Beschreibung

Massenstromsensor

Die Erfindung betrifft einen Massenstromsensor.

Derartige Massenstromsensoren sind geeignet zum Erfassen eines Massenstroms eines Fluids in einem Kanal. Ein derartiger Kanal kann beispielsweise ein Ansaugtrakt einer Brennkraftma- schine sein. Abhangig von dem durch den Massenstromsensor er- fassten Massenstrom können Diagnosen beispielsweise des Betriebs der Brennkraftmaschine durchgeführt werden als auch eine Steuerung der Brennkraftmaschine erfolgen. Zu diesen Zwecken ist ein auch unter unterschiedlichen Betriebsbedin- gungen zuverlässiges und möglichst präzises Erfassen des tat ^¬ sachlichen Massenstroms wichtig.

Bei einer Art von Massenstromsensoren wird von einem Temperatursensor die Temperatur des Fluids erfasst, dessen Massen- ström ermittelt werden soll. Ein Heizelement wird dann auf eine Temperatur oberhalb der Temperatur des stromenden Fluids aufgeheizt .

Die Aufgabe der Erfindung ist, einen Massenstromsensor zu schaffen, der präzise und zuverlässig betreibbar ist.

Die Aufgabe wird gelost durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch einen Massenstromsensor, der ausgebildet ist zum Erfassen einer charakteristi ^¬ schen Große für einen Massenstrom eines stromenden Fluids, und der aufweist ein Gehäuse, das einen Hohlraum hat, und mindestens ein in dem Gehäuse angeordnetes Sensorelement, das an den Hohlraum grenzt und ein erstes äußeres Wandelement des Massenstromsensors bildet, wobei an den Hohlraum ein zweites

äußeres Wandelement angrenzt, wobei das zweite äußere Wand ^¬ element des Gehäuses eine Membran aufweist, die bei Anordnung des Massenstromsensors in dem Fluid eine Transmission von Fluid in den Hohlraum oder aus dem Hohlraum ermöglicht.

Dies hat den Vorteil, dass, abhangig von den Temperaturverhaltnissen am Massenstromsensor und damit den Druckverhaltnissen in dem Hohlraum, Fluid in den Hohlraum auf der Ruckseite des Sensorelements einströmen oder Fluid aus dem Hohl- räum ausströmen kann. Damit kann eine mechanische Belastung des Sensorelements durch Druckschwankungen in dem Hohlraum klein gehalten werden. Damit kann das Sensorelement fest in das Gehäuse eingegossen werden, ohne dass mechanische Span ^¬ nungen am Sensorelement auftreten. Das Eingießen des Sensor- elements in das Gehäuse ermöglicht wiederum eine sehr gute Anstromung des Sensorelements.

In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform ist das Sensorelement im wesentlichen flachenformig ausgebildet und weist eine FIa- chennormale auf, die im wesentlichen senkrecht zu einer

Hauptstromungsrichtung des Fluids angeordnet ist, und die Membran ist auf einer dem Sensorelement gegenüberliegenden Seite des Gehäuses angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass das zweite äußere Wandelement des Gehäuses und damit die Membran im Wesentlichen parallel zur Hauptstromungsrichtung des Fluids ausgerichtet sind und damit eine Anlagerung von Schmutzpartikeln auf der Membran vermieden werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform ist die Memb- ran mikroporös. Dies hat den Vorteil, dass die Membran für

Gase, insbesondere Luft, durchlassig ist, ohne dass Partikel wie Staub oder Wassertropfchen in den Hohlraum gelangen können .

In einer weiteren, vorteilhaften Ausfuhrungsform ist die

Membran aus einem Material gebildet ist, das Polytetrafluor- ethylen aufweist. Dies hat den Vorteil, dass die Membran als

mikroporöse Membran ausgebildet und damit für Gase, insbeson ^¬ dere Luft, durchlassig ist, für Staub oder Wassertropfchen aber undurchlässig ist. Damit kann eine Verschmutzung des Hohlraums mit Partikeln vermieden werden. Des Weiteren ist Polytetrafluorethylen resistent gegenüber Sauren, Ol, Benzin und Bremsflüssigkeit.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen naher erläutert. Es zei- gen:

Figur 1 eine Aufsicht auf einen in einem Kanal angeordneten Massenstromsensor, und

Figur 2 eine Schnittansicht des Massenstromsensors entlang der Linie II-II' der Figur 1.

Die Figuren zeigen einen Massenstromsensor 10, der in einem Kanal 12 angeordnet ist. Stromaufwärts des Massenstromsensors 10 ist ein Einlasskanal 14, stromabwärts des Massenstromsen ^¬ sors 10 ein Auslasskanal 16 angeordnet. Der Einlasskanal 14 und der Auslasskanal 16 sind Bestandteile des Kanals 12. Der Kanal 12 weist eine Innenwand 18 auf. In dem Kanal 12 strömt ein Fluid in einer Hauptstromungsrichtung S.

Der Massenstromsensor 10 hat mindestens ein Sensorelement 30. Das Sensorelement 30 ist ausgebildet zum Erfassen einer cha ^¬ rakteristischen Große für den Massenstrom des Fluids. Bei dem Fluid handelt es sich in der Regel um ein Gas, in das gegebe- nenfalls auch Partikel in fester oder flussiger Form, wie beispielsweise Staub oder Wassertropfen eingebettet sein kön ^¬ nen .

Das Sensorelement 30 weist vorzugsweise Temperaturfühler auf.

Ferner ist dem Massenstromsensor 10 ein Temperatursensor zugeordnet, der zum Erfassen der Temperatur des in dem Kanal 12 stromenden Fluids vorgesehen ist.

Der Massenstromsensor 10 umfasst ferner eine Signalverarbei ^¬ tungselektronik 22, die zum Aufbereiten des Messsignals des Sensorelements 10 ausgebildet ist und elektrische Kontakte 24 aufweist. Der Massenstromsensor 10 ist über Zuleitungen 20, die elektrisch mit den Kontakten 24 der Signalverarbeitungs- elektronik 22 gekoppelt ist, mit einer Spannungsquelle und einer Auswerteeinheit verbunden.

Figur 2 zeigt den in dem Kanal 12 angeordneten Massenstromsensor 10 in einer Schnittansicht. Der Massenstromsensor 10 hat ein Gehäuse 26 mit einem ersten äußeren Wandelement 27 und einem dem ersten äußeren Wandelement 27 gegenüberliegenden zweiten äußeren Wandelement 28. Das erste äußere Wandele ^¬ ment 27 des Massenstromsensors 10 wird durch das Sensorele ^¬ ment 30 gebildet. Das Sensorelement 30 ist flachenformig aus- gebildet und hat eine Flachennormale N, die senkrecht zu der Hauptstromungsrichtung S des Fluids angeordnet ist.

Das zweite äußere Wandelement 28 ist derart von dem Sensor ^¬ element 30 beanstandet, dass zwischen dem zweiten äußeren Wandelement 28 und dem Sensorelement 30 ein Hohlraum 36 aus ^¬ gebildet ist.

Das zweite äußere Wandelement 28 des Gehäuses 26 weist weiter eine Membran 34 mit einer äußeren Oberflache 35 auf. Da die Membran 34 dem Sensorelement 30 gegenüberliegt, und die Fla ^¬ chennormale N des Sensorelements 30 senkrecht zu der Haupt ^¬ stromungsrichtung S des Fluids angeordnet ist, ist die Memb ^¬ ran im Wesentlichen parallel zu der Hauptstromungsrichtung S des Fluids angeordnet. In dem Fluid mitgefuhrte Partikel strömen damit im Wesentlichen parallel zu der äußeren Oberflache 35 der Membran 34, wodurch einen Ablagerung der Parti-

kel auf der äußeren Oberflache 35 der Membran 34 weitgehend vermieden werden kann.

Die Membran 34 weist vorzugsweise eine Dicke von zirka 0,5 mm auf, und ist vorzugsweise aus einem Material gebildet, das mikroporös ist. Besonders bevorzugt ist, wenn die Membran aus einem Material gebildet ist, das Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweist. Die Membran 34 ermöglicht, dass Fluid von dem Kanal 12 in den Hohlraum 36 oder aus dem Hohlraum 36 in den Kanal 12 gelangen kann, ohne dass Partikel in den Hohlraum 36 eindringen können.

Im Folgenden soll die Funktionsweise des Massenstromsensors 10 im Detail dargestellt werden:

Fluid strömt in einer Hauptstromungsrichtung S durch den Kanal 12. Das auf einem Messabschnitt 32 des Sensorelements 30 angeordnete Heizelement heizt das Fluid auf und die für die Beheizung des Heizelements erforderliche elektrische Leistung kann bestimmt werden. Des Weiteren werden auf dem Messabschnitt 32 die Temperaturen des Fluidstroms vor und nach dem Heizelement erfasst. Aus der auf dem Messabschnitt 32 des Sensorelements 30 für die Beheizung des Heizelements bestimm ^¬ ten elektrischen Leistung und den Temperaturen des Fluid- Stroms vor und nach dem Heizelement kann der Massenstrom des Fluids durch den Kanal 12 bestimmt werden.

Durch das Aufheizen des Sensorelements 30 kann das in den Hohlraum 36 befindliche Fluid erhitzt beziehungsweise abge- kühlt werden. Dabei kommt es zu änderungen des Hohlraums 36 und in der Folge zu Druckschwankungen in dem Hohlraum 36. Durch die Ausbildung der Membran 34 als luftdurchlässige Membran kann erreicht werden, dass beim Aufheizen des Sensorelements 30 in dem Hohlraum 36 erwärmtes Fluid über die Memb- ran 34 aus diesem entweichen kann. Beim Abkühlen des Sensorelements 30 und in der Folge beim Abkühlen des Fluids in dem Hohlraum 36 kann Fluid über die Membran 34 in den Hohlraum 36

nachstromen, so dass der Druck in dem Hohlraum 36 im Wesentlichen konstant bleibt.

Durch den über die Membran 34 möglichen Druckausgleich in dem Hohlraum 36 kann das Sensorelement 30 vollständig dicht in das Gehäuse 26 eingegossen werden, ohne dass es zu mechanischen Spannungen an dem Sensorelement 30 kommt. Das Eingießen des Sensorelements 30 ermöglicht eine sehr gute Anstromung des Sensorelements 30 durch das Fluid. Des Weiteren kann ver- mieden, dass sich Schmutzpartikel, zum Beispiel Staub, in

Offnungen der Membran 34 ablagern. Damit kann das Einstromen und Ausstromen von Fluid in den Hohlraum 36 beziehungsweise aus dem Hohlraum 36 sichergestellt werden.

Durch die Ausbildung der Membran 34 aus Polytetrafluorethylen (PTFE) kann eine Resistenz der Membran 34 gegen Ol, Benzin und Bremsflüssigkeit erreicht werden. Darüber hinaus ist eine Membran 34 aus diesem Material gut dazu geeignet, in dem Ge ^¬ häuse 26 vergossen zu werden.