Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Temperatur eines an einem Messfühler vorbeiströmenden Gases

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung eines Temperatur eines an einem Messfühler vorbeiströmenden Gases, auf eine entsprechende Vorrichtung sowie auf ein entsprechendes

Computerprogrammprodukt.

Ein Luft- oder Messfühler (wie er beispielsweise mit der Abkürzung Tlf im Weiteren bezeichnet wird) hat die primäre Aufgabe, die Temperatur eines Sensorchips zu messen und damit die Übertemperatur der Luftfühlermembran zu steuern. Die Chiptemperatur ist dabei in hohem Maß von der Temperatur der durch- oder überströmenden Luft abhängig. Deshalb liegt eine Verwendung eines solchen Elementes auch als Lufttemperaturfühler nahe. Allerdings erfüllt ein solcher Sensor nicht unbedingt die Anforderungen an eine

Ansauglufttemperaturmessung, wie sie beispielsweise für die Messung einer Temperatur einer von einem Verbrennungsmotor angesaugten Luft verwendbar ist. Die Ursachen dafür liegen an der engen thermischen Ankopplung des Sensors an das Steckfühlergehäuse und an der hohen thermischen

Zeitkonstante des Gehäuses und des Sensorchips.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung eines Temperatur eines an einem Messfühler vorbeiströmenden Gases, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines an einem Messfühler vorbeiströmenden Gases, wobei der

Messfühler in oder an einem Gehäuse angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritten aufweist:

Einlesen eines Messfühlersignals und eines Gehäusesignals, wobei das Messfühlersignal eine Temperatur des Messfühlers repräsentiert und das Gehäusesignal eine Temperatur des Gehäuses repräsentiert; und

Ermitteln der Temperatur des Gases unter Verwendung des

Messfühlersignals, des Gehäusesignals und eines von einem Material und/oder einer Form des Gehäuses abhängigen (beispielsweise) vorbekannten thermischen Widerstand des Gehäuses.

Ferner schafft der hier vorgestellte Ansatz eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Temperatur eines an einem Messfühler vorbeiströmenden Gases, wobei der Messfühler in oder an einem Gehäuse angeordnet ist, wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist:

- eine Schnittstelle zum Einlesen eines Messfühlersignals und eines

Gehäusesignals, wobei das Messfühlersignal eine Temperatur des

Messfühlers repräsentiert und das Gehäusesignal eine Temperatur des Gehäuses repräsentiert; und

eine Einheit zum Ermitteln der Temperatur des Gases unter Verwendung des Messfühlersignals, des Gehäusesignals und eines von einem Material und/oder einer Form des Gehäuses abhängigen (beispielsweise) vorbekannten thermischen Widerstand des Gehäuses.

Die vorliegende Erfindung schafft somit eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden

Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese

Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte

Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem

Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem

Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.

Unter einem Messfühler kann ein Sensor, insbesondere ein Temperatursensor oder allgemein ein Sensor verstanden werden, der ein Messfühlersignal bereitstellt, welches eine Temperatur an einer Messfläche oder Oberfläche des

Messfühlers repräsentiert. Unter einem Gehäusesignal kann ein Signal verstanden werden, welches von einem Temperatursensor bereitgestellt wird, der eine Temperatur des Gehäuses misst, in oder an welchem der Messfühler angeordnet oder befestigt ist. Unter einem thermischen Widerstand kann ein (thermischer) Widerstand zwischen dem Messfühler und dem das Gehäusesignal bereitstellenden Temperatursensor verstanden werden, der eine Ausbreitung von Wärme in einem Material be- oder verhindert. Hierzu kann das Material in einer bestimmten Form oder Gestalt ausgebildet sein, die eine besonders ungünstige Weiterleitung von Wärme bewirkt, wie beispielsweise eine Verdünnung des Materials an einer gewissen Stelle im Gehäuse.

Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass durch die

Verwendung von zwei Temperatursensoren bzw. deren Signal sowie dem zwischen den beiden Temperatursensoren befindlichen thermischen Widerstand recht genau ein Wärmeverlauf oder eine Temperatur eines Gases, an einem der

Temperatursensoren erfasst werden kann. Hierbei kann ausgenutzt werden, dass bei einer Änderung der Temperatur an einem Temperatursensor, wie vorliegend dem Messfühler, ein Wärmestrom zum zweiten Temperatursensor, hier dem im Gehäuse oder an Gehäuse befindlichen Temperatursensor bestimmt und hieraus ein Rückschluss auf die Beaufschlagung des ersten

Temperatursensors (hier des Messfühlers) mit Wärme gezogen werden kann.

Der hier vorgestellte Ansatz bietet den Vorteil, dass nun eine Temperatur eines Gases mit technisch sehr einfachen und kostengünstigen Mitteln relativ präzise bestimmt werden kann. Hier können beispielsweise bereits vorhandene

Sensoren verwendet und deren Signal geschickt weiterverwendet werden.

Hierdurch bietet sich der Vorteil, dass durch Kenntnis der Temperatur des Gases beispielsweise auch weiteren Parameter deutlich genauer bestimmt werden können, um beispielsweise eine Steuerung eines Verbrennungsmotors deutlich zu verbessern.

Besonders günstig ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der im Schritt des Ermitteins die Temperatur unter Verwendung eines thermischen Widerstandes des am Messfühler vorbeiströmenden Gases ermittelt wird, wobei insbesondere der thermische Widerstand durch einen Wärmeübergang von einem Gas überströmten Festkörper gebildet wird. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer besonders präzisen und genauen Bestimmung der Temperatur des Gases, da nun durch Kenntnis eines weiteren Parameters im Wärmestrom zwischen dem Gas über den ersten Temperatursensor bzw. dem zweiten Temperatursensor ein sehr präziser Rückschluss auf die tatsächliche Temperatur des am Messfühler

vorbeiströmenden Gases gezogen werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Schritt des Ermitteins die Temperatur des Gases unter Verwendung des thermischen Widerstandes ermittelt, der von einem Strömungsparameter des am

Messfühler vorbeiströmenden Gases, insbesondere der Geschwindigkeit des am Messfühler vorbeiströmenden Gases abhängig ist. Dabei kann im Schritt des Einlesens der Strömungsparameter des am Messfühler vorbeiströmenden Gases eingelesen werden und im Schritt des Ermitteins die Temperatur des Gases in Abhängigkeit von dem Strömungsparameter ermittelt werden. Eine solche

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil einer besonders präzisen Bestimmung des thermischen Widerstands des am Messfühler vorbeiströmenden Gases, wodurch auch eine besonders präzise

Temperaturmessung des am Messfühler vorbeiströmenden Gases möglich wird.

Günstig ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der im Schritt des Ermitteins die Temperatur des Gases unter Verwendung eines empirisch ermittelten Temperaturoffsets am Messfühler) ermittelt wird, insbesondere wobei der Temperaturoffset abhängig von einer Luftmasse und/oder einer Temperatur des Messfühlers ist. Eine solche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil, dass bei der Ermittlung des Temperaturoffsets am Messfühler auch ein genauer Rückschluss auf die von der Luftmasse abhängige thermische Trägheit (Zeitkonstante) des Messfühlers gezogen werden kann.

Um ein sehr schnell einschwingendes Messsystem zu realisieren, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schritt des Ermitteins das Messfühlersignal von einer Weiterverarbeitung gefiltert werden, insbesondere Hochpass-gefiltert werden.

Technisch besonders einfach umgesetzt werden kann ein solches schnell einschwingendes Messsystem dann, wenn im Schritt des Ermitteins das

Messfühlersignal differenziert wird, um ein differenziertes Messfühlersignal zu erhalten, wobei die Temperatur des Gases auf der Basis eines Summensignals aus einer Summe des Messfühlersignals und des differenzierten

Messfühlersignals ermittelt wird. Dabei wird die Zeitkonstante des Hochpasses so dimensioniert, dass sie nicht kleiner ist, als die von der Luftmasse abhängigen Zeitkonstante des gefilterten Temperatursignals Tlf. Damit wird sichergestellt, dass das System bei Temperaturwechseln aperiodisch einschwingt. Deshalb sollte die Zeitkonstante abhängig von der Luftmasse verändert werden.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei das Messfühlersignal oder ein hiervon abgeleitetes Signal rekursiv verwendet bzw. differenziert werden. Insbesondere kann gemäß einer solchen

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schritt des Ermitteins das Summensignal differenziert werden, um ein differenziertes Summensignal zu erhalten, und wobei die Temperatur des Gases zumindest auf der Basis eines weiteren Summensignals aus einer Summe des Summensignals und des differenzierten Summensignals ermittelt wird.

Besonders präzise kann die Temperatur des Gases bestimmt werden, wenn auf thermische Materialparameter von Bestandteilen des am Messfühler

vorbeiströmenden Gases zurückgegriffen werden kann. Insofern kann gemäß einer besonders günstigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schritt des Ermitteins die Temperatur des Gases unter Verwendung einer Information über eine Zusammensetzung oder zumindest einen Bestandteil des Gases ermittelt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs, in dem ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Temperatur eines an einem Messfühler vorbeiströmenden Gases verwendet wird;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Thermosensors mit einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Temperatur eines an einem Messfühler vorbeiströmenden Gases;

Fig. 3 eine Darstellung eines Thermosensors zur Verwendung im

Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4A ein Ersatzschaltbild zur Erläuterung des Verlaufes eines Wärmestroms gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

. 4B ein Diagramm zur Darstellung der Temperaturverläufe an

unterschiedlichen Positionen eines Thermosensors zur Verwendung einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ein Blockschaltbild von unterschiedlichen Verarbeitungsmodulen zur Implementierung des hier vorgeschlagenen Ansatzes; Fig. 6 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Filterung des Messfühlersignals zur Verbesserung des Einschwingverhaltens eines hier vorgestellten Messsystems; Fig. 7A ein Diagramm zur Erläuterung der Temperaturverläufe bei Anwendung eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Verfahrens zur Bestimmung der Temperatur eines Gases;

Fig. 7B ein weiteres Diagramm zur Erläuterung der Temperaturverläufe bei Anwendung eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten

Verfahrens zur Bestimmung der Temperatur eines Gases; und

Fig. 8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren

dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche

Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs 100, in dem ein

Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 10 zur Bestimmung einer (tatsächlichen) Temperatur Tans eines an einem Messfühler 120 vorbeiströmenden Gases 130 verwendet wird. Der Messfühler 120 ist dabei in einem Luftansaugkanal 135 einer Ansaugluft (als Gas) für einen Verbrennungsmotor 140 des Fahrzeugs 100 angeordnet. Der Messfühler 120 liefert ein Messfühlersignal 145 an eine

Schnittstelle 150 der Vorrichtung 1 10, wobei dieses Messfühlersignal 145 eine Temperatur des Messfühlers 120 selbst repräsentiert, der von dem Gas 130 umströmt wird. Weiterhin ist der Messfühler 120 an einem Gehäuse 155 befestigt, wobei ferner ein Gehäusesensor 160 vorgesehen ist, der eine

Temperatur des Gehäuses 155 erfasst und ein diese Temperatur des Gehäuses 155 repräsentierendes Gehäusesignal 165 ausgibt. Das Gehäuse 155 wird von Motor und elektrischer Verlustleistung der Sensorelektronik erwärmt und kann zumindest teilweise von dem Gas 130 umströmt und somit ebenfalls durch das

Gas 130 erwärmt oder gekühlt werden. Das Gehäusesignal 165 wird ebenfalls über die Schnittstelle 150 der Vorrichtung 1 10 zum Bestimmen der Temperatur eingelesen. Der Messfühler 120 und der Gehäusesensor 160 sowie das zugehörige Gehäuse 155 können als Thermosensor 167 Bestandteil von einem weiteren Sensor sein, der beispielsweise einen oder mehrere Parameter der Ansaugluft bzw. des Gases 130 misst, wie zum Beispiel die Menge oder die

Geschwindigkeit des Gases 130, welches durch den Ansaugkanal 135 strömt.

Die von der Schnittstelle 150 eingelesen werden Signale, d. h. das

Messfühlersignal 145 und das Gehäusesignal 165 werden einer Einheit zum Ermitteln 170 zugeführt, die unter Verwendung des Messfühlersignals 145 und des Gehäusesignals 165 die Temperatur des Gases 130 (hier der Ansaugluft) bestimmt, d. h. errechnet und als entsprechendes Signal TansR ausgegeben. Dieses Signal, welches diese Temperatur Tans des Gases 130 repräsentiert, wird nun einer Motorsteuereinheit 175 zugeführt, welche beispielsweise eine gewünschte Veränderung des den Verbrennungsmotor 140 zuzuführenden Kraftstoffgemischs oder eine veränderte Einspritzmenge von Kraftstoff in einen oder mehrere Komponenten des Verbrennungsmotors 140 ermittelt. Diese Veränderung des dem Verbrennungsmotor 140 zuzuführenden

Kraftstoffgemischs oder veränderten Einspritzungsmenge von Kraftstoff in einen oder mehrere Komponenten des Verbrennungsmotors 140 kann nun über ein entsprechendes Steuersignal 180 von der Motorsteuereinheit 175 an den Verbrennungsmotor 140 übertragen werden. Hierdurch kann der

Verbrennungsmotor 140 gesteuert oder geregelt werden. Auf diese Weise kann eine optimale Wirkungsweise bzw. Kraftstoffausnutzung durch den

Verbrennungsmotor 140 erreicht werden.

Die thermische Kopplung des Messfühlers 120 mit dem Gehäuse 155 führt zu einem thermischen Temperaturteiler, dessen Teilerverhältnis sich abhängig von der Luftgeschwindigkeit ändert, sodass das Ergebnis der Tans-Messung (Tans = Ansauglufttemperatur) sich mit der Luftmasse und mit der Differenz zwischen

Gehäusetemperatur Tgeh (Tgeh = Gehäusetemperatur) und Tans ändert. Das führt insbesondere bei kleinen Luftmassen und großen Temperaturunterschieden zwischen Tans und Tgeh zu nicht tolerierbaren Abweichungen, die erst wieder abklingen, wenn Tgeh sich Tans angepasst hat. Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Thermosensors 167 mit dem Ansaugluftkanal 135, dem Messfühler 120 sowie der Vorrichtung 1 10 zum Bestimmen der Temperatur des Gases 130. Der Gehäusesensor 160 ist in der Fig. 2 nicht explizit dargestellt. Er befindet sich im ASIC TLF100 in der Mitte der Leiterplatte.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Luftmassensensors 167 mit dem Messfühler 120. Dabei ist erkennbar, dass der Messfühler 120 sich außerhalb des Gehäuses 155 auf einem Trägerelement 310 befindet und in den Strom der Ansaugluft 130 hineinragt. Der Luftmassensensor 167 weist eine beheizte Membran 320 auf, um Luftmassen-Messungen in unterschiedlichen

Temperaturszenarien zu ermöglichen und somit möglicherweise entstandene Messfehler kompensieren zu können. Weiterhin weist der Messfühler 120 einen temperaturabhängigen Widerstand Rlf auf, der einen Wärmestrom oder einen zeitlichen Erwärmungsverlauf des Messfühlers 120 bei einer

Temperaturänderung des am Messfühler vorbeiströmenden Gases 130 erfasst.

Auf einer dem Messfühler 120 gegenüberliegenden Seite ist das Trägerelement 310 im Gehäuse 155 flächig verklebt, sodass der Messfühler 120 eine thermische Anbindung an das Gehäuse 155 aufweist.

Fig. 4 zeigt in den Teilfiguren 4A und 4B eine schematische Darstellung der Vorgehensweise zur Bestimmung der Temperatur des Gases. Dabei ist in der Fig. 4A ein Weg eines Wärmestroms vom Gas 130 am Messfühler 120 vorbei in das Gehäuse 155 schematisch wiedergegeben. Auf der linken Seite der Fig. 4A ist das Gas 130 mit der Temperatur Tans dargestellt, welche in einem

Wärmestrom über einen thermischen Widerstand Rans (der von

unterschiedlichen Parametern Pm abhängig sein kann) zum Messfühler 120 geführt wird, der die Temperatur TlfR aufweist. Vom Messfühler 120 fließt dann ein Wärmestrom über den thermischen Wiederstand Rg des Gehäuses zum Gehäusesensor 160, der eine Temperatur TgR misst.

Die Temperatur Tans lässt sich dann unter Ausnutzung des folgenden

Zusammenhangs ermittelt:

Tans = TfIR + (TfIR - TgR) ^* FR - Pm ^* Rans, oder

Tans = TfIR + (TfIR - TgR) ^* FR - Pm ^* Rg ^* FR,

wobei

FR = Rans(LM, Tans) /Rg

Pm= f(LM, Tlf) und dTm = Pm ^* Rg ^* FR = Pm ^* Tans (wobei dTm der Temperaturoffset und FR das Teilerverhältnis des Temperaturteilers darstellt) gilt.

LM ist die Luftmasse in [kg/h], die vom Motor angesaugt wird und die durch den Sensor CMF gemessen wird. Dazu wird eine Membran (Si-Oxid 2μηι dick) geheizt. Die Abkühlung durch die bewegte Luft verstimmt das Temperaturprofil der Membran und damit eine auf der Membran befindliche Widerstandsbrücke aus temperaturabhängigen Widerständen. Die Brückspannung wird als

Luftmassensignal ausgewertet.

Pm ist die Heizleistung (Wärmeleistung), welche von der Membran auf den CMF- Chip (Si: 0,4 mm dick) fließt und beim Luftsensor RIf einen Temperaturoffset dTm erzeugt, welcher sich dem Temperaturteiler überlagert. Deshalb muss dieser

Offest bei der Rechnung von TansR abgezogen werden. Erst ohne diesen Einfluss lässt sich die Rückrechnung mit dem thermischen Teiler ausführen. Der typische dTm wird empirisch durch Messung ermittelt und bei Bedarf durch Messung elektrischer Kennwerte teilespezifisch korrigiert.

Dabei sollte die ermittelte Temperatur des Gases TansR recht genau der tatsächlichen Temperatur des Gases entsprechen.

Dabei definiert die Tans die Ansauglufttemperatur (so wie sie wirklich ist) und TansR die berechnete Ansauglufttemperatur (das Ergebnis unserer Auswertung), R steht hierbei für Rechnung. Fig. 4B zeigt einen Temperaturverlauf über die Zeit bei einem Temperaturabfall zwischen der Gehäusetemperatur Tg und der (sich abgekühlten)

Ansauglufttemperatur Tans. Dabei ist ersichtlich, dass Gehäusetemperatur Tg recht träge sich einem Niveau der Ansauglufttemperatur Tans annähert und durch die räumliche Nähe des Messfühlers 120 zum Gehäuse die Temperatur des Messfühlers Tlf ebenfalls recht träge dem Temperatursturz der Ansaugluft folgt. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorgehensweise zur

Bestimmung der Temperatur TansR des Gases. Zunächst wird in einem ersten Verarbeitungsmodul 510 eine Kalibrierung des Messfühlers des bzw.

Temperaturwertes des Messfühlers unter Verwendung der Variablen B1 und M1 vorgenommen. Mx ist die Steigungskorrektur und Bx die Offsetkorrektur der Temperaturmessungen. Hieran anschließend wird ein zweites

Verarbeitungsmodul 515 ausgeführt, in dem eine Tiefpassfilterung des vom Messfühler 120 gelieferte Signal (Messfühlersignal 145, Tlf) durchgeführt wird. Hieran anschließend wird das Tiefpass-gefilterte Messfühlersignal TfITP in einem weiteren Verarbeitungsmodul 520 einer ersten Hochpassfilterung unterzogen (wobei diese erste Hochpassfilterung von den Parametern LM und Tfl abhängig ist) und hierauf folgend einer zweiten Tiefpassfilterung in einem weiteren

Verarbeitungsmodul 525 unterzogen, wobei diese zweiten Hochpassfilterung ebenfalls von den Parametern LM und Tfl abhängig ist. Das hieraus resultierende Signal wird als TflHP2 der Einheit zum, Ermitteln 170 zur Verfügung gestellt.

In einen zweiten Verarbeitungszweig wird zunächst in einem ersten

Verarbeitungsmodul 530 eine Kalibrierung des Gehäusesensors 160 bzw. des Gehäusesignals 165 oder Tg vorgenommen, worauf in einem anschließenden Verarbeitungsmodul 535 eine Tiefpassfilterung des Gehäusesignals Tg zu einem Signal TgTP und in einem weiteren Verarbeitungsmodul 540 eine Korrektur des

Tiefpass-gefilterten Gehäusesignals TgTP zu einem korrigierten Gehäusesignal TgK unter Berücksichtigung der Variablen LM, Uh und Tfl erfolgt. Das korrigierten Gehäusesignal TgK wird nun ebenfalls zur Bestimmugn der Temperatur TansR des Gases verwendet, beispielsweise unter Einsatz des in der Einheit 170 angegebenen Zusammenhangs. Hierzu werden von der Einheit 170 ein Wert FR gemäß der vorstehenden Beschreibung aus einer FR-Bestimmungseinheit 545 und ein Wert dTm aus einer dTm-Bestimmungseinheit 150 verwendet. Die Variable dTm bezeichnet hierbei. dTm ist der von Pm verursachte

Temperaturoffset von TLf.

Der hier vorgeschlagene Ansatz hat das Ziel, den Einfluss der

Gehäusetemperatur und die Einschwingzeitkonstante bei Temperaturwechseln von Tans zu kompensieren. Dies soll durch eine statische und dynamische Kompensation eines den Messfühler umfassenden Luftfühlersignals erreicht werden.

Der hier eingesetzte Temperatursensor wird zusammen mit einer dynamischen Kompensation (Flankenversteilerung) mit einer konstanten Zeitkonstanten eingesetzt.

Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, den Gehäusetemperatureinfluss und die Einschwingzeitkonstante bei

Temperaturwechseln von Tans zu kompensieren. Als Ergebnis steht ein Lufttemperatursignal TansR, dessen Einschwingzeit auf 1/3 bis 1/4 reduziert ist, und das im eingeschwungenen Zustand unabhängig von der

Temperaturdifferenz dT=Tgeh-Tans den Wert von Tans anzeigt. Die

Kompensation wird über Luftmasse und Tans angepasst.

Um einen Temperaturteiler zu kompensieren, sollte daher die

Gehäusetemperatur erfasst werden. Das wird im hier vorgestellten

Thermosensor 167 durch hier eine im Auswerte-IC 170 integrierte

Temperaturerfassungseinheit bzw. Temperaturbestimmungseinheit umgesetzt. Dabei wird ein analoges Temperatursignal (hier die Siliziumtemperatur des Messfühlers 120) digitalisiert, und im Abgleichprozess kalibriert. Das kalibrierte Signal repräsentiert die Gehäusetemperatur und wird einem Prozessor (DSP) 170 zur weiteren Verrechnung zugeführt. Somit ergibt sich ein Temperaturteiler aus

Tans— > Rtans— > Tlf— > Rgeh— > Tgeh

Rgeh ist der resultierende thermische Widerstand zwischen der

Temperaturmessstelle Tlf und der Temperaturmessstelle Tgeh. Der Wert von Rgeh wird durch den mechanischen Aufbau (Form und Material) bestimmt. Rtans ist der thermische Widerstand zwischen Tans und der ebenfalls digitalisierten und kalibrierten Temperaturmessstelle Tlf. Rtans wird durch die

Luftgeschwindigkeit und dem Strömungsverhalten an der CMF-Oberfläche und durch die Stoffwerte (Tans-abhängig) der Luft bestimmt. Sind Rtans, Rgeh, Tgeh und Tlf bekannt, lässt sich der Temperaturteiler nach Tans auflösen. Allerdings wird der Teiler durch den Wärmeeintrag der beheizten Luftmassenmessmembran gestört. Das sollte bei der Berechnung von TansR berücksichtigt werden. Der Wärmeeintrag ist abhängig von der Luftmasse (Luftgeschwindigkeit), von der Tlf- gesteuerten Membrantemperatur und von der Dicke der Membran.

Die Kompensation des Temperaturteilers führt bei perfekter Anpassung der Korrekturparameter zu einem korrekten TansR im eingeschwungenen Zustand. Die Dauer des Einschwingvorgangs bei einem Temperaturwechsel der Luft, hängt jedoch von der thermischen Zeitkonstante des Tlf-Signals (CMF-Chip) ab.

Möchte man ein schnelleres TansR, kann dies durch eine Filterschaltung erreicht werden (Flankenversteilerung im Thermosensor 167). Dazu wird (entsprechend der Darstellung aus dem Blockschaltbild der Fig. 1 ) rechnerisch Tlf differenziert (Hochpass) und das Ergebnis zu Tlf addiert. Dieser Vorgang kann mehrstufig wiederholt werden, wie es in der Fig. 6 bei einmaliger Wiederholung dargestellt ist. Um ein Überschwingen zu vermeiden, sollte die Zeitkonstante jedes

Hochpasses an die Zeitkonstante der vorherigen Stufe angepasst werden. Der Haupteinfluss dieser Anpassung ist die Luftmasse (Luftgeschwindigkeit Rtans). Fig. 7A zeigt ein Diagramm eines Lufttemperaturwechsels von 80 °C auf 22 °C bei einer am Messfühler vorbeiströmenden Ansaugluftmenge von 120 kg/h, wobei auf der Abszisse die Zeit und auf der Ordinate die Temperatur sowie Kurven dargestellt sind, und als Messkurven ein Temperaturverlauf der

Gehäusetemperatur Tgeh, ein Temperaturverlauf der Temperatur Tlf des Messfühlers und ein tatsächlicher Temperaturverlauf der Temperatur Tans der

Ansaugluft dargestellt ist. Dabei ist weiterhin in der Fig. 7A eine Kurve eingezeichnet, die die mit dem hier vorgestellten Ansatz ermittelten Temperatur TansR repräsentiert. Aus der Fig. 7A ist dabei ersichtlich, dass die mit dem hier vorgestellten Ansatz ermittelte Temperatur des Gases (d. h. hier der Ansaugluft) ein schnelles Einschwingverhalten aufweist, sodass die ermittelte Temperatur

TansR des Gases schnell einen sehr realitätsnahen Wert erreicht. In der Fig. 7B sind die gleichen Kurveverläufe wie in der Fig. 7A in einem gleichen Koordinatensystem aufgetragen, wobei nun die Kurven Mess- bzw. Ermittlungswerte bei einer am Messfühler vorbeiströmenden Ansaugluftmenge von 240 kg/h abbilden. Es ist ersichtlich, dass nun durch die größere am

Messfühler vorbeiströmende Luftmenge eine deutlich schnellere Angleichung der Mess- bzw. Ermittlungswerte an die reale Temperatur der Ansaugluft erfolgt.

Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800 zur Bestimmung einer Temperatur eines an einem Messfühler vorbeiströmenden Gases. Das Verfahren

800 weist einen Schritt 810 des Einlesens eines Messfühlersignals und eines Gehäusesignals auf, wobei das Messfühlersignal eine Temperatur des

Messfühlers repräsentiert und das Gehäusesignal eine Temperatur des

Gehäuses repräsentiert. Weiterhin umfasst das Verfahren 800 einen Schritt 820 des Ermitteins der Temperatur des Gases unter Verwendung des

Messfühlersignals, des Gehäusesignals und eines von einem Material und/oder einer Form des Gehäuses abhängigen vorbekannten thermischen Widerstand des Gehäuses. Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.

Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das

Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.