DE3309404C2

DE3309404C2 -

Info

Publication number: DE3309404C2
Application number: DE19833309404
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. 7143 Vaihingen De Drews; Josef 7140 Ludwigsburg De Kleinhans
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-03-16
Filing date: 1983-03-16
Publication date: 1991-08-22
Also published as: DE3309404A1; JPS59174719A; JPH0422206B2

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bestimmung des Massendurchsatzes eines strömenden Mediums nach dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1 bzw. von einer Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.The invention relates to a method for determining the Mass flow rate of a flowing medium according to the preamble of the patent entit 1 or of a device for performing a such a method according to the preamble of claim 5.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der DE 20 42 983 B2 bekannt. Der dort beschriebenen Vorrichtung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine zu erreichen, daß die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmenge sehr genau bei schnellen Änderungen der Luftmenge praktisch verzögerungsfrei gemessen werden kann und eine exakte, für die saubere Verbrennung erforderliche Kraftstoffzumessung ermöglicht wird. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der zwei temperaturabhängige Widerstände in unterschiedlichen Zweigen einer Meßbrücke angeordnet sind. Die Brücke ist derart dimensioniert, daß der eine temperaturabhängige Widerstand aufgrund des großen durch ihn fließenden Stromes auf einen hohen, oberhalb des Temperaturwertes des strömenden Mediums liegenden Temperaturwert aufgeheizt wird. Der zweite temperaturabhängige Widerstand dient zur Kompensation des Einflusses der schwankenden Temperatur des strömenden Mediums. Der durch die Brücke fließende Strom wird mit Hilfe einer Regeleinrichtung in der Weise geregelt, daß der aufgeheizte temperaturabhängige Widerstand eine konstante Temperaturdifferenz bezüglich der Ansauglufttemperatur aufweist. Als Maß für die an diesem Widerstand pro Zeiteinheit vorbeiströmende Luftmasse kann z. B. der durch die Brücke fließende Strom herangezogen werden. In Näherung ergibt sich, daß der Brückenstrom proportional zur vierten Wurzel aus dem Luftmassendurchsatz ist.Such a process and such a device are from the DE 20 42 983 B2 known. The device described there is the task on the basis of a fuel injection system for an internal combustion engine to achieve that sucked in by the internal combustion engine Airflow very accurate with rapid changes in airflow can be measured practically without delay and an exact, for the clean combustion enables the required fuel metering becomes. To solve this problem, a device is proposed where two temperature dependent resistors in different Branches of a measuring bridge are arranged. The bridge is like that dimensioned that due to a temperature-dependent resistance of the great current flowing through it to a high, above the temperature value of the flowing medium heated temperature value becomes. The second temperature-dependent resistor is used to compensate for the influence of the fluctuating temperature of the flowing medium. The one through the bridge flowing electricity is with the help of a control device regulated in such a way that the heated temperature-dependent Resistance a constant temperature difference with respect to the intake air temperature. As Measure of the flow past this resistance per unit of time Air mass can e.g. B. by the bridge flowing electricity can be used. Approximately results that the bridge current is proportional to the fourth Is the root of the air mass flow.

Obwohl diese Anordnung im Bereich hoher Luftmassendurchsätze zufriedenstellend arbeitet, besteht im Bereich kleiner Luftmassendurchsätze der Wunsch nach einer Erhöhung der Empfindlichkeit bzw. Auflösung dieser bekannten Vorrichtung. Der Grund hierfür liegt in der Tatsache, daß der im Experiment bestimmte Zusammenhang zwischen Massendurchsatz und Brückenstrom von dem oben genannten theoretischen Zusammenhang abweicht. Für einen Luftmassendurchsatz von Null oder von sehr kleinen Werten nimmt der Brückenstrom nicht den Wert Null an, sondern beträgt ca. ein Viertel des maximalen Brückenstroms. Aufgrund dieses experimentiellen Zusammenhangs tritt eine erhebliche Einengung des ausnutzbaren Meßbereichs des Brückenstroms auf, die sich insbesondere bei kleinen Luftmassendurchsätzen in Verbindung mit dem hier vorliegenden großen Gradienten der Kennlinie negativ auf den Meßfehler auswirkt. Although this arrangement is in the range of high air mass flow rates works satisfactorily Range of small air mass flow rates an increase in sensitivity or resolution this known device. The reason for this is in the fact that the one determined in the experiment Relationship between mass flow and bridge current deviates from the theoretical context mentioned above. For an air mass flow of zero or the bridge current does not take very small values the value zero, but is approximately a quarter of the maximum bridge current. Because of this experimental There is a significant narrowing of the relationship exploitable measuring range of the bridge current, the especially in the case of small air mass flow rates Connection with the present large gradient the characteristic curve has a negative effect on the measurement error.

Des weiteren ist beispielsweise aus "Hitzdraht- und Heißfilmanemometrie", H. Strickert, VEB Verlag Technik Berlin, 1974, eine weitere Grundschaltung der Hitzdraht- Meßtechnik bekannt, bei dem die Widerstandsmeßbrücke von einem konstanten Strom durchflossen wird. Wie der auf Seite 68 ff. durchgeführte Vergleich zwischen dem Konstant-Strom-Betrieb und Konstant-Temperatur- Betrieb der Meßbrücke zeigt, ist in bezug auf die Absolutempfindlichkeit, unter der der Differentialquotient aus Brückenausgangsspannung und Luftmassendurchsatz zu verstehen ist, der Konstant-Temperatur-Betrieb dem Konstant- Strom-Betrieb im gesamten Luftmassendurchsatzbereich überlegen. Diese Aussage gilt jedoch nicht für die relative Empfindlichkeit beider Methoden, unter der der Differentialquotient aus Brückenausgangsspannung und Luftmassendurchsatz, bezogen auf die Brückenausgangsspannung, zu verstehen ist. Es zeigt sich, daß diese relative Empfindlichkeit für den Konstant-Temperatur-Betrieb erst oberhalb eines bestimmten Luftmassendurchsatzes größere Werte annimmt als für den Konstant-Strom-Betrieb. Unterhalb dieser Schwelle erweist sich dagegen die relative Empfindlichkeit des Konstant-Strom-Betriebes als überlegen. Furthermore, for example from "hot wire and Hot film anemometry ", H. Strickert, VEB Verlag Technik Berlin, 1974, another basic circuit of the hot wire Measuring technology known in which the resistance bridge is flowed through by a constant current. Like the comparison between on page 68 ff constant current operation and constant temperature Operation of the measuring bridge shows is in relation to the Absolute sensitivity below which the differential quotient from the bridge output voltage and air mass flow rate is to understand constant temperature operation to constant Electricity operation in the entire air mass flow rate range think. However, this statement does not apply to the relative Sensitivity of both methods, under which the differential quotient from bridge output voltage and air mass flow, related to the bridge output voltage, is to be understood. It turns out that this is relative Sensitivity for constant temperature operation only larger above a certain air mass flow rate Assumes values as for constant current operation. Below this threshold, however, turns out to be relative Sensitivity of constant current operation as superior.

Aus DE-OS 16 98 050 ist weiter eine Einrichtung zur Messung schwacher Gasströmungen bekannt, bei der im Wege der Gasströmungen und senkrecht dazu mindestens zwei vorzugsweise ebene Metallgitter angeordnet sind, die Zweige einer Brückenschaltung bilden, bei der die Gitter von einer in einer Brückendiagonale liegenden Konstant stromquelle auf eine über der Umgebungstemperatur liegende Temperatur aufheizbar sind, bei der die Gitter in einem derartigen Abstand voneinander angeordnet sind, daß Wärmekopplung besteht, und bei der in der anderen Brückendiagonale in an sich bekannter Weise meßwert anzeigende oder -verarbeitende Geräte angeordnet sind, bei der in den anderen Zweigen der Brückenschaltung Konstantwiderstände (K₁ und K₂) angeordnet sind, die derart ausgelegt sind, daß die Empfindlichkeit (E) der Brückenschaltung in einem weiteren Bereich von der Umgebungstemperatur (T₁ bzw. T₂) nahezu unabhängig ist.From DE-OS 16 98 050 is a device for measurement weak gas flows known in the way of gas flows and perpendicular to it at least two preferably flat metal grids are arranged, which form branches of a bridge circuit in which the grids of a constant lying in a bridge diagonal power source to a temperature above the ambient temperature are heated, in which the grid at such a distance are arranged from each other that there is heat coupling, and at measured in the other bridge diagonal in a manner known per se display or processing devices are arranged, in which in the other branches of the bridge circuit constant resistors (K₁ and K₂) are arranged, which are designed such that the Sensitivity (E) of the bridge circuit in a wider range is almost independent of the ambient temperature (T₁ or T₂).

Aus der DE 30 34 936 A1 ist schließlich eine Strömungsmeßeinrichtung mit mindestens einem innerhalb eines von einem Medium durchströmten Kanals angeordneten Hitzdraht bekannt, bei der an einem in einem Kanal senkrecht zu der Strömungsrichtung des Mediums angeordneten Wirbelerzeuger in Richtung und symmetrisch zu der Längsrichtung des Wirbelerzeugers sowie in dem strömenden Medium ein Paar Hitzdrähte gespannt sind, die von einer Meßschaltung so mit Strom versorgt werden, daß sie auf eine festgelegte konstante Temperatur erhitzt sind, und bei der die Meßschaltung eine den die Hitzdrähte durchfließenden elektrischen Strom regulierenden Stromregelschaltung, die bei einem Absinken des Hitzdraht-Widerstands infolge Drahttemperatur absenkung den durch die Hitzdrähte fließenden Strom erhöht, eine erste Erkennungsschaltung, welche aus einer Widerstands-Differenz zwischen den Hitzdrähten die Folgefrequenz der erzeugten Wirbel ermittelt und ein dieser Frequenz entsprechendes Impulssignal erzeugt, eine zweite Erkennungsschaltung, welche aus dem Durch schnittswiderstand der Hitzdrähte eine Durchschnitts-Strömungs geschwindigkeit des Mediums ermittelt und ein dementsprechendes Analogsignal erzeugt, eine Fühleinrichtung zur Erkennung eines Strömungszustands und zur Abgabe eines Signals, wenn das Medium pulsierend strömt, und eine Schaltstufe, die aufgrund des Signals der Fühleinrichtung das Analogsignal, sonst das Impulssignal weiter leitet, umfaßt.Finally, DE 30 34 936 A1 describes a flow measuring device with at least one within which a medium flows Channel arranged hot wire known in which at one in one Channel arranged perpendicular to the direction of flow of the medium Vortex generators in the direction and symmetrical to the longitudinal direction of the Vortex generator and in the flowing medium a pair of hot wires are excited, so powered by a measuring circuit be heated to a fixed constant temperature and in which the measuring circuit is one that flows through the hot wires electric current regulating current control circuit, the when the hot wire resistance drops due to wire temperature lowering the current flowing through the hot wires, one first detection circuit, which consists of a resistance difference the repetition frequency of the generated vortices between the hot wires determined and a pulse signal corresponding to this frequency generates a second detection circuit, which from the through cut resistance of the hot wires an average flow speed of the medium determined and a corresponding Analog signal generated, a sensing device for detecting a Flow state and to give a signal when the medium flows pulsatingly, and a switching stage that due to the signal the sensing device the analog signal, otherwise the pulse signal directs, includes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren und die eingangs genannte Vorrichtung so zu verbessern, daß sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Luftmassendurchsätzen eine Messung des Massendurchsatzes mit hoher Empfindlichkeit und Auflösung ermöglicht wird.The invention has for its object the above Method and the device mentioned above to improve so that both at high and at low air mass flow rates a measurement of the mass flow rate with high sensitivity and resolution.

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 und 5 angegebenen Maßnahmen gegeben.The solution to this problem is through the in the characterizing part of the claims Measures 1 and 5 given.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Massendurchsatzes eines strömenden Mediums nach dem Patentanspruch 1 und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung des Massendurchsatzes eines strömenden Mediums nach dem Patentanspruch 5 haben gegenüber dem genannten Stand der Technik den Vorteil, daß durch eine Umschaltung der Regeleinrichtung bei kleinen Massendurchsätzen von Konstant-Temperatur-Regelung auf Konstant-Strom-Regelung die genannten Nachteile bekannter Vorrichtungen vermieden werden. Dabei wird der Umschaltpunkt bevorzugt in einen solchen Bereich gelegt, in dem die relative Empfindlichkeit des Konstant- Strom-Betriebes der des Konstant-Temperatur-Betriebs überlegen ist. Durch diese Maßnahme ist in Verbindung mit einer Subtrahierstufe eine Erweiterung des Meßbereichs der das Luftmassensignal charakerisierenden Spannung bis hinab auf Brückenausgangsspannungen von ca. 0 Volt möglich und somit eine erhöhte Auflösung gewährleistet.The inventive method for determining the mass flow rate of a flowing medium according to claim 1 and the device for Carrying out the method for determining the mass throughput a flowing medium according to claim 5 to have compared to the prior art mentioned the advantage that by switching the Control device with small mass flow rates of Constant temperature control on constant current control the disadvantages mentioned known devices can be avoided. Doing so the switching point preferably in such a range in which the relative sensitivity of the constant Current operation of the constant temperature operation is superior. This measure is connected with a subtraction step an extension of the measuring range that characterize the air mass signal Voltage down to bridge output voltages of approx. 0 volts possible and thus an increased resolution is guaranteed.

Besonders vorteilhaft erweist sich auch die Tatsache, daß die Auskopplung der vom Luftmassendurchsatz abhängigen Meßspannung in einheitlicher Form für beide Betriebsarten der Brücke vorgenommen wird.The fact that that the decoupling depends on the air mass flow Measuring voltage in a uniform form for both Operating modes of the bridge is made.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen und Nebenansprüchen aufgeführten Maßnahmen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung.Further advantages of the invention result from the listed in the subclaims and subsidiary claims Measures and from the description below the drawing.

Ausführungsbeispiele der Vorrichtung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigtEmbodiments of the device are in the drawing shown and in the description below explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 1 shows an embodiment of the device according to the invention and

Fig. 2 einen Vergleich des Kennlinienverlaufs einer bekannten Vorrichtung und der Vorrichtung zur Bestimmung des Massendurchsatzes eines strömenden Mediums gemäß dem Patentanspruch 5. Fig. 2 shows a comparison of the characteristic curve of a prior art device and the device for determining the mass flow rate of a flowing medium according to the patent claim 5.

Die Brückenschaltung des Ausführungsbeispieles der Fig. 1 umfaßt die Widerstände 10, 11, 12 und 13, wobei die beiden Brückenzweige jeweils als Serienschaltung die Widerstände 10, 11 sowie 12, 13 enthalten. Der Fußpunkt der beiden Brückenzweige als Verbindungspunkt der Widerstände 11 und 13 liegt auf Massepotential, während der andere Verbindungspunkt 14 zwischen den Widerständen 10 und 12 der beiden Brückenzweige mit dem Emitter eines npn-Transistors 15 verbunden ist. Die Brückendiagonalspannung wird zwischen den Punkten 16 bzw. 17 als Verbindungspunkte der Widerstände 12 und 13 bzw. 10 und 11 abgegriffen und den Eingängen eines Regelverstärkers 18, der im vorliegenden Aus führungsbeispiel als Operationsverstärker mit einem Open-Kollektorausgang ausgebildet ist, zugeführt. Der Ausgang des Regelverstärkers 18 ist über einen Widerstand 19 mit der Basis des Transistors 15 und über einen Widerstand 20 mit der Versorgungsspannung verbunden. Der Emitter des Transistors 15 steht mit dem invertierenden Eingang einer Vergleichseinrichtung 21, die ebenfalls vom Open-Kollektortyp ist, sowie über einen Widerstand 22 mit der Versorgungsspannung in Verbindung. Der nicht- invertierende Eingang der Vergleichseinrichtung 21 wird mit einer auf die Versorgungsspannung bezogenen Referenz spannung 23 beaufschlagt und das Ausgangssignal dieser Vergleichseinrichtung 21 der Basis des Transistors 15 zugeführt.The bridge circuit of the embodiment of FIG. 1 comprises the resistors 10, 11, 12 and 13 , the two bridge branches each containing the resistors 10, 11 and 12, 13 as a series circuit. The base point of the two bridge branches as the connection point of the resistors 11 and 13 is at ground potential, while the other connection point 14 between the resistors 10 and 12 of the two bridge branches is connected to the emitter of an NPN transistor 15 . The bridge diagonal voltage is tapped between the points 16 and 17 as connection points of the resistors 12 and 13 or 10 and 11 and the inputs of a control amplifier 18 , which is embodied in the present exemplary embodiment as an operational amplifier with an open collector output. The output of the control amplifier 18 is connected via a resistor 19 to the base of the transistor 15 and via a resistor 20 to the supply voltage. The emitter of transistor 15 is connected to the inverting input of a comparison device 21 , which is also of the open collector type, and via a resistor 22 to the supply voltage. The non-inverting input of the comparison device 21 is acted upon by a reference voltage 23 related to the supply voltage and the output signal of this comparison device 21 is fed to the base of the transistor 15 .

An den Brückendiagonalpunkten 16 und 17 ist eine Subtrahierstufe 24 angeschlossen, deren Ausgangssignal den Meßwert für den Massendurchsatz des strömenden Mediums darstellt. Diese Subtrahierstufe 24 beinhaltet in an sich bekannter Weise einen Differenzverstärker 25, dessen Minuseingang über einen Widerstand 26 mit dem Brückendiagonalpunkt 16 sowie über einen Widerstand 27 mit dem Ausgang in Verbindung steht. Der Pluseingang des Differenzverstärkers 21 steht mit dem Brückendiagonalpunkt 17 in Verbindung.A subtraction stage 24 is connected to the bridge diagonal points 16 and 17 , the output signal of which represents the measured value for the mass flow rate of the flowing medium. This subtracter 24 includes in known manner a differential amplifier 25 whose negative input is connected via a resistor 26 to the bridge diagonal point 16 and via a resistor 27 to the output in combination. The plus input of the differential amplifier 21 is connected to the bridge diagonal point 17 .

Diese Einrichtung weist folgende Funktionsweise auf. Ausgehend von hohen Massendurchsätzen des strömenden Mediums, bei denen die Einrichtung im Konstant-Temperatur- Betrieb arbeitet, übertrifft der Spannungsabfall am Widerstand 22 aufgrund des hohen, zur Aufrechterhaltung der Temperatur des Meßwiderstands 10 erforderlichen Stromes I_H den Wert der Referenzspannungsquelle 23. Aufgrund der Ausführung der Vergleichseinrichtung 21 als Open-Kollektortyp, dessen Ausgang für positive Eingangsspannungsdifferenzen (U₊-U_-) gesperrt wird, hat diese Vergleichseinrichtung 21 für hohe Massendurchsätze keinen Einfluß auf die an der Basis des Transistors 15 liegende Spannung. Diese Spannung wird dann alleine durch das Ausgangssignal des Regelverstärkers 18 bestimmt, und zwar in der Weise, daß die Brückendiagonalspannung zwischen den Punkten 16 und 17 identisch Null wird. This device works as follows. Starting from the high mass flow rates of the flowing medium, in which the means in the constant-temperature working operation, the voltage drop 10 required current I _H exceeds the resistor 22 due to the high, to maintain the temperature of the measuring resistor the value of the reference voltage source 23rd Due to the design of the comparison device 21 as an open collector type, the output of which is blocked for positive input voltage differences (U ₊ -U _- ), this comparison device 21 has no influence on the voltage at the base of the transistor 15 for high mass throughputs. This voltage is then determined solely by the output signal of the control amplifier 18 , in such a way that the bridge diagonal voltage between points 16 and 17 becomes identical to zero.

Nimmt dagegen der Massendurchsatz des strömenden Mediums so kleine Werte an, daß der durch den Brückenstrom I_H am Widerstand 22 verursachte Spannungsabfall kleinere Werte als die Referenzspannung 23 annimmt, so wird der Ausgang der Vergleichseinrichtung 21 niederohmig geschaltet und die Basis des Transistors 15 mit einer Spannung angesteuert, so daß ein konstanter, durch das Verhältnis aus Referenzspannung und Widerstandswert des Widerstandes 22 gegebener Strom durch die Brücke fließt. Dieser Brückenstrom, der im wesentlichen durch den rechten Brückenzweig mit den Widerständen 10, 11 fließt, verursacht am Widerstand 11 einen konstanten Spannungsabfall U₁₁, der am Minuseingang des Regelverstärkers 18 anliegt. Mit sinkendem Massendurchsatz verringert sich gleichzeitig die dem Meßwiderstand 10 entzogene Wärmemenge, so daß sich dieser aufheizt. Hieraus resultiert eine Temperatur erhöhung des Widerstandes 10, die ihrerseits einen Spannungsanstieg am Kollektor des Transistors 14 zur Folge hat. Dieser Spannungsanstieg am Punkt 14 wird dem Spannungsteilerverhältnis der Widerstände 12 und 13 entsprechend auch zum Punkt 16, dem Plus eingang des Regelverstärkers 18, übertragen. Sobald U₊ (Punkt 16) größere Werte annimmt als U_- (Punkt 17), wird der Ausgang des Regelverstärkers 18 in den Sperrzustand geschaltet. Bei Erreichen eines durch den Widerstand 22 und die Referenzspannung 23 gegebenen Schwellwertes tritt eine automatische Umschaltung auf, so daß die Basis des Transistors 15 entweder vom Ausgang der Vergleichseinrichtung 21 oder vom Ausgang des Regelverstärkers 18 angesteuert wird. If, on the other hand, the mass flow rate of the flowing medium assumes such small values that the voltage drop caused by the bridge current I _H across the resistor 22 assumes smaller values than the reference voltage 23 , the output of the comparison device 21 is switched to low resistance and the base of the transistor 15 is supplied with a voltage driven so that a constant current given by the ratio of the reference voltage and the resistance value of the resistor 22 flows through the bridge. This bridge current, which essentially flows through the right bridge branch with the resistors 10, 11 , causes a constant voltage drop U 1 at the resistor 11 , which is present at the minus input of the control amplifier 18 . As the mass flow rate decreases, the amount of heat withdrawn from the measuring resistor 10 simultaneously decreases, so that the latter heats up. This results in a temperature increase in the resistor 10 , which in turn has a voltage rise at the collector of the transistor 14 . This voltage rise at point 14 is the voltage divider ratio of resistors 12 and 13 corresponding to point 16 , the positive input of the control amplifier 18 , transmitted. As soon as U ₊ (point 16 ) assumes larger values than U _- (point 17 ), the output of the control amplifier 18 is switched to the blocking state. When a threshold value given by the resistor 22 and the reference voltage 23 is reached, an automatic switchover occurs, so that the base of the transistor 15 is controlled either by the output of the comparison device 21 or by the output of the control amplifier 18 .

Die vom Massendurchsatz des strömenden Mediums abhängige Ausgangsgröße am Ausgang der Subtrahierstufe 24 ergibt sich für die beiden Regelbetriebsarten in folgender Weise:The output variable at the output of the subtraction stage 24 , which is dependent on the mass flow rate of the flowing medium, results for the two control modes in the following way:

Im Falle des Konstant-Temperatur-Betriebes nimmt die Diagonalspannung der Brücke zwischen den Punkten 16 und 17 im eingeschwungenen Zustand den Wert Null an, so daß der Spannungsabfall an den Widerständen 11 bzw. 13 gleich groß ist. Entsprechend der Funktionsweise eines gegengekoppelten Differenzverstärkers stellt sich in seinem linearen Arbeitsbereich die Ausgangsspannung in der Weise ein, daß die Spannungs differenz an den Eingängen (Minus und Plus) identisch Null wird. Infolge der nur gleichtaktmäßigen Ansteuerung des Differenzverstärkers 25 ergibt sich damit sofort, daß die Ausgangsspannung U_A genau den Wert der an dem Widerstand 11 abfallenden Spannung U₁₁ an nimmt, die normalerweise im Konstant-Temperatur-Betrieb als Ausgangsgröße verwendet wird.In the case of constant temperature operation, the diagonal voltage of the bridge between points 16 and 17 assumes the value zero in the steady state, so that the voltage drop across resistors 11 and 13 is the same. According to the mode of operation of a negative feedback differential amplifier, the output voltage is set in its linear working range in such a way that the voltage difference at the inputs (minus and plus) becomes identical to zero. As a result of the only common mode control of the differential amplifier 25 , this immediately results in the output voltage U _A taking on exactly the value of the voltage drop across the resistor 11 which is normally used as an output variable in constant-temperature operation.

Schaltet die Einrichtung von Konstant-Temperatur-Betrieb auf Konstant-Strom-Betrieb um, so ergibt sich aufgrund dieser Betriebsart ein Brückenungleichgewicht, d. h. die Brückendiagonalspannung zwischen den Punkten 16 und 17 nimmt Werte ungleich Null an. Aufgrund seiner Beschaltung arbeitet der Differenzverstärker 25 dann als Subtrahierstufe und die Ausgangsspannung ergibt sich zu:If the device switches from constant temperature operation to constant current operation, this operating mode results in a bridge imbalance, ie the bridge diagonal voltage between points 16 and 17 takes on values not equal to zero. Due to its wiring, the differential amplifier 25 then works as a subtracting stage and the output voltage results in:

U_A = U₁₁ + R₂₇/R₂₆ · (U₁₁-U₁₃) ,U _A = U₁₁ + R₂₇ / R₂₆ · (U₁₁-U₁₃),

wobei die angegebenen Zahlen sich auf die Spannungsabfälle bzw. Widerstandswerte der entsprechend bezeichneten Widerstände beziehen. Durch eine geeignete Wahl des Wider standsverhältnisses der Widerstände R₂₇ und R₂₆ kann die Ausgangsspannung in der Art eingestellt werden, daß bei einem Massendurchfluß von Null auch die Aus gangsspannung U_A den Wert Null annimmt.the numbers given refer to the voltage drops or resistance values of the correspondingly labeled resistors. By a suitable choice of the resistance ratio of the resistors R₂₇ and R₂₆, the output voltage can be set in such a way that the output voltage U _A assumes the value zero at a mass flow of zero.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm, bei dem die Ausgangs spannung U_A gegen den Massendurchsatz Q_m aufgetragen ist. Gestrichelt eingezeichnet ist die Kennlinie II bekannter Vorrichtungen, die über den gesamten Massen durchsatzbereich im Konstant-Temperatur-Betrieb geregelt werden. Selbst für Massendurchsätze im Bereich Null nimmt die Ausgangsspannung recht hohe Werte an, so daß der ausnutzbare Meßbereich U_A um ca. 25% bis 30% eingeengt ist. Die zweite, durchgezogen eingezeichnete Kennlinie I gibt das Verhalten einer im Konstant-Strom-Betrieb geregelten Vorrichtung wieder. Durch geeignete Widerstandswahl der Widerstände R₂₇ und R₂₆ läßt sich in diesem Fall erreichen, daß die Aus gangsspannung U_A für Q_m=0 den Wert U_A=0 annimmt. Der zur Verfügung stehende Meßbereich läßt sich durch diese Betriebsart erheblich erweitern, ebenso wie die Empfindlichkeit aufgrund des größeren Differential quotienten der Kennlinie für kleine Massendurchsätze erhöht wird. Der Umschaltpunkt U_{A, S}, der einem Massen durchsatz Q_{m, S} zwischen diesen beiden Betriebsarten entspricht, läßt sich durch eine geeignete Wahl des Widerstandes 22 sowie der Referenzspannung 23 unabhängig einstellen. Fig. 2 shows a diagram in which the output voltage U _A is plotted against the mass flow rate Q _m . The dashed line shows the characteristic curve II of known devices which are regulated over the entire mass throughput range in constant temperature operation. Even for mass flow rates in the range of zero, the output voltage takes on quite high values, so that the usable measuring range U _A is narrowed by approx. 25% to 30%. The second curve I drawn in solid lines represents the behavior of a device controlled in constant current mode. By a suitable resistance selection of the resistors R₂₇ and R₂₆ can be achieved in this case that the output voltage U _A for Q _m = 0 assumes the value U _A = 0. The available measuring range can be expanded considerably by this operating mode, just as the sensitivity is increased due to the larger differential quotient of the characteristic curve for small mass flow rates. The switchover point U _{A, S} , which corresponds to a mass flow rate Q _{m, S} between these two operating modes, can be set independently by a suitable choice of the resistor 22 and the reference voltage 23 .

Durch diese Vorrichtung ergibt sich aufgrund des größeren, ausnutzbaren Meßbereichs eine erhöhte Empfindlichkeit in der Massendurchsatzbestimmung sowie eine größere relative Empfindlichkeit insbesondere für kleine Massendurchsätze. Darüber hinaus wird durch die Verschiedenartigkeit der beiden Regelbetriebe ein Freiheitsgrad zur Einstellung der Parameter gewonnen.This device results from the larger, usable measuring range an increased Sensitivity in mass flow rate determination as well a greater relative sensitivity especially for small mass flow rates. In addition, the Diversity of the two standard operations one degree of freedom obtained for setting the parameters.

Es versteht sich, daß das Verfahren sowie die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nicht nur für Brückenschaltungen im herkömmlichen Sinn, wie sie im Ausführungsbeispiel dargestellt sind, sondern auch für solche Schaltungsanordnungen, die zumindest von der Funktion als Widerstandsmeßanordnung her eine Brückenschaltung nachbilden, Verwendung findet.It is understood that the process as well not only the device for performing the method for bridge circuits in the conventional sense, as in Embodiment are shown, but also for such circuit arrangements, at least by the function a bridge circuit as a resistance measuring arrangement replicate, is used.

Claims

1. A method for determining the mass flow rate of a flowing medium, in particular the air mass flow rate, which is required by an internal combustion engine during the combustion process, with a circuit arrangement operating as a resistance measuring arrangement in the manner of a bridge circuit with at least one temperature-dependent resistor exposed to the flowing medium and a control device for regulation of the current flowing through the temperature-dependent resistance, characterized in that the mass flow rate of the flowing medium is determined by switching the control below a selectable threshold value in constant current mode and above the threshold value in constant temperature mode.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Threshold for switching the control from constant temperature Operation on constant current operation in the range of such mass flow rates of the flowing medium, in which the relative sensitivity a constant current control that a constant temperature control surpasses.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the switching process from constant temperature operation to constant current operation is carried out with the aid of a comparison device ( 21 ) which is in relation to an adjustable to the total current flowing through the bridge Reference value is sensitive.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the output signal of a subtracting stage ( 24 ) is used to determine the mass flow rate of the flowing medium, the inputs of which are connected to the bridge diagonal points ( 16, 17 ).

5. Apparatus for carrying out the method for determining the mass flow rate of a flowing medium, in particular the air mass flow rate, which is required by an internal combustion engine during the combustion process, with a circuit arrangement operating as a resistance measuring arrangement in the manner of a bridge circuit with at least one temperature-dependent, exposed to the flowing medium Resistor and a regulating device for regulating the current flowing through the temperature-dependent resistor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the base of a transistor ( 15 ) controlling the bridge current in the case of constant current operation with the output signal of a comparison device ( 21 ) is applied, the inputs of which are fed a signal proportional to the bridge current and a constant reference value.

6. The device according to claim 5, characterized in that the base of the transistor ( 15 ) controlling the bridge current after switching from constant current operation to constant temperature operation with the output signal of a control amplifier connected to the bridge diagonal points ( 16, 17 ) ( 18 ) is applied.

7. The device according to claim 6, characterized in that the control amplifier ( 18 ) and the comparison device ( 21 ) have open-collector outputs which for an input voltage difference (U ₊ -U _- ) greater than zero to the (+) - and (-) - Entries remain locked.

8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that at the bridge diagonal points ( 16, 17 ) with a resistor ( 26 ) as an input resistor and a resistor ( 27 ) as a feedback resistor as a subtractor stage ( 24 ) connected differential amplifier ( 25 ) is connected.

9. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that the output voltage of the differential amplifier ( 25 ) for the case of constant current control is proportional to the voltage difference (U₁₁-U₁₃) to a constant (U₁₁) and that the proportionality factor is adjustable by the resistance ratio of the resistors (R₂₆, R₂₇).