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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftstrommessvorrichtung mit einer Sensoranordnung, in der ein Dünnfilmsensor für die Strömungsmenge und eine Erkennungsschaltung enthalten sind.
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Eine Luftstrommessvorrichtung misst beispielsweise die Menge einer Ansaugluftströmung in einem Fahrzeugmotor. Die Luftstrommessvorrichtung enthält einen Strömungsmengensensor, einen Schaltungschip, in welchem eine Schaltung, die Eingänge und Ausgänge des Strömungsmengensensors steuert, eingebettet ist, eine AFM-(air flow meter)Anordnung mit einem Anschlussabschnitt, der elektrisch mit dem Schaltungschip verbunden ist, und einen Anschlussstiftabschnitt, der elektrisch mit dem Anschlussabschnitt der AFM-Anordnung verbunden ist, sowie elektrisch mit der Außenseite (zum Beispiel einer Motorsteuervorrichtung) über einen Kabelbaum verbunden ist.
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Weiterhin ist eine Luftstrommessvorrichtung bekannt, bei der zusätzlich zu dem Strömungsmengensensor ein Thermistor eingebettet ist.
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Eine herkömmliche Luftstrommessvorrichtung des Spulentyps mit einem Thermistor, wie sie z. B. in der
JP-A-2007-155533 entsprechend der
US-7,383,725 beschrieben ist, hat Anschlussstifte, welche entsprechend mit einem Zufuhranschluss, einem Ausgangsanschluss und einem GND-Anschluss (Masse) einer AFN-Anordnung sowie einem Ausgangsanschluss und einem GND-Anschluss eines Thermistors verbunden sind. Die Anzahl von Anschlussstiften beträgt somit fünf.
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Um den Aufwand und die Anzahl an Kabelbäumen zu verringern, ist es bevorzugt, wenn die Anzahl von Anschlussstiften minimiert wird. Es kann überlegt werden, zur Verringerung der Anzahl von Anschlussstiften von fünf auf vier den GND-Anschluss für die AFM-Anordnung und für den Thermistor zusammenzufassen. Jedoch ist bei einer Luftstrommessvorrichtung des Spulentyps der Energieverbrauch der AFM-Anordnung groß. Durch einen gemeinsamen GND-Anschluss für AFM-Anordnung und Thermistor kann somit das Problem auftreten, dass sich in der Erkennungsspannung des Thermistors ein Fehler ergibt. Das heißt, bei einer Luftstrommessvorrichtung vom Spulentyp ist es schwierig, die Anzahl von Anschlussstiften dadurch zu verringern, dass ein gemeinsamer GND vorgesehen wird.
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Im Gegensatz hierzu ist bei einer Luftstrommessvorrichtung des Siliziumchiptyps mit einem Strömungsmengensensor vom Dünnfilmtyp der Energieverbrauch der AFM-Anordnung gering. Somit kann für die AFM-Anordnung und den Thermistor ein gemeinsamer GND verwendet werden.
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Es kann somit gemäß den 5(a) und 5(b) die Anzahl von Anschlussstiften in einem Anschlussstiftabschnitt 101 auf vier verringert werden, das heißt, es liegen ein AFM-Versorgungs- oder -zufuhrstift 104, der mit einem Zufuhranschluss 103 einer AFM-Anordnung 102 verbunden ist, ein AFM-Ausgangsstift 107, der mit einem Ausgangsanschluss 106 der AFM-Anordnung 102 verbunden ist, ein GND-Stift 112, der mit einem GND-Anschluss 108 der AFM-Anordnung 102 und einem GND-Anschluss 111 eines Thermistors 110 verbunden ist, und ein Thermistorzufuhrstift 114 vor, der mit einem Zufuhr- oder Versorgungsanschluss 113 des Thermistors 110 verbunden ist.
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Jedoch muss bei einer Luftstrommessvorrichtung des herkömmlichen Siliziumchiptyps zur Rauschunterdrückung ein Kondensator zwischen den Zufuhranschluss 103 und den GND-Anschluss 108 geschaltet werden, und ein weiterer Kondensator muss zur Rauschunterdrückung zwischen dem GND-Anschluss 108 und dem Ausgangsanschluss 106 angeordnet werden. Somit sind gemäß 5(a) die Anschlüsse so angeordnet, dass der GND-Anschluss 108 zwischen dem Zufuhranschluss 103 und dem Ausgangsanschluss 106 liegt.
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Um somit den GND-Anschluss 108 der AFM-Anordnung 102 und den GND-Anschluss 111 des Thermistors 110 gemeinsam mit dem GND-Stift 112 zu verbinden, um GND gemeinsam zu benutzen, wird, da der GND-Stift 112 über den Versorgungsanschluss 103 geführt werden muss, wenn der Versorgungsanschluss 103 am Endabschnitt der Anschlüsse der AFM-Anordnung 102 liegt, die Auslegung des Anschlussstiftabschnitts 101 kompliziert, wie in 5(b) gezeigt.
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Mit Blick auf die obige Problematik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Luftstrommessvorrichtung des Siliziumchiptyps zu schaffen, bei der die Anzahl von Anschlussstiften auf vier verringert ist, ohne dass das Layout oder die Auslegung des Anschlussstiftabschnitts kompliziert wird.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine erfindungsgemäße Luftstrommessvorrichtung einen Strömungsmengensensor vom Dünnfilmtyp mit einem Dünnfilmwiderstandselement auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats, einen Schaltungschip, in welchem eine Schaltung oder ein Schaltkreis eingebettet ist, der Eingang und Ausgang des Dünnfilmströmungsmengensensors steuern kann, eine Sensoranordnung mit einem Anschlussabschnitt, der elektrisch mit dem Schaltungschip verbunden ist, und einen Anschlussstiftabschnitt auf, der elektrisch mit dem Anschlussabschnitt verbunden ist und elektrisch mit einer Außenseite verbunden ist. Der Anschlussabschnitt enthält einen Ausgangsanschluss, der sich vom Schaltungschip aus erstreckt, einen Zufuhr- oder Versorgungsanschluss für die Sensoranordnung, einen Einstell- oder Justieranschluss, der die Schaltung in dem Schaltungschip einzustellen vermag, einen ersten GND-Anschluss und einen zweiten GND-Anschluss. Der erste GND-Anschluss und der zweite GND-Anschluss sind in der Sensoranordnung elektrisch miteinander verbunden und mit einer GND-Verdrahtung des Schaltungschips verbunden. Der erste GND-Anschluss liegt zwischen dem Ausgangsanschluss und dem Zufuhranschluss, und der zweite GND-Anschluss ist an einem seitlichen Endabschnitt des Anschlussabschnitts angeordnet.
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Zwei GND-Anschlüsse vom Schaltungschip (d. h. der erste GND-Anschluss und der zweite GND-Anschluss) werden verwendet, und einer der beiden GND-Anschlüsse (d. h. der zweite GND-Anschluss) befindet sich am Endabschnitt des Anschlussabschnitts. Somit kann ein Anschluss mit dem einen GND-Anschluss verbunden werden, ohne dass er (brückenartig) über die anderen Anschlüsse geführt werden muss.
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Der erste GND-Anschluss und der zweite GND-Anschluss sind mit der GND-Verdrahtung des Schaltungschips verbunden. Wenn somit der Thermistor in der Luftstrommessvorrichtung eingebettet ist, kann, wenn GND des Thermistors mit dem zweiten GND-Anschluss verbunden ist, der sich am Endabschnitt des Anschlussabschnitts befindet, und der erste GND-Anschluss mit einem GND-Stift des Anschlussstifts verbunden ist, GND problemlos für den Thermistor und die Sensoranordnung gemeinsam verwendet werden.
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Die Anzahl von Anschlussstiften in dem Anschlussstiftabschnitt kann somit problemlos auf vier verringert werden, d. h. auf einen Sensoranordnungszufuhr- oder Versorgungsstift, der mit dem Zufuhranschluss der Sensoranordnung verbunden ist, einen Ausgangsstift, der mit einem Ausgangsanschluss der Sensoranordnung verbunden ist, einen GND-Stift, der mit den GND-Anschlüssen der Sensoranordnung und einem GND-Anschluss des Thermistors verbunden ist, und einen Thermistorzufuhrstift oder Thermistorversorgungsstift, der mit einem Zufuhranschluss des Thermistors verbunden ist, so dass die Anzahl von Kabelbäumen, welche mit dem Anschlussstiftabschnitt zu verbinden sind, ebenfalls verringert werden kann.
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Weiterhin liegt der erste GND-Anschluss zwischen dem Ausgangsanschluss und dem Zufuhranschluss. Durch Anordnen eines Kondensators zwischen dem Zufuhranschluss und dem ersten GND-Anschluss und eines weiteren Kondensators zwischen dem ersten GND-Anschluss und dem Ausgangsanschluss kann somit in üblicher Vorgehensweise Störrauschen unterdrückt werden.
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Weiterhin enthält der Anschlussstiftabschnitt den Ausgangsstift, der mit dem Ausgangsanschluss verbunden ist, den Zufuhrstift, der mit dem Zufuhranschluss verbunden ist, und den GND-Stift, der mit dem ersten GND-Anschluss verbunden ist, wobei der zweite GND-Anschluss mit GND eines Sensors verbunden ist, der nicht der Dünnfilmströmungsmengensensor ist.
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Als ein Sensor, der nicht der Dünnfilmströmungsmengensensor ist, kann der zweite GND-Anschluss mit dem GND-Anschluss des Thermistors verbunden werden.
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Folglich kann bei der Luftstrommessvorrichtung des Siliziumchiptyps mit eingebettetem Thermistor die Anzahl von Anschlussstiften auf vier verringert werden.
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Weiterhin kann durch Verbinden des zweiten GND-Anschlusses mit einem GND-Anschluss eines Sensors anders als der Thermistor die Anzahl von Anschlussstiften und die Anzahl von Kabelbäumen bzw. der hierin verlaufenden Einzelkabel oder Litzen verringert werden.
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Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
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Es zeigt:
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1 die Konfiguration einer AFM-Anordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine perspektivische Ansicht auf einen wesentlichen Teil der AFM-Anordnung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 eine perspektivische Ansicht von AFM-Anordnung und Anschlussstiftabschnitt gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 eine perspektivische Ansicht eines wesentlichen Teils einer Luftstrommessvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5(a) eine Draufsicht auf eine AFM-Anordnung nach dem Stand der Technik; und
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5(b) eine Ansicht auf einen Verbindungszustand zwischen AFM-Anordnung und Anschlussstiftabschnitt beim Stand der Technik.
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Unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 wird nachfolgend eine Luftstrommessvorrichtung 1 gemäß einer möglichen und als exemplarisch zu verstehenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Die Luftstrommessvorrichtung 1 ist ein Luftflussmesser, der die Menge an Ansaugluft (Ansaugluftströmung) eines Fahrzeugmotors oder dergleichen misst (ein Beispiel einer möglichen Anwendung), und ist in diesem Fall an einer (nicht gezeigten) Leitung angeschlossen, die sich an der stromabwärtigen Seite eines Luftfilters befindet.
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Gemäß den 3 und 4 enthält die Luftstrommessvorrichtung 1 im Wesentlichen eine AFM-Anordnung 2 (d. h. eine Sensoranordnung) zur Messung der Luftströmungsmenge oder Luftstrommenge, einen Thermistor 3 zur Messung der Temperatur der Ansaugluft und einen Anschlussstiftabschnitt 4, der elektrisch mit der AFM-Anordnung 2 und dem Thermistor 3 verbunden ist und über einen Kabelbaum elektrisch mit der Außenseite verbindbar ist.
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Gemäß 1 enthält die AFM-Anordnung 2 einen Dünnfilmströmungsmengensensor 6 mit einem Dünnfilmwiderstandselement auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats und einen Schaltkreis- oder Schaltungschip 7, in welchem ein Schaltkreis eingebettet ist, der Ein- und Ausgänge des Strömungsmengensensors 6 steuert.
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Der Dünnfilmströmungsmengensensor 6 enthält ein nicht gezeigtes Heizelement und ein nicht gezeigtes Temperaturerfassungselement, welche durch das Dünnfilmwiderstandselement auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildet werden.
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Der Schaltungschip 7 ist mit dem Dünnfilmströmungsmengensensor 6 so verbunden, dass dem Dünnfilmströmungsmengensensor 6 ein Signal eingegeben werden kann und ein Ausgangssignal abgegriffen werden kann. Beispielsweise enthält der Schaltungschip 7 eine Steuerschaltung, die einen Stromfluss durch das Heizelement des Dünnfilmströmungsmengensensors 6 steuert, eine Ausgangsschaltung, die ein Ausgangssignal von dem Dünnfilmströmungsmengensensor 6 berechnet und verstärkt und zur Ausgabe bringt, etc.
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Ein Anschlussabschnitt 8, der elektrisch mit dem Schaltungschip 7 verbunden ist, ist in der AFM-Anordnung 2 so angeordnet, dass der Anschlussabschnitt 8 von der AFM-Anordnung 2 vorsteht. Der Anschlussabschnitt 8 ist mit dem Anschlussstiftabschnitt 4 verbunden, wie nachfolgend noch beschrieben wird.
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Wie in 1 gezeigt, enthält der Anschlussabschnitt 8 fünf Auslässe, nämlich einen Zufuhr- oder Versorgungsanschluss 10 für die AFM-Anordnung 2, einen Ausgangsanschluss 11, einen Einstellanschluss 12, einen ersten GND-Anschluss 13 und einen zweiten GND-Anschluss 14.
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Der Einstellanschluss 12, der Ausgangsanschluss 12, der erste GND-Anschluss 13, der Versorgungsanschluss 10 und der zweite GND-Anschluss 14 sind in dieser Reihenfolge (in 1 von links nach rechts) angeordnet. Der erste GND-Anschluss 13 liegt (wiederum in der Darstellung von 1) zwischen dem Ausgangsanschluss 11 und dem Versorgungsanschluss 10, und der zweite GND-Anschluss 14 liegt an einem seitlichen Endabschnitt (seitlich rechter Endbereich in 1) des Anschlussabschnitts 8.
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Der Versorgungsanschluss 10 ist mit einer Zufuhr- oder Versorgungsverdrahtung 17 des Schaltungschips 7 verbunden. Der Ausgangsanschluss 11 ist mit einer Ausgangsverdrahtung 18 verbunden, über die ein Ausgangssignal vom Schaltungschip 7 ausgegeben wird. Der Einstellanschluss 12 ist mit einer Einstellverdrahtung 19 des Schaltungschips 7 verbunden, um eine Schaltung oder Schaltungselemente im Schaltungschip 7 einstellen zu können.
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Sowohl der erste GND-Anschluss 13 als auch der zweite GND-Anschluss 14 sind mit einer GND-Verdrahtung 20 des Schaltungschips 7 verbunden.
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Beispielsweise und wie in 2 gezeigt, ist der Schaltungschip 7 auf einem Leiterrahmen (lead frame) 22 aufgebaut, und der erste GND-Anschluss 13 und der zweite GND-Anschluss 14 sind elektrisch mit dem Leiterrahmen 22 in der AFM-Anordnung 2 verbunden und über den Leiterrahmen 22 mit der GND-Verdrahtung 20 des Schaltungschips 7 verbunden.
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Ein Kondensator (nicht gezeigt) liegt zwischen dem Versorgungsanschluss 10 und dem ersten GND-Anschluss 13, und ein weiterer Kondensator (nicht gezeigt) liegt zwischen dem ersten GND-Anschluss 13 und dem Ausgangsanschluss 11. Die Kondensatoren dienen der Rauschunterdrückung.
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Der Thermistor 3 erkennt eine Ansauglufttemperatur und umfasst ein Widerstandselement 24 und Leiterabschnitte 25 und 26, die an beiden Seiten des Widerstandselements 24 liegen.
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Der Anschlussstiftabschnitt 4 enthält vier Stifte, das heißt, einen AFM-Ausgangsstift 30, einen GND-Stift 31, einen AFM-Versorgungsstift 32 für das AFM und einen Thermistorversorgungsstift 33 für den Thermistor. „Stift” sei in diesem Zusammenhang als konkretes Ausführungsbeispiel für „Anschluss” verstanden.
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Ein Ende des AFM-Ausgangsstifts 30 ist mit dem Ausgangsanschluss 11 verbunden, ein Ende des AFM-Versorgungsstifts 32 ist mit dem Versorgungsanschluss 10 verbunden, ein Ende des GND-Stifts 31 ist mit dem ersten GND-Anschluss 13 verbunden und ein Ende des Thermistorversorgungsstifts 33 ist mit dem Leiterabschnitt 25 des Thermistors 3 verbunden.
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Weiterhin ist ein Ende eines Anschlusses 34 mit dem zweiten GND-Anschluss 14 verbunden, und der zweite GND-Anschluss 14 ist mit dem Leiterabschnitt 26 (GND) des Thermistors 3 über den Anschluss 34 verbunden.
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Der Einstellanschluss 12 ist mit einem Einstellstift 36 verbunden, der benachbart dem Anschlussstiftabschnitt 4 liegt. Der Einstellstift 36 ist nicht bleibend mit der Außenseite in Verbindung und wird nur verwendet, wenn die Schaltung oder wenn Schaltungselemente eingestellt oder justiert werden sollen. Der Einstellstift 36 unterscheidet sich vom Anschlussstiftabschnitt 4, der elektrisch nach außen hin über den Kabelbaum verbunden ist.
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Wie in 4 gezeigt, ist ein Verbinder 39 an einem Gehäuse 38 angeordnet oder ausgebildet, das einen Strömungsdurchlass zur Erkennung einer Strömungsmenge bildet. Der Anschlussstiftabschnitt 4 ist in dem Verbinder 39 so eingebettet, dass die anderen Enden der jeweiligen Stifte 30 bis 33 in den Verbinder 39 vorstehen und nach außen hin (beispielsweise mit einer Motorsteuervorrichtung) über einen Kabelbaum elektrisch verbunden werden können, der mit den jeweiligen Stiften 30 bis 33 verbunden wird.
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Der Einstellstift 36 ist in einem Verbindergehäuse 40 aufgenommen, und das andere Ende des Einstellstifts 36 steht nicht in den Verbinder 39 vor.
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Wie in den 3 und 4 gezeigt, befindet sich der Thermistor 3 unterhalb des Verbinders 39 und außerhalb des Gehäuses 38. Der Thermistorversorgungsstift 33 und der Anschluss 34 erstrecken sich nach unten unter den Verbinder 39, und das andere Ende des Thermistorversorgungsstifts 33 und das andere Ende des Anschlusses 34 sind entsprechend mit den Leiterabschnitten 25 und 26 des Thermistors 3 verbunden.
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Bei der Luftstrommessvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält der Anschlussabschnitt 8 der AFM-Anordnung 2 zwei GND-Anschlüsse, welche elektrisch in die AFM-Anordnung 2 geführt sind (d. h. den ersten GND-Anschluss 13 und den zweiten GND-Anschluss 14), wobei der erste GND-Anschluss 13 zwischen dem Ausgangsanschluss 11 und dem Versorgungsanschluss 10 liegt und der zweite GND-Anschluss 14 an dem Endabschnitt des Anschlussabschnitts 8 liegt.
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Durch Verbinden des Leiterabschnitts 26 des Thermistors 3 mit dem zweiten GND-Anschluss 14 am Endabschnitt des Anschlussabschnitts 8 kann für den Thermistor 3 und die AFM-Anordnung 2 gemeinsames GND verwendet werden. Das heißt, der Anschluss 34, der mit dem Leiterabschnitt 26 des Thermistors 3 verbunden ist, kann mit dem zweiten GND-Anschluss 14 ohne Führen über die anderen Anschlüsse verbunden werden, so dass GND problemlos für Thermistor 3 und AFM-Anordnung 2 gemeinsam verwendet (aufgeteilt) werden kann, ohne dass die Auslegung des Anschlussstiftabschnitts 4 kompliziert wird.
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Der Anschlussstiftabschnitt 4 kann somit problemlos mit vier Stiften (Anschlussmöglichkeiten) aufgebaut werden, das heißt, mit dem AFM-Ausgangsstift 30, dem AFM-Versorgungsstift 32 für das AFM, dem GND-Stift 31 und dem Thermistorversorgungsstift 33 für den Thermistor, und somit kann die Leitungszahl im Kabelbaum zur Verbindung mit dem Anschlussstiftabschnitt 4 ebenfalls verringert werden.
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Der erste GND-Anschluss 13 liegt zwischen dem Ausgangsanschluss 11 und dem Versorgungsanschluss 10. Durch Anordnen eines Kondensators zwischen dem Versorgungsanschluss 10 und dem ersten GND-Anschluss 13 und eines weiteren Kondensators zwischen dem ersten GND-Anschluss 13 und dem Ausgangsanschluss 11 kann auf übliche Weise eine Rauschunterdrückung erfolgen.
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<Abwandlungen>
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Die Ausgestaltung der Luftstrommessvorrichtung 1 ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt, sondern kann verschiedentlich abgewandelt werden. Beispielsweise ist in obiger Ausführungsform der zweite GND-Anschluss 14 mit GND des Thermistors 3 (d. h. dem Leiterabschnitt 26) verbunden. Jedoch ist ein Sensor, der mit dem zweiten GND-Anschluss 14 verbunden ist, nicht auf den Thermistor 3 beschränkt, und der zweite GND-Anschluss 14 kann mit GND eines Sensors verbunden werden, der nicht der Dünnfilmströmungsmengensensor 6 ist.
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Weiterhin sind in obiger Ausführungsform der erste GND-Anschluss 13 und der zweite GND-Anschluss 14 elektrisch auf den Leiterrahmen 22 geführt. Die Ausgestaltung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, solange sowohl der erste GND-Anschluss 13 als auch der zweite GND-Anschluss 14 elektrisch mit der GND-Verdrahtung 20 des Schaltungschips 7 verbunden sind.
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Insoweit zusammenfassend weist somit in einer Luftstrommessvorrichtung ein Anschlussabschnitt einer AFM-Anordnung einen Ausgangsanschluss, einen Versorgungsanschluss, einen Einstellanschluss, einen ersten GND-Anschluss und einen zweiten GND-Anschluss auf. Der erste GND-Anschluss und der zweite GND-Anschluss sind elektrisch miteinander in der AFM-Anordnung verbunden. Der erste GND-Anschluss liegt zwischen dem Ausgangsanschluss und dem Versorgungsanschluss, und der zweite GND-Anschluss liegt an einem Endabschnitt des Anschlussabschnitts. Folglich kann die Anzahl von Anschlussstiften die jeweils in Verbindung mit den Anschlüssen sind, auf vier verringert werden, ohne dass die Auslegung eines Anschlussstiftabschnitts kompliziert wird.
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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine momentan bevorzugte Ausführungsform beschrieben; es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist, sondern dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist, eine Vielzahl von Modifikationen und Abwandlungen möglich ist, welche ebenfalls unter den Rahmen und die technische Lehre der vorliegenden Erfindung fallen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007-155533 A [0004]
- US 7383725 [0004]
