DE3518409A1

DE3518409A1 - Halbleiter-stroemungsmesser zur bestimmung von stroemungsmenge und -richtung eines stroemungsmittels

Info

Publication number: DE3518409A1
Application number: DE19853518409
Authority: DE
Inventors: Masayuki Yokohama Sekimura; Shunji Ayase Kanagawa Shirouzu
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-05-22
Filing date: 1985-05-22
Publication date: 1985-11-28
Also published as: US4637253A; DE3518409C2

Description

Henkel, Feiler, Hänzel & Partner Patentanwälte

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KABUSHIKI KAISHA TOSHIBA

Kawasaki, Japan I^e:

EAK-60P015-2

Halbleiter-Strömungsmesser zur Bestimmung
von Strömungsmenge und -richtung eines
Strömungsmittels

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Halbleiter-Strömungsmesser zur Bestimmung von Strömungsmenge und -richtung eines Strömungsmittels.

Die Strömungsmessung von Strömungsmitteln, die in Industrie und im täglichen Leben eine lebenswichtige Rolle spielen, wird auf vielfältige Weise durchgeführt. Beispielsweise sind hierfür Strömungsdetektoren des Wärmestrahlungstyps und des Ultraschallwellentyps bekannt. Derartige Detektoren sind jedoch sperrig und kompliziert im Aufbau, so daß sie hohe Fertigungskosten bedingen. Außerdem eignen sich derartige Detektoren nicht für die Massenfertigung.

Andererseits ist ein Halbleiter-Strömungsdetektor bzw. -messer, der klein gebaut ist, eine genaue Strömungsmessung erlaubt und kostengünstig bereitgestellt werden kann, z.B. von Johan H. Huijsing u.a. in "Monolithic Integrated Direction-Sensitive Flow Sensor", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-29, Nr. 1, Januar 1982, und in der US-PS 3 992 940 beschrieben. Derartige.Strömungsmesser vermögen jedoch nur die Strömungs- oder Durchsatzgeschwindigkeit des Strömungs-

gO mittels, nicht aber seine Strömungsrichtung zu bestimmen. Zudem besteht dabei eine nicht-lineare Beziehung zwischen der Strömungsmenge und der Ausgangsspannung.

gg Mit Ausnahme der für Wetteruntersuchungen eingesetzten mechanischen Detektoren ist bisher noch kein Detektor

iO

oder Strömungsmesser entwickelt worden, der gleichzeitig sowohl die Strömungsmenge als auch die Strömungsrichtung zu bestimmen vermag. Im Hinblick auf diese Gegebenheiten besteht ein dringender Bedarf nach der Entwicklung eines kostensparenden, kleinen Strömungsmessers, der ohne weiteres die Messung oder Bestimmung sowohl der Strömungsmenge als auch der -richtung eines Strömungsmittels erlaubt.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Halbleiter-Strömungsmessers (flow detector),der die Bestimmung von sowohl Strömungsmenge (oder -geschwindigkeit) als auch -richtung eines Strömungsmittels erlaubt, der eine hohe, der Strömungsmenge des Strömungsmittels praktisch proportionale Ausgangsspannung liefert und der bei kleinen Abmessungen einfach aufgebaut ist und kostengünstig hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Halbleiter-Strömungsmesser zur Bestimmung von Strömungsmenge oder -geschwindigkeit und -richtung eines Strömungsmittels, umfassend ein erstes Halbleiter-Strömungsmeßelement mit einem im Mittelbereich eines Halbleiter-Substrats ausgebildeten ersten Heizelement und zwei ersten Temperatur-Meßelementen , die an den seitlichen Randabschnitten des Halbleiter-Substrats angeordnet sind, das erste Heizelement zwischen sich einschließen und symmetrisch zum ersten Heizelement liegen, eine Einrichtung zum Messen oder Bestimmen der Temperatur des der Messung unterworfenen Strömungsmittels zwecks Erzeugung eines Temperaturmeßsignals, eine erste Ansteuereinrichtung zum Erwärmen des ersten Heizelements nach Maßgabe des Temperaturmeßsignals, um die Temperatur des ersten Halbleiter-Strömungsmeßelements auf einer vorgeschrie-

benen Größe über der Temperatur des der Messung unterworfenen Strömungsmittels zu halten, eine zweite Ansteuereinrichtung zum Ansteuern der beiden ersten ° Temperatur-Meßelemente und eine erste Temperaturdifferenz-Meßeinrichtung zum Messen oder Bestimmen der Temperaturdifferenz zwischen den beiden ersten Temperatur-Meßelementen in Form eines elektrischen Signals zwecks Erzeugung eines ersten Temperaturdifferenzsignals, erfindungsgemäß gelöst durch eine erste elektrische Leistungs-Meßeinrichtung zum Bestimmen der elektrischen Leistung (power) entsprechend dem Strom, der durch das erste Heizelement fließt und zu dessen Erwärmung beiträgt, zwecks Erzeugung eines ersten elektrischen Leistungs-Meßsignals, und durch eine arithmetische Einrichtung oder Recheneinrichtung zur Ausführung vorgeschriebener arithmetischer Operationen oder Rechenoperationen unter Heranziehung des ersten Leistungs-Meßsignals und des ersten Temperaturdifferenzsignals zwecks Bestimmung von Strömungsmenge (oder -geschwindigkeit) und Strömungsrichtung des Strömungsmittels .

Die spezielle, vorstehend umrissene Ausgestaltung gemaß der Erfindung gewährleistet einen kleinen und kostengünstigen Halbleiter-Strömungsmesser, mit dem Strömungsmenge und -richtung eines Strömungsmittels gleichzeitig bestimmbar sind. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß dabei eine lineare Beziehung zwischen der Strömungsmenge und dem Meßausgangssignal (detected output signal) besteht, durch die es möglich wird, die Strömungsgeschwindigkeit mit hoher Genauigkeit zu bestimmen .

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf ein in einem Halbleiter-Strömungsmesser gemäß der Erfindung enthaltenes Halbleiter-Strömungsmeßelement, 5

Fig. 2 ein Schaltbild eines Halbleiter-Strömungsmessers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung

zwischen der Strömungsmenge (oder -geschwindigkeit) vf des zu bestimmenden Strömungsmittels und der Ausgangsspannung Vc des Halbleiter-Strömungsmessers gemäß Fig. 2, wobei die gestrichelte Kurve für einen bis

herigen Strömungsdetektor oder -messer steht,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung

zwischen der Strömungsrichtung θ des zu bestimmenden Strömungsmittels und der Ausgangs

spannung Vo des Halbleiter-Strömungsmessers gemäß Fig. 2 unter Heranziehung der Strömungsmenge vf als Parameter,

Fig. 5 ein Blockschaltbild der beim Strömungsmesser nach Fig. 2 vorgesehenen Rechenschaltung,

Fig. 6 bis 10 Schaltbilder von Halbleiter-Strömungsmessern gemäß zweiten bis sechsten Ausfüh

rungsformen der Erfindung,

Fig. 11 ein Schaltbild eines Halbleiter-Strömungsmessers gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 12 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Strömungsmitteltemperatur und dem kompensierten Ausgangssignal Vcc der Meßgröße Vc der Schaltung nach Fig. 11,

Fig. 13 eine Aufsicht auf ein Halbleiter-Strömungsmeßelement bei einem Halbleiter-Strömungsmesser gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 14 ein Schaltbild eines Halbleiter-Strömungsmessers gemäß der achten Ausführungsform der Erfindung,
15

Fig. 15 ein Blockschaltbild einer in der Schaltung nach Fig. 14 enthaltenen Rechenschaltung,

Fig. 16 eine Aufsicht auf ein Halbleiter-Strömungsmeßelement bei einem Halbleiter-Strömungs

messer gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 17 eine Aufsicht und eine Vorderansicht des in einer Packung untergebrachten Halbleiter-

Strömungsmeßelements gemäß Fig. 16,

Fig. 18 ein Schaltbild eines Halbleiter-Strömungsmessers gemäß der neunten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 19 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Strömungsrichtung θ des zu bestimmenden Strömungsmittels und den Ausgangssignalen und

Fig. 20 ein Blockschaltbild einer Rechenschaltung bei der Schaltung nach Fig. 18.

° Die Fig. 1 bis 5 veranschaulichen gemeinsam eine erste Ausführungsform der Erfindung. Gemäß Fig. 1 umfaßt ein Halbleiter-Strömungsmeß- oder -detektorelement 10 einen in einem Mittelbereich eines Halbleiter-Substrats 12 ausgebildeten Heiztransistor 14 und zwei symmetrisch zu diesem angeordnete Temperatur-Meßtransistoren 16a, 16b. Ein Strömungsmitteltemperatur-Meßfühler- oder -Detektortransistor 18 (Fig. 2) zur Bestimmung der Temperatur des Strömungsmittels und zur Lieferung eines Temperaturmeßsignals befindet sich in dem Strömungsmittel, dessen Strömungsmenge und -richtung bestimmt werden soll. Die Temperatur des Strömungsmittels wird nach dem Prinzip gemessen, daß sich die Basis-Emitterspannung des Transistors 18 proportional zu einer Temperaturänderung ändert. Es ist zu beachten, daß die Transistoren 16a, 16b durch das mit einer Geschwindigkeit vf strömende Strömungsmittel in unterschiedlichem Maße gekühlt werden. Die genannte Temperaturdifferenz wird in Form eines elektrischen Signals erfaßt oder abgegriffen (detected). Gemäß Fig. 2 ist ein Ansteuerkreis 20 zum Erwärmen des Transistors 14 mit dem Halbleiter-Strömungsmeßelement 10 verbunden. Der Transistor 14 wird durch den Ansteuerkreis 20 entsprechend dem Strömungsmitteltemperatur-Meßsignal erwärmt, um die Temperatur des Elements 10 auf einer vorgeschriebenen Größe über der Temperatur des Meß-Strömungsmittels zu halten. Das Element 10, der Strömungsmitteltemperatur-Detektortransistor 18 und der Ansteuerkreis 20 sind auf die in Fig. 2 gezeigte Weise zu einer Halbleiter-Strömungsmeßschaltung zusammengeschaltet. 35

Der Kollektor des Temperatur-Meßtransistors 16a im Halbleiter-Strömungsmeßelement 10 ist, genauer gesagt, über einen ersten Widerstand R1 mit einer ersten Stromquelle V (vgl. Fig. 2) verbunden. Die Basis des Transistors 16a liegt an Masse, während sein Emitter über einen Widerstand R3 und eine Konstantstromquelle 22 an eine zweite Stromquelle oder -Versorgung V angeschlossen ist. Der Kollektor des Temperatur-Meßtransistors 16b ist ebenfalls über einen Widerstand R2 an die erste Stromquelle V⁺ angeschlossen, während sein Emitter mit dem Emitter des Transistors 16a verbunden ist. Die Basis des Transistors 16b liegt ebenfalls an Masse. Der Kollektor des Heiztransistors 14 ist über ° einen Widerstand R4 mit der ersten Stromquelle V verbunden, während sein Emitter an die zweite Stromquelle V~ angeschlossen ist. Die Basis des Transistors 14 liegt an der Ausgangsklemme eines Operationsverstärkers 26. Kollektor und Basis des Strömungsmitteltemperatur-Detektortransistors 18 sind mit der ersten Stromquelle V bzw. Masse verbunden. Weiterhin ist der Emitter des Transistors 18 über eine Konstantstromquelle 24 mit der zweiten Stromquelle V~ verbunden. Der Knotenpunkt zwischen dem Widerstand R3 und der Konstantstromquelle 22 ist an die invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers 26 angeschlossen, dessen nicht-invertierende Eingangsklemme mit einem Knotenpunkt zwischen dem Emitter des Transistors 18 und der Konstantstromquelle 24 verbunden ist. Der Operationsverstärker 26 dient dazu, die Temperatur des Halbleiter-Strömungsmeßelements 10 um eine vorbestimmte Größe über der Temperatur des der Messung unterworfenen Strömungsmittels zu halten. Insbesondere werden dabei die an invertierende und nicht-invertierende Eingangsklemme angelegten Eingangssignale im Operationsverstärker 26 zur

Lieferung eines Ausgangssignals, das an die Basis des Heiztransistors 14 angelegt wird, verglichen. Hierdurch wird der über den Transistor 14 fließende Kollektorstrom Ic so geregelt, daß die Temperatur des Strömungsmeßelements 10 auf der gewünschten Größe gehalten wird. Es ist zu beachten, daß eine Ausgangsspannung Vo entsprechend der Temperaturdifferenz, die sich mit der Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels ändert, zwischen den Temperatur-Meßtransistoren 16a und 16b zwischen deren Kollektoren erzeugt wird. Die Ausgangsspannung Vo wird einer arithmetischen Schaltung bzw. Rechenschaltung 28 zugeführt. Das Kollektorpotential Vc des Heiztransistors 14, das sich mit dem Kollektorstrom Ic ändert, wird ebenfalls der Rechenschaltung eingespeist. In der Rechenschaltung 28 wird eine vorgeschriebene arithmetische Operation bzw. Rechenoperation anhand des Kollektorpotentials Vc und der Ausgangsspannung Vo durchgeführt, um dadurch die Strömungsmenge und -richtung des Strömungsmittels abzuleiten .

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Strömungsmenge oder -geschwindigkeit (flow rate) vf und dem sich mit der Strömungsmenge vf ändernden Kollektorpotential Vc. Wie sich aus Fig. 3 ergibt, ist die Ausgangsspannung beim erfindungsgemäßen Strömungsmesser deutlich größer als beim bisherigen Halbleiter-Strömungsmesser oder -detektor, der beispielsweise in "Monolithic Integrated Direction-Sensitive Flow Sensor" beschrieben ist.

Außerdem bildet die Kurve für den erfindungsgemäßen Strömungsmesser praktisch eine Gerade. Zu beachten ist auch, daß der erfindungsgemäße Halbleiter-Strömungsmesser von der Strömungsrichtung des Strömungsmittels im wesentlichen unabhängig ist, so daß die Strömungs-

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menge vf anhand des Ausgangssignals bzw. der Ausgangsspannung Vc genau bestimmt werden kann.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, entspricht das Kollektorpotential Vc des Heiztransistors 14 :

Vc = a · vf . . . (1 )

Hieraus ergibt sich die Strömungsmenge vf des Strömungsmittels zu vf = Vc/a.

Fig. 4 veranschaulicht die Abhängigkeit des zwischen den Kollektoren der Temperatur-Meßtransistoren 16a und 16b erhaltenen Ausgangssignals Vo von der Strömungsrichtung θ des Strömungsmittels. Gemäß Fig. 4 besteht zwischen der Strömungsmenge vf des Strömungsmittels, seiner Strömungsrichtung θ und dem Ausgangssignal Vo die folgende Beziehung:

Vo = b'/vT*cose ··· (2)

Demzufolge gilt:

ΛΤ = /Vc/a · · · (33

v_o/b = i/vT'COse ··· O)

cose = [Vo/b]/[/Vc/a] .-. (5)

e = cos"¹ [CVo/b)//Vc/a] ... (6)

Nach diesem Verfahren kann die Strömungsrichtung θ (0 ^ θ < 180) des Strömungsmittels anhand der Ausgangssignale Vo und Vc abgeleitet werden.

Die Rechenschaltung 28 zur Durchführung der oben genannten Operation besitzt den in Fig. 5 dargestellten

1ί

Aufbau. Insbesondere wird dabei das Kollektorpotential Vc des Heiztransistors 14 einem Teilerkreis 30 zugeführt, um die Operation nach Gleichung (1) auszuführen und damit die Strömungsmenge des. Stromungsmittels zu berechnen. Ein Strömungsmengensignal wird vom Teilerkreis 30 zu einem Quadratwurzel-Rechnerkreis 32 geleitet. In letzterem wird die Berechnung gemäß Gleichung (3) durchgeführt, und das Rechenergebnis wird zu einem Teiler- ·*■" kreis 34 übertragen. Andererseits wird das Ausgangssignal der Temperatur-Meßtransistoren 16a, 16b entsprechend der Temperaturdifferenz einem Teilerkreis 36 zugeliefert, in welchem eine Berechnung für Vo/b durchgeführt wird. Das Rechenergebnis wird dem ge- *5 nannten Teilerkreis 34 zugeführt; dies bedeutet, daß der Teilerkreis 34 mit den Ausgangssignalen sowohl des Quadratwurzel-Rechnerkreises 32 als auch des Teilerkreises 36 beschickt wird. Die Berechnung nach Gleichung (5) erfolgt im Teilerkreis 34 zur Ableitung der Größe von COS0 . Das Rechenergebnis wird vom Teilerkreis 34 zu einem arithmetischen Kreis oder Rechenkreis 38 geliefert, in welchem die Berechnung nach Gleichung (6) zur Bestimmung oder Ableitung der Strömungsrichtung θ des Strömungsmittels durchgeführt wird. Nach diesem Verfahren lassen sich erfindungsgemäß Strömungsmenge vf und Strömungsrichtung θ des Strömungsmittels gleichzeitig ableiten. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß die Strömungsmenge vf des Strömungsmittels und das Ausgangssignal Vc des Heiztransistors 14 eine lineare Beziehung zueinander besitzen, wodurch eine hohe Meßgenauigkeit erzielt wird. Die Meßgenauigkeit wird weiterhin dadurch verbessert, daß das Ausgangssignal Vc einen bemerkenswert hohen Spannungspegel besitzt.

Fig. 6 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die auf dem Prinzip beruht, daß der Kollek-

torstrom Ic bei einem bipolaren Transistor praktisch dem Emitterstrom Ie gleich ist. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 wird daher anstelle des Kollektorpotentials Vc das Basispotential Vb als Ausgangssignal erfaßt und abgegriffen. Die Schaltung gemäß Fig. 6 entspricht im wesentlichen derjenigen nach Fig. 2, nur mit dem Unterschied, daß ein Widerstand R5 zum Erfassen oder Abgreifen des Basispotentials Vb vorgesehen ist,

■^L(-⁾ und der Widerstand R4 gemäß Fig. 2 bei der Schaltung nach Fig. 6 nicht verwendet wird, weil bei letzterer das Kollektorpotential nicht erfaßt oder abgegriffen zu werden braucht. In Fig. 6 sind den Teilen von Fig. 2 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie

■*·" vorher bezeichnet und daher nicht mehr im einzelnen erläutert.

Fig. 7 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform der Erfindung, die bezüglich ihres Aufbaus im wesentlichen der Ausführungsform nach Fig. 6 entspricht, nur mit dem Unterschied, daß gemäß Fig. 7 anstelle des bei der Ausführungsform nach Fig. 6 erfaßten oder abgegriffenen Basispotentials Vb das Emitterpotential Ve erfaßt oder abgegriffen wird. Zum Erfassen oder Abgreifen (detect) des Emitterpotentials Ve ist bei der Schaltung gemäß Fig. 7 ein Widerstand R5 angeordnet. Die Ausführungsform nach Fig. 7 gewährleistet ebenfalls ein Ausgangssignal Ve mit einer linearen Beziehung zur Strömungsmenge Vf des Strömungsmittels. In Fig. 7 sind den Teilen von Fig. 6 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und daher nicht im einzelnen erläutert.

Die in Fig. 8 dargestellte vierte Ausführungsform der Erfindung entspricht aufbaumäßig praktisch der Aus-

führungsform nach Fig. 2, nur mit dem Unterschied,daß gemäß Fig. 8 die Konstantstromquellen 22 und 24 nach

Fig. 2 durch Widerstände R6 bzw. R7 ersetzt sind. Mit 5

der Ausführungsform gemäß Fig. 8 kann wiederum die

spezielle Wirkung gemäß der Erfindung erzielt werden. Die den Teilen von Fig. 2 entsprechenden Teile gemäß Fig. 8 sind mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und nicht mehr näher erläutert. 10

Fig. 9 veranschaulicht eine fünfte Ausführungsform der Erfindung, die bezüglich des Aufbaus oder der Anordnung praktisch der Ausführungsform gemäß Fig. 2 entspricht, nur mit dem Unterschied, daß in Fig. 9 ein

*° Widerstand R8 anstelle des Strömungsmitteltemperatur-Detektortransistors 18 nach Fig. 2 vorgesehen ist. Der Widerstand R8 kann den Transistor 18 dann ersetzen, wenn die Temperaturschwankungen des Strömungsmittels gering sind. Bei der Schaltung nach Fig. 9 sind den Teilen von Fig. 2 entsprechende Teile wiederum mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und nicht im einzelnen erläutert.

Fig. 10 veranschaulicht eine sechste Ausführungsform der Erfindung, die aufbaumäßig praktisch der Ausführungsform nach Fig. 2 entspricht und sich von dieser dadurch unterscheidet, daß gemäß Fig. 10 Dioden oder in Diodenschaltung angeordnete Transistoren 40, 42a und 42b anstelle des Strömungsmitteltemperatur-Detektortransistors 18 bzw. der Temperatur-Meßtransistoren 16a und 16b gemäß Fig. 2 vorgesehen sind. Außerdem wird der Halbleiter-Strömungsmesser gemäß Fig. 10 durch eine einzige Stromquelle 44 angesteuert. Weiterhin ist der Kollektor des Transistors 40 mit der Plusklemme der Stromquelle 44 über einen Widerstand R9 verbunden,

der dazu dient, die Potentialdifferenz zwischen invertierender und nicht-invertierender Eingangsklemme des Operationsverstärkers 26 zu vermindern bzw. zu ° unterdrücken. Mit der Ausführungsform gemäß Fig. 10 kann wiederum die besondere Wirkung gemäß der Erfindung erzielt werden. Den Teilen von Fig. 2 entsprechende Teile der Schaltung gemäß Fig. 10 sind mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und daher nicht mehr erläutert.

Fig. 11 zeigt noch eine siebte Ausführungsform der Erfindung, die im wesentlichen derjenigen nach Fig. 2 entspricht und sich von letzterer dadurch unterscheidet, daß gemäß Fig. 11 ein Kompensationskreis 50 vorgesehen ist, um durch Temperaturschwankung hervorgerufene Schwankung des Ausgangssignals Vc zu kompensieren. Wenn ein Strom nicht durch den im Halbleiter-Strömungsmeßelement 10 gemäß Fig. 2 vorgesehenen Heiztransistors 14 fließt, ändert sich das Kollektorpotential Vc des Transistors 14 proportional zur Temperatur auf die nachstehend angegebene Weise:

Vc = Vco - ac (T-To) ···

Darin bedeuten:

Vco = Kollektorpotential bei der Bezugstemperatur To

und

oi-c = Temperaturkoeffizient.
30

Das Emitterpotential eines Transistors ändert sich bekanntlich auch proportional zur Temperatur auf die nachstehend angegebene Weise:

Vbe = aT(T-To) - vbeo ... (8)

Darin bedeuten:

Vbeo = Emitterpotential bei der Bezugstemperatur To und
oCT = Temperaturkoeffizient.

Wie vorstehend erwähnt, ändern sich sowohl das Kollektorpotential Vc als auch das Emitterpotential Vbe proportional zur (in Abhängigkeit von der) Temperatur. Mittels der Durchführung einer Rechenoperation an Vc und Vbe kann somit ein Ausgangssignal erhalten werden, das nicht durch die Temperatur verändert wird bzw. sich nicht mit der Temperatur ändert.

Der Kompensationskreis 50 besteht aus zwei Operationsverstärkern 52 und 54 sowie Widerständen R110, R112,. R114, R116, R118 und R120. Die nicht-invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers 14 ist mit der nicht-invertierenden Eingangsklemme des Operations-Verstärkers 52 verbunden, dessen invertierende Eingangsklemme über den Widerstand R110 an Masse liegt. Die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 52 ist über den Widerstand R112 an seine invertierende Eirigangsklemme und über den Widerstand R114 an die nichtinvertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers 54 angeschlossen. Das Kollektorpotential Vc des Heiztransistors 14 wird über den Widerstand R116 der nichtinvertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers 54 aufgeprägt. Die invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers 54 ist über den Widerstand R118 mit Masse und über den Widerstand R120 mit seiner Ausgangsklemme verbunden. Die kompensierte Ausgangsspannung Vcc wird von der Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 54 abgenommen und der Rechenschaltung 28 zugeführt. Auf diese Weise werden wie bei der Aus-

ORIGINAL li&

führungsform gemäß Fig. 2 Strömungsmenge oder -geschwindigkeit und -richtung des Strömungsinittels bestimmt oder erhalten. Es ist darauf hinzuweisen, daß die im Kompensationskreis 50 enthaltenen Widerstände R114, R116, R118 und R120 jeweils gleiche Widerstandswerte besitzen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 11 entspricht das Ausgangssignal Vcc des Halbleiter-Strömungsmessers :

vcc = Vc + (1 + R112/R110)Vbe ··· (?)

Durch Einsetzen von Gleichungen (7) und (8) in Gleichung (9) erhält man:

Vcc = [Vco + acTo - (1.+ R112/R110) (aT-To + Vbeo)] + [(I ⁺ RH2/R110)aT - ac]T ... (10)

Der zweite Ausdruck in Gleichung (10) gibt an, daß sich das Ausgangssignal Vcc mit der Temperatur ändert. Das Ausgangssignal Vcc kann temperaturunabhängig gestaltet werden, indem die Widerstandswerte der Widerstände R110 und R112 so gewählt werden, daß der temperaturabhängige zweite Ausdruck auf die nachstehend angegebene Weise zu Null wird:

(1 + R112/R110)aT - ac = 0 ... ClI)

Fig. 12 veranschaulicht den Temperaturgang beim Nullpunkt-Ausgangssignal des Halbleiter-Strömungsmessers gemäß Fig. 11. Hieraus ist ersichtlich, daß sich das Nullpunkt-Ausgangssignal (zero point output) bei einer Temperaturänderung überhaupt nicht ändert. Offensichtlich ermöglicht die Ausführungsform nach Fig. 11 eine noch genauere Messung von Strömungsmenge und -richtung des Strömungsmittels. Die den Teilen von Fig. 2 entsprechenden Teile gemäß Fig. 11 sind mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und daher nicht im

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einzelnen erläutert.

Die Fig. 13 bis 15 veranschaulichen gemeinsam eine achte Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform werden zwei Halbleiter-Strömungsmeßelemente zur Messung von Strömungsmenge und -richtung des Strömungsmittels über einen Bereich von 0 bis 360° benutzt. Es ist dabei zu beachten, daß die Halbleiter-Stromungsmeßelemente 10a und 10b um 90° zueinander versetzt angeordnet sind. Gemäß Fig. 13 besteht das Halbleiter-Strömungsmeßelement 10a aus einem Heiztransistor 14a und zwei Temperatur-Meßtransistoren 16a1 und 16b1, während das Element 10b einen Heiztransistor 14b und zwei Temperatur-Meßtransistoren 16a2 und 16b2 umfaßt. Das Strömungsmittel strömt dabei in Richtung des Winkels θ in einer Menge oder mit einer Geschwindigkeit von vf.

Gemäß Fig. 14 ist der Kollektor des Temperatur-Meßtransistors 16a1 im Stromungsmeßelement 10a über den Widerstand R11 mit der ersten Stromquelle V verbunden, während die Basis des Transistors 16a1 an Masse liegt. Der Emitter des Transistors 16a1 ist über den Widerstand R31 mit der zweiten Stromquelle V~ sowie einer Konstantstromquelle 22a verbunden. Der Kollektor des Temperatur-Meßtransistors 16b1 ist über den Widerstand R21 mit der ersten Stromquelle V verbunden, während seine Basis an Masse liegt. Die Emitter der Transistoren 16a1 und 16b1 sind zusammengeschaltet· Der Kollektor des Heiztransistors 14a ist über den Widerstand R41 mit der ersten Stromquelle V verbunden, während seine Basis an die Ausgangsklemme eines Operationsverstärkers 26a angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors 14a ist mit der zweiten Stromquelle V~ verbunden. Der Kollektor

des Strömungsmitteltemperatur-Meßfühler- oder -Detektortransistors 18 ist an die erste Stromquelle V angeschlossen, während seine Basis an Masse liegt. Der Emitter dieses Transistors 18. ist über eine Konstantstromquelle 24 mit der zweiten Stromquelle oder -Versorgung V~ verbunden. Der Knotenpunkt zwischen dem Widerstand R31 und der Konstantstromquelle 22a ist an die invertierende Eingangsklemme de~s Operationsver-I^ stärkers 26a angeschlossen. Weiterhin istvder Knotenpunkt zwischen dem Emitter des Transistors 18 und der Konstantstromquelle 24 mit der nicht-invertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers 26a verbunden. Die an invertierende und nicht-invertierende Eingangsklemme angelegten Eingangssignale werden im Operationsverstärker 26a zur Lieferung eines Ausgangssignals verglichen, das an die Basis des Heiztransistors 14a angelegt wird. Als Ergebnis wird der durch den Transistor 14a fließende Kollektorstrom Id so geändert, daß die Temperatur des Strömungsmeßelements 10a um eine vorbestimmte Größe über der Temperatur des der Messung unterworfenen Strömungsmittels bleibt. Es ist darauf hinzuweisen, daß eine Ausgangsspannung Vo1 entsprechend der Temperaturdifferenz zwischen den Temperatur-Meßtransistoren 16a1 und 16b1, die sich aufgrund der bzw. mit der Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels ändert, zwischen den Kollektoren der Meßtransistoren 16a1 und 16b1 erzeugt wird. Die Ausgangsspannung Vo1 wird einer Rechenschaltung 128 zugeführt, die auch mit dem sich mit dem Kollektorstrom Id ändernden Kollektorpotential Vd des Transistors 14a gespeist wird.

Der Kollektor des Temperatur-Meßtransistors 16a2 im Strömungsmeßelement 10b ist über den Widerstand R12 mit der ersten Stromquelle oder -Versorgung V verbunden, während seine Basis an

Masse liegt. Der Emitter des Transistors 16a2 ist über den Widerstand R32 und eine Konstantstromquelle 22b an die zweite Stromquelle oder -Versorgung V~ angeschlossen. Der Kollektor des Temperatur-Meßtransistors 16b2 ist über den Widerstand R22 mit der ersten Stromquelle V verbunden, während seine Basis an Masse liegt. Die Emitter der Transistoren 16a2 und 16b2 sind zusammengeschaltet. Der Kollektor des Heiztransistors 14b ist über den Widerstand R42 mit der ersten Stromquelle V verbunden,während Basis und Emitter des Transistors 14b an die Ausgangsklemme eines Operationsverstärkers 26b bzw. die zweite Stromquelle V angeschlossen sind. Der Knotenpunkt zwischen dem Widerstand R32 und der Konstantstromquelle 22b ist mit der invertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers 26b verbunden, wobei der Knotenpunkt zwischen dem Emitter des Temperatur-Detektortransistors 18 und der Konstantstromquelle 24 mit der nicht-invertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers 26b verbunden ist.

Die an invertierende und nicht-invertierende Eingangsklemme angelegten Eingangssignale werden im Operationsverstärker 26b zur Lieferung eines Ausgangssignals verglichen, das an die Basis des Heiztransistors 14b angelegt wird, um den durch letzteren fließenden Kollektorstrom Ic2 zu ändern. Infolgedessen wird die Temperatur des Halbleiter-Strömungsmeßelements 10b um eine vorgeschriebene Größe über der Temperatur des der Messung unterworfenen Strömungsmittels gehalten. Es ist darauf hinzuweisen, daß eine der strömungsmengen- oder -geschwindigkeitsabhängigen Temperaturdifferenz zwischen den Meßtransistoren 16a2 und 16b2 entsprechende Ausgangsspannung Vo2 zwischen den Kollektoren dieser Transistoren 16a2 und 16b2 erzeugt wird. Die Ausgangsspannung Vo2 wird der Rechenschaltung 128 züge-

führt, die auch mit dem sich mit dem Kollektorstrom Ic2 ändernden Kollektorpotential Vc2 des Heiztransistors 14b gespeist wird.
5

In der Rechenschaltung 128 werden anhand des Kollektorpotentials Vd oder Vc2 sowie der Ausgangsspannung Vo1 und Vo2 vorgestimmte Rechenoperationen zur Berechnung der Strömungsmenge und -richtung des Strömungs-¹^ mittels ausgeführt.

Das Kollektorpotential Vd des Heiztransistors 14a entspricht :

ve1 = al · vf1 ...(12)

Die Strömungsmenge oder -geschwindigkeit des Strömungsmittels ist daher gleich vf1 = Vc1/a1.

Das Kollektorpotential Vc2 des Heiztransistors 14b entspricht :

Vc2 = a2*vf2 ··· ^¹³ ^

Die Strömungsmenge oder -geschwindigkeit (flow rate) vf2 des Strömungsmittels ist daher gleich vf2 = Vc2/a2. Wenn die Mittelwerte der Strömungsmengen vf1 und vf2 erhalten oder abgeleitet werden, kann die Strömungsmenge vf des Strömungsmittels genau bestimmt werden.

Zwischen Strömungsmenge vf, Strömungsrichtung θ und Ausgang bzw. Ausgangssignal Vo1 besteht die folgende Beziehung:

VoI = b'/vf'C0S9 ··· C14)

ζ/

Zwischen Strömungsmenge vf, Strömungsrichtung θ und Ausgang oder Ausgangsspannung Vo2 besteht zudem die folgende Beziehung:

Vo2 = b'/vT*sine ··· C15 D

Anhand der Gleichungen (14) und (15) ergibt sich: tane = Vo2/Vol ··· (163

θ = tan"¹(Vo2/Vol) ... (173

Die Strömungsrichtung θ des Strömungsmittels wird auf oben angegebene Weise bestimmt.

Die Rechenschaltung 128 zur Durchführung der vorstehend

I^ beschriebenen arithmetischen Operationen oder Rechenoperationen besitzt den in Fig. 15 gezeigten Aufbau. Dabei wird insbesondere das Kollektorpotential Vc1 des Heiztransistors 14a einem Teilerkreis 60 zugeführt, in welchem eine Rechenoperation gemäß Gleichung (12) zur Berechnung der Strömungsmenge vf1 des Strömungsmittels ausgeführt wird. Das Strömungsmengensignal vfi wird einem Mittelwert(bildungs)kreis 64 zugeführt. Andererseits wird das Kollektorpotential Vc2 des Heiztransistors 14b einem Teilerkreis 62 zugeführt, in welchem eine Rechenoperation auf der Grundlage der Gleichung (13) zur Berechnung der Strömungsmenge vf2 des Strömungsmittels ausgeführt wird. Der Mittelwertkreis 64 wird auch mit dem vom Teilerkreis 62 gelieferten Strömungsmengensignal vf2 beschickt.

im Mittelwertkreis 64 wird ein arithmetischer Mittelwert der Strömungsmengensignale vf1 und vf2 berechnet, um die Strömungsmenge vf des Strömungsmittels zu bestimmen. Das Ausgangssignal Vo1 der Temperatur-Meßtransistoren 16a1 und 16b1 wird zusammen mit dem Ausgangssignal Vo2 der Meßtransistoren 16a2 und 16b2

einem Teilerkreis 66 eingespeist. In letzterem wird die Größe von Vo2/Vo1 berechnet, und das Ausgangssignal des Teilerkreises 66 wird einem Rechnerkreis 68 zugeführt. In letzterem wird nach Gleichung (17) eine Rechenoperation zur Berechnung der Strömungsrichtung θ des Strömungsmittels ausgeführt. Bei der dargestellten Ausführungsform können Strömungsmenge vf und Strömungsrichtung θ des Strömungsmittels über einen Bereich von 0 - 360° gemessen werden.

Die Figuren 16 bis 20 veranschaulichen gemeinsam einen Halbleiter-Strömungsmesser gemäß einer neunten Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei welcher ein HaIbleiter-Strömungsmeßelement 210 einen im Mittelbereich eines Halbleiter-Substrats 212 ausgebildeten Heiztransistors 214 sowie Temperatur-Meßtransistoren 216a, 216b, 216c und 216d aufweist, die gemäß Fig. 16 in gleichen Abständen auf einem Kreis mit auf dem Mittelpunkt liegendem Heiztransistor 214 angeordnet sind.

Das Meßelement 210 mit diesem Aufbau ist gemäß Fig. 17 in eine Packung bzw. Kapsel 270 eingebaut und zur Bildung einer Halbleiter-Strömungsmeßschaltung gemäß Fig. 18 in einen Schaltkreis einbezogen. Dabei ist der zur Messung der Strömungsmitteltemperatur zwecks Erzeugung eines Temperaturmeßsignals dienende Strömungsmitteltemperatur-Meßfühler- bzw. -Detektortransistor 218 in dem der Messung unterworfenen Strömungsmittel angeordnet .
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Gemäß Fig. 18 ist der Kollektor des im Halbleiter-Strömungsmeßelement 210 angeordneten Temperatur-Meßtransistor 216a über einen Widerstand R201 mit einer ersten Stromquelle oder -Versorgung V verbunden, wobei die Basis des Transistors 216a an Masse liegt.

Der Emitter des Transistors 216a ist über einen Widerstand R203 und eine Konstantstromquelle 222 an eine zweite Stromquelle oder -Versorgung V~ angeschlossen. Der Kollektor des Meßtransistors 216b ist über einen Widerstand R202 mit der ersten Stromquelle V verbunden, während Basis und Emitter des Transistors 216b an Masse bzw. am Emitter des Transistors 216a liegen. Der Kollektor des Temperatur-Meßtransistors 216c ist über einen Widerstand R211 an die erste Stromquelle V angeschlossen, während Basis und Emitter des Transistors 216c mit Masse bzw. mit dem Emitter des Transistors 216b verbunden sind. Weiterhin ist der Kollektor des Temperatur-Meßtransistors 216d über einen

!5 Widerstand R212 mit der ersten Stromquelle V⁺ verbunden, während Basis und Emitter des Transistors 216d mit Masse bzw. mit dem Emitter des Transistors 216c verbunden sind.

Der Kollektor des Heiztransistors 214 ist über einen Widerstand R204 mit der ersten Stromquelle V verbunden, während seine Basis und sein Emitter mit der Ausgangsklemme eines Operationsverstärkers 226 bzw. der zweiten Stromquelle V~ verbunden sind. Der Kollektor des Strömungsmitteltemperatur-Detektortransistors 218 ist unmittelbar an die erste Stromquelle V angeschlossen, während seine Basis an Masse liegt. Der Emitter des Detektortransistors 218 ist über eine Konstantstromquelle 224 mit der zweiten Stromquelle V~ verbunden.

Der Knotenpunkt zwischen dem Widerstand R203 und der Konstantstromquelle 222 ist an die invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers 226 angeschlossen. Der Knotenpunkt zwischen dem Emitter des Transistors

218 und der Konstantstromquelle 224 liegt an der nichtinvertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers 226. Die an invertierende und nicht-invertierende ° Eingangsklemme des Operationsverstärkers 226 angelegten Eingangssignale werden im Operationsverstärker 226 (miteinander) verglichen, wobei das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 226 der Basis des Heiztransistors 214 aufgeprägt wird, um den durch letzteren ¹^ fließenden Kollektorstrom Ic zu steuern bzw. zu regeln. Als Ergebnis wird die Temperatur des Halbleiter-Strömungsmeßelements 210 auf einer vorgeschriebenen Größe über der Temperatur des der Messung unterworfenen Strömungsmittels gehalten. Es ist darauf hinzuweisen, daß eine Ausgangsspannung V1ο entsprechend der Temperaturdifferenz zwischen den Temperatur-Meßtransistoren 216a und 216b, die sich aufgrund der bzw. mit der Strömungsmenge des Strömungsmittels ändert, zwischen den Kollektoren der Meßtransistoren 216a und 216b erzeugt wird. Die Ausgangsspannung V1o wird einer Rechenschaltung 228 zugeführt. Ebenso wird eine Ausgangsspannung V2o entsprechend der Temperaturdifferenz zwischen den Temperatur-Meßtransistoren 216c und 216d, die sich aufgrund der bzw. mit der Strömungsmenge des Strömungsmittels ändert, zwischen den Kollektoren der Meßtransistoren 216c und 216d erzeugt. Die Ausgangsspannung V2o wird ebenfalls der Rechenschaltung 228 eingespeist. Die Rechenschaltung 228 wird weiter mit dem Kollektorpotential Vc des Heiztransistors 214, das durch den Kollektorstrom Ic geändert wird, gespeist. In der Rechenschaltung 228 werden vorbestimmte arithmetische Operationen oder Rechenoperationen mittels des Kollektorpotentials Vc und der Ausgangsspannungen V1 ο und V2o zur Berechnung von Strömungsmenge und -richtung des Strömungsmittels ausgeführt.

Das Kollektorpotential Vc des Heiztransistors 214 entspricht :

Vc = a-vf ... (18)

Die Strömungsmenge vf des Strömungsmittels ist daher gleich vf = Vc/a.

Fig. 19 zeigt die Abhängigkeit der Ausgangssignale oder -spannungen V1o und V2o von der Strömungsrichtung θ des Strömungsmittels. Zwischen Strömungsmenge vf, Strömungsrichtung θ und Ausgangssignal V1o besteht die folgende Beziehung:

VIo = b-/vT'COS6 · ' * ^¹⁹-¹

Ebenso besteht zwischen Strömungsmenge vf, Strömungsrichtung θ und Ausgangssignal V2o die folgende Beziehung :

V2o = b*/vT'Sine ··· (20]

Aus Gleichungen (19) und (15) bzw. (20) ergibt sich: tang = V2o/Vlo ... (21)

θ = tan"¹(V2o/Vlo) ... (22)

Wie sich aus obigem ergibt, ermöglicht der Strömungsmesser oder -detektor gemäß dieser Ausführungsform die (genaue) Bestimmung der Strömungsrichtung θ des Strömungsmittels .

Die Rechenschaltung 228 zur Ausführung der vorstehend beschriebenen Operationen besitzt den in Fig. 20 gezeigten Aufbau. Insbesondere wird dabei das Kollektorpotential Vc des Heiztransistors 214 einem Teilerkreis 260 zugeführt, in welchem eine Rechenoperation nach Gleichung (18) zur Berechnung der Strömungsmenge vf

des Strömungsmittels ausgeführt wird. Das Ausgangssignal bzw. die Ausgangsspannung V1ο der Temperatur-Meßtransistoren 216a und 216b wird zusammen mit dem Ausgangssignal bzw. der Ausgangsspannung V2o der Temperaturmeßtransistoren 216c und 216d einem Teilerkreis 266 eingespeist, wobei letzterer die Berechnung V2o/V1o ausführt. Das Ausgangssignal des Teilerkreises 266 wird einem Rechnerkreis 268 zugeführt, in welchem eine Berechnung nach Gleichung(22) ausgeführt wird, um die Strömungsrichtung θ des Strömungsmittels zu bestimmen. Nach diesem Verfahren können bei der dargestellten Ausführungsform sowohl die Strömungsmenge vf als auch die Strömungsrichtung θ des Strömungsmittels genau gemessen werden.

4H-

- Leerseite

Claims

Patentansprüche

(1./ Halbleiter-Strömungsmesser zur Bestimmung von Strömungsmenge oder -geschwindigkeit und -richtung eines Strömungsmittels, umfassend ein erstes Halbleiter-Strömungsmeßelement (10, 10a, 210) mit einem im Mittelbereich eines Halbleiter-Substrats (12) ausgebildeten ersten Heizelement (14, 214, 14a) und zwei ersten Temperatur-Meßelementen (16a, 16b, 16a1, 16b1, 216a, 216b), die an den seitlichen Randabschnitten des Halbleiter-Substrats angeordnet sind, das erste Heizelement zwischen sich einschließen und symmetrisch zum ersten Heizelement liegen, eine Einrichtung (18, 218) zum Messen oder Bestimmen der Temperatur des der Messung unterworfenen Strömungsmittels zwecks Erzeugung eines Temperaturmeßsignals, eine erste Ansteuereinrichtung (22, 24, 26, R3, V⁺, V~, 222, 224, 226, R203, 22a, 26a, R31) zum Erwärmen des ersten Heizelements nach Maßgabe des Temperaturmeßsignals, um die Temperatur des ersten Halbleiter-Strömungsmeßelements auf einer vorgeschriebenen Größe über der Temperatur des der Messung unterworfenen Strömungsmittels zu halten,

eine zweite Ansteuereinrichtung (V , V~) zum Ansteuern der beiden ersten Temperatur-Meßelemente und eine erste Temperaturdifferenz-Meßeinrichtung (R1, R2, R201, R202, R11, R21) zum Messen oder Bestimmen der Temperaturdifferenz zwischen den beiden ersten Tempe-3g ratur-Meßelementen in Form eines elektrischen Signals

zwecks Erzeugung eines ersten Temperaturdifferenzsignals (Vo, V1o, Vo1),

gekennzeichnet durch eine erste elektrische Leistungs-Meßeinrichtung (R4, R204, R41) zum Bestimmen der elektrischen Leistung (power) entsprechend dem Strom, der durch das erste Heizelement (14, 14a, 214) fließt und zu dessen Erwärmung beiträgt, zwecks Erzeugung eines ersten elektrisehen Leistungs-Meßsignals (Vc, Vb, Ve, Vd) und durch eine arithmetische Einrichtung oder Recheneinrichtung (28, 128, 228) zur Ausführung vorgeschriebener arithmetischer Operationen oder Rechenoperationen unter Heranziehung des ersten Leistungs-Meßsignals (Vc, Vb, Ve, Vd) und des ersten Temperaturdifferenzsignals (Vo, V1o, Vo1) zwecks Bestimmung von Strömungsmenge (oder -geschwindigkeit) (vf) und Strömungsrichtung(Θ) des Strömungsmittels.
2. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (28) eine Teilereinheit (30) zur Abnahme des ersten (elektrischen) Leistungs-Meßsignals zwecks Teilung desselben durch eine vorgeschriebene Größe, um die Strömungsmenge (flow rate) des Strömungsmittels zu bestimmen und ein Strömungsmengensignal zu erzeugen, eine Einheit (32) zur Abnahme des Stromungsmengensignals, um seine Quadratwurzel zu bestimmen und damit ein Quadratwurzelsignal zu erzeugen, eine Einheit (36) zur Abnahme des ersten Temperaturdifferenzsignals, um dieses durch eine andere vorgeschriebene Größe zu teilen und ein erstes Teilungssignal zu erzeugen,
eine Einheit (34) zur Abnahme des Quadratwurzelsignals

ge und des ersten Teilungssignals, um letzteres durch das

Quadratwurzelsignal zu teilen und damit ein zweites Teilungssignal zu erzeugen, und

eine Einheit (38) zum Berechnen des arc cos (Arcus cosinus) des zweiten Teilungssignals zwecks Bestimmung der Strömungsrichtung des Strömungsmittels aufweist.
3. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Heizelement (14, 214, 14a) ein Bipolar-Transistor ist.
4. Strömungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (elektrische) Leistungs-Meßeinrichtung das Kollektorpotential (Vc, Vc 1) entsprechend dem Kollektorstrom des Bipolar-Transistors als erstes (elektrisches) Leistungsmeßsignal mißt oder erfaßt.
5. Strömungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (elektrische) Leistungs-Meßeinrichtung das Basispotential (Vb) des Bipolar-Transistors als erstes (elektrisches) Leistungsmeßsignal erfaßt.
6. Strömungsmesser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (elektrische) Leistungs-Meßeinrichtung das Emitterpotential (Ve) des Bipolar-Transistors als erstes (elektrisches) Leistungsmeß-

QQ signal erfaßt.
7. Strömungsmesser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ersten Temperatur-Meßelemente (16a, 16b, 16a1, 16b1,

gg 216a, 216b) aus Bipolar-Transistoren gebildet sind.
8. Strömungsmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Temperaturdifferenz-Meßeinrichtung die Kollektorstromdifferenz zwischen den beiden Bipolar-Transistoren als erstes Temperaturdifferenzsignal (Vo₁ V1o, Vo1) erfaßt.
9. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ersten Temperatur-Meßelemente aus zwei Dioden (42a, 42b) gebildet sind.
10. Strömungsmesser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Temperaturdifferenz-Meßeinrichtung den durch jede der beiden Dioden fließenden Strom als erstes Temperaturdifferenzsignal (Vo) erfaßt.
11. Strömungsmesser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Halbleiter-Strömungsmeßelement (21o) weiterhin ein zweites Paar von Temperatur-Meßelementen (216c, 216d) aufweist, die unter Zwischenfügung des ersten Heizelements (214) zwischen sich im Halbleiter-Substrat (212) in einer Richtung senkrecht zu den beiden ersten Temperatur-Meßelementen (216a, 216b) verlaufend angeordnet sind,
daß weiterhin

eine dritte Ansteuereinrichtung (V , V~) zum Ansteuern der beiden Temperatur-Meßelemente und

OQ eine zweite Temperaturdifferenz-Meßeinrichtung (R211, R212) zur Erfassung der Temperaturdifferenz zwischen den beiden zweiten Temperatur-Meßelementen als ein elektrisches Signal zwecks Erzeugung eines zweiten Temperaturdifferenzsignals (V2o) vorgesehen sind,

_Qr- und daß

das zweite Temperaturdifferenzsignal (V2o) der Recheneinrichtung (228) zuführbar ist, um diese in die Lage zu versetzen, vorgeschriebene Rechenoperationen zwischen dem ersten (elektrischen) Leistungs-Meßsignal (Vc), dem ersten Temperaturdifferenzsignal (V1o) und dem zweiten Temperaturdifferenzsignal (V2o) zwecks Bestimmung von Strömungsmenge (vf) und -richtung (Θ) des Strömungsmittels auszuführen.
10
12. Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (228) eine Teilereinheit (260) zur Abnahme des ersten (elektrischen) Leistungs-Meßsignals (Vc) zwecks Teilung desselben durch eine vorgeschriebene Größe (a), um die Strömungsmenge (oder -geschwindigkeit) des Strömungsmittels zu bestimmen,

eine Einheit (266) zur Durchführung einer Teilung des ersten Temperaturdifferenzsignals (V1o) und des zweiten Temperaturdifferenzsignals (V2o) zwecks Erzeugung eines Teilungssignals und

eine Einheit (268) zum Berechnen des arc tan (Arcus tangens) des Teilungssignals zwecks Bestimmung der Strömungsrichtung des Strömungsmittels aufweist.
13. Strömungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch

ein zweites Halbleiter-Strömungsmeßelement (10b) mit einem zweiten, im Mittelbereich eines Halbleiter-Substrats ausgebildeten Heizelement (14b) und zwei zweiten, im Halbleiter-Substrat in symmetrischer Lage zum zweiten Heizelement vorgesehenen Temperatur-Meßelementen (16a2, 16b2), die in einer Richtung senkrecht zu den ersten beiden Temperatur-Meßelementen (16a1, 16b1) verlaufend angeordnet sind,

eine dritte Ansteuereinrichtung (22b, 26b, R32, V⁺, V ) zum Erwärmen des zweiten Heizelements nach Maßgabe des Temperatur-Meßsignals, um die Temperatur des zweiten Halbleiter-Strömungsmeßelements auf einer vorgeschriebenen Größe über der Temperatur des der Messung unterworfenen Strömungsmittels zu halten, eine zweite elektrische Leistungs-Meßeinrichtung (R42) zum Messen oder Bestimmen der elektrischen Leistung, die dem durch das zweite Heizelement fließenden und zu dessen Erwärmung beitragenden Strom entspricht, zwecks Erzeugung eines zweiten (elektrischen) Leistungs-Meßsignals (Vc2),

eine vierte Ansteuereinrichtung (V , V ) zum Ansteuern der beiden zweiten Temperatur-Meßelemente und eine zweite Temperaturdifferenz-Meßeinrichtung (R12, R22) zum Erfassen oder Bestimmen (detecting) der Temperaturdifferenz zwischen den beiden zweiten Temperatur-Meßelementen als ein elektrisches Signal zwecks Erzeugung eines zweiten Temperaturdifferenzsignals (Vo2), sowie weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (128) weiterhin mit dem zweiten (elektrischen) Leistungs-Meßsignal (Vc2) und dem zweiten Temperaturdifferenzsignal (Vo2) beschickbar ist und unter Heranziehung des ersten und zweiten (elektrischen) Leistungs-Meßsignals (Vd, Vc2) sowie des ersten und des zweiten Temperaturdifferenzsignals (Vo1, Vo2) vorgeschriebene Rechenoperationen zur Berechnung von Strömungsmenge (oder -geschwindigkeit) (vf) und on Strömungsrichtung (Θ) des Strömungsmittels ausführt.
14. Strömungsmesser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung

eine erste Teilereinheit (60) zur Abnahme des ersten qc (elektrischen) Leistungs-Meßsignals zwecks Teilung desselben durch eine vorgeschriebene Größe, um ein

erstes Strömungsmengensignal zu erzeugen, eine zweite Teilereinheit (62) zur Abnahme des zweiten (elektrischen) Leistungs-Meßsignals zwecks Teilung desselben durch eine vorgeschriebene Größe, um ein zweites Stromungsmengensignal zu erzeugen, eine Mittelwert(bildungs)einheit (64) zur Abnahme von erstem und zweitem Stromungsmengensignal zwecks Berechnung ihres arithmetischen Mittelwerts, um die Strömungsmenge (oder -geschwindigkeit) des Strömungsmittels zu bestimmen,

eine Einheit (66) zur Durchführung einer Teilung von erstem und zweitem Temperaturdifferenzsignal zur Erzeugung eines Teilungssignals und eine Einheit (68) zur Berechnung des arc tan (Arcus tangens) des Teilungssignals zwecks Bestimmung der Strömungsrichtung des Strömungsmittels aufweist.