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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Geräte
und Verfahren zur Messung von Massen eines in einer Leitung strömenden Fluides.
Derartige Geräte
werden auch als Durchflussmesser oder Massenströmungssensoren bezeichnet.
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Um einen optimalen Betrieb einer
Brennkraftmaschine zu ermöglichen
werden heutzutage elektronische Steuerungen eingesetzt. Typischerweise
umfassen elektronische Steuersysteme eine primäre Steuereinheit zur Verarbeitung
von Steueralgorithmen und eine Vielzahl von Sensoren, um Steuersignale
für die
primäre
Steuereinheit bereitzustellen. Ein besonders wichtiger Sensor für eine optimale
Motorsteuerung ist der Massenströmungssensor
zur Messung der Luftmenge, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
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Um einen optimalen Betrieb des Motors
zu gewährleisten,
ist es besonders wichtig, dass die Massenströmungsmessung sehr genau ist.
Die Massenströmungsmessung
wird von einem signifikanten Problem beeinflusst. Dies ist die Umkehrströmung oder
Rückfluss
der Luft in die Richtung entgegengesetzt zur Luftzuführung. Typischerweise
erkennen Massenströmungssensoren
die Strömung
von Luft sowohl in Vorwärts-
als auch in die umgekehrte Richtung in Bezug zum Lufteinlass. Darum
bewirkt die Umkehrströmung
eine ungenaue Massenströmungsmessung.
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Bekannte Massenströmungs-/
Luftströmungsgeräte haben
versucht dieses Problem durch Bereitstellung von Luftmassenströmungssensoren zu
lösen,
wie in dem US-Patent 5,563,340 von Clowater et al. offenbart. Dieses
Patent zeigt einen Luftmassenströmungssensor
mit einer U-förmigen
Luftpassage und einer länglich
zusammenlaufenden elliptischen Einlasskonfiguration, das hiermit
durch Referenz eingefügt
wird. Mit dieser Konfiguration wird die Messeffizienz erhöht und der
Effekt der Rückströmung auf
die Messung der Luftströmung
in die Brennkraftmaschine reduziert. Weiter wird mit einer derartigen
Konfiguration vorteilhafterweise sowohl ein niedriges Signal-Rauschverhältnis erreicht,
als auch eine hohe Geschwindigkeit über das Massenströmungssensorelement.
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Obwohl mit Massenströmungssensoren
aus dem Stand der Technik, wie in dem Patent von Clowater offenbart,
die Genauigkeit der Massenströmungsmessung
signifikant verbessert wird, ist immer noch eine weitere Verbesserung
notwendig, um andere Probleme zu lösen.
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Vor diesem Hintergrund ergibt sich
die Aufgabe der Erfindung, einen Massenströmungs-/Luftströmungssensor
anzugeben, der eine verbesserte und widerstandfähige Gehäusekonfiguration und eine geringe
Herstellungskomplexität
aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
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In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wird ein Massenströmungssensor
zur Bestimmung einer Luftmenge angegeben, die einer Brennkraftmaschine
zugeführt
wird. Der Massenströmungssensor
der vor liegenden Erfindung umfasst dabei ein externes Einlasslufttemperaturelement, welches
die Genauigkeit der Luftmengenmessung verbessert. Außerdem wird
mit einem externen Kaltleiterelement die Reaktionszeit verbessert.
Der Massenströmungssensor
der vorliegenden Erfindung weist ein verbessertes aerodynamisches
Design auf, welches einen niedrigeren Systemdruckabfall bewirkt.
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Außerdem wird eine einteilig
geformte isolierte Spritzdüse
mit einem darin angeordneten Heißleiterelement in einer röhrenförmigen Strömungspassage
eines Aufnahmebereichs des Gehäuses
angeordnet. Konsequenterweise wird ein verbesserter niedrigerer
innerer Strömungspassagendruckabfall erreicht.
Vorteilhafterweise wird mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung zusätzlich sowohl
ein verbessertes Signal-Rauschverhältnis als auch ein größerer dynamischer
Bereich erreicht. Mit der vorliegenden Erfindung wird weiterhin
ein verbessertes elektromagnetisches Interferenzverhalten erreicht.
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In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung weist der Massenströmungssensor eine
Düse mit
einer ringförmigen Öffnung oder
Einlass auf.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Steuerelektronik in einem länglich ausgedehnten
Bereich des Massenströmungssensorgehäuses oberhalb
des Aufnahmebereichs angeordnet. Dadurch erhält man einen in eine Baugruppe integrierten
Schaltkreishohlraum und einen Aufnahmebereich.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird eine U-förmig
geformte Strömungspassage
mit einem konstanten Biegeradius R zur Aufnahme einer Luftmenge
angegeben.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird ein Auslass der U-förmig geformten
Durchflusspassage bereitgestellt, der es er möglicht, dass das Fluid vom
Grund der Strömungspassage
als auch von den Seiten des Gehäuses
ausströmt.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist das Messelement innerhalb der Strömungspassage
am Ausgang oder Auslass der Spritzdüse angeordnet.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist das Messelement am Ausgang der zusammenlaufenden
Düse zentriert.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist die Steuerelektronik angrenzend zur
Strömungspassage
innerhalb des Schaltkreishohlraumes angeordnet.
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Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird
ein verbessertes Gehäuse
angegeben, welches eine verbesserte Strukturstabilität bereitstellt,
das in der Lage ist, den rauen Vibrationsumgebungen zu widerstehen
und bei dem die Herstellungskomplexität reduziert ist.
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Weitere Aufgaben, Eigenschaften und
Vorteile der Erfindung werden durch die Betrachtung der folgenden
Beschreibung und der beigefügten
Ansprüche
deutlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gesehen werden.
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1 zeigt
eine Explosionsansicht eines Massenströmungssensors gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Massenströmungssensorgehäuses gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Massenströmungssen sorgehäuseabdeckung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4a zeigt
eine perspektivische Innenansicht einer Massenströmungssensorgehäuseabdeckung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4b zeigt
eine perspektivische Außenansicht
des Gehäuses
der darauf angebrachten Gehäuseabdeckung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4c zeigt
eine perspektivische Ansicht des Gehäuses mit der darauf angebrachten
Gehäuseabdeckung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 zeigt
eine perspektivische Innenansicht einer Elektronikabdeckung für einen
Massenströmungssensor
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6 zeigt
eine Außenansicht
einer Elektronikabdeckung eines Massenströmungssensors gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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7a zeigt
eine perspektivische Ansicht eines vollständig montierten Massenströmungssensors
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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7b zeigt
eine Schnittdarstellung durch den Massenströmungssensors gem. 7a gemäß der vorliegenden Erfindung;
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8 zeigt
eine Schnittsdarstellung durch einen Luftansaugverteiler eines Fahrzeugs
und eine exemplarische Anordnung des Massenströmungssensors gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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9a – 9d zeigen perspektivische
Ansichten und Schnittdarstellungen durch ein alternatives Ausführungsbeispiel
eines Massenströmungssensors
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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9e zeigt
ein berechnetes Strömungsdynamikdiagramm
in dem die Strömungsrichtung
und -geschwindigkeit durch den Massenströmungssensor dargestellt sind;
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10 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Massenströmungssensors mit einem verbesserten
Sensorgehäuse
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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11a zeigt
eine perspektivische Ansicht des Massenströmungssensors und die Befestigungskonfiguration
der vorliegenden Erfindung;
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11b zeigt
eine Schnittdarstellung durch einen Massenströmungssensor und einen Leitungsanschluss
für die
Leitung, in der das Fluid/Luft geführt wird, mit einer Dreioberflächenkontaktdichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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12 zeigt
eine Schnittdarstellung eines Sensorgehäuses mit einer Kühlkörperabdeckung
gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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13 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
des Düsenausgangs
und Heizelementes, die in dem Gehäuse angeordnet sind, gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Im Folgenden wird auf die 1 und 2 Bezug genommen, die eine Explosionsansicht
und eine perspektivische Ansicht eines Massenströmungssensors 10 zur
Berechnung der Menge eines in einer Rohrleitung strömenden Fluides
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellen. Eine Anwendung oder Verwendung für einen
Sensor 10 ist die Messung der zugeführten Luftmenge in eine nicht
dargestellte Brennkraftmaschine. Die vorliegende Erfindung umfasst
jedoch auch andere Verwendungen und Anwendungen für Sensoren 10.
Zum Beispiel kann der Sensor 10 zur Berechnung der Menge
eines Fluides (anders als Luft), welches durch ein Rohr fließt (anders
als das Luftansaugleitung einer Brennkraftmaschine) verwendet werden.
Massenströmungssensoren 10 umfassen
ein Gehäuse 12,
eine Gehäuseabdeckung 14 und
eine zweite Gehäuseabdeckung 16, eine
Elektronikabdeckung 18 und eine Dichtung 20.
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Das Gehäuse 12 umfasst einen
integrierten Steckverbinder 30, der elektrisch mit einem
Schaltkreismodul 32 verbunden ist, das innerhalb eines zentralen
Gehäusebereichs 34 angeordnet
ist, wobei der Steckverbinder 30 Verbindungsanschlüsse (nicht gezeigt)
zur elektrischen Verbindung mit einer außerhalb des Massenströmungssensor 10 angeordneten Motorsteuerung
aufweist. Das Gehäuse 12 weist
einen zentralen Gehäusebereich 34 auf,
der an einen einstöckig
befestigten Strömungsaufnahmebereich 36 angrenzt.
Der Strömungsaufnahmebereich 36 umfasst
einen Einlass 38, der zu einer Düse 39 geöffnet ist.
Die Düse 39 steht
mit einer im Wesentlichen U-förmig
geformten Strömungspassage 40 in
Verbindung. Die U-förmig
geformte Am Ende der Strömungspassage 40 befindet
sich ein Auslass 42.
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Die Düse 39 weist im Wesentlichen
eine Strahldüsenkonfiguration
oder -form auf. Wie später beschrieben
und dargestellt werden wird, wird die Düse 39 im Wesentlichen
von einer kreisförmigen Öffnung oder
Einlass 38 gebildet, die auf länglich zusammenlaufende elliptische
Seitenoberflächen
(wie in 7b gezeigt)
trifft. Die länglich
zusammenlaufenden elliptischen Seitenoberflächen der Düse 39 erzeugen am
Ausgang 41 der Düse 39 einen
relativ hohen Druck. Außerdem
erzeugt die Strahldüsenkonfiguration
der Düse 39 einen
am Ausgang 41 angeordneten kritischen Bereich 43,
bei dem das Fluid eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit über den
kritischen Bereich 43 aufweist. Dieser von der Düse 39 erzeugte
kritische Bereich 43 verbessert die Strömungsdetektion und -messung,
wie nachfolgend beschrieben wird. Um die Strömung des Fluides durch die
Strömungspassage 40 weiter
zu verbessern, ist an einem Ende des Gehäuses 12 ein keilförmiger Deflektor 45 in
Richtung des Auslasses 42 angeordnet. Der keilförmige Deflektor 45 weist
eine geneigte Oberfläche
auf, die vorteilhafterweise einen Niedrigdruckbereich angrenzend
zum Auslass 42 erzeugt. Wenn der Winkel der Oberfläche des
Deflektors 45 (durch den Buchstaben α in 7b) in Bezug auf die Richtung der Strömung zu
klein ist, wird ein unzureichender Druckabfall am Auslass 42 erzeugt. Umgekehrt
wird auch ein unzureichender Druckabfall am Auslass 42 erzeugt,
wenn der Winkel der Oberfläche
des Deflektors 45 in Bezug auf die Richtung der Strömung zu
groß ist.
Vorzugsweise liegt der Winkel α der
Oberfläche
des Deflektors 45 zwischen 47° und 60° in Bezug auf eine horizontale
Linie.
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Wie in 2 dargestellt,
sind mehrere Widerstandselemente 44, 46, 48 angeordnet
und am Gehäuse 12 befestigt,
die elektrisch mit einem Schaltkreismodul 32 über elektrische
Leiter verbunden sind, beispielsweise integrierte eingegossene Leiterbahnen
oder Anschlüsse.
Die Widerstandselemente 44, 46, 48 umfassen
ein Heißleiterelement 44 und
ein Kaltleiterelement 46 und ein internes Strömungstemperaturelement 48 (IAT).
Dabei verändern diese
Widerstandselemente Im Wesentlichen ihren Widerstand als Funktion
der Temperatur, wobei das Heißleiterelement 44 einen
positiven Temperaturkoeffizienten und das Kaltleiterelement 46 einen
negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.
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Das Schaltkreismodul 32 nimmt
die Strömung
eines Fluides, beispielsweise eine Luftströmung, durch eine Strömungspassage 40 durch
das Überwachen
der von diesen Widerstandselementen verbrauchten Leistung auf. Das
Schaltkreismodul 32 kann als einzelner integrierter Schaltkreis
oder als ein Substrat mit diskreten als auch darauf befestigten
integrierten Schaltkreisen ausgebildet sein. Die aufgenommene Widerstandsänderung
der Wider standselemente wird in ein Ausgangssignal umgewandelt, das
einem elektronischen Motorsteuerungssystemen (nicht dargestellt)
zugeführt
wird. Typischerweise regelt das elektronische Motorsteuerungssystem
die Menge des dem Motor zugeführten
Kraftstoffs durch Steuerung des Kraftstoff/Luftverhältnisses.
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Das IAT oder Widerstandselement 48 ist
im Wesentlichen ein Thermistor oder ein ähnliches Gerät. Das Widerstandselement 48 ist
am Gehäuse 12 angeordnet,
um eine genaue Aufnahme der Temperatur der Luftladung während eines
Ladezyklusses der Brennkraftmaschine sicherzustellen. Wie in 2 gezeigt, ist das Widerstandselement 48 vorzugsweise
außerhalb
der Strömungspassage 40 angeordnet,
um die Fluidheizeffekte, die durch die Wärmeabführung des Heißleiterelements 44 bewirkt
werden, zu minimieren.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ist ein Massenströmungssensor 10 mit
den Elementen 44 und 46 angegeben, die aus Widerständen mit
gewickeltem Platindraht hergestellt sind. Im Wesentlichen haben
diese Elemente einen positiven Temperaturkoeffizienten. Dadurch
entsprechen alle Widerstandsänderungen in
den Elementen einer Temperaturveränderung in- die gleiche Richtung.
Das heißt,
wenn die Temperatur steigt, erhöht
sich der Widerstand, und wenn die Temperatur sinkt, verringert sich
der Widerstand. Vorzugsweise ist das Heißleiterelement 44 an
dem Ausgang 41 der Düse 39 innerhalb
des kritischen Bereiches 43 angeordnet. Die Anordnung des
Heißleiterelements 44 innerhalb
des kritischen Bereichs 43 stellt sicher, dass das Fluid
mit einem gleichmäßigen Geschwindigkeitsprofil über das
Heißleiterelement 44 strömt und bewirkt,
dass Wärme
von der ganzen Oberfläche
des Elements abgeführt
wird. Somit verbessert die vorliegende Erfindung die Strömungserkennung
eines Fluides.
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In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung weist das Heißleiterelement 44 beispielsweise
einen Widerstand von 20 Ω bei
21,1 °C auf. So mit wird sich bei einer Temperaturerhöhung sich
um 17,2°C
der Widerstand des Heißleiterelements 44 um
ungefähr
0,025 Ω erhöhen. Das
Heißleiterelement 44 wird
vorzugsweise verwendet, um die Geschwindigkeit des strömenden Fluides
durch die Strömungspassage 40 zu
erkennen, von dem die Menge der Fluidströmung durch die Strömungspassage 40 ermittelt
werden kann.
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Das Kaltleiterelement 46 kann
beispielsweise einen nominalen Widerstand von 500 Ω bei 21,1 °C
aufweisen. Wenn sich die Temperatur des Kaltleiterelements 46 um
17,2 °C
erhöht,
wird sich der Widerstand des Kaltleiterelements 46 um ungefähr 0,5 Ω erhöhen. Der
primäre
Zweck des Kältleiterelements 46 ist
die Bereitstellung einer Temperaturkorrektion.
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Während
des Betriebes wird das Heißleiterelement 44 bei
ungefähr
200 °C über der
Umgebungstemperatur gehalten. Dies wird durch das Anordnen des Heißleiterelements 44 in
eine Spannungsteilerschaltung erreicht. In 3 wird eine exemplarische Spannungsteilerschaltung 500 zur
Einstellung des Heißleiterelements 44 auf
einen gewünschten
konstanten Widerstand und Temperatur gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt. In einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist die Spannungsteilerschaltung 500 im
integrierten Schaltkreismodul 32 neben anderen Steuerschaltkreisen angeordnet.
Die beispielhafte Spannungsteilerschaltung 500 umfasst
zwei Spannungsteilernetzwerke 502 und 504, die
mit einem Operationsverstärker 506 verbunden
sind. Das Spannungsteilernetzwerk 502 hat im Wesentlichen
zwei 500 Ω Widerstände 508 und 510,
die ein 50-%-Spannungsteilernetzwerk
bilden und den nicht invertierenden Anschluss 512 des Operationsverstärkers 506 auf
die Hälfte
der Ausgangsspannung der Leitung 518 ziehen. Das andere Spannungsteilernetzwerk 504 umfasst
im Wesentlichen einen 25 Ω Widerstand 514,
der in Reihe mit dem Heißleiterelement 44 geschaltet
ist. Der invertierende Anschluss 516 des Operationsverstärkers 506 ist
zwischen den Widerstand 514 und das Heizelement
44 geschaltet.
Somit beginnt das Verhältnis
dieses Netzwerkes 504 mit einem Verhältnis von 20 Ω zu 45 Ω, sodass
der invertierende Anschluss 516 auf 20/45 der Ausgangsspannung
von Leitung 518 gezogen wird. Beispielsweis wird sich die
Ausgangsspannung des Operationsverstärkers an der Ausgangsleitung 518 erhöhen, wenn
die Spannung am nicht invertierenden Anschluss 512 größer ist
als die Spannung am invertierenden Anschluss 516. Ähnlich wird sich
die Ausgangsspannung auf Leitung 518 verringern, wen die
Spannung an dem nicht invertierenden Anschluss 512 geringer
ist als die Spannung am invertierenden Anschluss 516. Entsprechend
wird sich die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers auf
Leitung 518 um eine Spannungsmenge erhöhen oder verringern, die notwendig
ist, die Spannung am nicht invertierenden Anschluss 512 auf
eine Spannung zu ziehen, die der Spannung des invertierenden Anschluss 516 gleich
ist.
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Da das Spannungsteilernetzwerk 502 eine größere Spannung
am nicht vertierenden Anschluss 512 bereitstellt, d.h.
50 % der Ausgangsspannung, verglichen mit 44 % am invertierenden
Anschluss 516, wird der Operationsverstärker 506 die Ausgangsspannung
auf Leitung 518 erhöhen.
Wenn sich die Ausgangsspannung erhöht, wird die Verlustleistung
des Heißleiterelements 44 bewirken,
dass sich der Widerstand des Heißleiterelements 44 erhöht. Dies
benötigt
etwa 1/4 W Leistung in ruhiger Luft, um die Temperatur des Heißleiterelements 44 um
93,3 °C
zu erhöhen.
Eine Temperaturerhöhung
um 93,3 °C
erhöht
den Widerstand des Heißleiterelements 44 um
5 Ω. Das
Verhältnis
des Heißleiterelements 44 bei der
erhöhten
Temperatur zum Gesamtwiderstand des Widerstandsnetzwerkes 504 bildet
ein 50% Spannungsteilernetzwerk. Somit liegen der nicht invertierende
Anschluss 512 und der invertierende Anschluss 516 des
Operationsverstärkers 506 auf
derselben Spannung, da sowohl das Spannungsteilernetzwerk 502 als
auch das Spannungsteilernetzwerk 504 ein 50% Spannungsteilernetzwerk
bilden. Somit wird die Temperatur des Heizelements 44 auf
etwa 132,2 °C
gebracht.
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Die Spannungsteilerschaltung 500 stellt
ein Ausgangssignal auf Leitung 518 für eine elektronische Motorsteuerung
(nicht gezeigt) bereit, die das richtige Kraftstoffluftverhältnis zum
optimalen Motorbetrieb bestimmt, wie es im Stand der Technik bekannt
ist. Da es etwa, wie oben beschrieben, ¼ W bedarf, um die Spannungen
am nicht invertierenden Anschluss 512 und am invertierenden
Anschluss 516 auszugleichen, kann die Spannung über dem
Heißleiterelement 44 und
dem Widerstand 515 mit der Gleichung berechnet werden P=(V2)/R, umgestellt
auf die Spannung V = (P*R)½ oder (0,25 × 25)½
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Da die Spannung über den Widerständen in Reihe
plus dem nominalen Ausgang des Schaltkreises 5 Volt für keine
Luftströmung
beträgt.
Offensichtlich wird mehr Schaltaufwand benötigt, um den Level der Spannung
zu verschieben und den Ausgang der Schaltung 500 zu verstärken.
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Wenn Luft über das Heißleiterelement 44 strömt, wird
Leistung in Form Wärme
von dem Heißleiterelement 44 auf
die Luft übertragen.
Die Wärme, die
von dem Heißleiterelement 44 abgeführt wird,
bewirkt eine Verringerung des Widerstandes des Heißleiterelementes 44.
Eine Verringerung des Widerstandes bewirkt eine Verringerung der
an dem invertierenden Anschluss 516 anliegenden Spannung. Entsprechend
wird sich die Ausgangsspannung auf Leitung 518 erhöhen, was
eine höhere
von dem Heißleiterelement 44 verbrauchte
Leistung bewirkt. Dadurch, dass die verbrauchte Leistung des Heißleiterelementes 44 steigt,
wird bewirkt, dass sich die Temperatur des Heißleiterelementes 44 erhöht und auf
132,2 °C
zurückkehrt.
Wenn diese Temperatur erreicht ist, sind die Spannungen an den Anschlüssen 512 und 516 des
Operationsverstärkers 506 auf
gleichem Niveau.
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Da die Schaltung den Widerstand des
Heißleiterelements 44 regelt,
ist der Ausgang der Schaltung 500 auf Leitung 518 proportional
zur Quadratwurzel der verbrauchten Leistung von dem Heißleiterelement 44 multipliziert
mit 2 minus 5 Volt, zum Beispiel. Die nominale Verlustleistung des
Heißleiterelements 44 beträgt ¼ Watts,
das ist die Menge an Leistung, die erforderlich ist, um das Heißleiterelement 44 bei
132,2 °C
zu halten. Jegliche Hitze, die von dem Heißleiterelement 44 entfernt
wird, wird durch die Anwendung von mehr Leistung auf das Heißleiterelement 44 ersetzt.
Der Widerstand des Heißleiterelements 44 wird
auf 25 Ω eingestellt,
somit kann der Widerstand als konstant betrachtet werden. Die abgeführte Leistung
ist gleich der Leistung, die aufgewendet wird, minus der erforderlichen
Menge, um das Heißleiterelement 44 bei
132,2 °C
zu halten. Umgestellt nach der Spannung erhält man: V
= (P × R)½
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Jede Erhöhung der Leistung, die auf
das Heißleiterelement 44 angewendet
wird, wird auch auf den 25 Ω Widerstand 514 angewendet.
Somit wird die Spannung, die notwendig ist, um die von dem Heißleiterelement 44 abgeführte Leistung
zu kompensieren, verdoppelt.
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Für
einen richtigen Betrieb des Sensors 10 ist es erforderlich,
die Temperatur des Heißleiterelements 44 bei
200 °C über der
Umgebungstemperatur zu halten. Wenn die Umgebungstemperatur konstant ist,
besteht keine Notwendigkeit für
eine Temperaturkorrektur. Das heißt, eine konstante Temperaturdifferenz
garantiert, dass dieselbe Menge an Leistung von dem Heißleiterelement 44 für eine gegebene Luftströmung abgeführt wird.
Bei einem in ein Fahrzeug eingebauten Massenströmungssensor 10 (Siehe 8) ist die Umgebungsluft
jedoch nicht konstant. Typischerweise ist der Massenströmungssensor 10 Temperaturen
im Frostbereich und über
dem Siedepunkt ausgesetzt. Somit werden Luftströmungstemperaturen, die niedriger
als erwartet sind, eine größere als
die gewünschte
Ausgangsspannung bewirken und Luftströmungstemperaturen, die höher sind
als erwartet, werden eine niedrigere als die gewünschte Ausgangsspannung bewirken.
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Die vorliegende Erfindung umfasst
eine Temperaturkorrektur, um die in einem Fahrzeug vorherrschende
variable Umgebungstemperaturbedingung zu kompensieren. Die Temperaturkorrektur
wird durch die Verwendung eines Kaltleiterelements 46 erreicht.
Das Kaltleiterelement 46 wird in das Spannungsteilernetzwerk 502 anstelle
des Widerstandes 510 gesetzt, wie in 3 dargestellt. Die Schaltung 500 verwendet
das Kaltleiterelement 46 zur Temperaturkompensation. Das
Kaltleiterelement 46 wird von dem Gehäuse 12 abgestützt und
ist in dem Luftstrom außerhalb
der Strömungspassage 40 angeordnet.
Durch das Platzieren des Kaltleiterelements 46 im Luftstrom
wird es ermöglicht,
dass die Schaltung schnell auf Veränderungen der Umgebungstemperatur
reagiert. Die Temperatur des Kaltleiterelements 46 folgt
den Temperaturänderungen
der einströmenden
Luft. Da der Widerstand des Kaltleiterelements (500 Ω) relativ
groß ist,
verglichen zum Spannungsabfall über
dem Kaltleiterelement, ist die Verlustleistung sehr klein. Beispielsweise
liegt der Widerstand des Kaltleiterelements 46 bei 21,1 °C bei 500 Ω mit einem
Spannungsabfall von 2,5 Volt. Jedoch beträgt die Verlustleistung am Kaltleiterelement 46 0,0126 Watt,
was dazu führt,
dass die Temperatur sich um 12,2 °C
erhöht.
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Der Widerstand des Kaltleiterelements 46 wird
entsprechend um 5 Ω erhöht und das
Widerstandsverhältnis
des Spannungsteilernetzwerkes 502 wird verändert. Zum
Beispiel würde
die Spannung, die am nicht invertierenden Anschluss 512 anliegt,
V512= 505/1005 oder 50,25 % der Ausgangsspannung
auf der Leitung 518 sein. Umgekehrt wird das Widerstandsnetzwerk 504 auch
ein Verhältnis von
50,25 % der Ausgangsspannung bilden. Somit müsste, um dasselbe Widerstandsverhältnis zu
bilden, der Widerstand des Heißleiterelements 44 auf 25,5
Ohm gehalten werden, um dasselbe Widerstandsverhältnis von 50,25% zu erhalten,
somit wird das Heißleiterelement
44 auf
200 °C über dem
Kaltleiterelement 46 oder 137,7 °C gehalten, wenn die Umgebungstemperatur
bei 21,1 °C
liegt. Das Kaltleiterelement 46 liegt bei 12,2 °C über der
Umgebungstemperatur von 21,1 °C.
Somit wird die Temperaturdifferenz, die notwendig ist, um Extremwerte
der Umgebungstemperatur zu handhaben, beibehalten. Der nominale
Ausgang dieser Schaltung 500 ist immer noch 5 Volt. Es
wird ein ¼ Watt
an Leistung benötigt, um
die Temperatur des Heißleiterelements 44 um 93,3 °C zu erhöhen. Durch
das Auflösen
der Leistungsgleichung für
den Strom ergibt sich I = (P/R½).
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Somit beträgt der Strom durch das Heißleiternetzwerk
0,099503A ((0,25/25)½). Die Ausgangsspannung
ist dann (0,099503 * 50,25), was in etwa 5 Volt entspricht. Die
Schaltung in 3 kann
dynamisch an die Umgebungslufttemperaturveränderungen angepasst werden,
da die Veränderung
in dem Kaltleiternetzwerk direkt proportional zu den Eigenschaften
des Heißleiternetzwerkes
ist.
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Die Werte der Widerstände und
die Widerstandsänderungen
dienen nur der exemplarischen Erklärung; wobei ohne weiteres andere
Werte verwendet werden können.
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Im Folgenden wird auf die 4a und 4b Bezug genommen, die eine perspektivische
Ansicht der Gehäuseabdeckung 14 zeigen,
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 4a zeigt
eine Innenansicht der Gehäuseabdeckung 14 und 4b zeigt eine Außenansicht
der Gehäuseabdeckung 14.
Die Gehäuseabdeckung 14 ist
fest mit dem Gehäuse 12 (wie
in 4c gezeigt) entlang
eines hervorstehenden Randes 60 und 62 verbunden.
Der Rand 62 steht von der inneren Oberfläche 64 der
Gehäuseabdeckung 14 hervor
und greift abdichtend in den Kanal 44, der auf der Oberfläche 52 um
den Umfang der Strömungspassage 40 herum
angeordnet ist, ein und bildet somit eine abgeschlossene und abgedichtete Strömungspassage 40.
Die Gehäuseabdeckung 14 umfasst
weiter eine Fensteröffnung 66 zur
Bereitstellung eines Zugangs zu dem integrierten Schaltkreis 42 (wie
in 4c gezeigt) während der
Herstellung. Zum Beispiel ermöglicht
die Fensteröffnung 66 einen Zugang
zum integrierten Schaltkreis 32 während der Kalibration im Herstellungsprozess.
Weiter ist der integrierte Schaltkreis 32, wie in 4c gezeigt, mit verschiedenen
Anschlüssen
und/oder Bondpads, die in dem Gehäuse 12 angeordnet
sind, über
Bonddrähte 79 verbunden.
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In 4b wird
ein Kanal 68 um den Umfang der Fensteröffnung 66 herum gezeigt,
um die zweite Gehäuseabdeckung 16 mit
der Gehäuseabdeckung 14 eingreifend
abzudichten. Weiter wird es der Luft über die Seitenöffnungen 70 ermöglicht,
aus der Strömungspassage 40 auf
beiden Seitenoberflächen 72 und
der Gehäuseabdeckung 14 herauszuströmen. Ein
schräger
Bereich 75 ist in der Oberfläche 72 angeordnet,
um die passierende Luft über
einen Trichter über
die Oberfläche
in Richtung Kaltleiterelement 46 zu richten.
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Eine perspektivische Innenansicht
der zweiten Gehäuseabdeckung 16 ist
in 5 dargestellt. Die
Abdeckung 16 umfasst einen umlaufenden hervorstehenden
Rand 80, der mit der Gehäuseabdeckung 14 entlang
des Umfangs der Fensteröffnung 46 und
innerhalb des Kanals 68 eingreifend abdichtet ist. Die
zweite Gehäuseabdeckung 60 ist
im Wesentlichen flach ausgebildet und kann aus einem Wärme leitenden
Material ausgebildet sein, beispielsweise aus einem Metall zur Abführung der
vom integrierten Schaltkreismodul 32 erzeugten Wärme. Wie
in 1 gezeigt, weist
die zweite Gehäuseabdeckung 16 eine im
Wesentlichen ebene Außenoberfläche 84 auf. Nachdem
die zweite Gehäuseabdeckung 16 auf
der Gehäuseabdeckung 14 positioniert
ist, bilden sowohl die Gehäuseabdeckung 14 und
die zweite Gehäuseabdeckung 16 eine
sich länglich
ausgedehnte und im Wesentlichen ebene Oberfläche, um den Luftstrom um den
Sensor herum nur minimal zu stören.
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Eine perspektivische Ansicht der
Elektronikabdeckung 18 ist in 6 dargestellt. In einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist der integrierte Schaltkreis 32 an
die Abdeckung 18 gebondet, wobei der resultierende Schaltkreis
und die Abdeckungsbaugruppe in das Gehäuse 12 abdichtend
eingesetzt werden. Die Elektronikabdeckung 18 hat einen
hervorstehenden Rand 83, der sich von der Oberfläche 45 der
Elektronikabdeckung 18 absteht. Der vorstehende Rand 83 greift
abdichtend in einen korrespondierenden (nicht dargestellten) Kanal
ein, der in dem Gehäuse 12 angeordnet
ist, um ein wetterresistentes Sensorgehäuse bereitzustellen. Vorzugsweise
dient die Elektronikabdeckung 18 als Kühlkörper, um die vom Schaltkreis 32 erzeugte
Wärme abzuführen. In
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist der Kühlkörper 18 aus einem
metallischen Material oder aus einem Material mit ähnlichen
Wärmeleiteigenschaften
hergestellt.
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Eine perspektivische Ansicht eines
vollständig
montierten Massenströmungssensors 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in 7a dargestellt. Am
Gehäuse 12 ist
ein einstöckig
ausgebildeter Flansch 19 angeordnet, der eine Vielzahl
von Befestigungsöffnungen 92 und 94 umfasst.
Die Befestigungsöffnungen 92 und 94 nehmen
nicht dargestellte Verschlüsse
wie Schrauben zur Sicherung des Sensors 10 an einer Befestigungsoberfläche auf.
Außerdem
weist der Flansch 90 eine Verbindungsoberfläche 96 zur
passenden Verbindung mit einer Motorluftansaugleitung (304)
(gezeigt in 8), wie
es weiter unter beschrieben werden wird. Eine Dichtung 20 ist
vorgesehen, um in eine Flanschleiste oder Kante 98 einzugreifen.
Die Dichtung 20 ist zwischen dem Motoransaugleitung 304 und
dem Flansch 90 angeordnet, um eine luftdichte Abdichtung
zwischen dem Massenströmungssensor 10 und
der Luftansaugleitung 304 bereitzustellen.
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Wie in 7a dargestellt,
strömt
Luft in den Einlass 38 eines Massenströmungssensors 10 in eine
Richtung, wie durch den Pfeil i angedeutet, und aus dem Auslass 42 heraus,
in eine Richtung, wie durch die Pfeile o ange deutet. Der Einlass 38 ist
im Wesentlichen kreisförmig
und weist, wie in 7b dargestellt,
einen im Wesentlichen elliptischen Querschnitt auf.
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7b zeigt
die elliptischen Oberflächen 200,
die den Umfang des Einlasses 38 und der Düse 39 definieren.
Jedoch laufen die elliptischen Oberflächen 200 entlang der
Längsachse 202 zusammen und
bilden einen Einlass 38 und eine Düse 39 mit einer länglich zusammenlaufenden
elliptischen Oberfläche.
Diese Einlass- 38 und Düsenkonfiguration 39 ist
als Strahldüse
bekannt. Weiter ist es bekannt, dass diese Strahldüsenkonfiguration
einen kritischen Bereich 43 am Ausgang 41 der
Düse 39 mit
einer gleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeit
des Fluides bildet. Wie bereits oben beschrieben, weist die vorliegende
Erfindung eine verbesserte Genauigkeit auf, verglichen mit dem Stand
der Technik, da z. B. das Heißleiterelement 44 in
dem kritischen Bereich 43 angeordnet ist und gleichmäßig von
der einströmenden
Luft gekühlt
wird.
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In 8 wird
ein Massenströmungssensor 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt, der beispielsweise in einem Kraftfahrzeug
angeordnet ist. Typischerweise weist ein Kraftfahrzeug einen Luftansaugverteiler 300 zur
Zufuhr von Frischluft zum Fahrzeugmotor (nicht dargestellt) auf.
Im Wesentlichen umfasst der Luftansaugverteiler 300 einen Filter 302 zur
Filterung der angesaugten Luft und zur Entfernung von Verschmutzungen.
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Der Luftansaugverteiler 300 ist
typischerweise an einer Luftleitung 304 oder Luftrohr 304 befestigt,
um die saubere Luft dem Fahrzeugmotor zuzuführen. Der Massenströmungssensor 10 ist
in der Luftleitung 304 angeordnet und durch eine Öffnung 306 in
der Luftleitung 304 positioniert und sicher befestigt.
Außenluft
wird in Richtung der Pfeile in den Luftansaugverteiler 300 angesaugt
und strömt
durch den Luftansaugverteiler 300, wie durch die Pfeile
a' und a'' angedeutet. Wenn diese angesaugte Luft
die Luftleitung 304 erreicht, strömt ein Teil der angesaugten
Luft in den Massenströmungssen sor 10,
wie durch den Pfeil i angedeutet und aus dem Massenströmungssensor 10 heraus,
wie durch den Pfeil o angezeigt. Die gesamte angesaugte Luft verlässt die Luftleitung 304 und
wird dem Fahrzeugmotor zugeführt,
wie durch den Pfeil e angedeutet. Aus den Messungen und Berechnungen
des integrierten Schaltkreismoduls 32 erhält man elektrische
Steuersignale mit Informationen über
die Luftmenge, die durch die Luftleitung 304 strömt, die
den elektronischen Steuerungssystemen des Fahrzeuges über den
Steckverbinder 308 und den Kabelbaum 310 zugeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung umfasst
eine Baugruppe und ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines
Massenströmungssensors 10.
In einem ersten Schritt werden die Widerstandselemente elektrisch
mit dem Gehäuse
durch Benutzung von Lötmaterial
oder andersartigem Material oder einem anderen Bondprozess (z. B.
Widerstandsschweißen)
verbunden. Im nächsten
Schritt werden die Elektronikabdeckung 18 und der integrierte
Schaltkreis 32 in dem Gehäuse 12 durch Benutzung
von Klebstoff oder andersartigem Material befestigt. Im nächsten Schritt
wird die Gehäuseabdeckung 14 mit
dem Gehäuse 12 verbunden
und mit diesem durch die Verwendung von Klebstoff oder andersartigem
Material verbunden. Im nächsten
Schritt wird diese Baugruppe in einen Ofen oder in eine andere Umgebung
platziert, die geeignet ist, um den Klebstoff auszuhärten. In
einem nächsten
Schritt wird das integrierte Schaltkreismodul 32 mit den
Anschlüssen
und/oder Bondpads am Gehäuse 12 verbondet.
Im nächsten
Schritt wird das integrierte Schaltkreismodul 32 kalibriert und/oder
angepasst und/oder Widerstände
innerhalb des Schaltkreismoduls 32 eingestellt. Im nächsten Schritt
wird die zweite Gehäuseabdeckung 16 mit dem
Gehäuse 12 verbunden
und damit unter Benutzung eines Klebstoffes oder anders gearteten
Materials verbunden. Im letzten Schritt wird der Sensor 10 getestet,
um die richtige Funktion unter verschiedenen Betriebszuständen und
Umgebungsbedingungen sicherzustellen.
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Im Folgenden wird auf die 9a bis 9e Bezug genommen, die ein alternatives
Ausführungsbeispiel
eines Gehäuses 412 für einen
Luftmassenströmungssensors
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellen. Wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen weist das
Gehäuse 412 eine
Verbindungsseite 414 mit elektrischen Anschlüssen 415 auf,
um elektrische Signale von dem Luftmassenströmungssensor zu externen nicht
dargestellten Schaltkreisen zu führen,
wie in der perspektivischen Ansicht von 9a und in der Schnittdarstellung von 9b gezeigt. Die Anschlussseite 414 weist
außerdem
einen Flansch 416 auf, der es ermöglicht, das Gehäuse 412 beispielsweise
an einer Luftleitung 304 eines Lufteinlasses eines Motors
(siehe 8) zu befestigen.
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Zusätzlich weist das Gehäuse 412 einen zentralen
Bereich 418 und eine Luftaufnahmeseite 424 auf.
Der zentrale Bereich 418 umfasst eine Öffnung 420, um ein
Schaltkreismodul 422 aufzunehmen. Auf der Luftaufnahmeseite 424 ist
eine Luftaufnahmepassage 426 angeordnet. Die Luftaufnahmepassage 426 umfasst
einen Einlass 428, einen Aufnahmekanal 430 und
einen Auslass 432. Der Aufnahmekanal 4
30 ist
in die Luftaufnahmeseite 424 eingegossen oder integriert.
Insbesondere weist der Aufnahmekanal 430 zwei Bereiche
auf, einen Gehäusebereich 430a und
einen Gehäuseabdeckungsbereich 430b,
wie in den 9a und 9c gezeigt. Der Gehäusebereich 430a ist
in das Gehäuse 412 eingegossen oder
integriert und der Gehäuseabdeckungsbereich 430b ist
in die Gehäuseabdeckung 414 eingegossen oder
integriert. Wenn die Gehäuseabdeckung 414 mit
dem Gehäuse 412 verbunden
wird, verbinden sich die zwei Bereiche, der Gehäusebereich 430a und
der Gehäuseabdeckungsbereich 430b,
um einen gleichmäßigen röhrenförmigen Aufnahmekanal 430 zu
bilden.
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Um die Strömung des Fluides durch den
Aufnahmekanal 430 weiter zu verbessern, ist ein keilförmiger Deflektor 445 an
einer Seite des Gehäuses 412 stromaufwärts zum
Auslass 442 angeordnet. Der keilförmige Deflek tor 445 weist
eine Oberfläche
auf, die derart geneigt ist (in Bezug auf eine Horizontale), um
einen vorteilhaften Niedrigdruckbereich angrenzend zum Auslass 432 zu
erzeugen. Wenn der Winkel der Oberfläche des Deflektors (445)
in 9b (durch den Buchstaben α angezeigt)
zu niedrig in Bezug auf die Richtung der Strömung ist, wird ein unzureichender
Druckabfall an den Ausgang 432 erzeugt. Entgegengesetzt
wird, wenn der Winkel der Oberfläche
des Deflektors 445 zu groß in Bezug zur Richtung der
Strömung
(und der horizontalen Linie h) ist, auch ein unzureichender Druckabfall
an dem Auslass 432 erzeugt. Vorzugsweise liegt der Winkel
der Oberfläche
vom Deflektor 445 zwischen 47° und 60° in Bezug auf die horizontale
Linie h.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst
der Aufnahmekanal 430 einen Ausdehnungsröhrenbereich 431,
einen Richtungsumkehrbereich 433 und einen Kanalausgangsbereich 435.
Der Ausdehnungsröhrenbereich 431 weist
eine Länge
le (siehe 9e)
auf und erstreckt sich von dem Düsenausgang
zu dem Anfang des Richtungsumkehrbereiches 433. Der Richtungsumkehrbereich 433 ist halbkreisförmig geformt
und erstreckt sich von dem Ausdehnungsröhrenbereich 431 zum
Kanalausgangsbereich 435. Außerdem weist der Richtungsumkehrbereich 433 eine
innere Wand mit einem konstanten inneren Radius Ri und
eine Außenwand
mit einem konstanten Außenradius
Ro (siehe 9e) auf.
Somit ermöglicht
die vorliegende Erfindung einen Aufnahmekanal 430 einen
Fluss oder eine Strömung
eines Fluides mit reduzierten Turbulenzen.
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In der Luftaufnahmepassage 426 ist
ein Wärmesensor 434 angeordnet.
Der Wärmesensor 434 ist mit
dem Schaltkreismodul 422 zur Detektion und zur Signalverarbeitung
von elektrischen Signalen verbunden, die eine Änderung der Verlustleistung
des Wärmesensors 434 anzeigen.
Verarbeitete und/oder angepasste Signale werden dann über elektrische Leiterbahnen
zu den Anschlüssen 414 geführt, um externen
Schaltkreisen zugeführt
zu werden.
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Der Einlass 428 der Luftaufnahmepassage 426 ist
derart konfiguriert, dass er eine elliptisch zusammenlaufende innere
Oberfläche 436 aufweist, die
eine Strahlendüse 437,
wie in 9b gezeigt, bildet.
Der Wärmesensor 434 ist
an einem Ausgang 438 der Strahldüse 437 angeordnet.
Der Aufnahmekanal 430 der Luftaufnahmepassage 426 ist
vorzugsweise wieder röhrenförmig ausgebildet.
Außerdem weist
der Strahldüsenausgang 438 einen
Durchmesser e auf, der geringer ist als der Durchmesser t des röhrenförmigen Aufnahmekanals 430,
wie in der teilweise vergrößerten Ansicht
der Aufnahmeseite 424 der 9d gezeigt.
Die verschiedenen Durchmesser des Strahlendüsenausgangs 438 und
des röhrenförmigen Kanals 430 erzeugen
einen Übergangsbereich 460 an
einem Interface des Düsenausgangs 438 und
des Aufnahmekanals 430. In diesem Übergangsbereich 460 wird
ein vollständig
ringförmiger Wirbel
erzeugt. Ein derartig gesteuerter vollständiger ringförmiger Wirbel
drehen sich innerhalb des Übergangsbereichs 460 und
erzeugt ein Flüssigkeitslager 502,
das sich umfänglich
um den Düsenausgang 438 (siehe 9e) ausdehnt. Das Flüssigkeitslager 502 erzeugt
einen im Wesentlichen reibungslosen Bereich in dem Übergangsbereich 460,
der die Strömung
oder den Fluidfluss durch den Aufnahmekanal 430 verbessert
oder fördert.
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Mit speziellem Bezug auf 9e wird ein berechnetes
Strömungsdynamikdiagramm
dargestellt, das die Richtung und die Geschwindigkeit der Strömung anzeigt,
die durch den Aufnahmekanal 430 fließt. Wie dargestellt strömt das Fluid
in den Einlass 428 und die Geschwindigkeit und der Druck
des Fluides erhöhen
sich, wenn das Fluid durch den Düsenausgang 438 strömt. An dem Übergang
von dem Düsenausgang 438 zur
Aufnahmekanalöffnung 430 fallen
der Druck und die Geschwindigkeit des Fluides dramatisch aufgrund
des Kanaldurchmessers t, der größer ist
als der Durchmesser e des Düsenausgangs 438 (gezeigt
in 9d) ab. Wie zuvor
festgestellt, umfasst der Aufnahmekanal 430 einen Ausdehnungsröhrenbereich 431 mit
einer Ausdehnungsröhrenlänge 1e.
Der Ausdehnungsröhrenbereich 431 weist im
Wesentlichen gerade Wände
und Verläufe zwischen
dem Düsenausgang 438 und
dem Eingang 514 des Richtungsumkehrbereiches 433 des
Aufnahmekanals 430 auf. Die Länge des Ausdehnungsröhrenbereichs 431 ist
vorherbestimmt, sodass bei maximaler Strömungsgeschwindigkeit das Fluid
die Wand 510 des Ausdehnungsröhrenbereichs 431 berührt oder
kontaktiert, bevor das Ende 512 des Ausdehnungsröhrenbereichs 431 erreicht
wird. Das Flüssigkeitslager 502 erzeugt
einen niedrigen Druck an dem Düsenausgang 438.
Dadurch wird das Fluid durch die Düse und in den Aufnahmekanal 430 an
die Wand 510 des Aufnahmekanals 430 gezogen und somit
verhindert, dass das Fluid erneut zurück in den Aufnahmekanal 430 zirkuliert.
Somit weist die vorliegende Erfindung viele Vorteile in Bezug auf
den Stand der Technik auf. Zum Beispiel weist die vorliegende Erfindung
einen verbesserten dynamischen Bereich auf, so dass die Massenströmung bei
sehr niedrigen Fluidansauggeschwindigkeiten als auch bei sehr hohen
Fluidansauggeschwindigkeiten bestimmt werden kann.
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Im Folgenden wird auf die 10 und 11a und 11b Bezug
genommen, die ein alternatives Sensorgehäuse 600 gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen. Das Gehäuse 600 umfasst
einen Verbindungsbereich 602, einen Befestigungsbereich 604, einen
Schaltkreisbereich 606 und einen Strömungsaufnahmebereich 608.
Der Verbindungsbereich 602 wird mit einem nicht dargestellten
passenden Verbindungsbereich in bekannter Art und Weise zusammen gesteckt,
um eine sichere mechanische als auch elektrische Verbindung zu erhalten.
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Der Befestigungsbereich 604 umfasst
eine Vielzahl von Befestigungsöffnungen 610 zur
Befestigung des Sensorgehäuses 600 an
einer Strömungsleitung 622 (gezeigt
in 11a). Außerdem ist
der Befestigungsbereich 604 konfiguriert, um die Bewegung
des Sensorgehäuses 600 insbesondere
in X-Richtung zu
reduzieren, wobei die X-Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung
fd verläuft.
Weiter wird ein abdichtender Rand 612 an dem Befesti gungsbereich 604 bereitgestellt,
um eine Dichtung 614 (in 11a gezeigt)
aufzunehmen. Die Dichtung 614 sitzt auf der Seitenoberfläche 611 des
Randes 612 und auf der Unterseitenoberfläche 616 des
Befestigungsbereichs 604. Wenn das Gehäuse 600 an einem Rohrinterface 620 eines
Leitung 662, die ein Fluid führt, wird die Dichtung 614 gegen
eine sich neigende Oberfläche 624 des
Rohrinterface 620 gedrückt.
Somit erhält
man eine Kontaktdichtung mit drei Oberflächen, wobei die Dichtung 614 die
Seitenoberflächen 611,
die Unterseitenoberfläche 616 und
die sich neigende Oberfläche 624 (wie
in 11b gezeigt) kontaktiert.
Diese Drei-Seiten-Kontaktdichtung
erzeugt eine verbesserte Abdichtung zwischen dem Gehäuse 600 und
dem Rohr oder der Leitung 622, wobei auch Bewegungen in
Längs-
und Querrichtung des Gehäuses
innerhalb des Rohres gedämpft
werden. Vorzugsweise ist die geneigte Oberfläche 624 um einen Winkel
zwischen 40 und 70° in
Bezug auf eine Oberfläche 622 des
Befestigungsinterfaces 620 geneigt. Das Gehäuse 600 ist an
dem Befestigungsinterface 620 durch mechanische Befestigungen
des Befestigungsbereiches 604 am Befestigungsinterface 620 befestigt,
z. B. durch Verschlussmittel, wie Schrauben oder Bolzen durch die Öffnungen 610 und
Befestigungsinterfaceöffnungen 628 im
Befestigungsinterface 620. Das verbesserte Gehäuse 600 gemäß 11a weist Rippen und Vorsprünge 650 in
einem Übergangsbereich 652 auf,
die den Schaltkreisbereich 606 mit dem Strömungsaufnahmebereich 608 verbinden.
Die Vorsprünge 650 sind
derart konfiguriert, um den Drehmomenteffekt des Strömungsaufnahmebereichs 608 zu
reduzieren. Insbesondere sind die Vorsprünge 650 in Richtung
des Massenträgheitsmoments
des Gehäuses 600 über die
Längsachse
des Gehäuses angewinkelt.
Diese Konfiguration reduziert die Bewegung des Strömungsaufnahmebereiches 608 in
Bezug auf den Schaltkreisbereich 606. Weiter weist das Gehäuse 600 vorteilhafterweise
eine verbesserte Vibrationscharakteristik auf, um ein Verdrehen
des Schaltkreisbereiches 606 zu verhindern, z. B. Eckenrippen 654 im
Schaltkreishohlraum 656. Eckrippen 654 werden
vorzugsweise bei quadratischen (90°) Ecken oder bei Radiusecken
zur Verbesserung der strukturel len Stabilität des Schaltkreishohlraumes eingesetzt.
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In 12 wird
ein Querschnitt durch ein Gehäuse 600 gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Eine Kühlkörperabdeckung 700,
wie in 10 dargestellt,
wird an dem Schaltkreisbereich 606 des Gehäuses 600 befestigt.
Eine Innenansicht der Kühlkörperabdeckung 700 ist
in 11a gezeigt, wenn man
in den Schaltkreishohlraum 656 schaut. Die Kühlkörperabdeckung 700 umfasst
eine Vielzahl von Rippen und Finnen 702, die Rippen und
Finnen 702 dienen wenigstens zwei Zwecken einerseits dem
Bereitstellen einer verbesserten strukturellen Stabilität für die Kühlkörperabdeckung
und andererseits der Wärmeabführung durch
das Gehäuse
durch die Kühlkörperabdeckung.
Die Kühlkörperabdeckung 700 ist
mit dem Gehäuse 600 durch
das Zusammenwirken einer von einer peripheren Oberfläche 704 der Kühlkörperabdeckung 700 hervorstehenden
Zunge 706, verbunden. Die Zunge 706 greift in
eine Spalte 708 ein und wird durch die Verwendung eines
Epoxydharzes oder anderen ähnlichen
Materials abgedichtet.
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Mit Bezug auf die Baugruppe ist ein
Schaltkreismodul oder integrierter Schaltkreis angrenzend zur Kühlkörperabdeckung 700 angeordnet,
um eine Abführung
der sich im Schaltkreis aufgebauten Wärme über die Kühlkörperabdeckung 700 und
die Rippen und Finnen 702 zu ermöglichen. Die Kühlkörperabdeckung 700 stellt
weiter eine erdende Platte für das
Schaltkreismodul 32 dar. Für diesen Zweck ist eine erdende
Strebe 710 in der Kühlkörperabdeckung 700 ausgebildet.
Das Schaltkreismodul 32 ist mit der Strebe 710 verbunden,
um ein elektrisches Bezugspotential anzugeben.
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In 13 wird
eine perspektivische Ansicht des Strömungsaufnahmebereichs 608 gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Wie vorhergehend beschrieben, ist ein Heißleiterelement 800 in
einem Düsenausgang
befestigt. Ein Paar von Heißleiterelementstützen 802 und 804 sind
auf jeder Seite des Düsenausgangs
zur Befestigung von Drähten 806 und 808 des
Heißleiter elements 800 angeordnet. Die
Heißleiterelementstützen 802 und 804 ermöglichen
die Befestigung des Heißleiterelements 800, um
eine flache Oberfläche
bereitzustellen, die sich in der Strömungsaufnahmekammer erstreckt.
Weiterhin erstreckt diese durch dieses Befestigungsschema nicht
in die Flüssigkeitslager 502,
wie in 9e gezeigt. Somit
erfordert das vorliegende Gehäuse 600 beispielsweise
eine verringerte Herstellungskomplexität.
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Die vorstehende Diskussion offenbart
und beschreibt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Der Fachmann wird leicht aus der Diskussion und aus den angehängten Zeichnungen
und Ansprüchen
erkennen, dass Veränderungen
und Modifikationen an der Erfindung vorgenommen werden können, ohne
von dem Bereich der Erfindung, der in den folgenden Ansprüchen definiert
ist, abzuweichen.