DE102014215209A1

DE102014215209A1 - Sensor for determining at least one parameter of a fluid flowing through a measuring channel

Info

Publication number: DE102014215209A1
Application number: DE102014215209.7A
Authority: DE
Inventors: Edda Sommer; Uwe Konzelmann; Alexander Markov
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-08-01
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2016-02-04
Also published as: KR20160016690A; CN105319326B; CN105319326A; KR102466025B1

Abstract

Es wird ein Sensor (10) zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Messkanal (30) strömenden fluiden Mediums, insbesondere eines Ansaugluftmassenstroms einer Brennkraftmaschine, vorgeschlagen. Der Sensor (10) weist ein Sensorgehäuse (12), insbesondere einen in ein Strömungsrohr eingebrachten oder einbringbaren Steckfühler, in dem eine Kanalstruktur (22) mit einem Hauptkanal (24) und einem Messkanal (30) ausgebildet ist, und mindestens einen in dem Messkanal (30) angeordneten Sensorchip (42) zur Bestimmung des Parameters des fluiden Mediums auf. Das Sensorgehäuse (12) ist zumindest teilweise aus Kunststoff hergestellt. Der Sensor (10) weist mindestens eine Elektrode (48, 60, 64) auf, die so in dem Sensorgehäuse (12) angeordnet ist, dass die Elektrode (48, 60, 64) von dem Kunststoff bedeckt ist.A sensor (10) for determining at least one parameter of a fluid medium flowing through a measuring channel (30), in particular an intake air mass flow of an internal combustion engine, is proposed. The sensor (10) has a sensor housing (12), in particular a plug-in sensor introduced or insertable into a flow tube, in which a channel structure (22) with a main channel (24) and a measuring channel (30) is formed, and at least one in the measuring channel (30) arranged sensor chip (42) for determining the parameter of the fluid medium. The sensor housing (12) is at least partially made of plastic. The sensor (10) has at least one electrode (48, 60, 64) which is arranged in the sensor housing (12) such that the electrode (48, 60, 64) is covered by the plastic.

Description

Stand der Technik State of the art

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung einer Strömungseigenschaft fluider Medien, also von Flüssigkeiten und/oder Gasen, bekannt. Bei den Strömungseigenschaften kann es sich dabei um grundsätzlich beliebige physikalisch und/oder chemisch messbare Eigenschaften handeln, welche eine Strömung des fluiden Mediums qualifizieren oder quantifizieren. Insbesondere kann es sich dabei um eine Strömungsgeschwindigkeit und/oder einen Massenstrom und/oder einen Volumenstrom handeln. Numerous methods and devices for determining a flow property of fluid media, ie of liquids and / or gases, are known from the prior art. The flow properties may in principle be any physically and / or chemically measurable properties which qualify or quantify a flow of the fluid medium. In particular, this may be a flow velocity and / or a mass flow and / or a volume flow.

Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere beschrieben unter Bezugnahme auf so genannte Heißfilmluftmassenmesser, wie sie beispielsweise in Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, Seiten 146–148 beschrieben sind. Derartige Heißfilmluftmassenmesser basieren in der Regel auf einem Sensorchip, insbesondere einem Siliziumsensorchip in mikromechanischer Herstellungsweise, mit einer Sensormembran als Messoberfläche oder Sensorbereich, welche von dem strömenden fluiden Medium überströmbar ist. Der Sensorchip umfasst in der Regel mindestens ein Heizelement sowie mindestens zwei Temperaturfühler, welche beispielsweise auf der Messoberfläche des Sensorchips angeordnet sind. Aus einer Asymmetrie des von den Temperaturfühlern erfassten Temperaturprofils, welches durch die Strömung des fluiden Mediums beeinflusst wird, kann auf einen Massenstrom und/oder Volumenstrom des fluiden Mediums geschlossen werden. Heißfilmluftmassenmesser sind üblicherweise als Steckfühler ausgestaltet, welcher fest oder austauschbar in ein Strömungsrohr einbringbar ist. Beispielsweise kann es sich bei diesem Strömungsrohr um einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine handeln. The invention will be described in more detail below with reference to so-called hot film air mass meter, as they are for example in Konrad Reif (ed.): Sensors in the motor vehicle, 1st edition 2010, pages 146-148 are described. Such Heißfiluuftmassenmesser are usually based on a sensor chip, in particular a silicon sensor chip in micromechanical production, with a sensor membrane as the measuring surface or sensor area, which is overflowed by the flowing fluid medium. The sensor chip usually comprises at least one heating element and at least two temperature sensors, which are arranged for example on the measuring surface of the sensor chip. From an asymmetry of the temperature profile detected by the temperature sensors, which is influenced by the flow of the fluid medium, it is possible to deduce a mass flow and / or volume flow of the fluid medium. Heißfileinuftmassenmesser are usually designed as plug-in sensor, which is fixed or interchangeable introduced into a flow tube. For example, this flow tube may be an intake tract of an internal combustion engine.

Dabei durchströmt ein Teilstrom des Mediums wenigstens einen in dem Heißfilmluftmassenmesser vorgesehenen Hauptkanal. Nach dem Einlass teilt sich die Strömung dergestalt, dass ein Hauptkanal und ein Bypasskanal durchströmt werden. Der Strömungsaustritt erfolgt durch mindestens eine Austrittsöffnung. Insbesondere ist der Bypasskanal derart ausgebildet, dass er einen gekrümmten Abschnitt zur Umlenkung des durch den Einlass des Hauptkanals eingetretenen Teilstroms des Mediums aufweist, wobei der gekrümmte Abschnitt im weiteren Verlauf in einen Abschnitt übergeht, in welchem der Sensorchip angeordnet ist. Der zuletzt genannte Abschnitt stellt den eigentlichen Messkanal dar, in dem der Sensorchip angeordnet ist. Dabei ist in dem Bypasskanal ein Mittel vorgesehen, welches die Strömung leitet und einer Ablösung der Strömung des Medienteilstroms von den Kanalwänden des Messkanals entgegenwirkt. Weiterhin ist der Einlassbereich des Hauptkanals im Bereich seiner Öffnung, welche der Hauptströmungsrichtung entgegenweist, mit schrägen oder gekrümmten Flächen versehen, welche so gestaltet sind, dass in den Einlassbereich einströmendes Medium von dem Teil des Hauptkanals, welcher zu dem Sensorchip führt, weggelenkt wird. Dies bewirkt, dass im Medium enthaltene Flüssigkeits- oder Festkörperteilchen aufgrund ihrer Massenträgheit mit dem Hauptstrom geführt werden. In this case, a partial flow of the medium flows through at least one provided in the Heißfiluuftmassenmesser main channel. After the inlet, the flow divides so that a main channel and a bypass channel are flowed through. The flow outlet takes place through at least one outlet opening. In particular, the bypass channel is designed such that it has a curved section for deflecting the partial flow of the medium that has entered through the inlet of the main channel, wherein the curved section in the further course merges into a section in which the sensor chip is arranged. The latter section represents the actual measuring channel in which the sensor chip is arranged. In this case, a means is provided in the bypass channel, which conducts the flow and counteracts a detachment of the flow of the medium part flow from the channel walls of the measuring channel. Furthermore, the inlet area of the main channel is provided in the region of its opening, which opposes the main flow direction, with inclined or curved surfaces, which are designed such that medium flowing into the inlet area is deflected away from the part of the main channel leading to the sensor chip. This causes that contained in the medium liquid or solid particles are guided due to their inertia with the main stream.

Derartige Heißfilmluftmassenmesser müssen in der Praxis einer Vielzahl von Anforderungen und Randbedingungen genügen. Neben dem Ziel, einen Druckabfall an dem Heißfilmluftmassenmesser insgesamt durch geeignete strömungstechnische Ausgestaltungen zu verringern, besteht eine der hauptsächlichen Herausforderungen darin, die Signalqualität sowie die Robustheit derartiger Vorrichtungen gegenüber Kontamination durch Öl- und Wassertröpfchen sowie Ruß-, Staub- und sonstige Festkörperpartikel weiter zu verbessern. Diese Signalqualität bezieht sich beispielsweise auf einen Massenstrom des Mediums durch den zu dem Sensorchip führenden Messkanal sowie gegebenenfalls auf die Verminderung einer Signaldrift und die Verbesserung des Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses. Die Signaldrift bezieht sich dabei auf die Abweichung beispielsweise des Massenstromes des Mediums im Sinne einer Veränderung der Kennlinienbeziehung zwischen dem tatsächlich auftretenden Massenstrom und dem im Rahmen der Kalibrierung bei der Fertigung ermittelten auszugebenden Signal. Bei der Ermittlung des Signal-Rauschen-Verhältnisses werden die in schneller zeitlicher Folge ausgegebenen Sensorsignale betrachtet, wohingegen sich die Kennlinien- oder Signaldrift auf eine Veränderung des Mittelwertes bezieht. Such Heißfileinuftmassenmesser must meet in practice a variety of requirements and constraints. In addition to the goal of reducing overall pressure drop across the hot film air mass meter through suitable fluidic designs, one of the main challenges is to further improve the signal quality and robustness of such devices against contamination by oil and water droplets as well as soot, dust and other solid particles , This signal quality relates, for example, to a mass flow of the medium through the measuring channel leading to the sensor chip and, if appropriate, to the reduction of signal drift and the improvement of the signal-to-noise ratio. The signal drift refers to the deviation, for example, of the mass flow of the medium in the sense of a change in the characteristic relationship between the mass flow actually occurring and the signal to be output as part of the calibration during production. When determining the signal-to-noise ratio, the sensor signals output in rapid time sequence are considered, whereas the characteristic or signal drift refers to a change of the mean value.

Bei üblichen Heißfilmluftmassenmessern der beschriebenen Art ragt in der Regel ein Sensorträger mit einem darauf angebrachten oder eingebrachten Sensorchip in den Messkanal hinein. Beispielsweise kann der Sensorchip in den Sensorträger eingeklebt oder auf diesen aufgeklebt sein. Der Sensorträger kann beispielsweise mit einem Bodenblech aus Metall, auf welchem auch eine Elektronik, beispielsweise eine Ansteuer- und Auswerteschaltung in Form einer Leiterplatte, aufgeklebt sein kann, eine Einheit bilden. Beispielsweise kann der Sensorträger als angespritztes Kunststoffteil eines Elektronikmoduls ausgestaltet sein. Der Sensorchip und die Ansteuer- und Auswerteschaltung können beispielsweise durch Bondverbindungen miteinander verbunden werden. Das derart entstandene Elektronikmodul kann beispielsweise in ein Sensorgehäuse eingeklebt werden und der gesamte Steckfühler kann mit Deckeln verschlossen werden. In the case of customary hot-film air mass meters of the type described, a sensor carrier with a sensor chip mounted or inserted thereon generally protrudes into the measuring channel. For example, the sensor chip can be glued into the sensor carrier or adhesively bonded thereto. The sensor carrier can form a unit, for example, with a base plate made of metal, on which an electronics, for example a drive and evaluation circuit in the form of a printed circuit board, can be bonded. For example, the sensor carrier can be designed as a molded plastic part of an electronic module. The sensor chip and the drive and evaluation circuit can be connected to one another, for example, by bond connections. The resulting electronic module can be glued, for example, in a sensor housing and the entire plug-in sensor can be closed with lids.

Die DE 10 2010 020 264 A1 beschreibt einen derartigen Heißfilmluftmassenmesser mit einem Gehäuse aus Kunststoff. In dem Gehäuse ist ein Strömungskanal ausgebildet. In dem Strömungskanal ist ein Sensorelement angeordnet, das die im Strömungskanal strömende Luftmasse erfasst. Zumindest ein Teil des Strömungskanals weist elektrostatisch dissipative Eigenschaften auf. Als elektrostatisch dissipativ werden im Kontext jener Schrift Bereiche bezeichnet, deren Flächenwiderstand kleiner als 10¹² Ohm ist. Damit ist der Flächenwiderstand klein genug, um elektrostatisch geladene Partikel in der Luftmasse zu entladen und das Sensorelement vor der Ablagerung dieser Partikel zu schützen. The DE 10 2010 020 264 A1 describes such a hot film air mass meter with a plastic housing. In the housing, a flow channel is formed. In the flow channel, a sensor element is arranged, which detects the air mass flowing in the flow channel. At least part of the flow channel has electrostatic dissipative properties. In the context of that document, areas designated as electrostatically dissipative are areas whose surface resistance is less than 10 ¹² ohms. Thus, the sheet resistance is small enough to discharge electrostatically charged particles in the air mass and to protect the sensor element from the deposition of these particles.

Trotz der bei diesen Sensoren eingesetzten Verbesserungen besteht nach wie vor ein Verbesserungspotenzial. So werden derartige Sensoren in einem Kraftfahrzeug oftmals so verbaut, dass sie in unmittelbarem Einfluss sehr starker elektrischer Felder stehen können. Derartige elektrische Felder können die Funktionsweise des Sensors direkt oder indirekt beeinflussen. Despite the improvements made to these sensors, there is still room for improvement. Thus, such sensors are often installed in a motor vehicle so that they can be in the direct influence of very strong electric fields. Such electric fields can directly or indirectly influence the functioning of the sensor.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Es wird daher ein Sensor zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Messkanal strömenden fluiden Mediums vorgeschlagen, welcher die Nachteile bekannter Sensoren zumindest weitgehend vermeidet und der geeignet ist, elektrische Felder, die in der Nähe des Sensors auftreten können und die Funktionsweise direkt oder indirekt beeinflussen, zu verformen. Dadurch lässt sich die Lebensdauer des Sensors deutlich verlängern. Therefore, a sensor for determining at least one parameter of a fluid medium flowing through a measuring channel is proposed which at least largely avoids the disadvantages of known sensors and which is suitable for influencing electric fields directly or indirectly in the vicinity of the sensor to deform. This significantly extends the life of the sensor.

Ein erfindungsgemäßer Sensor zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines durch einen Messkanal strömenden fluiden Mediums, insbesondere eines Ansaugluftmassenstroms einer Brennkraftmaschine, weist ein Sensorgehäuse, insbesondere einen in ein Strömungsrohr eingebrachten oder einbringbaren Steckfühler, in dem die Kanalstruktur mit einem Hauptkanal und einem Messkanal ausgebildet ist, und mindestens einen in dem Messkanal angeordneten Sensorchip zur Bestimmung des Parameters des fluiden Mediums auf. Das Sensorgehäuse ist zumindest teilweise aus Kunststoff hergestellt. Der Sensor weist mindestens eine Elektrode auf, die so in dem Sensorgehäuse angeordnet ist, dass die Elektrode von dem Kunststoff bedeckt ist. A sensor according to the invention for determining at least one parameter of a fluid medium flowing through a measuring channel, in particular an intake air mass flow of an internal combustion engine, has a sensor housing, in particular a plug-in sensor inserted or insertable into a flow tube, in which the channel structure is formed with a main channel and a measuring channel, and at least one sensor chip arranged in the measuring channel for determining the parameter of the fluid medium. The sensor housing is at least partially made of plastic. The sensor has at least one electrode which is arranged in the sensor housing such that the electrode is covered by the plastic.

Beispielsweise ist die Elektrode mit dem Kunststoff beschichtet. Bevorzugt ist die Elektrode in den Kunststoff eingebettet. Beispielsweise ist eine erste Elektrode im Bereich des Messkanals angeordnet ist. Die erste Elektrode kann bezüglich einer Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums in dem Messkanal stromaufwärts des Sensorchips angeordnet sein. Die erste Elektrode kann sich parallel zu dem Messkanal erstrecken. Eine zweite Elektrode kann im Bereich des Hauptkanals angeordnet sein. Das Sensorgehäuse kann einen Einlass in die Kanalstruktur aufweisen, der einer Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums am Ort des Sensors entgegenweist. Eine dritte Elektrode kann um den Einlass angeordnet sein. Die Elektrode kann mit einem festen Potenzial elektrisch verbunden sein. Das feste Potenzial kann die Sensormasse sein. For example, the electrode is coated with the plastic. Preferably, the electrode is embedded in the plastic. For example, a first electrode is arranged in the region of the measuring channel. The first electrode may be disposed upstream of the sensor chip with respect to a main flow direction of the fluid medium in the measurement channel. The first electrode may extend parallel to the measurement channel. A second electrode may be arranged in the region of the main channel. The sensor housing may have an inlet into the channel structure that opposes a main flow direction of the fluid at the location of the sensor. A third electrode may be disposed around the inlet. The electrode may be electrically connected to a fixed potential. The fixed potential may be the sensor mass.

Unter der Hauptströmungsrichtung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung die lokale Strömungsrichtung des fluiden Mediums am Ort des Sensors bzw. der Sensoranordnung zu verstehen, wobei beispielsweise lokale Unregelmäßigkeiten, wie zum Beispiel Turbulenzen, unberücksichtigt bleiben können. Insbesondere kann unter der Hauptströmungsrichtung somit die lokale gemittelte Transportrichtung des strömenden fluiden Mediums verstanden werden. Die Hauptströmungsrichtung kann daher einerseits auf die Strömungsrichtung am Ort der Sensoranordnung selbst bezogen sein oder auch auf die Strömungsrichtung in dem Kanal innerhalb des Sensorgehäuses, wie beispielsweise am Ort des Sensorträgers oder des Sensorchips, wobei sich beide genannten Hauptströmungsrichtungen unterscheiden können. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird deshalb stets angegeben, auf welchen Ort sich die Hauptströmungsrichtung bezieht. Sofern keine nähere Angabe gemacht ist, bezieht sich die Hauptströmungsrichtung auf den Ort der Sensoranordnung. In the context of the present invention, the main flow direction is to be understood as meaning the local flow direction of the fluid at the location of the sensor or the sensor arrangement, whereby, for example, local irregularities, such as, for example, turbulence, can be disregarded. In particular, the main direction of flow can thus be understood to be the local average transport direction of the flowing fluid medium. The main flow direction can therefore be related on the one hand to the flow direction at the location of the sensor arrangement itself or to the flow direction in the channel within the sensor housing, such as at the location of the sensor carrier or the sensor chip, wherein both mentioned main flow directions may differ. In the context of the present invention, therefore, it is always indicated to which location the main flow direction relates. Unless otherwise specified, the main flow direction refers to the location of the sensor arrangement.

Unter einer stromabwärtigen Anordnung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Anordnung eines Bauteils an einer Stelle zu verstehen, die das fluide Medium in der Hauptströmungsrichtung strömend zeitlich später als einen Bezugspunkt erreicht. In the context of the present invention, a downstream arrangement is to be understood as meaning the arrangement of a component at a location which reaches the fluid medium in the main flow direction in terms of time later than a reference point.

Analog ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einer stromaufwärtigen Anordnung eines Bauteils eine Anordnung des Bauteils an einer Stelle zu verstehen, die das in der Hauptströmungsrichtung strömende fluide Medium zeitlich gesehen früher als einen Bezugspunkt erreicht. Analogously, in the context of the present invention an upstream arrangement of a component means an arrangement of the component at a position which, viewed in terms of time, reaches the reference point in the main flow direction earlier than a reference point.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der Sensorträger ganz oder teilweise als Schaltungsträger, insbesondere als Leiterplatte, ausgestaltet sein oder Teil eines Schaltungsträgers, insbesondere einer Leiterplatte, sein. Beispielsweise kann der Schaltungsträger, insbesondere die Leiterplatte, einen Fortsatz aufweisen, welcher den Sensorträger bildet und welcher in den Kanal, beispielsweise den Messkanal eines Heißfilmluftmassenmessers, hineinragt. Der übrige Teil des Schaltungsträgers, insbesondere der Leiterplatte, kann beispielsweise in einem Elektronikraum, in einem Gehäuse der Sensoranordnung oder eines Steckfühlers der Sensoranordnung untergebracht sein. In the context of the present invention, the sensor carrier may be wholly or partly designed as a circuit carrier, in particular as a printed circuit board, or be part of a circuit carrier, in particular a printed circuit board. For example, the circuit carrier, in particular the printed circuit board, have an extension which forms the sensor carrier and which projects into the channel, for example the measuring channel of a hot-film air mass meter. The remaining part of the circuit carrier, in particular the printed circuit board, can be accommodated for example in an electronics compartment, in a housing of the sensor arrangement or a plug-in sensor of the sensor arrangement.

Unter einer Leiterplatte ist dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein ein im Wesentlichen plattenförmiges Element zu verstehen, welches auch als Träger elektronischer Strukturen, wie beispielsweise Leiterbahnen, Anschlusskontakte oder Ähnliches, genutzt werden kann und vorzugsweise auch eine oder mehrere derartiger Strukturen aufweist. Grundsätzlich kommen dabei auch zumindest leichte Abweichungen von der Plattenform in Betracht und sollen begrifflich mit erfasst sein. Die Leiterplatte kann beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial und/oder einem Keramikmaterial hergestellt sein, beispielsweise einem Epoxidharz, insbesondere einem faserverstärkten Epoxidharz. Insbesondere kann die Leiterplatte beispielsweise als Leiterplatte mit Leiterbahnen, insbesondere aufgedruckten Leiterbahnen (printed circuit board, PCB), ausgestaltet sein. In the context of the present invention, a printed circuit board is generally understood to mean a substantially plate-shaped element which can also be used as a carrier of electronic structures, such as strip conductors, connection contacts or the like, and preferably also has one or more such structures. In principle, at least slight deviations from the plate shape come into consideration and should be covered conceptually. The printed circuit board can be made, for example, from a plastic material and / or a ceramic material, for example an epoxy resin, in particular a fiber-reinforced epoxy resin. In particular, the printed circuit board, for example, as a printed circuit board with printed conductors, in particular printed printed circuit board (PCB), be designed.

Auf diese Weise lässt sich das Elektronikmodul der Sensoranordnung stark vereinfachen und es lässt sich beispielsweise auf ein Bodenblech und einen separaten Sensorträger verzichten. Bodenblech und Sensorträger können durch eine einzige Leiterplatte ersetzt werden, auf welcher beispielsweise auch eine Ansteuer- und Auswerteschaltung der Sensoranordnung ganz oder teilweise angeordnet sein kann. Diese Ansteuer- und Auswerteschaltung der Sensoranordnung dient der Ansteuerung des mindestens einen Sensorchips und/oder der Auswertung der von diesem Sensorchip generierten Signale. Auf diese Weise lässt sich durch Zusammenfassung der genannten Elemente der Herstellaufwand der Sensoranordnung erheblich vermindern und der Bauraumbedarf für das Elektronikmodul stark verringern. In this way, the electronic module of the sensor arrangement can be greatly simplified and it is possible, for example, to dispense with a base plate and a separate sensor carrier. Bottom plate and sensor carrier can be replaced by a single circuit board on which, for example, a drive and evaluation circuit of the sensor arrangement can be arranged wholly or partially. This control and evaluation circuit of the sensor arrangement is used to control the at least one sensor chip and / or the evaluation of the signals generated by this sensor chip. In this way, the production costs of the sensor arrangement can be considerably reduced by combining the elements mentioned, and the space required for the electronic module can be greatly reduced.

Die Sensoranordnung kann insbesondere mindestens ein Gehäuse aufweisen, wobei der Kanal in dem Gehäuse ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Kanal einen Hauptkanal und einen Bypasskanal bzw. Messkanal umfassen, wobei der Sensorträger und der Sensorchip beispielsweise in dem Bypass- bzw. Messkanal angeordnet sein können. Weiterhin kann das Gehäuse einen von dem Bypasskanal getrennten Elektronikraum aufweisen, wobei das Elektronikmodul oder die Leiterplatte im Wesentlichen in dem Elektronikraum aufgenommen ist. The sensor arrangement may in particular comprise at least one housing, wherein the channel is formed in the housing. For example, the channel may comprise a main channel and a bypass channel or measuring channel, wherein the sensor carrier and the sensor chip may be arranged, for example, in the bypass or measuring channel. Furthermore, the housing may have an electronics compartment separate from the bypass channel, wherein the electronic module or the printed circuit board is accommodated substantially in the electronics compartment.

Der Sensorträger kann dann als ein in den Kanal hineinragender Fortsatz der Leiterplatte ausgebildet sein. Diese Anordnung ist im Gegensatz zu den aufwändigen Elektronikmodulen, welche aus dem Stand der Technik bekannt sind, technisch vergleichsweise einfach zu realisieren. The sensor carrier can then be designed as a protruding into the channel extension of the circuit board. This arrangement, in contrast to the complex electronic modules, which are known from the prior art, technically comparatively easy to implement.

Insbesondere in dem Fall, in welchem eine Leiterplatte als Sensorträger verwendet wird, jedoch auch in anderen Fällen und/oder unter Verwendung anderer Medien als Sensorträger, kann der Sensorträger zumindest teilweise als mehrschichtiger Sensorträger ausgestaltet sein. So kann der Sensorträger in einer so genannten Multilayer-Technik ausgestaltet sein und zwei oder mehrere miteinander verbundene Trägerschichten aufweisen. Beispielsweise können diese Trägerschichten wiederum aus einem Metall, einem Kunststoff oder einem Keramikmaterial oder einem Verbundmaterial hergestellt sein und durch Verbindungstechniken, wie z. B. Kleben, miteinander verbunden sein. In particular, in the case where a circuit board is used as a sensor carrier, but also in other cases and / or using other media as a sensor carrier, the sensor carrier may be at least partially designed as a multilayer sensor carrier. Thus, the sensor carrier can be configured in a so-called multi-layer technique and have two or more interconnected carrier layers. For example, these carrier layers may in turn be made of a metal, a plastic or a ceramic material or a composite material and by joining techniques, such as. B. gluing, be interconnected.

In diesem Fall, in welchem eine Multilayer-Technik mit mehreren Sensorschichten des Sensorträgers verwendet wird, kann die Anströmkante durch eine unterschiedliche Dimensionierung der Trägerschichten entgegen der Hauptströmungsrichtung des fluiden Mediums zumindest teilweise gestuft ausgeführt sein. Auf diese Weise lassen sich die Profile zumindest gestuft angenähert realisieren. Beispielsweise lassen sich auf diese Weise rechteckig geformte oder – angenähert durch eine Stufenform – zumindest näherungsweise rund, abgerundete oder keilförmig geformte Profile in einer Schnittebene senkrecht zur Erstreckungsebene des Sensorträgers ausbilden. Der Sensorchip kann auf bzw. in dem Sensorträger derart angeordnet sein, dass dieser senkrecht zur lokalen Hauptströmungsrichtung ausgerichtet ist. Beispielsweise kann der Sensorchip rechteckig ausgestaltet sein, wobei eine Seite dieses Rechtecks senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht, beispielsweise mit einer Ausrichtung, welche um nicht mehr als 10 Grad von der Senkrechten abweicht, zur lokalen Hauptströmungsrichtung angeordnet ist. In this case, in which a multilayer technique with a plurality of sensor layers of the sensor carrier is used, the leading edge can be designed at least partially stepped by a different dimensioning of the carrier layers against the main flow direction of the fluid medium. In this way, the profiles can be realized at least step-by-step approximated. For example, in this way, rectangular-shaped or -approximately by a step shape-at least approximately round, rounded or wedge-shaped profiles can be formed in a sectional plane perpendicular to the plane of extension of the sensor carrier. The sensor chip can be arranged on or in the sensor carrier such that it is aligned perpendicular to the local main flow direction. For example, the sensor chip can be designed rectangular, wherein one side of this rectangle is perpendicular or substantially perpendicular, for example, with an orientation which differs by not more than 10 degrees from the vertical to the local main flow direction.

Der Sensorchip kann über mindestens eine elektrische Verbindung elektrisch kontaktiert werden. Beispielsweise kann der Sensorträger, insbesondere eine den Sensorträger bildende Leiterplatte oder ein Fortsatz dieser Leiterplatte, eine oder mehrere Leiterbahnen und/oder Kontaktpads aufweisen, welche mit entsprechenden Kontakten auf dem Sensorchip beispielsweise durch ein Bondingverfahren verbunden sind. In diesem Fall kann die elektrische Verbindung durch mindestens eine Abdeckung geschützt und von dem fluiden Medium getrennt werden. Diese Abdeckung kann insbesondere als so genannter Glob-Top ausgestaltet sein, beispielsweise als Kunststofftropfen und/oder Klebstofftropfen, welcher die elektrische Verbindung, beispielsweise die Bonddrähte abdeckt. Auf diese Weise lassen sich insbesondere auch Beeinflussungen der Strömung durch die elektrische Verbindung vermindern, da der Glob-Top eine glatte Oberfläche aufweist. The sensor chip can be electrically contacted via at least one electrical connection. By way of example, the sensor carrier, in particular a printed circuit board forming the sensor carrier or an extension of this printed circuit board, can have one or more conductor tracks and / or contact pads, which are connected to corresponding contacts on the sensor chip, for example by a bonding method. In this case, the electrical connection can be protected by at least one cover and separated from the fluid medium. This cover may in particular be designed as a so-called glob-top, for example as a plastic drop and / or adhesive drops, which covers the electrical connection, for example, the bonding wires. In this way, in particular influences of the flow through the electrical connection can be reduced, since the glob top has a smooth surface.

Ferner kann der Sensorchip mindestens einen Sensorbereich aufweisen. Dieser Sensorbereich kann beispielsweise eine Sensoroberfläche aus beispielsweise einem porösen, keramischen Material und/oder insbesondere eine Sensormembran sein. Die Sensormembran als Messoberfläche oder Sensorbereich kann von dem strömenden fluiden Medium überströmbar sein. Der Sensorchip umfasst beispielsweise mindestens ein Heizelement sowie mindestens zwei Temperaturfühler, welche beispielsweise auf der Messoberfläche des Sensorchips angeordnet sind, wobei ein Temperaturfühler stromaufwärts des Heizelements und der andere Temperaturfühler stromabwärts des Heizelements gelagert ist. Aus einer Asymmetrie des von den Temperaturfühlern erfassten Temperaturprofils, welches durch die Strömung des fluiden Mediums beeinflusst wird, kann auf einen Massenstrom und/oder Volumenstrom des fluiden Mediums geschlossen werden. Furthermore, the sensor chip can have at least one sensor area. This sensor region can be, for example, a sensor surface of, for example, a porous, ceramic material and / or in particular a sensor membrane. The sensor membrane as a measuring surface or Sensor region can be overflowed by the flowing fluid medium. The sensor chip comprises, for example, at least one heating element and at least two temperature sensors, which are arranged for example on the measuring surface of the sensor chip, wherein a temperature sensor is mounted upstream of the heating element and the other temperature sensor downstream of the heating element. From an asymmetry of the temperature profile detected by the temperature sensors, which is influenced by the flow of the fluid medium, it is possible to deduce a mass flow and / or volume flow of the fluid medium.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist das Anbringen einer Elektrode in unmittelbarer Nähe des Sensorchips. Die Elektrode wird dabei so angebracht, dass durch eine elektrische Kontaktierung ein Anschluss an ein geeignetes Potenzial möglich ist, wie beispielsweise die Sensormasse. Dadurch lassen sich Bereiche realisieren, die auf ein definiertes, geeignetes Potenzial gebracht sind, wie beispielsweise die Sensormasse, wodurch sich die vorhandenen Feldlinien derart verbiegen lassen, dass vorbeifliegende Teilchen in ihrer durch Kinematik und das elektrische Feld bestimmten Flugbahn in vorteilhafter Weise abgelenkt werden. Dadurch, dass die Elektrode in Kunststoff bzw. unter der Kunststoffoberfläche angeordnet ist, kann keine Flächenentladung wie in der DE 10 2010 020 264 A1 stattfinden. Es wird stattdessen angestrebt, ein möglicherweise bestehendes äußeres elektrisches Feld durch Einbringen einer Elektrode definierter Gestalt und definierten Potenzials abzuschirmen, bzw. eventuell bestehende elektrische Feldlinien derart zu beeinflussen, dass aufgeladene Teilchen über ihre Kinematik und nicht über elektrostatische Feldkräfte gelenkt werden, wohingegen in der DE 10 2010 020 264 A1 die Teilchen auf einer elektrischen Leiterbahn auftreffen sollen und dort entladen werden. A basic idea of the present invention is the provision of an electrode in the immediate vicinity of the sensor chip. In this case, the electrode is mounted in such a way that it can be connected to a suitable potential by means of electrical contacting, for example the sensor ground. As a result, it is possible to realize regions which are brought to a defined, suitable potential, such as the sensor mass, as a result of which the existing field lines can be bent such that particles passing by are advantageously deflected in their trajectory determined by kinematics and the electric field. The fact that the electrode is arranged in plastic or under the plastic surface, no surface discharge as in the DE 10 2010 020 264 A1 occur. Instead, the aim is to shield a possibly existing external electric field by introducing an electrode of defined shape and defined potential, or possibly to influence existing electric field lines in such a way that charged particles are guided by their kinematics and not by electrostatic field forces, whereas in the US Pat DE 10 2010 020 264 A1 the particles should hit an electrical track and be discharged there.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Further optional details and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, which are shown schematically in the figures.

Es zeigen: Show it:

1 eine Draufsicht auf einen Sensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 1 a plan view of a sensor according to a first embodiment of the present invention,

2 eine perspektivische Ansicht eines Elektronikmoduls, 2 a perspective view of an electronic module,

3 eine Draufsicht auf einen Sensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 3 a plan view of a sensor according to a second embodiment of the present invention,

4 eine Draufsicht auf einen Sensor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 4 a plan view of a sensor according to a third embodiment of the present invention and

5 eine Draufsicht auf einen Sensor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 a plan view of a sensor according to a fourth embodiment of the present invention.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Sensors 10 zur Bestimmung eines Parameters eines fluiden Mediums. Der Sensor 10 ist als Heißfilmluftmassenmesser ausgestaltet und umfasst ein als Steckfühler ausgebildetes Sensorgehäuse 12, welches beispielsweise in ein Strömungsrohr, insbesondere einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, eingesteckt werden kann. Das Sensorgehäuse 12 ist aus Kunststoff hergestellt. Das Sensorgehäuse 12 weist einen Gehäusekörper 14, einen Messkanaldeckel 16, einen Elektronikraum 18 sowie einen Elektronikraumdeckel 20 zum Verschließen des Elektronikraums 18 auf. In dem Sensorgehäuse 12 ist eine Kanalstruktur 22 ausgebildet. Die Kanalstruktur 22 weist einen Hauptkanal 24, welcher in einem Hauptstromauslass 26 auf der Unterseite 28 bezogen auf die Darstellung in 1 des Sensorgehäuses 12 mündet, sowie einen von dem Hauptkanal 24 abzweigenden Bypass- bzw. Messkanal 30, welcher in einen auf einer Stirnseite 32 des Sensorgehäuses 12 angeordneten Bypass- oder Messkanalauslass 34 mündet, auf. Durch die Kanalstruktur 22 kann über eine Einlassöffnung 36, die im eingesetzten Zustand einer Hauptströmungsrichtung 38 des fluiden Mediums am Ort des Sensorgehäuses 12 entgegenweist, eine repräsentative Menge des fluiden Mediums strömen. Der Sensor 10 weist weiter ein Elektronikmodul 40 auf. 1 shows a perspective view of a sensor 10 for determining a parameter of a fluid medium. The sensor 10 is designed as a hot-film air mass meter and includes a sensor housing designed as a plug-in sensor 12 which can be plugged, for example, into a flow tube, in particular an intake tract of an internal combustion engine. The sensor housing 12 is made of plastic. The sensor housing 12 has a housing body 14 , a measuring channel cover 16 , an electronics room 18 and an electronics compartment lid 20 for closing the electronics compartment 18 on. In the sensor housing 12 is a channel structure 22 educated. The channel structure 22 has a main channel 24 which is in a main flow outlet 26 on the bottom 28 referring to the illustration in 1 of the sensor housing 12 and one from the main channel 24 branching bypass or measuring channel 30 , which in one on a front side 32 of the sensor housing 12 arranged bypass or Meßkanalauslass 34 opens up. Through the channel structure 22 can have an inlet opening 36 in the inserted state of a main flow direction 38 of the fluid medium at the location of the sensor housing 12 counter, flowing a representative amount of the fluid medium. The sensor 10 also has an electronic module 40 on.

2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Elektronikmoduls 40. Das Elektronikmodul 40 weist einen Sensorträger 41 auf. In einem eingesetzten Zustand des Elektronikmoduls 40 ragt der Sensorträger 41 in Form eines Flügels in den Messkanal 30, auch wenn diese Anordnung in den Figuren nicht explizit dargestellt ist. In diesen Sensorträger 41 ist ein Sensorchip 42 derart eingelassen, dass eine als Sensorbereich des Sensorchips 42 ausgebildete mikromechanische Sensormembran von dem fluiden Medium überströmbar ist. Der Sensorträger 41 ist mit dem Sensorchip 42 Bestandteil des Elektronikmoduls 40. Das Elektronikmodul 40 weist weiter ein gebogenes Bodenblech 43 sowie eine darauf angebrachte, beispielsweise aufgeklebte Leiterplatte 44 mit einer Ansteuer- und Auswerteschaltung 46 auf. Der Sensorchip ist mit der Ansteuer- und Auswerteschaltung 46 über elektrische Verbindungen 47, welche als Drahtbonding ausgestaltet sein können, elektrisch verbunden. Das derart entstandene Elektronikmodul 40 wird in den Elektronikraum 18 in dem Gehäusekörper 14 des Sensorgehäuses 12 eingebracht, wie beispielsweise eingeklebt. Dabei ragt der Sensorträger 41 in die Kanalstruktur 22 und genauer in den Messkanal 30 hinein. Anschließend wird der Elektronikraum 18 von dem Elektronikraumdeckel 20 verschlossen. 2 shows a perspective view of the electronic module 40 , The electronics module 40 has a sensor carrier 41 on. In an inserted state of the electronic module 40 protrudes the sensor carrier 41 in the form of a wing in the measuring channel 30 even if this arrangement is not explicitly shown in the figures. In this sensor carrier 41 is a sensor chip 42 inserted so that one as the sensor area of the sensor chip 42 formed micromechanical sensor membrane of the fluid medium can be overflowed. The sensor carrier 41 is with the sensor chip 42 Component of the electronic module 40 , The electronics module 40 further shows a curved bottom plate 43 and a mounted thereon, for example, glued circuit board 44 with a control and evaluation circuit 46 on. The sensor chip is connected to the control and evaluation circuit 46 via electrical connections 47 , which may be configured as wire bonding, electrically connected. The resulting electronic module 40 will be in the electronics room 18 in the housing body 14 of the sensor housing 12 introduced, such as glued. The sensor carrier protrudes 41 into the canal structure 22 and more precisely in the measuring channel 30 into it. Subsequently, the electronics room 18 from the electronics compartment lid 20 locked.

Der Sensor 10 weist weiterhin mindestens eine Elektrode 48 auf, die so in dem Sensorgehäuse 12 angeordnet ist, dass die Elektrode 48 von dem Kunststoff des Sensorgehäuses 12 bedeckt ist. Wie aus 1 zu erkennen ist, weist der Sensor 10 der ersten Ausführungsform eine erste Elektrode 48 auf, die im Bereich des Messkanals 30 angeordnet ist. Die Elektrode 48 ist dabei mit dem Kunststoff des Sensorgehäuses 12 beschichtet. Bevorzugt ist die Elektrode 48 in den Kunststoff eingebettet. Bezüglich einer Hauptströmungsrichtung 50 des fluiden Mediums in dem Messkanal 30 ist die erste Elektrode 48 stromaufwärts des Sensorchips 42 angeordnet. Die erste Elektrode 48 ist mittels einer Leiterbahn 52 mit einem festen Potenzial 54 elektrisch verbunden. Bevorzugt ist das feste Potenzial 54 die Sensormasse 56. The sensor 10 also has at least one electrode 48 on that in the sensor housing 12 is arranged that the electrode 48 from the plastic of the sensor housing 12 is covered. How out 1 can be seen, the sensor points 10 the first embodiment, a first electrode 48 on that in the area of the measuring channel 30 is arranged. The electrode 48 is doing with the plastic of the sensor housing 12 coated. The electrode is preferred 48 embedded in the plastic. With respect to a main flow direction 50 of the fluid medium in the measuring channel 30 is the first electrode 48 upstream of the sensor chip 42 arranged. The first electrode 48 is by means of a conductor track 52 with a solid potential 54 electrically connected. Preferred is the fixed potential 54 the sensor mass 56 ,

3 zeigt eine Draufsicht auf einen Sensor 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben und gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dem Sensor 10 der zweiten Ausführungsform erstreckt sich die erste Elektrode 48 parallel zu dem Messkanal 30. Beispielsweise ist die erste Elektrode 48 an einer dem Elektronikraum 18 abgewandten Wand 58 des Messkanals 28 angeordnet. 3 shows a plan view of a sensor 10 according to a second embodiment of the present invention. Hereinafter, only the differences from the previous embodiment will be described and the same components are given the same reference numerals. At the sensor 10 In the second embodiment, the first electrode extends 48 parallel to the measuring channel 30 , For example, the first electrode 48 at one of the electronics room 18 opposite wall 58 of the measuring channel 28 arranged.

4 zeigt eine Draufsicht auf einen Sensor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben und gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dem Sensor 10 der dritten Ausführungsform ist zusätzlich zu der ersten Elektrode 48 eine zweite Elektrode 60 im Bereich des Hauptkanals 24 angeordnet, die mittels einer Leiterbahn 62 mit der ersten Elektrode 48 und somit mit der Sensormasse 56 verbunden ist. 4 shows a plan view of a sensor according to a third embodiment of the present invention. Hereinafter, only the differences from the previous embodiments will be described and the same components are given the same reference numerals. At the sensor 10 The third embodiment is in addition to the first electrode 48 a second electrode 60 in the area of the main canal 24 arranged by means of a conductor track 62 with the first electrode 48 and thus with the sensor mass 56 connected is.

5 zeigt eine Draufsicht auf einen Sensor gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben und gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dem Sensor 10 der vierten Ausführungsform kann alternativ oder zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eine dritte Elektrode 64 vorgesehen sein. Die dritte Elektrode 64 ist dabei zumindest teilweise um die Einlassöffnung 36 angeordnet. Bevorzugt umgibt die dritte Elektrode 64 die Einlassöffnung 36 vollständig. 5 shows a plan view of a sensor according to a fourth embodiment of the present invention. Hereinafter, only the differences from the previous embodiments will be described and the same components are given the same reference numerals. At the sensor 10 According to the fourth embodiment, alternatively or in addition to the above-described embodiments, a third electrode 64 be provided. The third electrode 64 is at least partially around the inlet opening 36 arranged. Preferably, the third electrode surrounds 64 the inlet opening 36 Completely.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010020264 A1 [0006, 0023, 0023]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Konrad Reif (ed.): Sensors in the motor vehicle, 1st edition 2010, pages 146-148 [0002]

Claims

Sensor ( 10 ) for determining at least one parameter of a by a measuring channel ( 30 ) flowing fluid medium, in particular an intake air mass flow of an internal combustion engine, wherein the sensor ( 10 ) a sensor housing ( 12 ), in particular an inserted into a flow tube or insertable plug-in sensor, in which a channel structure ( 22 ) with a main channel ( 24 ) and a measuring channel ( 30 ), and at least one in the measuring channel ( 30 ) arranged sensor chip ( 42 ) for determining the parameter of the fluid medium, wherein the sensor housing ( 12 ) is at least partially made of plastic, characterized in that the sensor ( 10 ) at least one electrode ( 48 . 60 . 64 ), which in the sensor housing ( 12 ) is arranged that the electrode ( 48 . 60 . 64 ) is covered by the plastic.

Sensor ( 10 ) according to the preceding claim, wherein the electrode ( 48 . 60 . 64 ) is coated with the plastic.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the electrode ( 48 . 60 . 64 ) is embedded in the plastic.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein a first electrode ( 48 ) in the region of the measuring channel ( 30 ) is arranged.

Sensor ( 10 ) according to the preceding claim, wherein the first electrode ( 48 ) with respect to a main flow direction ( 50 ) of the fluid medium in the measuring channel ( 30 ) upstream of the sensor chip ( 42 ) is arranged.

Sensor ( 10 ) according to claim 4, wherein the first electrode ( 48 ) parallel to the measuring channel ( 30 ).

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein a second electrode ( 60 ) in the region of the main channel ( 24 ) is arranged.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor housing ( 12 ) an inlet ( 34 ) into the channel structure ( 22 ) having a main flow direction ( 38 ) of the fluid at the location of the sensor ( 10 ), wherein a third electrode ( 64 ) around the inlet ( 34 ) is arranged.

Sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the electrode ( 48 . 60 . 64 ) with a fixed potential ( 54 ) is electrically connected.

Sensor ( 10 ) according to the preceding claim, wherein the fixed potential is the sensor mass ( 56 ).