DE19838647B4

DE19838647B4 - Flußmeßelement

Info

Publication number: DE19838647B4
Application number: DE1998138647
Authority: DE
Inventors: Tomoya Yamakawa; Masahiro Kawai; Yutaka Ohashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-01-13
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2018-08-26
Also published as: JPH11201792A; DE19838647A1

Abstract

Flussmesselement, enthaltend:
ein Substrat (1),
einen isolierenden Trägerfilm (2), der auf der Oberfläche des Substrats vorgesehen ist,
einen ersten Wärmeerzeugungsabschnitt (4), der aus einem wärmeempfindlichen Widerstandsfilm besteht und auf dem Trägerfilm (2) in Richtung eines Flusses eines zu messenden Fluids vorgesehen ist,
einen zweiten Wärmeerzeugungsabschnitt (5), der aus einem wärmeempfindlichen Widerstandsfilm besteht und auf dem Trägerfilm (2) in Richtung des Flusses des zu messenden Fluids stromabwärtig zu dem ersten Wärmeerzeugungsabschnitt (4) vorgesehen ist, 7
einen isolierenden Schutzfilm (3), der auf den Wärmeerzeugungsabschnitten (4, 5) vorgesehen ist, wobei
der Trägerfilm (2) in Form einer ebenen, durchgehenden Platte ohne Öffnungen vorgesehen ist,
das Substrat (1) sich in Form einer ebenen Platte von dem ersten Wärmeerzeugungsabschnitt (4) stromaufwärts und von dem zweiten Wärmeerzeugungsabschnitt (5) stromabwärts in Richtung des Flusses des zu messenden Fluids erstreckt, so dass eine Membran (12) in einem substratfreien Raum gebildet ist und...Flow measuring element, comprising:
a substrate (1),
an insulating support film (2) provided on the surface of the substrate,
a first heat generating section (4) consisting of a thermosensitive resistance film provided on the support film (2) in the direction of flow of a fluid to be measured,
a second heat generation section (5) consisting of a thermosensitive resistance film provided on the support film (2) in the direction of flow of the fluid to be measured downstream of the first heat generation section (4), 7
an insulating protective film (3) provided on the heat generating portions (4, 5), wherein
the carrier film (2) is provided in the form of a flat, continuous plate without openings,
the substrate (1) extends in the form of a flat plate from the first heat generating section (4) upstream and from the second heat generating section (5) downstream in the direction of the flow of the fluid to be measured, so that a membrane (12) is formed in a substrate-free space is and...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flußmeßelement, welches ein Wärmeerzeugungsteil aufweist, und die Flußgeschwindigkeit oder Flußrate eines Fluids auf der Grundlage der Wärmeübertragung von dem Wärmeerzeugungsteil oder einem Abschnitt, der durch das Wärmeerzeugungsteil erwärmt wird, an das Fluid mißt, und betrifft einen Flußsensor, welcher dieses Flußmeßelement einsetzt. Im einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung ein wärmeempfindliches Flußmeßelement, welches beispielsweise zur Messung der Ansaugluftmenge in Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung geeignet ist.The The present invention relates to a Flußmeßelement, which is a heat generating part and the flow rate or flow rate a fluid based on the heat transfer from the heat generating part or a portion heated by the heat generating part, to the fluid, and relates to a flow sensor which this Flußmeßelement starts. In particular, the present invention relates to a heat-sensitive Flußmeßelement, which, for example, for measuring the amount of intake air in internal combustion engines with internal combustion is suitable.

Die 13 und 14 sind eine seitliche Schnittansicht bzw. Aufsicht auf ein herkömmliches wärmeempfindliches Flußmeßelement, welches beispielsweise in der japanischen Veröffentlichung eines geprüften Patents Nr. 3-52028 beschrieben ist.The 13 and 14 Fig. 15 is a side sectional view of a conventional heat-sensitive flow measuring element described in, for example, Japanese Patent Publication No. 3-52028.

Wie aus diesen Zeichnungen hervorgeht, weist das Flußmeßelement ein Substrat 1 in Form einer ebenen Platte aus einem Siliziumhalbleitermaterial auf, einen isolierenden Trägerfilm 2 aus Siliziumnitrid, Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5, die wärmeempfindliche Widerstände darstellen und aus Permalloy bestehen, sowie einen isolierenden Schutzfilm 3 aus Siliziumnitrid. Ein Luftraum 8 ist in einem Abschnitt des ebenen Substrats 1 vorgesehen, in welchem Filme aus wärmeempfindlichen Widerständen abgelagert sind, um die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 auszubilden, so daß Ausleger 11 in dem Luftraum 8 aufgehängt sind. Der Luftraum 8 wird dadurch hergestellt, daß ein Teil des Siliziumhalbleitermaterials des ebenen Substrats 1 über einer Öffnung 7 mit einem Ätzmittel entfernt wird, welches nicht das Siliziumnitrid beschädigt, aus welchem sowohl der Trägerfilm 2 und der Schutzfilm 3 bestehen.As can be seen from these drawings, the Flußmeßelement has a substrate 1 in the form of a planar plate made of a silicon semiconductor material, an insulating carrier film 2 made of silicon nitride, heat generating resistors 4 . 5 , which are thermosensitive resistors made of permalloy, and an insulating protective film 3 made of silicon nitride. An airspace 8th is in a section of the planar substrate 1 provided in which films of heat-sensitive resistors are deposited to the heat-generating resistors 4 . 5 train so that boom 11 in the airspace 8th are hung up. The airspace 8th is made by having a part of the silicon semiconductor material of the planar substrate 1 over an opening 7 is removed with an etchant which does not damage the silicon nitride, from which both the carrier film 2 and the protective film 3 consist.

Bei einem derartigen herkömmlichen Flußmeßelement wird der Heizstrom, der den Wärmeerzeugungswiderständen 4, 5 zugeführt wird, durch eine nicht dargestellte Regelschaltung konstant gehalten. Ein Pfeil 9 bezeichnet die Richtung, in welcher ein Luftstrom fließt.In such a conventional Flußmeßelement the heating current, the heat generating resistors 4 . 5 is supplied, kept constant by a control circuit, not shown. An arrow 9 indicates the direction in which an air flow flows.

Wenn die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 in dieser Reihenfolge Seite an Seite in Richtung des Luftstroms von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite angeordnet sind, steigt die von dem Wärmeerzeugungswiderstand 4 an der stromaufwärtigen Seite an den Luftstrom übertragene Wärmemenge mit steigender Flußgeschwindigkeit des Luftstroms an. Da der entlang dem Wärmewiderstand 5 an der stromabwärtigen Seite fließende Luftstrom durch den Wärmeerzeugungswiderstand 4 auf der stromaufwärtigen Seite erwärmt wird, ist andererseits die von dem Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromabwärtigen Seite an den Luftstrom übertragene Wärmemenge nicht so groß wie jene, die von dem Wärmeerzeugungswiderstand 4 an der stromabwärtigen Seite an den Luftstrom übertragen wird. Anders ausgedrückt wird der Wärmeerzeugungswiderstand 4 an der stromaufwärtigen Seite stärker abgekühlt als der Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromabwärtigen Seite, und wird der Unterschied in Bezug auf die Abkühlung zwischen beiden Wärmeerzeugungswiderständen bei höherer Flußgeschwindigkeit des Luftstroms größer. Eine an den Wärmeerzeugungswiderstand 4 angelegte Spannung, mit der der durch diesen hindurchfließende Strom konstant ist, ist daher größer als die Spannung, die an den Wärmeerzeugungswiderstand 5 angelegt wird, damit der durch diesen fließende Strom konstant ist, und der Unterschied der beiden Spannungen wird bei höherer Flußgeschwindigkeit des Luftstroms größer.When the heat-generating resistors 4 . 5 In this order, side by side in the direction of the air flow from the upstream side to the downstream side, the heat generation resistance increases 4 on the upstream side of the air flow transmitted amount of heat with increasing flow velocity of the air flow to. Because of the thermal resistance 5 air flow flowing through the heat generating resistor at the downstream side 4 on the other hand, that of the heat generating resistor is heated 5 amount of heat transferred to the airflow at the downstream side is not so large as that from the heat generation resistance 4 is transmitted to the airflow at the downstream side. In other words, the heat generation resistance becomes 4 cooled more at the upstream side than the heat generation resistor 5 on the downstream side, and the difference in the cooling between both heat-generating resistors becomes larger at higher flow speed of the airflow. One to the heat-generating resistor 4 The applied voltage with which the current flowing therethrough is therefore larger than the voltage applied to the heat generating resistor 5 is applied so that the current flowing through it is constant, and the difference of the two voltages is greater at higher flow velocity of the air flow.

Da die Differenz der an die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 angelegten Spannungen eine Funktion der Flußgeschwindigkeit eines Luftstroms ist, die gemessen werden soll, kann die Flußgeschwindigkeit des Luftstroms oder die Flußrate des Luftstroms, der durch einen bestimmten Kanal hindurchgeht, aus dieser Differenz gemessen werden.Because the difference in the heat generating resistors 4 . 5 applied voltages is a function of the flow velocity of an air flow to be measured, the flow velocity of the air flow or the flow rate of the air flow passing through a given channel can be measured from this difference.

Da die Differenz in Bezug auf das Ausmaß der Kühlung zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromabwärtigen Seite erfaßt wird, kann darüber hinaus die Richtung des Luftstroms zusätzlich zur Flußgeschwindigkeit festgestellt werden.Since the difference in the amount of cooling between the heat-generating resistor 5 on the upstream side and the heat generation resistor 5 At the downstream side, moreover, the direction of the air flow can be detected in addition to the flow speed.

Während das voranstehend geschilderte Meßprinzip auf dem Vorgang beruht, den Heizstrom konstant zu halten, können die Flußgeschwindigkeit und die Richtung des Luftstroms auch dadurch festgestellt werden, daß die Widerstandswerte der Wärmeerzeugungswiderstände auf jeweiligen vorbestimmten Werten gehalten werden, unabhängig von der Flußgeschwindigkeit, bei einer Konstantregelung der Temperaturdifferenz, und die Flußgeschwindigkeit aus der Differenz zwischen den Heizströmen bestimmt wird, die an die Wärmeerzeugungswiderstände angelegt werden.While that above-described measuring principle Based on the process of keeping the heating current constant, the Flow velocity and The direction of the air flow can also be determined by the resistance values the heat generating resistors on are held at respective predetermined values regardless of flow rate, at a constant control of the temperature difference, and the flow velocity is determined from the difference between the heating currents applied to the Heat generation resistors applied become.

Bei einem Flußsensor, der das voranstehend geschilderte Flußmeßelement einsetzt, tritt eine Reaktionsverzögerung auf, wenn sich die Flußrate oder Flußgeschwindigkeit eines Fluids, die gemessen werden soll, ändert. Es gibt zwei Arten von Verzögerungen; nämlich eine Verzögerung, die durch den thermischen Widerstand in Bezug auf die Wärmebewegung von einem Meßabschnitt einschließlich der Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 ergibt, die auf dem Trägerfilm 2 vorgesehen sind, und aus der Wärmekapazität in der Nähe des Meßabschnitts, sowie eine Verzögerung bei der thermischen Wechselwirkung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5.In a flow sensor employing the above-described flow sensing element, a response delay occurs when the flow rate or flow velocity of a fluid to be measured changes. There are two types of delays; namely, a delay caused by the thermal resistance with respect to the thermal movement of a measuring section including the heat generating resistors 4 . 5 that results on the carrier film 2 are provided, and from the heat capacity in the vicinity of the measuring section, as well as a delay in the thermal Wechselwir kung between the heat generating resistors 4 and 5 ,

Die erstgenannte Verzögerung wird zuerst erläutert.The first mentioned delay will be explained first.

Der Wärmewiderstand, der bei der Reaktionsverzögerung auftritt, besteht aus dem Wärmewiderstand zwischen dem Meßabschnitt und dem gemessenen Fluid, und dem Wärmewiderstand zwischen dem Meßabschnitt und einem Trägerabschnitt einschließlich des Trägerfilms 2 usw. Um eine gute Reaktionscharakteristik zu erhalten ist es wünschenswert, den Wärmewiderstand zwischen dem Meßabschnitt und dem gemessenen Fluid zu verringern, und den Wärmewiderstand zwischen dem Meßabschnitt und dem Trägerabschnitt zu erhöhen. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Flußgeschwindigkeit oder Flußrate des gemessenen Fluids auf der Grundlage der Wärmemenge bestimmt wird, die von dem Meßabschnitt an das gemessene Fluid übertragen wird.The thermal resistance that occurs in the response delay consists of the thermal resistance between the measuring section and the measured fluid, and the thermal resistance between the measuring section and a support section including the carrier film 2 etc. In order to obtain a good response characteristic, it is desirable to reduce the thermal resistance between the measurement portion and the measured fluid, and to increase the thermal resistance between the measurement portion and the support portion. The reason for this is that the flow rate or flow rate of the measured fluid is determined on the basis of the amount of heat transferred from the measuring section to the measured fluid.

Als nächstes wird die letztgenannte Verzögerung in Beziehung auf den Fall der Regelung auf konstante Temperaturdifferenz erläutert.When next becomes the latter delay in relation to the case of regulation to constant temperature difference explained.

Wenn beispielsweise der Wärmeerzeugungswiderstand 4 auf der stromaufwärtigen Seite bei einer Erhöhung der Flußgeschwindigkeit abgekühlt wird, so erfolgt eine solche Steuerung oder Regelung, daß der Heizstrom erhöht wird, um den Wärmewiderstand des Wärmeerzeugungswiderstands 4 konstant zu halten. Wenn hierbei ein Wärmeleitungsweg zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromabwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand 4 an der stromaufwärtigen Seite vorhanden ist, wird der Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromabwärtigen Seite durch die Abkühlung des Wärmeerzeugungswiderstands 4 an der stromaufwärtigen Seite beeinflußt. Ist der Wärmewiderstand des Wärmeleitungsweges gering, so führt dies dazu, daß der Heizstrom übermäßig erhöht wird, der an den Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromabwärtigen Seite angelegt wird, jedoch die Erhöhung des Heizstroms unterdrückt wird, der an den Wärmeerzeugungswiderstand 4 an der stromaufwärtigen Seite angelegt wird. Daher ist eine gewisse Zeit dafür erforderlich, daß die Differenz zwischen dem Heizstrom, der an den Wärmeerzeugungswiderstand 4 an der stromaufwärtigen Seite angelegt wird, und dem Heizstrom, der an den Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromabwärtigen Seite angelegt wird, einen Sollwert erreicht, was zu einem Flußsensor mit schlechtem Reaktionsvermögen führt.For example, when the heat generation resistance 4 is cooled on the upstream side with an increase in the flow velocity, such control is made that the heating current is increased to the thermal resistance of the heat generating resistor 4 to keep constant. In this case, if there is a heat conduction path between the heat generating resistor 5 on the downstream side and the heat generation resistor 4 At the upstream side, the heat generation resistance becomes 5 on the downstream side by the cooling of the heat generating resistor 4 on the upstream side. If the thermal resistance of the heat conduction path is small, this results in that the heating current is excessively increased, the heat generating resistor 5 is applied to the downstream side, however, the increase of the heating current is suppressed, the heat generating resistor 4 is applied to the upstream side. Therefore, a certain time is required for the difference between the heating current applied to the heat generating resistor 4 is applied to the upstream side, and the heating current applied to the heat-generating resistor 5 is applied to the downstream side, reaches a target value, resulting in a flow sensor with poor reactivity.

Bei dem voranstehend geschilderten, herkömmlichen Flußmeßelement werden daher Vorkehrungen getroffen, um die Wärmemenge zu verringern, die von dem Meßabschnitt an den Trägerabschnitt übertragen wird, sowie zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4, 5, um das Reaktionsvermögen des Flußmeßelements zu verbessern. Zum Minimieren des Wärmeleitungsweges, der von dem Meßabschnitt ausgeht, werden die Ausleger 11 in dem Luftraum 8 aufgehängt, und wird das Siliziumnitrid um den Meßabschnitt herum entfernt, um eine Öffnung zur Verfügung zu stellen. Alternativ hierzu, obwohl dies nicht dargestellt ist, weist ein anderes herkömmliches Flußmeßelement eine Brückenanordnung auf, die an beiden Enden gehaltert ist (sh. 1 in der japanischen Veröffentlichung eines geprüften Patents Nr. 3-52028 ).In the above-described conventional Flußmeßelement therefore precautions are taken to reduce the amount of heat that is transmitted from the measuring section to the support portion, and between the heat generating resistors 4 . 5 to improve the reactivity of the Flußmeßelements. To minimize the heat conduction path that emanates from the measuring section, the cantilevers become 11 in the airspace 8th suspended, and the silicon nitride is removed around the measuring section to provide an opening. Alternatively, although not shown, another conventional flux measuring element has a bridge structure supported at both ends (see FIG. 1 in Japanese Publication of Examined Patent No. 3-52028 ).

Ein Flußmeßelement, welches einen Ausleger oder eine Brückenanordnung einsetzt, die an beiden Enden gehaltert ist, ist jedoch sehr empfindlich in Bezug auf Beschädigungen, und wird abhängig vom Einsatz leicht durch Verschmutzung beeinträchtigt.One Flußmeßelement, which employs a cantilever or bridge assembly which is held at both ends, but is very sensitive in terms of on damage, and becomes dependent slightly contaminated by contamination.

Man kann sich beispielsweise einen Fall überlegen, bei welchem das voranstehend geschilderte Flußmeßelement bei einem Flußsensor für die Ansaugluft zur Verwendung bei der Kraftstoffregelung von Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung in Kraftfahrzeugen verwendet wird.you For example, consider a case where the above described Flußmeßelement at a flow sensor for the intake air for use in the fuel control of internal combustion engines used with internal combustion in motor vehicles.

Eine Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine erzeugt Schwingungen in der Größenordnung von 40 bis 50 G, und in einigen Fällen erreicht die Flußgeschwindigkeit der Ansaugluft Werte von 200 m/Sekunde oder mehr. Bei Fehlzündungen können Drucke mit einer Höhe von bis zu 2 Atmosphären auftreten. Wird er derartigen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, so wird der Meßabschnitt des herkömmlichen Flußmeßelements leicht beschädigt.A Automotive internal combustion engine generates vibrations of the order of magnitude from 40 to 50 G, and in some cases reaches the flow velocity the intake air values of 200 m / second or more. In case of misfires can Prints with a height of up to 2 atmospheres occur. Is he exposed to such mechanical stresses, this will be the measuring section of the conventional Flußmeßelements slightly damaged.

Andererseits geht bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung die Ansaugluft durch ein Luftfilterelement hindurch, welches stromaufwärts eines Flußsensors für die Ansaugluft angeordnet ist. Staub mit Abmessungen in der Größenordnung von mehreren Mikrometern geht durch das Luftfilterelement zusammen mit der Ansaugluft hindurch, und haftet dann an Kanten der Ausleger oder Brücken an, oder erreicht den Luftraum durch die Öffnung und verbleibt dort. Des führt dazu, daß die Flußmeßeigenschaften beeinträchtigt werden.on the other hand For internal combustion engines, the intake air is used through an air filter element which is upstream of a flow sensor for the Intake air is arranged. Dust with dimensions of the order of magnitude of several microns goes through the air filter element together with the intake air, and then adheres to edges of the boom or bridges or reaches the air space through the opening and remains there. Des leads to that the Flußmeßeigenschaften impaired become.

Wenn das Kraftfahrzeug im Regen oder auf mit Wasser bedeckten Straßen fährt, mischen sich Wassertröpfchen mit der Ansaugluft, und gehen auch durch das Luftfilterelement hindurch. Weiterhin ist das Flussmesselement einer Atmosphäre ausgesetzt, die Motoröl und Schmutzablagerungsbestandteile enthält, die von einer Entlüftungsvorrichtung ausgeblasen werden. Wenn derartige Wassertröpfchen und/oder Ölnebel das herkömmliche Flussmesselement erreichen, gelangt Wasser und/oder Öl in den Luftraum durch die Öffnung und bleibt dort. Auch dies beeinträchtigt die Flussmessfähigkeit.When the motor vehicle is driving in the rain or on water-covered roads, water droplets mix with the intake air and also pass through the air filter element. Further, the flow sensing element is exposed to an atmosphere containing engine oil and debris components blown out by a venting device. When such water droplets and / or oil mist reach the conventional flow sensing element, water and / or oil enters the air space through the opening and remains there. Also this affects the flow measurement capability.

Auf dem Gebiet der Messung der Ansaugluftmenge bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung besteht inzwischen ein Bedürfnis nach einem Flusssensor mit gutem Reaktionsvermögen, um exakt Änderungen der Flussrate der Ansaugluft festzustellen, und eine ordnungsgemäße Kraftstoffregelung durchzuführen.On the field of measuring the intake air quantity in internal combustion engines with internal combustion, there is now a need for a flow sensor with good responsiveness to exact changes Determine the flow rate of the intake air, and a proper fuel control perform.

Ein Flusssensor, der das herkömmliche Flussmesselement verwendet, ist so ausgelegt, dass er die Ausleger oder die Brückenanordnung aufweist, die an beiden Enden gehaltert ist, wie dies voranstehend geschildert wurde, damit das Reaktionsvermögen verbessert wird. Die Verwendung dieser Einrichtung beeinträchtigt jedoch die Verlässlichkeit. Daher war es äußerst schwierig, eine Konstruktion zu erzielen, die zur Messung der Ansaugluftmenge bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung geeignet ist.One Flow sensor, which is the conventional flow measuring element Used, it is designed to be the cantilever or bridge assembly which is supported at both ends, as stated above has been described, so that the reactivity is improved. The usage affected by this device but the reliability. Therefore, it was extremely difficult to achieve a design that measures the amount of intake air is suitable for internal combustion engines.

US 4 472 239 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, die einen Halbleiterkörper mit einer Vertiefung in der Oberfläche des Körpers umfasst. Wiederstandselemente sind über der Vertiefung angebracht, wobei die Vertiefung der Wärmeisolation zwischen den Elementen und dem Halbleiterkörper dient. Die Widerstandselemente sind über der Vertiefung so angebracht, dass sie nur an einem Ende befestigt sind und durch Lücken voneinander getrennt sind. US 4,472,239 discloses a method of manufacturing a semiconductor device comprising a semiconductor body having a recess in the surface of the body. Resistance elements are mounted over the recess, the recess serving for heat insulation between the elements and the semiconductor body. The resistance elements are mounted over the recess so that they are attached only at one end and are separated by gaps.

Ferner betrifft US 5 291 781 einen membranartigen Sensor, der ein Substrat mit einer Vertiefung umfasst. Der membranartige Sensor weist ein Substrat mit einer Vertiefung auf, wobei eine Membran über der Vertiefung gebildet ist. Ferner ist ein Heizelement auf der Membran angebracht, sowie zwei Sensorelemente auf beiden Seiten des Heizelements. Öffnungen zwischen dem Heizelement und den Sensoren sind angebracht, um eine Deformierung der Membran aufgrund von Hitzeentwicklung und Beeinflussung der Sensorelemente zu vermeiden.Further concerns US 5,291,781 a membrane-type sensor comprising a substrate with a recess. The membrane-type sensor has a substrate with a depression, wherein a membrane is formed over the depression. Further, a heating element is mounted on the membrane, as well as two sensor elements on both sides of the heating element. Openings between the heating element and the sensors are mounted to prevent deformation of the membrane due to heat buildup and interference with the sensor elements.

DE 196 05 180 A1 beschreibt einen Anemometer mit zwei in einem kleinen Abstand voneinander entfernt angeordneten Heizern, die gleichzeitig als Temperaturfühler betrieben werden und auf einem Sensorchip mit Membran angeordnet sind. Ferner wird beschrieben, dass die Heizer durch eine Passivierungsschicht vor widrigen Umwelteinflüssen geschützt werden können. DE 196 05 180 A1 describes an anemometer with two spaced apart at a small distance heaters, which are operated simultaneously as a temperature sensor and are arranged on a sensor chip with membrane. It is also described that the heaters can be protected by a passivation layer from adverse environmental influences.

Zusätzlich beschreibt JP 07 055523 A einen Flussratensensor, der einen isolierenden Film auf der Oberfläche eines Substrats besitzt, sowie Flussdetektionsdrähte auf dem Film und einen die Drähte schützenden Film auf dem isolierenden Film. Ein hitzeisolierender Abschnitt ist in dem Substrat gebildet, und dünnwandige Abschnitte sind in dem isolierenden Film unterhalb der Drähte gebildet.Additionally describes JP 07 055523 A a flow rate sensor having an insulating film on the surface of a substrate; and flow detection wires on the film and a wire protecting film on the insulating film. A heat-insulating portion is formed in the substrate, and thin-walled portions are formed in the insulating film below the wires.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die voranstehend geschilderten Schwierigkeiten zu überwinden, und ein Flussmesselement bereitzustellen, das ein gutes Reaktionsvermögen und hohe Verlässlichkeit aufweist, sowie durch einfache Herstellungsvorgänge hergestellt werden kann.task The present invention is as described above To overcome difficulties and to provide a flow measuring element having a good reactivity and high reliability and can be made by simple manufacturing operations.

Die Aufgabe wird durch ein Flusselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The The object is achieved by a flow element having the features of the patent claim 1 solved.

Ferner wird die Aufgabe auch durch ein Flusselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst.Further The task is also performed by a flow element with the characteristics of Patent claim 5 solved.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments can be found in the subclaims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:The The invention will be described below with reference to drawings explained in more detail, from which further benefits and features emerge. It shows:

1 eine Schnittansicht eines Flußmeßelements gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung; 1 a sectional view of a Flußmeßelements according to embodiment 1 of the present invention;

2 eine Aufsicht auf das Flußmeßelement gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung; 2 a plan view of the Flußmeßelement according to embodiment 1 of the present invention;

3 eine Schnittansicht eines Flußmeßelements gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung; 3 a sectional view of a Flußmeßelements according to embodiment 2 of the present invention;

4 eine Aufsicht auf das Flußmeßelement gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung; 4 a plan view of the Flußmeßelement according to embodiment 2 of the present invention;

5 eine Schnittansicht eines Flußmeßelements gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung; 5 a sectional view of a Flußmeßelements according to embodiment 3 of the present invention;

6 eine Aufsicht auf das Flußmeßelement gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung; 6 a plan view of the Flußmeßelement according to embodiment 3 of the present invention;

7 ein Schaltbild einer Steuer- oder Regelschaltung, die bei jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird; 7 a circuit diagram of a control or regulating circuit, which is used in each embodiment of the present invention;

8 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs der in 7 gezeigten Regelschaltung; 8th a diagram for explaining the operation of in 7 shown control circuit;

9 ein Diagramm mit einer Darstellung der Beziehung zwischen G/T und einer Heizstromänderungsrate; 9 a diagram showing the relationship between G / T and a Heizstroma change rate;

10 eine Vorderansicht eines Flußsensors gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung; 10 a front view of a flow sensor according to embodiment 4 of the present invention;

11 eine Seitenschnittansicht des Flußsensors gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung; 11 FIG. 4 is a side sectional view of the flow sensor according to Embodiment 4 of the present invention; FIG.

12 eine Darstellung eines Zustands, in welchem der Flußsensor gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung bei einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung verwendet wird; 12 FIG. 12 is an illustration of a state in which the flow sensor according to Embodiment 4 of the present invention is applied to an internal combustion engine; FIG.

13 eine Seitenschnittansicht eines herkömmlichen Flußmeßelements; und 13 a side sectional view of a conventional Flußmeßelements; and

14 eine Aufsicht auf das herkömmliche Flußmeßelement. 14 a plan view of the conventional Flußmeßelement.

Als nächstes werden bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen geschildert.When next become preferred embodiment of the present invention with reference to the drawings portrayed.

AUSFÜHRUNGSFORM 1Embodiment 1

Die 1 und 2 sind eine Schnittansicht bzw. Aufsicht eines Flußmeßelements gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.The 1 and 2 FIG. 10 is a sectional view and a plan view of a flow measuring element according to Embodiment 1 of the present invention. FIG.

Wie in diesen Zeichnungen dargestellt ist auf der Oberfläche eines Substrats 1 in Form einer ebenen Platte, das aus Silizium besteht, und eine Dicke von beispielsweise etwa 0,4 mm aufweist, ein isolierender Trägerfilm 2 aus Siliziumnitrid mit einer Dicke von beispielsweise 1 μm durch Sputtern, Bedampfung, CVD oder irgendeinen anderen geeigneten Vorgang hergestellt. Auf dem Trägerfilm 2 werden Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 aus wärmeempfindlichen Widerstandsfilmen, die aus Platin bestehen und eine Dicke von beispielsweise 0,2 μm aufweisen, durch Verdampfung, Sputtern oder irgendein anderes geeignetes Verfahren hergestellt. Die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 werden mit einem Muster versehen, um Strompfade zur Verfügung zu stellen, durch einen Vorgang wie Photogravur, Naß- oder Trockenätzung oder dergleichen.As shown in these drawings, on the surface of a substrate 1 in the form of a flat plate made of silicon and having a thickness of, for example, about 0.4 mm, an insulating support film 2 made of silicon nitride having a thickness of, for example, 1 μm by sputtering, sputtering, CVD or any other suitable process. On the carrier film 2 become heat generation resistors 4 . 5 of heat-sensitive resistive films consisting of platinum and having a thickness of, for example, 0.2 μm, produced by evaporation, sputtering or any other suitable method. The heat generation resistances 4 . 5 are patterned to provide current paths by a process such as photo engraving, wet or dry etching, or the like.

Die so mit einem Muster versehenen Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 weisen einen Wärmeerzeugungsabschnitt mit beispielsweise Abmessungen von 1 mm × 0,05 mm auf. Entsprechend werden Widerstände 6a, 6b zur Temperaturkompensation des gemessenen Fluids aus wärmeempfindlichen Widerstandsfilmen, die aus Platin bestehen und beispielsweise eine Dicke von 0,2 μm aufweisen, auf dem Trägerfilm 2 durch Verdampfung, Sputtern oder irgendeinen anderen geeigneten Vorgang hergestellt. Die Temperaturkompensationswiderstände 6a, 6b für das gemessene Fluid werden mit einem Muster versehen, um Strompfade zur Verfügung zu stellen, durch einen Vorgang wie Photogravur und Naß- oder Trockenätzung. Weiterhin wird auf den Wärmeerzeugungswiderständen 4, 5 und den Temperaturkompensationswiderständen 6a, 6b für das gemessene Fluid ein isolierender Schutzfilm 3 aus Siliziumnitrid mit einer Dicke von beispielsweise 1 μm durch Sputtern, Bedampfung, CVD oder irgendeinen anderen geeigneten Vorgang hergestellt.The patterned heat generating resistors 4 . 5 have a heat generating section with, for example, dimensions of 1 mm × 0.05 mm. Accordingly, resistors become 6a . 6b for temperature compensation of the measured fluid of heat-sensitive resistive films consisting of platinum and having a thickness of 0.2 μm, for example, on the carrier film 2 by evaporation, sputtering or any other suitable process. The temperature compensation resistors 6a . 6b for the measured fluid are patterned to provide current paths through a process such as photogravure and wet or dry etching. Further, on the heat generation resistors 4 . 5 and the temperature compensation resistors 6a . 6b for the measured fluid an insulating protective film 3 made of silicon nitride having a thickness of, for example, 1 μm by sputtering, sputtering, CVD or any other suitable process.

Ein Pfeil 9 gibt die Richtung an, in welcher ein zu messender Luftstrom fließt. Wenn die Flußrate der Ansaugluft in Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung gemessen wird, so bezeichnet der Pfeil 9 die Richtung, in welcher ein Luftstrom von einer Ansaugöffnung zu einem Zylinder fließt. Es wird darauf hingewiesen, daß beispielsweise bei Vierzylinder-Brennkraftmaschinen der Luftstrom einen pulsierenden Strom darstellt, der auch einen rückwärts gerichteten Fluß einschließt, abhängig von den Bedingungen der Ventilüberschneidungen, dem Öffnungsgrad einer Drosselklappe, und einem Ansaugrohr.An arrow 9 indicates the direction in which an air flow to be measured flows. When the flow rate of the intake air in internal combustion engines is measured, the arrow indicates 9 the direction in which an air flow flows from an intake port to a cylinder. It should be noted that, for example, in four-cylinder internal combustion engines, the air flow represents a pulsating flow which also includes a backward flow, depending on the conditions of the valve overlaps, the opening degree of a throttle valve, and an intake pipe.

Die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 sind Seite an Seite in dieser Reihenfolge in der Richtung des Luftstroms angeordnet, berühren sich jedoch nicht, da zwischen ihnen ein vorbestimmter Spalt vorgesehen ist. Wenn der vorbestimmte Spalt zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4, 5 in der Richtung des Luftstroms mit G bezeichnet ist, und die Dicke einer Membran mit T, so ist die Konstruktion so gewählt, daß die Beziehung von G/T ≥ 25 gilt. Im Falle von T = beispielsweise 2 μm ergibt sich G = 50 μm; die gegenüberliegenden Ränder der Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 sind daher um eine Entfernung von 50 μm in Richtung des Luftstroms voneinander beabstandet.The heat generation resistances 4 . 5 are arranged side by side in this order in the direction of the air flow, but do not touch because there is a predetermined gap between them. When the predetermined gap between the heat generating resistors 4 . 5 in the direction of the air flow is denoted by G, and the thickness of a diaphragm by T, the construction is chosen such that the relationship of G / T ≥ 25 holds. In the case of T = 2 μm, for example, G = 50 μm; the opposite edges of the heat generating resistors 4 . 5 are therefore spaced from each other by a distance of 50 μm in the direction of the air flow.

Die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 und die Temperaturkompensationswiderstände 6a, 6b für das gemessene Fluid sind über Leiterbahnen 13a bis 13h mit Elektroden 14a bis 14h für die elektrische Verbindung eines Flußmeßelements nach außen verbunden. Jeweilige Abschnitte des Schutzfilms 3 entsprechend den Elektroden 14a bis 14h werden entfernt für einen elektrische Verbindung nach außen durch Draht-Bondieren oder irgendein anderes geeignetes Verfahren.The heat generation resistances 4 . 5 and the temperature compensation resistors 6a . 6b for the measured fluid are via interconnects 13a to 13h with electrodes 14a to 14h connected to the outside for the electrical connection of a Flußmeßelements. Respective sections of the protective film 3 according to the electrodes 14a to 14h are removed for electrical connection to the outside by wire bonding or any other suitable method.

Weiterhin wird eine Membran 12 dadurch ausgebildet, daß ein Ätzloch 16 in einem rückwärtigen Schutzfilm 15 hergestellt wird, der auf der rückwärtigen Oberfläche des Substrats 1 in Form einer ebenen Platte entgegengesetzt zu dessen vorderer Oberfläche vorgesehen ist, einschließlich des dort ausgebildeten Trägerfilms 2, durch Photogravur oder irgendein anderes geeignetes Verfahren, und nachfolgenden Einsatz beispielsweise einer alkalischen Ätzung, um einen Teil des ebenen Substrats 1 zu entfernen.Furthermore, a membrane 12 formed by an etching hole 16 in a rear protective film 15 is made on the back surface of the substrate 1 is provided in the form of a flat plate opposite to its front surface, including the carrier film formed there 2 by photogravure or any other suitable method, and subsequent application of, for example, an alkaline etch, to a portion of the planar substrate 1 to remove.

Die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 werden auf jeweilige vorbestimmte mittlere Temperaturen durch eine Regelschaltung geregelt, die in 7 gezeigt ist, und als Regel- oder Steuervorrichtung dient. Die Regelschaltung weist eine Brückenschaltung 30 mit dem Temperaturkompensationswiderstand 6a für das gemessene Fluid und den Wärmeerzeugungswiderstand 4 auf, eine Brückenschaltung 40 mit dem Temperaturkompensationswiderstand 6b für das gemessene Fluid und dem Wärmeerzeugungswiderstand 5, und eine Operationsverstärkerschaltung 26 zur Feststellung der Differenz zwischen Spannungen VM1, VM2 entsprechend den jeweiligen Heizströmen, die durch die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 fließen. Die Brückenschaltungen 30 und 40 sind parallel mit einer Batterie 25 geschaltet.The heat generation resistances 4 . 5 are controlled to respective predetermined average temperatures by a control circuit, which in 7 is shown, and serves as a control or regulating device. The control circuit has a bridge circuit 30 with the temperature compensation resistor 6a for the measured fluid and the heat generation resistance 4 on, a bridge circuit 40 with the temperature compensation resistor 6b for the measured fluid and the heat generation resistance 5 , and an operational amplifier circuit 26 for detecting the difference between voltages VM1, VM2 corresponding to the respective heating currents generated by the heat generating resistors 4 . 5 flow. The bridge circuits 30 and 40 are in parallel with a battery 25 connected.

Durch ordnungsgemäße Änderung der Heiztemperaturen der Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 auf der Grundlage der jeweiligen Temperaturen des gemessenen Fluids, die von den Temperaturkompensationswiderständen 6a, 6b für das gemessene Fluid festgestellt werden, wird eine Variable entsprechend dem Produkt der Flußgeschwindigkeit und der Dichte des gemessenen Fluids aus den Heizströmen erhalten, die durch die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 fließen.By properly changing the heating temperatures of the heat generating resistors 4 . 5 based on the respective temperatures of the fluid being measured, that of the temperature compensation resistors 6a . 6b for the measured fluid, a variable corresponding to the product of the flow velocity and the density of the measured fluid is obtained from the heating currents generated by the heat generation resistances 4 . 5 flow.

Wenn die Flußgeschwindigkeit des gemessenen Fluids ansteigt, steigt die von dem Wärmeerzeugungswiderstand 4 an das gemessene Fluid übertragene Wärme an, und erhöht sich auch der durch den Wärmeerzeugungswiderstand 4 fließende Heizstrom. Da der Luftstrom, der durch den Wärmeerzeugungswiderstand 4 an der stromaufwärtigen Seite erwärmt wird, an dem Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromaufwärtigen Seite vorbeifließt, ist jedoch die Erhöhung des Heizstroms, der durch den Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromabwärtigen Seite fließt, geringer als jene bei dem Wärmeerzeugungswiderstand 4 auf der stromaufwärtigen Seite. Die Flußrate und die Richtung des gemessenen Fluids können daher dadurch festgestellt werden, daß die Differenz zwischen den Heizströmen festgestellt wird, die durch die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 fließen.As the flow velocity of the measured fluid increases, that of the heat generation resistance increases 4 Heat transferred to the measured fluid is also increased, and that due to heat generation resistance also increases 4 flowing heating current. Because the air flow caused by the heat-generating resistor 4 at the upstream side, at the heat generating resistor 5 On the upstream side, however, is the increase of the heating current caused by the heat generating resistor 5 flows at the downstream side, lower than that in the heat generation resistor 4 on the upstream side. Therefore, the flow rate and the direction of the measured fluid can be detected by detecting the difference between the heating currents generated by the heat generating resistors 4 . 5 flow.

Als nächstes werden die Brückenschaltungen 30 und 40 genauer erläutert.Next are the bridge circuits 30 and 40 explained in more detail.

Die Brückenschaltung 30 ist beispielsweise so aufgebaut, wie dies in 7 gezeigt ist. Bei dem Wärmeerzeugungswiderstand ist ein Ende mit dem Kollektor eines Transistors 31 verbunden, und das andere Ende über einen Widerstand 32 an Masse gelegt. In Reihe geschaltete Widerstände 32 und 34 sind an beide Enden des Wärmeerzeugungswiderstands 4 parallel geschaltet, und ein Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 33, 34 ist an eine Eingangsklemme (die nicht-invertierende Eingangsklemme) eines Verstärkers 35 angeschlossen. Die andere Eingangsklemme (die invertierende Eingangsklemme) des Verstärkers 35 ist mit einer Ausgangsklemme des Verstärkers 35 verbunden. Die Ausgangsklemme des Verstärkers 35 ist an eine invertierende Eingangsklemme eines Differenzverstärkers 36 angeschlossen, über den Temperaturkompensationswiderstand 6a für das gemessene Fluid, und dann über einen Widerstand 37 an Masse gelegt. Eine nicht-invertierende Eingangsklemme des Differenzverstärkers 36 ist mit dem anderen Ende des Wärmeerzeugungswiderstandes 4 verbunden, und eine Ausgangsklemme des Differenzverstärkers 36 ist an die Basis eines Transistors 38 angeschlossen. Bei dem Transistor 38 ist der Emitter mit Masse verbunden, und der Kollektor an die Basis des Transistors 31 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 31 ist mit dem positiven Pol der Batterie 25 verbunden.The bridge circuit 30 is, for example, structured as in 7 is shown. The heat generating resistor has one end connected to the collector of a transistor 31 connected, and the other end via a resistor 32 grounded. In series resistors 32 and 34 are at both ends of the heat generation resistor 4 connected in parallel, and a connection point between the resistors 33 . 34 is connected to an input terminal (the non-inverting input terminal) of an amplifier 35 connected. The other input terminal (the inverting input terminal) of the amplifier 35 is connected to an output terminal of the amplifier 35 connected. The output terminal of the amplifier 35 is to an inverting input terminal of a differential amplifier 36 connected, via the temperature compensation resistor 6a for the measured fluid, and then over a resistor 37 grounded. A non-inverting input terminal of the differential amplifier 36 is at the other end of the heat generation resistor 4 connected, and an output terminal of the differential amplifier 36 is at the base of a transistor 38 connected. At the transistor 38 the emitter is connected to ground, and the collector to the base of the transistor 31 connected. The emitter of the transistor 31 is with the positive pole of the battery 25 connected.

Entsprechend ist die Brückenschaltung 40 folgendermaßen aufgebaut. Bei dem Wärmeerzeugungswiderstand 5 ist ein Ende mit dem Kollektor eines Transistors 41 verbunden, und das andere Ende über einen Widerstand 42 an Masse gelegt. In Reihe geschaltete Widerstände 43 und 44 sind parallel an beide Enden des Wärmeerzeugungswiderstandes 5 angeschlossen, und ein Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 43, 44 ist mit einer Eingangsklemme (der nicht-invertierenden Eingangsklemme) eines Verstärkers 45 verbunden. Die andere Eingangsklemme (die invertierende Eingangsklemme) des Verstärkers 45 ist an eine Ausgangsklemme des Verstärkers 45 angeschlossen. Die Ausgangsklemme des Verstärkers 45 ist mit einer invertierenden Eingangsklemme eines Differenzverstärkers 46 verbunden, nämlich über den Temperaturkompensationswiderstand 6b für das gemessen Fluid, und dann über einen Widerstand 47 an Masse gelegt. Eine nicht invertierende Eingangsklemme des Differenzverstärkers 46 ist mit dem anderen Ende des Wärmeerzeugungswiderstandes 5 verbunden, und eine Ausgangsklemme des Differenzverstärkers 46 ist an die Basis eines Transistors 48 angeschlossen.The bridge circuit is corresponding 40 constructed as follows. In the heat generation resistance 5 is an end to the collector of a transistor 41 connected, and the other end via a resistor 42 grounded. In series resistors 43 and 44 are parallel to both ends of the heat generating resistor 5 connected, and a connection point between the resistors 43 . 44 is connected to an input terminal (the non-inverting input terminal) of an amplifier 45 connected. The other input terminal (the inverting input terminal) of the amplifier 45 is connected to an output terminal of the amplifier 45 connected. The output terminal of the amplifier 45 is with an inverting input terminal of a differential amplifier 46 connected, namely on the temperature compensation resistor 6b for the measured fluid, and then over a resistor 47 grounded. A non-inverting input terminal of the differential amplifier 46 is at the other end of the heat generation resistor 5 connected, and an output terminal of the differential amplifier 46 is at the base of a transistor 48 connected.

Bei dem Transistor 48 ist der Emitter an Masse gelegt, und der Kollektor mit der Basis des Transistors 41 verbunden. Der Emitter des Transistors 41 ist an den positiven Pol der Batterie 25 angeschlossen.At the transistor 48 the emitter is grounded, and the collector is connected to the base of the transistor 41 connected. The emitter of the transistor 41 is to the positive pole of the battery 25 connected.

Weiterhin sind die anderen Enden der Wärmeerzeugungswiderstände 4 und 5 jeweils an eine invertierende Eingangsklemme bzw. eine nicht-invertierende Eingangsklemme des Differenzverstärkers 26 angeschlossen. Eine Ausgangsklemme des Differenzverstärkers 26 ist mit einer Steuereinheit (12) für eine Brennkraftmaschine verbunden.Furthermore, the other ends of the heat generating resistors 4 and 5 each to an inverting input terminal or a non-inverting input terminal of the differential amplifier 26 connected. An output terminal of the differential amplifier 26 is with a control unit ( 12 ) connected to an internal combustion engine.

Als nächstes wird der Betrieb der Brückenschaltungen geschildert. Da die Brückenschaltungen 30 und 40 im wesentlichen auf dieselbe Art und Weise arbeiten, erfolgt nachstehend als typisches Beispiel die Beschreibung der Brückenschaltung 30.Next is the operation of the bridges described circuits. Because the bridge circuits 30 and 40 When working in substantially the same way, the description of the bridge circuit will be given below as a typical example 30 ,

Nunmehr wird angenommen, daß der Wärmeerzeugungswiderstand 4 einen Widerstandswert von RH aufweist, der Temperaturkompensationswiderstand 6a für das gemessene Fluid einen Widerstandswert von Ra aufweist, die Widerstände 32, 33, 34, 37 einen jeweiligen Widerstandswert R2, R3, R4 bzw. R1 aufweisen, und daß die an die invertierende Eingangsklemme des Differenzverstärkers 36 angelegte Spannung mit Vp bezeichnet ist, wobei der Differenzverstärker 36 eine Rückkopplungsregelung der Transistoren 38 und 31 auf solche Weise durchführt, daß die Beziehung Vp = VM1 gilt.Now, it is assumed that the heat generation resistance 4 has a resistance of RH, the temperature compensation resistor 6a for the measured fluid has a resistance of Ra, the resistors 32 . 33 . 34 . 37 have a respective resistance R2, R3, R4 and R1, respectively, and that to the inverting input terminal of the differential amplifier 36 applied voltage is denoted by Vp, wherein the differential amplifier 36 a feedback control of the transistors 38 and 31 in such a way that the relation Vp = VM1 holds.

Im Gleichgewichtszustand von Vp = VM1 ergibt sich RH aus: RH = (R3 + R4)R2·Ra/(R1·R4 – R2·Ra) (1) In the equilibrium state of Vp = VM1, RH results: RH = (R3 + R4) R2 * Ra / (R1 * R4-R2 * Ra) (1)

Wenn daher RH und Ra denselben Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweisen, so wird der Widerstandswert RH, also die mittlere Temperatur des Wärmeerzeugungswiderstandes 4, unabhängig von der Flußrate des gemessenen Fluids konstant gehalten.Therefore, when RH and Ra have the same resistance temperature coefficient, the resistance value RH becomes, that is, the average temperature of the heat generation resistance 4 , kept constant regardless of the flow rate of the fluid being measured.

Weiterhin sind die Brückenwiderstände so ausgewählt, daß die mittlere Temperatur des Wärmeerzeugungswiderstandes 4 auf einem vorbestimmten Wert (beispielsweise 200°C) höher als die Fluidtemperatur gehalten wird, die von dem Temperaturkompensationswiderstand 6a für das gemessene Fluid festgestellt wird.Furthermore, the bridge resistances are selected so that the average temperature of the heat generating resistor 4 at a predetermined value (for example, 200 ° C) higher than the fluid temperature kept by the temperature compensation resistor 6a is determined for the measured fluid.

Wenn die Flußrate erhöht wird, so daß sich die Abkühlung des Wärmeerzeugungswiderstandes 4 beschleunigt, wird der durch den Wärmeerzeugungswiderstand 4 fließende Strom erhöht, und erhöht sich auch die Spannung VM1.When the flow rate is increased, so that the cooling of the heat-generating resistor 4 accelerated, which is due to the heat-generating resistance 4 flowing current increases, and also increases the voltage VM1.

Ein Ausgangssignal Vout des Flußsensors wird dadurch erhalten, daß die Differenz zwischen dem Ausgangssignal der Brückenschaltung 30 und dem Ausgangssignal der Brückenschaltung 40 festgestellt wird, also zwischen den Spannungen VM1 und VM2, nämlich durch den Differenzverstärker 26.An output signal Vout of the flux sensor is obtained by comparing the difference between the output signal of the bridge circuit 30 and the output of the bridge circuit 40 is determined, ie between the voltages VM1 and VM2, namely by the differential amplifier 26 ,

Im voranstehend geschilderten Fall sind die Beziehungen der Flußrate in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung zu den Spannungen VM1, VM2 als jeweiliges Ausgangssignal der Brückenschaltung 30 bzw. 40 und dem Ausgangssignal Vout des Flußsensors so, wie dies in 8 dargestellt ist.In the above case, the relationships of the flow rate in the forward or reverse direction to the voltages VM1, VM2 as the respective output of the bridge circuit 30 respectively. 40 and the output signal Vout of the flux sensor as shown in FIG 8th is shown.

Bei dieser Ausführungsform sind, wie voranstehend erwähnt, die Wärmeerzeugungswiderstände 4 und 5 so angeordnet, daß sie einander nicht berühren, sondern um eine vorbestimmte Entfernung voneinander in der Richtung des Flusses des gemessenen Fluids beabstandet sind. Wechselwirkungen, die durch Wärmeleitung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen hervorgerufen werden, können daher durch die Membrananordnung auf einen kleinen Wert unterdrückt werden, welche der voranstehend geschilderten, herkömmlichen Anordnung überlegen ist, bei welcher Brücken oder Ausleger verwendet werden, in Bezug auf die Festigkeit; die Reaktionsverzögerung infolge der Wechselwirkung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen kann daher klein ausgebildet werden.In this embodiment, as mentioned above, the heat generating resistors 4 and 5 arranged so that they do not touch each other, but are spaced apart a predetermined distance from each other in the direction of flow of the measured fluid. Interactions caused by heat conduction between the heat generating resistors, therefore, can be suppressed by the diaphragm assembly to a small value, which is superior to the above-described conventional arrangement in which bridges or cantilevers are used in terms of strength; the response delay due to the interaction between the heat generating resistors can therefore be made small.

9 zeigt ein Versuchsergebnis, bei welchem die Änderungsrate des Heizstroms, der durch den Wärmeerzeugungswiderstand 5 fließt, dadurch gemessen wurde, daß das Gleichgewicht der Brückenschaltung 30 leicht geändert wurde, einschließlich des Wärmeerzeugungswiderstandes 4, über eine Störung, die von außen einwirkt, um hierdurch geringfügig die Regeltemperatur des Wärmeerzeugungswiderstandes 4 bei jeweiligen Werten von G/T zu ändern. Selbstverständlich kann ein entsprechendes Ergebnis auch dadurch erhalten werden, daß die Änderungsrate der geregelten Temperatur des Wärmeerzeugungswiderstandes 4 durch geringfügige Änderung des Heizstroms oder umgekehrt gemessen wird. 9 FIG. 12 shows a test result in which the rate of change of the heating current caused by the heat generation resistance 5 flows, thereby measuring that the balance of the bridge circuit 30 was slightly changed, including the heat generation resistance 4 , a disturbance acting from outside, thereby slightly affecting the control temperature of the heat generating resistor 4 at respective values of G / T. Of course, a corresponding result can also be obtained by the rate of change of the controlled temperature of the heat generating resistor 4 is measured by slightly changing the heating current or vice versa.

Wie aus 9 hervorgeht, ist die Änderungsrate des durch den Wärmeerzeugungswiderstand 5 fließenden Stroms äußerst gering, wenn der Wert G/T auf 25 oder mehr ansteigt. Eine zufriedenstellende Auswirkung kann daher zur Erzielung einer geringfügigen gegenseitigen Wechselwirkung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 dadurch erreicht werden, daß das Flußmeßelement so ausgebildet wird, daß folgende Formel erfüllt ist: G/T ≥ 25 (2) How out 9 is apparent, the rate of change of by the heat-generating resistor 5 flowing current is extremely low when the value G / T increases to 25 or more. A satisfactory effect can therefore be to achieve a slight mutual interaction between the heat generating resistors 4 and 5 be achieved in that the Flußmeßelement is formed so that the following formula is satisfied: G / T ≥ 25 (2)

Wie voranstehend geschildert weist infolge dieser Ausführungsform, da die Membrananordnung keine Öffnung oder keinen Raum in der Nähe eines Meßabschnitts aufweist, das Flußmeßelement eine größere Festigkeit als das herkömmliche Element auf, welches die Ausleger oder die Brückenanordnung einsetzt, die an beiden Enden gehaltert ist. Darüber hinaus ist es weniger wahrscheinlich, daß Staub, Wasser, Öl und dergleichen in der Nähe des Meßabschnitts anhaften oder dort verbleiben. Durch Abdeckung einer Ausnehmung in dem Substrat von der Rückseite der Membran ist es darüber hinaus möglich, das Eindringen von Fremdkörpern in die Ausnehmung zu verhindern. Da ein Spalt mit vorbestimmten Abmessungen in dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite in Richtung des gemessenen Stroms vorhanden ist, kann die Wärmemenge verringert werden, die durch Wärmeleitung zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite übertragen wird; eine thermische Wechselwirkung zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite kann daher klein sein.As described above, owing to this embodiment, since the diaphragm assembly has no opening or space in the vicinity of a measuring portion, the flow measuring member has greater strength than the conventional member employing the cantilever or bridge assembly supported at both ends. In addition, dust, water, oil and the like are less likely to adhere or remain near the measuring section. By covering a recess in the substrate from the backside of the membrane, moreover, it is possible to prevent the penetration of foreign matter into the recess. Since a gap having predetermined dimensions in the heat generating section on the upstream side and the heat generating section on the downstream Side exists in the direction of the measured current, the amount of heat is transferred, which is transferred by heat conduction between the heat generating section on the upstream side and the heat generating section on the downstream side; Therefore, a thermal interaction between the upstream side heat generating section and the downstream side heat generating section may be small.

Da die Entfernung G des Spalts zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt auf der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite in Richtung des gemessenen Stroms sowie die Dicke T der Membran so ausgewählt sind, daß die voranstellende Formel (2) gilt, kann darüber hinaus eine Wechselwirkung infolge von Wärmeleitung zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite noch wirksamer klein ausgebildet werden.There the distance G of the gap between the heat generating portion the upstream Side and the heat generating section on the downstream Side in the direction of the measured current and the thickness T of the membrane so selected are that the preceded by formula (2), may also have an interaction due to heat conduction between the heat generating section at the upstream Side and the heat generation section at the downstream Page be made even more effective small.

AUSFÜHRUNGSFORM 2Embodiment 2

Die 3 und 4 sind eine Schnittansicht bzw. eine Aufsicht eines Flußmeßelements gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Hierbei sind mit den Bezugsziffern 1 bis 17 dieselben oder entsprechende Teile wie bei der Ausführungsform 1 bezeichnet.The 3 and 4 FIG. 10 is a sectional view and a plan view, respectively, of a flux measuring element according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. Here are the reference numerals 1 to 17 the same or corresponding parts as in the embodiment 1.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein verdünnter Abschnitt 23 zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 so vorgesehen, daß mehrere verdünnte Abschnitte 23 und mehrere nicht verdünnte Abschnitte gemischt zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 vorhanden sind, wobei der verdünnte Abschnitt 23 nicht im Zentrum der Membran 12 liegt.In the present embodiment, a thinned portion 23 between the heat generating resistors 4 and 5 so provided that several thinned sections 23 and a plurality of non-thinned portions mixed between the heat generating resistors 4 and 5 are present, the dilute section 23 not in the center of the membrane 12 lies.

Die verdünnten Abschnitte 23 bilden jeweils eine Fläche, in welcher kein Schutzfilm 3 vorgesehen ist. Die verdünnten Abschnitte 23, die dünner sind als die Membrandicke der anderen Abschnitte, werden dadurch hergestellt, daß jede der Flächen mit einem Photolack beschichtet wird, wo der Schutzfilm nicht vorgesehen ist, durch einen Photogravurvorgang vor der Herstellung des Schutzfilms, und der Photolack nach der Herstellung des Schutzfilms entfernt wird.The diluted sections 23 each form an area in which no protective film 3 is provided. The diluted sections 23 Thinner than the membrane thickness of the other portions are prepared by coating each of the surfaces with a photoresist where the protective film is not provided, by a photo-engraving operation before the preparation of the protective film, and removing the photoresist after the preparation of the protective film becomes.

Bei dieser Ausführungsform, welche das wie voranstehend geschildert aufgebaute Flußmeßelement verwendet, wird eine wirksamere Wärmeisolierung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 zur Verfügung gestellt. Wenn die Entfernung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 zu groß ist, wird der durch den Wärmeerzeugungswiderstand 4 erwärmte Luftstrom diffus ausgebildet oder abgekühlt, bevor er den Wärmeerzeugungswiderstand 5 erreicht. Dies verringert den Unterschied zwischen den Heizströmen, die durch die Wärmeerzeugungswiderstände 4 und 5 fließen, was zu einer Verringerung der Empfindlichkeit des Flußsensors führen kann, oder zu einer Einschränkung des Meßbereiches für die Flußrate. Die vorliegende Erfindung ist in der Hinsicht wirksam, daß sie derartige Nachteile ausschaltet. Selbst mit einer geringeren Entfernung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 in Richtung des gemessenen Fluids ist es daher möglich, eine wirksame Wärmeisolierung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 zur Verfügung zu stellen.In this embodiment using the flux measuring element constructed as described above, more effective heat insulation becomes between the heat generating resistors 4 and 5 made available. When the distance between the heat generating resistors 4 and 5 is too large, which is due to the heat generation resistance 4 heated air stream is diffused or cooled before passing the heat generating resistor 5 reached. This reduces the difference between the heating currents caused by the heat-generating resistances 4 and 5 flow, which may lead to a reduction in the sensitivity of the flow sensor, or to a restriction of the measuring range for the flow rate. The present invention is effective in that it eliminates such disadvantages. Even with a smaller distance between the heat-generating resistors 4 and 5 in the direction of the measured fluid, it is therefore possible to provide effective heat insulation between the heat generating resistors 4 and 5 to provide.

Durch Bereitstellung der verdünnten Abschnitte 23 und der nicht-verdünnten Abschnitte auf gemischte Art und Weise zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5, wobei der verdünnte Abschnitt 23 nicht im Zentrum der Membran 12 angeordnet ist, wo sich die maximalen Biegespannungen ergeben, kann eine Verringerung der mechanischen Festigkeit der Membran 12 so weit wie möglich verhindert werden. Die mechanische Festigkeit ist etwas geringer als bei der Ausführungsform 1, jedoch erheblich höher als bei dem herkömmlichen Element, das einen Aufbau mit Auslegern der Brücken verwendet.By providing the diluted sections 23 and the non-thinned portions in a mixed manner between the heat generating resistors 4 and 5 , where the thinned section 23 not in the center of the membrane 12 is located where the maximum bending stresses arise, can reduce the mechanical strength of the membrane 12 be prevented as much as possible. The mechanical strength is slightly lower than in Embodiment 1, but considerably higher than the conventional element using a structure with cantilevers of the bridges.

Da bei der vorliegenden Ausführungsform, wie dies voranstehend erläutert wurde, Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen Seite vorhanden sind, kann der Wärmeerzeugungswiderstand des Wärmeleitungspfades groß ausgebildet werden, ohne die Entfernung zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen Seite zu erhöhen. Da es nicht erforderlich ist, die Entfernung zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand an, der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen Seite zu vergrößern, wird die Wärmebewegung durch den Luftstrom als Medium von dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen nicht verringert oder beeinträchtigt. Der Unterschied zwischen den Heizströmen, die durch den Wärmeerzeugungswiderstand an der stromaufwärtigen Seite und den Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen Seite fließen, wird daher vergrößert; und dies führt dazu, daß sich keine Beeinträchtigung in Bezug auf die Empfindlichkeit und den Meßbereich für die Flußrate ergibt.There in the present embodiment, such as this explained above became, sections, the thinner are as the membrane thickness of other portions, between the heat generation resistance at the upstream Side and the heat generation resistor on the downstream side are present, the heat-generating resistance the heat conduction path big educated , without the distance between the heat-generating resistor the upstream side and the heat generation resistor at the downstream Increase page. Since it is not necessary, the distance between the heat-generating resistor on, the upstream Side and the heat generation resistor at the downstream Page will be enlarged the thermal movement by the air flow as a medium from the heat generation resistor the upstream Side and the heat generation resistor at the downstream not reduced or impaired. The difference between the heating currents caused by the heat-generating resistor at the upstream Side and the heat generation resistor on the downstream side flow, is therefore enlarged; and this leads to, that yourself no impairment in terms of the sensitivity and the measuring range for the flow rate.

Da Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, und diese anderen Abschnitte mit der konstruktiv vorgegebenen Membrandicke gemischt zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen Seite vorhanden sind, ist es darüber hinaus möglich, eine Verringerung der mechanischen Festigkeit im Zentrum der Membran oder in diesem Bereich zu unterdrücken, und die Wärmemenge zu verringern, die durch Wärmeleitung zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen Seite übertragen wird.Because there are sections that are thinner than the membrane thickness of other sections, and these others In addition, portions having the design membrane thickness mixed between the heat generating resistor on the upstream side and the heat generating resistor on the downstream side exist, it is possible to suppress a decrease in the mechanical strength in the center of the diaphragm or in this area, and the amount of heat to which is transmitted by heat conduction between the heat generating resistor on the upstream side and the heat generating resistor on the downstream side.

Da Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, und diese anderen Abschnitte mit der konstruktiv vorgegebenen Membrandicke gemischt zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen Seite vorgesehen sind, und sich der verdünnte Abschnitt nicht im Zentrum der Membran befindet, wird darüber hinaus die Wärmemenge, die durch Wärmeleitung zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen Seite übertragen wird, verringert, ohne die mechanische Festigkeit im Zentrum der Membran zu beeinträchtigen, in welchem sich die maximalen Biegespannungen entwickeln.There Sections that are thinner are the membrane thickness of other sections, and these other sections mixed with the constructive membrane thickness between the heat generation resistor at the upstream Side and the heat generation resistor at the downstream Side are provided, and the thinned section is not in the center the membrane is located above it addition the amount of heat, by heat conduction between the heat generation resistor at the upstream Side and the heat generation resistor at the downstream Transfer page is reduced, without the mechanical strength in the center of Affect membrane, in which the maximum bending stresses develop.

Da Abschnitte, die dünner als die Membrandicke anderer Abschnitte sind, als Flächen vorgesehen sind, in welchen kein Schutzfilm vorhanden ist, zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen Seite, können die Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke der anderen Abschnitte, durch einfache Schritte hergestellt werden, nämlich durch Aufbringen eines Photolacks auf jede der Flächen, an welchen der Schutzfilm nicht vorhanden ist, durch einen Photogravurvorgang vor der Herstellung des Schutzfilms, und Entfernung des Photolacks nach der Herstellung des Schutzfilms.There Sections that are thinner than the membrane thickness of other sections are intended as areas are in which no protective film is present between the heat-generating resistor at the upstream Side and the heat generation resistor at the downstream Side, can the sections that are thinner are as the membrane thickness of the other sections, by simple Steps are made, namely by applying a photoresist to each of the surfaces which the protective film is not present through a photo engraving process before the preparation of the protective film, and removal of the photoresist after the preparation of the protective film.

AUSFÜHRUNGSFORM 3Embodiment 3

Die 5 und 6 sind eine Schnittansicht bzw. eine Aufsicht eines Flußmeßelements gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hierbei sind mit den Bezugsziffern 1 bis 17 und 23 dieselben oder entsprechende Elemente wie bei der Ausführungsform 2 bezeichnet.The 5 and 6 FIG. 10 is a sectional view and a plan view, respectively, of a flow measuring element according to an embodiment of the present invention. FIG. Here are the reference numerals 1 to 17 and 23 the same or corresponding elements as in the embodiment 2.

Bei dieser Ausführungsform sind verdünnte Abschnitte 24, die dünner sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, zwischen Außenumfangsrändern der Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 und Außenumfangsrändern der Membran 12 vorgesehen. Weiterhin sind die verdünnten Abschnitte 24, die dünner sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, und diese anderen Abschnitte mit der konstruktiv vorgegebenen Membrandicke gemischt zwischen den Außenumfangsrändern der Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 und den Außenumfangsrändern der Membran 12 angeordnet. Weiterhin ist, ebenso wie bei der Ausführungsform 2, der verdünnte Abschnitt 24 nicht im Zentrum der Membran 12 angeordnet.In this embodiment, thinned portions are 24 Thinner than the membrane thickness of other portions, between outer peripheral edges of the heat-generating resistors 4 . 5 and outer peripheral edges of the membrane 12 intended. Furthermore, the thinned sections 24 which are thinner than the membrane thickness of other portions, and these other portions having the design membrane thickness mixed between the outer peripheral edges of the heat generating resistors 4 . 5 and the outer peripheral edges of the membrane 12 arranged. Further, as in Embodiment 2, the thinned portion is 24 not in the center of the membrane 12 arranged.

Die verdünnten Abschnitte 24 sind jeweils als Fläche ausgebildet, in welcher kein Schutzfilm 3 vorhanden ist. Im einzelnen werden die verdünnten Abschnitte 24, die dünner sind als die Membrandicke der anderen Abschnitte, dadurch hergestellt, daß jede der Flächen mit einem Photolack beschichtet wird, an welchem der Schutzfilm 3 nicht vorhanden ist, mit einem Photogravurvorgang vor der Herstellung des Schutzfilms 3, und der Photolack nach der Herstellung des Schutzfilms 3 entfernt wird.The diluted sections 24 are each formed as a surface in which no protective film 3 is available. In particular, the diluted sections 24 which are thinner than the membrane thickness of the other portions, prepared by coating each of the surfaces with a photoresist on which the protective film is coated 3 is absent, with a photo engraving process before the preparation of the protective film 3 , and the photoresist after the preparation of the protective film 3 Will get removed.

Bei dieser Ausführungsform, die das wie voranstehend geschildert aufgebaute Flußmeßelement verwendet, kann der Wärmestrom verringert werden, der von den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 an das Substrat 1 in Form einer ebenen Platte entweicht. Daher ist es möglich, den Einfluß zu verringern, den eine zeitliche Verzögerung auf das Ausgangssignal des Flußsensors hat, wobei die zeitliche Verzögerung dadurch hervorgerufen wird, daß eine gewisse Zeit benötigt wird, bis die an das Substrat 1 in Form einer ebenen Platte entweichende Wärme einen Gleichgewichtszustand erreicht, nachdem sich die Flußrate geändert hat, so daß schließlich ein Flußsensor mit besserem Reaktionsvermögen zur Verfügung gestellt werden kann.In this embodiment using the flow measuring element constructed as described above, the heat flow that is generated by the heat generating resistors can be reduced 4 and 5 to the substrate 1 escapes in the form of a flat plate. Therefore, it is possible to reduce the influence that a time delay has on the output of the flux sensor, the time delay being caused by taking some time to reach the substrate 1 In the form of a flat plate escaping heat reaches an equilibrium state, after the flow rate has changed, so that finally a flow sensor with better reactivity can be provided.

Der voranstehend geschilderte Vorteil ist besonders dann wirksam, wenn die Flußrate niedrig ist, und besteht darüber hinaus darin, die Einschaltzeit zu verringern, welche der Flußsensor benötigt, ein exaktes Flußsignal auszugeben, wenn der Flußsensor mit elektrischer Energie versorgt wird.Of the The above-described advantage is particularly effective when the flow rate is low, and insists In addition, it is to reduce the turn-on time which the flow sensor needed an exact flow signal output when the flow sensor is supplied with electrical energy.

Durch Bereitstellung der verdünnten Abschnitte 24 und der nicht-verdünnten Abschnitte auf gemischte Art und Weise kann die Verringerung der mechanischen Festigkeit der Membran 12 so weit wie möglich verhindert werden. Da eine Membrananordnung vorgesehen ist, bei welcher der Flußmeßabschnitt an seinem gesamten Umfang gehaltert wird, ist die mechanische Festigkeit erheblich höher als bei dem herkömmlichen Element, welches eine Anordnung unter Einsatz von Auslegern oder Brücken verwendet.By providing the diluted sections 24 and the non-thinned portions in a mixed manner can reduce the mechanical strength of the membrane 12 be prevented as much as possible. Since a diaphragm assembly is provided in which the flow measuring portion is supported on its entire circumference, the mechanical strength is considerably higher than that of the conventional member using an arrangement using cantilevers or bridges.

Da bei dieser Ausführungsform, wie dies voranstehend erläutert wurde, Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, zwischen den Außenumfangsrändern des Wärmeerzeugungswiderstands an der stromaufwärtigen Seite und/oder des Wärmeerzeugungswiderstands an der stromabwärtigen Seite vorgesehen sind, und den Außenumfangsrändern der Membran, kann der Wärmeerzeugungswiderstand in Bereichen erhöht werden, in welchen der stromaufwärtige und/oder stromabwärtige Wärmeerzeugungswiderstand als Wärmeerzeugungsabschnitt (Meßabschnitt) an dem Substrat in Form einer ebenen Platte gehaltert ist; die Wärmemenge, die von dem stromaufwärtigen und/oder stromabwärtigen Wärmeerzeugungswiderstand entweicht, kann daher verringert werden.As explained above, in this embodiment, portions thinner than the membrane thickness of other portions are interposed between the outer peripheral edges of the heat generating resistor on the upstream side and / or the heat generation resistor on the downstream side, and the outer peripheral edges of the diaphragm, the heat generation resistance may be increased in regions in which the upstream and / or downstream heat generation resistor as the heat generation section (measuring section) is supported on the substrate in the form of a flat plate ; the amount of heat escaping from the upstream and / or downstream heat generating resistor can therefore be reduced.

Da Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, und diese anderen Abschnitte mit der konstruktiv vorgegebenen Membrandicke gemischt zwischen den Außenumfangsrändern des Wärmeerzeugungswiderstands an der stromaufwärtigen Seite und/oder des Wärmeerzeugungswiderstands an der stromabwärtigen Seite und den Außenumfangsrändern der Membran vorgesehen sind, kann die Verringerung der mechanischen Festigkeit der Membran noch weiter verringert werden, und läßt sich eine bessere Wärmeisolierung erzielen.There Sections that are thinner are the membrane thickness of other sections, and these other sections mixed with the constructive membrane thickness between the outer peripheral edges of Heat generating resistor at the upstream Side and / or heat generation resistance at the downstream Side and outer peripheral edges of the Membrane provided can reduce the mechanical strength The membrane can be further reduced, and leaves a better heat insulation achieve.

Da Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, als Flächen vorgesehen sind, in welchen kein Flußfilm vorgesehen ist, zwischen den Außenumfangsrändern des Wärmeerzeugungswiderstands an der stromaufwärtigen Seite und/oder des Wärmeerzeugungswiderstands an der stromabwärtigen Seite und den Außenumfangsrändern der Membran, können die Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke der anderen Abschnitte, durch folgende einfachen Schritte hergestellt werden: Beschichtung jeder der Flächen mit einem Photolack, wo der Schutzfilm nicht vorhanden ist, mit einem Photogravurvorgang vor der Herstellung des Schutzfilms, und Entfernen des Photolacks nach der Ausbildung des Schutzfilms.There Sections that are thinner are provided as the membrane thickness of other sections, as surfaces are in which no river movie is provided between the outer peripheral edges of the Heat generating resistor at the upstream Side and / or heat generation resistance at the downstream Side and outer peripheral edges of the Membrane, can the sections that are thinner are as the membrane thickness of the other sections, by the following simple steps are made: coating each of the surfaces with a photoresist, where the protective film is not present, with a Photogravure process before making the protective film, and removing of the photoresist after the formation of the protective film.

AUSFÜHRUNGSFORM 4Embodiment 4

Die 10 und 11 sind eine Vorderansicht bzw. Seitenschnittansicht mit der Darstellung eines Beispiels für einen Flußsensor, der das Flußmeßelement gemäß einer der voranstehend geschilderten Ausführungsformen verwendet.The 10 and 11 Fig. 10 is a front view and a side sectional view, respectively, showing an example of a flow sensor using the flow measuring element according to any one of the above-described embodiments.

Hierbei weist ein Flußsensor 50 das Flußmeßelement 17 auf, einen Meßkanal 51, einen Hauptkanal 52, durch welchen das Fluid fließt, eine gitterförmige Flußführungsplatte 53, ein Gehäuse 54, in welchem die voranstehend geschilderte Regelschaltung (7) vorgesehen ist, und einen Verbinder 55, durch welchen elektrische Energie dem Flußsensor 50 zugeführt wird, und ein Ausgangssignal des Flußsensors 50 abgenommen wird.This is indicated by a flow sensor 50 the Flußmeßelement 17 on, a measuring channel 51 , a main channel 52 through which the fluid flows, a grid-shaped Flußführungsplatte 53 , a housing 54 in which the above-described control circuit ( 7 ), and a connector 55 by which electrical energy the flow sensor 50 is supplied, and an output signal of the flow sensor 50 is removed.

Durch eine derartige Verwendung eines der Flußmeßelemente gemäß den Ausführungsform 1 bis 3 kann daher ein Flußsensor zur Verfügung gestellt werden, der die entsprechenden Vorteile aufweist, welche bei jeder der Ausführungsformen geschildert wurden.By such use of one of the Flußmeßelemente according to the embodiment 1 to 3, therefore, a flow sensor for disposal be provided, which has the corresponding advantages, which in each of the embodiments were described.

12 zeigt schematisch ein Beispiel, bei welchem der Flußsensor 50 in einem Einlaßsystem einer Brennkraftmaschine 65 mit innerer Verbrennung vorgesehen ist. 12 schematically shows an example in which the flow sensor 50 in an intake system of an internal combustion engine 65 is provided with internal combustion.

In 12 ist ein Luftfilter 61 an der stromaufwärtigen Seite eines Ansaugkanals 60 vorgesehen, durch welchen Luft eingesaugt wird, ist eine Drosselklappe 62 an der stromabwärtigen Seite des Einlaßkanals 60 angeordnet, und ist der Flußsensor 50 zwischen dem Luftfilter 61 und der Drosselklappe 62 angeordnet.In 12 is an air filter 61 on the upstream side of an intake passage 60 provided, through which air is sucked in, is a throttle valve 62 on the downstream side of the intake port 60 arranged, and is the flow sensor 50 between the air filter 61 and the throttle 62 arranged.

Der Verbinder 54 des Flußsensors 50 ist elektrisch mit einer Steuereinheit oder Regeleinheit 63 verbunden, und ein Kraftstoffeinspritzventil 54 wird entsprechend dem Ausgangssignal der Steuereinheit 63 gesteuert oder geregelt.The connector 54 of the flow sensor 50 is electrical with a control unit or control unit 63 connected, and a fuel injection valve 54 will be according to the output signal of the control unit 63 controlled or regulated.

Die Flußrate der Ansaugluft, die durch den Luftfilter 61 im Ansaugkanal 60 hindurchgegangen ist, wird von dem Flußsensor 50 gemessen. Das Ausgangssignal des Flußsensors 50 wird der Steuereinheit 63 zugeführt, welche die optimale Benzinmenge berechnet, welche einer Brennkraftmaschine zugeführt wird, und ein entsprechendes Treibersignal an das Kraftstoffeinspritzventil 64 liefert.The flow rate of the intake air passing through the air filter 61 in the intake channel 60 has passed, is from the flow sensor 50 measured. The output signal of the flow sensor 50 becomes the control unit 63 supplied, which calculates the optimum amount of gasoline, which is supplied to an internal combustion engine, and a corresponding drive signal to the fuel injection valve 64 supplies.

Es wird darauf hingewiesen, daß zwar die Breite des Leitungsmusters und die Entfernung zwischen den Leiterbahnen in sämtlichen Bezeichnungen in vergrößertem Maßstab dargestellt sind, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, jedoch kann beim tatsächlichen Herstellungsverfahren in einigen Fällen eine erheblich feinere Musterbildung erfolgen.It it is noted that while the width of the line pattern and the distance between the tracks in all Designations shown on an enlarged scale are to understanding However, in the actual Manufacturing process in some cases a considerably finer Patterning done.

Claims

Flow measuring element comprising: a substrate ( 1 ), an insulating carrier film ( 2 ) provided on the surface of the substrate, a first heat generating portion (FIG. 4 ), which consists of a heat-sensitive resistance film and on the carrier film ( 2 ) is provided in the direction of a flow of a fluid to be measured, a second heat generation section ( 5 ), which consists of a heat-sensitive resistance film and on the carrier film ( 2 ) in the direction of the flow of the fluid to be measured downstream of the first heat generating portion (FIG. 4 7) provides an insulating protective film ( 3 ), which on the heat sea production sections ( 4 . 5 ) is provided, wherein the carrier film ( 2 ) is provided in the form of a flat, continuous plate without openings, the substrate ( 1 ) in the form of a flat plate from the first heat generating section (FIG. 4 ) upstream and from the second heat generation section (FIG. 5 ) extends downstream in the direction of the flow of the fluid to be measured, so that a membrane ( 12 ) is formed in a substrate-free space and a gap (G) of a predetermined size between the heat-generating portions (FIG. 4 . 5 ) remains, characterized in that at least a portion which is thinner than the membrane thickness of other portions, between the first heat generating portion ( 4 ) and the second heat generation section ( 5 ) is provided, this section is formed as a surface on which no protective film ( 3 ) is provided.

Flow measuring element according to claim 1, characterized in that the gap extends in the flow direction over a distance G and the thickness of the membrane is designated T, and the predetermined distance G and the membrane thickness T are chosen such that the following relationship applies: G / T ≥ 25.

Flow measuring element according to claim 1, characterized in that a plurality of portions thinner than the membrane thickness of other portions, and these other portions mixed with the predetermined membrane thickness between the first heat generating portion (FIG. 4 ) and the second heat generation section ( 5 ) are arranged.

Flow measuring element according to claim 1, characterized in that none of the sections which are thinner than the membrane thickness of the other sections, in the center of the membrane ( 12 ) is arranged.

Flow measuring element comprising: a substrate ( 1 ), an insulating carrier film ( 2 ) provided on the surface of the substrate, a first heat generating portion (FIG. 4 ), which consists of a heat-sensitive resistance film and on the carrier film ( 2 ) is provided in the direction of a flow of a fluid to be measured, a second heat generation section ( 5 ), which consists of a heat-sensitive resistance film and on the carrier film ( 2 ) in the direction of the flow of the fluid to be measured downstream of the first heat generating portion (FIG. 4 ) is provided, an insulating protective film ( 3 ) located on the heat generating sections ( 4 . 5 ) is provided, wherein the carrier film ( 2 ) is provided in the form of a flat, continuous plate without openings, the substrate ( 1 ) in the form of a flat plate from the first heat generating section (FIG. 4 ) upstream and from the second heat generation section (FIG. 5 ) extends downstream in the direction of the flow of the fluid to be measured, so that a membrane ( 12 ) is formed in a substrate-free space and a gap (G) of a predetermined size between the heat-generating portions (FIG. 4 . 5 ) remains, characterized in that at least a portion which is thinner than the membrane thickness of other portions, between outer peripheral edges of the first heat generating portion (FIG. 4 ) and / or the second heat generation section ( 5 ) and outer peripheral edges of the membrane ( 12 ) is provided, this section is formed as a surface on which no protective film ( 3 ) is provided.

Flow measuring element according to claim 5, characterized in that the gap extends in the flow direction over a distance G and the thickness of the membrane is denoted by T, and the predetermined distance G and the membrane thickness T are selected such that the following relationship applies: G / T ≥ 25.

Flow measuring element according to claim 5, characterized in that a plurality of portions thinner than the membrane thickness of other portions, and these other portions with the predetermined membrane thickness, mixed between the outer peripheral edges of the first heat generating portion (FIG. 4 ) and / or the second heat generation section ( 5 ) and the outer peripheral edges of the membrane ( 12 ) are provided.

Flow measuring element according to claim 5, characterized in that none of the portions which are thinner than the membrane thickness of the other portions, in the center of the membrane ( 12 ) is arranged.