DE19746692C2

DE19746692C2 - Flußratenmeßelement und ein dieses verwendender Flußratensensor

Info

Publication number: DE19746692C2
Application number: DE19746692A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Kawai; Akira Yamashita; Tomoya Yamakawa; Yutaka Ohashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-06-19
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 2000-01-05
Anticipated expiration: 2017-10-23
Also published as: KR100263497B1; KR19990006263A; DE19746692A1; US5965811A; JP3333712B2; JPH1114414A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flußratenmeßelement und einen Flußratensensor zur Messung der Menge an Ansaugluft beispielsweise einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, und betrifft insbesondere ein Flußratenmeßelement und einen Flußratensensor, der mit einer Heizeinheit versehen ist, um eine Flußgeschwindigkeit oder eine Flußrate eines Fluids zu messen, auf der Grundlage des Wärmetransporteffekts in Bezug auf das Fluid, wobei der Wärmetransport von der Heizeinheit oder einem Abschnitt aus erfolgt, der von der Heizeinheit erwärmt wird.

Die DE 195 27 861 A1 beschreibt einen Massenflußsensor, bei dem ein dünnfilmförmiges Wärmeleitungsteil an dem Rand einer Ausnehmung angeordnet ist, d. h. nicht zwischen dem Heizelement und den Meßelementen.

Die JP 08166271 A zeigt ein Flussratenmeßelement mit einem Heizelement und Temperaturmeßelementen auf beiden Seiten des Heizelements auf einem wärmeleitenden Substrat, wobei das Substrat allerdings zugleich der Träger ist, nicht nur eine dünnfilmförmige Zusatzschicht am Träger.

US 5,060,511 offenbart eine Ansaugluftmengen-Meßvorrichtung mit Wärmeleitschichten nur über oder unter einem Heizelement.

Die Fig. 22 und 23 sind eine Schnittansicht bzw. eine Aufsicht zur Erläuterung eines konventionellen, wärmeempfindlichen Flußratenmeßelements, welches beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. HO5-7659 beschrieben ist.

In den Fig. 22 und 23 ist ein Isolierträgerfilm 2 auf einer Oberfläche eines ebenen Substrats 1 vorgesehen. Ein gitterförmiges Widerstandsheizelement 4 ist auf dem Trägerfilm 2 angeordnet. Gitterförmige Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 sind symmetrisch so auf dem Trägerfilm 2 angeordnet, daß das Heizelement 4 dazwischenliegt. Weiterhin ist ein isolierender Schutzfilm 3 auf dem Trägerfilm 2 so ausgebildet, daß er das Widerstandsheizelement 4 und die beiden Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 abdeckt. In diesen Zeichnungen bilden das Widerstandsheizelement 4 und die beiden Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6, die durch den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 eingepackt sind, einen Sensorabschnitt 14.

Ein Luftraum 9 ist unterhalb des Sensorabschnitts 14 des ebenen Substrats 1 vorgesehen. Der Luftraum 9 wird dadurch ausgebildet, daß ein Teil des ebenen Substrats 1 von einer Öffnung 8 aus entfernt wird, mit Hilfe einer Ätzlösung, welche den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 nicht beschädigt. Daher bildet der Sensorabschnitt 14 eine Brücke, die durch das ebene Substrat 1 an dessen beiden Enden gehaltert wird, und befindet sich nicht in Berührung mit dem ebenen Substrat 1.

Ein gitterförmiges Vergleichswiderstandselement 7 ist auf dem Trägerfilm 2 an einem Ort weit entfernt von dem Sensorabschnitt 14 vorgesehen, und von dem Schutzfilm 3 abgedeckt.

Das ebene Substrat 1 besteht aus einem Halbleiter, insbesonder aus Silizium, wodurch der Einsatz der sehr exakten Ätztechnik ermöglicht wird, und eine hohe Chipausbeute erzielt wird. Der Trägerfilm 2 und der Schutzfilm 3 bestehen aus Siliziumnitrid, welches einen hervorragenden Wärmeisolator darstellt. Das Widerstandsheizelement 4, die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 und das Vergleichswiderstandselement 7 bestehen aus Platin.

Bei dem konventionellen Flußmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau wird der Heizstrom, der dem Widerstandsheizelement 4 zugeführt wird, durch eine Steuer- oder Regelschaltung gesteuert bzw. geregelt, welche nicht gezeigt ist, so daß die Temperatur des Widerstandsheizelementes 4 um 200°C höher gehalten wird als die Temperatur des ebenen Substrats 1, die von dem Vergleichswiderstandselement 7 gemessen wird. Infolge des Vorhandenseins des Luftraums 9 unterhalb des Sensorabschnitts 14 wird Wärme, die in dem Widerstandsheizelement 4 erzeugt wird, nicht zum Vergleichswiderstandselement 7 geleitet. Die Temperatur, die an dem Vergleichswiderstandselement 7 gemessen wird, ist daher im wesentlichen gleich der Temperatur der Umgebungsluft.

An dem Widerstandsheizelement 4 erzeugte Wärme wird über den Trägerfilm 3 und den Schutzfilm 4 weitergeleitet, und an die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 übertragen. Weiterhin wird die Wärme durch die Luft übertragen, welche den Sensorabschnitt 14 umgibt, und zwar an die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6. Da der Sensorabschnitt 14, wie in Fig. 23 gezeigt, in Bezug auf das Zentrum des Widerstandsheizelements 4 symmetrisch ausgebildet ist, wird keine Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 hervorgerufen, wenn kein Luftfluß vorhanden ist. Ist ein Luftfluß vorhanden, wird das Temperaturmeßwiderstandselement stromaufwärts gekühlt, und wird das Temperaturmeßwiderstandselement stromabwärts erwärmt, durch die Wärme, die über die Luft von stromaufwärts übertragen wird, und nicht so stark abgekühlt wie das stromaufwärtige Temperaturmeßwiderstandselement. Wenn ein Luftfluß beispielsweise in Richtung des Pfeils 10 in Fig. 23 erzeugt wird, ist die Temperatur des Temperaturmeßwiderstandselementes 6 höher als jene des Temperaturmeßwiderstandselementes 5. Eine höhere Flußgeschwindigkeit führt zu einer größeren Temperaturdifferenz zwischen diesen Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6.

Da die Temperatur der Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 als Widerstandswert ausgedrückt wird, kann die Flußgeschwindigkeit dadurch gemessen werden, daß die Differenz des Widerstandswertes der Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 gemessen wird.

Verläuft die Richtung des Luftflusses entgegengesetzt zur Richtung des Pfeiles 10, so ist die Temperatur des Temperaturmeßwiderstandselementes 6 niedriger als jene des Temperaturmeßwiderstandselementes 5. Daher ist es ebenfalls möglich, die Flußrichtung des Fluids zu erfassen.

Das konventionelle, wärmeempfindliche Flußratenmeßelement, welches in den Fig. 22 und 23 dargestellt ist, ist vom Brückentyp, und darüber hinaus ist der Membrantyp als wärmeempfindliches Flußratenmeßelement verfügbar.

Ein konventionelles wärmeempfindliches Flußratenmeßelement des Membrantyps ist in den Fig. 24 und 25 dargestellt.

Bei diesem wärmeempfindlichen Flußratenmeßelement des Membrantyps wird eine Ausnehmung 13 dadurch ausgebildet, daß ein Teil des ebenen Substrats 1 durch Ätzen oder dergleichen von der Oberfläche entgegengesetzt jener entfernt wird, auf welcher der Sensorabschnitt 14 vorgesehen ist. Der Sensorabschnitt 14 wird durch das ebene Substrat 1 über seinen gesamten Umfang so gehaltert, daß eine Membran ausgebildet wird, die nicht in Berührung mit dem ebene Substrat 1 steht.

Dieses wärmeempfindliche Flußratenmeßelement des Membrantyps, welches von dem ebenen Substrat 1 über den Gesamtumfang gehaltert wird, kann eine höhere Festigkeit, jedoch ein schlechteres Ansprechverhalten, als ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement des Brückentyps zur Verfügung stellen. Das Grundprinzip der Messung der Flußgeschwindigkeit eines Fluids ist ebenso wie beim Brückentyp.

Die konventionellen wärmeempfindlichen Flußratenmeßelemente weisen den voranstehend geschilderten Aufbau auf. Wenn sich die Flußrate oder die Flußgeschwindigkeit eines gemessenen Fluids ändert, tritt daher eine Verzögerung auf, in Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit und der Wärmekapazität des Trägerfilms 2, des Schutzfilms 3, und der einzelnen Widerstandselemente 4, 5 und 6, nämlich des Widerstandsheizelementes 4 und der Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6. Zwar ist das Widerstandsheizelement 4 temperaturgeregelt, jedoch sind die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6, die an den beiden Seiten des Widerstandsheizelementes 4 angeordnet sind, nicht temperaturgeregelt. Daher ist ein bestimmter Zeitraum erforderlich, bevor eine vorbestimmte Temperatur auftritt, welche eine exakte Messung der Flußrate und der Flußgeschwindigkeit des gemessenen Fluids nach der Temperaturänderung gestattet.

Wenn sich daher die Flußrate oder die Flußgeschwindigkeit eines gemessenen Fluids ständig weiter ändert, gibt die Temperatur der Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 niemals genau die momentane Flußrate oder Flußgeschwindigkeit wieder. Eine größere Änderung der Flußgeschwindigkeit des gemessenen Fluids pro Zeiteinheit führt zu einer schwierigeren Messung einer exakten momentanen Flußrate, oder Flußgeschwindigkeit, also zu einem schlechteren Ansprechverhalten des Flußratenmeßelements.

Mit einer Verringerung der Dicke des Trägerfilms 2, des Schutzfilms 3 oder des Widerstandseelements 4, 5 oder 6 kann dieser Tendenz in gewissem Ausmaß begegnet werden. Allerdings führt dies zu einer schwerwiegenden Verringerung der Festigkeit des Sensorabschnitts 14 beim Brückenaufbau oder beim Membranaufbau, und stellt daher in Bezug auf eine geringere Verläßlichkeit als Flußratenmeßelement eine Schwierigkeit dar.

Wenn beispielsweise die Menge an Ansaugluft einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung gemessen wird, wird die Menge an Einlaßluft zu einem pulsierenden Fluß in Reaktion auf die Drehzahl, was zu einem sehr großen Schwankungsbereich der Flußrate in einem Bereich mit hoher Last und zu einer hohen Schwankungsgeschwindigkeit der Flußrate im Bereich hoher Drehzahlen führt. Daher ist ein äußerst reaktionsfähiges Flußratenmeßelement erforderlich. Da die maximale Flußgeschwindigkeit der Ansaugluft beinahe den Wert von 200 m/Sekunde erreicht, ist darüber hinaus ein Flußratenmeßelement erforderlich, welches eine bestimmte Festigkeit aufweist.

Bei dem konventionellen wärmeempfindlichen Flußratenmeßelement erfordert, wie voranstehend geschildert, eine Verbesserung des Ansprechverhaltens eine Verringerung der Festigkeit, und dies führt dazu, daß die Konstruktion eines Elements äußerst schwierig wird, welches für die Messung der Menge an Ansaugluft einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung geeignet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Flußratenmeßelement und einen Flußratensensor bereitzustellen, die ein schnelles Ansprechverhalten und eine hohe Festigkeit aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch ein Flußratenmeßelement gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ferner wird diese Aufgabe durch einen Flußratensensor gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Das Flußratenmeßelement und der Flußratensensor weisen ein verbessertes Ansprechverhalten auf, ohne daß die Dicke eines Trägerfilms oder eines Schutzfilms verringert wird.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ausserdem wird die Erfindung anhand ihrer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht zur Erläuterung eines Flußratenmeßelements gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht von Fig. 1 entlang der Linie II-II;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung einer Oberflächentemperaturverteilung des Flußratenmeßelements in der Flußrichtung eines gemessenen Fluids;

Fig. 4 eine Aufsicht zur Erläuterung eines Flußratenmeßelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 eine Schnittansicht von Fig. 4 entlang der Linie V-V;

Fig. 6 eine Aufsicht zur Erläuterung eines Flußratenmeßelements gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 eine Schnittansicht von Fig. 6 entlang der Linie VII-VII;

Fig. 8 eine Aufsicht zur Erläuterung eines Flußratenmeßelements gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 9 eine Schnittansicht von Fig. 8 entlang der Linie IX-IX;

Fig. 10 eine Aufsicht zur Erläuterung eines Flußratenmeßelements gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 11 eine Schnittansicht von Fig. 10 entlang der Linie XI-XI;

Fig. 12 eine Aufsicht zur Erläuterung eines Flußratenmeßelements gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 13 eine Schnittansicht von Fig. 12 entlang der Linie XIII-XIII;

Fig. 14 eine Aufsicht zur Erläuterung eines Flußratenmeßelements gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 15 eine Schnittansicht von Fig. 14 entlang der Linie XV-XV;

Fig. 16 eine Aufsicht zur Erläuterung eines Flußratenmeßelements gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 17 eine Schnittansicht von Fig. 16 entlang der Linie XVII-XVII;

Fig. 18 eine Aufsicht zur Erläuterung eines Flußratenmeßelements gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 19 eine Schnittansicht von Fig. 18 entlang der Linie XIX-XIX;

Fig. 20 eine Vorderansicht zur Erläuterung eines Flußratensensors gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 21 eine Querschnittsansicht zur Erläuterung des Flußratensensors gemäß der elften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 22 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines konventionellen Flußratenmeßelements;

Fig. 23 eine Aufsicht zur Erläuterung eines wesentlichen Abschnitts des konventionellen Flußratenmeßelements;

Fig. 24 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines weiteren Beispiels für ein konventionelles Flußratenmeßelement; und

Fig. 25 eine Aufsicht zur Erläuterung eines wesentlichen Abschnitts eines anderen konventionellen Flußratenmeßelements.

ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 1 ist eine Aufsicht, welche ein Flußratenmeßelement gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt, und Fig. 2 ist eine Schnittansicht von Fig. 1 entlang der Linie II-II.

In den Fig. 1 und 2 ist ein isolierender Trägerfilm 2 auf der Oberfläche eines ebenen Substrats 1 vorgesehen, und ist ein gitterförmiges Widerstandsheizelement 4 auf dem Trägerfilm 2 angeordnet. Gitterförmige Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 sind auf dem Trägerfilm 2 so angeordnet, daß sie sich auf beiden Seiten des Widerstandsheizelementes 4 befinden. Weiterhin sind die Wärmeleitung fördernde Teile 11 zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und dem jeweiligen Temperaturmeßwiderstandselement 5 bzw. 6 vorgesehen. Ein isolierender Schutzfilm 3 ist auf dem Trägerfilm 2 so angebracht, daß er das Widerstandsheizelement 4 abdeckt, die beiden Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6, und die beiden die Wärmeleitung fördernden Teile 11. Das Widerstandsheizelement 4, die beiden Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 und die beiden die Wärmeleitung fördernden Teile 11 bilden, geschützt eingepackt durch den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3, einen Sensorabschnitt 15. Der Sensorabschnitt 15 ist in Bezug auf das Zentrum des Widerstandsheizelements 4 symmetrisch ausgebildet.

Ein Ätzloch 18, welches als Spalt dient, ist unterhalb des Sensorabschnitts 15 des ebenen Substrats 1 vorgesehen. Das Ätzloch 18 wird dadurch hergestellt, daß eine Alkaliätzung mit einem rückwärtigen Schutzfilm 17 als Maske durchgeführt wird, der auf der Rückseite des ebenen Substrats 1 vorgesehen ist, und so ein Teil des ebenen Substrats 1 entfernt wird. Der Sensorabschnitt 15, der durch das ebene Substrat 1 über seinen gesamten Umfang gehaltert wird, bildet eine Membran, und steht nicht in Berührung mit dem ebenen Substrat 1.

Ein gitterförmiges Vergleichswiderstandselement 7 ist auf dem Trägerfilm 2 an einem Ort weit entfernt von dem Sensorabschnitt 15 vorgesehen, und wird von oben durch den Schutzfilm 3 abgedeckt. Leitungsabschnitte verlaufen von Enden von Gittermustern des Vergleichswiderstandselements 7 aus, von dem Widerstandsheizelement 4 und den beiden Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 aus, und die einzelnen Leitungsabschnitte, bei denen der Schutzfilm 3 an den Enden entfernt ist, bilden Elektrodenanschlußflächen 16a bis 16h.

Das ebene Substrat 1 besteht aus einem Halbleiter, vorzugsweise aus Silizium, wodurch die äußerst genaue Ätztechnik eingesetzt werden kann, und eine hohe Chipausbeute sichergestellt werden kann. Der Trägerfilm 2 und der Schutzfilm 3 bestehen aus Siliziumnitrid, also einem hervorragenden Wärmeisolator. Das Widerstandsheizelement 4, die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 und das Vergleichswiderstandselement 7 bestehen aus Platin. Das die Wärmeleitung fördernde Teil 11 besteht aus Platin, welches eine höhere Wärmeleitfähigkgeit aufweist als der Trägerfilm 2 und der Schutzfilm 3.

Die Herstellung dieses Flußratenmeßelements umfaßt die Schritte, zuerst einen 2 µm dicken Film aus Siliziumnitrid durch Aufsputtern auf beide vollständigen Oberflächen des ebenen Substrats 1 aus Silizium auszubilden, wodurch der Trägerfilm 2 und der rückwärtige Schutzfilm 17 hergestellt werden. Die darauffolgenden Schritte umfassen die Ausbildung eines 0,1 µm dicken Platinfilms durch Aufsputtern auf die Gesamtoberfälche des Trägerfilms 2, die Ausbildung eines Musters des Platinfilms durch photolithographische und Ätzverfahren, wodurch ein gitterförmiges Widerstandsheizelement 4, Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 und ein Vergleichswiderstandselement 7 ausgebildet werden, die eine Musterbreite von 5 µm und einen Musterabstand von 5 µm aufweisen, und rechteckige, die Wärmeleitung fördernde Teile 11 zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 ausgebildet werden. Dann wird ein 2 im dicker Siliziumnitridfilm auf der gesamten Oberfläche des Trägerfilms 2 ausgebildet, um einen Schutzfilm 3 herzustellen. Daraufhin wird der Schutzfilm 3 von den Enden der Leitungsabschnitte des Widerstandsheizelements 4, der Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 und des Vergleichswiderstandselements 7 entfernt, durch den Einsatz photolithographischer und Ätzverfahren, um Elektrodenanschlußflächen oder Elektrodenanschlußflächen 16a bis 16h auszubilden.

Ein Teil des rückwärtigen Schutzfilms 17 wird photolithographisch und durch Ätzen entfernt, so daß eine rechteckige Öffnung ausgebildet wird, welche dem Sensorabschnitt 15 gegenüberliegt. Dann wird das ebene Substrat 1 von dieser Öffnung aus geätzt, so daß ein Ätzloch 18 entsteht, wodurch das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt wird.

Bei dem Flußratenmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau wird der Heizstrom, der dem Widerstandsheizelement 4 zugeführt wird, durch eine (nicht dargestellte) Steuer- oder Regelschaltung gesteuert bzw. geregelt, so daß die Temperatur des Widerstandsheizelements 4 um beispielsweise 200°C höher gehalten wird als die Temperatur des ebenen Substrats 1, die von dem Vergleichswiderstandselement 7 gemessen oder festgestellt wird. Infolge des Vorhandenseins des Ätzloches 18 unterhalb des Sensorabschnitts 15 wird Wärme, die an dem Widerstandsheizelement 4 erzeugt wird, nicht an das Vergleichswiderstandselement 7 übertragen. Die Temperatur, die von dem Vergleichswiderstandselement 7 gemessen wird, wird daher im wesentlichen gleich der Temperatur der Luft. Eine höhere Flußgeschwindigkeit eines gemessenen Fluids, welches auf der Seite des Schutzfilms 4 fließt, führt zu einer Änderung der Temperaturverteilung, nämlich einer niedrigeren Temperatur stromaufwärts, und einer höheren Temperatur stromabwärts.

Eine Oberflächentemperaturverteilung des Flußratenmeßelements in der Richtung II-II in Fig. 1 ist in Fig. 3 dargestellt. Die Flußrichtung 10 von Luft (dem gemessenen Fluid) stimmt mit der Richtung II-II überein. In Fig. 3 wird die Temperaturverteilung bei einer Luftflußgeschwindigkeit von 0 m/Sekunde durch eine durchgezogene Linie dargestellt, und jene mit einer Luftflußgeschwindigkeit von 17 m/Sekunde durch eine einfach gepunktete, unterbrochene Linie. Mit L2 ist die Breite in Richtung II-II des Membranabschnitts bezeichnet, mit L3 die Breite des Widerstandsheizelements 4 in Richtung II-II, mit L4a die Breite des Temperaturmeßwiderstandselements 5 in Richtung II-II, und mit L4b die Breite des Temperaturmeßwiderstandselementes 6 in Richtung II-II.

Aus Fig. 3 geht hervor, daß bei Vorhandensein eines Luftflusses sich die Oberflächentemperaturverteilung des Flußratenmeßelements in Richtung des Luftflusses bewegt, und die mittlere Temperatur des Temperaturmeßwiderstandselementes 5 niedriger wird als die mittlere Temperatur des Temperaturmeßwiderstandselementes 6.

Eine bestimmte Spannung wird vorher an jedes der Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 über Elektrodenanschlußflächen 16c, 16d, 16g und 16h angelegt, über eine (nicht dargestellte) Schaltung, und es werden die Stromwerte des Stroms gemessen, der zu dem Temperaturmeßwiderstandselement 5 bzw. 6 fließt. Die Flußrichtung, Flußrate oder Flußgeschwindigkeit der Luft kann daher dadurch gemessen werden, daß diese Stromwerte . verglichen werden. Größen, welche der Temperatur des Temperaturmeßwiderstandselements 5 bzw. 6 entsprechen, werden durch ein Verfahren gemessen, bei welchem vorher ein bestimmter Strom jedem der Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 zugeführt wird, und die Spannung zwischen den Elektrodenanschlußflächen 16c und 16d sowie zwischen den Elektrodenanschlußflächen 16g und 16h gemessen wird, oder durch ein Verfahren, bei welchem der Leistungsverbrauch jedes der Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 gemessen wird. Es ist möglich, durch Vergleich dieser Größen die Flußrichtung, die Flußrate oder die Flußgeschwindigkeit der Luft zu messen.

Bei der ersten Ausführungsform sind die die Wärmleitung fördernden Teile 11 zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 angeordnet. Das die Wärmeleitung fördernde Teil 11 besteht aus Platin, und weist eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auf, verglichen mit dem Trägerfilm 2 und dem Schutzfilm 3, die aus Siliziumnitrid bestehen, wodurch eine sehr starke Wärmekopplung mit dem Widerstandsheizelement 4 und den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 auftritt.

Die Wärmeleitung in diesem Flußratenmeßelement findet folgendermaßen statt. Wärme, die an dem Widerstandsheizelement 4 erzeugt wird, wird auf den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 auf und unter dem Widerstandsheizelement 4 übertragen, dann in Richtung II-II in den Filmen übertragen, und dann an die die Wärmeleitung aus förderden Teilen 11 von den Enden der die Wärmeleitung fördernden Teile 11 auf der Seite des Widerstandsheizelements 4 übertragen. Die Wärme, die an die die Wärmeleitung fördernden Teile 11 übertragen wird, wird dann von den Enden der die Wärmeleitung fördernden Teile 11 auf der Seite der Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 an den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 übertragen, dann in der Richtung II-II in den Filmen übertragen, und von den Enden der Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 auf der Seite der die Wärmeleitung fördernden Teile 11 an die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 übertragen.

In einem Flußratenmeßelement, in welchem die die Wärmeleitung fördernden Teile 11 weggelassen sind, findet andererseits die Wärmeleitung folgendermaßen statt. An dem Widerstandsheizelement 4 erzeugte Wärme wird an den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 auf und unter dem Widerstandsheizelement 4 übertragen, in der Richtung II-II in den Filmen übertragen, und an die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 übertragen.

Da das Widerstandsheizelement 4 und die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 so ausgebildet sind, daß sie eine Musterbreite von 5 µm und Musterintervalle von 5 µm aufweisen, beträgt die Entfernung (L4a) zwischen dem Zentrum des Widerstandsheizelements 4 auf der Seite des Temperaturmeßwiderstandselementes 5 und dem Zentrum des Temperaturmeßwiderstandselementes 5, und die Entfernung (L4b) zwischen dem Zentrum des Widerstandsheizelementes 4 auf der Seite des Temperaturmeßwiderstandselementes 6 und dem Zentrum des Temperaturmeßwiderstandselementes 6 jeweils 50 µm. In Abwesenheit des die Wärmeleitung fördernden Teils 11 wird die Wärme über eine Entfernung von 50 µm in Richtung II-II in den Filmen übertragen, die kaum eine Wärmeleitung zulassen, infolge der geringen Wärmeleitfähigkeit des Trägerfilms 2 und des Schutzfilms 3. Bei Vorhandensein der die Wärmeleitung fördernden Teile 11 jedoch, welche eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, wird die Wärme schnell in Richtung II-II über die die Wärmeleitung fördernden Teile 11 übertragen. Bei dem Flußratenmeßelement gemäß der ersten Ausführungsform ist es möglich, die Länge eines Wärmeübertragungspfades zu verringern, der kaum eine Wärmeleitfähigkeit zuläßt, also die Länge des Wärmeübertragungspfades durch den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3. Bei dem Flußratenmeßelement gemäß der ersten Ausführungsform ist daher der Wärmewiderstand zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 beträchtlich kleiner als bei dem konventionellen Flußratenmeßelement.

Wie voranstehend geschildert sind bei der ersten Ausführungsform die die Wärmeleitung fördernden Teile 11, die eine größere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als der Trägerfilm 2 und der Schutzfilm 3, zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 angeordnet. Daher ist es möglich, den Wärmewiderstand zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 zu verringern, und wird daher Wärme, die an dem Widerstandsheizelement 4 erzeugt wird, schnell an die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 übertragen. Selbst bei einer plötzlichen Änderung der Flußrate oder der Flußgeschwindigkeit des gemessenen Fluids bildet sich daher schnell eine Oberflächentemperaturverteilung des Sensorabschnitts 15 aus, die sich in Flußrichtung bewegt hat, wodurch ein Flußratenmeßelement mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit erzielt wird.

Da die Dicke des Sensorabschnitts 15, also die Dicke des Membranabschnitts, so gewählt ist, daß sie ebenso groß ist wie bei dem konventionellen Flußratenmeßelement, wird ein reaktionsfähiges Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt, welches dieselbe Festigkeit aufweist wie das konventionelle Flußratenmeßelement. Anders ausgedrückt wird ein Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt, welches dasselbe Reaktionsvermögen und eine hohe Festigkeit, ebenso wie bei dem konventionellen Flußratenmeßelement aufweist, und zwar dadurch, daß die Membran so konstruiert ist, daß ihre Dicke größer ist als bei dem konventionellen Flußratenmeßelement.

Wie voranstehend geschildert besteht bei der ersten Ausführungsform das die Wärmeleitung fördernde Teil 11 aus einem Material, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit einem Material, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Trägerfilm 2 und der Schutzfilm 3. Wenn unterschiedliche Materialien für den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 verwendet werden, kann das Reaktionsvermögen oder die Ansprechzeit dadurch verbessert werden, daß ein Material zur Ausbildung des die Wärmeleitung fördernden Teils 11 verwendet wird, dessen Wärmeleitfähigkeit höher ist als jene des Trägerfilms 2 oder des Schutzfilms 3.

ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 4 ist eine Aufsicht, welche ein Flußratenmeßelement gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt, und Fig. 5 ist eine Schnittansicht von Fig. 4 entlang der Linie V-V.

Bei der zweiten Ausführungsform ist ein die Wärmeleitung förderndes Teil 20 rechteckförmig auf einem Trägerfilm 2 so vorgesehen, daß es den Bereich abdeckt, in welchem ein Widerstandsheizelement 4 und Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 angeordnet sind. Das Widerstandsheizelement 4 und die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 sind so auf dem die Wärmeleitung fördernden Teil 20 vorgesehen, daß ein Schutzfilm 3 das Widerstandsheizelement 4 und die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 abdeckt. Das die Wärmeleitung fördernde Teil 20 besteht aus einem Isoliermaterial, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Trägerfilm 2, beispielsweise aus Aluminiumoxid (Al₂O₃).

Die zweite Ausführungsform ist ebenso aufgebaut wie die voranstehend geschilderte erste Ausführungsform, mit Ausnahme der Tatsache, daß statt der die Wärmeleitung fördernden Teile Widerstandsheizelement 4 und einerseits den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 und andererseits dem Trägerfilm 2 vorgesehen ist.

Bei dem Flußratenmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau erfolgt die Wärmeleitung folgendermaßen. Wärme, die an dem Widerstandsheizelement 4 erzeugt wird, wird an das die Wärmeleitung fördernde Teil 20 und den Schutzfilm 3 auf und unter dem Widerstandsheizelement 4 übertragen, und nach Übertragung durch die Filme in Richtung V-V an die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 übertragen.

Da die Wärmeleitung auf der Seite der unteren Oberfläche des Sensorabschnitts 15 durch das wärmeleitende, die Wärmeleitung fördernde Teil 20 stattfindet, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Trägerfilm 2, wird der Wärmewiderstand zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 kleiner als bei dem konventionellen Flußratenmeßelement.

Wie voranstehend geschildert ist bei der zweiten Ausführungsform das die Wärmeleitung fördernde Teil 20, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Trägerfilm 2, zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und einerseits den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 und andererseits dem Trägerfilm 2 angeordnet. Daher ist es möglich, den Wärmewiderstand zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 zu verringern, wodurch eine sehr schnelle Übertragung der Wärme erreicht wird, die an dem Widerstandsheizelement 4 erzeugt wird, nämlich auf die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6. Selbst bei einer plötzlichen Änderung der Flußrate oder Flußgeschwindigkeit des gemessenen Fluids bildet sich daher schnell eine Oberflächentemperaturverteilung des Sensorabschnitts 15 aus, die sich in Flußrichtung bewegt hat, und wird daher ein Flußratenmeßelement mit kurzer Reaktionszeit zur Verfügung gestellt.

DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 6 ist eine Aufsicht, welche ein Flußratenmeßelement gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung erläutert, und Fig. 7 ist eine Schnittansicht von Fig. 6 entlang der Linie VII-VII.

Bei der dritten Ausführungsform ist ein die Wärmeleitung förderndes Teil 11 rechteckförmig so ausgebildet, daß es den Bereich abdeckt, in welchem ein Widerstandsheizelement 4 und Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 auf der unteren Oberfläche des Trägerfilms 2 angeordnet sind.

Die dritte Ausführungsform ist ebenso aufgebaut wie die voranstehend geschilderte erste Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß das die Wärmeleitung fördernde Teil 11 auf der unteren Oberfläche des Trägerfilms 2 angeordnet ist.

Bei dem Flußratenmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau erfolgt die Wärmeleitung folgendermaßen. Wärme, die an dem Widerstandsheizelement 4 erzeugt wird, wird an den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 auf und unter dem Widerstandsheizelement 4 übertragen. Dann wird die an den Schutzfilm 3 übertragene Wärme durch den Film in Richtung VII-VII an die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 übertragen. Andererseits wird die an den Trägerfilm 2 übertragene Wärme an das die Wärmeleitung fördernde Teil 11 übertragen, durch den Film in Richtung VII-VII erneut auf den Trägerfilm 2 übertragen, und dann auf die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 übertragen.

Da der Trägerfilm 2 kaum eine Wärmeleitung zuläßt, jedoch so ausgebildet ist, daß er eine äußerst geringe Dicke aufweist, wird Wärme schnell in Richtung der Dicke weitergeleitet. Die Wärmeleitung auf der Seite der unteren Oberfläche des Sensorabschnitts 15 wird über das die Wärmeleitung fördernde Teil 11 erzielt, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Trägerfilm 2. Daher ist es möglich, den Wärmewiderstand zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 zu verringern, verglichen mit dem konventionellen Flußratenmeßelement.

Bei der dritten Ausführungsform ist, wie voranstehend geschildert, das die Wärmeleitung fördernde Teil 11 mit höherer Wärmeleitfähigkeit als der Trägerfilm 2 auf der unteren Oberfläche des Trägerfilms 2 angeordnet. Daher ist es möglich, den Wärmewiderstand zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 zu verringern, und wird die an dem Widerstandsheizelement 4 erzeugte Wärme schnell auf die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 übertragen. Selbst bei einer plötzlichen Änderung der Flußrate oder Flußgeschwindigkeit des gemessenen Fluids bildet sich daher schnell eine Oberflächentemperaturverteilung des Sensorabschnitts 15 aus, die sich in Flußrichtung bewegt hat, und wird daher ein Flußratenmeßelement mit äußerst kurzer Reaktionszeit zur Verfügung gestellt.

VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 8 ist eine Aufsicht, welche ein Flußratenmeßelement gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt, und Fig. 9 ist eine Schnittansicht von Fig. 8 entlang der Linie IX-IX.

Bei der vierten Ausführungsform ist ein die Wärmeleitung förderndes Teil 20 in einen Trägerfilm 2 eingebettet, und rechteckförmig ausgebildet, so daß es den Anordnungsbereich eines Widerstandsheizelementes 4 und von Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 abdeckt, und sich in derselben Position der Ebene befindet wie die obere Oberfläche des Trägerfilms 2.

Die vierte Ausführungsform ist ebenso wie die voranstehend geschilderte zweite Ausführungsform aufgebaut, mit Ausnahme der Tatsache, daß das die Wärmeleitung fördernde Teil 20 an der Seite der oberen Oberfläche des Trägerfilms 2 in diesen eingebettet angeordnet ist, und zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und einerseits den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 und andererseits dem Trägerfilm 2 angeordnet ist.

Die Herstellung des die Wärmeleitung fördernden Teils 20, welches in den Trägerfilm 2 eingebettet ist, umfaßt die Schritte, zunächst einen Film mit einer Dicke von ts1 (vgl. Fig. 9) aus Siliziumnitrid auf der oberen Oberfläche eines ebenen Substrats 1 auszubilden, und dann eines weiteren Films mit einer Dicke (ts - ts1) aus Aluminiumoxid auf dem Siliziumnitridfilm, Ätzen des Aluminiumoxidfilms so, daß dieser rechteckförmig wird, durch Einsatz photolithographischer und Ätzverfahren, wodurch ein die Wärmeleitung förderndes Teil 20 ausgebildet wird, und nachfolgende Ausbildung, in einem Zustand, in welchem ein als Maske zum Ätzen des Aluminiumoxidfilms dienender Photolack übriggeblieben ist, eines Films mit einer Dicke von (ts - ts1) aus Siliziumoxid, worauf dann der Photolack entfernt wird, wodurch das die Wärmeleitung fördernde Teil 20 so ausgebildet wird, daß es an einem Ort in der Ebene in dem Trägerfilm 2 mit einer Dicke von ts eingebettet ist.

Bei dem Flußratenmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau wird, wie bei der voranstehend geschilderten zweiten Ausführungsform, an dem Widerstandsheizelement 4 erzeugte Wärme an das die Wärmeleitung fördernde Teil 20 und den Schutzfilm 3 auf und unter dem Widerstandsheizelement 4 übertragen, und wird nach Übertragung durch die Filme in Richtung IX-IX an die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 übertragen.

Auch bei der vierten Ausführungsform bildet sich, wie bei der voranstehend geschilderten zweiten Ausführungsform, selbst nach einer plötzlichen Änderung der Flußrate oder der Flußgeschwindigkeit des gemessenen Fluids eine Oberflächentemperaturverteilung des Sensorabschnitts 15 schnell aus, die sich in Flußrichtung bewegt hat, und wird daher ein Flußratenmeßelement mit kurzer Reaktionszeit zur Verfügung gestellt.

Weiterhin treten bei der vierten Ausführungsform, bei welcher sich das die Wärmeleitung fördernde Teil 20 am Ort derselben Ebene wie der Trägerfilm 2 befindet, keine Unregelmäßigkeiten auf dem Sensorabschnitt 15 auf. Verglichen mit der voranstehend geschilderten zweiten Ausführungsform wird eine Störung des Luftflusses der auf der Oberfläche des Sensorabschnitts 15 fließenden Luft vermieden, und wird eine kurze Reaktionszeit zur Verfügung gestellt, unter Bereitstellung stabiler Eigenschaften.

Die Wärmeleitung und die Wärmekapazität tragen zum Wärmetransport bei. Bei der vierten Ausführungsform, bei welcher das die Wärmeleitung fördernde Teil 20 in den Trägerfilm 2 eingebettet ist, kann das die Wärmeleitung fördernde Teil 20 zur Verfügung gestellt werden, ohne die Dicke des Trägerfilms 2 zu erhöhen. Da die Dicke ts des Trägerfilms 2 beibehalten wird, ist es möglich, eine Erhöhung der Wärmekapazität infolge der Bereitstellung des die Wärmeleitung fördernden Teils 20 zu verhindern, so daß eine Verbesserung des Ansprechverhaltens erreicht wird.

FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 10 ist eine Aufsicht auf ein Flußratenmeßelement gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 11 ist eine Schnittansicht von Fig. 10 entlang der Linie XI-XI.

Bei der fünften Ausführungsform ist ein die Wärmeleitung förderndes Teil 11 in einen Trägerfilm 2 eingebettet, und rechteckförmig ausgebildet, so daß es den Anordnungsbereich eines Widerstandsheizelements 4 und von Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 abdeckt.

Die fünfte Ausführungsform ist ebenso aufgebaut wie die voranstehend geschilderte dritte Ausführungsform, mit Ausnahme der Tatsache, daß das die Wärmeleitung fördernde Teil 11 in den Trägerfilm 2 eingebettet ist.

Die Herstellung des die Wärmeleitung fördernden Teils 11 umfaßt die Schritte, zunächst einen Siliziumnitridfilm auf der oberen Oberfläche eines ebenen Substrats 1 auszubilden, einen Platinfilm auf dem Siliziumnitridfilm herzustellen; dann den Platinfilm so zu ätzen, daß dieser rechteckförmig wird, wodurch ein die Wärmeleitung förderndes Teil 11 entsteht, und nachfolgende Ausbildung, in einem Zustand, in welchem Photolack übriggeblieben ist, der als Maske zum Ätzen des Platinfilms dient, eines Siliziumnitridfilms mit derselben Dicke wie jener des Platinfilms, Entfernen des Photolacks, so daß sich der Platinfilm und der Siliziumnitridfilm, welche das die Wärmeleitung fördernde Teil 11 bilden, am Ort in derselben Ebene befinden, worauf dann ein weiterer Siliziumnitridfilm darauf ausgebildet wird, und so das die Wärmeleitung fördernde Teil 11 ausgebildet wird, welches in den Trägerfilm 2 eingebettet angeordnet ist.

Während der Trägerfilm 2 so ausgebildet wird, daß drei Schichten aus Siliziumnitrifilm laminatartig ausgebildet werden, wird die Dicke der einzelnen Schichten des Siliziumnitridfilms so gesteuert oder geregelt, daß keine Erhöhung der Gesamtdicke auftritt.

Bei dem Flußratenmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau wird, wie bei der voranstehend geschilderten dritten Ausführungsform, an dem Widerstandsheizelement 4 erzeugte Wärme an den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 auf und unter dem Widerstandsheizelement 4 übertragen. Die an den Schutzfilm 3 übertragene Wärme wird in Richtung XI-XI durch den Film transportiert, und dann auf die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 übertragen. Andererseits wird die an den Trägerfilm 2 übertragene Wärme an das die Wärmeleitung fördernde Teil 11 übertragen, in Richtung XI-XI durch den Film transportiert, erneut zum Trägerfilm 2 übertragen, und dann an die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 übertragen.

Wie bei der voranstehend geschilderten dritten Ausführungsform bildet sich auch bei der fünften Ausführungsform selbst nach einer plötzlichen Änderung der Flußrate oder Flußgeschwindigkeit des gemessenen Fluids schnell eine Oberflächentemperaturverteilung des Sensorabschnitts 15 aus, die sich in Flußrichtung bewegt hat, und wird ein Flußratenmeßelement mit sehr kurzer Ansprechzeit zur Verfügung gestellt.

Bei der fünften Ausführungsform, bei welcher das die Wärmeleitung fördernde Teil 11 in den Trägerfilm 2 eingebettet ist, treten keine Oberflächenunregelmäßigkeiten auf dem Sensorabschnitt 15 auf. Verglichen mit der voranstehend geschilderten dritten Ausführungsform werden daher Störungen des Flusses der Luft verhindert, die auf der Oberfläche des Sensorabschnitts 15 fließt, und wird ein gutes Ansprechverhalten zur Verfügung gestellt, bei stabilen Eigenschaften.

Da das die Wärmeleitung fördernde Teil 11 in den Trägerfilm 2 eingebettet ist, wird die Entfernung von dem Widerstandsheizelement 4 und den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 zu dem die Wärmeleitung fördernden Teil 11 verkürzt, und wird die Wärmeleitung durch den Trägerfilm 2 zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 einerseits und den die Wärmeleitung fördernden Teil 11 andererseits gefördert, und das Ansprechverhalten entsprechend verbessert.

Die Wärmeleitung und die Wärmekapazität tragen zum Wärmetransport bei. Bei der fünften Ausführungsform, bei welcher das die Wärmeleitung fördernde Teil 11 in den Trägerfilm 2 eingebettet ist, kann das die Wärmeleitung fördernde Teil 11 zur Verfügung gestellt werden, ohne die Dicke des Trägerfilms 2 zu erhöhen. Da die Dicke des Trägerfilms 2 nicht geändert wird, ist es möglich, eine Erhöhung der Wärmekapazität infolge der Bereitstellung des die Wärmeleitung fördernden Teils 11 zu verhindern, so daß das Ansprechverhalten verbessert, also die Reaktionszeit verkürzt werden kann.

SECHSTE AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 12 ist eine Aufsicht auf ein Flußratenmeßelement gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 13 ist eine Schnittansicht von Fig. 12 entlang der Linie XIII-XIII.

Bei der sechsten Ausführungsform ist ein die Wärmeleitung förderndes Teil 21 rechteckförmig auf einem Trägerfilm 2 so vorgesehen, daß es ein Widerstandsheizelement 4 und Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 abdeckt, und ist ein Schutzfilm 3 so auf dem Trägerfilm 2 angeordnet, daß er das die Wärmeleitung fördernde Teil 21 abdeckt. Das die Wärmeleitung fördernde Teil 21 besteht aus einem Isoliermaterial mit höherer Wärmeleitfähigkeit als der Schutzfilm 3, beispielsweise aus Aluminiumoxid.

Die sechste Ausführungsform ist ebenso aufbebaut wie die voranstehend geschilderte erste Ausführungsform, mit Ausnahme der Tatsache, daß statt der die Wärmeleitung fördernden Teile 11 das die Wärmeleitung fördernde Teil 21 zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 einerseits und dem Schutzfilm 3 andererseits angeordnet ist.

Die Herstellung des die Wärmeleitung fördernden Teils 21 umfaßt die Schritte, zunächst einen Aluminiumoxidfilm auf dem ebenen Substrat 1 herzustellen, welches den Trägerfilm 2, das Widerstandsheizelement 4, die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6, und einen Vergleichswiderstandsfilm 7 aufweist, worauf der Aluminiumoxidfilm unter Verwendung photolithographischer und Ätzverfahren rechteckförmig geätzt wird, so daß das die Wärmeleitung fördernde Teil 21 ausgebildet wird, welches das Widerstandsheizelement 4 und die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 abdeckt.

Bei dem Flußratenmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau erfolgt die Wärmeleitung folgendermaßen. An dem Widerstandsheizelement 4 erzeugte Wärme wird an den Trägerfilm 2 und das die Wärmeleitung fördernde Teil 21 auf und unter dem Widerstandsheizelement 4 übertragen, dann in Richtung XIII-XIII durch die Filme übertragen, und auf die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 übertragen.

Da die Wärmeleitung auf der Seite der oberen Oberfläche des Sensorabschnitts 15 durch das die Wärmeleitung fördernde Teil 21 durchgeführt wird, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Schutzfilm 3, wird der Wärmewiderstand zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 kleiner als bei dem konventionellen Flußratenmeßelement.

Wie voranstehend geschildert ist bei der sechsten Ausführungsform das die Wärmeleitung fördernde Teil 21 mit höherer Wärmeleitfähigkeit als der Schutzfilm 3 zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 angeordnet. Daher kann der Wärmewiderstand zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 verringert werden, so daß die am Widerstandsheizelement 4 erzeugte Wärme schnell auf die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 übertragen wird. Selbst bei einer Änderung der Flußrate oder der Flußgeschwindigkeit des gemessenen Fluids bildet sich daher schnell eine Oberflächentemperaturverteilung des Sensorabschnitts 15 auf, welches sich in Flußrichtung bewegt hat, und wird daher ein Flußratenmeßelement mit kurzer Ansprechzeit zur Verfügung gestellt.

SIEBTE AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 14 ist eine Aufsicht auf ein Flußratenmeßelement gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 15 ist eine Schnittansicht von Fig. 14 entlang der Linie XV-XV.

Bei der siebten Ausführungsform wird ein die Wärmeleitung förderndes Teil 22 rechteckförmig auf einem Schutzfilm 3 so ausgebildet, daß es den Anordnungsbereich eines Widerstandsheizelementes 4 und von Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 abdeckt. Das die Wärmeleitung fördernde Teil 22 besteht aus einem Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit als der Schutzfilm 3, beispielsweise aus Platin.

Die siebte Ausführungsform ist ebenso aufgebaut wie die voranstehend geschilderte erste Ausführungsform, mit Ausnahme der Tatsache, daß statt der die Wärmeleitung fördernden Teile 11 ein die Wärmeleitung förderndes Teil 22 so auf einem Schutzfilm 3 angeordnet ist, daß es den Anordnungsbereich eines Widerstandsheizelementes 4 und von Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 abdeckt.

Bei dem Flußratenmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau erfolgt die Wärmeleitung folgendermaßen. An dem Widerstandsheizelement 4 erzeugte Wärme wird an einen Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 auf und unter dem Widerstandsheizelement 4 übertragen. Die an den Trägerfilm 2 übertragene Wärme wird in Richtung XV-XV durch die Filme übertragen, und dann an die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 übertragen. Andererseits wird die an den Schutzfilm 3 übertragene Wärme auf das die Wärmeleitung fördernde Teil 22 übertragen, durch den Film in Richtung XV-XV übertragen, dann erneut auf den Schutzfilm 3 übertragen, und wird dann an die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 übertragen.

Da der Schutzfilm 3 eine Wärmeleitung nur in geringem Ausmaß zuläßt, da er nämlich nur eine sehr geringe Dicke aufweist, wird in Richtung der Dicke Wärme schnell transportiert. Die Wärmeleitung auf der Seite der oberen Oberfläche des Sensorabschnitts 15 wird durch das die Wärmeleitung fördernde Teil 22 erzielt, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Schutzfilm 3. Daher ist es möglich, den Wärmewiderstand zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 zu verringern, verglichen mit dem konventionellen Flußratenmeßelement.

Wie voranstehend geschildert ist bei der siebten Ausführungsform das die Wärmeleitung fördernde Teil 21 mit höherer Wärmeleitfähigkeit als der Schutzfilm 3 auf der oberen Oberfläche des Schutzfilms 3 angeordnet. Daher ist es möglich, den Wärmewiderstand zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 zu verringern, und wird die am Widerstandsheizelement 4 erzeugte Wärme schnell auf die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 übertragen. Selbst bei einer plötzlichen Änderung der Flußrate oder der Flußgeschwindigkeit des gemessenen Fluids bildet sich daher schnell eine Oberflächentemperaturverteilung des Sensorabschnitts 15 auf, die sich in Flußrichtung bewegt hat, und wird daher ein Flußratenmeßelement mit äußerst kurzer Ansprechzeit zur Verfügung gestellt.

ACHTE AUSFÜHRUNGSFORM

Zwar ist bei der voranstehend geschilderten siebten Ausführungsform das die Wärmeleitung fördernde Teil 22 auf der oberen Oberfläche des Schutzfilms 3 angeordnet, jedoch ist bei einer achten Ausführungsform das die Wärmeleitung fördernde Teil 22 in den Schutzfilm 3 so eingebettet, daß es sich am Ort derselben Ebene wie dem Ort der oberen Oberfläche des Schutzfilms 3 befindet.

Bei der achten Ausführungsform sind keine Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche auf dem Sensorabschnitt 15 vorhanden. Daher wird eine Störung des Flusses der Luft vermieden, die auf der Oberfläche des Sensorabschnitts 15 fließt, und wird eine kurze Reaktionszeit erzielt, wobei die Eigenschaften stabil bleiben.

Da das die Wärmeleitung fördernde Teil 22 zur Verfügung gestellt werden kann, ohne die Dicke des Schutzfilms 3 zu erhöhen, ist es möglich, eine Erhöhung der Wärmekapazität zu vermeiden, die durch Bereitstellung des die Wärmeleitung fördernden Teils 22 hervorgerufen werden könnte, und kann entsprechend das Ansprechverhalten verbessert werden.

NEUNTE AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 16 ist eine Aufsicht auf ein Flußratenmeßelement gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 17 ist eine Schnittansicht von Fig. 16 entlang der Linie XVII-XVII.

Bei der neunten Ausführungsform ist ein die Wärmeleitung förderndes Teil 21 rechteckförmig auf einem Trägerfilm 2 so angeordnet, daß es ein Widerstandsheizelement 4 und Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 abdeckt, und ist ein Schutzfilm 3 auf dem Trägerfilm 2 so angeordnet, daß er das die Wärmeleitung fördernde Teil 21 abdeckt. Bei dieser Anordnung stimmt die Summe der Dicken des die Wärmeleitung fördernden Teils 21 und des Schutzfilms 3 auf dem die Wärmeleitung fördernden Teil 21 mit der Dicke des Schutzfilms 3 auf dem Trägerfilm 2 überein.

Die neunte Ausführungsform ist ebenso aufgebaut wie die voranstehend geschilderte sechste Ausführungsform, mit Ausnahme der Tatsache, daß der Schutzfilm 3 auf dem die Wärmeleitung fördernden Teil 21 dünner ausgebildet ist, und zwar um die Dicke des die Wärmeleitung fördernden Teils 21 dünner.

Die Herstellung des Schutzfilms 3 umfaßt die Schritte, zuerst einen Aluminiumfilm mit einer Dicke von tp1 (vgl. Fig. 17) auf einem ebenen Substrat 1 auszubilden, welches einen Trägerfilm 2, ein Widerstandsheizelement 4, Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 und ein Vergleichswiderstandselement 7 aufweist, Ätzen des Aluminiumoxidfilms so, daß dieser rechteckförmig wird, unter Einsatz photolithographischer und Ätzverfahren, wodurch ein die Wärmeleitung förderndes Teil 21 so ausgebildet wird, daß es das Widerstandsheizelement 4 und die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 abdeckt, wobei dann in einem Zustand, in welchem ein Photolack übrigbleibt, der als Maske zum Ätzen des Aluminiumoxidfilms dient, ein Siliziumnitridfilm mit einer Dicke tp1 ausgebildet wird. Dann wird das die Wärmeleitung fördernde Teil 21 so ausgebildet, daß es so in den Siliziumnitridfilm eingebettet ist, daß sich das Teil 21 am Ort in derselben Ebene wie der Siliziumnitridfilm befindet, durch Entfernen des Photolacks. Weiterhin wird der Schutzfilm 3 so ausgebildet, daß der Siliziumnitridfilm eine Dicke von (tp - tp1) aufweist.

Bei dem Flußratenmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau wird, wie bei der voranstehend geschilderten sechsten Ausführungsform, an dem Widerstandsheizelement 4 erzeugte Wärme an den Trägerfilm 2 und das die Wärmeleitung fördernde Teil 21 auf und unter dem Widerstandsheizelement 4 übertragen, und wird nach Übertragung in Richtung XVII-XVII durch die Filme auf die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 übertragen.

Auch bei der neunten Ausführungsform bildet sich, wie bei der voranstehend geschilderten sechsten Ausführungsform, selbst nach einer plötzlichen Änderung der Flußrate oder der Flußgeschwindigkeit des gemessenen Fluids schnell eine Oberflächentemperaturverteilung des Sensorabschnitts 15 aus, die sich in Flußrichtung bewegt hat, und wird daher ein Flußratenmeßelement mit kurzer Ansprechzeit zur Verfügung gestellt.

Weiterhin ist die neunte Ausführungsform so ausgebildet, daß die Summe der Dicke des die Wärmeleitung fördernden Teils 21 und der Dicke des Schutzfilms 3 auf dem die Wärmeleitung fördernden Teil 21 mit der Dicke des Schutzfilms 3 auf dem Trägerfilm 2 übereinstimmt. Daher sind auf dem Sensorabschnitt 15 keine Oberflächenunregelmäßigkeiten vorhanden. Verglichen mit der voranstehend geschilderten sechsten Ausführungsform ist es daher möglich, eine Störung des Flusses der Luft zu verhindern, die auf der Oberfläche des Sensorabschnitts 15 fließt, und eine kurze Reaktionszeit zu erzielen, während stabile Eigenschaften erreicht werden.

Die Wärmeleitung und die Wärmekapazität tragen zum Wärmetransport bei. Bei der neunten Ausführungsform kann das die Wärmeleitung fördernde Teil 21 zur Verfügung gestellt werden, ohne die Dicke des Schutzfilms 3 zu erhöhen. Daher wird die Dicke tp des Schutzfilms 3 beibehalten, wodurch verhindert werden kann, daß sich die Wärmekapazität infolge der Bereitstellung des die Wärmeleitung fördernden Teils 21 erhöht, und so eine Verbesserung des Ansprechverhaltens erreicht wird.

ZEHNTE AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 18 ist eine Aufsicht auf ein Flußratenmeßelement gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 19 ist eine Schnittansicht von Fig. 18 entlang der Linie XIX-XIX.

Bei der zehnten Ausführungsform ist ein die Wärmeleitung förderndes Teil 22 so rechteckförmig ausgebildet, daß es in einen Schutzfilm 3 eingebettet ist, so daß es den Anordnungsbereich eines Widerstandsheizelementes 4 und von Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 abdeckt.

Die zehnte Ausführungsform ist ebenso aufgebaut wie die voranstehend geschilderte siebte Ausführungsform, mit Ausnahme der Tatsache, daß das die Wärmeleitung fördernde Teil 22 in den Schutzfilm 3 eingebettet ist.

Die Herstellung des die Wärmeleitung fördernden Teils 22, welches in den Schutzfilm 3 eingebaut ist, umfaßt folgende Schritte: zuerst wird ein Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von tp2 auf einem ebenen Substrat hergestellt, auf welchem ein Trägerfilm 2, ein Widerstandsheizelement 4, Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 und ein Vergleichswiderstandselement 7 vorgesehen sind, dann wird ein Platinfilm mit einer Dicke tp3 auf dem Siliziumnitridfilm hergestellt, worauf der Platinfilm so geätzt wird, daß er rechteckförmig wird, wodurch ein die Wärmeleitung förderndes Teil 22 ausgebildet wird, und dann wird in einem Zustand, in welchem ein Photolack übrigbleibt, der als Maske zum Ätzen des Platinfilms dient, ein Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von tp3 hergestellt. Daraufhin, nachdem der Photolack entfernt wurde, befinden sich der Platinfilm, welcher das die Wärmeleitung fördernde Teil 22 bildet, und der Siliziumnitridfilm am Ort in derselben Ebene. Weiterhin wird ein Siliziumnitridfilm mit einer Dicke (tp - tp2 - tp3) ausgebildet, wodurch man das die Wärmeleitung fördernde Teil 22 erhält, welches in den Schutzfilm 3 eingebettet angeordnet ist.

Die Gesamtdicke des Schutzfilms 3 wird auf den Wert tp gesteuert oder geregelt.

Bei dem Flußratenmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau wird, wie bei der voranstehend geschilderten siebten Ausführungsform, die an dem Widerstandsheizelement 4 erzeugte Wärme auf den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 auf und unter dem Widerstandsheizelement 4 übertragen. Die auf den Trägerfilm 2 übertragene Wärme wird, nach Übertragung in Richtung XIX-XIX durch den Film, auf die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 übertragen. Andererseits wird die an den Schutzfilm 3 übertragene Wärme auf das die Wärmeleitung fördernde Teil 22 übertragen, in Richtung XIX-XIX durch den Film erneut auf den Schutzfilm 3 übertragen, und dann an die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 übertragen.

Auch bei der zehnten Ausführungsform bildet sich, wie bei der voranstehend geschilderten siebten Ausführungsform, selbst nach einer plötzlichen Änderung der Flußrate oder Flußgeschwindigkeit des gemessenen Fluids, schnell eine Oberflächentemperaturverteilung des Sensorabschnitts 15 aus, die sich in Flußrichtung bewegt hat, und wird daher ein Flußratenmeßelement mit hervorragendem Ansprechverhalten zur Verfügung gestellt.

Darüber hinaus ist bei der zehnten Ausführungsform das die Wärmeleitung fördernde Teil 22 in den Schutzfilm 3 eingebettet, was dazu führt, daß auf dem Sensorabschnitt 14 keine Oberflächenunregelmäßigkeiten vorhanden sind. Daher ist es im Vergleich zur voranstehend geschilderten siebten Ausführungsform möglich, eine Störung des Flusses der Luft zu verhindern, die auf dem Sensorabschnitt 15 fließt, und eine kürzere Reaktionszeit zu erzielen, während stabile Eigenschaften vorhanden sind.

Da das die Wärmeleitung fördernde Teil 22 in den Schutzfilm 3 eingebettet ist, wird die Entfernung zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und einerseits den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 sowie andererseits dem die Wärmeleitung fördernden Teil 22 verkürzt, was eine Beschleunigung der Wärmeleitung durch den Schutzfilm 3 zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 einerseits und dem die Wärmeleitung fördernden Teil 22 andererseits gestattet, und daher zu einer Verkürzung der Reaktionszeit führt.

Die Wärmeleitung und die Wärmekapazität tragen zum Wärmetransport bei. Bei der zehnten Ausführungsform, bei welcher das die Wärmeleitung fördernde Teil 22 in den Schutzfilm 3 eingebettet angeordnet ist, kann daher das die Wärmeleitung fördernde Teil 22 zur Verfügung gestellt werden, ohne die Dicke des Schutzfilms 3 zu erhöhen. Da hierdurch die Dicke des Schutzfilms 3 gleich bleiben kann, kann eine Erhöhung der Wärmekapazität verhindert werden, die durch die Bereitstellung des die Wärmeleitung fördernden Teils 22 auftreten könnte, wodurch das Ansprechverhalten verbessert wird.

Zwar werden bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6, die an beiden Seiten des Widerstandsheizelements 4 angeordnet sind, so ausgebildet, daß sie dieselben gitterförmigen Muster aufweisen, jedoch können die Temperaturmeßwiderstandselemente so ausgebildet werden, daß sie unterschiedliche gitterförmige Muster haben. In diesem Fall ist es, bei der Messung der Flußrate und der Flußgeschwindigkeit des gemessenen Fluids, ausreichend, die Größen entsprechend gemessenen Werten der Temperatur von den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6 zu vergleichen, nach einer Kompensation dieser Größen unter Berücksichtigung des Unterschieds der gitterförmigen Muster zwischen den Temperaturmeßwiderstandselementen 5 und 6.

Die voranstehenden Ausführungsformen wurden unter der Annahme geschildert, daß die vorliegende Erfindung bei einem Flußratenmeßelement des Membrantyps eingesetzt wird. Allerdings lassen sich ähnliche Auswirkungen auch dann erzielen, wenn die Erfindung bei einem Flußratenmeßelement des Brückentyps eingesetzt wird.

Bei den voranstehenden Ausführungsformen wurden der Trägerfilm 2, der Schutzfilm 3, das Widerstandsheizelement 4, die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 und die die Wärmeleitung fördernden Teile 11, 20, 21 und 22 so beschrieben, daß sie durch Sputtern hergestellt werden. Das Verfahren zur Herstellung der Filme ist nicht auf Sputtern beschränkt, sondern es können auch eine Vakuumdampfablagerung, CVD oder irgendein anderes Filmherstellungsverfahren eingesetzt werden.

Bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen wurden das Widerstandsheizelement 4 und die Temperaturmeßwiderstandselemente 5 und 6 so beschrieben, daß sie aus Platin hergestellt werden. Allerdings ist das Material nicht auf Platin beschränkt, sondern kann auch ein. Material verwendet werden, welches einen Widerstand mit ausreichender Temperaturabhängigkeit aufweist, beispielsweise Permalloy, also eine Legierung aus Eisen und Nickel.

Bei den voranstehenden Ausführungsformen wurden der Trägerfilm 2 und der Schutzfilm 3 so beschrieben, daß sie aus Siliziumnitrid bestehen. Allerdings ist das Material nicht auf Siliziumnitrid beschränkt, sondern kann auch ein anderes Isoliermaterial eingesetzt werden, beispielsweise Tantalpentoxid (Ta₂O₅), oder Siliziumdioxid (SiO₂). Bei dem Material für das die Wärmeleitung fördernde Teil, das voranstehend so geschildert wurde, daß es aus Platin oder Aluminiumoxid besteht, ist es ausreichend, wenn eine höhere Wärmeleitfähigkeit als beim Trägerfilm 2 und dem Schutzfilm 3 vorhanden ist, einschließlich derartiger Materialien wie Gold (Au), Kupfer (Cu), Silber (Ag), Schirmin (AlSi) und Titannitrid (TiN).

ELFTE AUSFÜHRUNGSFORM

Die Fig. 20 und 21 sind eine Vorderansicht bzw. eine Querschnittsansicht eines Flußratensensors gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung.

In den Fig. 20 und 21 ist ein Hauptrohr 31 zylinderförmig und bildet einen Weg für ein zu messendes Fluid. Eine zylindrische Meßleitung 32 ist koaxial angeordnet und wird von einem Trägerarm 33 gehaltert, der radial nach innen von der Innenwand des Hauptrohrs 31 aus verläuft. In der Meßleitung 32 ist ein Flußratenmeßelement 34 gemäß der voranstehend geschilderten ersten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, mit einem Widerstandsheizelement und zwei Temperaturmeßwiderstandselementen, bei denen die Richtung der Anordnung mit der Richtung des Zentrums in Axialrichtung der Meßleitung 33 übereinstimmt.

Eine gitterförmige Vergleichmäßigungsvorrichtung 35 zum Homogenisieren des Flusses des gemessenen Fluids ist an einer Seite des Hauptrohrs 31 angebracht. Eine Regelschaltung 36, die als Regelabschnitt dient, und ein Temperaturmeßabschnitt sind in einem Gehäuse 37 aufgenommen, welches am Außenumfang des Hauptrohrs 31 angeordnet ist. Die Regelschaltung 36 ist elektrisch an das Widerstandsheizelement, die Temperaturmeßwiderstandselemente und das Vergleichswiderstandselement des Flußratenmeßelements 34 über Elektrodenanschlußflächen angeschlossen. Ein Verbinder 38 zur Zufuhr von Energie zum Flußratenmeßelement 34 und zum Empfangen eines Ausgangssignals ist in dem Gehäuse 37 vorgesehen.

Der Flußratenmeßelement 30 mit dem voranstehend geschilderten Aufbau ist an einem Ansaugrohr beispielsweise einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung angebracht, um zur Messung der Menge der Ansaugluft verwendet zu werden. In diesem Fall entspricht das Ansaugrohr dem Hauptrohr 31.

Bei dem Flußratenmeßelement 30 wird elektrische Energie durch den Verbinder 38 dem Flußratenmeßelement 34 zugeführt, und wird die Temperatur des Widerstandsheizelements durch die Regelschaltung 36 so geregelt, daß sie um 200°C höher als die Lufttemperatur ist, die von dem Vergleichswiderstandselement gemessen wird. Die Temperatur der beiden Temperaturmeßwiderstandselemente wird von der Regelschaltung 36 gemessen, und über den Verbinder 38 als Ausgangssignal zur Verfügung gestellt.

Die Ansaugluft wird durch die Vergleichmäßigungsvorrichtung 35 homogenisiert, und fließt in das Hauptrohr 31 hinein. Ein Teil der Ansaugluft, die in das Hauptrohr 31 hineingelangt ist, fließt in die Meßleitung 32, und fließt durch diese von einer Seite, welche einem der Temperaturmeßwiderstandselemente gegenüberliegt, zur anderen Seite entlang der Oberfläche des Sensorabschnitts.

Der Luftfluß führt zu einer Abnahme der Temperatur des Temperaturmeßwiderstandselements stromaufwärts, und zu einer Erhöhung der Temperatur des Temperaturmeßwiderstandselements stromabwärts. Die Temperatur der beiden Temperaturmeßwiderstandselemente wird über die Steuer- oder Regelschaltung 36 gemessen. Wie bei der voranstehend geschilderten ersten Ausführungsform bereits erläutert, werden die Flußrate, die Flußrichtung oder die Flußgeschwindigkeit der Luft auf der Grundlage der Differenz der Temperatur zwischen den beiden Temperaturmeßwiderstandselementen festgestellt, und wird zur Steuerung bzw. Regelung der Menge der Ansaugluft der Brennkraftmaschine verwendet.

Bei der elften Ausführungsform weist das Flußratenmeßelement 34 denselben Aufbau wie die voranstehend geschilderte erste Ausführungsform. Daher ist es möglich, einen Flußratensensor zur Verfügung zustellen, der eine ausreichende Festigkeit und ein zufriedenstellendes Ansprechverhalten aufweist.

Der Flußratensensor 34 läßt sich sehr gut bei der Messung der Menge an Ansaugluft einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung einsetzen, bei welcher die Ansaugluft pulsierend fließt, abhängig von der Drehzahl, und insbesondere im Bereich hoher Last tritt eine beträchtliche Erhöhung der Schwankungen mit niedriger Rate auf, und in dem Bereich hoher Drehzahlen eine hohe Geschwindigkeit der Flußratenschwankungen.

Der Flußratensensor 30 ist ausreichend widerstandsfähig gegenüber Messungen der Menge der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, bei welcher die maxmiale Flußgeschwindigkeit der Ansaugluft einen Pegel in der Nähe von 200 m/Sekunde erreicht.

Bei der voranstehend geschilderten elften Ausführungsform wurde der Flußratensensor 30 so beschrieben, daß das Flußratenmeßelement gemäß der voranstehend geschilderten ersten Ausführungsform eingesetzt wird. Allerdings lassen sich im wesentlichen dieselben Auswirkungen erzielen, wenn ein Flußratenmeßelement gemäß einer der anderen Ausführungsformen verwendet wird.

Die vorliegende Erfindung mit dem voranstehend geschilderten Aufbau sorgt für die Bereitstellung folgender Vorteile.

Gemäß der Erfindung wird ein Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt, welches ein ebenes Substrat aufweist, welches zumindest an einer seiner Seitenoberflächen eine Spaltöffnung hat; einen Sensorabschnitt, bei welchem ein Widerstandsheizelement und zwei Temperaturmeßwiderstandselemente, die an beiden Seiten des Widerstandsheizelements angeordnet sind, durch einen isolierenden Trägerfilm und einen isolierenden Schutzfilm von oben und unten eingewickelt sind, wobei der Sensorabschnitt auf einer Ebene im wesentlichen parallel zu einer Oberfläche des ebenen Substrats angeordnet ist, und zumindest ein Ende des Trägerfilms durch das ebene Substrat so gehaltert wird, daß es sich im Sensorabschnitt auf dem Spalt befindet, wodurch der Hauptanteil des Sensorabschnitts in einem berührungslosen Zustand mit dem ebenen Substrat angeordnet ist und ein dünnfilmförmiges, die Wärmeleitung förderndes Teil, welches auf einem Wärmeübertragungsweg des Sensorabschnitts zwischen dem Widerstandsheizelement und den beiden Temperaturmeßwiderstandselementen vorgesehen ist, und eine höhere Wärmeleitfähigkeit als zumindest entweder der Trägerfilm oder der Schutzfilm aufweist. Daher wird ein Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt, bei welchem es möglich ist, den Wärmewiderstand zwischen dem Widerstandsheizelement und den Temperaturmeßwiderstandselementen zu verringern, um die Ansprechzeit ohne Verringerung der Festigkeit zu verbessern, und die Festigkeit ohne Beeinträchtigung der Ansprechzeit zu erhöhen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Wärmeleitung fördernde Teile auf dem Trägerfilm so angeordnet, daß sie in einer Richtung im rechten Winkel zur Anordnungsrichtung des Widerstandsheizelements und der beiden Temperaturmeßwiderstandselemente zwischen dem Widerstandsheizelement bzw. den beiden Temperaturmeßwiderstandselementen verlaufen. An dem Widerstandsheizelement erzeugte Wärme wird einmal an das die Wärmeleitung fördernde Teil durch den Trägerfilm und den Schutzfilm übertragen, und wird nach dem Durchgang durch das die Wärmeleitung fördernde Teil an die Temperaturmeßwiderstandselemente durch den Trägerfilm und den Schutzfilm übertragen. Die an dem Widerstandsheizelement erzeugte Wärme wird hauptsächlich durch das die Wärmeleitung fördernde Teil übertragen, wodurch die Leitungsentfernung durch den Trägerfilm und die Schutzfilme verringert wird, die keine gute Leitfähigkeit aufweisen, wodurch das Ansprechverhalten verbessert wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das die Wärmeleitung fördernde Teil aus einem Isoliermaterial hergestellt, welches eine bessere Wärmeleitfähigkeit als der Trägerfilm aufweist, und ist auf der Oberfläche des Trägerfilms so angeordnet, daß es sich unterhalb des Anordnungsbereiches des Widerstandsheizelements und der beiden Temperaturmeßwiderstandselemente befindet, und zwar in Berührung mit dem Widerstandsheizelement und den beiden Temperaturmeßwiderstandselementen. Die an dem Widerstandsheizelement erzeugte Wärme, die über den Wärmeübertragungsweg auf der Seite des Trägerfilms übertragen wird, wird direkt über das die Wärmeleitung fördernde Teil an die Temperaturmeßwiderstandselemente übertragen, so daß das Ansprechverhalten verbessert wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das die Wärmeleitung fördernde Teil in den Trägerfilm so eingebettet, daß es an demselben Ort liegt wie die Oberfläche des Trägerfilms. Daher sind keine Oberflächenunregelmäßigkeiten auf dem Sensorabschnitt vorhanden, die durch die Bereitstellung des die Wärmeleitung fördernden Teils hervorgerufen werden könnten, und tritt keine Störung des Flusses des Fluids auf, welches auf der Oberfläche des Sensorabschnitts fließt, so daß die Eigenschaften stabilisiert werden. Es ist ebenfalls möglich, das die Wärmeleitung fördernde Teil ohne Erhöhung der Dicke des Trägerfilms auszubilden, und eine Erhöhung der Wärmekapazität zu vermeiden, die sonst durch die Bereitstellung des die Wärmeleitung fördernden Teils hervorgerufen werden könnte, wodurch das Ansprechverhalten verbessert werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das die Wärmeleitung fördernde Teil aus einem Material, das ein höheres Wärmeleitvermögen aufweist als der Trägerfilm, und ist so in den Trägerfilm eingebettet, daß es sich unterhalb des Anordnungsbereiches des Widerstandsheizelements und der beiden Temperaturmeßwiderstandselemente befindet, und zwar so, daß es mit dem Widerstandsheizelement und den beiden Temperaturmeßwiderstandselementen nicht in Berührung steht. Die Wärme, die von dem Widerstandsheizelement erzeugt und über den Wärmeübertragungsweg auf die Seite des Trägerfilms übertragen wird, wird einmal über den Trägerfilm an das die Wärmeleitung fördernde Teil übertragen, und wird nach Durchgang durch das die Wärmeleitung fördernde Teil durch den Trägerfilm an die Temperaturmeßwiderstandselemente übertragen. Die an dem Widerstandsheizelement erzeugte Wärme wird hauptsächlich durch das die Wärmeleitung fördernde Teil übertragen, wodurch die Leitungsentfernung durch den Trägerfilm verringert wird, der keine gute Leitung ermöglicht, und das Ansprechverhalten verbessert wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Dicke des Trägerfilms in dem Abschnitt, in welchen das die Wärmeleitung fördernde Teil eingebettet ist, kleiner als die Dicke des Trägerfilms an jenem Abschnitt, in welchen das die Wärmeleitung fördernde Teil nicht eingebettet ist, und zwar um die Dicke des die Wärmeleitung fördernden Teils, wodurch die Oberfläche des Trägerfilms auf der Seite, die in Kontakt mit dem Widerstandsheizelement und den beiden Temperaturmeßwiderstandselementen steht, glatt ausgebildet wird. Daher sind keine Oberflächenunregelmäßigkeiten auf dem Sensorabschnitt vorhanden, die durch die Bereitstellung des die Wärmeleitung fördernden Teils hervorgerufen werden könnten, und tritt keine Störung des Flusses des Fluids auf, welches auf der Oberfläche des Sensorabschnitts fließt, wodurch die Eigenschaften stabilisiert werden können. Es ist ebenfalls möglich, das die Wärmeleitung fördernde Teil auszubilden, ohne die Dicke des Trägerfilms zu erhöhen, und eine Erhöhung der Wärmekapazität zu vermeiden, die sonst durch die Bereitstellung des die Wärmeleitung fördernden Teils hervorgerufen würde, so daß das Ansprechverhalten verbessert werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das die Wärmeleitung fördernde Teil aus einem Material, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Trägerfilm, und ist auf der Oberfläche des Trägerfilms auf der Seite des Spalts vorgesehen, so daß es sich unterhalb des Anordnungsbereiches des Widerstandsheizelements und der beiden Temperaturmeßwiderstandselemente befindet. Die an dem Widerstandsheizelement erzeugte Wärme, welche über den Wärmeübertragungsweg auf der Seite des Trägerfilms übertragen wird, wird hauptsächlich über das die Wärmeleitung fördernde Teil übertragen, und die Übertragungsentfernung durch den Trägerfilm, der nicht gut leitet, ist verringert, wodurch das Ansprechverhalten verbessert werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das die Wärmeleitung fördernde Teil aus einem Isoliermaterial mit höherer Wärmeleitfähigkeit als der Schutzfilm, und ist auf der unteren Oberfläche des Schutzfilms so vorgesehen, daß es sich oberhalb des Anordnungsbereiches des Widerstandsheizelementes und der beiden Temperaturmeßwiderstandselemente befindet, und zwar so, daß es in Berührung mit dem Widerstandsheizelement und den beiden Temperaturmeßwiderstandselementen steht. Die an dem Widerstandsheizelement erzeugte Wärme, die über den Wärmeübertragungsweg auf der Seite des Schutzfilms übertragen wird, wird direkt über das die Wärmeleitung fördernde Teil an die Temperaturmeßwiderstandselemente übertragen, wodurch das Ansprechverhalten verbessert wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das die Wärmeleitung fördernde Teil aus einem Material, welches eine bessere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Schutzfilm, und ist so in den Schutzfilm eingebettet, daß es sich oberhalb des Anordnungsbereiches des Widerstandsheizelements und der beiden Temperaturmeßwiderstandselemente befindet, und zwar so, daß es nicht in Berührung mit dem Widerstandsheizelement und den beiden Temperaturmeßwiderstandselementen steht. Die Wärme, die an dem Widerstandsheizelement erzeugt wird, und über den Wärmeübertragungsweg auf der Seite des Schutzfilms übertragen wird, wird daher einmal durch den Schutzfilm zum die Wärmeleitung fördernden Teil übertragen, und nach Durchgang durch das die Wärmeleitung fördernde Teil über den Schutzfilm an die Temperaturmeßwiderstandselemente übertragen. Die Wärme, die an dem Widerstandsheizelement erzeugt wird, und über den Wärmeübertragungsweg auf der Seite des Schutzfilms übertragen wird, wird hauptsächlich durch das die Wärmeleitung fördernde Teil übertragen, und die Übertragungsentfernung durch den Trägerfilm, der nicht gut leitet, ist verringert, wodurch das Ansprechverhalten verbessert werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das die Wärmeleitung fördernde Teil aus einem Material, welches eine bessere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Schutzfilm, und ist auf der oberen Oberfläche des Schutzfilms so angeordnet, daß es sich oberhalb des Anordnungsbereiches des Widerstandsheizelementes und der beiden Temperaturmeßwiderstandselemente befindet. Die Wärme, die an dem Widerstandsheizelement erzeugt wird, und über den Wärmeübertragungsweg auf der Seite des Schutzfilms übertragen wird, wird daher einmal an das die Wärmeleitung fördernde Teil übertragen, und nach Durchgang durch das die Wärmeleitung fördernde Teil durch den Schutzfilm an die Temperaturmeßwiderstandselemente übertragen. Die Wärme, die an dem Widerstandsheizelement erzeugt wird, und durch den Wärmeübertragungsweg auf der Seite des Schutzfilms übertragen wird, wird hauptsächlich durch das die Wärmeleitung fördernde Teil übertragen, und die Entfernung für die Übertragung durch den Trägerfilm, der keinen guten Wärmeleiter darstellt, ist verringert, wodurch das Ansprechverhalten verbessert wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Dicke jenes Abschnitts des Schutzfilms, welcher das die Wärmeleitung fördernde Teil aufweist, kleiner als die Dicke jenes Abschnitts des Schutzfilms, der das die Wärmeleitung fördernde Teil nicht aufweist, und zwar um die Dicke des die Wärmeleitung fördernden Teils, wodurch die obere Oberfläche des Schutzfilms glatt ausgebildet wird. Daher sind keine Oberflächenunregelmäßigkeiten auf dem Sensorabschnitt vorhanden, die durch die Bereitstellung des die Wärmeleitung fördernden Teils hervorgerufen werden könnten, und tritt keine Störung des Flusses des Fluids auf, welches auf der Oberfläche des Sensorabschnitts fließt, so daß die Eigenschaften stabilisiert werden können. Es ist ebenfalls möglich, das die Wärmeleitung fördernde Teil so auszubilden, daß sich die Dicke des Trägerfilms nicht erhöht, und die Erhöhung der Wärmekapazität zu verhindern, die sonst durch die Bereitstellung des die Wärmeleitung fördernden Teils hervorgerufen würde, wodurch sich das Ansprechverhalten verbessern läßt.

Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt, das eine Meßleitung aufweist, die zylinderförmig ausgebildet ist, und in einem Weg eines gemessenen Fluids so angeordnet ist, daß ihre Axialrichtung im wesentlichen mit der Flußrichtung des gemessenen Fluids übereinstimmt; ein Flußratenmeßelement, welches ein ebenes Substrat aufweist, das auf zumindest einer seiner Seitenoberflächen mit einer Spaltöffnung versehen ist, einen Sensorabschnitt, in welchem ein Widerstandsheizelement und zwei Temperaturmeßwiderstandselemente, die an den beiden Seiten des Widerstandsheizelements angeordnet sind, durch einen isolierenden Trägerfilm und einen isolierenden Schutzfilm von oben und unten eingepackt sind, wobei der Sensorabschnitt auf einer Ebene vorgesehen ist, die im wesentlichen parallel zu einer Oberfläche des ebenen Substrats verläuft, und zumindest ein Ende des Trägerfilms durch das ebene Substrat so gehalten wird, daß es sich im Sensorabschnitt auf dem Spalt befindet, wodurch der Hauptanteil des Sensorabschnitts in einem Zustand angeordnet ist, in welchem er das ebene Substrat nicht berührt, und ein dünnfilmförmiges, die Wärmeleitung förderndes Teil zumindest auf einem Wärmeübertragungsweg des Sensorabschnitts zwischen dem Widerstandsheizelement und den beiden Temperaturmeßwiderstandselementen vorgesehen ist, und eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als zumindest entweder der Trägerfilm oder der Schutzfilm; einen Regelabschnitt, der das Widerstandsheizelement dadurch auf einer vorbestimmten Temperatur hält, daß er die Leistung regelt, welche dem Widerstandsheizelement zugeführt wird und einen Temperaturmeßabschnitt, welcher die Temperatur der beiden Temperaturmeßwiderstandselemente mißt. Daher wird ein Flußratensensor zur Verfügung gestellt, der eine Messung der Flußrate, der Flußgeschwindigkeit oder der Flußrichtung eines gemessenen Fluids mit kurzer Ansprechzeit gestattet, und bei der Messung der Menge der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung eingesetzt werden kann.

Claims

1. Flußratenmeßelement, welches aufweist:
ein ebenes Substrat (1), welches mit einer Ausnehmung (18) zumindest auf seiner Oberseite oder durchgehend versehen ist;
einen Sensorabschnitt (15) mit einem Widerstandsheizelement (4) und zwei Temperaturmeßwiderstandselementen (5, 6) an gegenüberliegenden Seiten neben dem Widerstandsheizelement, die zwischen einem isolierenden Trägerfilm (2) unten und einem isolierenden Schutzfilm (3) oben eingebettet sind, wobei der Sensorabschnitt über zumindest ein Ende des Trägerfilms in der Ebene der Oberseite des ebenen Substrats an diesem so gehaltert ist, daß er sich über der Ausnehmung befindet, wodurch der Hauptanteil des Sensorabschnitts das ebene Substrat nicht berührt; und
ein dünnfilmförmiges Wärmeleitungsteil (11, 20, 21, 22), welches auf wärmeübertragenden Strecken des Sensorabschnitts zwischen dem Widerstandsheizelement und den beiden Temperaturmeßwiderstandselementen angeordnet ist, und eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als zumindest entweder der Trägerfilm oder der Schutzfilm.

2. Flußratenmeßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitungsteile (11) auf dem Trägerfilm (2) in rechtem Winkel zur Abfolge von Widerstandsheizelement (4) und Temperaturmeßwiderstandselementen (5, 6) jeweils zwischen dem Widerstandsheizelement und dem betreffenden der beiden Temperaturmeßwiderstandselemente verlaufen.

3. Flußratenmeßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitungsteil (20) aus einem Isoliermaterial besteht, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Trägerfilm (2), und auf der Oberfläche des Trägerfilms so vorgesehen ist, daß es sich unterhalb des Anordnungsbereiches des Widerstandsheizelementes (4) und der beiden Temperaturmeßwiderstandselemente (5, 6) erstreckt, und zwar so, daß es in Berührung mit dem Widerstandsheizelement und den beiden Temperaturmeßwiderstandselementen steht.

4. Flußratenmeßelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitungsteil (20) bündig in den Trägerfilm (2) eingebettet ist.

5. Flußratenmeßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitungsteil (11) aus einem Material besteht, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Trägerfilm (2), und so in den Trägerfilm eingebettet ist, daß es sich unterhalb des Anordnungsbereiches des Widerstandsheizelementes (4) und der beiden Temperaturmeßwiderstandselemente (5, 6) erstreckt, und zwar so, daß es nicht in Berührung mit dem Widerstandsheizelement und den beiden Temperaturmeßwiderstandselementen steht.

6. Flußratenmeßelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Trägerfilms (2) an jenem Abschnitt, an welchem das Wärmeleitungsteil (11) eingebettet ist, kleiner ist als die Dicke des Trägerfilms an dem Abschnitt, in welchen das Wärmeleitungsteil nicht eingebettet ist, und zwar um die Dicke des Wärmeleitungsteils, wodurch die Oberfläche des Trägerfilms auf der Seite, die in Kontakt mit dem Widerstandsheizelement (4) und den beiden Temperaturmeßwiderstandselementen (5, 6) steht, glatt ausgebildet ist.

7. Flußratenmeßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitungsteil (11) aus einem Material besteht, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Trägerfilm (2), und auf der der Ausnehmung (18) zugewandten Seite des Trägerfilms so angeordnet ist, daß es sich unterhalb des Anordnungsbereiches des Widerstandsheizelementes (4) und der beiden Temperaturmeßwiderstandselemente (5, 6) erstreckt.

8. Flußratenmeßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitungsteil (21) aus einem Isoliermaterial besteht, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Schutzfilm (3), und auf der unteren Oberfläche des Schutzfilms so vorgesehen ist, daß es sich oberhalb des Anordnungsbereiches des Widerstandsheizelementes (4) und der beiden Temperaturmeßwiderstandselemente (5, 6) erstreckt, und zwar so, daß es in Berührung mit dem Widerstandsheizelement und den beiden Temperaturmeßwiderstandselementen steht.

9. Flußratenmeßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitungsteil (22) aus einem Material besteht, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Schutzfilm (3), und so in den Schutzfilm eingebettet ist, daß es sich oberhalb des Anordnungsbereiches des Widerstandsheizelementes (4) und der beiden Temperaturmeßwiderstandselemente (5, 6) erstreckt, und zwar so, daß es nicht in Berührung mit dem Widerstandsheizelement und den beiden Temperaturmeßwiderstandselementen steht.

10. Flußratenmeßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitungsteil (22) aus einem Material besteht, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als der Schutzfilm (3), und auf der oberen Oberfläche des Schutzfilms so angeordnet ist, daß es sich oberhalb des Anordnungsbereiches des Widerstandsheizelementes (4) und der beiden Temperaturmeßwiderstandselemente (5, 6) erstreckt.

11. Flußratenmeßelement nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke jenes Abschnitts des Schutzfilms (3), welcher das Wärmeleitungsteil (21, 22) aufweist, geringer ist als die Dicke jenes Abschnitts des Schutzfilms, der das Wärmeleitungsteil nicht aufweist, und zwar um die Dicke des Wärmeleitungsteils, wodurch die obere Oberfläche des Schutzfilms glatt ausgebildet ist.

12. Flußratensensor, welcher aufweist:
eine Meßleitung (32) mit zylindrischer Form, die im Weg eines zu messenden Fluids so angeordnet ist, daß ihre Axialrichtung im wesentlichen mit der Flußrichtung (10) des zu messenden Fluids übereinstimmt;
ein Flußratenmeßelement (34), welches ein ebenes Substrat (1) aufweist, das mit einer Ausnehmung (18) zumindest auf seiner Oberseite oder durchgehend versehen ist, einen Sensorabschnitt (15) mit einem Widerstandsheizelement (4) und zwei Temperaturmeßwiderstandselementen (5, 6) an gegenüberliegenden Seiten neben dem Widerstandsheizelement, die zwischen einem isolierenden Trägerfilm (2) unten und einem isolierenden Schutzfilm (3) oben eingebettet sind, wobei der Sensorabschnitt über zumindest ein Ende des Trägerfilms in der Ebene der Oberseite des ebenen Substrats an diesem so gehaltert ist, daß er sich über der Ausnehmung befindet, wodurch der Hauptanteil des Sensorabschnitts das ebene Substrat nicht berührt, und ein dünnfilmförmiges Wärmeleitungsteil (11, 20, 21, 22), welches auf wärmeübertragenden Strecken des Sensorabschnitts zwischen dem Widerstandsheizelement und den beiden Temperaturmeßwiderstandselementen angeordnet ist und eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als zumindest entweder der Trägerfilm oder der Schutzfilm;
eine Regeleinheit (36), welche das Widerstandsheizelement dadurch auf einer vorbestimmten Temperatur hält, daß sie die dem Widerstandsheizelement zugeführte Leistung regelt, und
eine Temperaturmeßeinheit (36), welche die Temperatur der beiden Temperaturmeßwiderstandselemente mißt.