DE19730580A1 - Flow measuring device e.g. for mass of air inducted by IC engine - Google Patents

Flow measuring device e.g. for mass of air inducted by IC engine

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DE19730580A1 DE1997130580 DE19730580A DE19730580A1 DE 19730580 A1 DE19730580 A1 DE 19730580A1 DE 1997130580 DE1997130580 DE 1997130580 DE 19730580 A DE19730580 A DE 19730580A DE 19730580 A1 DE19730580 A1 DE 19730580A1
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Josef Kleinhans
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    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/696Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
    • G01F1/698Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters
    • G01F1/699Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters by control of a separate heating or cooling element

Abstract

The device has a sensor (10) which is positioned in a flow path and has two temperature-dependent resistance bridges (12,13) connected in parallel. one of the bridges serves as an actual measurement bridge (12) and provides a voltage dependent on the mass of flowing medium at one diagonal. The other bridge (13) provides a temperature dependent voltage at one diagonal and forms part of a heat regulating circuit, for a heating resistor (Rh), which is dependent on the temperature dependent voltage.- Conversion circuits (14,16) convert the voltages into rectangular voltage signals of equal frequency with respect to keying ratios.Digital counters (27,28,29) count out the ratios to determine the mass of the flowing medium.- ADVANTAGE - An optimum adaptation of an electronic analog system of the sensor to integrated switching circuit processes can take place to obtain higher accuracy. (Dwg.1/4)

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bestimmung des Durchsatzes eines strömenden Mediums, beispielsweise der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on a device for determination the throughput of a flowing medium, for example the air mass sucked in by an internal combustion engine after the Genus of the main claim.

Stand der TechnikState of the art

Sensoren sowie zugehörige Auswerteschaltungen, mit deren Hilfe der Durchsatz eines strömenden Mediums ermittelt werden kann, sind beispielsweise aus der Druckschrift WO 97/18444 bekannt. Bei solchen Sensoren, die insbesondere dazu geeignet sind, die von einer Brennkraftmaschine angesaugte Luftmasse zu ermitteln, werden zwei temperaturabhängige Widerstände mit Hilfe eines Heizwiderstandes auf eine gegenüber dem Medium vorgebbare Übertemperatur geheizt. Diese Widerstände sind bezogen auf die Strömungsrichtung des zu erfassenden Mediums oberhalb und unterhalb des Heizwiderstandes angeordnet, so daß sie von diesem gleichmäßig erhitzt, jedoch durch das strömende Medium unterschiedlich stark abgekühlt werden. Die sich dabei ergebende Meßspannung wird zur Bestimmung der Masse des strömenden Mediums verwendet. Damit die Erwärmung des Heizwiderstandes zuverlässig kontrolliert werden kann, sind weitere temperaturabhängige Widerstände als Meßbrücke auf dem Sensorelement vorhanden. Durch Auswertung der Temperatur dieser Widerstände läßt sich eine optimale Heizregelung erzielen. Der bekannte Sensor weist zusätzliche Temperaturkompensationsschaltungsteile auf, die sicherstellen, daß die auszuwertende Meßspannung fehlerfrei erhalten wird. Die bekannten Sensoren werden üblicherweise mit Hilfe einer nachgeschalteten Auswerteeinrichtung, beispielsweise dem Steuergerät eines Fahrzeugs ausgewertet. Die Anpassung des Sensors an die nachfolgende Elektronik kann unter Umständen zu Problemen führen.Sensors and associated evaluation circuits, with their The throughput of a flowing medium is determined can be, for example, from the publication WO 97/18444 known. In such sensors, in particular are suitable for use by an internal combustion engine to determine the intake air mass, two temperature dependent resistors with the help of a Heating resistor to a predeterminable compared to the medium Overtemperature heated. These resistances are related to the flow direction of the medium to be detected above and arranged below the heating resistor so that they evenly heated by it, but by the flowing Medium cooled to different degrees. Which the resulting measuring voltage is used to determine the mass of the flowing medium used. So that the warming of the Heating resistor can be controlled reliably  further temperature-dependent resistors as a measuring bridge the sensor element available. By evaluating the temperature these resistors allow an optimal heating control achieve. The known sensor has additional Temperature compensation circuit parts on that Make sure that the measuring voltage to be evaluated is error-free is obtained. The known sensors are usually with the help of a downstream evaluation device, evaluated, for example, the control unit of a vehicle. The adaptation of the sensor to the subsequent electronics may cause problems.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Durchsatzes eines strömenden Mediums mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß eine optimale Anpassung der Analogelektronik des Sensors an moderne integrierte Schaltkreis-Prozesse, die ihre Vorteile nur bei digitaler Signalauswertung ausnützen können, erfolgen kann. Damit wird für die gesamte Signalauswertung letztendlich eine höhere Genauigkeit erhalten.The inventive device for determining the Flow rate of a flowing medium with the characteristics of The main claim compared to the prior art Advantage that an optimal adaptation of the analog electronics the sensor to modern integrated circuit processes that exploit their advantages only with digital signal evaluation can, can be done. This will be for the whole Signal evaluation ultimately higher accuracy receive.

Erzielt werden diese Vorteile, indem bekannte Sensoren sowie die zugehörigen Auswerteschaltungen so abgeändert werden, daß sowohl die Meßspannung UM, als auch die sogenannten Umsetzspannung UH, die von der Kompensationswiderstandsanordnung abgreifbar ist und als Maß für die Temperatur dient, in eine Rechteckspannung mit den Tastverhältnissen TV(Tu) und TV(T) gewandelt wird und diese Tastverhältnisse mit Hilfe einer PLL-Schaltung in einem Phasendetektor ausgewertet werden. Durch Synchronisation der Oszillatorfrequenz des TU-Tastverhältnisses mit dem T-Tastverhältnis läßt sich eine besonders vorteilhafte Auswertung erzielen. Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Dabei ist es vorteilhaft, daß die gesamte Anordnung mittels eines programmierten Abgleichs abgeglichen werden kann, so daß beispielsweise keine Lichtempfindlichkeiten auftreten. Weiterhin ist vorteilhaft, daß ein codiertes Signal für die Auswertung im Steuergerät gebildet werden kann, wobei dieses über einen Ausgang flexibel abgebbar ist. Falls erforderlich kann das TU-Signal als optionales Signal für weitere Auswertungen bereitgestellt werden. Besonders vorteilhaft ist, daß die gesamte Vorrichtung infolge der vorhandenen Digitalelektronik sehr störsicher ist.These advantages are achieved by using known sensors as well the associated evaluation circuits are modified so that both the measuring voltage UM and the so-called Conversion voltage UH by the Compensation resistance arrangement can be tapped and as a measure serves for the temperature in a square wave with the Duty cycles TV (Tu) and TV (T) is converted and these duty cycles using a PLL circuit in be evaluated by a phase detector. By Synchronization of the oscillator frequency of the TU duty cycle with the T duty cycle can be a  achieve particularly advantageous evaluation. Additional advantages of the invention are defined in the subclaims specified measures achieved. It is advantageous that the entire arrangement by means of a programmed adjustment can be adjusted so that, for example, none Sensitivity to light occur. It is also advantageous that a coded signal for evaluation in the control unit can be formed, this via an output can be flexibly dispensed. If necessary, the TU signal as an optional signal for further evaluations to be provided. It is particularly advantageous that the entire device due to the existing Digital electronics is very immune to interference.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Im einzelnen zeigt Fig. 1 den Sensor einschließlich der gesamten digitalen Signalauswertung. In Fig. 2 ist die Umsetzschaltung für das -Signal und in Fig. 3 die Umsetzschaltung für das TU-Signal dargestellt. In Fig. 4 sind einige Signalverläufe der Digitalschaltung über der Zeit aufgetragen.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description. In particular, FIG. 1 shows the sensor including the entire digital signal processing. In FIG. 2, the conversion of the signal and in Fig. 3, the conversion circuit for the TU signal. In Fig. 4 shows some signal waveforms of the digital circuit are plotted versus time.

Beschreibungdescription

In Fig. 1 ist die Gesamtanordnung des Heißfilmluftmassensensors 10 mit der digitalen Signalauswerteschaltung 11 dargestellt. Der Sensor 10 umfaßt dabei zwei Widerstandsbrücken 12, 13, die zumindest teilweise temperaturabhängige Widerstände aufweisen. Die Widerstandsbrücke 12 stellt die eigentliche Meßbrücke dar, die Widerstandsbrücke 13 ist Bestandteil des Heizregelkreises für den Heizwiderstand Rh, der Bestandteil des Sensors ist und die einzelnen Widerstände auf die gewünschte Meßtemperatur aufheizt. Die beiden Widerstandsbrücken 12 und 13 sind zueinander parallelgeschaltet und liegen jeweils über einen Inverter I zwischen Referenzspannung Uref und Masse. Die gesamte Sensoranordnung ist auf einem Träger, beispielsweise einem Substrat aufgebaut und wird in geeigneter Weise dem zu ermittelnden Medium, beispielsweise dem Luftstrom im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine ausgesetzt.In Fig. 1, the overall arrangement of the hot-film air-mass sensor 10 is shown with the digital signal evaluation circuit. 11 The sensor 10 comprises two resistance bridges 12 , 13 , which have at least partially temperature-dependent resistors. The resistance bridge 12 represents the actual measuring bridge, the resistance bridge 13 is part of the heating control circuit for the heating resistor Rh, which is part of the sensor and heats the individual resistors to the desired measuring temperature. The two resistance bridges 12 and 13 are connected in parallel to one another and are each connected via an inverter I between the reference voltage Uref and ground. The entire sensor arrangement is constructed on a carrier, for example a substrate, and is suitably exposed to the medium to be determined, for example the air flow in the intake pipe of an internal combustion engine.

Die Meßbrücke 12 ist als Temperaturdifferenzbrücke ausgestaltet und umfaßt die Widerstände Rab1, Rab2, Rau1, Rau2 sowie Rp. Diese Widerstände sind temperaturabhängige Widerstände, die durch den Heizwiderstand Rh auf Übertemperatur geheizt werden. Die Widerstände Rab1 und Rab2 sind dabei bezogen auf die Strömungsrichtung des zu erfassenden Mediums abwärts vom Heizwiderstand angeordnet, die Widerstände Rau1 sowie Rau2 dagegen aufwärts.The measuring bridge 12 is designed as a temperature difference bridge and comprises the resistors Rab1, Rab2, Rau1, Rau2 and Rp. These resistors are temperature-dependent resistors which are heated to excess temperature by the heating resistor Rh. The resistors Rab1 and Rab2 are arranged in relation to the direction of flow of the medium to be sensed downward from the heating resistor, while the resistors Rau1 and Rau2 are upward.

Die Meßspannung UM, die sich an der Brückendiagonale einstellt, wird einer Umsetzungsschaltung 14 der digitalen Signalauswerteschaltung 11 zugeführt. Die Umsetzungsschaltung ist dabei sowohl mit der Verbindung der beiden Widerstände Rab1 und Rau1 sowie Rau2 und Rp und mit der Verbindung zwischen Rp und Rab2 verbunden und bildet das Tastverhältnis TV().The measurement voltage UM that arises at the bridge diagonal is fed to a conversion circuit 14 of the digital signal evaluation circuit 11 . The conversion circuit is connected both to the connection of the two resistors Rab1 and Rau1 and Rau2 and Rp and to the connection between Rp and Rab2 and forms the duty cycle TV ().

Die dem Heizregelkreis zugeordnete Widerstandsbrücke 13 umfaßt die Widerstände R1, R2, Rhf und Rlf. Rhf ist dabei der Heizertemperaturfühler Rlf der Luft- bzw. Medientemperaturfühler. Die Werte dieser Widerstände sind temperaturabhängig, so daß sich an der Brückendiagonale der Widerstandsbrücke 13 eine Spannung UH einstellt. Diese Spannung wird der digitalen Signalauswerteschaltung 11 zugeführt, wobei sie sowohl dem Heizregler 15 als auch der Umsetzungsschaltung mit Frequenzsynchronisation 16 zugeführt wird. Die Umsetzschaltung erhöht weiterhin das im Block T2 durch 2 geteilte Tastverhältnis TV().The resistance bridge 13 assigned to the heating control circuit comprises the resistors R1, R2, Rhf and Rlf. Rhf is the heater temperature sensor Rlf the air or media temperature sensor. The values of these resistors are temperature-dependent, so that a voltage UH is established at the bridge diagonal of the resistance bridge 13 . This voltage is supplied to the digital signal evaluation circuit 11 , it being supplied both to the heating controller 15 and to the conversion circuit with frequency synchronization 16 . The conversion circuit further increases the duty cycle TV () divided in block T2 by 2.

Der grundsätzliche Aufbau des HFM-Sensors 10 sowie seine Funktionsweise werden in der Druckschrift WO 97/18444 ausführlich beschrieben und sollen daher an dieser Stelle nicht mehr näher erläutert werden. Die digitale Signalauswerteschaltung 11 stellt den eigentlichen Kern der Erfindung dar. Sie wertet die vom HFM-Sensor gelieferten Spannungen UM und UH so aus, daß wie im folgenden noch beschrieben wird, ein Signal erhalten wird, das direkt der Masse m des strömenden Mediums entspricht.The basic structure of the HFM sensor 10 and its mode of operation are described in detail in the publication WO 97/18444 and are therefore not to be explained in more detail here. The digital signal evaluation circuit 11 represents the actual essence of the invention. It evaluates the voltages UM and UH supplied by the HFM sensor so that, as will be described in the following, a signal is obtained which corresponds directly to the mass m of the flowing medium.

Die digitale Signalauswerteschaltung 11 umfaßt neben den bereits erwähnten Umsetzungsschaltungen 14 und 16 sowie dem Heizregler 15 weitere Digitalbausteine, mit denen verschiedene Abgleiche durchgeführt werden können. Der Baustein für einen multiplikativen Grundabgleich mit Tm ist mit 17 bezeichnet, ein additiver Grundabgleich Ta wird durch den Block 18 möglich. Einen additiven Temperaturabgleich Tu läßt sich mit dem Digitalbaustein 19 erzielen. Die in den Abgleichbausteinen erzeugten Signale TV().N/Tm, N/Ta und TV(Tu).N/Tu werden entsprechenden Eingängen Nm, Na, Nt einer Addierstufe 20 zugeführt. In der Addierstufe 20 werden die in den Abgleichblöcken erzeugten Signale in geeigneter Weise addiert.In addition to the conversion circuits 14 and 16 already mentioned and the heating controller 15, the digital signal evaluation circuit 11 comprises further digital modules with which various adjustments can be carried out. The building block for a multiplicative basic adjustment with Tm is designated by 17 , an additive basic adjustment Ta is made possible by block 18 . An additive temperature adjustment Tu can be achieved with the digital module 19 . The signals TV (). N / Tm, N / Ta and TV (Tu) .N / Tu generated in the adjustment modules are fed to corresponding inputs Nm, Na, Nt of an adder 20 . In the adder 20 , the signals generated in the adjustment blocks are added in a suitable manner.

Die drei Digital-Abgleich-Bausteine 17, 18 und 19 sind jeweils gleich aufgebaut. Sie umfassen je einen Block 21, 22, 23 zur Voreinstellung von Tm, Ta, Tu, Blöcke 24, 25 und 26, denen die Voreinstellung und das jeweils auszuwertende Signal zugeführt werden sowie Zähler 27, 28, 29, die die jeweilige multiplikative oder additive Korrektur durchführen. The three digital adjustment modules 17 , 18 and 19 are each constructed identically. They each include a block 21 , 22 , 23 for presetting Tm, Ta, Tu, blocks 24 , 25 and 26 , to which the presetting and the signal to be evaluated in each case are fed, as well as counters 27 , 28 , 29 , which are the multiplicative or additive Make correction.

Die Ausgangssignale der Addierstufe 20 werden einem weiteren Zähler 30 mit Voreinstellung zugeführt. Diesem Zähler 30 wird auch ein Zählwert Ni, der aus dem Tastverhältnis TV() gewonnen wird, zugeführt. Weiterhin ist der Zähler 30 mit einer PLL-Schaltung 31 verbunden, die auch mit dem Digitalblock 18 sowie dem Heizregler 15 in Verbindung steht. Der Zähler 30 führt auf den Block 34, der wahlweise in der Schaltungsart parallel in/seriell out oder als Tastverhältnis-Umsetzer betrieben wird. Der Block 34 läßt sich über den Schalter 33 wahlweise mit einer Hilfsfrequenz FAUX oder mit der in der PLL-Schaltung erzeugten Frequenz fvco betreiben. Der Ausgang des Blocks 32 ist über eine Filterschaltung mit dem Widerstand R und dem Kondensator C mit dem Ausgang m-out verbunden. An diesem Ausgang m-out ist ein Signal entnehmbar, das direkt der Masse des strömenden Mediums entspricht.The output signals of the adder 20 are fed to a further counter 30 with presetting. A counter value Ni, which is obtained from the duty cycle TV (), is also supplied to this counter 30 . Furthermore, the counter 30 is connected to a PLL circuit 31 , which is also connected to the digital block 18 and the heating controller 15 . The counter 30 leads to the block 34 , which is optionally operated in the circuit type parallel in / serial out or as a duty cycle converter. The block 34 can be operated via the switch 33 either with an auxiliary frequency FAUX or with the frequency fvco generated in the PLL circuit. The output of block 32 is connected via a filter circuit to resistor R and capacitor C to output m-out. At this output m-out, a signal can be taken that corresponds directly to the mass of the flowing medium.

Weitere Ein- bzw. Ausgänge der digitalen Signalauswerteschaltung sind wie folgt bezeichnet:
Übat: Anschluß für die Batteriespannung
Uref: Anschluß für eine Referenzspannung
GND: Masseanschluß
P/T: PR/T-Anschluß für Programm bzw. Taktsignal
DA: Dateneingabe
Tu-Out: Temperaturausgang.
Further inputs and outputs of the digital signal evaluation circuit are designated as follows:
Exercise: connection for the battery voltage
Uref: Connection for a reference voltage
GND: ground connection
P / T: PR / T connection for program or clock signal
DA: Data entry
Tu-Out: temperature output.

Das Ausgangssignal am Temperaturausgang wird aus dem Tastverhältnis der Umsetzungsschaltung 16 mit Hilfe eines Signalwandlers 35 gewonnen und wird beispielsweise direkt als Temperaturwert bereitgestellt.The output signal at the temperature output is obtained from the duty cycle of the conversion circuit 16 with the aid of a signal converter 35 and is provided directly as a temperature value, for example.

Zur Erläuterung der Funktionsweise der digitalen Signalauswerteschaltung sollen zunächst anhand der Fig. 2 und 3 die Umsetzungsschaltungen 14 und 16 erläutert werden, mit denen die Meßspannung UM() in ein Tastverhältnis TV() und die temperaturabhängige Spannung UH(Tu) in ein Tastverhältnis TV(Tu) gewandelt wird.To explain the function of the digital signal evaluation circuit will initially with reference to FIGS. 2 and 3, the conversion circuits 14 and are explained 16, with which the measurement voltage UM () into a pulse duty factor TV () and the temperature-dependent voltage UH (Tu) into a pulse duty factor TV ( Tu) is changed.

In Fig. 2 ist die Umsetzschaltung 14 sowie ihr Anschluß an die Meßbrücke 11 dargestellt. Die Umsetzschaltung ist über zwei Schaltmittel S1, S2 an den Widerstand Rp der Meßbrücke anschließbar, wobei an den beiden Anschlüssen die Spannungen U1 und U2 liegen. Ein weiterer Anschluß führt von der Umsetzschaltung 14 zum Verbindungspunkt der Widerstände Rab1 und Rau2. An diesem Verbindungspunkt liegt die Spannung U0. Im einzelnen umfaßt die Umsetzschaltung 14 einen Integrator OP1 und einen Komparator KP1 sowie die zugehörige Rückkoppelschaltung mit den Widerständen R4, R5 und R6 sowie dem Kondensator C4. Zwischen dem Ausgang des Komparators KP1 und dem Referenzspannungsanschluß UREF liegt ein Pullup-Wider­ stand Rpullup1, der auch mit dem Schaltmittel S1 verbunden ist. Ein Flipflop FF1 ist an den Ausgang des Komparators KP1 angeschlossen und betätigt die Schaltmittel S2.In FIG. 2, the conversion circuit 14 as well as their connection to the measuring bridge 11 is illustrated. The conversion circuit can be connected to the resistor Rp of the measuring bridge via two switching means S1, S2, the voltages U1 and U2 being present at the two connections. Another connection leads from the conversion circuit 14 to the connection point of the resistors Rab1 and Rau2. The voltage U0 is at this connection point. In detail, the conversion circuit 14 comprises an integrator OP1 and a comparator KP1 and the associated feedback circuit with the resistors R4, R5 and R6 and the capacitor C4. Between the output of the comparator KP1 and the reference voltage connection UREF there is a pull-up resistor Rpullup1, which is also connected to the switching means S1. A flip-flop FF1 is connected to the output of the comparator KP1 and actuates the switching means S2.

Die Umsetzschaltung 14, mit der die Meßspannung UM in ein Tastverhältnis TV() gewandelt werden soll, ist ein schwingendes System. Für die Schalthysterese des Komparators KP1 gilt unter der Voraussetzung, daß der Pullup-Widerstand viel kleiner ist als die Widerstände R5 und R6:
Δ = R5/R6.Uref.
The conversion circuit 14 , with which the measurement voltage UM is to be converted into a duty cycle TV (), is an oscillating system. The following applies to the switching hysteresis of the comparator KP1, provided that the pull-up resistance is much smaller than the resistors R5 and R6:
Δ = R5 / R6.Uref.

Wenn das Signal am Ausgang des Komparators KP1 high ist, gilt für den Integratorstrom:
IC4 = (U2-U1)/R4.
If the signal at the output of comparator KP1 is high, the following applies to the integrator current:
IC4 = (U2-U1) / R4.

Die Zeit, für die der Ausgang des Komparators KP1 high ist, TH errechnet sich dann nach der Gleichung:
IC4.TH = C4.ΔU
TH = (C4.ΔU)/IC4 = R4.C4.ΔU/(U2-U0).
The time for which the output of the comparator KP1 is high, TH is then calculated using the equation:
IC4.TH = C4.ΔU
TH = (C4.ΔU) / IC4 = R4.C4.ΔU / (U2-U0).

Für die Low-Zeit TL ergibt sich in analoger Weise:
IC4 = (U0-U1)/R4 bzw. IC4.TL = C4.ΔU
TL = C4.ΔU/IC4 = R4.C4.ΔU/(U0-U1).
The following results for the low time TL in an analogous manner:
IC4 = (U0-U1) / R4 or IC4.TL = C4.ΔU
TL = C4.ΔU / IC4 = R4.C4.ΔU / (U0-U1).

Für die Schwingungsdauer gilt dann:
The following then applies to the oscillation period:

Für die Schwingungsfrequenz gilt:
The following applies to the oscillation frequency:

Für das Tastverhältnis gilt:
The following applies to the duty cycle:

Da die Spannungen U0 und U1 sich gegenläufig mit ändern, ändert sich hierbei auch das Tastverhältnis, ist somit von abhängig und es gilt:
TV = f().
Since the voltages U0 and U1 also change in opposite directions, the duty cycle also changes here and is therefore dependent on:
TV = f ().

Die in Fig. 3 dargestellte Umsetzschaltung mit Frequenzsynchronisation entspricht in weiten Teilen der in Fig. 2 dargestellten Schaltung. Die einzelnen Bestandteile dieser Schaltung sind ein Integrator OP2, ein Komparator KP2 sowie die Widerstände R10, R11 und R12 und der Kondensator C10. Weiterhin entspricht der Pullup-Widerstand Rpullup2 dem Pullup-Widerstand nach Fig. 2. Die Schaltmittel sind mit S3 und S4 bezeichnet, das Flipflop, das die Schaltmittel S3 und S4 betätigt, trägt das Bezugszeichen FF2. Die Schaltmittel S3 und S4 können eine Verbindung herstellen zur Serienschaltung der Widerstände R7, R8 und R9, die zwischen der Referenzspannung UREF und Masse liegen. Eine weitere Verbindung der Umsetzschaltung 16 mit Frequenzsynchronisation führt zum Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R2 und Rlf. über diese Verbindungsleitung wird die temperaturabhängige Spannung UT dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP2 und dem invertierenden Eingang des Komparators KP2 zugeführt.The conversion circuit with frequency synchronization shown in FIG. 3 largely corresponds to the circuit shown in FIG. 2. The individual components of this circuit are an integrator OP2, a comparator KP2 and the resistors R10, R11 and R12 and the capacitor C10. Furthermore, the pull-up resistor Rpullup2 corresponds to the pull-up resistor according to FIG. 2. The switching means are designated S3 and S4, the flip-flop that actuates the switching means S3 and S4 bears the reference symbol FF2. The switching means S3 and S4 can establish a connection to the series connection of the resistors R7, R8 and R9, which lie between the reference voltage UREF and ground. A further connection of the conversion circuit 16 with frequency synchronization leads to the connection point between the resistors R2 and Rlf. The temperature-dependent voltage UT is fed via this connecting line to the non-inverting input of the operational amplifier OP2 and to the inverting input of the comparator KP2.

Im Unterschied zur Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist die Reihenschaltung R7, R8, R9 zusätzlich zur eigentlichen zweiten Brücke vorhanden, während die Reihenschaltung Rab2, Rp, Rau1 nach Fig. 2 Bestandteil der Meßbrücke ist. Der Pullup-Widerstand nach Fig. 3 führt auf einen Phasendetektor mit Vorzeichenerkennung 36, der über einen Block 37 mit dem Ausgang des Komparators KP2 und dem Pullup- Widerstand Rpullup2 verbunden ist. Ein weiterer Anschluß des Phasendetektors führt über den Block 38 zum Ausgang des Komparators KP1 der Schaltung nach Fig. 2. über diesen Anschluß wird das Tastverhältnis TV() zugeführt, während über den anderen Anschluß des Phasendetektors das Tastverhältnis TV(Tu) zuführbar ist. Zu den Blöcken 37 und 38 wird die Frequenz des zugeführten Signals jeweils halbiert. In contrast to the circuit arrangement according to FIG. 2, the series connection R7, R8, R9 is present in addition to the actual second bridge, while the series connection Rab2, Rp, Rau1 according to FIG. 2 is part of the measuring bridge. The pull-up resistor of FIG. 3 results in a phase detector with sign detector 36 which is connected through a block 37 connected to the output of the comparator CP2 and the pullup resistor Rpullup2. A further connection of the phase detector leads via block 38 to the output of the comparator KP1 of the circuit according to FIG. 2. Via this connection the duty cycle TV () is supplied, while the duty cycle TV (Tu) can be supplied via the other connection of the phase detector. The frequency of the supplied signal is halved in each case to the blocks 37 and 38 .

Die Erzeugung des Tastverhältnisses TV(Tu) geschieht bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 auf die gleiche Weise wie bei der Schaltung nach Fig. 2. Der Unterschied zur Schaltung nach Fig. 2 besteht darin, daß die Frequenz des schwingenden Systems bzw. Oszillators synchronisiert ist mit dem schwingenden System bzw. dem Oszillator der Schaltung nach Fig. 2. Werden die Schwingungsdauer, die Schwingfrequenz und das Tastverhältnis analog zur Schaltung nach Fig. 2a gebildet, ist erkennbar, daß die Oszillatorfrequenz umgekehrt proportional zur Schalthysterese ist, es gilt also:
f ∼ 1/ΔU.
The duty cycle TV (Tu) is generated in the circuit arrangement according to FIG. 3 in the same way as in the circuit according to FIG. 2. The difference from the circuit according to FIG. 2 is that the frequency of the oscillating system or oscillator is synchronized is with the oscillating system or the oscillator of the circuit according to Fig. 2.If the oscillation period, the oscillation frequency and the duty cycle are formed analogously to the circuit according to Fig. 2a, it can be seen that the oscillator frequency is inversely proportional to the switching hysteresis, so the following applies:
f ∼ 1 / ΔU.

Da ΔU = R11/R12.Ux ist, ist zu erkennen, daß die Frequenz f proportional 1/Ux ist. Mit der Spannung Ux, die am Ausgang des Phasendetektors 36 bzw. am Pullup-Widerstand Rpullup2 auftritt, kann die Frequenz des Oszillators gesteuert werden. Diese Frequenzsteuerung erfolgt, indem sowohl die Frequenz des Tastverhältnisses TV() als auch die Frequenz von TV(Tu) halbiert wird. In Fig. 3 ist dies durch die Blöcke 37 und 38 dargestellt, die das zugeführte Signal mit dem Faktor 2 teilen.Since ΔU = R11 / R12.Ux, it can be seen that the frequency f is proportional to 1 / Ux. The frequency of the oscillator can be controlled with the voltage Ux which occurs at the output of the phase detector 36 or at the pull-up resistor Rpullup2. This frequency control is accomplished by halving both the frequency of the duty cycle TV () and the frequency of TV (Tu). In Fig. 3 this is represented by blocks 37 and 38 , which divide the supplied signal by a factor of two.

Die nach der Frequenzteilung entstehenden Signale mit dem Tastverhältnis von 50% werden dem Phasendetektor mit Vorzeichenerkennung zugeführt und in diesem miteinander verglichen. Mit dem Ausgangssignal des Phasendetektors mit Vorzeichenerkennung wird die Frequenz des Tastverhältnisses TV(Tu) so eingeregelt, daß diese gleich der Frequenz des Tastverhältnisses von TV() ist.The signals generated after frequency division with the Duty cycle of 50% are with the phase detector Sign recognition supplied and in this with each other compared. With the output signal of the phase detector Sign recognition becomes the frequency of the duty cycle TV (Tu) adjusted so that this is equal to the frequency of the Duty cycle of TV ().

Da beide Frequenzen gleich sind können in der Gesamtschaltung beide Tastverhältnisse TV(Tu) und TV() mit derselben Clockfrequenz ausgezählt werden. Diese Clockfrequenz wird von der PLL-Schaltung bereitgestellt.Since both frequencies can be the same in the Overall circuit with both duty cycles TV (Tu) and TV () with  same clock frequency can be counted. This Clock frequency is provided by the PLL circuit.

Zusammen mit den bereits beschriebenen Digitalbausteinen für den additiven Grundabgleich mit Ta, einen multiplikativen Grundabgleich mit Tm und einen additiven Temperaturabgleich Tu läßt sich aus den Signalen TV(n) und TV(Tu) bzw. den zugehörigen Zählwerten NI im Zähler mit Voreinstellung 30 ein korrigiertes Signal erzeugen, das über den Tastverhältnisumsetzer 34 sowie das anschließende RC-Filter als Meßwert m für die Masse des strömenden Mediums ausgegeben wird.Together with the digital modules already described for the additive basic adjustment with Ta, a multiplicative basic adjustment with Tm and an additive temperature adjustment Tu, the signals TV (n) and TV (Tu) or the associated count values NI can be corrected in the counter with default setting 30 Generate signal that is output via the duty cycle converter 34 and the subsequent RC filter as a measured value m for the mass of the flowing medium.

In Fig. 4 sind einige der in Fig. 1 eingetragenen Signale über der Zeit dargestellt. Fig. 4a zeigt das Tastverhältnis TV(), Fig. 4b das Tastverhältnis TV(Tu), wobei die Frequenz f TV() gleich der Frequenz f TV(Tu) ist. Die Länge der High- und Lowphasen der beiden Signale sind jedoch unterschiedlich. FIG. 4 shows some of the signals entered in FIG. 1 over time. FIG. 4a shows the pulse duty factor TV (), Fig. 4b, the pulse duty factor TV (Tu), the frequency f TV () equal to the frequency f TV (Tu) is. However, the length of the high and low phases of the two signals are different.

In Fig. 4c ist der Zählerstand Ni = TV().N dargestellt. Gezählt wird immer vom Flankenwechsel von Low zu High der beiden Signale nach Fig. 4a oder b. Die Zählung endet, wenn das Signal nach Fig. 4a von High nach Low geht. Vor Zählbeginn erfolgt ein Reset. Der maximale Zählwert ist Ni, die Zählrate beträgt N.The counter reading Ni = TV (). N is shown in FIG. 4c. It is always counted from the edge change from low to high of the two signals according to FIG. 4a or b. The count ends when the signal according to FIG. 4a goes from high to low. There is a reset before the count begins. The maximum count is Ni, the count rate is N.

In Fig. 4d ist der Zählwert Nm = Ni/Tm aufgetragen. Die Zählrate N/Tm, der Endwert ist jeweils Nm.The count value Nm = Ni / Tm is plotted in FIG. 4d. The counting rate N / Tm, the final value is Nm.

Fig. 4e zeigt den Zählwert Na = N/Ta. Die Zählrate beträgt dabei N/Ta. Fig. 4e shows the count value Na = N / Ta. The count rate is N / Ta.

In Fig. 4f ist der Zählerstand Nt = TV(Tu).N/Tu aufgetragen. Die Zählrate beträgt N/Tu, der Endwert beträgt Nt.The counter reading Nt = TV (Tu) .N / Tu is plotted in FIG. 4f. The count rate is N / Tu, the final value is Nt.

In Fig. 4g ist schließlich der Zählwert, der am Ausgang des Zählers mit Voreinstellung 30 erhalten wird, aufgezeigt. Der Zählerstand ist Nout = Ni+P, wobei P = Nm+Na+Nt ist. Der Endstand dieses Zählers beträgt Ni+P.In Fig. 4g Finally, the count value obtained at the output of the counter with preset 30 shown. The counter reading is Nout = Ni + P, where P = Nm + Na + Nt. The final reading of this counter is Ni + P.

Der Zählerstand Nout des Zählers mit Voreinstellung 30 läßt sich im übrigen nach folgender Gleichung darstellen:
The counter reading Nout of the counter with default setting 30 can also be represented according to the following equation:

Für den Ausgangszähler gilt somit:
The following therefore applies to the output counter:

Aus dem Zählerinhalt wird im Block 32 (parallel in/seriell out oder Tastverhältnis-Umsetzer) der Wert für die Masse des strömenden Mediums ermittelt.The value for the mass of the flowing medium is determined from the contents of the counter in block 32 (parallel in / serial out or duty cycle converter).

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Bestimmung des Durchsatzes eines strömenden Mediums, mit einem, dem strömenden Medium aussetzbaren Sensor, der zwei temperaturabhängige Widerstandsbrücken umfaßt, die mittels eines Heizwiderstandes auf eine vorgebbare Übertemperatur heizbar sind, wobei eine Widerstandsbrücke Bestandteil des Heizregelkreises ist und an einer Diagonale eine temperaturabhängige Spannung erzeugt und die zweite Widerstandsbrücke an einer Diagonale eine von der Masse des strömenden Mediums abhängige Spannung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Widerstandsbrücken parallel zueinander geschaltet sind, daß die dem Heizregler von der ersten Widerstandsbrücke zugeführte Spannung UH und die Meßspannung U in Rechteckspannungen mit den Tastverhältnissen TV(Tu) und TV() mit gleicher Frequenz gewandelt werden und die beiden Tastverhältnisse mittels eines Digitalzählers ausgezählt werden, zur Bestimmung der Masse m des strömenden Mediums.1.Device for determining the throughput of a flowing medium, with a sensor which can be exposed to the flowing medium and which comprises two temperature-dependent resistance bridges which can be heated to a predeterminable excess temperature by means of a heating resistor, a resistance bridge being part of the heating control circuit and a temperature-dependent on a diagonal Generates voltage and the second resistance bridge on a diagonal generates a voltage dependent on the mass of the flowing medium, characterized in that the two resistance bridges are connected in parallel to one another, that the voltage UH supplied to the heating controller by the first resistance bridge and the measurement voltage U in square-wave voltages the duty cycles TV (Tu) and TV () are converted with the same frequency and the two duty cycles are counted using a digital counter to determine the mass m of the flowing medium. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Widerstandsbrücke wenigstens zwei temperaturabhängige Widerstände umfaßt, die bezogen auf die Strömungsrichtung des zu erfassenden Mediums oberhalb und unterhalb des Heizwiderstandes so angeordnet sind, daß sie von diesem gleichmäßig erhitzt werden, während sie vom strömenden Medium unterschiedlich stark abgekühlt werden und die sich infolge des Temperaturunterschiedes einstellende Meßspannung U ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the second resistance bridge at least two includes temperature dependent resistors related to the Flow direction of the medium to be detected above and are arranged below the heating resistor so that they  be heated evenly by this, while by the flowing medium are cooled to different degrees and the resulting due to the temperature difference Measuring voltage U is. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung der Tastverhältnisse TV() und TV(Tu) mittels je einer Umsetzschaltung (14, 16) erfolgt und die Umsetzschaltung (16) eine Frequenzsynchronisation durchführt.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the formation of the duty cycle TV () and TV (Tu) by means of a respective conversion circuit ( 14 , 16 ) and the conversion circuit ( 16 ) carries out a frequency synchronization. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Frequenzsynchronisation das Tastverhältnis TV () halbiert wird und das so erzeugte Signal der Umsetzschaltung (16) zugeführt wird.4. The device according to claim 3, characterized in that for frequency synchronization, the duty cycle TV () is halved and the signal thus generated is supplied to the conversion circuit ( 16 ). 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechtecksignale mit den Tastverhältnissen TV(Tu) und TV() mittels weiterer Digitalbausteine weiterverarbeitet werden, wobei diese weiteren Digitalbausteine Abgleichfunktionen durchführen.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the square wave signals with the Duty cycles TV (Tu) and TV () by means of further Digital blocks are processed further, these carry out adjustment functions in other digital modules. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalbausteine wenigstens einen additiven Grundabgleich mit Ta und/oder einen multiplikativen Grundabgleich mit Tm und/oder einen additiven Temperaturabgleich mit Tu bewirken.6. The device according to claim 5, characterized in that the digital modules have at least one additive Basic comparison with Ta and / or a multiplicative Basic adjustment with Tm and / or an additive Adjust temperature with Tu. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Digitalbausteine in einer Addierstufe (20) einander überlagert werden.7. The device according to claim 6, characterized in that the output signals of the digital modules in an adder ( 20 ) are superimposed on one another. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Addierstufe (20) einem Zähler (30) mit Voreinstellung zugeführt werden, daß dem Zähler (30) mit Voreinstellung auch das Rechtecksignal mit dem Tastverhältnis TV() zugeführt wird, daß der Zähler jeweils Zählwerte bildet, die einander überlagert werden zur Bildung eines Ausgangssignales Nout, das als Maß für die strömende Masse dient.8. The device according to claim 7, characterized in that the output signals of the adder ( 20 ) are supplied to a counter ( 30 ) with default setting, that the counter ( 30 ) is also supplied with the square wave signal with the pulse duty factor TV () that the Counters each form count values which are superimposed on one another to form an output signal Nout, which serves as a measure of the flowing mass. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine PLL-Schaltung vorhanden ist, die Klopfsignale mit der Frequenz fvco erzeugt, die als Zählsignale dienen.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a PLL circuit is present which generates knock signals at the frequency fvco, which is called Count signals serve. 10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang der digitalen Signalauswerteschaltung ein Tastverhältnis-Umsetzer vorhanden ist, der ein Ausgangssignal abgibt, das ein Maß für die ermittelte Masse des strömenden Mediums darstellt.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at the output of the digital Signal evaluation circuit a duty cycle converter is present that gives an output signal that is a measure represents for the determined mass of the flowing medium.
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