(57)【要約】【課題】従来技術から公知の装置の欠点を回避することのできる、とりわけ内燃機関の吸気管において主通流方向に通流する空気質量流を測定するためのホットフィルム空気質量計を提供する。【解決手段】付加的に少なくとも１つの付加的加熱素子（１５４，１５６）と少なくとも１つの付加的温度センサ（１５８，１６０）がセンサ領域（１３６）の外の測定表面（１１４）に配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主通流方向（１２２）に通流する空気質量流、とりわけ内燃機関の吸気管における空気質量流を測定するためのホットフィルム空気質量計であって、
ホットフィルム空気質量計は、空気質量流が通流可能なチップ表面を備えるセンサチップ（１１０）を有し、
チップ表面は測定表面（１１４）とランド表面（１１２）とを有し、
センサチップ（１１０）は、測定表面（１１４）の領域ではランド表面（１１２）の領域よりも少なくとも一桁だけ小さい伝熱性を有し、
前記測定表面（１１４）には、少なくとも１つの中央加熱素子（１３０）と少なくとも１つの温度センサ（１３２，１３４）を備える中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路（１３０，１３２，１３４）が取り付けられており、
中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路（１３０，１３２，１３４）の外寸は測定表面（１１４）のセンサ領域（１３６）を規定する形式のホットフィルム空気質量計において、
付加的に少なくとも１つの付加的加熱素子（１５４，１５６）と少なくとも１つの付加的温度センサ（１５８，１６０）がセンサ領域（１３６）の外の測定表面（１１４）に配置されている、ことを特徴とするホットフィルム空気質量計。
【請求項２】
請求項１記載のホットフィルム空気質量計において、
中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路（１３０，１３２，１３４）は、空気質量流の測定を制御および評価するための制御評価回路（１６２）と接続されており、
少なくとも１つの付加的加熱素子（１５４，１５６）と少なくとも１つの付加的温度センサ（１５８，１６０）は、所定の温度Ｔｆｉｘに調整および／または制御するための温度制御回路（１６４）と接続されている、ホットフィルム空気質量計。
【請求項３】
請求項１または２記載のホットフィルム空気質量計において、
制御評価回路（１６２）は、少なくとも１つの中央加熱素子（１３０）の温度をホットフィルム空気質量計の動作時に温度Ｔｆｉｘに制御するよう構成されており、
温度制御回路（１６４）は、少なくとも１つの付加的温度センサ（１５８，１６０）の個所における温度Ｔｆｉｘが少なくとも１つの付加的加熱素子（１５４，１５６）によって値Ｔｏ＋ｋ（Ｔｍａｘ−Ｔｏ）に調整されるように構成されており、
ここで、Ｔｏはランド表面（１１２）の平均温度、ｋは０．１から０．７、有利には０．２から０．６の間の値、特に有利には近似的に０．５である、ホットフィルム空気質量計。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか一項記載のホットフィルム空気質量計において、
測定表面（１１４）とセンサ領域（１３６）は実質的に矩形（１１６，１３８）の形状を有し、
各矩形（１１６，１３８）の長辺（１１８，１２０，１４０，１４２）は主通流方向（１２２）に対して実質的に垂直に配置されている、ホットフィルム空気質量計。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項記載のホットフィルム空気質量計において、
センサ領域（１３６）の矩形（１３８）は、主通流方向（１２２）に対して垂直の対称軸（１６６）を基準にして実質的に対称に測定表面（１１４）の矩形（１１６）内に配置されている、ホットフィルム空気質量計。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項記載のホットフィルム空気質量計において、
センサ領域（１３６）は実質的に矩形（１３８）の形状に構成されており、
矩形（１３８）は主通流方向（１２２）に対して垂直に配置された２つの辺（１４０，１４２）を有し、
少なくとも１つの付加的加熱素子（１５４，１５６）は、主通流方向（１２２）に対して垂直に配置された辺（１５４，１５６）に対して実質的に平行に伸長している、ホットフィルム空気質量計。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一項記載のホットフィルム空気質量計において、
少なくとも１つの第１付加的加熱素子（１５４）と少なくとも１つの第１付加的温度センサ（１５８）が主通流方向（１２２）を基準にしてセンサ領域（１３６）の上流側に配置されており、
少なくとも１つの第２付加的加熱素子（１５６）と少なくとも１つの第２付加的温度センサ（１６０）が主通流方向（１２２）を基準にしてセンサ領域（１３６）の下流側に配置されている、ホットフィルム空気質量計。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一項記載のホットフィルム空気質量計において、
ホットフィルム空気質量計は主通流方向（１２２）に対して垂直に配置された対称軸（１６６）を有し、
付加的加熱素子（１５４，１５６）と付加的温度センサ（１５８，１６０）はそれぞれペアで、対称軸（１６６）を基準にして対称に配置されている、ホットフィルム空気質量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主通流方向に通流する空気質量流を測定するためのホットフィルム空気質量計に関するものである。この種のホットフィルム空気質量計は例えば内燃機関の吸気管に使用される。
【０００２】
本発明はより詳細には、主通流方向に通流する空気質量流、とりわけ内燃機関の吸気管における空気質量流を測定するためのホットフィルム空気質量計であって、
ホットフィルム空気質量計は、空気質量流が通流可能なチップ表面を備えるセンサチップを有し、
チップ表面は測定表面とランド表面とを有し、
センサチップは、測定表面の領域ではランド表面の領域よりも少なくとも一桁だけ小さい伝熱性を有し、
前記測定表面には、少なくとも１つの中央加熱素子と少なくとも１つの温度センサを備える中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路が取り付けられており、
中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路の外寸は測定表面のセンサ領域を規定する形式のホットフィルム空気質量計に関する。
【背景技術】
【０００３】
例えば方法技術、化学、または工作機械の分野で多くの処理では、ガス質量、とりわけ空気質量を規定して供給しなければならない。これにはとりわけ、制御された条件下で経過する燃焼プロセスも含まれる。ここでの重要な例は、燃料を自動車の内燃機関で燃焼し、引き続きとりわけ触媒的に排ガス清浄することである。ここでは通気質量流量を測定するための種々の形式のセンサが使用される。
【０００４】
従来技術から公知のセンサ形式は前記のホットフィルム空気質量計（ＨＦＭ）であり、例えばＤＥ１９６０１７９１Ａ１の実施例に記載されている。この種のホットフィルム空気質量計では通常、薄膜センサメンブランを有するセンサチップ、例えばシリコンセンサチップが使用される。センサメンブランには典型的には少なくとも１つの加熱抵抗が配置されており、この加熱抵抗は２つまたはそれ以上の温度測定抵抗（温度センサ）により包囲されている。メンブラン上を案内される空気流中では温度分布が変化し、このことは温度測定抵抗により検出することができ、制御および評価回路によって評価することができる。例えば温度測定抵抗の抵抗差から空気質量流を検出することができる。このセンサ形式の他の種々の変形が従来技術から公知である。
【０００５】
この形式のセンサの、例えばＤＥ１０１１１８４０Ｃ２から公知の問題点は、センサの汚染が頻繁に、例えばオイル、他の流体、または他の不純物により発生することであるセンサチップは通常、内燃機関の吸気管、または内燃機関の吸気管へのバイパスで直接使用される。ここでは内燃機関の動作中にオイルがセンサチップに、とりわけセンサメンブランに沈着することがある。このオイル沈着はセンサチップの測定信号に不所望の影響を与えることがある。なぜならセンサチップ表面のオイル膜が表面の熱伝導に作用し、このことが測定信号に誤差を与えるからである。オイル汚染はさらに、内燃機関、例えばディーゼル機関の遮断時、または遮断直後にも発生し得る。これはとりわけ、内燃機関の遮断後にクランクケーシングに存在する過圧がクランクケーシング換気により内燃機関の吸気管へ（およびひいてはホットフィルム空気質量計のバイパスチャネルへ）排気される場合である。この場合、頻繁にオイル蒸気ないしはオイル霧が共に導かれる。
【０００６】
従ってＤＥ１０１１１８４０Ｃ２は、センサチップの汚染を、付加的ヒータを使用して回避する方法を提案する。センサチップはセンサ領域と、このセンサ領域の外に配置された付加的ヒータを有する。この付加的ヒータは、付加的ヒータの領域に熱勾配渦が発生するように加熱される。この熱勾配渦は、通流媒体の汚染物質が付加的ヒータの領域ではセンサ領域から離れて沈着するようにする。
【０００７】
しかしＤＥ１０１１１８４０Ｃ２に開示された装置および開示された方法は、実際には内燃機関の動作形式が種々異なるため欠点と結び付いている。例えば欠点として、ＤＥ１０１１１８４０Ｃ２に開示された装置が目的とする熱勾配渦の位置を決めることは実際にはほとんど不可能である。シリコンの熱伝導性が高いので、付加的ヒータにより発生された熱は容易にチップ全体に広がる。このことは均一な温度分布を引き起こし、ひいてはチップ全体が加熱されることとなる。
【０００８】
メンブランないしセンサ表面の汚染問題は熱力学的作用によってより深刻化する。例えば、表面張力に勾配を有する流体滴は表面張力の比較的高い方向に力を受けることが公知である。このことにより通常は、滴が表面張力の低い方から高い方へ移動する。とりわけこの勾配は、流体滴が塗布される表面での温度勾配によって惹起される。滴は温度勾配とそこから生じる力によって通常は、表面の比較的暖かい領域から比較的冷えた領域に移動する。この作用は例えば、Ｖ．Ｇ．  Ｌｅｖｉｃｈ著、“Ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ”，  Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ，  Ｎ．Ｊ．，  １９６２，  ｐｐ．３７３−３８０に記載されている。
【０００９】
上に述べたように典型的なホットフィルム空気質量計は、これが伝熱性の小さいセンサメンブラン（例えばシリコンメンブラン）と、周囲のチップランドを有するように構成されている。従ってホットフィルム空気質量計の動作時に通常は、センサメンブランの縁部、すなわち周囲のチップランドへの境界部に温度勾配が形成され、相応にして例えばオイル滴の形態で流体壁が形成される。空気流によってこの流体壁の全体がまたは一部が引きずり込まれ、その結果、オイル滴がセンサメンブランに達し、そこで測定に影響を与えることがある。さらに流体壁はセンサメンブランの縁部での伝熱性を高める。このことも測定信号の誤差およびドリフトを引き起こし得る。
【特許文献１】ＤＥ１９６０１７９１Ａ１
【特許文献２】ＤＥ１０１１１８４０Ｃ２
【非特許文献１】Ｖ．Ｇ．  Ｌｅｖｉｃｈ著、“Ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ”，  Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ，  Ｎ．Ｊ．  １９６２，  ｐｐ．３７３−３８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来技術から公知の装置の欠点を回避することのできる、とりわけ内燃機関の吸気管において主通流方向に通流する空気質量流を測定するためのホットフィルム空気質量計を提供することである。
【００１１】
このホットフィルム空気質量計は汎用的に使用することができ、とりわけ、通流速度が０から６０ｍ／ｓの間の空気質量流の測定に最適化されているようにする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題は本発明により、冒頭に述べたホットフィルム空気質量計において、付加的に少なくとも１つの付加的加熱素子と少なくとも１つの付加的温度センサがセンサ領域の外の測定表面に配置されているように構成して解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ホットフィルム空気質量計は、空気質量流が通過するチップ表面を備えるセンサチップを有する。ここでセンサチップは、例えば上に述べたようにシリコンチップとすることができる。チップ表面はさらに測定表面とランド表面を有する。測定表面の領域にセンサチップは、ランド表面よりも少なくとも一桁だけ小さい横断伝熱性を有する。
【００１４】
横断伝熱性を小さくすることは種々のやり方で達成することができる。例えば従来技術から公知のように、および上に述べたように、数μｍの厚さだけを有するセンサメンブランを備えるセンサチップを使用することができる。ここではセンサメンブランを取り囲む空気の伝熱性が小さいこと（約０．０２６Ｗ／ｍＫ）が利用される。択一的に、空気質量流に向いた側に測定表面を有する測定領域として多孔性領域をチップに作製することができる。これは例えばシリコンチップを多孔化することにより行われる。このようにして閉鎖された空洞により横断伝熱性が０．１から２Ｗ／ｍＫである測定領域を作製することができる。これと比較してシリコンサブストレートの伝熱性は１５６Ｗ／ｎＫである。
【００１５】
測定表面には、中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路が被着される。この中央ホットフィルム空気質量計回路は少なくとも１つの中央加熱素子と、少なくとも１つの、有利には少なくとも２つの温度センサを有する。例えばこれは上に述べたように２つの温度センサにより取り囲まれた１つの中央加熱素子とすることができる。他の幾何形状も考えられる。
【００１６】
中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路の外部寸法は測定表面のセンサ領域を規定する。これにより測定表面は、センサ領域と、センサ領域の外にある領域とに分割される。例えばセンサ領域は、中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路を丸く囲む（仮想）矩形の形状を取ることができ、この矩形は例えば測定表面内の中央に配置される。
【００１７】
しかし実際には測定表面、とりわけメンブランまたは多孔性領域の製造は面倒で高価である。これはとりわけ、相応の半導体技術方法が使用されるためである。さらに通常は測定表面が障害に脆弱である。なぜならメンブランは容易に損傷を受けるからである。相応してシリコン内の多孔性領域は容易に汚染され、高い破壊危険性に晒されている。従って、測定表面の面積を通常のホットフィルム空気質量計において最小にする努力がなされている。従って通常のホットフィルム空気質量計では、測定表面が通常は中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路によってほぼ完全に満たされている。ここで使用される測定表面は空間的に最適に利用され、センサ領域と測定表面は通常のセンサチップではほぼ同一である。
【００１８】
本発明の第１の基本的技術思想は、測定表面を完全にセンサ領域により満たすのではなく、付加的に少なくとも１つの付加的加熱素子と少なくとも１つの付加的温度センサをセンサ領域の外の測定表面に配置することである。ＤＥ１０１１１８４０Ｃ２とは異なりこの構成の重大な利点は、少なくとも１つの付加的加熱素子によりもたらされる熱が測定表面の伝熱性が小さいことにより空間的に十分に局所化されることである。従ってセンサチップ全体または測定表面全体は、少なくとも１つの付加的加熱素子の加熱の際には加熱されない。
【００１９】
さらに少なくとも１つの付加的温度センサは有利には少なくとも１つの付加的加熱素子の直接近傍に配置されており、少なくとも１つの付加的加熱素子の温度、ないしはこの少なくとも１つの付加的加熱素子または少なくとも１つの付加的温度センサの直接近傍の測定表面の温度を正確に調整することができる。例えば複数の付加的加熱素子を設けることができ、これらには例えばそれぞれ１つの付加的温度センサが配属されている。このようにしてセンサチップの測定表面の所定領域で定義された温度が調整される。これによりチップ表面の温度勾配渦の形成を、従来技術から公知の装置よりも格段に良好に調整することができる。
【００２０】
本発明の別の基本的技術思想は、ホットフィルム空気質量計の前記構造の改善形態を使用する。ここでは中央ホットフィルム空気質量計回路の導体路は空気質量流の測定を制御および評価する制御評価回路と接続されており、少なくとも１つの付加的加熱素子と少なくとも１つの付加的温度センサは、所定の温度Ｔｆｉｘを調整および／または制御するための温度制御回路と接続されている。この種の構成により、温度勾配により表面の流体滴に及ぼされる力作用効果を利用することで、ホットフィルム空気質量計のセンサ領域周囲に「温度壁」を形成することができる。例えば少なくとも１つの付加的温度センサは温度制御回路の制御入力端と接続することができ、少なくとも１つの付加的加熱素子は温度制御回路の相応の出力端（場合により例えば電流供給を介して間接的に）と接続することができる。このようにしてホットフィルム空気質量計の動作状態に依存せずに、測定表面の所定の領域に定義された温度を加えることができる。これにより例えば環境温度作用がセンサ領域から遮閉され、従ってセンサ領域は常に同じ熱的条件の下で動作する。これにより測定信号のドリフトが回避される。
【００２１】
さらに「温度壁」は、例えば空気質量流によってセンサ領域へ移動されるオイル滴が上記の表面張力作用に基づき対抗力を受け、これによりセンサ領域から遠ざけられるように作用する。所期のように温度勾配を調整することができ、この温度勾配によりオイル滴の温度勾配が所期のように影響を受け、オイル滴はセンサ領域から遠ざけられる。
【００２２】
ここで実際には、少なくとも１つの付加的加熱素子と少なくとも１つ付加的温度センサがセンサ領域を少なくとも部分的に縁取りすると特に効果的であることが示された。
ここで「部分的」とは、第１付加的加熱素子と第１付加的温度センサからなるペアが空気質量流の主通流方向を基準にしてセンサ領域の上流側に配置されており、第２付加的加熱素子と第２付加的温度センサからなるペアが空気質量流の主通流方向を基準にしてセンサ領域の下流側に配置されていることであると理解されたい。とりわけこの構成は、主通流方向に対して垂直に伸長するホットフィルム空気質量計の対称軸に対して対称とすることができる。ここで付加的加熱素子と付加的温度センサはそれぞれペアで対称軸を基準にして対称に配置することができる。例えばさらなる付加的温度センサと付加的加熱素子を使用する別の幾何学的構成も考えられる。
【００２３】
すでに示したようにセンサチップの対称構成は特に有利である。このことはとりわけ測定信号の評価を容易にする。なぜなら非対称性に起因する補正アルゴリズムを測定信号に適用する必要がないからである。しかし非対称形式の別の構成ももちろん同様に考えられる。
【００２４】
有利な対称構成では、測定表面およびセンサ表面が実質的に矩形の形状を有し、各矩形の長辺は主通流方向に対して実質的に垂直に配置されている。とりわけセンサ領域の矩形は、主通流方向に対して垂直の対称軸を基準にして実質的に対称に測定表面の矩形内に配置することができる。少なくとも１つの付加的加熱素子は、この場合有利には主通流方向に対して垂直に配置された矩形の辺に対して平行に伸長する。ここで「実質的に」とは、１０゜を越えない偏差、有利には５゜を越えない偏差であると理解されたい。
【００２５】
とりわけセンサ領域が少なくとも１つの付加的加熱素子と少なくとも１つの付加的温度センサにより縁取りされている（すなわち主通流方向を基準にして少なくとも上流側および／または下流側）前記の有利な実施例では、温度Ｔｆｉｘが少なくとも１つの付加的温度センサの個所で少なくとも１つの付加的加熱素子によって所定値に調整されると有利であることが判明した。例えば中央ホットフィルム空気質量計回路の少なくとも１つの中央加熱素子が温度Ｔｍａｘで作動され、センサチップのランド表面が平均温度Ｔｏを有する場合、温度Ｔｆｉｘを次のように調整すると有利であることが判明した：
Ｔｆｉｘ＝Ｔｏ＋ｋ（Ｔｍａｘ−Ｔｏ）
ここでｋはヘーベル係数であり、有利には０．１から０．７、とりわけ有利には０．２から０．６、特に有利には近似的に０．５の値を取る。固定温度Ｔｆｉｘをこのように選択すると、少なくとも１つの付加的加熱素子がセンサ領域の縁部と測定領域の縁部との間で近似的に中央に配置されている場合、センサ領域の遮閉がとりわけ効率的に達成されることが示された。このように調整された固定温度Ｔｆｉｘは通常、この個所で付加的加熱素子を使用せずに、すなわち少なくとも１つの中央加熱素子だけにより調整されることとなる温度よりも僅かに高い。従ってこの領域の温度Ｔｆｉｘは少なくとも１つの付加的加熱素子をオン／オフするだけで調整される。しかしこの固定温度Ｔｆｉｘは、中央ホットフィルム空気質量計回路の測定に有意な影響を与えるほど高くはない。しかし温度Ｔｆｉｘを別のやり方で調整することも可能である。
【００２６】
上記実施形態の１つの構成によって、とりわけ汚染による信号ドリフトも効果的に回避される。測定表面の縁部に沿った流体フィルムの上記構成は、ホットフィルム空気質量計の動作経過と共に伝熱性を変化させ得る。従って、少なくとも１つの中央加熱素子の動作に基づき形成される測定表面の温度分布が変化する。これは信号ドリフトに作用する。少なくとも１つの付加的加熱素子と少なくとも１つの付加的温度センサにより調整される固定温度を使用することによって、このドリフト、とりわけ汚染に起因する温度分布の変化がアクティブに補償される。従って提案されたホットフィルム空気質量計の信号品質は従来技術から公知の装置よりも格段に優れている。
【実施例】
【００２７】
図１には従来技術に相応するホットフィルム空気質量計のセンサチップ１１０の構成が示されている。センサチップ１１０は例えば内燃機関の吸気管または内燃機関の吸気管へのバイパスチャネルで使用することができる。この種の装置は例えばＤＥ１９６０１７９１Ａ１から公知である。図１の構成によるセンサチップは、ランド表面１１２を備えるチップランドを図平面に有する（一部だけが示されている）。この実施例では、センサチップ１１０がシリコンセンサチップであることが前提である。
【００２８】
さらにセンサチップ１１０は、図平面の測定表面１１４を備える測定領域を有する。測定表面１１４はこの実施例では、矩形１１６に構成されており、その長片ＬＭ１１８，１２０は空気質量流の主通流方向１２２に対して垂直である。矩形１１６の短辺ＩＭは参照符号１２４，１２６により示されており、主通流方向１２２に対して平行に配置されている。
【００２９】
センサチップ１１０は測定表面１１４の領域に０．５から２Ｗ／ｍＫの伝熱性を有し、これと比較して周囲のランドの伝熱性は１５６Ｗ／ｍＫである。このことは例えばシリコンを測定表面１１４の領域で多孔化することにより達成することができる。
【００３０】
測定表面１１４の領域には中央ホットフィルム空気質量計回路１２８の導体路が配置されている。この導体路１２８は、１つの中央加熱素子１３０と２つの温度センサ１３２，１３４から構成される。ここで温度センサ１３２は中央加熱素子１３０に対して上流側に、温度センサ１３４は下流側に配置されている。導体路１２８は、測定表面１１４でのその外寸でセンサ領域１３６を画定する。このセンサ領域１３６はこの実施例では同様に矩形１３８に構成されており、長片１４０，１４２と短辺１４４，１４６を有する。矩形１３８の接続側短辺１４４は、測定表面の矩形１１６の接続側短辺１２４にある。センサ領域１３６の矩形１３８の辺長は図１ではＬｓとＩｓにより示されている。
【００３１】
図１の従来技術に相応する実施例で、中央ＨＦＭ回路の導体路１２８は、ほぼ測定表面１１４の外側矩形１１６まで伸長している。典型的には矩形１１６の長辺１１８，１２０は約１６００μｍの長さＬＭを有し、矩形１１６の短辺１２４，１２６はＩＭ＝４５０〜５００μｍの長さを有する。ここでセンサ領域１３６の矩形１３８は僅かだけ小さく構成されており、例えばＬＳは約０．９から０．９５×ＬＭであり、ＩＳは約０．７×ＩＭである。
【００３２】
さらに図１にはオイル滴１４８が測定表面１１４の矩形１１６に沿って集結する問題が示されている。従ってこれらのオイル滴１４８は導体路１２８の直接近傍に存在する。例えば空気質量流による僅かな外部力作用によりオイル滴１４８は導体路１２８に達するようになる。さらにオイル滴１４８の集結は、測定表面１１４の矩形１１６の縁部領域においてセンサチップ１１０の伝熱性も変化させる。とりわけオイル滴１４８によって測定表面１１４とランド表面１１２との間の移行部で伝熱性が上昇することがある。このことは測定表面１１４での温度分布に有意に影響する。さらにオイル滴１４８は埃および煤に対する付着剤をしばしば形成する。付加的に多くの場合、約３０μｍの高さの「オイル壁」が測定表面の矩形１１６の縁部領域に形成され、このことはこの領域に空気渦を引き起こす。そしてこの空気渦は所定の区間を移動して初めて鎮静する。このことは測定信号にさらに誤差を与える。オイル滴１４８により惹起される熱効果と通流効果の両者はしばしば共に作用し、共通して測定信号を変化させる。
【００３３】
図１の上方領域には、測定表面１１４の主通流方向１２２に対して平行に温度分布が示されている。ここでは中央加熱素子１３０が温度Ｔｍａｘに加熱されることを前提にする。ランド表面１１２を有する周囲のチップランドは環境温度Ｔｏを有する。図１の上方領域の曲線１５０，１５２は測定表面１１４の主通流方向１２２に沿った温度分布を示すものであり、オイル滴１４８の集結のない場合（曲線１５０，実線）と、オイル滴１４８が集結した場合（曲線１５２，破線）とを示す。ここではオイル滴１４８により伝熱性が高まったため、温度センサ１３２，１３４の領域で温度が低下することが分る。従って温度センサ１３２，１３４では、オイル滴の汚染がない場合の測定よりも絶対値ΔＴｍｅｓｓだけ低い温度が測定される。このことは種々の観点で負の作用を有する。作用として比較的に低い温度が測定されると比較的大きな測定誤差が生じる。別の作用は、オイル滴１４８による汚染の変動がΔＴｍｅｓｓの温度降下を変動させることである。このことはホットフィルム空気質量計の信号のドリフトを引き起こす。
【００３４】
図２には本発明によるセンサチップ１１０の構成が示されている。基本的にセンサチップ１１０の構成は、図１に示した従来技術の実施例の構成に相応する。しかし図２の本発明では、測定表面１１４ないしセンサ領域１３６の矩形１１６と１３８の寸法が図１の構成とは大きく異なっている。この実施例でセンサ領域１３６の矩形１３８は４４０μｍの短辺Ｉｓを有し、これに対して測定領域１１４の矩形１１６の短辺は約ＩＭ＝１５００μｍの長さを有する。矩形１１６，１３８の長辺の長さはＬＭ＝１８００μｍ、およびＬｓ＝１６００μｍである。従って測定表面１１４の矩形１１６の面積はこの有利な実施例では、センサ領域１３６の矩形１３８の面積よりも係数３．８だけ大きい。有利には全体の面積比は１．５から４．５の領域である。短辺ＩＭ，Ｉｓに対する比は３．４、長辺ＬＭ，Ｌｓに対する比は１．１である。
【００３５】
図２のオイル滴１４８の近似的に縮尺通りの表示から分るように、この実施例ではオイル滴１４８が測定領域１１４とランド表面１１２の間の移行部でセンサ領域１３６、従って導体路１２８からさらに格段に離されている。「さらに格段に」とはオイル滴１４８と導体路１２８との間の間隔がオイル滴１４８の直径を何倍も上回っていることであると理解されたい。どのような場合でも離散的オイル滴１４８が形成されるのではなく、連続的流体フィルムまたは流体バリアが形成されることもあるので、この定義はすべての場合に適用できる訳ではない。
【００３６】
計算および流体力学的考察により、センサ領域１３６（すなわち矩形１３８の辺１４０）と測定表面１１４の境界（すなわちチップランドに向いた測定表面の境界、例えば矩形１１６の辺１１８）との間の最適間隔は約５４０μｍであることが判明した。これは前記の幾何学的長さにより近似的に満たされる。
【００３７】
図２の実施例による本発明のセンサチップ１１０は、センサ領域１３６にある中央ＨＦＭ回路の導体路１２８に加えて、センサ領域１３６の外の測定表面１１４に別の導体路を有する。さらに測定表面１１４は２つの付加的加熱素子１５４，１５６と、２つの付加的温度センサ１５８，１６０を有する。付加的加熱素子１５４、１５６と付加的温度センサ１５８、１６０は実質的に中央ＨＦＭ回路の導体路１２８に平行に配置されている。主通流方向に対して垂直にこれらの付加的加熱素子１５４、１５６と付加的温度センサ１５８、１６０は伸長しているが、導体路１２８を越えてほとんど矩形１１６の端子反対側短辺１２６まで伸長している。図２に概略的に示したように、中央ＨＦＭ回路の導体路１２８は、空気質量流の測定を制御および評価するための制御評価回路１６２と接続されている。この種の制御評価回路１６２は従来技術から公知である。これに対して付加的加熱素子１５４，１５６と付加的温度センサ１５８、１６０は温度制御回路１６４と接続されている。
【００３８】
図２の上方領域には図１と同様に、空気質量流を測定する際のセンサチップ１１０の測定表面１１４における温度経過が示されている。ここでも破線の曲線１５２はオイル滴１４８により汚染されたときの測定の場合を示し、実線１５０は汚染のない測定の場合を示す。
【００３９】
ここで温度制御回路１６４は本発明により、付加的加熱素子１５４、１５６によって付加的温度センサ１５８、１６０の温度が所定の値Ｔｆｉｘに留まるよう制御する。有利にはこの一定の温度Ｔｆｉｘは、付加的加熱素子１５４、１５６が遮断され、中央加熱素子１３０だけが駆動される場合に付加的温度センサ１５８、１６０の個所で調整されることとなる温度よりも高い。このことは付加的加熱素子１５４、１５６だけで温度を値Ｔｆｉｘに制御できることを保証する。上に述べたように実際には、Ｔｆｉｘに対する温度値は、環境温度Ｔｏと中央加熱素子１３０の動作温度Ｔｍａｘとの差の約０．５だけ環境温度Ｔｏより高いと有利であることが判明した。典型的には環境温度Ｔｏは約２０℃であり、動作温度Ｔｍａｘは約１６０℃である。従って固定温度Ｔｆｉｘは有利には約９０℃に選択され、この値に制御される。
【００４０】
図２の上方領域の温度経過が示すように、オイル滴１４８による汚染は、上流側にある温度センサ１５８の上流側の温度経過と、下流側にある温度センサ１６０の下流側の温度経過にだけ影響を及ぼす（曲線１５０，１５２の経過を参照）。温度センサ１３２，１３４の個所の測定温度Ｔｍｅｓｓは、オイル汚染によってはほとんど影響を受けない。従ってセンサチップ１１０の本発明の構成によって、センサ領域１３６から離れた領域でのオイル汚染１５８が排除されるだけでなく、付加的加熱素子１５４、１５６と付加的温度センサ１５８、１６０によって付加的な「温度バリア」がセンサ領域１３６の周囲に形成される。このことにより空気質量測定は、オイル汚染によっては実質的に影響を受けない。従って図２による本発明の構成によって、オイル滴１４８による汚染の影響および信号ドリフトはほとんど排除される。
【００４１】
最後に図１と図２の実施例によるセンサチップ１１０の構成は、対称線１６６に対して対称であることを述べておく。この対称線１６６は空気質量流の主通流方向１２２に対して垂直に配置されている。このように導体路１２８および付加的加熱素子１５４、１５６並びに付加的温度センサ１５８、１６０を対称に配置することにより、ホットフィルム空気質量計の測定信号の評価が格段に容易になる。この場合、非対称性のアーティファクトに基づく測定信号の最終補正を省略することができる。これは評価を容易にする。しかしもちろん、センサチップ１１０と測定表面１１４を非対称に構成することも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、従来技術に相応するセンサチップの測定表面の構成を示す図である。
【図２】図２は、ホットフィルム空気質量計のセンサチップの本発明による構成の有利な実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１１０  センサチップ
１１２  ランド表面
１１４  測定表面
１１６  測定表面の矩形
１１８  矩形１１６の長辺
１２０  矩形１１６の長辺
１２２  主通流方向
１２４  矩形１１６の短辺
１２６  矩形１１６の短辺
１２８  中央ホットフィルム空気質量計の導体路
１３０  中央加熱素子
１３２  温度センサ
１３４  温度センサ
１３６  センサ領域
１３８  センサ領域１３６の矩形
１４０  矩形１３８の長辺
１４２  矩形１３８の長辺
１４４  矩形１３８の短辺
１４６  矩形１３８の短辺
１４８  オイル滴
１５０  オイル汚染がない場合の温度経過
１５２  オイル汚染がある場合の温度経過
１５４  付加的加熱素子
１５６  付加的加熱素子
１５８  付加的温度センサ
１６０  付加的温度センサ
１６２  制御評価回路
１６４  温度制御回路
１６６  対称軸
【図１】
2006349687.tif 000003
【図２】
2006349687.tif 000004