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Dokumentenidentifikation DE19619247C2 21.06.2000
Titel Luftdurchflußmesser vom Heizwiderstandstyp
Anmelder Hitachi, Ltd., Tokio/Tokyo, JP;
Hitachi Car Engineering Co., Ltd., Hitachinaka, Ibaraki, JP
Erfinder Itsuji, Takayuki, Hitachinaka, Ibaraki, JP;
Akamatsu, Masuo, Hitachinaka, Ibaraki, JP
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte Bardehle, Pagenberg, Dost, Altenburg, Geissler, Isenbruck, 81679 München
DE-Anmeldedatum 13.05.1996
DE-Aktenzeichen 19619247
Offenlegungstag 14.11.1996
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.06.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.06.2000
IPC-Hauptklasse G01F 1/698
IPC-Nebenklasse F02D 41/18   F02M 69/48   H03F 3/20   H03G 3/20   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Luftdurchflußmesser, und insbesondere auf einen Luftdurchflußmesser, der zum Steuern eines Motors von Fahrzeugen verwendet wird.

Vom Standpunkt des Schutzes der Umwelt und des Einsparens natürlicher Ressourcen her gesehen, ist es erforderlich, den Motor von Fahrzeugen mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu steuern. Darum ist ein verbesserter Luftdurchflußmesser erwünscht, der die Menge an Ansaugluft genau erfassen kann. Ein solcher bekannter Durchflußmesser ist in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 60-100218 (1985) offenbart, bei dem der gemessene Wert gemäß der Temperaturänderung der Ansaugluft durch Abstimmen eines Stromes korrigiert wird, der durch eine Zenerdiode in einem Leistungskreis des Luftdurchflußmessers vom Heizwiderstandstyp fließt.

Bei der im obigen Stand der Technik beschriebenen Temperaturkorrektur handelt es sich aber nur um das Ändern einer Spannung gemäß der Temperatur der Ansaugluft, ohne Rücksicht auf die Menge des zu messenden Luftdurchflusses. Daher kann die Temperaturkorrektur für das Luftdurchflußsignal nur für einen willkürlich gewählten Luftdurchflußmengenpunkt durchgeführt werden. Da sich tatsächlich das die Luftdurchflußmenge anzeigende Luftdurchflußsignal mit der Temperatur des Luftstromes ändert, der über einen Heizwiderstand strömt, d. h., weil die Größe des Luftdurchflußsignals von der Temperatur der Ansaugluft abhängt, kann das Luftdurchflußsignal nicht über den gesamten Bereich der Luftdurchflußmenge hinsichtlich der Temperatur korrigiert werden. Infolgedessen ist es unmöglich, die Ansaugluft über den gesamten Bereich der Luftdurchflußmenge genau zu erfassen.

In DE 43 31 722 A1 ist ein Luftstrom-Mengenmesser und ein Luftstrom- Mengenerfassungsverfahren beschrieben, bei dem der Luftstrom-Mengendetektor sowohl einem Wärme erzeugenden Temperaturfühler-Widerstand als auch einem zweiten Heizwiderstand zur Erzeugung von Wärme in einem Luftdurchgang aufweist.

In US 4,854,167 ist ein Fluidfluß-Sensor gezeigt, der eine erfassende Brückenschaltung verwendet, um ein Erfassungs- bzw. Steuersignal bezüglich des Fluidflusses zu erzeuge. Ein mit der Fluidtemperatur variabler Widerstand, der getrennt von der Brückenschaltung angeordnet ist, wird verwendet, um eine Temperaturkompensation zu erreichen, so daß das gewünschte Ausgangssignal abhängig von dem erfaßten Fluidfluß aber weniger abhängig von der Fluidtemperatur als das Erfassungssignal ist, das durch die Brückenschaltung bereitgestellt wird.

In EP 0 657 722 A2 ist ein Luftflußmesser vom Heißdrahttyp beschrieben, der eine Antriebsschaltung zum Steuern der Temperatur des Heizdrahtwiderstands und zum Ausgeben der Steuerzustände als elektrische Signale sowie eine Ausgangseinstellschaltung zum Einstellen der elektrischen Signalausgaben von der Treiberschaltung aufweist.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten Luftdurchflußmessers vom Heizwiderstandstyp, der die Luftdurchflußmenge mit einem hohen Genauigkeitsgrad durch Korrigieren der Temperatur von Luftdurchflußsignalen über den gesamten Bereich der Luftdurchflußmenge erfassen kann, in Übereinstimmung mit der Temperaturänderung des zu messenden Luftdurchflusses.

Dieses Ziel wird durch einen Luftdurchflußmesser erreicht, wie er in Anspruch 1 definiert ist. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 4 definiert.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild, das einen Luftdurchflußmesser vom Heizwiderstandstyp gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Luftdurchflußmeßteils, der mit dem in Fig. 1 dargestellten Luftdurchflußmesser vom Heizwiderstandstyp ausgerüstet ist;

Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Luftdurchflußmenge und dem Wärmeübertragungskoeffizienten;

Fig. 4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Luftdurchflußmenge und auftretenden Fehlern veranschaulicht;

Fig. 5 ein Schaltbild, das den Luftdurchflußmesser vom Heizwiderstandstyp gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 6 ein Schaltbild, das einen Luftdurchflußmesser vom Heizwiderstandstyp zeigt;

Fig. 7 eine schematische Ansicht, die eine weitere Ausführungsform einer anderen Art von Widerstand Rs zeigt;

Fig. 8 eine schematische Ansicht, die eine noch weitere Ausführungsform einer anderen Art von Widerstand Rs zeigt;

Fig. 9 ein Schaltbild, das eine weitere Ausführungsform einer anderen Art des Widerstandes Rs veranschaulicht;

Fig. 10 eine Schnittansicht eines Luftdurchflußmeßteils, der mit dem in Fig. 9 dargestellten Luftdurchflußmesser vom Heizwiderstandstyp ausgerüstet ist; und

Fig. 11 eine Schnittansicht eines Luftdurchflußmeßteils, der mit dem Luftdurchflußmesser vom Heizwiderstandstyp gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist.

Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist ein Schaltbild, das einen Luftdurchflußmesser vom Heizwiderstandstyp gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines Luftdurchflußmeßteils, der mit dem in Fig. 1 dargestellten Luftdurchflußmesser vom Heizwiderstandstyp ausgerüstet ist. Nachfolgend werden der Aufbau und die Betriebsweise der Ausführungsform beschrieben.

Der in Fig. 1 dargestellte Luftdurchflußmesser vom Heizwiderstandstyp umfaßt: einen Heizwiderstand 1 und einen temperaturempfindlichen Widerstand 2 zum Messen der Luftdurchflußmenge, wobei die beiden Widerstände an einem Luftkanal 30 angebracht sind; eine Konstanttemperatur-Steuerschaltung 102, die an den Heizwiderstand 1 und den temperaturempfindlichen Widerstand 2 angeschlossen ist; eine Leistungsverstärkerschaltung 103; und eine Leistungsschaltung 101. Ein Bezugswiderstand 4 in der Konstanttemperatur-Steuerschaltung 102 ist vorgesehen, um den durch den Heizwiderstand 1 fließenden Strom in ein Spannungssignal umzuwandeln. Der Bezugswiderstand 4 bildet, zusammen mit dem Heizwiderstand 1 und dem temperaturempfindlichen Widerstand 2, eine Brückenschaltung, die es dem Heizwiderstand 1 ermöglicht, sich auf der vorbestimmten Temperatur zu halten. Die beschriebene Schaltung ist allgemein als sogenannter Luftdurchflußmesser vom Heißdrahttyp bekannt. Daher wird in dieser Darstellung die Beschreibung des Aufbaus und des Betriebs desselben abgekürzt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind der Heizwiderstand 1 und der temperaturempfindliche Widerstand 2 im Luftkanal 30 des Ansaugrohres eines Verbrennungsmotors angeordnet. Ein Luftdurchflußmeßteil 100 umfaßt einen Träger 70, in den ein Detektor- bzw. Erfassungsteil, bestehend aus dem Heizwiderstand 1 und dem temperaturempfindlichen Widerstand 2 sowie der Konstanttemperatur-Steuerschaltung 102 integriert sind.

Wenn im Betrieb der Heizwiderstand 1 auf eine konstante Temperatur gesteuert wird, ändert sich ein Strom Ih, der durch den Bezugswiderstand 4 fließt, gemäß der Menge des Luftdurchflusses Q, der durch den Luftkanal 30 strömt, wie in der nachfolgenden Gleichung 1a angegeben.



Ih2Rh = (0,32 λ/D + 0,43√ρ νD/ρ ν . λ/D)(Th - Ta)S (1a).

Darin bedeutet:

S - die Oberflächengröße eines Heizwiderstandes (m2),

D - den Außendurchmesser des Heizwiderstandes (m),

λ - den Wärmeübertragungskoeffizienten von Luft (kcal/m h °C),

ρ - die Luftdichte (kg/m3),

ν - den Koeffizienten der aktiven Viskosität der Luft (m/s2),

v - die Geschwindigkeit des Luftdurchflusses (m/s).

Wie aus der obigen Gleichung hervorgeht, hängen die genannten Parameter von der Lufttemperatur Ta (°C) ab, mit Ausnahme der Parameter S, D und v.

Die nachfolgende Gleichung wurde durch Vereinfachen der obigen Gleichung erhalten.



Ih2Rh = (A + B√Q)(Th - Ta) (1b).

Darin ist:

Rh - der Widerstandswert des Heizwiderstandes 1 während des Erwärmens,

A, B - eine Konstante des Heizwiderstandes 1,

Th - die Heiztemperatur des Heizwiderstandes 1,

Ta - die Temperatur der Ansaugluft.

Die Parameter A und B der Gleichung (1) sind daher weiter eine Funktion der Temperatur, d. h. A = f(Ta); B = g(Ta).

Weiter ändert sich die Klemmenspannung Vo oder das Spannungssignal, das durch Umwandeln des Stromes erhalten wird, der durch den Bezugswiderstand 4 fließt, gemäß der Größe Q des Luftdurchflusses, wie die nachfolgende Gleichung (2) zeigt.





Darin ist R4 der Widerstandswert des Heizwiderstandes 4. ΔTh = (Th - Ta) wird durch Steuern von Th unter Benutzung der Brückenschaltung und des temperaturempfindlichen Widerstandes konstant gehalten, selbst wenn sich die Lufttemperatur Ta ändert.

Als nächstes wird die Klemmenspannung Vo des Bezugswiderstandes 4 für die Verstärkung durch die Widerstände 50 und 53 aufgeteilt, die eine Leistungsverstärkerschaltung 103 bilden. Die Leistungsverstärkerschaltung 103 umfaßt weiter einen Differenzialverstärker 11 sowie eine Mehrzahl von Widerständen 13, 14, 15 und 16 für die Verstärkung, und sie gibt die in der Gleichung (3) angegebene Spannung aus. Die Leistungsschaltung 101 besitzt den gleichen Aufbau wie die in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 60-100218 (1985) offenbarte Schaltung, und sie hat die Funktion der Temperaturkorrektur.

Daher kann die Ausgangsspannung Vout, d. h., das aus dem durch den Bezugswiderstand 4 gelaufenen Strom durch Konversion gebildete Spannungssignal, durch die nachfolgende Gleichung (3) ausgedrückt werden.



Vout = [(Rs/(R51 + Rs))(1 + ((R15 + R16)R13)/(R14R15 + R15R16 + R16R14)]Vo - [(R16R13)/ (R14R15 + R15R16 + R16R14)]Vref

Darin ist:

Vout - eine Ausgangsspannung,

Vref - die von der Leistungsschaltung 101 gelieferte Bezugsspannung,

R13 - der Widerstandswert des Widerstandes 13,

R14 - der Widerstandswert des Widerstandes 14,

R15 - der Widerstandswert des Widerstandes 15,

R16 - der Widerstandswert des Widerstandes 16,

R51 - der Widerstandswert des Widerstandes 51,

Rs - der Widerstandswert des anderen Widerstandstyps 50.

Weiter entspricht (A + B√Q) dem Wärmeübertragungskoeffizienten h. Es ist allgemein bekannt, daß, wie in Fig. 3 dargestellt, der Koeffizient h der Wärmeübertragung von der Temperatur Ta der Ansaugluft abhängt.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Menge (√Q) des Luftdurchflusses und dem Koeffizienten h der Wärmeübertragung veranschaulicht. Der Koeffizient h der Wärmeübertragung ist eine lineare Funktion der Menge √Q des Luftdurchflusses mit dem Gradienten B. In Fig. 3 ist A ein Punkt, an welchem die lineare Funktion die Koordinatenachse schneidet. Der Punkt A und der Gradient B haben jeweils entsprechend die Temperatur Ta der Ansaugluft als Parameter.

Daher kann in einer dem Stande der Technik ähnlichen Weise ein Erfassungsfehler (dQ/Q) an einem anderen Punkte der Luftdurchflußmenge auftreten, selbst wenn bei einer bestimmten Luftdurchflußmenge die Änderung der Ausgabe in bezug auf die Änderung der Temperatur durch Vorsehen der Funktion der Temperaturkorrektur bei der Leistungsschaltung 101 auf Null unterdrückt werden kann, d. h., selbst wenn es nur die Leistungsschaltung 101 mit der Funktion der Temperaturkorrektur, bei der Menge Qa des Luftdurchflusses oder an einem bestimmten Punkt der Luftdurchflußmenge, einem Fehler der Luftdurchflußmenge in bezug auf die Temperaturänderung ermöglicht, Null zu sein, kann ein Erfassungsfehler (dQ/Q) an einem anderen Punkte der Luftdurchflußmenge auftreten. Infolgedessen ist es unmöglich, alle diese Fehler zu korrigieren.

Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Luftdurchflußmenge und auftretenden Fehlern veranschaulicht. In Fig. 4 wird die Temperatur auf der Basis der Bezugstemperatur Ta = 20°C der Ansaugluft korrigiert. Infolgedessen tritt bei Ta = 20°C kein Fehler auf. Im Falle der von der Bezugstemperatur abweichenden Temperatur Ta = -20°C oder Ta = 80°C wird jedoch der Fehler nur an einem einzigen Punkte des Luftdurchflusses Null, nämlich bei einer gewissen Menge Qa des Luftdurchflusses, während an einem anderen Punkte des Luftdurchflusses ein Fehler auftritt.

Die Abhängigkeit der Luftdurchflußmenge von der Temperatur der Ansaugluft wurde weiter oben erläutert. Als nächstes wird daher die vorliegende Erfindung im einzelnen beschrieben.

Unter den mehreren Widerständen für die Verstärkung, die zum Bestimmen des Verstärkungsfaktors des Differentialverstärkers in der Leistungsverstärkerschaltung 103 benutz werden, wird ein einzelner Widerstand 50 für die Verstärkung als Widerstand Rs anderer Art eingesetzt, und der Temperaturkoeffizient des Widerstandes Rs anderer Art bzw. des Widerstandes 50 wird so eingestellt, daß er sich vom Temperaturkoeffzienten der anderen Widerstände für die Verstärkung unterscheidet. Beispielsweise wird nämlich der Widerstand 50, der zwischen die Erde und die Klemmenspannungsseite des Bezugswiderstandes 4 an der Eingangsstufe der Leistungsverstärkerschaltung 103 geschaltet ist, als Widerstand 50 anderer Art eingesetzt, dessen Temperaturkoeffizient α sich von dem eines sonstigen Widerstandes unterscheidet. Die Temperaturkoeffizienten der sonstigen Widerstände werden auf β eingestellt. Nachfolgend wird der Widerstand 50 als Widerstand 50 anderer Art bzw. als Widerstand Rs anderer Art bezeichnet.

Die Ausgangsspannung Vout in Gleichung (3) kann gemäß der nachfolgenden Gleichung (4) umgewandelt werden.



Vout = [(1 + αTa) . Rso/((1 + βTa) . R51o + (1 + αTa)Rso)] . a . Vo - b . Vref (4)

Darin ist:

R51o - der Widerstandswert von R51 bei 0°C,

Rso - der Widerstandswert von R50 bei 0°C,

α - der Temperaturkoeffizient von Rs(R50),

β - der Temperaturkoeffizient von R13, R14, R15, R16 und R51,

a - das Widerstandsverhältnis, und

a = 1 + ((R15 + R16R13)/(R14R15 + R15R16 + R16R14),

b - das Widerstandsverhältnis, und

b = (R16R13)/(R14R15 + R15R16 + R16R14)

wobei a und b Konstanten ohne Berücksichtigung der Temperatur sind.

Durch geeignetes Wählen der Temperaturkoeffizienten α, β und der Widerstandsverhältnisse a, b ist es möglich, die Abhängigkeit des Wärmeübertragungskoeffizienten von der Ansauglufttemperatur zu eliminieren, sowie die Ausgangsspannung Vout, die als Luftdurchflußmengensignal ausgegeben wird, in bezug auf die Änderung der Luftdurchflußtemperatur zu korrigieren.

Als weitere Maßnahme kann unter der Voraussetzung, daß in Gleichung (4) so gilt:





die obige Gleichung ausgedrückt werden als C = h(Ta), weil C eine Funktion von Ta ist. Dementsprechend gilt:





wobei h2(Ta) . a2 . R42 . f(Ta)/Rh nicht von der Luftdurchflußmenge abhängt, und

h2(Ta) . a2 . R42 . f(Ta)/Rh von der Luftdurchflußmenge abhängt.

Der Term, der nicht von der Luftdurchflußmenge abhängt, kann in Verbindung mit der Konstanten b durch Vorsehen der Abhängigkeit von Vref von der Temperatur gestrichen werden.

Im Gegensatz dazu ist es in bezug auf den Term, der von der Luftdurchflußmenge abhängt, möglich, die Abhängigkeit von der Temperatur durch Setzen von h2(Ta) = 1/g(Ta) zu streichen. Durch Wählen geeigneter Parameter von h2(Ta), α, β, Rso und R51o wird es nämlich möglich, h2(Ta) dicht an 1/g(Ta) heranzubringen und somit die Abhängigkeit von der Temperatur zu eliminieren. Beispielsweise wird es durch Messen der Kennlinie der Temperatur über der Luftdurchflußmenge mittels Experiment und Näherungen möglich, die Widerstände Rso und R51o zu bestimmen, welche die Abhängigkeit von der Temperatur beseitigen können. Es wird weiter möglich, das Material (Widerstand) mit den Parametern α und β zu wählen. Weil α und β durch die Art der Widerstände festgelegt sind, ist es leicht, die Widerstände Rso und R51o zu bestimmen.

Bei der obigen Ausführungsform wurde in der Korrektureinrichtung nur ein einziger Widerstand 50 anderer Art gewählt, wobei die Einrichtung aufgebaut ist, um die Änderung des Verstärkungsfaktors des Spannungssignals (d. h. des Luftdurchflußmengensignals) zu beseitigen, das durch Umwandlung aus dem Strom erhalten wird, der durch den Bezugswiderstand 4 fließt. Wenn die Wirkung der Temperatur Ta der Ansaugluft eliminiert werden soll, ist die Einrichtung jedoch nicht auf einen einzigen Widerstand beschränkt.

Fig. 5 ist ein Schaltbild, das einen Luftdurchflußmesser vom Heizwiderstandstyp gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In Fig. 5 ist ein Widerstand anderer Art, mit einem gegenüber anderen Widerständen unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten, zwischen die Klemmenspannungsseite des Widerstandes anderer Art und einen Grenzspannungspunkt (Vsn) geschaltet. Die Korrektureinrichtung ist nämlich zwischen die Klemmenspannung des Bezugswiderstandes an einer Eingangsstufe der Leistungsverstärkerschaltung und den Grenzspannungspunkt geschaltet.

Die Ausgangsspannung Vout der vorliegenden Ausführungsform errechnet sich wie folgt:



Vout = (Rs/(R51 + Rs))(1 + (R13/R14))(Vo - Vsn) + Vsn; (5)



darin gilt: R51 >> R16, Rs >> R16, Vsn = (R16/(R15 + R16))Vref

Allgemein ist der Verstärkungsfaktor der Leistungsverstärkerschaltung 103 durch die mehreren Widerstände 13, 14, 15 und 16 bestimmt. In der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform wird er aber nur durch die Widerstände R51 und Rs bestimmt. Die Wirkung der Änderungen der Widerstände R13 , R14, R15, R16 sowie die Temperaturänderung auf den Verstärkungsfaktor können nämlich verringert werden.

Fig. 6 ist ein Schaltbild, das einen Luftdurchflußmesser vom Heizwiderstandstyp zeigt. In Fig. 6 ist der Widerstand 50 anderer Art mit dem von anderen Widerständen unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten in einen Rückkopplungspfad des Differenzialverstärkers eingeschaltet. Die Korrektureinrichtung ist nämlich in den Rückkopplungspfad des Differenzialverstärkers geschaltet.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform errechnet sich die Ausgangsspannung Vout wie folgt:



Vout = [(R32o + R33o + Rso(1 + αTa)/(1 + βTa))/R32o]Vo - (R20o/(R19o + R20o))Vref (6)

Dabei ist:

R32o - der Widerstandswert des Widerstandes 32 bei 0°C,

R33o - der Widerstandswert des Widerstandes 33 bei 0°C,

R19o - der Widerstandswert des Widerstandes 19 bei 0°C,

R20o - der Widerstandswert des Widerstandes 20 bei 0°C,

Rso - der Widerstandswert des Widerstandes 50 bei 0°C.

Die Widerstände 19, 20, 32, 33, 34, 35, 36 und 37 werden zur Verstärkung verwendet. Weiter haben die Widerstände R34, R35, R36 und R37 jeweils den gleichen Widerstandswert.

Auch in diesem Fall ist es möglich, die Abhängigkeit des Wärmeübertragungskoeffizienten Vo von der Temperatur der Ansaugluft durch geeignetes Wählen der Koeffizienten alpha, beta der Temperatur zu korrigieren. Falls der Spannungsabfall des Widerstandes anderer Art Rs vernachlässigt werden kann, ist der in Fig. 6 vorgesehene Pull-down-Widerstand nicht erforderlich.

Fig. 7 ist eine schematische Ansicht, die eine weitere Ausführungsform eines Widerstands R5 anderer Art zeigt. Während der in den Fig. 1 bis 6 vorkommende Widerstand anderer Art ein normaler Widerstand mit Kohlenstoffüberzug, ein Widerstand mit Metallüberzug oder ein Widerstand aus einer Widerstandspaste zum Drucken war, hat der vorliegende Widerstand R5 anderer Art bzw. der Widerstand 510 die gleiche Struktur wie der temperaturempfindliche Widerstand 2. Der Widerstand 510 umfaßt einen Spulenkörper 502, einen um den Spulenkörper 502 gewickelten Platindraht sowie eine Verglasung bzw. einen Isolator 503, der den Spulenkörper und den Platindraht bedeckt. Der Platindraht ist elektrisch durch einen Anschlußleiter 505 und ein Tragelement 504 mit dem Differenzialverstärker 11 verbunden. Der Temperaturkoeffizient α des aus einem Platindraht etc. bestehenden Widerstandes 510 beträgt 3870 ppm/°C, d. h., α >> 1. Daher unterscheidet er sich stark vom Temperaturkoeffizienten β (100 ppm/°C) der Widerstände 13, 14, die mit Kohlenstoff oder mit Metall überzogene Widerstände sind. Somit ist es möglich, die Abhängigkeit von Vo von der Temperatur durch Einstellen geeigneter Widerstandswerte des Platindrahtes bei 0°C zu korrigieren. So wird es möglich, die Abhängigkeit des Wärmeübertragungskoeffizienten von der Temperatur der Ansaugluft Ta zu beseitigen.

Fig. 8 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Widerstandes Rs anderer Art. In Fig. 8 ist der Widerstand anderer Art ein Thermistor 520. Weiter ist im Luftdurchflußmengen-Meßteil 100 der Fig. 8 der Thermistor 520, zusammen mit dem Heizwiderstand 1 und dem temperaturempfindlichen Widerstand 2, im Luftkanal 30 bzw. im Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors vorgesehen.

Der Wert Rt des Widerstandes des Thermistors 520 wird allgemein wie folgt ausgedrückt:



Rs = Rt = Rto . EXP[B((1/Ta) - (1/To))] (7)

Darin ist:

Rto - der Widerstandswert des Thermistors,

B - die Temperaturkonstante des Thermistors,

To - 273 K.

Wie im Falle der weiter oben erwähnten Ausführungsform ist es also möglich, die Abhängigkeit von Vo von der Temperatur durch Wählen eines geeigneten Thermistors mit einem passenden Wert B zu korrigieren.

Fig. 9 ist ein Schaltbild, das eine weitere Ausführungsform eines Widerstandes Rs anderer Art zeigt. Der Widerstand 50 anderer Art ist ein monolithischer Widerstand 530, der in einen IC-Chip 60 eingebaut ist. Der Temperaturkoeffizient des monolithischen Widerstandes 530 im IC-Chip 60 ist normalerweise größer als 1000 ppm/°C. Daher unterscheidet er sich vom Temperaturkoeffizienten anderer Verstärkungswiderstände.

Demgemäß ist es möglich, die Abhängigkeit von Vo auf die Temperatur durch geeignetes Wählen des Temperaturkoeffzienten des monolithischen Widerstandes 530 zu korrigieren.

Da es schwierig ist, die Ansaugluft nur auf den monolithischen Widerstand 560 strömen zu lassen, ist es erforderlich, eine Verschlechterung der Präzision der Korrektur zu verhindern. Aus diesem Grunde ist der den monolithischen Widerstand 530 enthaltene IC-Chip in einen Träger 70 der Leistungsverstärkerschaltung 103 integriert, und der gesamte Träger ist in der Ansaugluft angebracht, wie in Fig. 10 dargestellt.

Fig. 10 ist eine Schnittansicht eines Luftdurchflußmeßteils, der mit dem Luftdurchflußmesser vom Heizwiderstandstyp gemäß Fig. 9 ausgerüstet ist. Im Luftstrommengen-Meßteil 100 ist der gesamte, mit dem IC-Chip 60 bestückte Träger 70 in den Luftkanal 30 bzw. in das Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors eingebaut, und die Ansaugluft wird direkt auf den IC- Chip 60 und den monolithischen Widerstand 530 geblasen. Dadurch wird die Temperatur des IC-Chip 60 und des monolithischen Widerstandes 530 stets auf der gleichen Temperatur wie der der Ansaugluft gehalten, und somit wird die Genauigkeit der Korrektur nicht beeinträchtigt.

Falls der Träger 70 der Ansaugluft ausgesetzt wird, ist es wünschenswert, die Widerstände mit unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten, beispielsweise den Widerstand 50 anderer Art, den Widerstand 510 oder den Thermistor 520 der Leistungsverstärkerschaltung, zu integrieren.

Fig. 11 ist eine Schnittansicht eines Luftdurchfluß-Meßteils, der mit dem Luftdurchflußmesser vom Heizwiderstandstyp gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist. In Fig. 11 ist der gesamte Träger 70, der sich von dem in Fig. 10 dargestellten Träger unterscheidet, im Luftkanal 30 vorgesehen. Im Luftdurchflußmengenmeßteil 100 der Fig. 11 ist der gesamte Träger, bestückt mit dem Widerstand 50 anderer Art, dem Widerstand 510 und dem Thermistor 520, im Luftkanal 30 bzw. im Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors vorgesehen, und die Ansaugluft strömt direkt auf den Widerstand 520.


Anspruch[de]
  1. 1. Luftdurchflußmesser vom Heizwiderstandstyp zum Messen der Luftdurchflußmenge, der aufweist:

    eine Konstanttemperatur-Steuerschaltung (102) zum Erfassen des Luftdurchflusses, die eine Brückenschaltung mit einem Heizwiderstand (1) aufweist und die einen temperaturempfindlichen Widerstand (2) aufweist, wobei der Heizwiderstand (1) und der temperaturempfindliche Widerstand (2) in einem Luftkanal (3) angeordnet sind, und

    eine Leistungsverstärkerschaltung (103) zum Verstärken des von der Konstanttemperatur-Steuerschaltung (102) gelieferten Signals als Luftdurchflußsignal, wobei die Leistungsverstärkerschaltung (103) eine Vielzahl von Widerständen aufweist, die den Verstärkungsfaktor bestimmen,

    wobei die Leistungsverstärkerschaltung (103) eine Einrichtung zum Korrigieren des Luftdurchflußsignals bezüglich der Temperaturänderungen des Luftstroms umfaßt, wobei in der Einrichtung zum Korrigieren mindestens ein für die Verstärkung benutzter Widerstand (50) ein Widerstand mit einem Temperaturkoeffizienten (α) ist, der sich von dem Temperaturkoeffizienten (β) der anderen für die Verstärkung vorgesehenen Widerstände unterscheidet, und wobei dieser Widerstand (50) das Eingangssignal der Leistungsverstärkerschaltung vor dessen Verstärkung beeinflußt, um die Änderung des Verstärkungsfaktors der Leistungsverstärkerschaltung zu eliminieren.
  2. 2. Luftdurchflußmesser gemäß Anspruch 1, bei dem der Widerstand (50) mit dem anderen Temperaturkoeffizienten (α) gegen Erdpotential geschaltet ist.
  3. 3. Luftdurchflußmesser gemäß Anspruch 1, bei dem der Widerstand (50) mit dem anderen Temperaturkoeffizienten (α) gegen einen Grenzspannungspunkt (Vsn) geschaltet ist.
  4. 4. Luftdurchflußmesser gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Widerstand (50) mit dem anderen Temperaturkoeffizienten (α) den gleichen Aufbau wie der temperaturabhängige Widerstand (2) aufweist.






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