DE10202210A1

DE10202210A1 - Strömungsensor

Info

Publication number: DE10202210A1
Application number: DE2002102210
Authority: DE
Inventors: Gerd Mattes
Original assignee: Karl Dungs GmbH and Co KG
Current assignee: Karl Dungs GmbH and Co KG
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2022-01-23
Also published as: DE10202210B4

Abstract

Ein Strömungssensor zur Erfassung einer Strömung eines fluiden Mediums weist ein Heizelement (H1) und zwei nachgeordnete Temperatursensoren (R1, R2) auf. Das von dem Heizelement (H1) auf das strömende Medium übertragene Wärmepaket wird von beiden Temperatursensoren (R1, R2) registriert. Die Größe der Temperaturänderung und/oder die Zeit, die das Wärmepaket auf seinem Weg von dem Heizelement zu den Temperatursensoren (R1, R2) benötigt, können als Maß für den Massenstrom des Fluids genutzt werden. Diese Sensoranordnung hat den grundlegenden Vorteil, dass eine Fehlererkennung dadurch möglich wird, dass geprüft wird, ob das Wärmepaket tatsächlich an beiden Temperatursensoren (R1, R2) erfasst wird. Eine verfeinerte Funktionsprüfung ergibt sich, wenn beide Temperatursensoren (R1, R2) jeweils für sich zur Berechnung des Massenflusses herangezogen werden und ein gültiges Signal nur dann abgegeben wird, wenn beide Massenflusswerte miteinander übereinstimmen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erfassung einer Strömung eines fluiden Mediums. Das fluide Medium (Fluid) ist flüssig oder vorzugsweise gasförmig.

Zur Strömungsmessung ist es prinzipiell bekannt, in einem Fluidkanal ein Heizelement anzuordnen, das das vorbeiströmende Fluid erwärmt. In Strömungsrichtung vor und hinter dem Heizelement ist bei dieser Anordnung jeweils ein Temperatursensor angeordnet. Der stromaufwärtige Temperatursensor erfasst die Temperatur des nicht erwärmten Fluids. Der stromabwärtige Temperatursensor erfasst eine Temperatur, die von der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids und der Heizleistung des Heizelements abhängt. Bei bekannter Heizleistung lässt sich aus der Temperaturdifferenz der beiden Sensoren die Strömungsgeschwindigkeit und die Strömungsrichtung des Fluids bestimmen.

Bei dieser Anordnung sind mehrere Fehlerfälle denkbar bei denen ein Ausfall einzelner Elemente der Sensoranordnung unbemerkt bleibt.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Sensoranordnung zur Erfassung einer Strömung eines fluiden Mediums mit hoher Erfassungssicherheit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit dem Strömungssensor nach Anspruch 1 gelöst:
Zu dem Strömungssensor gehören ein elektrisches Heizelement und zwei Temperatursensoren, die beide stromabwärts des Heizelements angeordnet und somit von dem erwärmten Medium überstrichen werden, wenn eine Fluidströmung vorhanden ist. Somit erfassen beide Temperatursensoren Temperaturänderungen. Eine laufende Funktionsüberwachung kann deshalb davon abhängig gemacht werden, ob beide Temperatursensoren eine Temperaturänderung erfassen, wenn das Heizelement aktiviert wird. Auf diese Weise ist eine häufige oder sogar permanente Funktionsüberwachung der Sensoranordnung mit einfachen Mitteln möglich. Der Fehlerfall, bei dem ein Fluidstrom angezeigt wird obwohl er tatsächlich nicht vorhanden ist, ist somit extrem unwahrscheinlich. Der Strömungssensor eignet sich somit zur sicherheitsrelevanten Strömungserfassung.

Es sind prinzipiell lediglich drei Einzelelemente, nämlich das Heizelement und die beiden Temperatursensoren, erforderlich. Damit kann der Strömungssensor sehr kostengünstig aufgebaut werden. Werden die genannten drei Elemente auf einem Chip aufgebaut, genügt eine geringe Chipfläche zur Realisierung. Der Strömungssensor ist somit sehr integrationsfreundlich. Er kann mit einer Ansteuerschaltung auf einem Chip vereinigt werden, der nach außen hin lediglich drei Anschlüsse, nämlich einen Bezugspotentialanschluss, einen Versorgungsspannungsanschluss und einen Signalleitungsanschluss aufweist.

Die beiden Temperatursensoren des Strömungssensors können bezüglich der vorgesehenen Strömungsrichtung des fluiden Mediums nebeneinander oder hintereinander angeordnet sein. Im letzteren Fall erfassen die Temperatursensoren eine Erwärmung des fluiden Mediums oder den Wegfall einer Erwärmung zeitlich nacheinander. Sind die Temperatursensoren hingegen nebeneinander angeordnet, erfassen sie die entsprechende Temperaturänderung gleichzeitig. Beides kann zur Funktionsprüfung des Strömungssensors herangezogen werden.

Es wird als vorteilhaft angesehen, die Temperatursensoren bezüglich der Strömungsrichtung des fluiden Mediums hintereinander und in unterschiedlichen Abständen zu dem Heizelement anzuordnen. Damit werden beide Temperatursensoren von den gleichen Fluidportionen überstrichen. Dies kann der Messgenauigkeit zugute kommen.

Bedarfsweise kann zwischen den beiden Temperatursensoren ein weiteres Heizelement angeordnet werden. Damit sind zwei jeweils aus Heizelement und Temperatursensor gebildete Teilsensoren geschaffen, die jeweils für sich die Fluidströmung erfassen können. Außerdem kann die Auswirkung des stormaufwärtigen Heizelements auf beide Temperatursensoren überprüft werden, um eine Funktionsüberwachung durchzuführen.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein dritter Temperatursensor vorgesehen, der stromaufwärts zu dem Heizelement angeordnet ist. Damit ist die Erfassung der ungestörten Fluidtemperatur möglich. Dies kann der Messgenauigkeit zugute kommen. Außerdem kann der Strömungssensor dann ohne Weiteres darauf ausgelegt werden, die Durchströmung in zwei einander entgegen gesetzten Strömungsrichtungen zu erfassen.

Der Strömungssensor kann im Impulsbetrieb arbeiten. Dazu wird das Heizelement abwechselnd aktiviert und deaktiviert, wobei die sich an den Temperatursensoren einstellenden Temperaturen erfasst und ausgewertet werden. Durch die abwechselnde Aktivierung und Deaktivierung entsteht an den Temperatursensoren ein Temperaturwechselsignal. Das Tastverhältnis beim Aktivieren und Deaktivieren des Heizelements wird dabei vorzugsweise so festgelegt, dass in den Heizpausen (Heizelement deaktiviert) nicht erwärmtes Fluid zu den Temperatursensoren gelangt. Es kann ein erster einfacher Funktionstest durchgeführt werden, der prüft, ob an beiden Temperatursensoren wechselnde Temperaturen erfasst werden. Falls dies nur an einem der Sensoren der Fall ist, liegt ein Fehler vor, der so erfassbar ist.

Zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Fluidströmung kann auf die Höhe der von den Temperatursensoren erfassten Temperaturänderung zurückgegriffen werden. Dabei ist die erfasste Temperaturänderung bei konstanter Heizleistung des Heizelements ein Maß für den Massenstrom des Fluids und somit auch für die Fluidgeschwindigkeit. Zusätzlich oder alternativ kann die Zeitspanne registriert werden, die von einer Aktivierung oder Deaktivierung des Heizelements vergeht, bis eine entsprechende Temperaturänderung an dem jeweiligen Temperatursensor auftritt. Auch hier kann wieder ein Fehlersignal erzeugt werden, wenn sich aus den erfassten Zeitintervallen keine übereinstimmende Fluidgeschwindigkeit oder kein übereinstimmender Massenstrom bestimmen lässt.

Es ist auch möglich, die, von einem Temperatursensor erfasste Temperaturdifferenz mit einem Temperaturdifferenzsollwert zu vergleichen und den Heizstrom des Heizelements in den einzelnen Heizperioden so einzustellen, dass die sich einstellende Temperaturdifferenz mit dem Temperaturdifferenzsollwert übereinstimmt. Der Heizstrom verändert sich somit in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit. Er kann als Maß für diese dienen. Die Umsetzung des Heizstroms in einen Strömungssignalwert kann durch einen Tabellen- oder Kennlinienblock erfolgen.

Sind zwei Heizelemente vorhanden können diese zugleich oder abwechselnd und in zeitlichem Abstand zueinander aktiviert werden. Die Aktivierungsdauern und Deaktivierungsdauern können bedarfsweise abhängig von der Fluiddurchströmung festgelegt werden. Beispielsweise kann das Heizelement immer dann deaktiviert werden, wenn mit dem Temperatursensor eine bestimmte Erwärmung erfasst worden ist und es kann aktiviert werden, wenn an dem nachfolgenden Temperatursensor eine bestimmte Abkühlung erfasst worden ist. Die sich auf diese Weise ergebende Ansteuerfrequenz des Heizelements ist dann ein Maß für den Massenstrom.

Weitere Abwandlungen und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung und Unteransprüchen. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 einen Strömungssensor in schematischer Prinzipdarstellung,
Fig. 2 die gesamte Sensoranordnung als Blockschaltbild,
Fig. 3 ein Zeitdiagramm für den Betrieb des Strömungssensors nach Fig. 1,
Fig. 4 einen Plausibilitätstest für den Betrieb des Strömungssensors nach Fig. 1 als Flussbild,
Fig. 5 ein Betriebsverfahren für den Strömungssensor nach Fig. 1 als Flussbild,
Fig. 6 ein weiteres Betriebsverfahren als Flussbild,
Fig. 7 einen abgewandelten Strömungssensor in Prinzipdarstellung,
Fig. 8 den Strömungssensor nach Fig. 7 als Blockschaltbild,
Fig. 9 Diagramme zur Veranschaulichung einer möglichen Betriebsart des Strömungssensors nach Fig. 7 und 8 und
Fig. 10 eine Schaltung zum Messen der Fluidströmung bei geregeltem Heizstrom als Blockdiagramm.
In Fig. 1 ist ein Strömungssensor 1 veranschaulicht, der zu einer Sensoranordnung nach Fig. 2 gehört. Diese ist aus dem Strömungssensor 1 nach Fig. 1 und einer Ansteuerschaltung 3 gebildet, die zu einer Einheit zusammengefügt sind. Der Strömungssensor 1 weist ein mit einem Eingangsanschluss 4 und einem Ausgangsanschluss 5 versehenes Gehäuse 6 auf, das von einem fluiden Medium durchströmbar ist. In dem Innenraum des Gehäuses 6 ist der Strömungssensor 1 angeordnet, der bezüglich einer Strömungsrichtung S hintereinander ein Heizelement H₁ und zwei Temperatursensoren R1, R2 aufweist. Der Abstand d1 zwischen dem Heizelement H1 und dem ersten Temperatursensor R1 ist geringer als der Abstand d2 zwischen dem Heizelement H1 und dem zweiten Temperatursensor R2. Das Heizelement H1 und die Temperatursensoren R1, R2 sind somit auf einer Linie und außerdem so angeordnet, dass sie mit einem vorbei strömenden Fluid in Wärmeaustausch treten. Das Fluid streift, wenn es durch den Strömungssensor 1 fließt, zuerst das Heizelement H1, danach den ersten Temperatursensor R1 und danach den zweiten Temperatursensor R2.
Die Ansteuerschaltung 3 ist über eine Bezugspotentialleitung B sowie Signalleitungen 8, 9, 10 mit dem Strömungssensor 1 verbunden. Die Signalleitung 8 führt zu dem Heizelement H1, die Signalleitung 9 führt zu dem Temperatursensor R1 und die Signalleitung 10 führt zu dem Temperatursensor R2. Nach außen hin ist die Sensoranordnung 2 durch insgesamt drei Leitungen, nämlich eine Bezugspotentialleitung 12, eine Versorgungsspannungsleitung 13 und eine Signalleitung 14 anzuschließen. An der Signalleitung 14 wird ein Signal abgegeben, das kennzeichnet, ob die Sensoranordnung 2 gültige Signale erfasst oder inoperativ ist.
Die insoweit beschriebene Sensoranordnung 2 arbeitet wie folgt:
Das Heizelement H1 arbeitet im Impulsbetrieb. Es wird abwechselnd aktiviert und deaktiviert. In Fig. 3 ist dies auf der oberen Zeile veranschaulicht. Beispielsweise erfolgt die Aktivierung zu einem Zeitpunkt t0 und die Deaktivierung zu einem Zeitpunkt t1. Innerhalb dieses Zeitraums t0 bis t1 wird das Heizelement H1 beispielsweise mit einem vorgegebenen Strom i beaufschlagt oder an eine vorgegebene Spannung angeschlossen. Damit wird über die Zeitspanne t0 bis t1 eine festgelegte Heizleistung an das fluide Medium abgegeben, d. h. es wird ein vorgegebener Wärmebetrag oder eine Wärmemenge auf das fluide Medium übertragen. Dieses erwärmt sich somit. In einem zeitlichen Abstand der umkehrproportional zur Fluidgeschwindigkeit ist trifft das erwärmte Fluid auf den ersten Temperatursensor R1, so dass dieser eine ansteigende Temperatur signalisiert. Die Temperatur steigt dabei bis auf einen Grenzwert T1 um den Temperaturdifferenzbetrag ΔT1 an. Die Größe des Temperaturanstiegs ΔT1 stellt ein Maß für die Fluidgeschwindigkeit und somit für den Massenstrom dar.
Wird das Heizelement H1 zu dem Zeitpunkt t1 deaktiviert fällt die Heizleistung des Heizelements augenblicklich weg. Somit fällt auch die Temperatur des vor dem Heizelement befindlichen Fluids ab. Der Beginn des Temperaturabfalls ist ein charakteristischer Punkt, der dem Abstand d1 entsprechend und umgekehrt proportional zur Fluidgeschwindigkeit verzögert an dem Temperatursensor R1 zum Zeitpunkt t2 eintrifft. Aus der Zeitspanne T1, T2 schließt die Ansteuerschaltung 3 auf die Fluidgeschwindigkeit. Der charakteristische Beginn des Temperaturabfalls trifft an dem zweiten Temperatursensor T2 dem Abstand d2 entsprechend zeitverzögert zu einem Zeitpunkt t3 ein. Der Temperatursensor R2 hatte die Erwärmung auf die Temperatur T2 um die Temperaturdifferenz ΔT2 zeitverzögert erfasst. Wiederum kann aus der Zeitspanne zwischen dem Abschalten des Heizelements H1 und dem Temperaturabfall an dem zweiten Temperatursensor R2, d. h. der Zeitspanne t1, t3, die Fluidgeschwindigkeit bestimmt werden. Außerdem kann die Ansteuerschaltung dies anhand der Temperaturänderung 22 tun.
Die Ansteuerschaltung 3 führt ständig oder von Zeit zu Zeit einen der nachstehend beschriebenen Plausibilitätstests durch, um sicherzustellen, dass eine eingeschränkte oder fehlende Betriebsfähigkeit der Sensoranordnung 2 baldigst möglich erfasst wird:
Nach einem einfachen, in Fig. 4 veranschaulichten, Schema wird überprüft, ob die mit den Temperatursensoren R1, R2 nacheinander erfassten Temperaturdifferenzen ΔT1, ΔT2 übereinstimmen (Block 21). Falls ja, wird die Geschwindigkeit des fluiden Mediums beispielsweise als Funktion der Temperaturdifferenz ΔT1 in Block 22 bestimmt und über die Signalleitung ausgegeben. Falls nicht, wird gemäß Block 23 eine Fehlermeldung ausgegeben, beispielsweise durch Fehlersignal an der Leitung 14.
Eine andere Möglichkeit des Plausibilitätstests ist in Fig. 5 veranschaulicht. Hier wird zu Beginn der Abarbeitung in Block 24 zunächst geprüft, ob der Sensor R1 eine Temperaturdifferenz erfasst hat. Ist die Temperaturdifferenz hingegen Null ist es möglich, dass der Temperatursensor R1 defekt ist oder dass keine Strömung vorliegt. Es wird deshalb in Block 25 geprüft, ob die an dem Temperatursensor R2 erfasste Temperaturdifferenz ebenfalls Null ist. Ist dies nicht der Fall, geben beide Temperatursensoren R1 und R2 verschiedene Signale ab, d. h. einer von beiden muss defekt sein. Es wird deshalb zu Block 26 verzweigt, indem eine Fehlermeldung über die Leitung 14 ausgegeben wird. Zeigt der zweite Temperatursensor R2 hingegen ebenfalls keine Temperaturdifferenz, wird ein Ausgangssignal ausgegeben, das eine Strömung von Null kennzeichnet.
Wurde in Block 24 festgestellt, dass die Temperaturdifferenz ΔT1 des ersten Temperatursensors R1 von Null verschieden ist wird geprüft, ob der zweite Temperatursensor R2 eine Temperaturdifferenz ΔT2 von Null anzeigt (Block 27). Falls ja, wird zu Block 28 verzweigt, der die Ausgabe eines Fehlersignals beinhaltet. Ist die zweite Temperaturdifferenz ΔT2 wie auch schon die erste Temperaturdifferenz ΔT1 nicht Null, kann die Geschwindigkeit des strömenden Mediums in Block 29 anhand der ersten Temperaturdifferenz ΔT1 bestimmt werden. In Block 31 kann die Strömungsgeschwindigkeit nochmals anhand der zweiten Temperaturdifferenz ΔT2 bestimmt werden. Stimmen die so bestimmten Strömungsgeschwindigkeiten V1, V2 nicht überein und wird dies in einem entsprechenden Block 32 festgestellt, wird zu einem Block 33 verzweigt, der die Ausgabe eines Fehlersignals beinhaltet. Stimmen die so bestimmten Geschwindigkeiten V1, V2 jedoch überein, kann zu einem Ausgabeblock 34 verzweigt werden, der ein die Fluidgeschwindigkeit kennzeichnendes Signal an der Leitung 14 ausgibt.
Ein weiteres Verfahren zur fehlersicheren Massenstrom- oder Fluidgeschwindigkeitsbestimmung ist aus Fig. 6 ersichtlich. Dieses beruht weniger auf der Auswertung der Temperaturdifferenzen ΔT1, ΔT2 sondern mehr auf der Auswertung der Zeitpunkte t1, t2, t3, zu denen charakteristische Temperaturänderungen erfasst werden. In einem ersten Block 35 werden aus den Zeitpunkten t1, t2, t3, gemäß Fig. 3, Strömungsgeschwindigkeiten V1, V2 berechnet. Die Strömungsgeschwindigkeit V1 berechnet sich aus der Zeit, die vom Abschalten des Heizelements H1 bis zum Eintreffen dieses Abschaltimpulses an dem Temperatursensor R1 vergeht. Die Geschwindigkeit V2 berechnet sich aus der Zeit, die von dem Abschalten des Heizelements H1 bis zum Eintreffen des charakteristischen Temperaturabfalls an dem Temperatursensor R2 vergeht. In Block 36 wird nun überprüft, ob die beiden ermittelten Geschwindigkeitswerte übereinstimmen. Falls ja, wird der übereinstimmende Wert als Fluidmassenstromsignal oder als Geschwindigkeitssignal an der Leitung 14 ausgegeben (Block 37). Falls nein, wird zu einem Block 38 verzweigt, der die Ausgabe einer Fehlermeldung beinhaltet.
Fig. 7 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform des Strömungssensors 1. Bei dieser Ausführungsform ist zwischen den Temperatursensoren R1, R2 ein zweites Heizelement H2 angeordnet. Dieses wird mit einem Strom 12 beaufschlagt, der wie der Strom 11 des Heizelements H1 impulsförmig sein kann. Die entsprechende Sensoranordnung unterscheidet sich von der vorbeschriebenen durch zusätzliche Elemente zur Ansteuerung des zweiten Heizelements H2 und durch eine Steuerleitung 11, die das Heizelement H2 mit der Ansteuerschaltung 3 verbindet.
Prinzipiell kann dieser Strömungssensor 1 wie vorstehend beschrieben betrieben werden wenn das Heizelement H2 nicht bestromt wird. Es sind insbesondere alle beschriebenen Fehlertests und Plausibilitätstests durchführbar. Zusätzlich kann das weitere, in Fig. 9 schematisch veranschaulichte, Messverfahren zur Anwendung kommen:
Die Heizelemente H1 und H2 werden zugleich oder zeitversetzt angesteuert (aktiviert und deaktiviert), so dass portionsweise Wärme auf das strömende Fluid übertragen wird. Wie aus den beiden oberen Zeilen der Fig. 9 ersichtlich ist, treffen die Temperaturimpulse des Heizelements H1 zeitverzögert zunächst an dem Temperatursensor R1 ein. Der Zeitversatz entspricht der Distanz d1 und ist umgekehrt proportional zu der Strömungsgeschwindigkeit. Mit einem weiteren Zeitversatz trifft der Temperaturimpuls an dem Temperatursensor R2 ein und tritt dort als Temperaturerhöhung der Temperatur T2 in Erscheinung. Die Temperaturimpulse T1 und T2 können nun, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 3 und den Flussbildern gemäß Fig. 4 bis 6 beschrieben, behandelt werden.
Zusätzlich kann das Heizelement H2, wie aus der dritten Zeile, Fig. 9 ersichtlich, angesteuert werden und zwar so, dass die von ihm erzeugten Temperaturimpulse dann an dem zweiten Temperatursensor R2 eintreffen, wenn keine Temperaturimpulse des ersten Heizelements H1 eintreffen. Hier ist eine zusätzliche Funktionsprüfung der Heizelemente H1, H2 dahingehend möglich, dass überprüft wird, ob die beiden an dem Temperatursensor R2 eintreffenden Temperaturimpulse gleich groß sind oder in einem vorgegebenen Größenverhältnis zueinander stehen.
Weiter ist es möglich, einen dritten, in Fig. 7 gestrichelt angedeuteten Temperatursensor R3 vorzusehen, der in Strömungsrichtung S vor dem Heizelement H1 angeordnet ist. Damit ist es dann möglich, ständig die Grundtemperatur des Fluids zu messen, um die Temperaturdifferenzen ΔT1, ΔT2 besser bestimmen zu können. Außerdem kann mit diesem Strömungssensor dann in beiden Richtungen, d. h. sowohl in Richtung S als auch gegen die Richtung S gemessen werden.
Fig. 10 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung mit modifiziertem Betrieb des Strömungssensors 1 als Blockschaltbild. Fig. 10 gibt dabei Aufschluss über einen Teil der Ansteuerschaltung 3. Der dargestellte Schaltungsausschnitt ist deshalb in Fig. 10 als Schaltung 3a bezeichnet. Die Schaltung 3a ist an den Temperatursensor R1 über die Leitung 9 angeschlossen. Diese führt zu einem Spitzenwertdetektor 41. Dieser arbeitet getaktet. Er erhält ein entsprechendes Taktsignal C, das zu den Aktivierungsimpulsen des Heizelements H1 synchron läuft. Zu jedem Taktimpuls erfasst der Spitzenwertdetektor 41 die auftretende Maximaltemperatur und gibt an seinem Ausgang ein entsprechendes Signal ab. Außerdem ist an die Leitung 9 ein Minimalwertdetektor 42 angeschlossen, der ebenfalls getaktet arbeitet, d. h. an einem gesonderten Eingang das Taktsignal C erhält. Er gibt an seinem Ausgang jedes Taktzykluses ein dem erfassten Temperaturminimalwert entsprechendes Signal ab. Beide Signale werden in einer Differenzbilderstufe (Subtrahierstufe) 43 miteinander verglichen und voneinander subtrahiert. Es entsteht die vorzeichenbehaftete Temperaturdifferenz oder -änderung ΔT1. Diese wird über eine Leitung 44 einer weiteren Subtraktionsstufe 44a zugeführt, die an ihrem anderen Eingang einen Vorgabewert ΔT1Soll erhält. An ihrem Ausgang gibt sie die Differenz zwischen ihren Eingangswerten ΔT1 und ΔT1Soll als Regelabweichungssignal ab. Dieses wird zu einem Regler 45 geleitet, der eine hohe innere Verstärkung aufweist (P- Charakteristik). Zusätzlich kann dieser Integral- und/oder Differentialcharakteristik (PID-Regler) aufweisen. Außerdem ist der Regler 45 getaktet. Er erhält das Taktsignal C. Entsprechend gibt er an seinem Ausgang einen Heizstrom an das Heizelement H1 ab, der entsprechend dem Taktsignal C zeitlich getaktet ist und dessen Höhe entsprechend so reguliert ist, dass die Temperaturänderung ΔT1 im Rahmen der erreichbaren Genauigkeit mit dem Vorgabewert ΔT1Soll übereinstimmt.
Der erforderliche Heizstrom ist ein Maß für die Fluidgeschwindigkeit. Er kann, wie in Fig. 10 bei 46 gestrichelt angedeutet ist, als Signal einem entsprechenden Auswerteblock zugeleitet werden. Hat der Regler 45 lediglich Proportionalcharakteristik, kann auch das Reglereingangssignal über eine Leitung 47 abgegriffen und einem Auswerteblock 48 zugeleitet werden. Dieser enthält eine Formel oder Tabelle oder ein sonstiges Zuordnungsmittel, um aus dem dem Heizstrom proportionalen Signal auf die Fluidgeschwindigkeit zu schließen.
Die gleiche Schaltung kann auch für den Temperatursensor R2 beispielsweise für das Heizelement H2 gemäß Fig. 7 vorgesehen werden. Außerdem ist es möglich, das Heizelement H1 anhand des Temperatursensors R2 mit der Schaltung gemäß Fig. 10 zu steuern. Weiter ist es möglich, die vorgenannten Plausibilitätskontrollen anzuwenden, beispielsweise gemäß Fig. 4.
Ein Strömungssensor zur Erfassung einer Strömung eines fluiden Mediums weist ein Heizelement H1 und zwei nachgeordnete Temperatursensoren R1, R2 auf. Das von dem Heizelement H1 auf das strömende Medium übertragene Wärmepaket wird von beiden Temperatursensoren R1, R2 registriert. Die Größe der Temperaturänderung und/oder die Zeit, die das Wärmepaket auf seinem Weg von dem Heizelement zu den Temperatursensoren R1, R2 benötigt, können als Maß für den Massenstrom des Fluids genutzt werden. Diese Sensoranordnung hat den grundlegenden Vorteil, dass eine Fehlererkennung dadurch möglich wird, dass geprüft wird, ob das Wärmepaket tatsächlich an beiden Temperatursensoren R1, R2 erfasst wird. Eine verfeinerte Funktionsprüfung ergibt sich wenn beide Temperatursensoren R1, R2 jeweils für sich zur Berechnung des Massenflusses herangezogen werden und ein gültiges Signal nur dann abgegeben wird, wenn beide Massenflusswerte miteinander übereinstimmen.

Claims

1. Strömungssensor (1) zur Erfassung einer Strömung eines fluiden Mediums
mit einem ersten elektrischen Heizelement (H1),
mit einem ersten Temperatursensor (R1), der neben dem elektrischen Heizelement (H1) angeordnet ist, und
mit einem zweiten Temperatursensor (R2), der neben dem ersten Temperatursensor (R1) angeordnet ist.

2. Strömungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Temperatursensoren (R1, R2) bezüglich des ersten elektrischen Heizelements (H1) und einer vorgesehenen Strömungsrichtung (S) des fluiden Mediums stromabwärts angeordnet sind.

3. Strömungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Temperatursensoren (R1, R2) bezüglich der Strömungsrichtung (S) des fluiden Mediums hintereinander angeordnet sind.

4. Strömungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Temperatursensoren (R1, R2) in unterschiedlichen Abständen zu dem Heizelement (H1) angeordnet sind.

5. Strömungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (H1) und die beiden Temperatursensoren (R1, R2) in einer Reihe hintereinander angeordnet sind.

6. Strömungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Temperatursensoren (R1, R2) ein zweites elektrisches Heizelement (H2) angeordnet ist.

7. Strömungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (H1, H2) und die Strömungssensoren (R1, R2) in einer Reihe hintereinander angeordnet sind.

8. Strömungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Heizelement (H1) benachbart ein dritter Temperatursensor (R0) angeordnet ist.

9. Strömungssensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Temperatursensor (R0) an der dem ersten Temperatursensor (R1) gegenüberliegenden Seite des ersten Heizelements (H1) angeordnet ist.

10. Strömungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (H1), ein gegebenenfalls vorhandenes weiteres Heizelement (H2) und die beiden Temperatursensoren (R1, R2) sowie ein gegebenfalls vorhandener dritter Temperatursensor (R0) mit einer Ansteuerschaltung (3) vereinigt sind, die einen Signalleitungsanschluss (14), einen Versorgungsspannungsanschluss (13) und einen Bezugspotentialanschluss (12) aufweist.

11. Verfahren zur Erfassung einer Fluidströmung mittels eines Heizelements (H1) und zweier stromabwärts zu dem Heizelement (H1) angeordneter Temperatursensoren (R1, R2) bei dem das Heizelement (H1) abwechselnd aktiviert und deaktiviert und die sich an den Temperatursensoren (R1, R2) einstellenden Temperaturen erfasst und ausgewertet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlen einer Fluidströmung erfasst wird, wenn die von den Temperatursensoren (R1, R2) erfassten Temperaturen unabhängig davon gleich sind ob das Heizelement (H1) aktiviert oder deaktiviert ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorhandensein einer Fluidströmung nur dann erfasst wird, wenn nach dem Aktivieren des Heizelements (H1) sowohl der erste Temperatursensor (R1) als auch der zweite Temperatursensor (R2) eine erhöhte Temperatur (T2) signalisieren.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorhandensein einer Fluidströmung nur dann erfasst wird, wenn nach dem Aktivieren und Deaktivieren des Heizelements an beiden Temperatursensoren (R1, R2) Temperaturänderungen (ΔT1, ΔT2) erfasst werden.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlersignal ausgegeben wird, wenn nach dem Aktivieren des Heizelements (H1) eine erhöhte Temperatur (T1) oder eine Temperaturänderung (ΔT1) an nur einem Temperatursensor (R1 oder R2) erfasst wird.

16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Größe der an den Temperatursensoren (R1, R2) auftretenden Temperaturänderungen (ΔT1, ΔT2) auf die Geschwindigkeit der Fluidströmung geschlossen wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Temperatursensoren (R1, R2) auftretenden erhöhten Temperaturen oder die auftretenden Temperaturänderungen (ΔT1, ΔT2) miteinander verglichen werden und dass aus den Temperaturen (T1, T2) oder den Temperaturänderungen (ΔT1, ΔT2) nur dann auf die Größe und/oder das Vorhandensein der Fluidströmung geschlossen wird, wenn die erfassten erhöhten Temperaturen (T1, T2) oder Temperaturänderungen (ΔT1, ΔT2) miteinander innerhalb eines vorgegebenen Toleranzintervalls übereinstimmen, und dass ansonsten ein Fehlersignal ausgegeben wird.

18. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Zeitspanne, die zwischen der Deaktivierung des Heizelements (H1) und der Registrierung eines Temperaturabfalls an einem der Temperatursensoren (R1, R2) vergeht, auf die Geschwindigkeit der Fluidströmung geschlossen wird.

19. Verfahren zur Erfassung einer Fluidströmung mittels eines ersten Heizelements (H1), eines stromabwärts dazu angeordneten ersten Temperatursensors (R1), eines zweiten Heizelements (H2) und eines stromabwärts zu dem zweiten Heizelement (H2) angeordneten zweiten Temperatursensors (R2), bei dem das Heizelement (H1) abwechselnd aktiviert und deaktiviert sowie das zweite Heizelement (H2) abwechselnd aktiviert und deaktiviert wird und die sich an den Temperatursensoren (R1, R2) einstellenden Temperaturen (T1, T2) oder Temperaturänderungen (ΔT1, ΔT2) erfasst und ausgewertet werden.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (H1, H2) abwechselnd und in zeitlichem Abstand zueinander aktiviert werden.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Temperatursensoren (R1, R2) auftretenden erhöhten Temperaturen (T1, T2) oder die auftretenden Temperaturänderungen (ΔT1, ΔT2) miteinander verglichen werden und dass aus den Temperaturen (T1, T2) oder den Temperaturänderungen (ΔT1, ΔT2) nur dann auf die Größe und/oder das Vorhandensein der Fluidströmung geschlossen wird, wenn die erfassten erhöhten Temperaturen (T1, T2) oder Temperaturänderungen (ΔT1, ΔT2) miteinander innerhalb eines vorgegebenen Toleranzintervalls übereinstimmen, und dass ansonsten ein Fehlersignal ausgegeben wird.

22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem jeweiligen Deaktivieren der Heizelemente (H1, H2) die Zeitspannen bis zum Eintreten eines Temperaturabfalls an dem jeweiligen Temperatursensor (R1, R2) erfasst werden, dass aus den Zeitspannen und den räumlichen Abständen zwischen den Heizelementen (H₁, H₂) und den Temperatursensoren (R1, R2) auf die Fluidgeschwindigkeiten geschlossen wird, dass nur dann ein gültiges Fluidgeschwindigkeitssignal ausgegeben wird, wenn die so erfassten Fluidgeschwindigkeiten miteinander übereinstimmen, und dass ansonsten ein Fehlersignal ausgegeben wird.

23. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die sich an wenigstens einem Temperatursensor (R1) einstellenden Temperaturänderungen (ΔT1) erfasst und mit einem Sollwert (ΔT1Soll) verglichen werden, wobei der Heizstrom des Heizelements (H1) in einzelnen Aktivierungsperioden so eingestellt wird, dass die Differenz zwischen der Temperaturänderung (ΔT1) und dem Temperaturänderungssollwert (ΔT1Soll) möglichst gering wird, und dass der sich einstellende Heizstrom oder ein diesem entsprechendes Signal als Maß für die Größe der Fluidströmung heran gezogen wird.