DE19838647A1 - Flußmeßelement - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flußmeßelement, welches ein Wärmeerzeugungsteil aufweist, und die Flußgeschwindigkeit oder Flußrate oder eines Fluids auf der Grundlage der Wärmeübertragung von dem Wärmeerzeugungsteil oder einem Abschnitt, der durch das Wärmeerzeugungsteil erwärmt wird, an das Fluid mißt, und betrifft einen Flußsensor, welcher dieses Flußelement einsetzt. Im einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung ein wärmeempfindliches Flußmeßelement, welches beispielsweise zur Messung der Ansaugluftmenge in Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung geeignet ist.

Die Fig. 13 und 14 sind eine seitliche Schnittansicht bzw. Aufsicht auf ein herkömmliches wärmeempfindliches Flußmeßelement, welches beispielsweise in der japanischen Veröffentlichung eines geprüften Patents Nr. 3-52028 beschrieben ist.

Wie aus diesen Zeichnungen hervorgeht, weist das Flußmeßelement ein Substrat 1 in Form einer ebenen Platte aus einem Siliziumhalbleitermaterial auf, einen isolierenden Trägerfilm 2 aus Siliziumnitrid, Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5, die wärmeempfindliche Widerstände darstellen und aus Permalloy bestehen, sowie einen isolierenden Schutzfilm 3 aus Siliziumnitrid. Ein Luftraum 8 ist in einem Abschnitt des ebenen Substrats 1 vorgesehen, in welchem Filme aus wärmeempfindlichen Widerständen abgelagert sind, um die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 auszubilden, so daß Ausleger 11 in dem Luftraum 8 aufgehängt sind. Der Luftraum 8 wird dadurch hergestellt, daß ein Teil des Siliziumhalbleitermaterials des ebenen Substrats 1 über einen Öffnung 7 mit einem Ätzmittel entfernt wird, welches nicht das Siliziumnitrid beschädigt, aus welchem sowohl der Trägerfilm 2 und der Schutzfilm 3 bestehen.

Bei einem derartigen herkömmlichen Flußmeßelement wird der Heizstrom, der den Wärmeerzeugungswiderständen 4, 5 zugeführt wird, durch eine nicht dargestellte Regelschaltung konstant gehalten. Ein Pfeil 9 bezeichnet die Richtung, in welcher ein Luftstrom fließt.

Wenn die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 in dieser Reihenfolge Seite an Seite in Richtung des Luftstroms von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite angeordnet sind, steigt die von dem Wärmeerzeugungswiderstand 4 an der stromaufwärtigen Seite an den Luftstrom übertragene Wärmemenge mit steigender Flußgeschwindigkeit des Luftstroms an. Da der entlang dem Wärmewiderstand 5 an der stromabwärtigen Seite fließende Luftstrom durch den Wärmeerzeugungswiderstand 4 auf der stromaufwärtigen Seite erwärmt wird, ist andererseits die von dem Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromabwärtigen Seite an den Luftstrom übertragene Wärmemenge nicht so groß wie jene, die von dem Wärmeerzeugungswiderstand 4 an der stromabwärtigen Seite an den Luftstrom übertragen wird. Anders ausgedrückt wird der Wärmeerzeugungswiderstand 4 an der stromaufwärtigen Seite stärker abgekühlt als der Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromabwärtigen Seite, und wird der Unterschied in Bezug auf die Abkühlung zwischen beiden Wärmeerzeugungswiderständen bei höherer Flußgeschwindigkeit des Luftstroms größer. Eine an den Wärmeerzeugungswiderstand 4 angelegte Spannung, der mit der durch diesen hindurchfließende Strom konstant ist, ist daher größer als die Spannung, die an den Wärmeerzeugungswiderstand 5 angelegt wird, damit der durch diesen fließende Strom konstant ist, und der Unterschied der beiden Spannungen wird bei höherer Flußgeschwindigkeit des Luftstroms größer.

Da die Differenz der an die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 angelegten Spannungen eine Funktion der Flußgeschwindigkeit eines Luftstroms ist, die gemessen werden soll, kann die Flußgeschwindigkeit des Luftstroms oder die Flußrate des Luftstroms, der durch einen bestimmten Kanal hindurchgeht, aus dieser Differenz gemessen werden.

Da die Differenz in Bezug auf das Ausmaß der Kühlung zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromabwärtigen Seite erfaßt wird, kann darüber hinaus die Richtung des Luftstroms zusätzlich zur Flußgeschwindigkeit festgestellt werden.

Während das voranstehend geschilderte Meßprinzip auf dem Vorgang beruht, den Heizstrom konstant zu halten, können die Flußgeschwindigkeit und die Richtung des Luftstroms auch dadurch festgestellt werden, daß die Widerstandswerte der Wärmeerzeugungswiderstände auf jeweiligen vorbestimmten Werten gehalten werden, unabhängig von der Flußgeschwindigkeit, bei einer Konstantregelung der Temperaturdifferenz, und die Flußgeschwindigkeit aus der Differenz zwischen den Heizströmen bestimmt wird, die an die Wärmeerzeugungswiderstände angelegt werden.

Bei einem Flußsensor, der das voranstehend geschilderte Flußmeßelement einsetzt, tritt eine Reaktionsverzögerung auf, wenn sich die Flußrate oder Flußgeschwindigkeit eines Fluids, die gemessen werden soll, ändert. Es gibt zwei Arten von Verzögerungen; nämlich eine Verzögerung, die durch den thermischen Widerstand in Bezug auf die Wärmebewegung von einem Meßabschnitt einschließlich der Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 ergibt, die auf dem Trägerfilm 2 vorgesehen sind, und aus der Wärmekapazität in der Nähe des Meßabschnitts, sowie eine Verzögerung bei der thermischen Wechselwirkung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5.

Die erstgenannte Verzögerung wird zuerst erläutert.

Der Wärmewiderstand, der bei der Reaktionsverzögerung auftritt, besteht aus dem Wärmewiderstand zwischen dem Meßabschnitt und dem gemessenen Fluid, und dem Wärmewiderstand zwischen dem Meßabschnitt und einem Trägerabschnitt einschließlich des Trägerfilms 2 usw. Um eine gute Reaktionscharakteristik zu erhalten ist es wünschenswert, den Wärmewiderstand zwischen dem Meßabschnitt und dem gemessenen Fluid zu verringern, und den Wärmewiderstand zwischen dem Meßabschnitt und dem Trägerabschnitt zu erhöhen. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Flußgeschwindigkeit oder Flußrate des gemessenen Fluids auf der Grundlage der Wärmemenge bestimmt wird, die von dem Meßabschnitt an das gemessene Fluid übertragen wird.

Als nächstes wird die letztgenannte Verzögerung in Beziehung auf den Fall der Regelung auf konstante Temperaturdifferenz erläutert.

Wenn beispielsweise der Wärmeerzeugungswiderstand 4 auf der stromaufwärtigen Seite bei einer Erhöhung der Flußgeschwindigkeit abgekühlt wird, so erfolgt eine solche Steuerung oder Regelung, daß der Heizstrom erhöht wird, um den Wärmewiderstand des Wärmeerzeugungswiderstands 4 konstant zu halten. Wenn hierbei ein Wärmeleitungsweg zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromabwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand 4 an der stromaufwärtigen Seite vorhanden ist, wird der Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromabwärtigen Seite durch die Abkühlung des Wärmeerzeugungswiderstands 4 an der stromaufwärtigen Seite beeinflußt. Ist der Wärmewiderstand des Wärmeleitungsweges gering, so führt dies dazu, daß der Heizstrom übermäßig erhöht wird, der an den Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromabwärtigen Seite angelegt wird, jedoch die Erhöhung des Heizstroms unterdrückt wird, der an den Wärmeerzeugungswiderstand 4 an der stromaufwärtigen Seite angelegt wird. Daher ist eine gewisse Zeit dafür erforderlich, daß die Differenz zwischen dem Heizstrom, der an den Wärmeerzeugungswiderstand 4 an der stromaufwärtigen Seite angelegt wird, und dem Heizstrom, der an den Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromabwärtigen Seite angelegt wird, einen Sollwert erreicht, was zu einem Flußsensor mit schlechtem Reaktionsvermögen führt.

Bei dem voranstehend geschilderten, herkömmlichen Flußmeßelement werden daher Vorkehrungen getroffen, um die Wärmemenge zu verringern, die von dem Meßabschnitt an den Trägerabschnitt übertragen wird, sowie zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4, 5, um das Reaktionsvermögen des Flußmeßelements zu verbessern. Zum Minimieren des Wärmeleitungsweges, der von dem Meßabschnitt ausgeht, werden die Ausleger 11 in dem Luftraum 8 aufgehängt, und wird das Siliziumnitrid um den Meßabschnitt herum entfernt, um eine Öffnung zur Verfügung zu stellen. Alternativ hierzu, obwohl dies nicht dargestellt ist, weist ein anderes herkömmliches Flußmeßelement eine Brückenanordnung auf, die an beiden Enden gehaltert ist (sh. Fig. 1 in der japanischen Veröffentlichung eines geprüften Patents Nr. 3-52028).

Ein Flußmeßelement, welches einen Ausleger oder eine Brückenanordnung einsetzt, die an beiden Enden gehaltert ist, ist jedoch sehr empfindlich in Bezug auf Beschädigungen, und wird abhängig vom Einsatz leicht durch Verschmutzung beeinträchtigt.

Man kann sich beispielsweise einen Fall überlegen, bei welchem das voranstehend geschilderte Flußmeßelement bei einem Flußsensor für die Ansaugluft zur Verwendung bei der Kraftstoffregelung von Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung in Kraftfahrzeugen verwendet wird.

Eine Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine erzeugt Schwingungen in der Größenordnung von 40 bis 50 G, und in einigen Fällen erreicht die Flußgeschwindigkeit der Ansaugluft Werte von 200 m/Sekunde oder mehr. Bei Fehlzündungen können Drucke mit einer Höhe von bis zu 2 Atmosphären auftreten. Wird er derartigen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt, so wird der Meßabschnitt des herkömmlichen Flußmeßelements leicht beschädigt.

Andererseits geht bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung die Ansaugluft durch ein Luftfilterelement hindurch, welches stromaufwärts eines Flußsensors für die Ansaugluft angeordnet ist. Staub mit Abmessungen in der Größenordnung von mehreren Mikrometern geht durch das Luftfilterelement zusammen mit der Ansaugluft hindurch, und haftet dann an Kanten der Ausleger oder Brücken an, oder erreicht den Luftraum durch die Öffnung und verbleibt dort. Des führt dazu, daß die Flußmeßeigenschaften beeinträchtigt werden.

Wenn das Kraftfahrzeug im Regen oder auf mit Wasser bedeckten Straßen fährt, mischen sich Wassertröpfchen mit der Ansaugluft, und gehen auch durch das Luftfilterelement hindurch. Weiterhin ist das Flußmeßelement einer Atmosphäre ausgesetzt, die Motoröl und Schmutzablagerungsbestandteile enthält, die von einer Entlüftungsvorrichtung ausgeblasen werden. Wenn derartige Wassertröpfchen und/oder Ölnebel das herkömmliche Flußmeßelement erreichen, gelangt Wasser und/oder Öl in den Luftraum durch die Öffnung und bleibt dort. Auch dies beeinträchtigt die Flußmeßfähigkeit.

Auf dem Gebiet der Messung der Ansaugluftmenge bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung besteht inzwischen ein Bedürfnis nach einem Flußsensor mit gutem Reaktionsvermögen, um exakt Änderungen der Flußrate der Ansaugluft festzustellen, und eine ordnungsgemäße Kraftstoffregelung durchzuführen.

Ein Flußsensor, der das herkömmliche Flußmeßelement verwendet, ist so ausgelegt, daß er die Ausleger oder die Brückenanordnung aufweist, die an beiden Enden gehaltert ist, wie dies voranstehend geschildert wurde, damit das Reaktionsvermögen verbessert wird. Die Verwendung dieser Einrichtung beeinträchtigt jedoch die Verläßlichkeit. Daher war es äußerst schwierig, eine Konstruktion zu erzielen, die zur Messung der Ansaugluftmenge bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung geeignet ist.

Die vorliegende Erfindung wurde unter dem Gesichtspunkt entwickelt, die voranstehend geschilderten Schwierigkeiten zu überwinden, und ihr erstes Ziel besteht in der Bereitstellung eines Flußmeßelements und eines Flußsensors, die ein gutes Reaktionsvermögen und hohe Verläßlichkeit aufweisen.

Ein zweites Ziel besteht in der Bereitstellung einer Anordnung, mit welcher das Flußmeßelement und der Flußsensor gemäß der ersten Zielrichtung durch einfache Herstellungsvorgänge hergestellt werden können.

Ein Flußmeßelement gemäß der ersten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist einen isolierenden Trägerfilm auf, der auf der Oberfläche eines Substrats in Form einer ebenen Platte vorgesehen ist, mehrere Wärmeerzeugungsabschnitte, die aus wärmeempfindlichen Widerstandsfilmen gebildet sind, und auf dem Trägerfilm getrennt auf der stromaufwärtigen Seite und auf der stromabwärtigen Seite in der Richtung des Flusses eines zu messenden Fluids vorgesehen sind, sowie einen isolierenden Schutzfilm, der auf den Wärmeerzeugungsabschnitten vorgesehen ist, wobei das ebene Substrat teilweise entfernt ist, um eine Membrananordnung in einem Abschnitt unter der Oberfläche zur Verfügung zu stellen, an welcher die Wärmeerzeugungsabschnitte vorgesehen sind, wobei ein Spalt mit vorbestimmten Ausmaßen zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite in der Richtung des Flusses des gemessenen Fluids übrigbleibt.

Gemäß der zweiten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung sind bei dem Flußmeßelement gemäß der ersten Zielrichtung unter der Annahme, daß die vorbestimmte Entfernung zur Abmessung des Spalts zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite in der Richtung des Flusses des gemessenen Fluids mit G bezeichnet ist, und die Dicke einer Membran mit T, die vorbestimmte Entfernung G und die Membrandicke T so eingestellt, daß die Beziehung G/T ≧ 25 erfüllt ist.

Ein Flußmeßelement gemäß einer dritten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist einen isolierenden Trägerfilm auf, der auf der Oberfläche eines Substrats in Form einer flachen Platte vorgesehen ist, mehrere Wärmeerzeugungsabschnitte, die aus wärmeempfindlichen Widerstandsfilmen bestehen, und auf dem Trägerfilm getrennt an der stromaufwärtigen Seite und an der stromabwärtigen Seite in der Richtung des Flusses eines zu messenden Fluids angeordnet sind, sowie einen isolierenden Schutzfilm, der auf dem Wärmeerzeugungsabschnitten vorgesehen ist, wobei das ebenen Substrat teilweise entfernt ist, um eine Membrananordnung in einem Abschnitt unter der Oberfläche zur Verfügung zu stellen, wo die Wärmeerzeugungsabschnitte vorgesehen sind, und es ist zumindest ein Abschnitt, der dünner als die Membrandicke anderer Abschnitte ist, zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite vorgesehen.

Gemäß einer vierten Zielrichtung der Erfindung sind bei dem Flußmeßelement gemäß der dritten Zielrichtung mehrere Abschnitte, die dünner sind als die Memorandicke anderer Abschnitte, und die anderen Abschnitte, welche die Membrandicke aufweisen, gemischt zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite vorgesehen.

Gemäß einer fünften Zielrichtung der vorliegenden Erfindung ist bei dem Flußmeßelement gemäß der dritten oder vierten Zielrichtung irgendeiner der Abschnitte, die dünner als die Membrandicke der anderen Abschnitte sind, nicht im Zentrum der Membran angeordnet.

Gemäß einer sechsten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung ist in dem Flußmeßelement gemäß der dritten Zielrichtung jener Abschnitt, der dünner ist als die Membrandicke der anderen Abschnitte, als Fläche vorgesehen, an welcher der Schutzfilm nicht vorhanden ist, zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite.

Ein Flußmeßelement gemäß einer siebten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist einen isolierenden Trägerfilm auf, der auf der Oberfläche eines Substrats in Form einer ebenen Platte vorgesehen ist, mehrere Wärmeerzeugungsabschnitte, aus wärmeempfindlichen Widerstandsfilmen bestehen, und auf dem Trägerfilm getrennt an der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite in der Richtung des Flusses eines zu messenden Fluids vorgesehen sind, und einen isolierenden Schutzfilm, der auf den Wärmeerzeugungsabschnitten angeordnet ist, wobei das ebene Substrat teilweise entfernt ist, um einen Membrananordnung in einem Abschnitt unter der Oberfläche zur Verfügung zu stellen, an welcher die Wärmeerzeugungsabschnitte vorgesehen sind, und es ist zumindest ein Abschnitt, der dünner ist als die Membrandicke anderer Abschnitte, zwischen Außenumfangsrändern zumindest eines der Wärmeerzeugungsabschnitte an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite und Außenumfangsrändern der Membran vorgesehen.

Gemäß einer achten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung sind in dem Flußmeßelement gemäß der siebten Zielrichtung mehrere Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, und diese anderen Abschnitte, welche die Membrandicke aufweisen, gemischt zwischen den Außenumfangsrändern zumindest eines der Wärmeerzeugungsabschnitte an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite und den Außenumfangsrändern der Membran vorgesehen.

Gemäß einer neunten Zielrichtung der Erfindung ist in dem Flußmeßelement gemäß der siebten Zielrichtung irgendeiner der Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke der anderen Abschnitte, nicht im Zentrum der Membran vorgesehen.

Gemäß einer zehnten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung ist in dem Flußmeßelement gemäß der siebten Zielrichtung der Abschnitt, der dünner als die Membrandicke der anderen Abschnitte ist, als eine Fläche vorgesehen, in welcher der Schutzfilm weggelassen ist, zwischen den Außenumfangsrändern zumindest entweder des Wärmeerzeugungsabschnitts an der stromaufwärtigen Seite oder des Wärmeerzeugungsabschnitts an der stromabwärtigen Seite und den Außenumfangsrändern der Membran.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Flußmeßelements gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Aufsicht auf das Flußmeßelement gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Flußmeßelements gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine Aufsicht auf das Flußmeßelement gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Schnittansicht eines Flußmeßelements gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine Aufsicht auf das Flußmeßelement gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ein Schaltbild einer Steuer- oder Regelschaltung, die bei jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs der in Fig. 7 gezeigten Regelschaltung;

Fig. 9 ein Diagramm mit einer Darstellung der Beziehung zwischen G/T und einer Heizstromänderungsrate;

Fig. 10 eine Vorderansicht eines Flußsensors gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 eine Seitenschnittansicht des Flußsensors gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 eine Darstellung eines Zustands, in welchem der Flußsensor gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung bei einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung verwendet wird;

Fig. 13 eine Seitenschnittansicht eines herkömmlichen Flußmeßelements; und

Fig. 14 eine Aufsicht auf das herkömmliche Flußmeßelement.

Als nächstes werden bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen geschildert.

AUSFÜHRUNGSFORM 1

Die Fig. 1 und 2 sind eine Schnittansicht bzw. Aufsicht eines Flußmeßelements gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.

Wie in diesen Zeichnungen dargestellt ist auf der Oberfläche eines Substrats 1 in Form einer ebenen Platte, das aus Silizium besteht, und eine Dicke von beispielsweise etwa 0,4 mm aufweist, ein isolierender Trägerfilm 2 aus Siliziumnitrid mit einer Dicke von beispielsweise 1 µm durch Sputtern, Bedampfung, CVD oder irgendeinen anderen geeigneten Vorgang hergestellt. Auf dem Trägerfilm 2 werden Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 aus wärmeempfindlichen Widerstandsfilmen, die aus Platin bestehen und eine Dicke von beispielsweise 0,2 µm aufweisen, durch Verdampfung, Sputtern oder irgendein anderes geeignetes Verfahren hergestellt. Die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 werden mit einem Muster versehen, um Strompfade zur Verfügung zu stellen, durch einen Vorgang wie Photogravur, Naß- oder Trockenätzung oder dergleichen.

Die so mit einem Muster versehenen Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 weisen einen Wärmeerzeugungsabschnitt mit beispielsweise Abmessungen von 1 mm × 0,05 mm auf. Entsprechend werden Widerstände 6a, 6b zur Temperaturkompensation des gemessenen Fluids aus wärmeempfindlichen Widerstandsfilmen, die aus Platin bestehen und beispielsweise eine Dicke von 0,2 µm aufweisen, auf dem Trägerfilm 2 durch Verdampfung, Sputtern oder irgendeinen anderen geeigneten Vorgang hergestellt. Die Temperaturkompensationswiderstände 6a, 6b für das gemessene Fluid werden mit einem Muster versehen, um Strompfade zur Verfügung zu stellen, durch einen Vorgang wie Photogravur und Naß- oder Trockenätzung. Weiterhin wird auf den Wärmeerzeugungswiderständen 4, 5 und den Temperaturkompensationswiderständen 6a, 6b für das gemessene Fluid ein isolierender Schutzfilm 3 aus Siliziumnitrid mit einer Dicke von beispielsweise 1 µm durch Sputtern, Bedampfung, CVD oder irgendeinen anderen geeigneten Vorgang hergestellt.

Ein Pfeil 9 gibt die Richtung an, in welcher ein zu messender Luftstrom fließt. Wenn die Flußrate der Ansaugluft in Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung gemessen wird, so bezeichnet der Pfeil 9 die Richtung, in welcher ein Luftstrom von einer Ansaugöffnung zu einem Zylinder fließt. Es wird darauf hingewiesen, daß beispielsweise bei Vierzylinder- Brennkraftmaschinen der Luftstrom einen pulsierenden Strom darstellt, der auch einen rückwärts gerichteten Fluß einschließt, abhängig von den Bedingungen der Ventilüberschneidungen, dem Öffnungsgrad einer Drosselklappe, und einem Ansaugrohr.

Die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 sind Seite an Seite in dieser Reihenfolge in der Richtung des Luftstroms angeordnet, berühren sich jedoch nicht, da zwischen ihnen ein vorbestimmter Spalt vorgesehen ist. Wenn der vorbestimmte Spalt zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4, 5 in der Richtung des Luftstroms mit G bezeichnet ist, und die Dicke einer Membran mit T, so ist die Konstruktion so gewählt, daß die Beziehung von G/T ≧ 25 gilt. Im Falle von T = beispielsweise 2 µm ergibt sich G = 50 µm; die gegenüberliegenden Ränder der Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 sind daher um eine Entfernung von 50 µm in Richtung des Luftstroms voneinander beabstandet.

Die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 und die Temperaturkompensationswiderstände 6a, 6b für das gemessene Fluid sind über Leiterbahnen 13a bis 13h mit Elektroden 14a bis 14h für die elektrische Verbindung eines Flußmeßelements nach außen verbunden. Jeweilige Abschnitte des Schutzfilms 3 entsprechend den Elektroden 14a bis 14h werden entfernt für einen elektrische Verbindung nach außen durch Draht-Bondieren oder irgendein anderes geeignetes Verfahren.

Weiterhin wird eine Membran 12 dadurch ausgebildet, daß ein Ätzloch 16 in einem rückwärtigen Schutzfilm 15 hergestellt wird, der auf der rückwärtigen Oberfläche des Substrats 1 in Form einer ebenen Platte entgegengesetzt zu dessen vorderer Oberfläche vorgesehen ist, einschließlich des dort ausgebildeten Trägerfilms 2, durch Photogravur oder irgendein anderes geeignetes Verfahren, und nachfolgenden Einsatz beispielsweise einer alkalischen Ätzung, um einen Teil des ebenen Substrats 1 zu entfernen.

Die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 werden auf jeweilige vorbestimmte mittlere Temperaturen durch eine Regelschaltung geregelt, die in Fig. 7 gezeigt ist, und als Regel- oder Steuervorrichtung dient. Die Regelschaltung weist eine Brückenschaltung 30 mit dem Temperaturkompensationswiderstand 6a für das gemessene Fluid und den Wärmeerzeugungswiderstand 4 auf, eine Brückenschaltung 40 mit dem Temperaturkompensationswiderstand 6b für das gemessene Fluid und dem Wärmeerzeugungswiderstand 5, und eine Operationsverstärkerschaltung 26 zur Feststellung der Differenz zwischen Spannungen VM1, VM2 entsprechend den jeweiligen Heizströmen, die durch die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 fließen. Die Brückenschaltungen 30 und 40 sind parallel mit einer Batterie 25 geschaltet.

Durch ordnungsgemäße Änderung der Heiztemperaturen der Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 auf der Grundlage der jeweiligen Temperaturen des gemessenen Fluids, die von den Temperaturkompensationswiderständen 6a, 6b für das gemessene Fluid festgestellt werden, wird eine Variable entsprechend dem Produkt der Flußgeschwindigkeit und der Dichte des gemessenen Fluids aus den Heizströmen erhalten, die durch die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 fließen.

Wenn die Flußgeschwindigkeit des gemessenen Fluids ansteigt, steigt die von dem Wärmeerzeugungswiderstand 4 an das gemessene Fluid übertragene Wärme an, und erhöht sich auch der durch den Wärmeerzeugungswiderstand 4 fließende Heizstrom. Da der Luftstrom, der durch den Wärmeerzeugungswiderstand 4 an der stromaufwärtigen Seite erwärmt wird, an dem Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromaufwärtigen Seite vorbeifließt, ist jedoch die Erhöhung des Heizstroms, der durch den Wärmeerzeugungswiderstand 5 an der stromabwärtigen Seite fließt, geringer als jene bei dem Wärmeerzeugungswiderstand 4 auf der stromaufwärtigen Seite. Die Flußrate und die Richtung des gemessenen Fluids können daher dadurch festgestellt werden, daß die Differenz zwischen den Heizströmen festgestellt wird, die durch die Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 fließen.

Als nächstes werden die Brückenschaltungen 30 und 40 genauer erläutert.

Die Brückenschaltung 30 ist beispielsweise so aufgebaut, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Bei dem Wärmeerzeugungswiderstand ist ein Ende mit dem Kollektor eines Transistors 31 verbunden, und das andere Ende über einen Widerstand 32 an Masse gelegt. In Reihe geschaltete Widerstände 32 und 34 sind an beide Enden des Wärmeerzeugungswiderstands 4 parallel geschaltet, und ein Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 33, 34 ist an eine Eingangsklemme (die nicht-invertierende Eingangsklemme) eines Verstärkers 35 angeschlossen. Die andere Eingangsklemme (die invertierende Eingangsklemme) des Verstärkers 35 ist mit einer Ausgangsklemme des Verstärkers 35 verbunden. Die Ausgangsklemme des Verstärkers 35 ist an eine invertierende Eingangsklemme eines Differenzverstärkers 36 angeschlossen, über den Temperaturkompensationswiderstand 6a für das gemessene Fluid, und dann über einen Widerstand 37 an Masse gelegt. Eine nicht-invertierende Eingangsklemme des Differenzverstärkers 36 ist mit dem anderen Ende des Wärmeerzeugungswiderstandes 4 verbunden, und eine Ausgangsklemme des Differenzverstärkers 36 ist an die Basis eines Transistors 38 angeschlossen. Bei dem Transistor 38 ist der Emitter mit Masse verbunden, und der Kollektor an die Basis des Transistors 31 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 31 ist mit dem positiven Pol der Batterie 25 verbunden.

Entsprechend ist die Brückenschaltung 40 folgendermaßen aufgebaut. Bei dem Wärmeerzeugungswiderstand 5 ist ein Ende mit dem Kollektor eines Transistors 41 verbunden, und das andere Ende über einen Widerstand 42 an Masse gelegt. In Reihe geschaltete Widerstände 43 und 44 sind parallel an beide Enden des Wärmeerzeugungswiderstandes 5 angeschlossen, und ein Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 43, 44 ist mit einer Eingangsklemme (der nicht-invertierenden Eingangsklemme) eines Verstärkers 45 verbunden. Die andere Eingangsklemme (die invertierende Eingangsklemme) des Verstärkers 45 ist an eine Ausgangsklemme des Verstärkers 45 angeschlossen. Die Ausgangsklemme des Verstärkers 45 ist mit einer invertierenden Eingangsklemme eines Differenzverstärkers 46 verbunden, nämlich über den Temperaturkompensationswiderstand 6b für das gemessene Fluid, und dann über einen Widerstand 47 an Masse gelegt. Eine nicht invertierende Eingangsklemme des Differenzverstärkers 46 ist mit dem anderen Ende des Wärmeerzeugungswiderstandes 5 verbunden, und eine Ausgangsklemme des Differenzverstärkers 46 ist an die Basis eines Transistors 48 angeschlossen.

Bei dem Transistor 48 ist der Emitter an Masse gelegt, und der Kollektor mit der Basis des Transistors 41 verbunden. Der Emitter des Transistors 41 ist an den positiven Pol der Batterie 25 angeschlossen.

Weiterhin sind die anderen Enden der Wärmeerzeugungswiderstände 4 und 5 jeweils an eine invertierende Eingangsklemme bzw. eine nicht-invertierende Eingangsklemme des Differenzverstärkers 26 angeschlossen. Eine Ausgangsklemme des Differenzverstärkers 26 ist mit einer Steuereinheit (Fig. 12) für eine Brennkraftmaschine verbunden.

Als nächstes wird der Betrieb der Brückenschaltungen geschildert. Da die Brückenschaltungen 30 und 40 im wesentlichen auf dieselbe Art und Weise arbeiten, erfolgt nachstehend als typisches Beispiel die Beschreibung der Brückenschaltung 30.

Nunmehr wird angenommen, daß der Wärmeerzeugungswiderstand 4 einen Widerstandswert von RH aufweist, der Temperaturkompensationswiderstand 6a für das gemessene Fluid einen Widerstandswert von Ra aufweist, die Widerstände 32, 33, 34, 37 einen jeweiligen Widerstandswert R2, R3, R4 bzw. R1 aufweisen, und daß die an die invertierende Eingangsklemme des Differenzverstärkers 36 angelegte Spannung mit Vp bezeichnet ist, wobei der Differenzverstärker 36 eine Rückkopplungsregelung der Transistoren 38 und 31 auf solche Weise durchführt, daß die Beziehung Vp = VM1 gilt.

Im Gleichgewichtszustand von Vp = VM1 ergibt sich RH aus:

RH = (R3 + R4) R2.Ra/(R1.R4 - R2.Ra) (1).

Wenn daher RH und Ra denselben Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweisen, so wird der Widerstandswert RH, also die mittlere Temperatur des Wärmeerzeugungswiderstandes 4, unabhängig von der Flußrate des gemessenen Fluids konstant gehalten.

Weiterhin sind die Brückenwiderstände so ausgewählt, daß die mittlere Temperatur des Wärmeerzeugungswiderstandes 4 auf einem vorbestimmten Wert (beispielsweise 200°C) höher als die Fluidtemperatur gehalten wird, die von dem Temperaturkompensationswiderstand 6a für das gemessene Fluid festgestellt wird.

Wenn die Flußrate erhöht wird, so daß sich die Abkühlung des Wärmeerzeugungswiderstandes 4 beschleunigt, wird der durch den Wärmeerzeugungswiderstand 4 fließende Strom erhöht, und erhöht sich auch die Spannung VM1.

Ein Ausgangssignal Vout des Flußsensors wird dadurch erhalten, daß die Differenz zwischen dem Ausgangssignal der Brückenschaltung 30 und dem Ausgangssignal der Brückenschaltung 40 festgestellt wird, also zwischen den Spannungen VM1 und VM2, nämlich durch den Differenzverstärker 26.

Im voranstehend geschilderten Fall sind die Beziehungen der Flußrate in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung zu den Spannungen VM1, VM2 als jeweiliges Ausgangssignal der Brückenschaltung 30 bzw. 40 und dem Ausgangssignal Vout des Flußsensors so, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist.

Bei dieser Ausführungsform sind, wie voranstehend erwähnt, die Wärmeerzeugungswiderstände 4 und 5 so angeordnet, daß sie einander nicht berühren, sondern um eine vorbestimmte Entfernung voneinander in der Richtung des Flusses des gemessenen Fluids beabstandet sind. Wechselwirkungen, die durch Wärmeleitung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen hervorgerufen werden, können daher durch die Membrananordnung auf einen kleinen Wert unterdrückt werden, welche der voranstehend geschilderten, herkömmlichen Anordnung überlegen ist, bei welcher Brücken oder Ausleger verwendet werden, in Bezug auf die Festigkeit; die Reaktionsverzögerung infolge der Wechselwirkung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen kann daher klein ausgebildet werden.

Fig. 9 zeigt ein Versuchsergebnis, bei welchem die Änderungsrate des Heizstroms, der durch den Wärmeerzeugungswiderstand 5 fließt, dadurch gemessen wurde, daß das Gleichgewicht der Brückenschaltung 30 leicht geändert wurde, einschließlich des Wärmeerzeugungswiderstandes 4, über eine Störung, die von außen einwirkt, um hierdurch geringfügig die Regeltemperatur des Wärmeerzeugungswiderstandes 4 bei jeweiligen Werten von G/T zu ändern. Selbstverständlich kann ein entsprechendes Ergebnis auch dadurch erhalten werden, daß die Änderungsrate der geregelten Temperatur des Wärmeerzeugungswiderstandes 4 durch geringfügige Änderung des Heizstroms oder umgekehrt gemessen wird.

Wie aus Fig. 9 hervorgeht, ist die Änderungsrate des durch den Wärmeerzeugungswiderstand 5 fließenden Stroms äußerst gering, wenn der Wert G/T auf 25 oder mehr ansteigt. Eine zufriedenstellende Auswirkung kann daher zur Erzielung einer geringfügigen gegenseitigen Wechselwirkung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 dadurch erreicht werden, daß das Flußmeßelement so ausgebildet wird, daß folgende Formel erfüllt ist:

G/T ≧ 25 (2).

Wie voranstehend geschildert weist infolge dieser Ausführungsform, da die Membrananordnung keine Öffnung oder keinen Raum in der Nähe eines Meßabschnitts aufweist, das Flußmeßelement eine größere Festigkeit als das herkömmliche Element auf, welches die Ausleger oder die Brückenanordnung einsetzt, die an beiden Enden gehaltert ist. Darüber hinaus ist es weniger wahrscheinlich, daß Staub, Wasser, Öl und dergleichen in der Nähe des Meßabschnitts anhaften oder dort verbleiben. Durch Abdeckung einer Ausnehmung in dem Substrat von der Rückseite der Membran ist es darüber hinaus möglich, das Eindringen von Fremdkörpern in die Ausnehmung zu verhindern. Da ein Spalt mit vorbestimmten Abmessungen in dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite in Richtung des gemessenen Stroms vorhanden ist, kann die Wärmemenge verringert werden, die durch Wärmeleitung zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite übertragen wird; eine thermische Wechselwirkung zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite kann daher klein sein.

Da die Entfernung G des Spalts zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt auf der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite in Richtung des gemessenen Stroms sowie die Dicke T der Membran so ausgewählt sind, daß die voranstellende Formel (2) gilt, kann darüber hinaus eine Wechselwirkung infolge von Wärmeleitung zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite noch wirksamer klein ausgebildet werden.

AUSFÜHRUNGSFORM 2

Die Fig. 3 und 4 sind eine Schnittansicht bzw. eine Aufsicht eines Flußmeßelements gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Hierbei sind mit den Bezugsziffern 1 bis 17 dieselben oder entsprechende Teile wie bei der Ausführungsform 1 bezeichnet.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein verdünnter Abschnitt 23 zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 so vorgesehen, daß mehrere verdünnte Abschnitte 23 und mehrere nicht verdünnte Abschnitte gemischt zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 vorhanden sind, wobei der verdünnte Abschnitt 23 nicht im Zentrum der Membran 12 liegt.

Die verdünnten Abschnitte 23 bilden jeweils eine Fläche, in welcher kein Schutzfilm 3 vorgesehen ist. Die verdünnten Abschnitte 23, die dünner sind als die Membrandicke der anderen Abschnitte, werden dadurch hergestellt, daß jede der Flächen mit einem Photolack beschichtet wird, wo der Schutzfilm nicht vorgesehen ist, durch einen Photogravurvorgang vor der Herstellung des Schutzfilms, und der Photolack nach der Herstellung des Schutzfilms entfernt wird.

Bei dieser Ausführungsform, welche das wie voranstehend geschildert aufgebaute Flußmeßelement verwendet, wird eine wirksamere Wärmeisolierung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 zur Verfügung gestellt. Wenn die Entfernung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 zu groß ist, wird der durch den Wärmeerzeugungswiderstand 4 erwärmte Luftstrom diffus ausgebildet oder abgekühlt, bevor er den Wärmeerzeugungswiderstand 5 erreicht. Dies verringert den Unterschied zwischen den Heizströmen, die durch die Wärmeerzeugungswiderstände 4 und 5 fließen, was zu einer Verringerung der Empfindlichkeit des Flußsensors führen kann, oder zu einer Einschränkung des Meßbereiches für die Flußrate. Die vorliegende Erfindung ist in der Hinsicht wirksam, daß sie derartige Nachteile ausschaltet. Selbst mit einer geringeren Entfernung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 in Richtung des gemessenen Fluids ist es daher möglich, eine wirksame Wärmeisolierung zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 zur Verfügung zu stellen.

Durch Bereitstellung der verdünnten Abschnitte 23 und der nicht-verdünnten Abschnitte auf gemischte Art und Weise zwischen den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5, wobei der verdünnte Abschnitt 23 nicht im Zentrum der Membran 12 angeordnet ist, wo sich die maximalen Biegespannungen ergeben, kann eine Verringerung der mechanischen Festigkeit der Membran 12 so weit wie möglich verhindert werden. Die mechanische Festigkeit ist etwas geringer als bei der Ausführungsform 1, jedoch erheblich höher als bei dem herkömmlichen Element, das einen Aufbau mit Auslegern der Brücken verwendet.

Da bei der vorliegenden Ausführungsform, wie dies voranstehend erläutert wurde, Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen Seite vorhanden sind, kann der Wärmeerzeugungswiderstand des Wärmeleitungspfades groß ausgebildet werden, ohne die Entfernung zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen Seite zu erhöhen. Da es nicht erforderlich ist, die Entfernung zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen Seite zu vergrößern, wird die Wärmebewegung durch den Luftstrom als Medium von dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen nicht verringert oder beeinträchtigt. Der Unterschied zwischen den Heizströmen, die durch den Wärmeerzeugungswiderstand an der stromaufwärtigen Seite und den Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen Seite fließen, wird daher vergrößert; und dies führt dazu, daß sich keine Beeinträchtigung in Bezug auf die Empfindlichkeit und den Meßbereich für die Flußrate ergibt.

Da Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, und diese anderen Abschnitte mit der konstruktiv vorgegebenen Membrandicke gemischt zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen Seite vorhanden sind, ist es darüber hinaus möglich, eine Verringerung der mechanischen Festigkeit im Zentrum der Membran oder in diesem Bereich zu unterdrücken, und die Wärmemenge zu verringern, die durch Wärmeleitung zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen Seite übertragen wird.

Da Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, und diese anderen Abschnitte mit der konstruktiv vorgegebenen Membrandicke gemischt zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen Seite vorgesehen sind, und sich der verdünnte Abschnitt nicht im Zentrum der Membran befindet, wird darüber hinaus die Wärmemenge, die durch Wärmeleitung zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen Seite übertragen wird, verringert, ohne die mechanische Festigkeit im Zentrum der Membran zu beeinträchtigen, in welchem sich die maximalen Biegespannungen entwickeln.

Da Abschnitte, die dünner als die Membrandicke anderer Abschnitte sind, als Flächen vorgesehen sind, in welchen kein Schutzfilm vorhanden ist, zwischen dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungswiderstand an der stromabwärtigen Seite, können die Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke der anderen Abschnitte, durch einfache Schritte hergestellt werden, nämlich durch Aufbringen eines Photolacks auf jede der Flächen, an welchen der Schutzfilm nicht vorhanden ist, durch einen Photogravurvorgang vor der Herstellung des Schutzfilms, und Entfernung des Photolacks nach der Herstellung des Schutzfilms.

AUSFÜHRUNGSFORM 3

Die Fig. 5 und 6 sind eine Schnittansicht bzw. eine Aufsicht eines Flußmeßelements gemäß Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hierbei sind mit den Bezugsziffern 1 bis 17 und 23 dieselben oder entsprechende Elemente wie bei der Ausführungsform 2 bezeichnet.

Bei dieser Ausführungsform sind verdünnte Abschnitte 24, die dünner sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, zwischen Außenumfangsrändern der Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 und Außenumfangsrändern der Membran 12 vorgesehen. Weiterhin sind die verdünnten Abschnitte 24, die dünner sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, und diese anderen Abschnitte mit der konstruktiv vorgegebenen Membrandicke gemischt zwischen den Außenumfangsrändern der Wärmeerzeugungswiderstände 4, 5 und den Außenumfangsrändern der Membran 12 angeordnet. Weiterhin ist, ebenso wie bei der Ausführungsform 2, der verdünnte Abschnitt 24 nicht im Zentrum der Membran 12 angeordnet.

Die verdünnten Abschnitte 24 sind jeweils als Fläche ausgebildet, in welcher kein Schutzfilm 3 vorhanden ist. Im einzelnen werden die verdünnten Abschnitte 24, die dünner sind als die Membrandicke der anderen Abschnitte, dadurch hergestellt, daß jede der Flächen mit einem Photolack beschichtet wird, an welchem der Schutzfilm 3 nicht vorhanden ist, mit einem Photogravurvorgang vor der Herstellung des Schutzfilms 3, und der Photolack nach der Herstellung des Schutzfilms 3 entfernt wird.

Bei dieser Ausführungsform, die das wie voranstehend geschildert aufgebaute Flußmeßelement verwendet, kann der Wärmestrom verringert werden, der von den Wärmeerzeugungswiderständen 4 und 5 an das Substrat 1 in Form einer ebenen Platte entweicht. Daher ist es möglich, den Einfluß zu verringern, den eine zeitliche Verzögerung auf das Ausgangssignal des Flußsensors hat, wobei die zeitliche Verzögerung dadurch hervorgerufen wird, daß eine gewisse Zeit benötigt wird, bis die an das Substrat 1 in Form einer ebenen Platte entweichende Wärme einen Gleichgewichtszustand erreicht, nachdem sich die Flußrate geändert hat, so daß schließlich ein Flußsensor mit besserem Reaktionsvermögen zur Verfügung gestellt werden kann.

Der voranstehend geschilderte Vorteil ist besonders dann wirksam, wenn die Flußrate niedrig ist, und besteht darüber hinaus darin, die Einschaltzeit zu verringern, welche der Flußsensor benötigt, ein exaktes Flußsignal aus zugeben, wenn der Flußsensor mit elektrischer Energie versorgt wird.

Durch Bereitstellung der verdünnten Abschnitte 24 und der nicht-verdünnten Abschnitte auf gemischte Art und Weise kann die Verringerung der mechanischen Festigkeit der Membran 12 so weit wie möglich verhindert werden. Da eine Membrananordnung vorgesehen ist, bei welcher der Flußmeßabschnitt an seinem gesamten Umfang gehaltert wird, ist die mechanische Festigkeit erheblich höher als bei dem herkömmlichen Element, welches eine Anordnung unter Einsatz von Auslegern oder Brücken verwendet.

Da bei dieser Ausführungsform, wie dies voranstehend erläutert wurde, Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, zwischen den Außenumfangsrändern des Wärmeerzeugungswiderstands an der stromaufwärtigen Seite und/oder des Wärmeerzeugungswiderstands an der stromabwärtigen Seite vorgesehen sind, und den Außenumfangsrändern der Membran, kann der Wärmeerzeugungswiderstand in Bereichen erhöht werden, in welchen der stromaufwärtige und/oder stromabwärtige Wärmeerzeugungswiderstand als Wärmeerzeugungsabschnitt (Meßabschnitt) an dem Substrat in Form einer ebenen Platte gehaltert ist; die Wärmemenge, die von dem stromaufwärtigen und/oder stromabwärtigen Wärmeerzeugungswiderstand entweicht, kann daher verringert werden.

Da Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, und diese anderen Abschnitte mit der konstruktiv vorgegebenen Membrandicke gemischt zwischen den Außenumfangsrändern des Wärmeerzeugungswiderstands an der stromaufwärtigen Seite und/oder des Wärmeerzeugungswiderstands an der stromabwärtigen Seite und den Außenumfangsrändern der Membran vorgesehen sind, kann die Verringerung der mechanischen Festigkeit der Membran noch weiter verringert werden, und läßt sich eine bessere Wärmeisolierung erzielen.

Da Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, als Flächen vorgesehen sind, in welchen kein Flußfilm vorgesehen ist, zwischen den Außenumfangsrändern des Wärmeerzeugungswiderstands an der stromaufwärtigen Seite und/oder des Wärmeerzeugungswiderstands an der stromabwärtigen Seite und den Außenumfangsrändern der Membran, können die Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke der anderen Abschnitte, durch folgende einfachen Schritte hergestellt werden: Beschichtung jeder der Flächen mit einem Photolack, wo der Schutzfilm nicht vorhanden ist, mit einem Photogravurvorgang vor der Herstellung des Schutzfilms, und Entfernen des Photolacks nach der Ausbildung des Schutzfilms.

AUSFÜHRUNGSFORM 4

Die Fig. 10 und 11 sind eine Vorderansicht bzw. Seitenschnittansicht mit der Darstellung eines Beispiels für einen Flußsensor, der das Flußmeßelement gemäß einer der voranstehend geschilderten Ausführungsformen verwendet.

Hierbei weist ein Flußsensor 50 das Flußmeßelement 17 auf, einen Meßkanal 51, einen Hauptkanal 52, durch welchen das Fluid fließt, eine gitterförmige Flußführungsplatte 53, ein Gehäuse 54, in welchem die voranstehend geschilderte Regelschaltung (Fig. 7) vorgesehen ist, und einen Verbinder 55, durch welchen elektrische Energie dem Flußsensor 50 zugeführt wird, und ein Ausgangssignal des Flußsensors 50 abgenommen wird.

Durch eine derartige Verwendung eines der Flußmeßelemente gemäß den Ausführungsform 1 bis 3 kann daher ein Flußsensor zur Verfügung gestellt werden, der die entsprechenden Vorteile aufweist, welche bei jeder der Ausführungsformen geschildert wurden.

Fig. 12 zeigt schematisch ein Beispiel, bei welchem der Flußsensor 50 in einem Einlaßsystem einer Brennkraftmaschine 65 mit innerer Verbrennung vorgesehen ist.

In Fig. 12 ist ein Luftfilter 61 an der stromaufwärtigen Seite eines Ansaugkanals 60 vorgesehen, durch welchen Luft eingesaugt wird, ist eine Drosselklappe 62 an der stromabwärtigen Seite des Einlaßkanals 60 angeordnet, und ist der Flußsensor 50 zwischen dem Luftfilter 61 und der Drosselklappe 62 angeordnet.

Der Verbinder 54 des Flußsensors 50 ist elektrisch mit einer Steuereinheit oder Regeleinheit 63 verbunden, und ein Kraftstoffeinspritzventil 54 wird entsprechend dem Ausgangssignal der Steuereinheit 63 gesteuert oder geregelt.

Die Flußrate der Ansaugluft, die durch den Luftfilter 61 im Ansaugkanal 60 hindurchgegangen ist, wird von dem Flußsensor 50 gemessen. Das Ausgangssignal des Flußsensors 50 wird der Steuereinheit 63 zugeführt, welche die optimale Benzinmenge berechnet, welche einer Brennkraftmaschine zugeführt wird, und ein entsprechendes Treibersignal an das Kraftstoffeinspritzventil 64 liefert.

Es wird darauf hingewiesen, daß zwar die Breite des Leitungsmusters und die Entfernung zwischen den Leiterbahnen in sämtlichen Bezeichnungen in vergrößertem Maßstab dargestellt sind, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, jedoch kann beim tatsächlichen Herstellungsverfahren in einigen Fällen eine erheblich feinere Musterbildung erfolgen.

Claims (10)

1. Flußmeßelement, welches aufweist:
einen isolierenden Trägerfilm, der auf der Oberfläche eines Substrats in Form einer ebenen Platte vorgesehen ist,
mehrere Wärmeerzeugungsabschnitte, die aus wärmeempfindlichen Widerstandsfilmen bestehen, und auf dem Trägerfilm getrennt an der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite in Richtung des Flusses eines zu messenden Fluids vorgesehen sind, und
einen isolierenden Schutzfilm, der auf den Wärmeerzeugungsabschnitten vorgesehen ist,
wobei das Substrat in Form einer ebenen Platte zum Teil entfernt ist, um eine Membrananordnung in einem Abschnitt unter der Oberfläche zur Verfügung zu stellen, wo die Wärmeerzeugungsabschnitte vorgesehen sind, und ein Spalt mit vorbestimmter Größe zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt auf der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt auf der stromabwärtigen Seite in Richtung des Flusses des zu messenden Fluids verbleibt.

2. Flußmeßelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die vorbestimmte Entfernung des Spaltes zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite und des Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite in der Richtung des zu messenden Fluids mit G bezeichnet ist, und die Dicke der Membran mit T, die vorbestimmte Entfernung G und die Membrandicke T so gewählt sind, daß folgende Beziehung gilt:
G/T ≧ 25.

3. Flußmeßelement, welches aufweist:
einen isolierenden Trägerfilm, der auf der Oberfläche eines Substrats in Form einer ebenen Platte vorgesehen ist,
mehrere Wärmeerzeugungsabschnitte, die aus wärmeempfindlichen Widerstandsfilmen bestehen, und auf dem Trägerfilm getrennt an der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite in Richtung des Flusses eines zu messenden Fluids vorgesehen sind, und
einen isolierenden Schutzfilm, der auf den Wärmeerzeugungsabschnitten vorgesehen ist,
wobei das Substrat in Form einer ebenen Platte zum Teil entfernt ist, um eine Membrananordnung in einem Abschnitt unter der Oberfläche zur Verfügung zu stellen, wo die Wärmeerzeugungsabschnitte vorgesehen sind, und zumindest ein Abschnitt, der dünner ist als die Membrandicke anderer Abschnitte, zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite vorgesehen ist.

4. Flußmeßelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, und diese anderen Abschnitte mit der vorgegebenen Membrandicke gemischt zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite angeordnet sind.

5. Flußmeßelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß keiner der Abschnitte, die dünner als die Membrandicke der anderen Abschnitte sind, im Zentrum der Membran angeordnet ist.

6. Flußmeßelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt, der dünner ist als die Membrandicke der anderen Abschnitte, als Fläche ausgebildet ist, an welcher kein Flußfilm vorgesehen ist, zwischen dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite.

7. Flußmeßelement, welches aufweist:
einen isolierenden Trägerfilm, der auf der Oberfläche eines Substrats in Form einer ebenen Platte vorgesehen ist,
mehrere Wärmeerzeugungsabschnitte, die aus wärmeempfindlichen Widerstandsfilmen bestehen, und auf dem Trägerfilm getrennt an der stromaufwärtigen Seite und an der stromabwärtigen Seite in Richtung des Flusses eines zu messenden Fluids angeordnet sind, und
einen isolierenden Schutzfilm, der auf den Wärmeerzeugungsabschnitten vorgesehen ist,
wobei das Substrat in Form einer ebenen Platte teilweise entfernt ist, um eine Membrananordnung in einem Abschnitt unter der Oberfläche zur Verfügung zu stellen, wo die Wärmeerzeugungsabschnitte vorgesehen sind, und zumindest ein Abschnitt, der dünner ist als die Membrandicke anderer Abschnitte, zwischen Außenumfangsrändern des Wärmeerzeugungsabschnitts an der stromaufwärtigen Seite und/oder des Wärmeerzeugungsabschnitts an der stromabwärtigen Seite und Außenumfangsrändern der Membran vorgesehen ist.

8. Flußmeßelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke anderer Abschnitte, und diese anderen Abschnitte mit der vorgegebenen Membrandicke, gemischt zwischen den Außenumfangsrändern des Wärmeerzeugungsabschnitts an der stromaufwärtigen Seite und/oder des Wärmeerzeugungsabschnitts an der stromabwärtigen Seite und den Außenumfangsrändern der Membran vorgesehen sind.

9. Flußmeßelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß keiner der Abschnitte, die dünner sind als die Membrandicke der anderen Abschnitte, im Zentrum der Membran angeordnet ist.

10. Flußmeßelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt, der dünner ist als die Membrandicke der anderen Abschnitte, als eine Fläche ausgebildet ist, an welcher der Schutzfilm nicht vorgesehen ist, zwischen den Außenumfangsrändern des Wärmeerzeugungsabschnitts an der stromaufwärtigen Seite und/oder des Wärmeerzeugungsabschnitts an der stromabwärtigen Seite und den Außenumfangsrändern der Membran.