[发明专利]用于确定以主流动方向流动的流体介质的至少一个流动特性的传感器装置

说明书

技术领域

由现有技术已公知许多用于确定流体介质(也就是液体和/或气体)的至少一个流动特性的方法和装置。流动特性在此可以是原则上任意的可物理地和/或化学地测量的特性，这些特性对流体介质的流动进行定性或定量。在此尤其可以指流动速度和/或质量流量和/或体积流量。

背景技术

在下面参考例如在Konrad Reif(Hrsg.)：机动车中的传感器，2010年第一版，146-148页中描述的所谓热膜式空气质量流量计尤其是说明本发明。此种热膜式空气质量流量计原则上基于具有传感器膜片作为测量表面或传感器区域的传感器芯片、尤其是硅传感器芯片构成，测量表面或传感器区域可由流动的流体介质从上面流过。传感器芯片原则上包括至少一个加热元件以及至少两个温度探头，温度探头例如设置在传感器芯片的测量表面之上。由温度探头测定的温度剖面的不对称性可以推出流体介质的质量流量和/或体积流量，该温度剖面受流体介质流动的影响。热膜式空气质量流量计一般构造为插入式传感器，该传感器可以固定地或可更换地安装在流动管中。流动管例如可以是内燃机的进气歧管。

在此，介质的分流流经至少一个设置在热膜式空气质量流量计内的主通道。在主通道的进口和出口之间构造有旁通通道。尤其是如此构造旁通通道，使得该旁通通道具有一个弯曲区段用来改变流过主通道进口进入的介质分流的方向，其中弯曲区段进一步通向其中设置有传感器芯片的区段。最后提到的区段也就是真正的测量通道，其内设置有传感器芯片。在此，在旁通通道内设置一个装置，该装置引导流动以及阻止介质分流从测量通道的通道壁处分开。此外，主通道的进口区域在其开口的区域内设有倾斜的或弯曲的面，该开口与主流动方向相反指向，倾斜的或弯曲的面如此构造，使得流入进口区域的介质从通向传感器芯片的主通道部分被引开。这引起，在介质内包含的液体或固体微粒由于其质量惰性无法到达传感器芯片并且可能污染该芯片。

此种热膜式空气质量流量计在实践中必须满足许多要求和边界条件。除全部通过适当的流体技术设计方案减小热膜式空气质量流量计上的压力降这一目的外，主要挑战之一在于，相对于通过油滴和水滴或炭黑、粉尘和其他固体微粒的污染进一步改善此种装置的信号质量和坚固性。例如信号质量指的是经过通向传感器芯片的测量通道的介质的质量流量以及有些情况下指的是信号漂移的减小和信噪比的改善。信号漂移在此指的是例如介质的质量流量在特征曲线关系变化的意义上在实际出现的质量流量和在校准的范围中在制造时求出的要输出的信号之间的偏差。在信噪比的求出时观察以快速的时间顺序输出的传感器信号，而特征曲线或信号漂移指的是平均值的变化。

在上述类型的常见热膜式空气质量流量计中，带有在其上安装或安入的传感器芯片的传感器载体通常伸入测量通道中。例如传感器芯片可以粘贴在传感器载体内或传感器载体之上。传感器载体可以例如与由金属制成的底板一起构成一个单元，在该金属底板上也可粘贴以电子装置、印制电路板形式的控制和分析电路。传感器载体例如可以构造为电子模块的注射成型的塑料部件。传感器芯片与控制和分析电路可以例如通过键合连接的方式相互连接。由此产生的电子模块例如可以粘贴在传感器壳体内，整个插入式传感器可以通过盖封闭。

为了使热膜式空气质量流量计可以传递尽可能不受干扰的空气质量信号，向着插入式传感器以及通过其中的测量通道和尤其是通过传感器芯片的测量表面的尽可能均匀的流动是重要的。在此已经证明，传感器载体的伸入测量通道中的迎流边缘的轮廓对于传感器装置的信号质量起着至关重要的作用。因此例如在DE103455084A1中建议将传感器载体的迎流边缘圆化地构成，以便提高传感器载体和传感器芯片上的流动质量并且以便避免传感器芯片表面上的脉动的、不稳定的脱离。

DE102008042155A1公开了用于确定流经通道的流体介质的至少一个参数、尤其是内燃机的吸入空气质量的传感器装置。该传感器装置具有至少一个设置在通道内的、用于确定流体介质参数的传感器芯片。该传感器芯片容纳在伸入通道中的传感器载体中。传感器载体具有一个与流体介质流向横向设置的迎流边缘，该迎流边缘在其一侧具有至少一个涡流发生器，该涡流发生器如此布置，以在传感器载体的区域内流动的流体介质中构造出纵向涡流。该纵向涡流引起在传感器载体的区域中在快速的、远离壁的流体和较慢速的、有分离危险的、接近壁的流体之间的更好的混合。这种混合促进避免流体分离。所需的纵向涡流可以通过传感器载体的迎流边缘上的涡流发生器产生。传感器载体区域内的流体波动由此减小，信号噪音随之减小并且信号的可重复性由此更好。