用于检测流体流的质量流和温度的传感器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于检测流体流的质量流和温度的传感器，其中传感器具有带质量流传感元件的质量流传感器和带温度传感元件的温度传感器以及用于供电的接口，其中传感器将由质量流传感元件和温度传感元件模拟检测的测量值转换成数字输出信号。为了提出尽可能简单和成本低廉的、用于检测流体流的质量流和温度的传感器，在传感器中布置至少一个模数转换器，模数转换器将质量流传感元件的模拟测量值和/或温度传感元件的模拟测量值转换成数字输出信号，并且把数字输出信号提供给唯一的数字接口。
【专利说明】用于检测流体流的质量流和温度的传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于检测流体流的质量流和温度的传感器，其中传感器具有带质量流传感元件的质量流传感器和带温度传感元件的温度传感器以及用于供电的接口，其中传感器将由质量流传感元件和温度传感元件模拟检测的测量值转换成数字输出信号。
【背景技术】
[0002]对流体流的质量流和温度的检测特别是在汽车工业中具有较高的重要性，这是因为为了优化对机动车辆的内燃机的控制而需要这些参量。目前把由检测流体流的质量流和温度的传感器测定的数值以模拟的形式提供给汽车中的发动机控制器。然而模拟信号具有的缺点是，这些模拟信号易受干扰，并且例如由于电磁干扰场可以使它们明显地失真。因此有利的是，将由传感元件测定的模拟测量值在传感器自身中数字化。这利用可以布置在传感器自身中的模数转换器来实现。因为用于检测流体流的质量流和温度的传感器检测了多个物理参量，所以需要多个模数转换器。此外，需要多个在用于检测流体流的质量流和温度的传感器上和/或其中的接口和电源，以便运行和读取各个传感元件。由此，对在流体流内的质量流和温度的测量值的检测是相对复杂的和昂贵的。
【发明内容】
[0003]为此，本发明的目的在于，给出一种尽可能简单和成本低廉的、用于检测流体流的质量流和温度的传感器。
[0004]根据本发明该目的通过独立权利要求的特征来实现。因为在传感器中布置有至少一个模数转换器，该模数转换器将质量流传感元件的模拟测量值和/或温度传感元件的模拟测量值转换成数字输出信号，并且把数字输出信号提供给唯一的数字接口，由此，取消了至少一个将传感器与后续的发动机控制器连接的导线。也就是说只需要一个唯一的导线，用于将质量流传感元件的测量值和温度传感元件的测量值传输到发动机控制装置上。因为在现代的传感器中，布置线缆对于传感器的总成本而言具有重要意义，所以根据本发明的传感器能够非常廉价地进行制造。此外，特别是能够无误差地来制造根据本发明的传感器并且其是抗干扰的，这是因为用于测量温度和质量流的所有重要功能在传感器自身中集于一体，并且质量流传感元件和温度传感元件的完全数字化的测量结果仅仅还通过一个唯一的数字接口和唯一的导线传输至发动机控制器。
[0005]在本发明的设计方案中，除了质量流传感器和温度传感器以外，在该传感器中还布置有具有湿度传感元件的湿度传感器和/或具有压力传感元件的压力传感器。湿度传感器和压力传感器都适合于用于检测流体流的质量流和温度的传感器的信号，以便补偿在吸入空气中变化的参量。质量流信号向发动机控制器给出关于提供用于燃烧燃料的氧气量的信息，该氧气量自然首先取决于吸入空气的质量流。然而在质量流相同时，普遍的压力、吸入空气的湿度和吸入的空气的温度可以导致将不同的氧气供给输送至内燃机的燃烧室。因此物理参量:温度、空气湿度以及压力是适用的，以便实现对质量流信号的误差补偿，并且能够高精度地计量燃料量给入燃烧室中。这有利于保护资源和环境。
[0006]因为在传感器中布置有至少一个模数转换器，该模数转换器将质量流传感元件的模拟测量值和温度传感元件的模拟测量值转换成数字输出信号，并且提供给唯一的数字接口，所以可以较为简单并且成本低廉地制造该传感器。通过取消至少一个在传感器和控制器之间的导线，减少了安装有根据本发明的传感器的车辆的总重量。
[0007]在一个有利的改进方案中，至少一个模数转换器布置在质量流传感器中。此外可以考虑，即至少一个模数转换器布置在温度传感器中和/或在湿度传感器中和/或压力传感器中。至少一个模数转换器将质量流传感元件、温度传感元件、湿度传感器和/或压力传感器的模拟测量值转换成数字输出信号。因此用于检测流体流的质量流和温度的传感器成本较为低廉。利用电子开关可以把质量流传感元件、温度传感元件、湿度传感元件和/或压力传感元件的模拟信号传输给模数转换器用于数字化。
[0008]在本发明的下一个改进方案中，传感器具有一个唯一的、用于供电的接口。因此可以节省例如在控制器和传感器中之间的电流供应线。因此传感器是更加便宜并且在车辆方面减少了重量。
[0009]质量流传感元件、温度传感元件、湿度传感元件和/或压力传感元件的数字化的测量值也可以通过电流接口传输到供电线中，并且通过用于供电的接口传输到发动机控制装置上。因此在用于检测流体流的质量流和温度的传感器上仅仅还需要一个唯一的接口，该接口不仅用作用于传输信号的数字接口而且还用作用于供电的接口。在用于检测流体流的质量流和温度的传感器和发动机控制器之间仅仅还需要一个唯一的导线，该导线不仅用作电流供应线而且还用作数字信号线。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]本发明容许有多个实施方式。为了进一步地进行明确，在附图中详细地描述了本发明，并且在下面进行说明。附图示出:
[0011]图1是一个用于检测流体流的质量流和温度的传感器，
[0012]图2是另一个用于检测流体流的质量流和温度的传感器，
[0013]图3是第三个用于检测流体流的质量流和温度的传感器，
[0014]图4是用于检测流体流的质量流和温度的传感器的另一个实施方式，
[0015]图5是一个用于检测流体流的质量流和温度的传感器，该传感器附加地配备有湿度传感器和压力传感器。
【具体实施方式】
[0016]图1示出用于检测流体流的质量流和温度的传感器I。在此，例如将在管中移动的气流称为流体流。该气流将汽车的进气管段中的空气朝向内燃机运输。为了使燃料在内燃机中最优地燃烧，需要知道提供用于燃烧的吸入的空气或者通过涡轮增压机输送的空气的准确的质量流。此外必须确定该吸入空气的温度，以便可以最优地控制在内燃机中的燃烧过程。燃烧过程的控制由发动机控制器4承担。质量流传感器2和温度传感器3的测量值被传输给发动机控制器4。质量流传感器2和温度传感器3是用于检测流体流的质量流和温度的传感器I的组成部分。在所有的实施例中，质量流传感器2和温度传感器3布置在用于检测流体流的质量流和温度的传感器I的唯一的壳体11中。在质量流传感器2中可以识别出质量流传感元件5。由现有技术已知了大量质量流传感元件5、例如热膜质量流元件或新式的微机械制造的用于检测质量流的传感元件。质量流传感元件5以模拟的方式提供用于流体流的质量流的测量值。因为模拟信号通常是非常易受干扰的，因此紧接着质量流传感元件5之后实现将模拟信号转换成数字信号。利用所谓的模数转换器7进行这个转换。模数转换器7将与流体的质量流成比例的数字信号传输到用于检测流体流的质量流和温度的传感器I的数字接口 12上。由数字接口 12将质量流传感元件5的数字化的信号经由信号线8传输到发动机控制器4上。发动机控制器4也可以将用于质量流传感器2的供电电流经由电流供应线9和用于供电的接口 13提供给质量流传感器2。
[0017]此外在图1中，在用于检测流体流的质量流和温度的传感器I的壳体11中可以识别出温度传感器3。温度传感器3包括温度传感元件6。温度传感元件6也提供模拟信号，该模拟信号借助第二接口 15和第二信号线18转发给发动机控制器4。在此，发动机控制器4也可以将用于温度传感器3的供电电流经由供电电流线19和用于供电的接口 13提供给温度传感器3。明显地可以识别出，在图1中用于检测流体流的质量流和温度的传感器I具有用于信号的两个接口 12，15和为用于检测流体流的质量流和温度的传感器I供电的两个接口 13以及两个信号线8，18和两个电流供应线9，19。
[0018]图2示出具有一个唯一接口 13的、用于检测流体流的质量流和温度的传感器1，其中该传感器具有带质量流传感元件5的质量流传感器2以及带温度传感元件6的温度传感器3。传感器I检测由质量流传感元件5和由温度传感元件6模拟地产生的测量值，并且将它们转换成数字输出信号。数字输出信号被提供到唯一的数字接口 12上。在这个实例中，该传感器仅仅具有一个唯一的模数转换器7，该模数转换器不仅将质量流传感元件5的模拟测量值而且将温度传感元件6的模拟测量值转换成数字输出信号，并且提供到唯一的数字接口 12上。数字输出信号然后经由唯一的信号导线8传输至发动机控制器4。
[0019]在图2中，模数转换器7在此布置在质量流传感器2中。温度传感器3的信号由温度传感元件6传输至开关14，在此，该开关例如布置在质量流传感器2中，并且该开关要么将温度传感元件6的信号要么将质量流传感元件5的信号转发给模数转换器7。这个开关14通常作为电子开关一起设计在传感器I的ASIC(专用集成电路)上。经由用于检测流体流的质量流和温度的传感器I的唯一的数字接口 12，将数字温度信号和数字质量流信号沿着信号线4传输到发动机控制器4上。发动机控制器4可以通过唯一的供电线9将供电电流传输到唯一的接口 13上，以便给用于检测流体流的质量流和温度的传感器I供电，该供电电流不仅为质量流传感器2而且为温度传感器3供电。电流供应线9在用于检测流体流的质量流和温度的传感器I的内部被转发，从而也把供电电流供应给温度传感器3。这种布置与根据图1的布置相比不仅节省了用于温度传感器的信号的第二接口 15而且节省了用于电流供应的接口 13，由此不仅可以节省第二信号线18而且可以节省第二电流供应线19。此外在用于检测流体流的质量流和温度的传感器I中仅仅存在一个唯一的模数转换器7，该模数转换器不仅将质量流传感元件5的模拟测量值而且将温度传感元件6的模拟测量值转换成数字输出值，并且将其提供给唯一的数字接口 12。
[0020]图3同样示出用于检测流体流的质量流和温度的传感器I。在传感器I中可以识别出质量流传感器2和温度传感器3。质量流传感元件5位于质量流传感器2中，该质量流传感元件将由其产生的模拟测量值经由导线传输给电子开关14，该电子开关要么把温度传感元件6的测量值要么把质量流传感元件5的测量值转发给模数转换器7。此时模数转换器7布置在温度传感器3中。用于检测流体流的质量流和温度的传感器I又仅仅示出唯一的模数转换器，该模数转换器不仅将质量流传感元件5的模拟信号而且将温度传感元件6的模拟信号以数字信号方式传输给唯一的数字接口 12。电流供应线9又从发动机控制器4导向至唯一的用于供电的接口 13，该接口将工作电流并且因此将电能提供给温度传感器3和质量流传感器2。也可以识别出，与在图1中的实施方案相比，在此节省了至少一个数字接口和至少一个用于给传感器I供电的接口 13。因此根据图2和3的这种传感器比在图1中所示的用于检测流体流的质量流和温度的传感器I能够较简单地和较成本低廉地制造。
[0021]图4示出用于检测流体流的质量流和温度的传感器的另一个实施方式。在传感器I中也可以识别出质量流传感器2和温度传感器3。质量流传感器2具有质量流传感元件5，其模拟测量值被模数转换器7数字化。由模数转换器7将质量流传感元件5的数字化的测量值发送至传感器I的唯一的数字接口 12。由唯一的数字接口 12将质量流传感元件5的数字化的信号经由信号导线8传输至发动机控制器4。此外，用于检测质量流和温度的传感器具有带温度传感元件6的温度传感器3。模数转换器7位于温度传感器3中，该模数转换器将温度传感元件6的模拟测量值转换成数字测量值。利用通常设计为电子开关的开关14可以确定，把哪一个数字化的测量值传输给唯一的数字接口 12。例如可以这样控制开关14，即首先质量流传感元件5把数字化的测量值发送给唯一的数字接口 12，并且例如每秒中断一次该输出，因此由温度传感元件6接收的和数字化的测量值可以传输至唯一的数字接口 12。在极小的时间窗中实现了传输温度传感元件6的测量值，从而仅仅非无关紧要地干扰通过质量流传感元件5对质量流的几乎连续的测量。进一步识别出的是，用于检测质量流和温度的传感器I仅仅具有一个唯一的、用于供电的接口 13，为此也仅需要一个唯一的电流供应线9。
[0022]图5示出具有附加压力传感器17和附加的湿度传感器16的用于检测质量流和温度的传感器I。在检测内燃机的进气管段中的质量流时，除了对质量流本身的测量是非常有用的以外，获取关于在质量流中普遍存在的温度、在质量流中的空气湿度和/或质量流的压力的信息也是非常有用的。用于控制内燃机的最终主要的参量是引入燃烧室中的氧气量。氧气量当然主要取决于质量流，然而也受到在质量流中的温度、运输质量流所处于的压力以及在质量流中的空气湿度的影响。因此在用于检测流体流的质量流和温度的传感器中有利地把质量流传感器2、温度传感器3、湿度传感器16和压力传感器17集成在唯一的壳体11中。质量流传感器2具有质量流传感元件5，其测量信号被模数转换器7数字化。温度传感器3具有温度传感元件6，其测量值被模数转换器7数字化。湿度传感器16具有湿度传感元件20，其测量结果由模数转换器7数字化。压力传感器17具有压力传感元件21，其测量值被模数转换器7数字化。质量流传感元件5、温度传感元件6、湿度传感元件20和压力传感元件21的数字化的测量值被发送给开关14，借助该开关来确定，在相应的时间点把哪一个数字化的信号发送给发动机控制器4。此外该开关设计为所谓的电流接口 22，利用该电流接口可以将质量流传感元件5、温度传感元件6、湿度传感元件20和压力传感元件21的数字化的信号经由此时同时用作数字接口 12的、用于供电的接口 13沿着在此同时用作信号线的电流供应线9发送给发动机控制器4。因此，用于检测流体流的质量流和温度的传感器仅仅具有一个唯一的接口，该接口不仅用作数字接口 12而且用作唯一的用于供电的接口 13。在发动机控制器4和用于检测流体流的质量流和温度的传感器之间仅仅需要一个唯一的导线，该导线用作数字信号线8和电流供应线9。在此，用于检测流体流的质量流和温度的传感器可以把质量流、温度、在质量流中的空气湿度和/或在质量流中普遍存在的压力的测量值传输到发动机控制器4上。
【权利要求】
1.一种用于检测流体流的质量流和温度的传感器(I)，其中所述传感器(I)具有带质量流传感元件(5)的质量流传感器(2)和带温度传感元件(6)的温度传感器(3)以及用于供电的接口(13)，其中所述传感器(I)将由所述质量流传感元件(5)和所述温度传感元件(6)模拟检测的测量值转换成数字输出信号，其特征在于，在所述传感器(I)中布置有至少一个模数转换器(7)，所述模数转换器将所述质量流传感元件(5)的模拟测量值和/或所述温度传感元件(6)的模拟测量值转换成数字输出信号并且把所述数字输出信号提供给唯一的数字接口(12)。
2.根据权利要求1所述的用于检测流体流的质量流和温度的传感器(I)，其特征在于，除了所述质量流传感器(2)和所述温度传感器(3)以外，在所述传感器(I)中还布置有具有湿度传感元件的湿度传感器和/或具有压力传感元件的压力传感器。
3.根据权利要求1或2所述的用于检测流体流的质量流和温度的传感器(I)，其特征在于，至少一个所述模数转换器(7)布置在所述质量流传感器(5)中。
4.根据权利要求1或2所述的用于检测流体流的质量流和温度的传感器(I)，其特征在于，至少一个所述模数转换器(7)布置在所述温度传感器(3)中。
5.根据权利要求2所述的用于检测流体流的质量流和温度的传感器(I)，其特征在于，至少一个所述模数转换器(7)布置在所述湿度传感器(16)中。
6.根据权利要求2所述的用于检测流体流的质量流和温度的传感器(I)，其特征在于，至少一个所述模数转换器(7)布置在所述压力传感器(17)中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用于检测流体流的质量流和温度的传感器(1)，其特征在于，所述传感器(I)具有唯一的用于供电的接口(13)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用于检测流体流的质量流和温度的传感器(1)，其特征在于，所述模数转换器(7)、所述质量流传感器(5)和所述温度传感器(3)和/或所述湿度传感器和/或所述压力传感器布置在唯一的基板上，并且所述基板具有所述唯一的数字接口(12)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的用于检测流体流的质量流和温度的传感器(1)，其特征在于，所述质量流传感元件(5)、所述温度传感元件(6)、所述湿度传感元件(20)和/或所述压力传感元件(21)的数字化测量值能够通过电流接口(22)传输到电流供应线(9)中并且通过用于供电的所述接口(13)传输到电动机控制装置(4)上。
【文档编号】G01F1/696GK104011510SQ201280061957
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年12月14日 优先权日:2011年12月16日
【发明者】托尔斯藤·克尼特尔, 斯特凡·舒雷尔 申请人:大陆汽车有限责任公司