Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ТЕРМОАНЕМОМЕТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК РАСХОДА СРЕДЫ
ТЕРМОАНЕМОМЕТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК РАСХОДА СРЕДЫ

ТЕРМОАНЕМОМЕТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК РАСХОДА СРЕДЫ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в автомобильной электронике для систем электронного впрыска топлива. Сущность изобретения: датчик расхода содержит термочувствительный элемент, состоящий из терморезисторов - измерительного 5 и термокомпенсационного 6, выполненных из фольги на тонкой полиимидной пленке 8, предварительно натянутой и закрепленной между двумя идентичными металлическими подложками 9, 10. В зоне расположения терморезистора 5 в каждой подложке выполнена сквозная выемка 11 до рабочего торца 13 подложки, имеющая фаску 12 под углом более 45o к прямой, перпендикулярной направлению потока среды. Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) материала подложек близок к ТКЛР терморезисторов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2105267
Класс(ы) патента: G01F1/68
Номер заявки: 95115804/28
Дата подачи заявки: 11.09.1995
Дата публикации: 20.02.1998
Заявитель(и): Акционерное общество открытого типа "Краснодарский ЗИП"
Автор(ы): Борисов В.А.; Коган М.А.; Попов Р.А.; Павленко А.Я.; Терентьев Б.А.
Патентообладатель(и): Акционерное общество открытого типа "Краснодарский ЗИП"
Описание изобретения: Изобретение относится к области приборостроения, а именно к термоанемометрическим датчикам расхода воздуха и может быть использовано, например, в автомобильной электронике - в системах электронного впрыска топлива.
Известны термоанемометрические датчики расхода воздуха, содержащие термочувствительный элемент в виде ленты или проволоки, подвешенной по меньшей мере на трех узлах (патенты ФРГ N 2845662, 3003671, 3016923, G 01 F 1/68, фирма "BOSCH").
Их недостатками являются относительно невысокое быстродействие и нестабильность электрических характеристик вследствие провисания проволоки под воздействием циклических перегревов и механических нагрузок.
Известен также термоанемометрический датчик расхода воздуха, содержащий плоский пленочный термочувствительный элемент (патент США N 4936145, G 01 F 1/68), характеризующийся достаточно высокими статическими характеристиками в условиях сильных механических и температурных воздействий. Наличие жесткой подложки в термочувствительном элементе толщиной порядка 200 мкм обусловливает повышение тепловой постоянной измерительного терморезистора, что соответственно ограничивает быстродействие датчика.
Более высоким быстродействием обладает термоанемометрический датчик расхода с термочувствительным элементом, содержащим измерительный и компенсационный терморезисторы, расположенные на полимерной пленке, закрепленной с предварительным натяжением и тонкую подложку с отверстием, над которым расположен измерительный терморезистор (заявка ЕПВ (ЕР) N 0021291, G 01 F 1/68).
Основными недостатками этой конструкции являются:
1. Затрудненность попадания натекающего потока воздуха в выемку подложки (регистрируется экспериментально при толщине подложки даже 0,1 мм).
2. Отражения натекающего потока воздуха от переднего (рабочего) торца, подложки и от задней грани выемки, перпендикулярной направлению потока среды, дополнительно препятствующие попаданию основного потока воздуха в выемку подложки.
Эти обстоятельства приводят к пониженному обтеканию потоком воздуха измерительного терморезистора особенно при малых скоростях потока и вследствие этого к снижению чувствительности датчика при малых расходах.
Это искажает характеристику датчика, вносит дополнительную погрешность от толщины подложки и размера выемки.
Последнее из вышеупомянутых устройств является прототипом.
Техническим результатом, который обеспечивает предлагаемое изобретение, является устранение вышеуказанных недостатков, а именно, повышение чувствительности и снижение погрешности датчика.
Технический результат достигается тем, что термоанемометрический датчик расхода среды, содержащий термочувствительный элемент, включающий измерительный и компенсационный терморезисторы, размещенные на полиимидной пленке, закрепленной с предварительным натяжением, и расположенные на линии, перпендикулярной направлению потока среды, и подложку, снабжен второй подложкой, идентичной первой, а термочувствительный элемент закреплен между подложками, в каждой из которых, в зоне размещения измерительного терморезистора, выполненного с обеспечением возможности измерения в точке, со стороны рабочего торца образована выемка, имеющая фаску под углом более 45o к прямой, перпендикулярной направлению потока, при этом температурный коэффициент линейного расширения материала подложек близок к температурному коэффициенту линейного расширения терморезисторов, а подложки выполнены из нержавеющей стали.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый термоанемометрический датчик расхода среды отличается от известного тем, что он снабжен второй подложкой, идентичной первой, а термочувствительный элемент закреплен между подложками, в каждой из которых, в зоне размещения измерительного терморезистора, выполненного с обеспечением возможности измерения в точке, со стороны рабочего торца образована выемка, имеющая фаску под углом более 45o к прямой, перпендикулярной направлению потока, при этом температурный коэффициент линейного расширения материала подложек близок к температурному коэффициенту линейного расширения терморезисторов.
Кроме того, термоанемометрический датчик отличается тем, что подложки выполнены из нержавеющей стали.
Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них отличительных признаков, совпадающих с заявляемым решением, что позволяет сделать вывод о том, что изобретение имеет изобретательский уровень.
Изобретение является промышленно применимым, так как оно может быть использовано при изготовлении датчиков в автомобильной электронике - в системах электронного впрыска топлива.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен пример реализации предлагаемого технического решения (в разрезе); на фиг.2 - термочувствительный элемент; на фиг. 3 - сечение по А - А термочувствительного элемента.
Термоанемометрический датчик (фиг.1) состоит из воздуховода 1 с вентуриобразной внутренней поверхностью (сопло Вентури), термочувствительного элемента 2, соединенного с электронной схемой формирования выходного сигнала, выполненной на плате 3, размещенной в корпусе 4. Термочувствительный элемент 2 (фиг.2, 3) состоит из блока терморезисторов - измерительного 5 и термокомпенсационного 6, выполненных из фольги 7 на тонкой (10-60 мкм) полиимидной пленке 8, предварительно натянутой и закрепленной между подложками 9, 10, причем в зоне расположения терморезистора 5 выполнена выемка 11 с фаской 12.
Принцип работы термоанемометрического датчика основан на следующем. При обтекании потоком воздуха нагреваемого измерительного терморезистора 5 происходит его охлаждение и связанное с этим изменение его сопротивления. Измерительный 5 и компенсационный 6 терморезисторы включены с двумя термонезависимыми резисторами по мостовой схеме (на чертежах это не показано), работающей в режиме постоянной температуры измерительного терморезистора 5.
Снимаемое с моста напряжение используется для электронного управления, током питания моста, осуществляемого с помощью соответствующих элементов схемы, размещенной на плате 3. Сигнал, характеризующий изменение тока в мосте, служит мерой количества протекающей среды.
Выполнение выемки 11 (фиг.2) сквозной до рабочего торца 13 подложки 9 предотвращает возникновение турбулентностей натекающего потока воздуха на ее торце. Так же фаска, выполненная под углом (фиг.2 разрез А-А) превышающим 45o, определяет направление отраженного от задней грани выемки 11 потока в стороны от измерительного резистора 5.
Однако предотвращение возникновения турбулентностей, снижение влияния толщины подложки, качества ее обработки и размеров выемки, достигаемые описанной формой выемки должны основываться на обеспечении стабильности электрических характеристик термочувствительного элемента в целом. Расположение измерительного терморезистора 5 на тонкой полиимидной пленке 8 может привести к его провисанию при изменении температуры вследствие разности ТКЛР подложки 9 и фольги 7, что вносит дополнительную погрешность.
Симметричная конструкция (расположение блока терморезисторов между двумя идентичными подложками) предотвращает изгибные деформации термочувствительного элемента датчика вследствие температурных воздействий и провисание измерительного терморезистора при ТКЛР подложек достаточно близком к ТКЛР фольги.
Так как практически невозможно подобрать материал подложки с ТКЛР, одинаковым с ТКЛР фольги, то фольга предварительно натянута до скрепления (склеивания) с подложками. Это обеспечивает отсутствие провисания фольги как при положительной, так и при отрицательной разности ТКЛР подложек и фольги соответственно при понижении и повышении температуры.
Кроме того, предварительное натяжение фольги обеспечивает высокую плоскость поверхности измерительного терморезистора и соответственно высокую повторяемость его характеристик от образца к образцу.
Так как фольга имеет толщину порядка 3-5 мкм, а полиимидная пленка должна быть выполнена также максимально тонкой, чтобы обеспечить высокое быстродействие, конструкция измерительного терморезистора уязвима для сильных механических и температурных воздействий, поэтому немаловажным является минимизация размеров натянутой пленочно-фольговой структуры, что обеспечивается выполнением измерительного резистора круглым или прямоугольным с возможностью измерения в точке и, соответственно, минимизацией размеров выемки.
Расположение терморезисторов на линии, перпендикулярной направлению потока среды (ось О-О', фиг.2), обусловлено необходимостью устранения попадания нагретого воздуха от измерительного терморезистора на термокомпенсационный, или нежелательным увеличением ширины термочувствительного элемента в направлении потока.
Предлагаемые технические решения испытаны и в конструкции термоанемометрического датчика, в которой термочувствительный элемент расположен в байпасном канале, что не меняет описанных выше физических закономерностей и конструктивных решений.
Проведенные стендовые испытания, испытания датчиков в составе системы на автомобиле ВАЗ-2111 сравнительно с датчиками фирм "BOSCH" и "General Motors", соответственно, выявили, что по стабильности, температурной погрешности описанный датчик соответствует заданным требованиям, а по скорости реакции на изменение величины потока (быстродействие) превосходит зарубежные аналоги в 2 раза.
Формула изобретения: 1. Термоанемометрический датчик расхода среды, содержащий термочувствительный элемент, включающий измерительный и компенсационный терморезисторы, размещенные на полиимидной пленке, закрепленной с предварительным натяжением, и расположенные на линии, перпендикулярной направлению потока среды, и подложку, отличающийся тем, что он снабжен второй подложкой, идентичной первой, а термочувствительный элемент закреплен между подложками, в каждой из которых, в зоне размещения измерительного терморезистора, выполненного с обеспечением возможности измерения в точке, со стороны рабочего торца образована выемка, имеющая фаску под углом более 45o к прямой, перпендикулярной направлению потока, при этом температурный коэффициент линейного расширения материала подложек близок к температурному коэффициенту линейного расширения терморезисторов.
2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что подложки выполнены из нержавеющей стали.