用于确定流体质量流的设备和方法和制造该设备的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于确定流体质量流的设备和方法以及涉及用于制造这种设备的方法。
【背景技术】
[0002]在机动车中可以使用空气质量测量仪，以便遵循确定的空气-燃料-比例。为此可以检测至内燃机的空气质量流并且作为电信号输出到调节和控制电子器件上。因此，喷射量可以适配于瞬时的功率需求、空气压力并且适配于不同的空气温度。
[0003]DE 197 30 580 A1例如说明了一种用于确定流动穿过机器的穿流量的设备，其中，该设备包括信号分析处理电路，其具有呈数字组合件形式的热调节器。
【发明内容】
[0004]在此背景下，利用在此本发明所建议的解决方案来介绍根据独立权利要求所述的用于确定流体质量流的设备和方法以及用于制造这种设备的方法。由相应的从属权利要求和以下的说明得出有利的构型。
[0005]本发明的解决方案提出一种用于确定流体质量流的设备，其中，所述设备具有以下特征:
[0006]-传感器元件，用于检测所述流体，其中，该传感器元件布置在所述流体的流动路径之内并且构造用于提供一传感器信号；
[0007]-集成电路，其具有运行单元和转换单元，该运行单元用于提供用于运行所述传感器元件的运行信号，该转换单元用于将所述传感器信号转换为经转换式信号，其中，所述集成电路实施为第一离散式电路元件，其具有:用于接收所述传感器信号的第一接头、用于提供所述运行信号的第二接头和用于提供所述经转换式信号的第三接头；和
[0008]-信号处理单元，该信号处理单元构造用于，在应用所述经转换式信号的情况下确定所述流体质量流，其中，所述信号处理单元实施为第二离散式电路元件，其具有:用于接收所述经转换式信号的第一接头和用于提供表示所述质量流的质量流信号的第二接头。
[0009]质量流可以理解为流体每单位时间流过传感器元件的质量。传感器元件可以理解为例如呈线材或者层电阻形式的热力学传感器元件。流体可以理解为气体或者气体混合物(例如空气)。例如，流体可以涉及到内燃机的吸入的空气。传感器元件可以构造用于，检测流体的至少一个物理特性和/或传感器元件的可被流体影响的物理特性。传感器信号可以表明流体的或者传感器元件的所检测到的物理特性。流体的物理特性可以理解为例如流体的压力、温度或者湿度。传感器元件的物理特性可以理解为例如传感器元件的被流体绕流的表面的温度或者导电性。例如，所述表面可以被从旁流过的流体冷却，从而使该表面的导电性变化。这种变化可以用于确定流体质量流。离散式电路元件可以是例如带壳体的构件。所述离散式电路元件的接头可以涉及到外部的接头(例如涉及到引线(Pin)或者焊垫)，离散式电路元件可以通过所述外部的接头与外部的导线(例如与用于承载该离散式电路元件的印刷电路板上的印制导线)导电地连接。离散式电路元件可以是呈具有预先给定的功能范围的集成电路形式的ASIC元件(应用型专用集成电路，ASIC = applicat1n-specificintegrated circuit ；αanwendungsspezifische integrierte Schaltung”)。传感器元件的传感器信号可以表示出流体的物理特性的测量值和/或传感器元件的物理特性的变化的测量值。经转换式信号可以理解为传感器元件的为了进一步处理或者存储而准备的信号。例如，传感器信号可以涉及到模拟式输入信号，所述模拟式输入信号通过转换单元转换为数字式数据或者数据流。运行单元可以构造用于，给传感器元件供以能量。例如，运行单元可以构造用于，根据传感器元件的功率输出而调节所述传感器元件的功率消耗。第一离散式电路元件的第一接头和第三接头可以是不同的(特别是相互不兼容的)信号传递接
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[0010]本发明的解决方案基于以下认识:可以通过单独的并且因此可灵活地相互组合的组合件来实现空气质量测量仪的电子器件的各个功能。为此，与常规的解决方案不同的是，仅仅一个转换器和为了运行传感器所必需的基础组合件集成到因应用而异的集成电路(简称ASIC)中。
[0011]在常规的解决方案中，除了接口控制器之外，传感器功能(即，信号处理)也构成在ASIC中，与常规的解决方案相比，传感器功能性以及至控制仪的电接口可以通过电子器件的这种分区来快速且成本低廉地拓宽或者改变，而不必在非常费时且昂贵的过程中研制新型ASIC。
[0012]根据在这里所提出的解决方案的实施方式，传感器元件可以电加热。此外，传感器元件可以具有与流体相关的电阻，并且，传感器信号可以表示出传感器元件的电阻。运行单元可以构造用于，提供用于控制所述传感器元件的加热功率的运行信号。运行单元可以构造用于，控制所述传感器元件的加热功率。转换单元可以构造用于，将表示出传感器元件的电阻的变化的传感器信号转换为经转换式信号。例如，传感器元件可以构造为热力学风速计。加热功率可以理解为被传感器元件所接收的、用于加热所述传感器元件的功率。传感器元件的温度进而传感器元件的电阻可以由于流经传感器元件的流体而变化。运行单元可以构造为例如加热调节器，以便根据流体流的强度如此调节加热功率，使得传感器元件的温度保持恒定。与之相应地，信号处理单元可以构造用于，根据加热功率的变化来求取到质量流。以此方式可以非常可靠和准确地确定质量流。
[0013]转换单元可以实施为模拟-数字-转换器。模拟-数字-转换器可以理解为用于将模拟式输入信号转化为数字式数据(或者说数据流)的电子电路。由此能够实现由传感器元件所提供的测量值的存储和进一步处理。
[0014]信号处理单元可以实施为微控制器。微控制器可以理解为半导体结构元件。微控制器可以具有集成式存储器和不同的接口，这些接口能够实现微控制器的编程。通过应用微控制器可以非常简单、快速且成本低廉地通过软件来扩充该设备的功能。
[0015]这也是有利的:根据另一种实施方式，集成电路的第一离散式电路元件和(附加地或者替代地)信号处理单元的第二离散式电路元件实施为SMD构件。例如，集成电路和信号处理单元可以实现成具有SMD壳体。由此，ASIC元件和信号处理单元可以非常简单且节省空间地施加到印制电路板上。
[0016]所述设备可以设有至少一个接口单元，所述接口单元构造用于:接收在信号处理单元的第二接口上所提供的质量流信号，适配于可接通在接口单元之后的控制仪的接口协议，并且，输出作为可被控制仪读入且表示出所述质量流的信号。接口单元可以理解为这样的电子构件，所述电子构件能够实现信号处理单元与外部的控制仪之间的数据交换。例如，接口单元可以构造用于，将表示出质量流的信号不受功率约束地传递到控制仪上。通过将接口单元设计成设备的与第二离散式电路元件以及集成电路相分开的单元，由此使设备的接口功能可以非常灵活和成本低廉地与不同的应用相匹配。
[0017]根据另一种实施方式，设置下述设备，其具有印制电路板、底板和传感器元件承载件，以构成传感器模块。为此，ASIC元件、信号处理单元和(可选地)接口单元可以布置在印制电路板上。所述印制电路板可以布置在底板上。传感器元件可以布置在传感器元件承载件上，其中，传感器元件承载件固定在底板上。印制电路板可以理解为下述电路板，其具有用于使ASIC元件、信号处理单元和接口单元相导电地连接的印制导线。底板可以理解为用于固定印制电路板的板。传感器元件承载件可以理解为用于固定传感器元件的接片形式元件。通过该实施方式能够以小的制造耗费将设备的电子结构元件组合为紧凑的模块。
[0018]此外，所述设备可以设有用于接收所述传感器模块的壳体。所述壳体可以具有至少一个流体通道，其中，至少一个传感器元件可以布置在所述流体通道中。流体通道可以理解为用于使流体通过壳体的通道。通过壳体可以保护设备以免损坏。
[0019]有利的是，根据另一实施方式的设备设有至少一个另外的传感器元件，所述另外的传感器元件可电加热并且布置在流体的流动路径之外。运行单元还可以构造用于，控制所述另外的传感器元件的加热功率。转换单元可以构造用于，将表示出所述另外的传感器元件的电阻的变化的信号转换为参考信号。信号处理单元还可以构造用于，在应用该参考信号的情况下确定质量流。流动路径可以理解为设备的被流体流过的区域。借助于所述另外的传感器元件使测量准确性可以通过温度波动来补偿。此外，该实施方式提供了高的频率分辨率的优点。
[0020]一种用于确定流体质量流的方法包括以下步骤:
[0021]-在应用布置在流体的流动路径之内的传感器元件的情况下检测所述流体并且提供一传感器信号；
[0022]-在第一离散式电路元件的第一接头上接收所述传感器信号，在所述第一离散式电路元件的第二接头上提供用于运行所述传感器元件的运行信号，并且，将所述传感器信号转换为经转换式信号，并且，在所述第一离散式电路元件的第三接头上提供所述经转换式信号；和
[0023]-在第二离散式电路元件的第一接头上接收所述经转换式信号，在应用所述经转换式信号的情况下确定所述流体质量流，并且，在所述第二离散式电路元件的第二