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JP2010525344A - 排気管内のシート抵抗 - Google Patents

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JP2010525344A JP2010504525A JP2010504525A JP2010525344A JP 2010525344 A JP2010525344 A JP 2010525344A JP 2010504525 A JP2010504525 A JP 2010504525A JP 2010504525 A JP2010504525 A JP 2010504525A JP 2010525344 A JP2010525344 A JP 2010525344A
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Abstract

本発明は、排気管又は排ガス再循環パイプ内のシート抵抗(チップ)の配置に関する。この場合、シート抵抗は支持体に固定されており、この支持体は、遮蔽部又はケーシングに対してシールされており、この遮蔽部又はケーシングは、排気管又は排ガス再循環パイプに気密に結合されており、支持体と遮蔽部又はケーシングとは、排気管又は排ガス再循環パイプの半径方向外方で、排気管又は排ガス再循環パイプから間隔を保って互いにシールされている。

Description

本発明は、熱い流体が貫流する導管特に排気管内の、特に風速計又は煤センサ又は温度センサのためのシート抵抗(Chip;チップ)を有する装置、並びに熱い流体を測定するための、シート抵抗を有する測定装置、及びホットフィルム風速計を有する排ガス再循環装置に関する。このような形式のシート抵抗は、Heraeus-Broschuere PTM-W2(ヘロイス−パンフレットPTM−W2)に従って市販されている。
ドイツ連邦共和国特許第10260896号明細書によれば、測風学的な測定のための、排気管内に突入するシート抵抗(チップ)について開示されている。
ドイツ連邦共和国特許第19959854号明細書によれば、排気管内に突入し、この排気管に結合された支持体に固定されているシート抵抗(チップ)について開示されている。ドイツ連邦共和国特許第19959854号明細書には、排ガス再循環装置について記載されており、この排ガス再循環装置においては、流入する空気が、測風学的原理に従って質量流量計によって測定され、排ガス量を測定するために、排気管内に水冷式の第2の質量流量計が配置されている。
流量センサの測風学的な測定原理は、ドイツ連邦共和国特許第19506231号明細書により公知である。
ドイツ連邦共和国特許第10305694号明細書には、チップ部分が薄い金属シートより製作されている、排ガス測定のための質量流量計が開示されている。これらのセンサは、故障し易く、場合によっては再現可能な結果を提供できない。
ドイツ連邦共和国特許第102006058425号明細書に開示されたホットフィルム風速計においては、熱測定及び温度測定エレメントが、セラミック円板又は金属円板内に配置されている。
本発明の課題は、費用、材料及び大量生産のためのコストに関連して適した、セラミックチップと排気管との間の温度変化に耐えられる結合部を提供することである。センサ制御式の排ガス再循環の故障し易さは減少され、しかもセンサの感度は最大にされなければならない。
この課題を解決した本発明によれば、シート抵抗(チップ)の支持体が排気管又は排ガス再循環パイプの外で、遮蔽部又はケーシングに対してシールされている。
これによって、特に排ガス再循環パイプとケーシングに対する支持体のシールとの間において、支持体が排気管の外側で金属製のケーシングに固定された配置構成が可能である。
また本発明によれば、シールを、排気管、特に排ガス再循環パイプ内で支持体に対して間隔を保って配置することができる。
前記課題の解決策は、独立請求項に記載されている。有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
有利な実施態様によれば、シート抵抗のための電流ブッシングが排気管内で媒体に対してシールされていて、排ガス再循環パイプ及び排気管に対して電気的に絶縁されている。このために、シート抵抗を固定用はんだ液滴の領域内でセラミック製の支持体に対してシールすれば特に有利である。何故ならば、それによって接続ワイヤが排ガスに対して分離され、接続ワイヤの領域内での排ガスによる測定エラーが排除されるからである。測定エラーの問題は特に、絶縁損失が発生するか又は、堆積物或いは湿気によって並列抵抗が発生する、という点にある。
シート抵抗(チップ)特に風速計のシート抵抗が、熱い流体を有する管、特に排気管又は排ガス再循環パイプ内に配置されており、この場合、シート抵抗(チップ)が支持体、特に中空体内に固定されており、該中空体が、遮蔽部又はケーシングに対してシールされており、前記遮蔽部又はケーシングが排気管又は排ガス再循環パイプに気密に結合されている構成において、本発明によれば支持外が、排気管又は排ガス再循環パイプの外側で、前記遮蔽部又はケーシングに対してシールされている。
特に、測定装置が、シート抵抗、支持体、遮蔽部並びに、支持体と遮蔽部との間にシールを有している。
これによって、シート抵抗(チップ)が支持体内に固定されていて、該支持体が金属管外側で金属製のケーシングに対してシールされていて、本発明に従って、金属製のケーシングが、排気管又は排ガス再循環パイプに気密に結合されていれば、シート抵抗(チップ)によって、金属管内の500℃以上の熱い流体の測定が可能である。
シート抵抗と、支持体特に中空体と、遮蔽部又は金属製のケーシングとを有し、前記中空体内でシート抵抗が機械的に固定され、前記遮蔽部又は金属製のケーシングが支持体に対してシールされている、熱い流体内での測定に適した測定装置が、本発明に従って支持体の長手方向に配置された、シート抵抗のための電気的な引き込み部を有しており、この場合、シート抵抗が主に、支持体の長手方向に沿って、(遮蔽部又はケーシングに対して支持体をシールする)シールに対して間隔を保って配置されている。本発明によれば、支持体をケーシングに対して間隔を保つために使用されるスペーサホルダは、もはや気密である必要はない。本発明によれば、温度負荷に基づくシール性のための高価な費用は節約される。引き込み部は、シート抵抗の接続ワイヤ及び場合によって付加的な延長部より成っている。本発明は、接続ワイヤの代わりに接続面を有するシート抵抗も対象としている。この場合、引き込み部は、シート抵抗の構成部分ではない。
有利な実施例によれば、
・中空体の開口内にシート抵抗が固定されており、
・中空体が金属製のケーシング内に固定されており、
・支持体が、シート抵抗とは反対側の端部で、金属製のケーシングに対してシールされており、
・金属製のケーシングが、支持体、特にセラミック製の多孔毛管に対して間隔を保っており、特に、遮蔽部が排気管又は排ガス再循環パイプ内で支持体に対して間隔を保っている。
・金属製のケーシングが、シート抵抗の側で単数又は複数のシート抵抗のためのブッシングを除いて、支持体、特にセラミック製の多孔毛管を包囲しており、
・支持体、特にセラミック製の多孔毛管は、シート抵抗とシールとの間の領域で金属製のケーシングに固定されており、
・測定装置が、2つの支持体、特にセラミック製の多孔毛管を有していて、該多孔毛管内にそれぞれ1つのシート抵抗が固定されており、
シート抵抗がブッシングの領域内で気密に支持体に対してシールされており、
・支持体及びシート抵抗は、シール箇所で、互いに膨張率が合わせられている材料より成っている。
簡単な実施例によれば、支持体は管として構成されている。
有利な測定装置は、シート抵抗を有する、流れセンサの測風学的な測定装置であって、この場合、本発明によれば、2つのシート抵抗がそれぞれ1つの管内に固定されており、この管は、セラミック薄片の熱膨張率及び、このセラミック薄片を支持する管の熱膨張率が、最大で±2.5×10-6/Kだけ異なっているように、膨張率が合わせられている。膨張率の合わせられた材料は、無機材料例えばガラスによるシールを可能にする。膨張率が合わせられていない材料のために、ガラスは、非常に僅かな弾性を有していて、公知の弾性的なシール材料は、非常に僅かな耐熱性を有している。
特に排ガス再循環パイプ内で、測風学的な測定を実施するための方法において、本発明によれば、測風学的な測定が排ガス再循環パイプ内のシート抵抗によって実施され、この場合、シート抵抗の支持体は、排気管内を通ってガイドされ、その排気管の外亜ぐぁに位置する側が、金属製のケーシングに対してシールされる。
特に排ガス再循環パイプ内での測風学的な測定のための、測定装置が排ガス再循環パイプ内の測定装置の配置されている構成において、本発明によれば、測風学的な測定が、排ガス再循環パイプ内でシート抵抗によって実施され、この場合、シート抵抗の支持体は排気管を通ってガイドされ、その排気管の外側に位置する側が金属製のケーシングに対してシールされる。
ヒータを有し、場合によってさらに1つ又は2つの測定抵抗を有し、また場合によっては付加的な1つの測定抵抗を有し、この付加的な測定抵抗が場合によってはさらに1つの加熱抵抗を有している、測風学的な測定装置を製造するための方法において、ヒータとして構成されたシート抵抗を中空体内に固定し、この中空体の膨張率を、前記シート抵抗の膨張率に対して、2.5×10-6/Kを越えない程度、特に最大で1×10-6/Kだけ異なるようにした。この場合、本発明によれば、中空体は、固定部を除いて、金属製のケーシングに対して間隔が維持されるように、金属製のケーシング内に固定される。有利な形式で、中空体は付加的に、金属ケーシングに対して、シート抵抗とは反対側の、管の端部においてシールされる。
測定装置特に測風学的な測定装置を製造するために、本発明によれば、シート抵抗が固定されている中空体が、そのシート抵抗とは反対側の端部に設けられた有機的なシール材料によって金属製のケーシングに対してシールされる。
中空体内に固定されたシート抵抗を有し、かつ前記中空体が金属製のケーシング内に固定されていて、この金属製のケーシングに対して間隔を保っている、排気管又は排ガス再循環パイプ内に突入する測定装置を製造するために、本発明によれば、中空体の前記固定部が、排気管の外側で金属ケーシングに配置されている。
金属製のケーシングを、熱い排ガスに対して測定装置を断熱するために使用するために、金属製のケーシングは中空体に対して間隔を保って配置されており、前記中空体はその排気管内に突入する端部がシート抵抗を支持している。中空体は有利には、熱い排ガスが通る管の外側で、金属ケーシングに固定されている。
本発明による測定装置は、測風学的な測定装置として又は煤センサとして又は温度センサとして使用するために適している。
配置構成又は測定装置毎に、複数のシート抵抗を支持体内に配置するか、又は複数のシート抵抗のために複数の支持体を、例えば加熱エレメントとしての及び温度センサとしてのその他のシート抵抗を有する測風学的な測定装置内に配置することができる。加熱エレメントを有するチップは、有利な形式で、付加的に1つの特に2つの測定抵抗を有しており、これらの測定抵抗によって、ガス流の方向を検出することができる。また温度センサは有利には、自由燃焼のためのヒータを有している。
質量流量の測定は、本発明の実施例によれば、水によって冷却される領域内でも、水によって冷却される領域の後ろでも行われない。このような構成のために、ホットフィルム風速計が、冷却装置の前に配置されるか、又は空気によって冷却される冷却装置内に配置される。
本発明によればもはや、吸い込まれた空気の流量を測定する必要はない。
自動車内燃機関の算出されたパラメータによって、低い環境汚染及び効率に関連したエンジン作動の最適化が得られ、この場合パラメータは非常に簡単な形式で算出される。
内燃機関から排出される排ガスはホットフィルム風速計に供給され、この場合、算出された、再循環された排ガスの流量及び場合によって吸い込まれた空気の流量から、実際値信号(X,X1,X2)が形成され、内燃機関の最適な作業自転のための目標値信号(W)と比較され、実際値信号と目標値信号との偏差が調節信号を生ぜしめ、この調節信号が調節部材によって排ガス再循環に作用するようになっている。
調節信号(Y,Y1)によって、少なくとも1つの調節部材が排ガス再循環を制御する。この調節部材は、有利な形式で制御可能な弁として構成されている。
方法の有利な実施態様によれば、目標値信号(W)は、出力プリセット信号(例えばアクセルペダル)及び内燃機関の少なくとも1つのパラメータから導き出される。パラメータとして、排ガス温度又は回転数並びに再循環された排ガスの量から形成される信号が用いられる。この場合、内燃機関パラメータとしての少なくとも1つの信号と基準値信号との差が比較され、この場合、所定の差を上回ると、調節信号(Y,Y1,Y2)を発信する。
調節信号Y,Y1が、有利な形式で制御可能な弁によって、直接排ガス再循環に作用するのに対して、調節信号Y2は、内燃機関のインレット領域(このインレット領域内に、流入する空気と部分的に再循環された排ガスとから成る混合気が流入する)に設けられた調節部材に作用する。
本発明の方法の実施態様によれば、ホットフィルム風速計内に、一定の温度を維持する2つの加熱抵抗が、排ガスの質量流を測定するために相前後して配置されており、この場合、2つの加熱抵抗にそれぞれ調節可能な電流(l,l)が供給され、この電流(l,l)の強さから質量流及びその方向のための信号が形成される。
さらにまた、方法の実施態様によれば、脈動する少なくとも1つの電流l,lから電流振幅の+1と−1とを交互に乗算し、次いで差を形成することによって、質量流の流れを算出する。
車両内燃機関の出口領域から空気入口領域(この空気入口領域において調整器によって調節可能な排ガスと流入する空気との混合気が内燃機関に供給可能である)への、(部分的な)排ガス再循環のための装置において、本発明に従って、再循環される排ガス及び空気の質量を検出するために、ホットフィルム風速計が排ガス再循環パイプ内で冷却装置の前に、又は空気冷却される冷却器内に配置されている。
出口領域は、調節部材としての制御可能な弁及びホットフィルム風速計を有する排ガス再循環のための流れ管路を介して、内燃機関の入口領域に接続されている。
これによって、燃料量を、空気貫流率に関連して出力プリセット信号を考慮しながら調節することができる。
本発明による装置の有利な第1実施態様によれば、ホットフィルム風速計が少なくとも1つの測定抵抗と、少なくとも1つの加熱抵抗とを有しており、この場合、抵抗はそれぞれマイクロシステム技術によって構成されている。有利な形式で、抵抗は、白金若しくは白金族金属とから成る測定技術的なベース部上に薄膜層又は厚膜層エレメントとして構成されている。
単数又は複数の加熱抵抗は、500℃乃至750℃の温度範囲内で駆動するために設けられている。
短い応答時間の測定抵抗及び迅速なマイクロヒータを有する測定電流センサは、例えばヨーロッパ特許公開第2964230号明細書により公知である。
本発明の第2の有利な実施態様によれば、ホットフィルム風速計が、規定された固定の超過温度例えば450℃及び550℃で駆動される、少なくとも2つの迅速なマイクロヒータ若しくは加熱抵抗を有している。これらの温度は、付着した煤が熱分解によって常に燃焼され、それによってマイクロヒータがクリーンに維持されるように選定されている。迅速は調整エレクトロニクスがヒータに電流を供給し、それによってヒータの温度は一定に維持される。熱流は、質量流からもまた質量温度からも推量できる。厚膜技術でも薄膜技術でも製造される白金加熱エレメントを使用することによって、規定された抵抗・温度特性曲線を利用して白金加熱温度の500℃〜750℃を調節することができる。
第2の実施態様(第2の加熱抵抗)の主要な利点は、加熱抵抗は事実上煤けることがないので、常に最適な測定特性で駆動される、という点にある。
加熱抵抗若しくは測定抵抗は、有利な形式でプレート状のダイヤフラム(有利な形式で電気的な絶縁され、かつ耐熱性である材料例えばセラミックより成る)上に設けられた少なくとも2つの導体路に形成されている。
本発明の実施態様によれば、ホットフィルム風速計は大量生産に適した配置を有していて、大量生産に適した、排ガス再循環のため使用される。このホットフィルム風速計は、ドリフト(偏流)に抗して働く、特にセルフクリーニング式のホットフィルム風速計又は、強い汚れ例えば排ガスにさらすことができる、安定的に機能する流れセンサエレメントである。
本発明のために重要な実施態様によれば、加熱器で熱することによって温度測定エレメントがセルフクリーニングされる。特にこの加熱器は、温度測定エレメントのチップ側に組み込まれている。有利な実施例によれば、少なくとも2つの白金−薄膜抵抗がセラミック製の支持体薄片上に配置されている。これによって、汚れを熱するか又は焼くために温度測定エレメントを加熱することができる。
特に、温度測定エレメントの2つの抵抗は、セラミックの支持体、有利には中実なセラミック薄片上に配置されている。
複数部分より成るセラミック構成部分のセラミック製の構成部材として、有利な形式で積層体として既に構成された支持体部分の他に、温度測定エレメント及び加熱エレメントが考慮される。特に有利には、支持体部分がカバーとして構成されているか、又は中空体の面若しくは側として、特に端面側として構成されている。セラミック製の支持体の代わりに、抵抗を、選択的な支持体上のセラミック製のベース部上に配置してもよい。
温度測定エレメントが、2つの長い縁部及び2つの短い縁部を備えた長方形のセラミック製の支持体薄片を有していて、該セラミック製の支持体薄片が、セラミックシート積層体のセラミックシート間の狭い縁部のうちの一方の領域内に、又はセラミック構成部分の少なくとも2つの部分間に配置されていれば、有利である。
同様に有利には、少なくとも1つの加熱エレメントが、2つの長い縁部及び2つの狭い縁部を備えた長方形のセラミック製に支持体薄片を有しており、該セラミック製の支持体薄片が、セラミックシート積層体のセラミックシート間の狭い縁部の少なくとも一歩婦の領域内に、又はセラミック構成部分の少なくとも2つの部分間に配置されていれば、有利である。
特に有利には、温度測定エレメント又は少なくとも1つの加熱エレメントが、2つの長い縁部及び2つの狭い縁部を備えた長方形のセラミック製の支持体薄片を有しており、この場合、前記セラミック製の支持体薄片が、カバー又は中空体端面側の開口内に配置されている。
この場合、白金−薄膜抵抗は、有利な形式で、セラミックシート積層体又はセラミック構成部分とは反対側の、支持体薄片の端部に配置されており、それによって、熱に鈍感な(熱に対して強い)セラミックシート積層体又はセラミック構成部分に基づいて白金−薄膜抵抗に対する熱的な影響を小さくすることができる。
温度測定エレメントと加熱エレメントとが互いに影響し合わないようにするために、加熱エレメントの白金−薄膜抵抗が、セラミックシート積層体又はセラミック構成部分に対して、温度測愛知エレメントの白金−薄膜抵抗よりも遠くに配置されていれば、有利である。これによって、加熱エレメントの白金−薄膜抵抗は、温度測定エレメントの白金−薄膜抵抗と同じ測定媒体の流れ内には配置されない。
本発明によれば、特に測風学的な測定装置も提供される。この測定装置においては、抵抗は、カバー又は中空体に形成された単数又は複数の開口内に固定されており、この場合、2つの抵抗が、1乃至3単位まで異なっている。
1乃至3単位だけ大きい抵抗は、温度測定抵抗として適しており、以下では温度測定抵抗と称呼する。温度測定抵抗に対して1乃至3単位だけ小さい抵抗は、加熱手段(ヒータ)として適している。このような加熱抵抗は、本発明の枠内で種々異なる機能を有している。
1.温度センサの構成部分としての、温度センサのセルフクリーニングのための加熱抵抗、
2.測風学的な原理に基づいて質量流を測定するための加熱出力センサとしての加熱抵抗、
2つの加熱器を備えた加熱出力センサは、質量流の流れ方向を規定することができる。付加的な温度抵抗を備えた加熱出力センサは、加熱出力センサの正確な温度調節を行う。この場合、本発明は、白金を用いて厚膜層又は薄膜層として構成された、特に白金−薄膜層として構成されたシート抵抗である。シート抵抗は基板上、特にセラミック製のベース部上に配置されている。セラミック製のベース部を支持体として構成するか、又は金属薄片等の支持体上に配置することができる。慣用語として、支持体材料上に施されたシート抵抗も同様にシート抵抗と称呼されるので、シート抵抗において、狭い意味で、純粋な抵抗シートと支持体材料を含むシート抵抗との間に表現上の違いはない。カバー又は中空体の開口内に差し込まれたシート抵抗は基板を有しており、この基板上に薄膜層又は圧膜層が抵抗シートして配置されている。
有利な実施態様によれば、複数のシート抵抗が、狭い意味でセラミック製のベース部上に配置されている。また広い意味で、複数の種々異なるシート抵抗が、相並んでカバー又は中空体の1つの開口内に配置されるか又はそれぞれ1つの開口内に別個に配置される。有利な形式で加熱出力センサ及び温度センサが互いに間隔を保って配置されている。1つの加熱出力センサの2つの加熱器が、流れ方向で相前後して位置するように、相前後して配置されている。有利な形式で、2つの加熱器を備えた複数の加熱出力センサが1つの共通のベース部上に構成されているか、又は複数の加熱出力センサが相前後して配置された2つの同一のチップを備えて構成されている。
カバー又は中空体の複数の開口は、有利な形式で複数のスリット又は孔である。
カバーは、管を気密に閉鎖するために設けられている。カバーが金属より成っていれば、カバーは金属管と溶接される。広い意味で、シート抵抗はカバーの単数又は複数の開口内にガイドされ、カバーのこれらの開口内で固定されている。中空体は、シート抵抗の接続部を受容するために用いられ、これらのシート抵抗の感応部分が単数又は複数の開口を通って中空体から突き出している。
本発明の重要な実施態様によれば、厚膜又は薄膜で形成された抵抗は、排気管内に大量生産で組み付けられるセンサエレメントに簡単に組み込むことができる。カバー又は中空体内にシート抵抗を差し込む、本発明による解決策は、抵抗の支持体材料でもまた排気管の材料でも、カバー又は中空体を簡単にシールすることができる。
本発明によれば、シート抵抗がカバー又は中空体のベース面に垂直に構成することができる。これによって、プレートに対して平行な構成と比較して製造技術的な利点が得られる。この場合、本発明は垂直な構成に限定されるものではなく、カバー若しくは中空体の表面に対して任意の角度でもよい。本発明の重要な利点は、角度の垂直な成分が、本発明に従って構成可能である、という点にある。従って、本発明の利点は、60°乃至90°の角度特に80°乃至90°において得られる。
有利な実施態様によれば、
・中空体の端面側が開放していて、特に一方側が閉じた管として構成されており、
・カバーがディスク(円板)として構成されており、
・少なくとも2つのシート抵抗を受容するための開口の底面が、カバー底面又は対応する中空体底面よりも、少なくとも1単位だけ小さくなっており、
・カバー又は中空体が、シート抵抗を受容するための2つの開口を有しており、
・カバーがセラミック材料より成っており、
・セラミック製の支持体材料上に支持されたシート抵抗が、セラミック製のカバーの開口内、特にセラミック円板の開口内にガラスはんだによって固定されており、
・セラミック製の基板上に支持されたシート抵抗が、金属カバー又は中空体の少なくとも1つの開口内、特に金属管に溶接された金属円板の少なくとも1つの開口内に注型又はガラスによって固定されており、
・温度測定エレメントの2つの抵抗が一平面に位置しており、
・より小さい抵抗(ヒータ202d)がより大きい抵抗(温度測定のための抵抗202a)を取り囲んでいる。
本発明による測定装置は、流れセンサ又は煤センサのために適している。
ホットフィルム風速計は、測風学的な原理に従って加熱出力抵抗及び温度センサによって駆動される。本発明によれば、温度センサは測風学的な測定装置の一部として別の加熱器を備えている。これによって、温度センサの洗浄は、ヒータで加熱することによって可能である。測風学的な測定装置において、温度センサ、及びこの温度センサのヒータとは別の加熱出力センサを分離し、有利な形式で互いに間隔を置き、特にカバー又は中空体の別個の開口内に差し込むようにすることは、有利であることが実証されている。温度センサは、ヒータより著しく高い抵抗、典型的には3単位までの高い抵抗を有している。温度センサによって、質量流の規定に作用する排ガス温度の影響を修正することができる。
場合によって加熱出力センサに配置された温度測定抵抗(この温度測定抵抗によって加熱器の温度が特に正確に調節可能である)は、温度センサとは異なっている。完成された温度測定抵抗は、温度センサとは異なり、流体温度を測定するために設けられているものではない。何故ならば温度測定抵抗は、加熱出力センサの運転中における加熱出力センサの温度制御のためにだけ適しているからである。
加熱出力センサ及び温度センサは2つとも、有利な形式でそれぞれ1つの加熱器と1つの温度測定抵抗とを有している。加熱出力センサと温度センサとが同じ構造であれば、その機能的な決定は電気的に行われる。
白金−薄膜抵抗の支持体は薄い薄片(Plaettchen)として構成されているので、システムの熱的な鈍感さはできるだけ小さく、ひいては白金・薄膜抵抗の高い応答速度が得られる。セラミック複合体を形成するために、焼結された複数のセラミックシートが使用される。これらのセラミックシートは有利な形式でガラスはんだによって接着される。ホットフィルム風速計を構成するために使用される材料は、有利な形式で−40℃乃至+800℃の範囲内の温度にさらされる。
セラミック支持体薄片が、100μm乃至650μmの範囲の厚さ、特に150μm乃至400μmの範囲の厚さを有していれば、特に有利である。セラミック製の支持体薄片のための材料として、特に少なくとも96重量%有利には99重量%以上のAlが有利であることが実証されている。
白金−薄膜抵抗がそれぞれ0.5μm乃至2μmの範囲の厚さを有していれば、有利であることが実証されている。加熱抵抗は、有利な形式で1乃至50オーム(Ohm)であって、構成部分が小さくなるにつれて低い値になる。本発明の実施例による構成部分の寸法においては、100乃至2000オームが有利である。温度チップにおける温度測定抵抗は、加熱抵抗の数倍大きい。特にこの抵抗の大きさの差は、1乃至2単位である。
白金−薄膜抵抗を、測定媒体による侵食作用に対して保護するために、白金−薄膜抵抗をそれぞれ不動態化層でカバーすれば有利であることが実証された。この場合、不動態化層は、有利には10μm乃至30μmの範囲、特に15μ乃至20μmの範囲の厚さを有している。特に有利には、不動態化層は、少なくとも2つの異なる個別層、特にAlとガラスセラミックより成る少なくとも2つの異なる個別層より成っていれば、有利であることが実証された。薄膜技術は、層厚が0.5μm乃至5μm特に1μm乃至3μmのAlを製造するために適している。
この場合、熱に対して鈍感なカバー又は中空体によって白金−薄膜抵抗の熱的な影響をできるだけ小さくするために、白金−薄膜抵抗は、有利な形式で、支持体薄片の、カバー又は中空体とは反対側の端部に配置される。
温度測定エレメントと加熱エレメントとの互いの影響を阻止するために、加熱エレメントの白金−薄膜抵抗は、温度測定エレメントの白金―薄膜抵抗よりも遠くに配置されている。これによって、加熱エレメントの白金−薄膜抵抗は、温度測定エレメントの白金−薄膜抵抗と同じ、測定媒体の流れ方向に配置されてはいない。
温度測定エレメントの有利な配置は、流れ方向で加熱エレメントの前である。
有利な形式で、加熱エレメント及び温度測定エレメントの支持体薄片は、互いに間隔を保っている。つまり特に互いに平行である。
2つの加熱エレメントと1つの温度測定エレメント、又は2つの温度測定エレメントと1つの加熱エレメントとが、一列に配置されていれば、交互の流れ方向を有する媒体を測定するために特に有利であることが実証されている。
加熱エレメント及び温度測定エレメントの支持体薄片を、カバー又は中空体内に互いに間隔保って、及び互いに平行に配置すれば有利であることが実証されている。
支持体薄片が媒体の流れ方向に配置されていれば、本発明によるホットフィルム風速計によって、導管内でガス状又は液状の媒体を質量量流測定することができる。
有利な形式で、加熱エレメント及び温度測定エレメントの支持体薄片が互いに間隔を保って配置されている。つまり、同じセラミックシート間に又はセラミック構成部分の部分間に連続的に配置されている。
この場合、セラミックシート積層体が2つのセラミックシートより形成されているか、又はセラミック構成部分が2つのセラミック管より成っていて、該セラミック管の壁部の横断面が、それぞれ半月状プロフィールを有している。
1つの温度測定エレメントと2つの加熱エレメントと1つの温度測定エレメントとが、一列に配置されていれば、変化する流れ方向を有する媒体を測定するために特に有利であることが実証された。
さらにまた、セラミックシート積層体が3つのセラミックシートより形成されていれば、有利であることが実証された。
この場合、加熱エレメント及び温度測定エレメントの支持体薄片が、セラミックシートによって互いに間隔を保って、かつ互いに平行に配置されていれば、特に有利であることが実証された。
有利には、加熱エレメントが、第1のセラミックシートと第2のセラミックシートとの間に配置され、温度測定エレメントが3つのセラミックシートの第2のセラミックシートと第3のセラミックシートとの間に配置され、この場合、加熱エレメントと温度測定エレメントとが、セラミックシート積層体の同じ高さ位置に配置されている。
また有利には、加熱エレメントが、3つのセラミックシートの第1のセラミックシートと第3のセラミックシートとの間に配置されていて、第2の温度測定エレメントが3つのセラミックシートの第2のセラミックシートと第3のセラミックシートとの間に配置されており、この場合、加熱エレメントは温度測定エレメント間に配置されている。
また有利には、セラミックシート積層体が4つのセラミックシートより形成された配置されている。
この場合、第1の温度測定エレメントが、4つのセラミックシートの第1のセラミックシートと第2のセラミックシートとの間に配置されていて、第2の温度測定エレメントが、4つのセラミックシートの第3のセラミックシートと第4のセラミックシートとの間に配置されており、加熱エレメントが第3のセラミックシートの第2のセラミックシートと第3のセラミックシートとの間に配置されており、この場合、加熱エレメントと温度測定エレメントとが、セラミック積層体の同じ高さ位置に並んで配置されている。
さらに、第1の温度測定エレメントが、4つのセラミックシートの第1のセラミックシートと第2のセラミックシートとの間に配置され、第2の温度測定エレメントが、4つのセラミックシートの第3のセラミックシートと痔4のセラミックシートとの間に配置されており、加熱エレメントが第2のセラミックシートと第3のセラミックシートとの間に配置されており、この場合、温度測定エレメントがセラミックシート積層体の同じ高さに並んで配置されていて、加熱エレメントが温度測定エレメントに対してずらして配置されている。
理想的には、本発明によるホットフィルム風速計を、導管を貫流するガス状又は液状の媒体の質量流量測定のために使用し、この場合、支持体薄片は媒体の流れ方向に対して平行に配置されている。
この場合、本発明によるホットフィルム風速計は、(例えば内燃機関の排ガスにおけるような)特に−40℃〜+800℃の範囲の温度を有するガス状の媒体を測定するために適している。
温度測定エレメントを加熱することによるセルフクリーニングは、特に、内燃機関特にディーゼルエンジンの排ガス範囲内に配置されたセンサのために適している。カーボンが付着したセンサは、加熱特に焼き戻し(Ausgluehen)によって迅速に再び完全に機能する。この場合、セルフクリーニングは、エンジンの耐用年数の間、任意にしばしば繰り返される。
支持体エレメントに複数の温度測定エレメント及び加熱エレメントを配置することによって、理想的な形式で、媒体の流れ方向若しくは流れ方向変化を検知することができる。この場合、本発明によるホットフィルム風速計を、時間的な間隔をおいて変化する流れ方向を有する媒体を測定するために使用すれば有利である。
測風学的な測定装置の縦断面図及び平面図である。 図1に示した測定装置の分解図である。 シート抵抗毎にそれぞれ1つの支持体を備えた、測風学的な測定装置の縦断面図である。 図3の外側を示す図である。 図3の支持体を示す図である。 図3の接続領域を示す図である。 測定装置の熱い領域内のシート抵抗及びそのシールを示す図である。 排ガス再循環装置を備えた内燃機関のためのコントロール回路の概略図である。 排ガス再循環装置のためのホットフィルム風速計を示す図である。 本来のホットフィルム風速計を示す図である。 本来の測定エレメントを備えた排ガス再循環装置のための流れ管路の一部の拡大図である。 流れ方向識別手段を有するホットフィルム風速計の一部の拡大図である。 断熱された2つのヒータを備えたホットフィルム風速計を示す図である。 2層式のセラミックシート積層体と、1つの温度測定エレメント及び加熱エレメントを備えたホットフィルム風速計の、図14aの平面図である。 図14に示したホットフィルム風速計の側面図である。 2層式のセラミックシート積層体と2つの温度測定エレメントと2つの加熱エレメントとを備えたホットフィルム風速計の、図15aの平面図である。 図15に示したホットフィルム風速計の側面図である。 2層式のセラミックシート積層体と2つの温度測定エレメントと1つの2重加熱エレメントとを備えたホットフィルム風速計の、図16aの平面図である。 図16に示したホットフィルム風速計の側面図である。 3層式のセラミックシート積層体と、2つの温度測定エレメントと1つの2重加熱エレメントとを備えたホットフィルム風速計の平面図である。 3層式のセラミックシート積層体と2つの温度測定エレメントと1つの2重加熱エレメントとを備えたホットフィルム風速計の平面図である。 図18に示したホットフィルム風速計の斜視図である。 3層式のセラミックシート積層体と温度測定エレメントと加熱エレメントとを備えたホットフィルム風速計の平面図である。 図19に示したホットフィルム風速計の側面図である。 図19aに示したホットフィルム風速計の側面図である。 4層式のセラミックシート積層体と、2つの温度測定エレメントと1つの2重加熱エレメントとを備えたホットフィルム風速計の平面図である。 4層式のセラミックシート積層体と2つの温度測定エレメントと1つの2重加熱エレメントとを備えたホットフィルム風速計の平面図である。 複数部分より成るセラミック構造部と、1つの温度測定エレメントと、1つの加熱エレメントとを備えたホットフィルム風速計の、図12aのA−A線に沿った断面図である。 図22に示したホットフィルム風速計の側面図である。 金属円板に配置された加熱エレメント及び温度測定エレメントを備えたホットフィルム風速計の断面図である。 セラミック円板に配置された加熱及び温度測定エレメントを備えたホットフィルム風速計の断面図である。 セラミック円板に配置されたシート抵抗を有する、図14又は図15に示した部分の図である。 図16aに示した部分の平面図である。
図1及び図2に示した簡単な測風学的な測定装置によれば、シート抵抗2がガラスはんだ又はセラミック注型材によって支持体3に固定されている。注型材若しくはガラスはんだは、特に固定液の領域で支持体をシート抵抗の基板に対して気密に密封している。支持体3は、測定抵抗とは反対側の端部が、エラストマーより成るシール5によって金属製のケーシング4aに対してシールされている。金属製のケーシング4aに対してシールされた、支持体3の端部は、使用中に、風速計(Anemoneter;アネモメータ)のこの冷たい端部が運転状態において、シール5として使用されたエラストマー材料の使用目的を損なうまでには熱くならない程度に、排気管から離れて配置されている。金属製のケーシング4は同時に、金属製のケーシング4と支持体3との間に存在するエアギャップによって、熱に対する遮蔽部4aでもある。金属製のケーシング4と支持体3との間のエアギャップ絶縁部は、スペーサホルダ6によって間隔が保たれており、このスペーサホルダ6は、排気管8の外側で支持体3に対して間隔を保っているが、シールはしていない。このスペーサホルダ6は、排気管内で加熱された支持体3を、排気管8の外側における熱導出を介して冷却する。シート抵抗2(チップ)は、基板の領域内では、スリットを有するキャップ4cによって部分的にカバーされているので、シート抵抗の測定抵抗の領域だけが、排ガス流内に配置するために、キャップ4cのスリットから大きく突き出している。基板上の固定液及び、測定抵抗に通じる導体路の部分は、キャップ4cによって熱的に遮蔽される。
それによって熱い排ガスは、キャップのスリットを通って、支持体3と遮蔽部4との間のギャップ内でシール5まで拡散するが、流れることはない。このような理由により、排気管の外側に間隔を保って位置する、測風学的な測定装置の冷たい端部は、エラストマー製のシール部材が破壊されるまで強く加熱されることはない。冷たい端部は、排気管の外側に位置するケーシング部分4bと4cとの間に位置している。ケーシング部分4cは、支持体3を通ってガイドされる、シート抵抗2の接続ワイヤとのケーブル接続部のためのケーシング領域4cを形成する。ケーシング部分4bは、ケーシング4に対する支持体3のシールのために必要である。
図3は、ヒータとして構成されたシート抵抗2と温度測定エレメントとして構成されたシート抵抗2とを有する測風学的な測定装置の有利な構成を示す。2つのシート抵抗2は、それぞれシート材料例えば注型材、ガラス又はガラスセラミックと共に、それぞれ支持体3内に固定されている。支持体3はシート抵抗2に対して気密にシールされている。このような形式のセラミックの支持体3は図5に示されている。セラミックの支持体3は、セラミック製の管、特にセラミック製の多孔毛管として構成されていて、それぞれその、チップ2の測定抵抗とは反対側の端部が、エラストマー材料5によって、金属製のケーシング4に対してシールされている。さらに、支持体3と金属製のケーシング4との間に、エアギャップと空気を通すスペーサホルダ6とが配置されている。このスペーサホルダ6は、運転状態で排気管8の外側において排気管8から間隔を保つように配置されている。スペーサホルダ6は、熱をケーシング4に導出することによってセラミック製の支持管体3を冷却する。
シート抵抗2の、測定に適した機能領域は、シート抵抗を被覆するキャップ4aのスリットを通って突き出している。
シート抵抗の外側の熱い空気は、シー手抵抗を十分に被覆するキャップ4cのスリットを通って、金属製のケーシング4によってセラミック製の支持体のシールまで拡散するが、流れることはない。
図4にはケーシング4が示されており、この場合、ケーシング4は、排気管内に突入するケーシング部分4aを有しており、このケーシング部分4aは、カバーキャップ4a若しくは熱的な遮蔽部4aの機能を有している。この場合、支持体3は媒体の熱に対して遮蔽される。排気管の外側に配置された、ケーシング4bの部分は、スペーサホルダ6によって支持体3から間隔を保っており、この場合、図4に示したスペーサホルダ6は、スペーサホルダ6を介して熱の流れによって支持体3の冷却を改善するために、冷却リブとして構成されている。
ケーシング部分4cは、ケーブル接続部を包囲している。ケーシングの部分4bと部分4cとの間にシール5が配置されており、このシール5は、ケーシング4を支持体4に対してエラストマーによって気密にシールする。エラストマー製のシール5は、ホルダ10内に挿入される。
図6は、ケーシング4cのケーブル出口を示しており、このケーブル出口において、ケーブル11の心線がシート抵抗2の接続ワイヤに接続されている。
図7はシート抵抗2を示しており、このシート抵抗2の、酸化アルミニウムセラミック製の基板20上に、測定抵抗又は加熱抵抗として構成された導体路21が、蛇行部(メアンダ)22を通って延在している。導体路21に接続する接続ワイヤ24は、ガラス又はガラスセラミック製の固定液によって固定されている。シート抵抗2はガラスはんだ7によって、支持体3に対してシールされ、かつ固定されている。キャップ4aは、シール及び支持体を、熱衝撃及び高い熱負荷に対して保護する。導体路21は、熱的な連結解除に基づいて遮蔽部4aから大きく突き出している蛇行部22と、遮蔽部4によって遮蔽された、シート抵抗2の領域とを、電気的に接続する。
図8によれば、内燃機関31が、流入する空気及び戻し案内される排ガスのための、過給機を備えた入口領域32を有しており、また内燃機関の排気側に出口領域34が設けられており、この出口領域34から、排ガスの一部が、排ガス再循環のための流れ管路36にガイドされる。この流れ管路36は、制御可能な弁35と、排ガス冷却装置38とホットフィルム風速計40とを備えている。ホットフィルム風速計40は、戻し案内された排ガスの量を測定する。制御可能な弁35は、流入する新鮮空気の量と、一部が戻し案内される排ガスの量との比を調節するために、排ガス分圧を調節するために用いられる。制御可能な弁35は、調整器45によって調節信号Yで制御される。排ガス再循環のための流れ管路36は、混合気として構成された、内燃機関31の入口領域32内における新鮮空気管路の開口内で終わっており、この場合、流入する新鮮空気を測定するための、付加的な流量センサ44は任意である。
これによって、内燃機関31の出口領域34内で、流れ管路36への戻し管路内に分岐する、排ガスの部分は、相次いで、弁35、冷却装置38及びホットフィルム風速計40を貫流する。戻し案内された排ガスは、場合によっては、オプション的な流量センサ44を通過した後で、開口部内において新鮮空気入口の流入する空気にぶつかる。
流入する空気と排ガスとから成る混合気は、コンプレッサを有する過給機(有利には排ガスターボ過給機として構成されている)に供給され、この場合、出口領域34内に配置された所属の駆動タービンは、見やすくするために図示されていない。
排ガスの、戻し案内されない部分は、管路50及び場合によって洗浄装置を介して、外に達し、この場合、排ガスの平均温度は約400℃乃至700℃である。
さらに、排ガス出口領域34の領域内に、排ガス温度を測定するための温度センサが設けられている。略示された調整器45は、管路41を介して排ガス温度に相当する信号X1を受け、管路43を介して、オプション的な流量センサ44によって測定された、流入する新鮮空気の量に相当する信号Zを受ける。流入する新鮮空気の量は一般的に調節できないので、この流入する新鮮空気の量は、制御技術において妨害値として用いられる記号Zで示されている。
図9は、ホットフィルム風速計40の縦断面図を示しており、この場合、縦断面図で示されたセンサケーシングの上側に付加的に電気的な接続コネクタが示されている。
図10には、ホットフィルム風速計40の拡大断面図が示されており、この場合、入口領域26内に加熱可能な測定エレメント27、特にヒータを備えた薄膜温度センサが示されており、これに対して出口領域28に加熱エレメント29が示されている。
図11には、ホットフィルム風速計40が、2つ又はそれ以上のヒータを備えた流れ管路6の断面図で示されている。図11において、マイクロヒータとして構成された2つの加熱エレメント29a,29bが示されている。所属の調整器は、部分的に示されたエンジン制御エレクトロニクスの一部として構成されていて、符号45′で示されている。
ホットフィルム風速計の実施例によれば、加熱エレメントは加熱出力センサとして構成されていて、温度測定センサが温度センサとして構成されており、この温度センサは、付加的に熱する(Freigluehen)ための加熱器を有していてよい。
このために、図12によれば、媒体流の方向を検知するための2つの加熱出力センサ128が配置されている。測風学的な測定原理によれば、温度測定エレメントは媒体温度を正確に検出するように機能し、次いで1つ又は2つの加熱エレメント及び/又は加熱出力センサ128は、電気回路によって温度センサ129に対して一定の高い温度に維持される。測定しようとするガス流若しくは液体流は、単数又は複数の加熱出力センサの単数若しくは複数の加熱エレメントを冷却する。
一定の高い温度を維持するために、電子装置が、質量流に相当する電流を単数又は複数の加熱エレメントに供給する必要がある。この電流が正確な測定抵抗において、質量流をコントロールし、かつ評価可能である電圧を生ぜしめる。この場合、加熱出力センサ128又は温度センサ129を2重に配置したことによって、質量流の方向を検知することができる。
これに対して図13に示した実施例によれば、煤センサとしての2つの加熱出力センサが互いに平行に、管ケーシング内に差し込まれている。
この場合、2つの加熱出力センサ128は、それぞれガラスコーティングされたセラミック薄片131を備えている。
上記配置において、加熱出力センサは熱分解灰化温度を超える温度、つまり約500℃で駆動される。第2の加熱出力センサに煤が堆積すると、煤の堆積層は、熱的な絶縁部として作用し、またIR放射特性を、物体を次第に黒くさせるように変化させる。
これは、第1の加熱出力センサに対する基準値測定において電子的に評価される。
図14は、Alより成る第1のセラミックシート201aとAlより成る第2のセラミックシート201bとから形成されたセラミックシート積層体201を備えたホットフィルム風速計201を示す。第1のセラミックシート201aと第2のセラミックシート201bとの間に、温度測定エレメント202と加熱エレメント203とが部分的に埋め込まれていて、電気的に接触している。ホットフィルム風速計の原理に従って質量流量の測定が可能である。この場合、加熱エレメント203は、電気的な調整回路(ブリッジ回路、及び調整回路内の増幅器)によって、一定の温度(例えば450℃)又は、温度測定エレメント202に対する一定の温度差(例えば100K)に維持される。媒体の質量流の変化は、加熱エレメント203の入力の変化を生ぜしめ、この入力の変化は電気的に評価可能であり、質量流に直接関連している。
図14aは、図14に示したホットフィルム風速計の側面図を示す。この場合、温度測定エレメント202と加熱エレメント203とが、電気式の導体路204a,204b,204c,204d,205a,205bを介して接続面204a′,204b′,204d′,205a′,205b′に電気的に接触されている。電気的な導体路204a,204b,204c,204d,205a,205bは、第1のセラミックシート201a上に配置されていて、部分的に第2のセラミックシート201bによって覆われている。従って、電気的な導体路の位置は、部分的に破線で示されている。温度測定エレメント202は、Alより成る支持体薄片202cを有している。温度測定のための白金−薄膜エレメント202a、熱するための白金−薄膜エレメント202d、及び電気的な接続導線202bは、支持体薄片202cの裏側に、電気的な絶縁層と共に配置されており、従ってその位置は破線で示されている。加熱エレメント203は、Alの単層より成る支持体薄片203cを有している。ヒータとしての薄板−薄膜エレメント203a、及びその電気的な接続導線203bは、支持体シート203cの裏側に配置されており、従ってその位置は破線で示されている。
セラミックシート201a,201bは、領域206内で、互いに焼結によって、又はガラスはんだを介して結合されている。接続面204a′,204b′,204d′,205a′,205b′は、第2のセラミックシート201bによって覆われていないので、図示してない電気的な接続ケーブルと接続することができる。
図15は、Alより成る第1のセラミックシート201aとAlより成る第2のセラミックシート201bとから形成されたセラミックシート積層体201を備えたホットフィルム風速計201を示す。第1のセラミックシート201aと第2のセラミックシート201bとの間に、2つの温度測定エレメント202,208と、2つの加熱エレメント203,207とが部分的に埋め込まれていて、電気的に接触している。
これによって、前記図14に示した実施例と同様に、ホットフィルム風速計の原理に従って質量流量の測定が可能である。加熱エレメント203,207及び温度測定エレメント202,208は、それぞれ1つの加熱エレメント及びそれぞれ1つの温度測定エレメント(202,203若しくは207,208)のために、それぞれ1つの電気調整回路を形成し、かつ評価できる程度の数だけ設けられている。この流れセンサエレメントによって、媒体の流れ方向を識別することができる。何故ならば、熱エネルギーの伝達は、まず流れ方向で最初に配置された加熱エレメントから、それに続いて配置された加熱エレメントへと行われるからである。前記続いて配置された加熱エレメントの温度変化若しくは加熱によって、この加熱エレメントの入力は小さくなり、これは媒体の流れ方向のための信号として評価される。
図15aは、図15に示したホットフィルム風速計を示す。この場合、温度測定エレメント202,208及び加熱エレメント203,207は、電気的な導体路204a,204b,204c,204d,205a,205b、209a,209b,210a,210bを介して、接続面204a′,204b′,204c′,204d′,205a′,205b′、209a′,209b′,210a′,210b′に電気的に接触されている。電気的な導体路204a,204b,204c,204d,205a,205b、209a,209b,210a,210bは、第1のセラミックシート201a上に配置されていて、部分的に第2のセラミックシート201bによってカバーされている。従って、その位置は部分的に破線で示されている。温度測定エレメント202は、AlとSiOとから成る2つの単層より成る支持体薄片202cを有している。
温度測定のための白金−薄膜エレメント202a及び、熱する(Ausgluehen)ための白金−薄膜エレメント202dは、支持体薄片202cの裏側に配置されており、従ってその位置は破線で示されている。加熱エレメント203は、AlとSiOとから成る2つの単層より構成された支持体薄片203cを有している。ヒータとしての薄膜エレメント203a及びその電気的な接続導線203bは、支持体薄片203cの裏側に配置されており、従ってその位置は破線で示されている。加熱エレメント207は、AlとSiOとから成る2つの単層より構成された支持体薄片207cを有している。ヒータとしての薄膜エレメント207a及びその電気的な接続導線207bは、支持体薄片207cの裏側に配置されており、従ってその位置は破線で示されている。加熱エレメント208は、AlとSiOとから成る2つの単層より構成された支持体薄片208cを有している。温度測定のための白金−薄膜エレメント208d及び、熱するための白金−薄膜エレメント202a、並びにその電気的な接続導線」208bは、支持体薄片208cの裏側に配置されており、従ってその位置は破線で示されている。
セラミックシート201a,201bは、領域206内で、互いに直に焼結されているか又はガラスはんだを介して結合されている。接続面204a′,204b′,204c′,204d′,205a′,205b′、209a′,209b′,210a′,210b′,210c′、210d′は、第2のセラミックシート201bによって覆われており、従ってここでは、図示していない電気的な接続ケーブルとの接続が行われる。
図16aは、図16に示したホットフィルム風速計の側面図を示す。この場合、温度測定エレメント202,208と2重加熱エレメント211,211′とは、電気的な導体路204a,204b,204c,204d,205a,205b、209a,209b,210a,210b,210c,210dを介して、接続面204a′,204b′,204c′,204d′,205a′,205b′、209a′,209b′,210a′,210b′,210c′、210d′に電気的に接触されている。電気的な導体路204a,204b,204c,204d,205a,205b、209a,209b,210a,210b,210c,210dは、第1のセラミックシート201a上に配置されていて、部分的に第2のセラミックシート201bによって覆われている。従って、その位置は部分的に破線で示されている。温度測定エレメント202は、Alより成る支持体薄片202cを有している。温度測定のための白金−薄膜エレメント202a、熱するための白金−薄膜エレメント202d、並びにその電気的な接続導線202bは、電気的な絶縁被覆と共に支持体薄片202cの裏側に配置されており、従ってその位置は破線で示されている。2重加熱エレメント211,211′は支持体薄片211cを有しており、該支持体薄片211cはAlとSiOとから成る2つの単層より構成されている。ヒータとしての白金−薄膜エレメント211a,211a′及びその接続導線211b、211b′は、支持体薄片211cの裏側に電気的な絶縁被覆と共に配置されており、従ってその位置は破線で示されている。温度測定エレメント208は、AlとSiOとから成る2つの単層より構成された支持体薄片208cを有している。温度測定のための白金−薄膜エレメント208d及び熱するための白金−薄膜エレメント208a、並びにその電気的な接続導線208bは、支持体薄片208cの裏側に配置されており、従ってその位置は破線で示されている。
セラミックシート201a,201bは、領域206内で互いに直に焼結されているか又はガラスはんだを介して結合されている。接続面204a′,204b′,204c′,204d′,205a′,205b′、209a′,209b′,210a′,210b′,210c′、210d′は、第2のセラミックシート201bによって覆われており、従ってここでは、図示していない電気的な接続ケーブルとの接続が行われる。
図17は、セラミックシート積層体201を備えたホットフィルム風速計を示しており、このセラミックシート積層体201は、Alより成る第1のセラミックシート201aと、Alより成る第2のセラミックシートと、Alより成る第3のセラミックシート201cとから構成されている。第2のセラミックシート201bと第3のセラミックシート201bとの間に第2の温度測定エレメント202,202′が部分的に埋め込まれていて、電気的に接触されている。第1のセラミックシート201aと第2のセラミックシート201bとの間に2重加熱エレメント211,211′が部分的に埋め込まれていて、電気的に接触されている。この場合、2重加熱エレメントとは、電気的に別個に制御され得る2つの加熱エレメントが1つの共通の支持体薄片上に構成されている、という意味である。この流れセンサエレメントによって、媒体の流れ方向を検知することができる。
図18、図18a及び図19は、セラミック積層体201を備えたそれぞれ1つのホットフィルム風速計を示す。前記セラミック積層体201は、それぞれAlより成る第1のセラミックシート201aと第2のセラミックシート201bと第3のセラミックシート201cとから構成されている。第1のセラミックシート201aと第2のセラミックシート201bとの間に温度測定エレメント202が部分的に埋め込まれていて、電気的に接触されている。第2のセラミックシート201bと第3のセラミックシート201cとの間に加熱エレメント203が部分的に埋め込まれていて、電気的に接触されている。これらの流れ測定エレメントによって、媒体の流れ方向を検知することができる。
図19aは、図19に示した流れセンサエレメントの側面図を示す。この場合、温度測定エレメント202と加熱エレメント203とが、電気的な導体路204a,204b,204c,204d,205a,205bを介して接続面204a′,204b′,204c′,204d′,205a′,205b′に電気的に接触されている。電気的な導体路204a,204bは、第2のセラミックシート201b上に配置されていて、部分的に第3のセラミックシート201cによってカバーされている。従って、その位置は部分的に破線で示されている。温度測定エレメント202は、AlとSiOとから成る2つの単層より成る支持体薄片202cを有している。温度測定のための白金−薄膜エレメント202a及びその電気的な接続導線202bは、電気的な絶縁被覆と共に、支持体薄片202cの裏側に配置されており、従ってその位置は破線で示されている。有利な実施例によれば、支持体薄片は、電気的に同様に接触されている温度エレメントを熱するための付加的な薄膜エレメント202dを備えている。加熱エレメント203は、Alより成る1つの単層より構成された支持体薄片203cを有している。ヒータとしての白金−薄膜エレメント203aとその電気的な接続導線203bとは、支持体薄片203cの裏側に配置されており、従ってその位置は破線で示されている。セラミックシート201a,201bは領域206′内で、互いに直に焼結されているか又はガラスはんだを介して結合されている。接続面205a′,205b′は、第2のセラミックシート1bによってカバーされていないので、図示されていない電気的な接続ケーブル1と接続することができる。セラミックシート1b,1cは領域206内において、直に互いに焼結されているか又はガラスはんだを介して結合されている。接続面204a′,204b′は、第3のセラミックシート201cによってカバーされていないので、図示されていない電気的な接続ケーブルと接続することができる。
図19bは、図19aに示したホットフィルム風速計の側面図を示す。この場合、ホットフィルム風速計は、導管212の横断面内に組み込まれている。この場合、温度測定エレメント202及び加熱エレメント203の支持体薄片202c,203cは、流れ方向に対して平行に導管内に組み込まれている。
図20及び図21は、セラミックシート積層体201を備えたそれぞれ1つのホットフィルム風速計を示しており、このセラミックシート積層体201は、第1のセラミックシート201aと第2のセラミックシート201bと第3のセラミックシート201cと、Alより成る第4のセラミックシート201dとから構成されている。第1のセラミックシート201aと第2のセラミックシート201bとの間に温度測定エレメント202が部分的に埋め込まれていて、電気的に接触している。第2のセラミックシート20bと第3のセラミックシート201cとの間に2重加熱エレメント211,211′が部分的に埋め込まれていて、電気的に接触している。第3のセラミックシート201cと第4のセラミックシート201dとの間に、別の温度測定エレメント202′が部分的に埋め込まれていて、電気的に接触している。
図22は、Alより成る複数のセラミック構成部分213a,213b,214a,214bを備えたホットフィルム風速計の横断面図A−A′(図22a参照)を示しており、このホットフィルム風速計は、温度測定エレメント202と加熱エレメント203とを有している。セラミック構成部分213a,213b,214a,214bは2つの中空室215a,215bを有しており、これらの中空室は、温度測定エレメント202若しくは加熱エレメント203の領域内で気密に閉鎖されている。導管内に組み込むために接続フランジ216が設けられている。
図22aは、図22に示したホットフィルム風速計の側面図を示す。この場合、温度測定エレメント202及び加熱エレメント203は、図面では部分的に示された電気的な導体路204a,204b205a,205bを介して接続面204a′,204b′,205a′,205b′に電気的に接続されている。電気的な導体路204a,204b205a,205bは、セラミックプレート214a上に配置されていて、部分的に第2のセラミックプレート214b(図示せず)によって覆われている。温度測定エレメント202は、Alより成る単層として構成された支持体薄片202cを有している。温度測定のための白金−薄膜エレメント202a及びその電気的な接続導線202bは、支持体薄片202cの裏側に配置されており、従って破線で示されている。有利な実施例では、支持体薄片202cは、1単位(eine Groessenordnung)だけ小さい抵抗を有する付加的な白金−薄膜エレメント202dを有している。このような、熱する(Ausheizen)ために又は焼く(Ausgluehen)ために設定された抵抗は、白金−薄膜エレメント202aと同様に、付加的な接触部と電気的に接触されている。加熱エレメント203aは、Alより成る単層として構成された支持体薄片203cを有している。ヒータとしての白金−薄膜エレメント203a及びその電気的な接続導線203bは、支持体薄片203cの裏側に配置されており、従って破線で示されている。
セラミックプレート214a,214bは、互いに直に焼結されているか、又はガラスはんだを介して互いに及び管外皮213a,213bに接続されていて、セラミック構成部分を形成している。2つのハーフパイプ(213a+214a;213b+214b)を使用してもよい。2つのハーフパイプにおいて、セラミックプレート214aと管外皮213aとが、若しくはセラミックプレート214bと管外皮214bとが、それぞれ1つの一体的な構成部分に統合されている。接続面204a′,204b′,205a′,205b′は、第2のセラミックプレート214bによって覆われていないので、図示していない電気的な接続ケーブルとの接続を行うことができる。
図23aによれば、注型材又はガラス118を有するホットフィルム風速計101が、耐熱性及び耐排ガス性の特殊鋼製のディスク状支持体121に支持されている。注型室のパターン形成(微細加工)された内壁、例えばねじ山130によって、注型材の良好なグリップ性が得られる。ディスク状支持体121の領域(この領域を通してセンサエレメントが媒体に向かって突き出される)は、長方形であって、センサエレメント横断面よりもやや大きい。
これによって、ホットフィルム風速計は、媒体をガイドする導管105内に向けて保持され、センサ全体の内室が媒体に対してシールされる。
ディスク状支持体121はケーシング管124内に挿入されていて、環状継ぎ目122と気密に溶接されている。ケーシング管124内にケーシング111が溶接されている。ケーシング11内に、耐熱性のプラスチック又はセラミックより成る絶縁体110が、押し込み変形部117によって固定されたリング109によって保持される。ケーブル出口において、エラストマーより成るケーブルブッシングスリーブが押し込み変形部116によって、気密に固定される。引き込み部104は、ブッシングスリーブ114の孔を通ってガイドされている。各引き込み部は、クリップ125を介して、コンタクトスリーブ103に電気的に接続されている。コンタクトスリーブ103は、絶縁部110の下に拡張部126と、絶縁部110の上に、コンタクトスリーブ直径よりも幅の広い面127とを有しており、それによって、コンタクトスリーブ103は、絶縁部110内に軸方向で固定されている。前記面127において、接続ワイヤ102が溶接部115と電気的に接触される。
センサ全体を媒体ガイド導管105に固定することは、市販のウォームねじ・ホースクランプ113、並びに媒体をガイドする導管105に溶接された、スリット付きの金属薄板フランジ部112を介して行われる。
導管105内でのホットフィルム風速計101の整列は、ケーシング管124に固定されたセンタリングピン119を介して、及び幅の広いスリット120を介して、金属薄板フランジ部112内で行われる。幅の広いスリット120に向き合って幅の狭いスリット123が設けられており、この幅の狭いスリット123は、金属薄板フランジ部112をケーシング管124に押し付け易くするために用いられる。従って、正しい角度位置における組み立てだけが許容される。
図23bは、ホットフィルム風速計(流れエレメント)101がガラスはんだ118によってディスク状支持体107内に固定されている、セラミック製のディスク状支持体107を備えた別の実施例を示す。ディスク状支持体107は、マイカ又はグラファイト製の耐熱性のシール108と共に、金属製のフレーム106の縁曲げすることによってフレーム106内に固定されている。フレーム106はケーシング管124に気密に溶接されている。

Claims (17)

  1. 排気管又は排ガス再循環パイプ内に配置されたシート抵抗(チップ)(2)を有する装置であって、前記シート抵抗(2)が支持体(3)内に固定されており、該支持体(3)が、前記排気管又は排ガス再循環パイプに結合された遮蔽部(4a)又はケーシング(4b)に対してシールされている形式のものにおいて、
    前記支持体(3)及び前記遮蔽部又はケーシングが、前記排気管又は排ガス再循環パイプの半径方向外方で、該排気管又は排ガス再循環パイプに対して間隔を保って互いにシールされていることを特徴とする、排気管又は排ガス再循環パイプ内に配置されたシート抵抗(チップ)(2)を有する装置。
  2. 前記シート抵抗(2)が測定装置(1)のシート抵抗(2)であって、該シート抵抗(2)が排気管又は排ガス再循環パイプ内に突入しており、前記測定装置(1)が、支持体及び遮蔽部又はケーシングと、前記支持体(3)と前記遮蔽部(4a)又は前記ケーシング(4b)との間に配置されたシール(5)とを有している、請求項1記載の装置。
  3. 前記シート抵抗(2)が支持体(3)内に固定されている形式の、請求項1又は2記載の、排気管又は排ガス再循環パイプ内に配置されたシート抵抗(2)を有する装置において、
    前記支持体(3)が、遮蔽部(4a)又はケーシング(4b)に対してエラストマーシール(5)によってシールされていることを特徴とする、排気管又は排ガス再循環パイプ内に配置されたシート抵抗(2)を有する装置。
  4. 前記支持体(3)が、前記排気管又は排ガス再循環パイプの外側で金属製のケーシング(4b)内に固定されている、請求項1から3までのいずれか1項記載の装置。
  5. 前記シート抵抗(2)が、無機材料によって前記支持体(3)に対してシールされている、請求項1から4までのいずれか1項記載の装置。
  6. 請求項1から5までのいずれか1項記載の装置のための測定装置(1)であって、シート抵抗(2)と、支持体(3)殊に中空体と、遮蔽部(4a)又は金属製のケーシング(4b)とを有しており、前記支持体(3)内で前記シート抵抗が機械的に固定されており、前記遮蔽部(4a)又は金属製のケーシング(4b)が前記支持体に対してシールされている形式のものにおいて、
    前記支持体の長手方向に、前記シート抵抗のための電気的な引き込み部が配置されていて、前記シート抵抗(2)が前記支持体(3)の長手方向に沿って、前記支持体(3)を前記遮蔽部(4a)又はケーシング(4b)に対してシールするシール(5)に対して間隔を保って配置されていることを特徴とする、測定装置(1)。
  7. 前記遮蔽部(4a)が、少なくとも1つの前記シート抵抗を取り囲む少なくとも1つのブッシングを有していて、前記シート抵抗(2)の領域内で前記支持体(3)を取り囲んでいる、請求項6記載の測定装置。
  8. 請求項6又は7記載の、排気管又は排ガス再循環パイプ内に配置された、測定装置を有する装置において、
    前記測定装置が、シート抵抗(2)を備えた測風学的な測定装置であって、該測定装置が、前記排気管又は排ガス再循環パイプ内に突入しており、前記シート抵抗の支持体(3)が、前記排気管又は排ガス再循環パイプを通ってガイドされていて、前記支持体(3)の、前記排気管又は排ガス再循環パイプの外側に位置する側が金属製のケーシング(4b)に対してシールされていることを特徴とする、測定装置を有する装置。
  9. 測風学的な測定を行うための加熱エレメントと付加的な測定抵抗とを有しており、前記加熱エレメントが場合によってはさらに1つ又は2の測定抵抗を有していて、前記付加的な測定抵抗が場合によってはさらに1つのセルフクリーニングのための加熱抵抗を有しており、加熱エレメントとして構成されたシート抵抗を、支持体殊に中空体内に固定し、該支持体の膨張率を、前記シート抵抗の膨張率に対して、2.5×10-6/Kを越えない程度、殊に最大で1×10-6/Kだけ異なるようにする、測風学的な測定装置を製造するための方法において、
    前記支持体を、固定部の外側で、金属製のケーシングに対して間隔が維持されるように、金属製のケーシング内に固定することを特徴とする、測風学的な測定装置を製造するための方法。
  10. 測定装置(1)を熱い排ガスに対して断熱するために金属製のケーシング(4)を使用する使用法において、
    金属製のケーシングを、支持体(3)殊に中空体を取り囲み、かつ支持体(3)殊に中空体に対して間隔を保って配置し、前記金属製のケーシングの、排気管内に突入する領域内で、前記金属製のケーシングがシート抵抗を取り囲み、かつシート抵抗に対して間隔を保って配置されるようにすることを特徴とする、測定装置(1)を熱い排ガスに対して断熱するために金属製のケーシング(4)を使用する使用法。
  11. 請求項7から9までのいずれか1項記載の測定装置を、測風学的な測定装置として又は煤センサ又は温度センサとして使用することを特徴とする、測定装置の使用法。
  12. 金属管内の500℃以上の熱い流体内におけるシート抵抗(2)による測定法であって、前記シート抵抗(チップ)を支持体(3)内に固定し、該支持体(3)を前記金属管の外側で金属製のケーシング(4b)に対してシールする測定法において、
    前記金属製のケーシング(4b)を前記金属管と気密に結合することを特徴とする、測定法。
  13. 請求項1から5までのいずれか1項記載の、排気管又は排ガス再循環パイプ内に配置されたシート抵抗(チップ)(2)を有する装置のための、自動車の内燃機関(31)の出口領域(34)から空気入口領域(32)へ排ガスを再循環させるための装置であって、前記空気入口領域(32)に、排ガスと内燃機関(31)の流入空気とから成る調節可能な混合気が供給可能であって、燃料量が調節可能であり、前記出口領域(34)が、制御可能な弁(35)と排ガス冷却装置(38)とホットフィルム風速計(40)とを有する排ガス再循環パイプを介して、内燃機関(31)の前記入口領域(32)に接続されており、前記ホットフィルム風速計(10)が加熱抵抗(29,128,203,207)と温度測定抵抗(27,129,202,208)とを有しており、前記加熱抵抗(29,128,203,207)と前記温度測定抵抗(27,129,202,208)とが、独立したシート抵抗(128,129,202,203,207,208,211)である形式のものにおいて、
    前記温度抵抗(27,129,202,208)と前記加熱抵抗(29,128,203,207)とが、それぞれセラミック製の支持体(7,201)に固定されていることを特徴とする、自動車の内燃機関(31)の出口領域(34)から空気入口領域(32)へ排ガスを再循環させるための装置。
  14. 請求項13記載の、自動車の内燃機関(31)の出口領域(34)から空気入口領域(32)へ排ガスを再循環させるための装置であって、前記空気入口領域(32)に、排ガスと内燃機関(31)の流入空気とから成る調節可能な混合気が供給可能であって、燃料量が調節可能であり、前記出口領域(34)が、制御可能な弁(35)と排ガス冷却装置(38)とホットフィルム風速計(40)とを有する排ガス再循環パイプを介して、内燃機関(31)の前記入口領域(32)に接続されており、前記ホットフィルム風速計(10)が加熱抵抗(29,128,203,207)と温度測定抵抗(27,129,202,208)とを有しており、前記加熱抵抗(29,128,203,207)と前記温度測定抵抗(27,129,202,208)とが、独立したシート抵抗(128,129,202,203,207,208,211)である形式のものにおいて、
    前記ホットフィルム風速計(40)が排ガス再循環パイプ内で冷却装置(38)の前に配置されているか又は空気冷却式の冷却装置内に配置されているか、又は新鮮空気のためにもガス冷却された排ガスのためにもホットフィルム風速計(40)が配置されていないことを特徴とする、自動車の内燃機関(31)の出口領域(34)から空気入口領域(32)へ排ガスを再循環させるための装置。
  15. 前記ホットフィルム風速計(40)が、カバー(107)又は中空体面の開口を有しており、該開口内に温度測定エレメント(27,129)と加熱エレメント(29,128)とが固定されている、請求項13又は14記載の装置。
  16. 温度測定エレメント(27,129,202,208)と加熱エレメント(29,128,203,207)とが1つの共通の支持体エレメント(107,201)に配置されているか、或いはカバー(107)又は中空体面の開口内に固定されている形式の、請求項13から15までのいずれか1項記載の装置のホットフィルム風速計(40)をセルフクリーニングするための方法において、
    前記温度測定エレメント(27,129,202,208)の、温度測定のためのセラミック製のベース部(202c)上に白金−薄膜抵抗(202a)を設け、さらに前記温度測定エレメント(27,129,202,208)を付加的な白金−薄板抵抗(202d)によって加熱することを特徴とする、ホットフィルム風速計(40)をセルフクリーニングするための方法。
  17. 請求項13から15までのいずれか1項記載の装置の、複数のシート抵抗と1つのカバー(107)又は1つの中空体とから成るホットフィルム風速計(40)を製造するための方法において、
    抵抗が互いに1単位乃至2単位だけ異なっている少なくとも2つの前記シート抵抗を、カバー(107)又は中空体の複数の開口内に差し込み、かつこれらの開口内に固定するか、又は温度測定エレメント(27,129,202,208)と加熱エレメント(28,128,203,207)とを支持体エレメント(107,201)に配置し、該支持体エレメント(201)をセラミックシート(201a,201b,201c)により積層することを特徴とする、ホットフィルム風速計(40)を製造するための方法。
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