for a good thermal decoupling.
  • the bulge contributes to the fact that the temperature sensor element Tempe ⁇ suitable projects into the fluid flow of the flowing medium.
  • the protrusion may project from the housing to carry effectively to the thermal decoupling beizu ⁇ .
  • the Aus ⁇ bucht is rod-shaped.
  • the rod-shaped design can also be referred to as a web-shaped design.
  • a suitable length of the rod can contribute particularly effectively to the thermal decoupling.
  • the Aus ⁇ bucht is wedge-shaped.
  • the bulge tapers toward a periphery of the bulge. This contributes to a mechanical stability of the bulge.
  • an off ⁇ evaluation electronics is arranged in a predetermined Ausreteelektronik Scheme on the circuit board.
  • the evaluation electronics can be electrically coupled to the temperature sensor element. This has the advantage that an evaluation of a measurement signal of the temperature sensor element takes place, for example, digitally in the sensor device.
  • the evaluation electronics region of the printed circuit board comprises an electrically conductive ground layer.
  • the predetermined decoupling region is formed so that it helps to decouple the predetermined Sen ⁇ sorelement Scheme the circuit board of the mass layer in the thermally Ausenseelektronik Scheme.
  • the ground ⁇ layer can be formed, for example, as a reference potential or for shielding ⁇ from interference signals.
  • the electrically conductive ground layer is typically characterized by good thermal conductivity. That's why it's special Importance of thermally decoupling the ground layer in the Ausreteelektronik Scheme the circuit board from the sensor electronics area.
  • the sensor ⁇ element region of the circuit board is arranged in a recess of the housing.
  • the housing is designed so that the tempera ⁇ tursensorelement the fluid flow through a suitable
  • the casing is for example formed here is that the transmitter ⁇ area of the circuit board is protected from environmental influences.
  • the circuit board and the housing can be produced inexpensively.
  • the Tempe ⁇ temperature sensor element is disposed on an end face of the sensor device with respect to a main flow direction of the flowing medium. This has the advantage that the temperature of the flowing medium can be reliably determined. The response time of the temperature sensor element can be kept so short. In particular, is avoided by the arrangement on the front side of the sensor device, the dead zone of the fluid ⁇ flow of the flowing medium.
  • the sensor device ⁇ at least one mass flow sensor element whose measurement signal is representative of a mass flow of Flu ⁇ idströmung.
  • the Sen ⁇ sorvoriques on a flow channel is configured to flow the flow of fluid from an inlet in the housing to an outlet in the housing.
  • the sensor element region of the printed circuit board protrudes at least partially into the flow channel. This contributes to the fact that the sensor device can be made compact, in particular with regard to detecting a mass flow.
  • at least one mass flow sensor element is arranged in the flow channel.
  • the temperature sensing element may be arranged in the flow channel, that it uses an optionally particularly favorable flow ratio due to the flow of the Strö ⁇ mung channel.
  • the at least one mass flow sensor element is arranged in the flow channel. This has the advantage that the fluid flow of the flowing medium reaches the mass flow element.
  • the flow ⁇ channel may be referred to as a bypass.
  • the Tempe ⁇ temperature sensor element is formed in chip design. This has the advantage that the temperature sensor element is positioned in the fluid flow in the mechanical fixation of the temperature sensor element to the circuit board free of the guide through the housing.
  • the Tem ⁇ peratursensorelement a coating.
  • the coating can be formed for example by a lacquer or a sealant, so for example by so-called conformal coating based on silicone or epoxy resin.
  • the temperature sensor element is protected against environmental influences.
  • Show it: 1 shows a first embodiment of a Sensorvor ⁇ direction for detecting a temperature
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the sensor device for determining a temperature
  • FIG 3 shows a third embodiment of the sensor device for determining a temperature.
  • a sensor ⁇ device 1 for detecting a temperature of a flowing medium.
  • this medium is air, which may also contain particles in solid or liquid form, such as dust or water droplets.
  • the sensor device 1 is seen before ⁇ seen to be arranged in a main channel, which may be an on ⁇ intake duct of an internal combustion engine.
  • a main ⁇ flow direction la of the flowing medium in the main channel is indicated by an arrow.
  • the sensor device 1 comprises a housing 3, in which a printed circuit board 5 is arranged.
  • the circuit board 5 is fixed in ⁇ example in a cavity of the housing 3.
  • the housing 3 may comprise a housing bottom and a housing cover. For example, a simple assembly of the printed circuit board 5 is made possible.
  • the housing 3 also has a flow channel 11.
  • the flow channel 11 is formed to flow guide a fluid flow of the flowing medium from an inlet 27 in the housing 3 to an outlet 29 in the housing 3.
  • the flow channel 11 is preferably arranged by an orientation of the housing 3 so that the inlet 27 of the flow channel 11 of the main flow direction la of the fluid flow of the strö ⁇ ing medium is directed opposite.
  • a mass flow sensor element 13 is at least partially arranged in the flow channel 11.
  • the flow channel 11 is formed such that a fluid flow of the flowing medium is introduced to the mass flow sensor element 13.
  • the sensor device 1 can be used as an air mass sensor. Additionally or age ⁇ natively the sensor device 1 can for example be used as a pressure sensor. In this case, it has a pressure sensor element.
  • the printed circuit board 5 comprises a sensor element region 19. In the sensor element region of the printed circuit board 5, a temperature ⁇ sensor element 7 is arranged. Furthermore, the printed circuit board 5 comprises a decoupling region 21.
  • the housing 3 typically has a high thermal inertia. This can in particular affect a response time of the temperature sensor element 7. Therefore, it is important to decouple the sensor element portion 19 and in particular the Temperatursen ⁇ sorelement 7 of the housing 3 thermally.
  • the decoupling region 21 is adapted to decouple the sensor element ⁇ area 19 of the housing 3 thermally. A thermal decoupling between the sensor element region 19 and the housing 3 contributes to the fact that the temperature of the fluid ⁇ flow of the flowing medium can be determined independently of a temperature of the housing 3. In particular, the on ⁇ speaking time of the temperature sensor element 7 can be shortened so.
  • the sensor element portion 19 of the printed circuit board 5 and the Ent ⁇ coupling region 21 of the printed circuit board 5 are formed 17 of the printed circuit board 5 in the form of a bulge.
  • the bulge 17 may be formed, for example, rod-shaped.
  • a length of the bulge 17 can help to thermally decouple the sensor element region 19 of the printed circuit board 5 from the housing 3.
  • a height and a width of the bulge 17 may contribute to the thermal decoupling.
  • the bulge 17 can zen, for example, wedge-shaped zuspit.
  • the printed circuit board 5 further comprises a Ausreteelektronik- area 23. In the Ausreteelektronik Scheme 23 of Porterplat ⁇ te 5 evaluation electronics 9 is arranged.
  • the printed circuit board 5 furthermore comprises an electrically conductive ground layer in the evaluation electronics area 23.
  • the ground layer is not shown on a rear side of the circuit board 5 at ⁇ and sorted.
  • the mass layer may ⁇ example, be formed as a reference potential of the electronic evaluation unit 9 or another electrical component.
  • the ground layer can enable a shielding of interference signals and contribute to an electromagnetic compatibility of the sensor device 1.
  • the ground layer is formed, for example, made of copper.
  • the electrically conductive ground layer is typically characterized ⁇ by a good thermal conductivity.
  • the decoupling region 21 is formed such that a ratio of a portion of the ground layer in the decoupling region 21 relative to an area of the decoupling region 21 is formed. lung portion 21 is smaller a proportion of the bulk layer obtained as in the Ausreteelektronik Scheme 23 on a surface of the Ausreteelektronik Schemes 23.
  • the thermal isolation can be particularly easily and effectively be obtained when the ground layer is, for example under ⁇ broken in the decoupling region 21st
  • a further Mas ⁇ se slaughter thermally decoupled from the ground layer may be formed in the sensor element region 19.
  • a local heat conduction of the further ground layer in the sensor element region 19 has a favorable effect on the response time of the temperature sensor element 7.
  • the local heat conduction has a particularly favorable effect on the response time of the temperature sensor element 7, when the further mass ⁇ layer has a low mass, for example, is designed to be particularly thin.
  • the housing 3 further has a recess 15.
  • the recess 15 of the housing 3 is formed so that the bulge 17 of the circuit board 5 of the fluid flow of the flowing medium is set from ⁇ .
  • the housing 3 may be formed to a ge ⁇ suitable flow guidance, so that the book From ⁇ tung 17 is subjected to the fluid flow.
  • the temperature ⁇ sensor element 7 is arranged in the sensor element region 19 of the Lei ⁇ terplatte 5 on the bulge 17 of the circuit board 5 such that the temperature of the fluid flow of the flowing medium can be reliably determined.
  • the temperature sensor element 7 is arranged outside a dead zone of the fluid ⁇ flow.
  • the temperature sensor ⁇ element 7 is preferably arranged for this purpose on an end face of the sensor device 1 with respect to the main flow direction la of the flowing medium.
  • the housing 3 is designed to seal the recess 15 such that, in particular, the evaluation electronics area 23 of the printed circuit board 5 is protected against environmental influences.
  • Environmental influences include, for example, separated particles, in particular, water droplets or drops of oil which may be contained in the flowing medium in the main channel.
  • the temperature sensor element 7 may have a coating.
  • the coating can contribute, for example, to protect the temperature sensor element 7 against environmental influences.
  • the coating may, for example, also be arranged at least partially on the printed circuit board 5 and help to at least partially protect the printed circuit board 5 and components arranged on the printed circuit board 5 from environmental influences.
  • the temperature sensor element 7 and / or at least partially the circuit board 5 and / or arranged on the circuit board 5 components may preferably be coated in one step.
  • the coating can be formed for example by a lacquer or a sealant, so for example by so-called conformal coating based on silicone or epoxy resin.
  • the temperature sensor element 7 is preferably designed as a temperature-dependent resistor, for example as a PTC resistor or as an NTC resistor, or comprises, for example, a diode. Furthermore, the temperature sensor element 7 is preferably formed in chip design. The temperature sensor element 7 can be manufactured inexpensively. Furthermore, the temperature sensor element 7 can be fixed mechanically via the printed circuit board 5, free of mechanical fixation or support by the housing 3.
  • the temperature sensor element 7 is preferably mechanically fixed by means of a soldered connection with one or more conductor tracks arranged on the sensor element region 19 of the printed circuit board 5. About the mechanically fixing solder joint, the temperature sensor element 7 can be contacted electrically. Alter ⁇ natively or additionally, the temperature sensor element 7 may be electrically contacted, for example via bonding wires, press-fit pins or solder pins. By means of the one or more tracks, which is or are arranged on the circuit board 5, the temperature sensor element 7 is electrically coupled, for example, with the evaluation ⁇ electronics 9. The evaluation electronics 9 can furthermore be electrically coupled to the mass flow sensor element 13.
  • the one or more interconnects may or may be formed of copper, for example. Example ⁇ as is or the conductor tracks are designed as so-called leadframe.
  • the evaluation electronics 9 can be designed to evaluate a measurement signal of the temperature sensor element 7.
  • the evaluation electronics 9 can also be designed to evaluate a measurement signal of the mass flow sensor element 13.
  • Figure 2 shows a second embodiment of the Sensorvor ⁇ direction 1 for determining the temperature of the flowing medium.
  • the housing 3 of the sensor device 1 according to the second exporting ⁇ approximately example a rounded recess 15 °.
  • the sensor element region 19 and the isolation region 21 protrude in the rounded recess 15 of the housing. 3
  • the decoupling region 21 has at least one recess 25.
  • the recess 25 is preferably formed such that a surface of the recess 25 tapers toward a periphery of the printed circuit board 5.
  • the at least one recess 25 may be trapezoidal, for example.
  • the at least one recess 25 in the decoupling region 21 of the printed circuit board 5 helps to decouple the sensor element portion 19 and in particular the Temperatursen ⁇ sorelement thermally 7 of the housing. 3 May further contribute at least one recess 25 in the Ent ⁇ coupling region 21, for example to the transmitter sorelement Scheme 19 of the circuit board 5 thermally decouple from the transmitter 9.
  • the at least one recess 25 is formed such that it is flowed through by the fluid flow of the flowing medium.
  • the response time of the temperature sensor element is kept low and particularly we ⁇ kungsvoll contributed to the thermal decoupling between the sensor ⁇ element region 19 and the housing 3.
  • Figure 3 shows a third embodiment of the Sensorvor ⁇ direction 1 for determining the temperature of the flowing medium.
  • the bulge 17 of the circuit board 5 is formed so that it projects into the flow channel 11.
  • the temperature sensor element 7 is arranged in the sensor element region 19 on the bulge 17 of the printed circuit board 5 in the flow channel 11.
  • the fluid flow of the flowing medium comes close to a flow through the flow channel 11 to the temperature ⁇ tursensorelement. 7
  • a housing dimension of the housing 3 can be kept compact by the arrangement of the sensor device 1 of the third
  • the sensor device may comprise any combination ⁇ nation of the features of the first, second and third guide From ⁇ example.
  • the Sen ⁇ sorelektronik Scheme 19 and the decoupling region 21 as shown in Figure 2 may be formed on a corner of the circuit board. 5 Instead of the bulge 17 as in FIG. 3, the corner can protrude into the flow channel 11, which in turn can have the flow guide from FIG.
  • the ground layer mentioned in the first embodiment may be formed both in the first and third embodiments. It may be advantageous if a filigree support of the sensor electronics region 19 and / or the decoupling region 21 takes place on the housing 3. This can be beneficial in terms of vibration resistance.

Abstract

The invention relates a sensor device (1) for measuring a temperature of a flowing medium, comprising a housing (3), in which a printed circuit board (5) is at least partially arranged, a temperature sensor element (7) being mechanically held in place in a predetermined sensor element region (19) of the printed circuit board (5) and not being held in place by means of the housing (3), and the printed circuit board (5) being designed in such a way that the temperature sensor element (7) is exposed to a fluid flow of the flowing medium.

Description

Beschreibung description
Sensorvorrichtung zum Ermitteln einer Temperatur Sensor device for determining a temperature
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zum Ermitteln einer Temperatur. The present invention relates to a sensor device for determining a temperature.
Sensorvorrichtungen zum Ermitteln einer Temperatur werden auf unterschiedlichen Gebieten eingesetzt. Beispielsweise werden Sensorvorrichtungen zum Ermitteln einer Temperatur in Ansaug¬ leitungen von Brennkraftmaschinen eingesetzt zum Ermitteln einer Ansauglufttemperatur einer durchströmenden Luft. In Brennkraft¬ maschinen mit Kraftstoffeinspritzung dient die Ansaugluft¬ temperatur zum Ermitteln einer Menge einer Kraftstoffein¬ spritzung . Sensor devices for determining a temperature are used in different fields. For example, sensor devices are used for determining a temperature in ¬ suction pipes of internal combustion engines for detecting an intake air temperature of air flowing through. In internal combustion ¬ machine with fuel injection, the intake air temperature ¬ is used to determine an amount of a Kraftstoffein ¬ spraying.
In Verbindung mit Luftmassensensoren werden Sensorvorrichtungen zum Ermitteln einer Temperatur eingesetzt zum Ermitteln einer Durchflussmenge von Luft, die in einer Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine oder in Richtung eines Brenners strömt, oder eines Brenngases, das durch ein Gasmessgerät hindurchströmt zum Ermitteln der Menge eines Gasverbrauchs. In conjunction with air mass sensors, sensor devices are used for determining a temperature for determining a flow rate of air flowing in an intake pipe of an internal combustion engine or in the direction of a burner, or a fuel gas flowing through a gas meter for determining the amount of gas consumption.
Aus DE 10 2006 024 745 AI ist eine Massenstromsensorvorrichtung bekannt, die ein Temperatursensorelement aufweist, das zum Erfassen einer Temperatur eines strömenden Mediums in einem Massenstromsensor vorgesehen ist . Das strömende Medium wird über eine Ausnehmung in einer Halterung der Massenstromsensorvor¬ richtung zu dem Temperatursensorelement hingeleitet. From DE 10 2006 024 745 AI a mass flow sensor device is known which has a temperature sensor element which is provided for detecting a temperature of a flowing medium in a mass flow sensor. The flowing medium is passed via a recess in a holder of the Massenstromsensorvor ¬ direction to the temperature sensor element.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, eine Sensorvorrichtung zu schaffen, die eine zuverlässige Tempe- raturmessung ermöglicht. The object underlying the invention is to provide a sensor device which enables a reliable temperature measurement.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet . Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Sensorvorrichtung zum Ermitteln einer Temperatur eines strömenden Mediums . Die Sensor¬ vorrichtung umfasst ein Gehäuse, in dem zumindest teilweise eine Leiterplatte angeordnet ist. Ein Temperatursensorelement ist frei von einer Fixierung durch das Gehäuse an einem vorgegebenen Sensorelementbereich der Leiterplatte mechanisch fixiert. Die Leiterplatte ist derart ausgebildet, dass das Temperatursen¬ sorelement einer Fluidströmung des strömenden Mediums ausgesetzt ist . The object is solved by the features of the independent claim. Advantageous embodiments of the invention are characterized by the subclaims. The invention is characterized by a sensor device for determining a temperature of a flowing medium. The sensor ¬ device comprises a housing in which at least partially a circuit board is arranged. A temperature sensor element is mechanically fixed free from a fixation by the housing at a predetermined sensor element area of the printed circuit board. The circuit board is configured such that the Temperatursen ¬ sorelement a fluid flow of the flowing medium is exposed.
Auf diese Weise ist gewährleistet, dass das Temperatursensor¬ element an der Leiterplatte mechanisch fixiert ist. Dadurch ist eine Fixierung an dem Gehäuse nicht erforderlich, was sich als vorteilhaft gezeigt hat, da das Gehäuse typischerweise eine hohe thermische Trägheit aufweist. Im Gegensatz zu Temperatursen¬ sorelementen, die durch das Gehäuse mechanisch fixiert oder gestützt werden und die durch Widerstandsschweißen oder eine Lötverbindung oder zusätzliche elektrische Verbindungen elek¬ trisch kontaktiert werden, trägt die mechanischen Fixierung des Temperatursensorelements an der Leiterplatte dazu bei, dass sich die thermische Trägheit des Gehäuses auf eine Ansprechzeit des Temperatursensorelements besonders gering auswirkt. In this way it is ensured that the temperature sensor ¬ element is mechanically fixed to the circuit board. As a result, a fixation on the housing is not required, which has proved to be advantageous because the housing typically has a high thermal inertia. Unlike Temperatursen ¬ sorelementen which are mechanically fixed through the housing or supported and which can be contacted by elec ¬ cally by resistance welding or solder joint or additional electrical connections, the mechanical fixing the temperature sensing element to the circuit board contributes to the thermal inertia the housing has a particularly low effect on a response time of the temperature sensor element.
Das Temperatursensorelement umfasst gegebenenfalls auch ein Fixierungselement, über das die mechanische Fixierung des Temperatursensorelements an der Leiterplatte erfolgt. If necessary, the temperature sensor element also includes a fixing element, via which the mechanical fixing of the temperature sensor element to the printed circuit board takes place.
Damit das Temperatursensorelement insbesondere während eines bestimmungsgemäßen Betriebs der Fluidströmung des strömenden Mediums ausgesetzt ist, ist das Temperatursensorelement au¬ ßerhalb eines Totbereichs der Fluidströmung angeordnet. Thus, the temperature sensor element is particularly exposed during a normal operation of the fluid flow of the flowing medium, the temperature sensor element au ¬ ßerhalb a dead zone of the fluid flow is arranged.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Temperatursen¬ sorelement mittels einer Lötverbindung mit der Leiterplatte mechanisch gekoppelt. Dies ermöglicht eine einfache mechanische Fixierung über die Leiterplatte. Des Weiteren können so eine mechanische Kopplung und eine elektrische Kopplung in einem einzigen Montageschritt vereint werden. In an advantageous embodiment of the Temperatursen ¬ sorelement is mechanically coupled by means of a solder connection to the circuit board. This allows a simple mechanical fixation on the circuit board. Furthermore, such a mechanical coupling and electrical coupling are combined in a single assembly step.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Leiterplatte einen vorgegebenen Entkopplungsbereich auf. Der Entkopplungsbereich ist so ausgebildet, dass er dazu beiträgt, den vorgegebenen Sensorelementbereich der Leiterplatte von dem Gehäuse thermisch zu entkoppeln. Eine thermische Entkopplung des Sensorelementbereichs von dem Gehäuse hat beispielsweise den Vorteil, dass sich die thermische Trägheit des Gehäuses besonders gering auf die Ansprechzeit des Temperatursensorelements auswirkt . According to a further advantageous embodiment, the circuit board on a predetermined decoupling region. The decoupling region is configured to thermally decouple the predetermined sensor element region of the circuit board from the housing. A thermal decoupling of the sensor element region from the housing has the advantage, for example, that the thermal inertia of the housing has a particularly small effect on the response time of the temperature sensor element.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Lei- terplatte in dem vorgegebenen Entkopplungsbereich mindestens eine Ausnehmung auf. Dies hat den Vorteil, dass dadurch eine thermisch leitende Fläche der Leiterplatte zwischen dem Sen¬ sorelementbereich, insbesondere dem Temperatursensorelement, und dem Gehäuse verringert wird. Es hat sich gezeigt dass die thermische Entkopplung zwischen dem Sensorelementbereich und dem Gehäuse dadurch besonders einfach herstellbar und wirkungsvoll im Hinblick auf die thermische Entkopplung ist. In a further advantageous embodiment, the printed circuit board in the predetermined decoupling region at least one recess. This has the advantage that thereby a thermally conductive surface of the circuit board between the Sen ¬ sorelementbereich, in particular the temperature sensor element, and the housing is reduced. It has been found that the thermal decoupling between the sensor element region and the housing is thereby particularly easy to manufacture and effective with respect to the thermal decoupling.
Die mindestens eine Ausnehmung kann beispielsweise schlitzförmig oder trapezförmig ausgebildet sein. In vorteilhafter Weise ist die mindestens eine Ausnehmung so ausgebildet, dass sie von der Fluidströmung durchströmt ist. Auf diese Weise wird besonders wirkungsvoll die Ansprechzeit des Temperatursensorelements gering gehalten und ein Beitrag geleistet für die thermische Entkopplung des Sensorelementbereichs von dem Gehäuse. The at least one recess may for example be slit-shaped or trapezoidal. Advantageously, the at least one recess is formed such that it is flowed through by the fluid flow. In this way, the response time of the temperature sensor element is particularly effectively kept low and made a contribution to the thermal decoupling of the sensor element region of the housing.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind der vor¬ gegebene Sensorelementbereich der Leiterplatte und der Ent¬ kopplungsbereich der Leiterplatte in Form einer Ausbuchtung der Leiterplatte ausgebildet. Insbesondere durch eine geometrische Ausgestaltung der Ausbuchtung der Leiterplatte, beispielsweise durch eine Länge der Ausbuchtung, eine Breite der Ausbuchtung und eine Tiefe der Ausbuchtung, kann besonders wirkungsvoll ein Beitrag geleistet werden für eine gute thermische Entkopplung. Des Weiteren trägt die Ausbuchtung dazu bei, dass das Tempe¬ ratursensorelement geeignet in die Fluidstromung des strömenden Mediums ragt . Beispielsweise kann die Ausbuchtung aus dem Gehäuse ragen, um wirkungsvoll zu der thermischen Entkopplung beizu¬ tragen . In a further advantageous refinement of the given before ¬ sensor element portion of the circuit board and the Ent ¬ coupling region of the printed circuit board are formed in the form of a bulge of the circuit board. In particular, by a geometric configuration of the bulge of the circuit board, for example by a length of the bulge, a width of the bulge and a depth of the bulge, a contribution can be made particularly effective for a good thermal decoupling. Furthermore, the bulge contributes to the fact that the temperature sensor element Tempe ¬ suitable projects into the fluid flow of the flowing medium. For example, the protrusion may project from the housing to carry effectively to the thermal decoupling beizu ¬.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Aus¬ buchtung stabförmig ausgebildet. Die stabförmige Ausbildung kann auch als stegförmige Ausbildung bezeichnet werden. Insbesondere eine geeignete Länge des Stabes kann besonders wirkungsvoll zu der thermischen Entkopplung beitragen. In a further advantageous embodiment, the Aus ¬ bucht is rod-shaped. The rod-shaped design can also be referred to as a web-shaped design. In particular, a suitable length of the rod can contribute particularly effectively to the thermal decoupling.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Aus¬ buchtung keilförmig ausgebildet. Beispielsweise verjüngt sich die Ausbuchtung hin zu einer Peripherie der Ausbuchtung. Dies trägt zu einer mechanischen Stabilität der Ausbuchtung bei. In a further advantageous embodiment, the Aus ¬ bucht is wedge-shaped. For example, the bulge tapers toward a periphery of the bulge. This contributes to a mechanical stability of the bulge.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Aus¬ werteelektronik in einem vorgegebenen Auswerteelektronikbereich auf der Leiterplatte angeordnet. Die Auswerteelektronik kann beispielsweise elektrisch mit dem Temperatursensorelement gekoppelt sein. Dies hat den Vorteil, dass eine Auswertung eines Messsignals des Temperatursensorelements beispielsweise digital in der Sensorvorrichtung erfolgt. In a further advantageous embodiment an off ¬ evaluation electronics is arranged in a predetermined Auswerteelektronikbereich on the circuit board. For example, the evaluation electronics can be electrically coupled to the temperature sensor element. This has the advantage that an evaluation of a measurement signal of the temperature sensor element takes place, for example, digitally in the sensor device.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Auswerteelektronikbereich der Leiterplatte eine elektrisch leitende Masseschicht. Der vorgegebene Entkopplungsbereich ist so ausgebildet, dass er dazu beiträgt, den vorgegebenen Sen¬ sorelementbereich der Leiterplatte von der Masseschicht in dem Auswerteelektronikbereich thermisch zu entkoppeln. Die Masse¬ schicht kann beispielsweise als Bezugspotential oder zum Ab¬ schirmen von Störsignalen ausgebildet sein. Die elektrisch leitende Masseschicht zeichnet sich typischerweise durch eine gute thermische Leitfähigkeit aus. Daher ist es von besonderer Wichtigkeit, die Masseschicht in dem Auswerteelektronikbereich der Leiterplatte thermisch von dem Sensorelektronikbereich zu entkoppeln . In a further advantageous embodiment, the evaluation electronics region of the printed circuit board comprises an electrically conductive ground layer. The predetermined decoupling region is formed so that it helps to decouple the predetermined Sen ¬ sorelementbereich the circuit board of the mass layer in the thermally Auswerteelektronikbereich. The ground ¬ layer can be formed, for example, as a reference potential or for shielding ¬ from interference signals. The electrically conductive ground layer is typically characterized by good thermal conductivity. That's why it's special Importance of thermally decoupling the ground layer in the Auswerteelektronikbereich the circuit board from the sensor electronics area.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sensor¬ elementbereich der Leiterplatte in einer Aussparung des Gehäuses angeordnet. Das Gehäuse ist so ausgebildet, dass das Tempera¬ tursensorelement der Fluidströmung durch eine geeignete In a further advantageous embodiment, the sensor ¬ element region of the circuit board is arranged in a recess of the housing. The housing is designed so that the tempera ¬ tursensorelement the fluid flow through a suitable
Strömungsführung ausgesetzt ist. Ferner ist das Gehäuse dabei beispielsweise so ausgebildet, dass der Auswerteelektronik¬ bereich der Leiterplatte vor Umwelteinflüssen geschützt bleibt. Durch eine geeignete Ausgestaltung der Aussparung können so beispielsweise die Leiterplatte und das Gehäuse kostengünstig hergestellt werden. Flow guidance is exposed. Further, the casing is for example formed here is that the transmitter ¬ area of the circuit board is protected from environmental influences. By a suitable configuration of the recess so, for example, the circuit board and the housing can be produced inexpensively.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Tempe¬ ratursensorelement an einer Stirnseite der Sensorvorrichtung bezüglich einer HauptStrömungsrichtung des strömenden Mediums angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Temperatur des strömenden Mediums zuverlässig ermittelt werden kann. Die Ansprechzeit des Temperatursensorelements kann so besonders kurz gehalten werden. Insbesondere wird durch die Anordnung an der Stirnseite der Sensorvorrichtung der Totbereich der Fluid¬ strömung des strömenden Mediums vermieden. In a further advantageous embodiment, the Tempe ¬ temperature sensor element is disposed on an end face of the sensor device with respect to a main flow direction of the flowing medium. This has the advantage that the temperature of the flowing medium can be reliably determined. The response time of the temperature sensor element can be kept so short. In particular, is avoided by the arrangement on the front side of the sensor device, the dead zone of the fluid ¬ flow of the flowing medium.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Sensor¬ vorrichtung mindestens ein Massenstromsensorelement auf, dessen Messsignal repräsentativ ist für einen Massenstrom der Flu¬ idströmung. Dies hat den Vorteil, dass in Kombination mit dem Temperatursensorelement beispielsweise eine Luftmasse besonders zuverlässig ermittelt werden kann. In a further advantageous embodiment, the sensor device ¬ at least one mass flow sensor element whose measurement signal is representative of a mass flow of Flu ¬ idströmung. This has the advantage that in combination with the temperature sensor element, for example, an air mass can be determined particularly reliable.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Sen¬ sorvorrichtung einen Strömungskanal auf. Der Strömungskanal ist zu einer Strömungsführung der Fluidströmung von einem Einlass in dem Gehäuse zu einem Auslass in dem Gehäuse ausgebildet. Der Sensorelementbereich der Leiterplatte ragt zumindest teilweise in den Strömungskanal hinein. Dies trägt dazu bei, dass die Sensorvorrichtung kompakt ausgebildet sein kann, insbesondere im Hinblick auf ein Erfassen eines Massenstroms. In diesem Fall ist mindestens ein Massenstromsensorelement in dem Strömungskanal angeordnet . In a further advantageous embodiment, the Sen ¬ sorvorrichtung on a flow channel. The flow channel is configured to flow the flow of fluid from an inlet in the housing to an outlet in the housing. The sensor element region of the printed circuit board protrudes at least partially into the flow channel. This contributes to the fact that the sensor device can be made compact, in particular with regard to detecting a mass flow. In this case, at least one mass flow sensor element is arranged in the flow channel.
Das Temperatursensorelement kann derart in dem Strömungskanal angeordnet sein, dass es ein gegebenenfalls besonders günstiges Strömungsverhältnis auf Grund der Strömungsführung des Strö¬ mungskanals nutzt. The temperature sensing element may be arranged in the flow channel, that it uses an optionally particularly favorable flow ratio due to the flow of the Strö ¬ mung channel.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das mindestens eine Massenstromsensorelement in dem Strömungskanal angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Fluidströmung des strömenden Mediums an das Massenstromelement heranreicht. Der Strömungs¬ kanal kann auch als Bypass bezeichnet werden. In a further advantageous embodiment, the at least one mass flow sensor element is arranged in the flow channel. This has the advantage that the fluid flow of the flowing medium reaches the mass flow element. The flow ¬ channel may be referred to as a bypass.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Tempe¬ ratursensorelement in Chip-Bauform ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass das Temperatursensorelement bei der mechanischen Fixierung des Temperatursensorelements an der Leiterplatte frei von der Führung durch das Gehäuse stabil in der Fluidströmung positioniert ist. In a further advantageous embodiment, the Tempe ¬ temperature sensor element is formed in chip design. This has the advantage that the temperature sensor element is positioned in the fluid flow in the mechanical fixation of the temperature sensor element to the circuit board free of the guide through the housing.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Tem¬ peratursensorelement eine Beschichtung auf. Die Beschichtung kann beispielsweise durch einen Lack oder eine Dichtmasse ausgebildet sein, so zum Beispiel durch sogenanntes Conformal Coating auf Silikonbasis oder Epoxydharzbasis. In vorteilhafter Weise ist das Temperatursensorelement so gegen Umwelteinflüsse geschützt . In a further advantageous embodiment, the Tem ¬ peratursensorelement a coating. The coating can be formed for example by a lacquer or a sealant, so for example by so-called conformal coating based on silicone or epoxy resin. Advantageously, the temperature sensor element is protected against environmental influences.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the schematic drawings.
Es zeigen: Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Sensorvor¬ richtung zum Ermitteln einer Temperatur, Show it: 1 shows a first embodiment of a Sensorvor ¬ direction for detecting a temperature,
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Sensorvorrichtung zum Ermitteln einer Temperatur, FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the sensor device for determining a temperature,
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Sensorvorrichtung zum Ermitteln einer Temperatur. 3 shows a third embodiment of the sensor device for determining a temperature.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren¬ übergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Elements of the same design or function are figures ¬ across denoted by the same reference numerals.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Sensor¬ vorrichtung 1 zum Ermitteln einer Temperatur eines strömenden Mediums. In der Regel handelt es sich bei diesem Medium um Luft, in der gegebenenfalls auch Partikel in fester oder flüssiger Form, wie beispielsweise Staub oder Wassertropfen enthalten sein können. Beispielsweise ist die Sensorvorrichtung 1 dazu vor¬ gesehen in einem Hauptkanal angeordnet zu sein, der ein An¬ saugkanal einer Brennkraftmaschine sein kann. Eine Haupt¬ strömungsrichtung la des strömenden Mediums in dem Hauptkanal ist durch einen Pfeil gekennzeichnet. 1 shows a first embodiment of a sensor ¬ device 1 for detecting a temperature of a flowing medium. In general, this medium is air, which may also contain particles in solid or liquid form, such as dust or water droplets. For example, the sensor device 1 is seen before ¬ seen to be arranged in a main channel, which may be an on ¬ intake duct of an internal combustion engine. A main ¬ flow direction la of the flowing medium in the main channel is indicated by an arrow.
Die Sensorvorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 3, in dem eine Leiterplatte 5 angeordnet ist. Die Leiterplatte 5 ist bei¬ spielsweise in einem Hohlraum des Gehäuses 3 fixiert. Das Gehäuse 3 kann einen Gehäuseboden und einen Gehäusedeckel umfassen. So wird beispielsweise eine einfache Montage der Leiterplatte 5 ermöglicht . The sensor device 1 comprises a housing 3, in which a printed circuit board 5 is arranged. The circuit board 5 is fixed in ¬ example in a cavity of the housing 3. The housing 3 may comprise a housing bottom and a housing cover. For example, a simple assembly of the printed circuit board 5 is made possible.
Das Gehäuse 3 weist ferner einen Strömungskanal 11 auf. Der Strömungskanal 11 ist zu einer Strömungsführung einer Fluid- strömung des strömenden Mediums von einem Einlass 27 in dem Gehäuse 3 zu einem Auslass 29 in dem Gehäuse 3 ausgebildet. Der Strömungskanal 11 ist durch eine Ausrichtung des Gehäuses 3 bevorzugt so angeordnet, dass der Einlass 27 des Strömungskanals 11 der HauptStrömungsrichtung la der Fluidströmung des strö¬ menden Mediums entgegengerichtet ist. The housing 3 also has a flow channel 11. The flow channel 11 is formed to flow guide a fluid flow of the flowing medium from an inlet 27 in the housing 3 to an outlet 29 in the housing 3. The flow channel 11 is preferably arranged by an orientation of the housing 3 so that the inlet 27 of the flow channel 11 of the main flow direction la of the fluid flow of the strö ¬ ing medium is directed opposite.
In dem Strömungskanal 11 ist ein Massenstromsensorelement 13 zumindest teilweise angeordnet. Der Strömungskanal 11 ist derart ausbildet, dass eine Fluidströmung des strömenden Mediums an das Massenstromsensorelement 13 herangeführt wird. In the flow channel 11, a mass flow sensor element 13 is at least partially arranged. The flow channel 11 is formed such that a fluid flow of the flowing medium is introduced to the mass flow sensor element 13.
Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel kann die Sensorvorrichtung 1 als Luftmassensensor eingesetzt werden. Zusätzlich oder alter¬ nativ kann die Sensorvorrichtung 1 beispielsweise auch als Drucksensor eingesetzt werden. In diesem Fall weist sie ein Drucksensorelement auf. As in the first embodiment, the sensor device 1 can be used as an air mass sensor. Additionally or age ¬ natively the sensor device 1 can for example be used as a pressure sensor. In this case, it has a pressure sensor element.
Die Leiterplatte 5 umfasst einen Sensorelementbereich 19. In dem Sensorelementbereich der Leiterplatte 5 ist ein Temperatur¬ sensorelement 7 angeordnet. Ferner umfasst die Leiterplatte 5 einen Entkopplungsbereich 21. The printed circuit board 5 comprises a sensor element region 19. In the sensor element region of the printed circuit board 5, a temperature ¬ sensor element 7 is arranged. Furthermore, the printed circuit board 5 comprises a decoupling region 21.
Das Gehäuse 3 weist typischerweise eine hohe thermische Trägheit auf. Diese kann sich insbesondere auf eine Ansprechzeit des Temperatursensorelements 7 auswirken. Daher ist es wichtig, den Sensorelementbereich 19 und insbesondere das Temperatursen¬ sorelement 7 von dem Gehäuse 3 thermisch zu entkoppeln. Der Entkopplungsbereich 21 ist dazu ausgebildet, den Sensorelement¬ bereich 19 von dem Gehäuse 3 thermisch zu entkoppeln. Eine thermische Entkopplung zwischen dem Sensorelementbereich 19 und dem Gehäuse 3 trägt dazu bei, dass die Temperatur der Fluid¬ strömung des strömenden Mediums unabhängig von einer Temperatur des Gehäuses 3 ermittelt werden kann. Insbesondere die An¬ sprechzeit des Temperatursensorelements 7 kann so verkürzt werden . The housing 3 typically has a high thermal inertia. This can in particular affect a response time of the temperature sensor element 7. Therefore, it is important to decouple the sensor element portion 19 and in particular the Temperatursen ¬ sorelement 7 of the housing 3 thermally. The decoupling region 21 is adapted to decouple the sensor element ¬ area 19 of the housing 3 thermally. A thermal decoupling between the sensor element region 19 and the housing 3 contributes to the fact that the temperature of the fluid ¬ flow of the flowing medium can be determined independently of a temperature of the housing 3. In particular, the on ¬ speaking time of the temperature sensor element 7 can be shortened so.
Der Sensorelementbereich 19 der Leiterplatte 5 und der Ent¬ kopplungsbereich 21 der Leiterplatte 5 sind in Form einer Ausbuchtung 17 der Leiterplatte 5 ausgebildet. Die Ausbuchtung 17 kann beispielsweise stabförmig ausgebildet sein. Eine Länge der Ausbuchtung 17 kann dazu beitragen, den Sensorelementbereich 19 der Leiterplatte 5 von dem Gehäuse 3 thermisch zu entkoppeln. Ferner können eine Höhe und eine Breite der Ausbuchtung 17 zu der thermischen Entkopplung beitragen. Um besonders wirkungsvoll zu der thermischen Entkopplung beizu¬ tragen, kann sich die Ausbuchtung 17 beispielsweise keilförmig zuspit zen . Die Leiterplatte 5 umfasst ferner einen Auswerteelektronik- bereich 23. In dem Auswerteelektronikbereich 23 der Leiterplat¬ te 5 ist eine Auswerteelektronik 9 angeordnet. The sensor element portion 19 of the printed circuit board 5 and the Ent ¬ coupling region 21 of the printed circuit board 5 are formed 17 of the printed circuit board 5 in the form of a bulge. The bulge 17 may be formed, for example, rod-shaped. A length of the bulge 17 can help to thermally decouple the sensor element region 19 of the printed circuit board 5 from the housing 3. Further, a height and a width of the bulge 17 may contribute to the thermal decoupling. To carry particularly effective to the thermal decoupling beizu ¬, the bulge 17 can zen, for example, wedge-shaped zuspit. The printed circuit board 5 further comprises a Auswerteelektronik- area 23. In the Auswerteelektronikbereich 23 of Leiterplat ¬ te 5 evaluation electronics 9 is arranged.
Die Leiterplatte 5 umfasst des Weiteren in dem Auswerteelek- tronikbereich 23 eine elektrisch leitende Masseschicht. Die Masseschicht ist auf einer Rückseite der Leiterplatte 5 an¬ geordnet und nicht dargestellt. Die Masseschicht kann beispiels¬ weise als Bezugspotential der Auswerteelektronik 9 oder eines weiteren elektrischen Bauteils ausgebildet sein. Ferner kann die Masseschicht ein Abschirmen von Störsignalen ermöglichen und zu einer elektromagnetischen Verträglichkeit der Sensorvorrichtung 1 beitragen. Die Masseschicht ist dazu beispielsweise aus Kupfer ausgebildet . Die elektrisch leitende Masseschicht zeichnet sich typischer¬ weise durch eine gute thermische Leitfähigkeit aus. Daher ist es von besonderer Wichtigkeit, die Masseschicht in dem Auswerte¬ elektronikbereich 23 der Leiterplatte 5 thermisch von dem Sensorelektronikbereich 19 zu entkoppeln. Dadurch wird ein Beitrag dazu geleistet, das Gehäuse 3 mit der hohen thermischen Trägheit von dem Temperatursensorelement 7 zu entkoppeln und so die kurze Ansprechzeit des Temperatursensorelements 7 zu ge¬ währleisten . Aus diesem Grund ist der Entkopplungsbereich 21 so ausgebildet, dass ein Verhältnis eines Anteils der Masseschicht in dem Entkopplungsbereich 21 bezogen auf eine Fläche des Entkopp- lungsbereichs 21 kleiner ist als ein Anteil der Masseschicht in dem Auswerteelektronikbereich 23 bezogen auf eine Fläche des Auswerteelektronikbereichs 23. Die thermische Entkopplung kann besonders einfach und wirkungsvoll erzielt werden, wenn die Masseschicht in dem Entkopplungsbereich 21 beispielsweise unter¬ brochen ist. The printed circuit board 5 furthermore comprises an electrically conductive ground layer in the evaluation electronics area 23. The ground layer is not shown on a rear side of the circuit board 5 at ¬ and sorted. The mass layer may ¬ example, be formed as a reference potential of the electronic evaluation unit 9 or another electrical component. Furthermore, the ground layer can enable a shielding of interference signals and contribute to an electromagnetic compatibility of the sensor device 1. The ground layer is formed, for example, made of copper. The electrically conductive ground layer is typically characterized ¬ by a good thermal conductivity. Therefore, it is of particular importance to decouple the mass layer in the evaluation electronics-¬ 23 of the printed circuit board 5 heat from the sensor electronics 19th This will contribute to decouple the housing 3 with the high thermal inertia of the temperature sensor element 7, and so the short response time of the temperature sensor element 7 to ge ¬ währleisten. For this reason, the decoupling region 21 is formed such that a ratio of a portion of the ground layer in the decoupling region 21 relative to an area of the decoupling region 21 is formed. lung portion 21 is smaller a proportion of the bulk layer obtained as in the Auswerteelektronikbereich 23 on a surface of the Auswerteelektronikbereichs 23. The thermal isolation can be particularly easily and effectively be obtained when the ground layer is, for example under ¬ broken in the decoupling region 21st
Eine von der Masseschicht thermisch entkoppelte weitere Mas¬ seschicht kann in dem Sensorelementbereich 19 ausgebildet sein. Gegebenenfalls wirkt sich eine lokale Wärmeleitung der weiteren Masseschicht in dem Sensorelementbereich 19 günstig auf die Ansprechzeit des Temperatursensorelements 7 aus. Die lokale Wärmeleitung wirkt sich besonders günstig auf die Ansprechzeit des Temperatursensorelements 7 aus, wenn die weitere Masse¬ schicht eine geringe Masse aufweist, so zum Beispiel besonders dünn ausgebildet ist. A further Mas ¬ seschicht thermally decoupled from the ground layer may be formed in the sensor element region 19. Optionally, a local heat conduction of the further ground layer in the sensor element region 19 has a favorable effect on the response time of the temperature sensor element 7. The local heat conduction has a particularly favorable effect on the response time of the temperature sensor element 7, when the further mass ¬ layer has a low mass, for example, is designed to be particularly thin.
Das Gehäuse 3 weist ferner eine Aussparung 15 auf. Die Aussparung 15 des Gehäuses 3 ist so ausgebildet, dass die Ausbuchtung 17 der Leiterplatte 5 der Fluidströmung des strömenden Mediums aus¬ gesetzt ist. Gegebenenfalls kann das Gehäuse 3 zu einer ge¬ eigneten Strömungsführung ausgebildet sein, sodass die Aus¬ buchtung 17 der Fluidströmung ausgesetzt ist. Das Temperatur¬ sensorelement 7 ist in dem Sensorelementbereich 19 der Lei¬ terplatte 5 an der Ausbuchtung 17 der Leiterplatte 5 derart angeordnet, dass die Temperatur der Fluidströmung des strömenden Mediums zuverlässig ermittelt werden kann. Insbesondere ist das Temperatursensorelement 7 außerhalb eines Totbereichs der Fluid¬ strömung angeordnet. Beispielsweise ist das Temperatursensor¬ element 7 zu diesem Zweck bevorzugt an einer Stirnseite der Sensorvorrichtung 1 bezüglich der HauptStrömungsrichtung la des strömenden Mediums angeordnet. The housing 3 further has a recess 15. The recess 15 of the housing 3 is formed so that the bulge 17 of the circuit board 5 of the fluid flow of the flowing medium is set from ¬ . Optionally, the housing 3 may be formed to a ge ¬ suitable flow guidance, so that the book From ¬ tung 17 is subjected to the fluid flow. The temperature ¬ sensor element 7 is arranged in the sensor element region 19 of the Lei ¬ terplatte 5 on the bulge 17 of the circuit board 5 such that the temperature of the fluid flow of the flowing medium can be reliably determined. In particular, the temperature sensor element 7 is arranged outside a dead zone of the fluid ¬ flow. For example, the temperature sensor ¬ element 7 is preferably arranged for this purpose on an end face of the sensor device 1 with respect to the main flow direction la of the flowing medium.
Das Gehäuse 3 ist dazu ausgebildet, die Aussparung 15 derart abzudichten, dass insbesondere der Auswerteelektronikbereich 23 der Leiterplatte 5 vor Umwelteinflüssen geschützt ist. Zu Umwelteinflüssen zählen beispielsweise abgeschiedene Partikel, insbesondere Wassertropfen oder auch Öltropfen, die in dem strömenden Medium in dem Hauptkanal enthalten sein können. The housing 3 is designed to seal the recess 15 such that, in particular, the evaluation electronics area 23 of the printed circuit board 5 is protected against environmental influences. Environmental influences include, for example, separated particles, in particular, water droplets or drops of oil which may be contained in the flowing medium in the main channel.
Aus diesem Grund kann das Temperatursensorelement 7 eine Be- Schichtung aufweisen. Die Beschichtung kann beispielsweise dazu beitragen, das Temperatursensorelement 7 gegen Umwelteinflüsse zu schützen. Die Beschichtung kann zum Beispiel auch zumindest teilweise auf der Leiterplatte 5 angeordnet sein und dazu beitragen, zumindest teilweise die Leiterplatte 5 und auf der Leiterplatte 5 angeordnete Bauteile vor Umwelteinflüssen zu schützen. Das Temperatursensorelement 7 und/oder zumindest teilweise die Leiterplatte 5 und/oder auf der Leiterplatte 5 angeordnete Bauteile können bevorzugt in einem Arbeitsschritt beschichtet werden. Die Beschichtung kann beispielsweise durch einen Lack oder eine Dichtmasse ausgebildet sein, so zum Beispiel durch sogenanntes Conformal Coating auf Silikonbasis oder Epoxydharzbasis . For this reason, the temperature sensor element 7 may have a coating. The coating can contribute, for example, to protect the temperature sensor element 7 against environmental influences. The coating may, for example, also be arranged at least partially on the printed circuit board 5 and help to at least partially protect the printed circuit board 5 and components arranged on the printed circuit board 5 from environmental influences. The temperature sensor element 7 and / or at least partially the circuit board 5 and / or arranged on the circuit board 5 components may preferably be coated in one step. The coating can be formed for example by a lacquer or a sealant, so for example by so-called conformal coating based on silicone or epoxy resin.
Das Temperatursensorelement 7 ist bevorzugt als temperatur- abhängiger Widerstand, beispielsweise als PTC-Widerstand oder als NTC-Widerstand ausgebildet, oder umfasst beispielsweise eine Diode. Ferner ist das Temperatursensorelement 7 bevorzugt in Chip-Bauform ausgebildet. Das Temperatursensorelement 7 kann dadurch kostengünstig hergestellt werden. Des Weiteren kann das Temperatursensorelement 7 so über die Leiterplatte 5 mechanisch fixiert sein, frei von einer mechanischen Fixierung oder einer Stützung durch das Gehäuse 3. The temperature sensor element 7 is preferably designed as a temperature-dependent resistor, for example as a PTC resistor or as an NTC resistor, or comprises, for example, a diode. Furthermore, the temperature sensor element 7 is preferably formed in chip design. The temperature sensor element 7 can be manufactured inexpensively. Furthermore, the temperature sensor element 7 can be fixed mechanically via the printed circuit board 5, free of mechanical fixation or support by the housing 3.
Das Temperatursensorelement 7 ist bevorzugt durch eine Löt- Verbindung mit einer oder mehreren auf dem Sensorelementbereich 19 der Leiterplatte 5 angeordneten Leiterbahnen mechanisch fixiert. Über die mechanisch fixierende Lötverbindung kann das Temperatursensorelement 7 elektrisch kontaktiert sein. Alter¬ nativ oder zusätzlich kann das Temperatursensorelement 7 beispielsweise über Bonddrähte, Press-Fit-Pins oder Lötpins, elektrisch kontaktiert sein. Mittels der einen oder mehreren Leiterbahnen, die auf der Leiterplatte 5 angeordnet ist beziehungsweise sind, ist das Temperatursensorelement 7 beispielsweise mit der Auswerte¬ elektronik 9 elektrisch gekoppelt. Die Auswerteelektronik 9 kann ferner elektrisch mit dem Massenstromsensorelement 13 gekoppelt sein. Die eine oder mehreren Leiterbahnen kann beziehungsweise können beispielsweise aus Kupfer ausgebildet sein. Beispiels¬ weise ist beziehungsweise sind die Leiterbahnen als sogenannter Leadframe ausgebildet. The temperature sensor element 7 is preferably mechanically fixed by means of a soldered connection with one or more conductor tracks arranged on the sensor element region 19 of the printed circuit board 5. About the mechanically fixing solder joint, the temperature sensor element 7 can be contacted electrically. Alter ¬ natively or additionally, the temperature sensor element 7 may be electrically contacted, for example via bonding wires, press-fit pins or solder pins. By means of the one or more tracks, which is or are arranged on the circuit board 5, the temperature sensor element 7 is electrically coupled, for example, with the evaluation ¬ electronics 9. The evaluation electronics 9 can furthermore be electrically coupled to the mass flow sensor element 13. The one or more interconnects may or may be formed of copper, for example. Example ¬ as is or the conductor tracks are designed as so-called leadframe.
Die Auswerteelektronik 9 kann dazu ausgebildet sein, ein Messsignal des Temperatursensorelements 7 auszuwerten. Die Auswerteelektronik 9 kann ferner dazu ausgebildet sein, ein Messsignal des Massenstromsensorelements 13 auszuwerten. The evaluation electronics 9 can be designed to evaluate a measurement signal of the temperature sensor element 7. The evaluation electronics 9 can also be designed to evaluate a measurement signal of the mass flow sensor element 13.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Sensorvor¬ richtung 1 zum Ermitteln der Temperatur des strömenden Mediums. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 3 der Sensorvorrichtung 1 gemäß dem zweiten Ausfüh¬ rungsbeispiel eine abgerundete Aussparung 15 auf. Ein Eck der Leiterplatte 5 bildet den Sensorelementbereich 19 der Leiter¬ platte 5 und den Entkopplungsbereich 21 der Leiterplatte 5. Der Sensorelementbereich 19 und der Entkopplungsbereich 21 ragen in die abgerundete Aussparung 15 des Gehäuses 3. Figure 2 shows a second embodiment of the Sensorvor ¬ direction 1 for determining the temperature of the flowing medium. In contrast to the first embodiment, the housing 3 of the sensor device 1 according to the second exporting ¬ approximately example a rounded recess 15 °. A corner of the printed circuit board 5 forming the sensor element portion 19 of the conductor ¬ plate 5 and the isolation region 21 of the printed circuit board 5. The sensor element region 19 and the isolation region 21 protrude in the rounded recess 15 of the housing. 3
Der Entkopplungsbereich 21 weist mindestens eine Ausnehmung 25 auf. Die Ausnehmung 25 ist bevorzugt derart ausgebildet, dass sich eine Fläche der Ausnehmung 25 hin zu einer Peripherie der Leiterplatte 5 verjüngt. Die mindestens eine Ausnehmung 25 kann beispielsweise trapezförmig sein. In vorteilhafter Weise kann die mindestens eine Ausnehmung 25 beispielsweise auch The decoupling region 21 has at least one recess 25. The recess 25 is preferably formed such that a surface of the recess 25 tapers toward a periphery of the printed circuit board 5. The at least one recess 25 may be trapezoidal, for example. Advantageously, the at least one recess 25, for example, also
schlitzförmig sein. Die mindestens eine Ausnehmung 25 in dem Entkopplungsbereich 21 der Leiterplatte 5 trägt dazu bei, den Sensorelementbereich 19 und insbesondere das Temperatursen¬ sorelement 7 thermisch von dem Gehäuse 3 zu entkoppeln. Des Weiteren kann die mindestens eine Ausnehmung 25 in dem Ent¬ kopplungsbereich 21 beispielsweise dazu beitragen, den Sen- sorelementbereich 19 der Leiterplatte 5 thermisch von der Auswerteelektronik 9 zu entkoppeln. be slit-shaped. The at least one recess 25 in the decoupling region 21 of the printed circuit board 5 helps to decouple the sensor element portion 19 and in particular the Temperatursen ¬ sorelement thermally 7 of the housing. 3 May further contribute at least one recess 25 in the Ent ¬ coupling region 21, for example to the transmitter sorelementbereich 19 of the circuit board 5 thermally decouple from the transmitter 9.
In vorteilhafter Weise ist die mindestens eine Ausnehmung 25 so ausgebildet, dass sie von der Fluidströmung des strömenden Mediums durchströmt ist. Dadurch wird die Ansprechzeit des Temperatursensorelements gering gehalten und besonders wir¬ kungsvoll zu der thermischen Entkopplung zwischen dem Sensor¬ elementbereich 19 und dem Gehäuse 3 beigetragen. Advantageously, the at least one recess 25 is formed such that it is flowed through by the fluid flow of the flowing medium. As a result, the response time of the temperature sensor element is kept low and particularly we ¬ kungsvoll contributed to the thermal decoupling between the sensor ¬ element region 19 and the housing 3.
Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Sensorvor¬ richtung 1 zum Ermitteln der Temperatur des strömenden Mediums. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Ausbuchtung 17 der Leiterplatte 5 so ausgebildet, dass sie in den Strömungskanal 11 ragt. Figure 3 shows a third embodiment of the Sensorvor ¬ direction 1 for determining the temperature of the flowing medium. In contrast to the first embodiment and the second embodiment, the bulge 17 of the circuit board 5 is formed so that it projects into the flow channel 11.
Das Temperatursensorelement 7 ist in dem Sensorelementbereich 19 auf der Ausbuchtung 17 der Leiterplatte 5 in dem Strömungskanal 11 angeordnet. Die Fluidströmung des strömenden Mediums reicht bei einem Durchströmen des Strömungskanals 11 an das Tempera¬ tursensorelement 7 heran. In vorteilhafter Weise kann durch die Anordnung der Sensorvorrichtung 1 des dritten Ausführungsbei¬ spiels eine Gehäusedimension des Gehäuses 3 kompakt gehalten werden . The temperature sensor element 7 is arranged in the sensor element region 19 on the bulge 17 of the printed circuit board 5 in the flow channel 11. The fluid flow of the flowing medium comes close to a flow through the flow channel 11 to the temperature ¬ tursensorelement. 7 Advantageously, a housing dimension of the housing 3 can be kept compact by the arrangement of the sensor device 1 of the third Ausführungsbei ¬ game.
Prinzipiell kann die Sensorvorrichtung eine beliebige Kombi¬ nation der Merkmale aus dem ersten, zweiten und dritten Aus¬ führungsbeispiel aufweisen. So kann beispielsweise der Sen¬ sorelektronikbereich 19 und der Entkopplungsbereich 21 wie in Figur 2 gezeigt auf einem Eck der Leiterplatte 5 ausgebildet sein. Statt der Ausbuchtung 17 wie in Figur 3 kann das Eck in den Strömungskanal 11 ragen, der wiederum die Strömungsführung aus Figur 1 aufweisen kann. Ebenso kann beispielsweise die im ersten Ausführungsbeispiel genannte Masseschicht sowohl im ersten als auch dritten Ausführungsbeispiel ausgebildet sein. Es kann vorteilhaft sein, wenn eine filigrane Abstützung des Sensorelektronikbereichs 19 und/oder des Entkopplungsbereichs 21 an dem Gehäuse 3 erfolgt. Dies kann sich bezüglich einer Vibrationsbeständigkeit günstig auswirken. In principle, the sensor device may comprise any combination ¬ nation of the features of the first, second and third guide From ¬ example. For example, the Sen ¬ sorelektronikbereich 19 and the decoupling region 21 as shown in Figure 2 may be formed on a corner of the circuit board. 5 Instead of the bulge 17 as in FIG. 3, the corner can protrude into the flow channel 11, which in turn can have the flow guide from FIG. Likewise, for example, the ground layer mentioned in the first embodiment may be formed both in the first and third embodiments. It may be advantageous if a filigree support of the sensor electronics region 19 and / or the decoupling region 21 takes place on the housing 3. This can be beneficial in terms of vibration resistance.

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Sensorvorrichtung (1) zum Ermitteln einer Temperatur eines strömenden Mediums, mit einem Gehäuse (3) , in dem zumindest teilweise eine Leiterplatte (5) angeordnet ist, wobei ein Temperatursensorelement (7) frei von einer Fixierung durch das Gehäuse (3) an einem vorgegebenen Sensorelementbereich (19) der Leiterplatte (5) mechanisch fixiert ist und die Leiterplatte (5) derart ausgebildet ist, dass das Tempe¬ ratursensorelement (7) einer Fluidströmung des strömenden Mediums ausgesetzt ist, und die Leiterplatte (5) einen vorgegebenen Entkopplungsbereich (21) aufweist, der so ausgebildet ist, dass er dazu beiträgt, den vorgegebenen Sensorelementbereich (19) der Leiterplatte (5) von dem Gehäuse (3) thermisch zu entkoppeln. 1. Sensor device (1) for determining a temperature of a flowing medium, with a housing (3) in which a circuit board (5) is at least partially arranged, a temperature sensor element (7) being free of fixation by the housing (3). a predetermined sensor element area (19) of the circuit board (5) is mechanically fixed and the circuit board (5) is designed such that the temperature sensor element (7) is exposed to a fluid flow of the flowing medium, and the circuit board (5) has a predetermined decoupling area ( 21), which is designed such that it contributes to thermally decoupling the predetermined sensor element area (19) of the circuit board (5) from the housing (3).
2. Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der das Tem¬ peratursensorelement (7) mittels einer Lötverbindung mit der Leiterplatte (5) mechanisch gekoppelt ist. 2. Sensor device (1) according to claim 1, in which the Tem ¬ temperature sensor element (7) is mechanically coupled to the circuit board (5) by means of a soldered connection.
3. Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden An¬ sprüche, bei der die Leiterplatte (5) in dem vorgegebenen Entkopplungsbereich (21) mindestens eine Ausnehmung (25) aufweist . 3. Sensor device (1) according to one of the preceding claims , in which the circuit board (5) has at least one recess (25) in the predetermined decoupling area (21).
4. Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden An¬ sprüche, bei der der vorgegebene Sensorelementbereich (19) der Leiterplatte (5) und der Entkopplungsbereich (21) der Leiterplatte (5) in Form einer Ausbuchtung (17) der Leiterplatte (5) ausgebildet sind. 4. Sensor device (1) according to one of the preceding claims , in which the predetermined sensor element area (19) of the circuit board (5) and the decoupling area (21) of the circuit board (5) in the form of a bulge (17) of the circuit board (5) are trained.
5. Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 4, bei der die Aus¬ buchtung (17) stabförmig ausgebildet ist. 5. Sensor device (1) according to claim 4, in which the bulge (17) is rod-shaped.
6. Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, bei der die Ausbuchtung (17) keilförmig ausgebildet ist. 6. Sensor device (1) according to claim 4 or claim 5, in which the bulge (17) is wedge-shaped.
Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden An¬ sprüche, bei der eine Auswerteelektronik (9) in einem vorgegebenen Auswerteelektronikbereich (23) auf der Leiterplatte (5) angeordnet ist. Sensor device (1) according to one of the preceding claims , in which evaluation electronics (9) is arranged in a predetermined evaluation electronics area (23) on the circuit board (5).
Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 7, bei der die Lei¬ terplatte (5) in dem Auswerteelektronikbereich (23) der Leiterplatte (5) eine elektrisch leitende Masseschicht umfasst und der vorgegebene Entkopplungsbereich (21) so ausgebildet ist dass er dazu beiträgt, den vorgegebenen Sensorelementbereich (19) der Leiterplatte (5) von der Masseschicht in dem Auswerteelektronikbereich (23) thermisch zu entkoppeln. Sensor device (1) according to claim 7, in which the circuit board (5) in the evaluation electronics area (23) of the circuit board (5) comprises an electrically conductive mass layer and the predetermined decoupling area (21) is designed such that it contributes to the predetermined To thermally decouple the sensor element area (19) of the circuit board (5) from the ground layer in the evaluation electronics area (23).
Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, bei der der Sensorelementbereich (19) der Leiterplatte (3) in einer Aussparung (15) des Gehäuses (2) angeordnet ist. Sensor device (1) according to one of the preceding claims, in which the sensor element region (19) of the circuit board (3) is arranged in a recess (15) in the housing (2).
Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden An¬ sprüche, bei der das Temperatursensorelement (7) an einer Stirnseite der Sensorvorrichtung (1) bezüglich einer Haupt¬ strömungsrichtung (la) des strömenden Mediums angeordnet ist . Sensor device (1) according to one of the preceding claims , in which the temperature sensor element (7) is arranged on an end face of the sensor device (1) with respect to a main flow direction (la) of the flowing medium.
Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit mindestens einem Massenstromsensorelement (13), dessen Messsignal repräsentativ für einen Massenstrom der Flu¬ idstromung ist. Sensor device (1) according to one of the preceding claims with at least one mass flow sensor element (13), the measurement signal of which is representative of a mass flow of the fluid flow.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 11, mit einem Strömungs¬ kanal (11) zur Strömungsführung der Fluidstromung von einem Einlass (27) in dem Gehäuse (3) zu einem Auslass (29) in dem Gehäuse (3), wobei der Sensorelementbereich (19) der Leiterplatte (5) zumindest teilweise in den Strömungskanal (11) hineinragt. Sensor device according to claim 11, with a flow channel (11) for guiding the fluid flow from an inlet (27) in the housing (3) to an outlet (29) in the housing (3), the sensor element area (19) of the circuit board (5) at least partially protrudes into the flow channel (11).
13. Sensorvorrichtung nach Anspruch 11 und 12, bei der das mindestens eine Massenstromsensorelement (13) in dem Strömungskanal (11) angeordnet ist. 13. Sensor device according to claim 11 and 12, in which the at least one mass flow sensor element (13) is arranged in the flow channel (11).
14. Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden An¬ sprüche, bei der das Temperatursensorelement (7) eine Beschichtung aufweist. 14. Sensor device (1) according to one of the preceding claims , in which the temperature sensor element (7) has a coating.
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