CN101460817B - 温度感测和变送组件、可编程传感器单元及其制造和使用方法 - Google Patents

Abstract

在示例性实施例中，具有适用于工业控制或HVAC应用中的单独外壳的单个柔性电路配件上的温度传感器和4-20毫安变送器。在优选实施例中，窄柔性电路衬底包括在传感器一端的基于硅二极管的表面安装传感器、变送器部分中在柔性电路衬底上的表面安装可编程变送器IC、将传感器连接到变送器IC的导电迹线、以及输出端处用于将4-20毫安输出连接到一对外部电线的两个导电焊盘。在柔性配件上提供附加迹线以对变送器IC和传感器进行测试和编程。柔性配件的传感器端被安装到金属传感器管，以与具有导线的RTD或热敏电阻传感器当前被组装用于在工业控制或HVAC应用中的相同的方式被填充和密封。传感器管组件被附连到遵循工业标准惯例的连接头。遵从现有工业控制或变送器的HVAC工业标准的单独塑料外壳被安装到连接头中并且被配置成保持柔性电路的变送器端。双位置接线板被用于将外部电线连接到4-20毫安输出焊盘。可编程变送器被用于校准一起被安装在相同配件上的传感器和变送器。与用于现有IEC A类基于RTD的系统相比，这在200℃的跨距上提供了优于+/-0.3℃的总系统准确度。可编程变送器通过排除系统中对任何高精确元件的需要降低元件成本。通过在一个面板上同时加工、组装、以及测试许多柔性电路来降低制造和测试成本。

Description

温度感测和变送组件、可编程传感器单元及其制造和使用方法

相关申请

本发明要求2006年6月3日提交的美国临时专利申请S/N.60/810,366的优先权，该申请的内容通过援引纳入于此。

发明领域

本发明申请涉及可编程温度传感器单元、用于可编程温度传感器单元的组件、及其制造和使用方法。本发明申请可被具体地应用为用于工业控制市场、以及用于加热、通风和空调(HVAC)市场的可编程温度传感器单元，并且在较佳的实施例中，其被嵌入于顺应工业标准的外壳中并针对电流环路传输协议提供电流形式的输出信号，且更佳地提供与所感测温度成线性的4毫安到20毫安的工业标准输出电流。

发明背景

电子温度传感器和变送器被用在工业控制和HVAC(加热、通风和空调)应用中以测量温度并向用以控制温度的装置提供电信号。这些应用中的传感器通常基于安装在附连至连接头的金属管中的电阻式温度检测器(RTD)或热敏电阻。RTD或热敏电阻传感器具有两根或多根绝缘线，该绝缘线穿过管并连接至安装在连接头中的变送器上的接线盒，或变送器抽头线。变送器使传感器电偏压、测量传感器输出、以及生成可被变送的输出。可编程变送器可由本领域中的用户编程为生成对应于用户应用的特定传感器温度范围的输出。最常用的变送器输出之一是4毫安到20毫安的电流环路。此电流环路被用于将变送器连接至可远距离定位的控制装置而不会因连接线中的电阻丧失准确度。传感器管的长度和直径取决于应用的温度测量需要而不同。许多工业温度探针使用保持工业标准DIN B型变送器外壳的连接头。许多HVAC应用使用保持微型变送器外壳的连接头。

发明内容

作为制作其发明的一部分，本发明人认识到现有技术可编程温度传感器-变送器布置是昂贵的，且需要在现场组装(例如，用绞编型连接、螺钉连接等将温度传感器连接到变送器。)。花费是由这样一个事实导致的：温度传感器必须满足由工业标准设定的严格电特性，并且在制造过程期间必须进行激光调阻以满足该标准。激光调阻工艺是昂贵且耗时的。另外，温度传感器的一部分即使在进行激光调阻工艺之后也将不能满足标准，因此必须被抛弃。这由于传感器不满足标准而导致较低的产率以及增加的成本。在类似方式中，变送器还必须满足相应的工艺标准，后者导致较低产率和增加的成本。发明人已通过发明可编程温度感测和变送组件——其包括安装到公共柔性电路衬底的温度传感器和可编程变送器且任选地具有附加元件——解决了这些问题。温度传感器向可编程变送器提供了表示其感测的温度的电信号变送器，并且所述可编程变送器从其生成表示感测温度的输出电信号，但是与温度传感器的输出信号相比，前者基本上关于温度更成线性。可编程变送器提供了接收自温度传感器的输入信号与其输出信号之间的映射，并且包括实现该映射的电路。映射电路可编程为在将传感器的输出信号映射到变送器的输出信号时提供灵活性。在将温度传感器和变送器安装到公共柔性电路衬底后，用已知映射设置变送器，并将组件曝露于多个已知温度，并且在已知温度下测量变送器的输出。在随后检查测得的结果，并生成提供变送器的输出信号与温度之间基本上线性的关系的新映射，并且将新映射编程到变送器的映射电路中。测得结果可被存储在EEPROM中并且可被用来在最终应用(例如，在现场)编程变送器以提供变送器的输出信号与最终应用所需的特定传感器温度范围之间基本上线性的关系。测量和编程步骤补偿温度传感器、变送器(例如，模数转换器或变送器中的电压基准)、以及耦合至变送器的任何元件(例如，感测环路电阻)中存在的不准确和非线性。相应地，温度传感器和可编程变送器可包括便宜的不精确元件，由此降低成本。相应地，组装、测量和初始编程步骤全部可在工厂环境中发生，以及进一步在制造组装线上发生，由此通过大规模制造进一步降低成本。在这点上，可在柔性电路材料的公共片上形成多个组件，对其进行测试和编程，并在其后彼此分开以进一步降低制造成本。柔性电路衬底在随后使得经编程的组件能够被容易地插入单独温度传感器外壳而无需在现场进行连接。

宽泛而言，本申请的第一组发明包括温度传感器和可编程变送组件，该组件包括柔性电路衬底、温度传感器和可编程变送器。该柔性电路衬底包括：具有第一区和第二区的聚合物薄片；置于第一区中用于电耦合至至少温度传感器的第一多个互连焊盘、置于第二区中用于电耦合至可编程变送器的第二多个互连焊盘、以及从第一多个互连焊盘的至少之一延伸到第二多个互连焊盘的至少之一的第一电迹线。温度传感器被安装到第一多个互连焊盘的至少之一并电耦合至至少第一电迹线。温度传感器被调整成感测温度并生成表示其周围的温度(在本文中称为“感测温度”)的输出信号。可编程变送器被安装到第二多个互连焊盘中的至少多个并电耦合至至少第一电迹线。可编程变送器具有用以接收表示感测温度的信号的输入，以及用以提供表示感测温度的输出信号的输出。在优选实施例中，可编程变送器包括映射电路，该映射电路提供其输入温度信号与其输出温度信号之间的灵活映射，在优选实施例中，该输出温度信号可由用户在现场编程为任意传感器温度范围。

更宽泛而言，本申请的第二组发明包括温度传感器单元，该单元包括具有至少一个小孔的外壳，以及根据本申请的第一组发明的温度感测和可编程变送组件。温度感测和可编程变送组件的第一部分被置于外壳中，而第二部分被设置成通过至少一个小孔，并且组件的温度传感器被置于外壳的外部。

更宽泛而言，本申请的第三组发明包括一种制作温度感测和可编程变送组件的方法，该方法包括：容纳柔性电路衬底，该柔性电路衬底具有带有安装于其中的第一多个互连焊盘的第一区和带有安装于其中的第二多个互连焊盘的第二区；将温度传感器安装到柔性电路衬底的第一区；以及将可编程变送器安装到柔性电路衬底的第二区。

更宽泛而言，本申请的第四组发明包括一种设置根据本申请的第一组发明的温度感测和可编程变送组件的方法，其中该温度感测和可编程变送组件包括具有可编程映射电路的变送器，该映射电路提供变送器的输入温度信号与变送器的输出温度信号之间的灵活映射。该方法包括在可编程变送器已将已知的第一映射设置在其映射电路中的情况下将组件的至少温度传感器曝露于多个不同温度，以及在多个不同温度下测量可编程变送器的输出信号的值。该方法还包括从测得值和不同温度生成第二映射，该第二映射提供了由温度传感器所感测的温度与变送器电路的输出信号之间基本上线性的关系。该方法还包括用第二映射编程变送器的映射电路。本方法的优选实施例包括保存可编程变送器的测得值，以使得不同传感器温度范围的附加映射值可被编程到可编程变送器的映射电路中。

更宽泛而言，本申请的第五组发明包括包括一种制作温度传感器单元的方法。该方法宽泛地包括将根据本申请的第一组发明的温度感测和可编程变送组件的第一部分置于外壳内，以使得组件的第二部分穿过外壳的小孔，以及使得组件的温度传感器被置于外壳的外部。组件的第一部分具有可编程变送器。

相应地，本申请的一个或多个发明的目标在于，使得能够制造低成本电子温度传感器单元。

本申请的一个或多个发明的另一目标在于，使得能够提供不要求手动地将温度传感器电线连接到变送器单元的电子温度传感器单元。

本申请的一个或多个发明的另一目标在于，使得能够提供一种电子温度传感器单元，这种温度传感器单元提供适用于电流环路传输协议中的输出信号，并且基本上作为所感测温度的线性函数的输出电流较佳地在从4毫安到20毫安的范围内。

本申请的一个或多个发明的另一目标在于，使得能够提供一种组装在柔性电路衬底上作为组件的电子温度传感器和变送器，其中该组件可被安装在单独的变送器外壳中，该外壳在尺寸上与现有工业标准相一致且相兼容。

对于本领域技术人员而言，根据以下本发明的详细描述、附图和所附权利要求，本发明的这些和其他目标将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的至少之一的示例性可编程温度传感器单元的平面图，该传感器单元包括置于柔性电路衬底上的温度传感器、可编程变送器部分和输出部分，并且可编程变送器和输出部分被安装在DIN B型兼容外壳中。

图1A是根据本发明的至少之一的柔性电路衬底上持有可编程温度传感器单元的可编程变送器电路的部分的平面图。

图1B是根据本发明的至少之一的柔性电路衬底上持有温度传感器单元的输出组件和编程插座的部分的平面图。

图2是根据本发明的至少之一的可编程变送器部分和输出部分中示例性电路的示意性表示。

图2A是根据本发明的至少之一的具有两个串联连接的半导体(例如，硅)二极管的示例性温度传感器的示意性表示。

图2B是根据本发明的至少之一的具有一个半导体(例如，硅)二极管的示例性温度传感器的示意性表示。

图2C是根据本发明的至少之一的具有电阻式温度检测器(RTD)或热敏电阻的示例性温度传感器的示意性表示。

图2D是根据本发明的至少之一的可编程变送器的示例性电路的框图。

图3是根据本发明的至少之一的安装在传感器管和DIN B型兼容变送器外壳中的示例性柔性温度感测和可编程变送电路组件的三维视图。

图4是用在本发明的至少之一中的DIN B型兼容可编程变送器外壳底部的三维视图。

图5是用在本发明的至少之一中的DIN B型兼容可编程变送器外壳上部的三维视图。

图6是根据本发明的至少之一的安装在微型变送器外壳中的柔性温度感测和可编程变送电路组件的三维视图。

图7是示出了根据本发明的至少之一的微型可编程变送器外壳的内部的三维视图。

图8是根据本发明的至少之一的柔性电路衬底的阵列的平面图。

图9是根据本发明的至少之一的使得可编程温度传感器单元能够被现场重新编程的程序设计系统的立体图。

具体实施方式

在以下描述中，阐述各个具体细节是为了提供对本发明的特定实施例的更透彻的描述。然而，可在没有以下给出的所有具体细节的情况下实践本发明是显而易见的。在其它实例中，没有描述众所周知的特征以避免模糊本发明。

现在参看附图，图1描绘了适用于工业控制温度感测应用的温度感测和变送组件10和DIN B型兼容外壳30。组件10包括柔性电路衬底以及在多个互连垫片处附连到其的多个元件(如下所描述的)。柔性电路衬底包括聚合物薄片，以及形成于该聚合物薄片的一个表面上——并且较佳地在顶面和底面上——的多个电迹线和互连焊盘。组件10包括以下部分：传感器探针部分22，其毗邻变送器部分12的左侧；输出部分15；以及互连部分14，其横跨在变送器部分12的左侧与输出部分15之间。部分12和15以及它们之间由部分14提供的连接提供了可编程变送器。在图1中所示的视图中，示出了变送器部分12的背表面13。附连到变送器部分12的前表面的各个元件以及该前表面的详细视图在图1A中示出并在以下更详细地描述。输出部分15的详细视图在图1B中示出并在以下更详细地描述。

表面安装温度传感器21被安装在组件10的传感器端部20上并连接到组件10上的导电迹线11a和11b。将组件10的传感器部分22制成足够窄——通常比0.15英寸窄——以便使得能将其插入外径为至少3/16英寸的金属传感器管(在图3的340处示出)。组件10的传感器部分可制成各种长度——从几英寸到若干英尺——以针对工业控制应用按需容纳不同长度的传感器管。如图1中所见的，组件10的一部分贯穿外壳30的入口孔31。约0.4英寸x0.5英寸的通道门36可被打开以便在将传感器端20安装在传感器管(未示出)并附连到连接头(未示出)之后允许组件10穿过入口孔31。在组件10迂回通过入口孔31之后，关闭通道门36以提供遵照DIN B型规范的0.280英寸的完成入口孔。导电迹线11a和11b将传感器21电连接至柔韧电路组件10的可编程变送器部分12上的输入S1和S2(在图2的2A-2C中示出)。变送器部分12通过导杆32a、32b、32c、32d、32e和32f固定在外壳30中。组件10在可编程变送器部分12与输出部分15之间的互连部分14具有7条导电迹线，后者在可编程变送器电路12与输出部分15之间连接信号B、“+”、VCC、GND、“-”、SC和SD。互连部分14绕过安装孔34和35取道，以允许将输出部分15定位在外壳30的上部。输出部分15通过导杆29a、29b、29c、29d、29e和29f固定在外壳30中。输出部分15中的元件包括可编程插座26、功率晶体管16、双连接器接线板27(在本领域中也称为“双位式”接线板)、桥式整流器28、以及用以提供到外部串行通信总线的连接的串行接口迹线SC 25和SD 24。在图1B中更详细地示出了这些组件，其中桥式整流器28的示例性实施例具有6个引脚28a-28f，并且四个整流器置于这些引脚之间。接线板27可包括在图1中示出的螺旋端子27a和27a，或者可包括在图3和6中示出的弹力端子27a和27b。每个弹力端子包括导电卷簧，在该导电卷簧中可插入电线以扩展线圈的半径，这可使线圈发挥紧握并保持所插入电线的内向力。弹力端子使得能够比螺旋端子更快速地连接到接线板27。与其它螺旋类端子相比，弹力端子在于剧烈振动环境中维持电连接方面也是更好的。

一旦将可编程变送器部分12和输出部分15放置并固定在外壳30中，组件10在传感器部分20(即，传感器探针部分22)与可编程变送器部分12的任何额外长度(非需要长度)可被放置在外壳30的内部。将外壳上部(在图4中示出)放置在外壳30上并用螺栓连接到DIN B型兼容连接头(未示出)以完成与用在各种工业控制应用中的现有温度传感器和变送器组件的形状、适配和功能相匹配的组件。关于外壳30的外径的DIN B型规范是1.732英寸。关于安装孔34和35的DIN B型规范是0.204英寸，而孔34与35之间中心到中心距离为1.300英寸。在优选实施例中，除接线板27之外，这种设计中的所有元件皆处于表面安装包装中，以便于快速、低成本的自动化组件。

图2示出了位于组件10的可编程变送器部分12(图1)和位于组件10的输出部分15中的输出电路230的示意性表示。(电路200和230共同提供可编程变送器。)变送器电路200包括可编程变送器芯片210、串行EEPROM240、JFET晶体管211、传感器偏置电阻201和202、分压器电阻203和204、以及电流感测电阻205。输出电路230包括四连接器编程插座26(在本领域中也称为“四位置”编程插座)、中功率NPN晶体管16、双连接器接线板27、以及桥式整流器28。小迹线24和25提供分别到变送器芯片210和串行EEPROM240的串行接口信号SD和SC的连接。变送器芯片210可通过由ZMD AG公司制造并可购得的ZMD31050高级差分传感器信号调节装置来实现。ZMD31050是专用集成电路(ASIC)，其具有用以在引脚V1和V2处接收差分输入信号的差分输入、和用以在引脚B提供输出信号的输出，该输出可被配置成生成相对于输入信号变化并在4毫安与20毫安之间的范围内的电流信号。映射电路基于输入信号和映射生成输出信号。映射可被视为对每个输入值生成一输出值的数学函数。该数学函数由多个参数来定义，这些参数可被非易失性地编程到变送器芯片210的映射电路中。示例性数学函数可采用具有以下形式的三次多项式的形式：

输出信号＝A₀+A₁*(输入信号)+A₂*(输入信号)²+A₃*(输入信号)³    [1]

其中A₀、A₁、A₂和A₃是数字系数，这些系数的表示可被非易失性地编程到变送器芯片210的映射电路中。

在工作中，外部4毫安到20毫安的电流环路被分别连接到IL1和IL2端子27a和27b以向电路提供功率。电流环路电压通常在10到30伏的范围内。端子27a(IL1)和27b(IL2)被分别连接到输出电路230的桥式整流器28的AC节点28c和28d(在图1B和图2中示出)。这允许电流环路电压以任一极性连接到端子27a(IL1)和27b(IL2)。桥式整流器28在引脚28b和28e的“+”输出被连接到柔性电路10的“+”迹线19，这将正电压施加到JFET晶体管211的漏极212(在图1A和图2中示出)。桥式整流器在引脚28a和28f的“-”输出被连接到柔性电路10的“-”迹线17，这提供了电流向电路供电的回路。JFET晶体管211是耗尽型N-FET，后者在栅极节点213最初处于0伏时导通。当正电压被施加到漏极212时，JFET晶体管211的源极214上升直至达到耗尽阈值Vtd。这使得Vref节点215上偏约+2V并启动变送器芯片210的内部Vref电路。变送器芯片210在随后控制栅极节点213上的电压以便在节点215上提供在3伏到5伏范围内有规则的Vref供应。Vref节点215被连接到传感器偏置电阻201以向216处的传感器端子S1提供电流。传感器偏置电阻202被连接到传感器端子S2并提供从该传感器到大地220的电流路径。(大地220被设置在变送器芯片210的GND端子处，在感测电阻205的高电势侧。)传感器偏置电阻201和202被选择成使所选的温度传感器器件(例如，图1中的传感器21)偏置，以使得节点216上的电压对于变送器芯片210的节点218处的差分输入V1而言处于合理的工作范围内。分压器电阻203被连接在Vref节点215与节点219的差分输入V2之间。分压器电阻204被连接在V2节点219与大地220之间。分压器电阻值被选择成在节点219提供一电压，随着温度传感器从所感测的组件10预期操作的温度范围内的最高变至最低温度，该电压大致位于输入V1上的最小和最大电压的中间。变送器芯片210放大V1和V2处的差分电压输入，并将其转换成数字值。变送器芯片210还根据以上的式[1]并基于存储在非易失性存储器中的系数A₀-A₃执行偏移量、一阶、二阶和三阶线性化校正，并且在节点221(芯片的端子B)输出一电压以驱动NPN晶体管16的基极。注意：环路电流的一部分流过JFET晶体管211以对芯片210上电并偏置电阻201和203，而环路电流的剩余部分流过由芯片210的输出电路控制的NPN晶体管16。由于从“+”迹线19到“-”迹线17的所有环路电流必须流过感测电阻(R_S)205，因此通过测量感测电阻205上的电压准确测量总环路电流是可能的。芯片210的“-”端子222是高阻抗感测输入，后者被连接到“-”输入迹线17和感测电阻205的一端。感测电阻205的另一端被连接到大地220。因此。芯片210的输出电路使用节点220与222之间的电压(即，感测电阻205上的电压)来准确地感测总环路电流和控制节点221(芯片210的端子B)上基极驱动电压从而实现与感测温度(传感器输出)有关的总环路电流。

串行接口信号SD 24和SC 25被连接到能够与变送器芯片210和串行EEPROM 240通信的测试系统。该测试系统使温度传感器21曝露于若干不同温度，测量变送器芯片210的电流输出，并计算系数集合A₀、A₁、A₂，以使得变送器210的电流输出信号将与温度基本上成线性。当进行了所有测量并计算出系数时，测试系统借助串行接口信号SD 24和SC 25发出命令以将系数存储在变送器芯片210的非易失性存储器中。该过程实际上比这更加复杂，并且以下将给出详细示例。在此示例中，测试系统能够读取原始测量值，并且无需向芯片210呈现许多元件的初始值。在测试系统不能访问原始测量值的实现中，初始系数集合必须被设置(优选地)或从芯片210中读取。这提供了温度传感器21的输出到变送器210的输出的第一映射，这使得温度传感器21在各个测试温度下的输出可被计算出。初始系数集合被标示为A_0，I、A_1，I、A_2，I和A_3，I。通常，初始系数A_2，I和A_3，I被设为零，而系数A_0，I和A_1，I被用对其进行估计以将输入(其为温度传感器21的输出)的全部范围映射成落在输出(其为芯片210的输出)的大部分范围内的值来设置。这有效地实现以高分辨率测量温度传感器21的输出。根据在已知测试温度下的测得输出值，以及根据由初始系数A_0，I-A_3，I提供的初始映射，可计算出提供测得温度与输出电流之间基本上的线性关系的系数集合。此系数集合被标示为A_0，C、A_1，C、A_2，C和A_3，C。

虽然已在以上例示了多项式校正，但是应当理解，变送器芯片210可使用一个或多个可编程查找表，根据该查找表可从输入值内插出输出值。

由于变送器芯片210被用于校正偏移量和非线性，因此不精确且未校准的设备可被用于温度传感器21。这使得表面安装包装中极低成本、容易获得的硅二极管将被用于感测器件代之以更昂贵的激光调阻RTD(电阻温度器件)或热敏电阻。(对于高温应用，可使用砷化镓面结型二极管。)使用半导体面结型二极管还允许对温度传感器使用此类更简单的偏置电路——在此情形中，仅电阻201被连接到Vref。尽管此类简单偏置电路导致电流随传感器电压的改变而改变——这使得传感器输出稍微更非线性，但是这种非线性被与传感器的非线性相组合并且在测试期间使用二阶和三阶校正(例如，使用非零值的A_2，C和A_3，C)来校正两者。由于传感器器件和变送器在测试之前被永久地安装在组件10上，因此在测试时一同校正变送器和传感器两者的非线性。与使用分开校准或调阻的传感器和变送器的现有技术方法相比，这显著地提升了组合系统的温度测量的准确度。

图1A示出了图2中例示的可编程变送器元件一般位于图1中所示组件10的可编程变送器部分12的正面上的情形。这些元件较佳地用焊料附连到位于变送器部分的正面上的互连焊盘。在图1A中也示出了可编程变送器部分12的信号SD、SC、“-”、GND、VCC、“+”、和B，它们分别被连接到互连部分14的迹线24、25、17、220、215、19和221。

图1B更详细地示出了图2中例示的输出部分元件一般位于图1中所示组件10的输出部分15中的情形。编程插座26具有四个引脚(也称为“四位置”)26a、26b、26c和26d，它们分别被连接到迹线220、215、25和24，并且后者又分别连接到信号GND、“VCC”、SC和SD。NPN晶体管16具有B、C、和E引脚，它们分别连接到迹线221、19、和220，后者又分别连接到信号B、“+”和GND。在本说明书的先前章节中给出了在输出部分15中接线板27和桥式整流器28连接的详细描述。

图2A示出了适于用作温度传感器21的示例性温度传感器250的示意性示图。温度传感器250包括两个串联耦合的硅二极管。第一二极管253的阳极被连接到端子251(端子S1)，第一二极管253的阴极以及第二二极管254的阳极被连接在一起，而第二二极管254的阴极被耦合至端子252(端子S2)。端子251(S1)和252(S2)被分别耦合至图2中示出的变送器电路200的端子216(S1)和217(S2)。串联的两个二极管被选择成在输出电压中提供每摄氏度约4毫伏的合理的较大变化，并且在较高温度下使端子216(S1)处的电压升至约0.8伏以上以防止变送器芯片210的输入差分放大器降至最低点(即，防止其输出饱和)。在此配置中，电阻202(R2)可被移除，并且变送器输入S2(端子217)可被直接连接至图2中的大地220。这将向芯片210的输入端V1(端子218)施加关于温度信号的全二极管电压变化，并且还从变送器电路省略一个表面安装元件。

图2B示出了适于用作温度传感器21的另一示例性温度传感器260的示意性示图。示例性温度传感器260包括单个硅二极管263。二极管263的阳极被耦合至端子261(端子S1)，而二极管263的阴极被耦合至端子262(端子S2)。端子261(S1)和262(S2)被分别耦合至图2中示出的变送器电路200的端子216(S1)和217(S2)。在诸如150摄氏度的较高温度，硅二极管263的正向电压约为0.4伏，该正向电压对于变送器芯片210的差分输入端子V2(219)(在图2中示出)而言过低。在此情形中，需要调节图2中的偏置电阻202(R2)以将端子V2(219)上的最低电平上升至高于譬如0.8伏的最小工作输入电平。

图2C示出了适于用作温度传感器21的另一示例性温度传感器270的示意图。温度传感器270包括阻抗温度检测器(RTD)或热敏电阻。RTD是以公知的稳定方式与温度几乎成线性地改变阻抗的电阻。热敏电阻是随着温度变化在若干数量级上改变阻抗的电阻。两种类型的传感器都仅仅示意性地作为耦合至端子271(S1)和272(S2)——这两个端子分别耦合至图2中所示的变送器电路200的端子216(S1)和217(S2)——的电阻273。

变送器芯片(图2中所示的)中的偏置电阻201(R1)和202(R2)以及偏移量(A_0，C)、增益(A_1，C)和高阶校正因子(A_2，C和A_3，C)被调节成针对给定温度范围适当地与给定传感器一起工作。

示例性校准和设置程序。参看图2D，变送器芯片210使用模数(A/D)转换器281来将模拟传感器电压信号V1(218)和V2(219)转换成数字输入数。具有经编程的A/D调节方程的数字处理器282使用A/D校准寄存器284中的A/D校准系数来针对偏移量、斜坡、二阶非线性和三阶非线性对数字输入数执行数字校正以产生经校正的数字温度数。数字温度数最终将通过数模(D/A)转换器283转换成模拟电流信号。然而，在此之前，经校正的数字温度数还由具有经编程的D/A调节方程的数字处理器282使用存储在D/A校准寄存器285中的D/A校准系数进行数字调节以产生输出数字数。D/A校准系数被用于校准驱动4毫安到20毫安输出电路230(在图2中示出)的D/A输出B(端子221)，以及用于对与变送器芯片210的温度(通过使用片上温度传感器)有关的D/A输出变动执行一阶和二阶校正。这些校正将补偿芯片210的特性、其基准电压和D/A转换器283、以及感测电阻205(在图2中示出)中的任何偏移量和非线性。

为了确定A/D校准系数，柔性组件10的传感器部分22较佳地被置于经适当控制的已知(准确)温度环境中，并且由分别连接到端子24和25上的串行接口信号SD和SC的测试器使用串行接口286读取数字输入数。使用第一传感器温度——较佳地接近全温度测量范围的中点——来测量可用于确定偏移量A/D校准系数的中点数字输入数。使用第二传感器温度——较佳地在全温度测量范围的一端——来测量可用于确定斜坡A/D校准系数的第一端点数字输入数。如果期望二阶A/D校正，则使用第三传感器温度——较佳地在全温度测量范围的另一端(相反端)——来测量第二端点数字输入数，后者被用于确定二阶A/D校准系数。如果期望三阶A/D校正，则使用第四传感器温度——较佳地在第一传感器温度与第二或第三传感器温度之间的中间处——来测量中间数字输入数，后者被用于确定三阶A/D校准系数。在测得所有所需数字输入数之后，测试软件使用拟合算法(例如，最小平方拟合算法)来计算A/D校准系数并将该A/D校准系数写入变送器芯片210的非易失性存储器287中。此类拟合算法可在本领域中获得并且可与以上所描述的ZMD31050联用。

为了确定D/A校准系数，组件10的变送器部分13被置于第一变送器温度下的温度室(temperature chamber)中，并且从片上温度传感器测得第一数字温度数。来自片上温度传感器的数字温度数将被称为“ASIC温度数”以将其与前述数字输入数区分开。第一输出电流的初始典型D/A校准系数数被写入D/A校准寄存器285中。在第一传感器温度下使用组件的传感器部分，通过连接到4毫安到20毫安电流输出端子27a和27b(在图1中示出)的电流测量测试系统测得输出电流电平，并将其与第一传感器温度的期望输出电流作比较。例如，如果传感器温度处于跨距中点，则D/A输出电流应当为12毫安，其正好处于最小4毫安与最大20毫安的输出电流电平之间的中间处。如果测得的输出电流高于第一传感器温度的期望输出电流，则第一输出电流的D/A校准系数数被减小，并被写入D/A寄存器285中。随后，由测试系统重新测量输出电流，将其与期望电平作比较，并调节系数数，直至达成期望输出电流电平。测试软件将第一数字ASIC温度数和第一调节D/A校准系数数记录到表中。温度室在随后被设成第二变送器温度，并且从片上温度传感器测得第二数字ASIC温度数。由测试系统再次测量D/A输出电流并将其与第一传感器温度的期望输出电流作比较。如之前那样调节输出电流直至达成期望输出电流电平。测试软件将第二数字ASIC温度数和第二调节D/A校准系数数记录到表中。这使得数据处理器282能够将中点值保持在期望值，而不用管芯片210的温度中的变化如何。

接着，将传感器温度改变成第二传感器温度(其为温度传感器21的温度范围的极值点)，并且重复相同的D/A校准程序以产生表的第三和第四数字ASIC温度和调节D/A校准系数数。在此情形中，来自D/A转换器的目标输出电流是4毫安或20毫安，这取决于哪个温度极值点被选中。这确保在温度传感器21进入相应温度极值点时芯片的输出电流将进入一个电流极值点，但是无需确保在温度传感器21进入另一温度极值点时输出电流将进入另一电流极值点。为了确保这种情况，可使用随后描述的二阶校正程序。

如果期望二阶传感器温度校正，则在随后将传感器温度改变成第三传感器温度(其为温度传感器21的温度范围的另一极值点)，并且重复相同的D/A校准程序以生成表的第五和第六数字ASIC温度和调节D/A校准系数数。在ZMD31050芯片的产品资料中解释了使用这些系数进行校正。

一旦为表生成所有所需的数，测试软件就使用拟合算法来计算D/A校准系数并将该D/A校准系数写入变送器芯片210的非易失性存储器287中。

一旦上电，非易失性存储器287中的内容就被检索到A/D校准寄存器284和D/A校准寄存器285中，以使得数字处理器282可在正常操作期间连续地执行数字校正。这些系数共同提供用在上式[1]中例示的映射函数中的系数A_0，C、A_1，C、A_2，C和A_3，C。

当校准和设置完成时，变送器和输出电路生成在4毫安到20毫安的范围内的、并且为由组件的传感器部分所感测的温度的线性和准确表示的输出电流。

由温度传感器20生成的输出信号可被表征为在第一温度跨距(例如，工厂中测量的跨距)上具有偏离其值与所感测的温度之间的第一线性关系达第一百分比的值。此第一温度跨距具有两个端点，并且第一线性关系包括在温度传感器的输出在第一跨距的两端点处具有的值之间绘制的直线。类似地，由可编程变送器生成的输出信号在第一温度跨距上具有偏离其值与所感测的温度之间的第二线性关系达第二百分比的值。第二线性关系包括在变送器芯片的输出在第一跨距的两端点处具有的值之间绘制的直线。在完成该校准的情况下，第二百分比显著小于第一百分比。

图3是安装在传感器管340和DIN B型兼容变送器外壳320中以提供可编程温度传感器单元的示例性10的三维视图。外壳320包括顶部321和底部322。组件10的传感器探针部分首先被插入传感器管340，并且传感器端部S(20)靠近或在传感器管340的封闭端341定位。通过使用标准工业方法，使用诸如MgO热传导粉末包裹传感器端部S，并在随后用环氧树脂来密封传感器端部S以及在端部342处使用更多环氧树脂以完全密封传感器管340。组件10的传感器探针部分在342退出传感器管340，并且通过连接头(未示出)取道至外壳320的底部322中的入口孔327。通过移除顶部321，组件10穿过入口孔327——稍后在图4中更详细地示出了其示例，并且在随后将可编程变送器部分(在图3中的附图标记12处示出)定位在外壳底部322的低处部分中。组件10的可编程变送器部分12被安装在支承结构(在图4中的402和403处示出)上的外壳底部322中，且元件面向下。诸如零件号、温度范围和序列号等信息可被打印在变送器部分12的背面，并在组件完成之后透过外壳顶部321中的矩形窗325观看到(窗325可包括透明塑料的小孔或部分)。组件10的输出部分15在随后被定位在底部322的上部分中，并且编程插座26和接线板27被定位成使其分别通过顶部321中的小孔331和324装配。一旦变送器部分12和输出部分15处于适当位置，则组件10的任何额外长度可被放置在开口外壳底部322中，并且外壳顶部321在此后被安装在外壳底部322之上。接线板27延伸通过顶部321中的小孔324，并提供对端子27a和27b的接入以连接至外壳4-20毫安电流环路。如上所指示的，端子27a和27b可包括弹力连接器。小孔331为接头(未示出)提供对编程插座26的接入，以允许用户在铰链盖332如图3中所示地打开时现场连接至组件10。铰链盖332被闭合，且通过该铰链盖332上的互配合边缘335和顶部321上的边缘334保持闭合。铰链盖332通过按压正面335以释放配合边缘333和334来打开。外壳顶部321和底部322具有接受一对用于将外壳320稳固到连接头(未示出)的安装螺栓的左侧孔328和右侧孔329。接触区326被设置在外壳顶部321的中心以使得传感器管能够如某些探针配置中期望地通过进入孔327垂直延伸到外壳顶部321之上。

图4是适于用作图3中所示的外壳322的DIN B型兼容变送器外壳底部400的三维视图。底部400包括通道门410和接触区411。当铰链通道门410打开时，接触区411约为0.4英寸x0.5英寸，其提供了足以穿过输出部分15以及附连的接线板27和编程插座26(未在图4中示出)——它们在柔性配件制造期间通过底部400的下方焊接到该输出部分——的空间。在将组件10穿过开口接触区411之后，铰链通道门410被闭合，并且组件通过直径为0.280英寸——这遵循DIN B型标准——的出入孔401。底部400还包括分别具有用于组件的变送器部分12的导向槽的左侧支承结构402和右侧支承结构403。底部400还包括分别具有用于组件的输出部分15的导向槽的左侧支承结构404和右侧支承结构405。底部400还包括分别用于安装按照DIN B型规范在中心处相隔1.30英寸(33毫米)定位的螺栓的左侧孔408和右侧孔409。按照DINB型规范，底部400的外径为1.73英寸(44毫米)。

图5是适于用作图3中所示的外壳321的DIN B型兼容变送器外壳顶部500的三维视图。顶部500包括允许观看打印在可编程变送器部分的背面的信息的矩形孔501，以及允许传感器管按需向上延伸穿过的接触区502。顶部500包括用以允许外部接头(未示出)连接到编程插座的矩形孔503。用于覆盖编程插座的铰链盖510被附连到顶部500并包括与顶部500上的边缘512相配合以保持铰链盖510闭合的配合边缘511。顶部510还包括用以允许接入接线板以连接到外部4-20毫安电流环路电线(未示出)的孔504。顶部500还具有分别用于将顶部500稳固到外壳底部和连接头的安装螺栓的左侧孔505和右侧孔507。外壳顶部500的尺寸与外壳底部向匹配，并遵循DIN B型规范。

图6示出了使用微型变送器外壳620的具有4毫安到20毫安的完整温度传感器单元600的三维视图。示例性组件10的传感器端S被安置到传感器管640的闭合端，而可编程变送器部分12和输出部分15被安装在微型变送器外壳620中。微型变送器外壳一般被用在HVAC市场中以配合内部壁安装或管道安装的温度传感器组件(未示出)。为了与HVAC市场中可得到的其它微型变送器相兼容，外壳620的长度为1.5英寸，宽度为1.0英寸，而高度为0.67英寸，并且直径0.149英寸的安装孔621被定位成与右侧相隔0.5英寸而与较低边缘相隔0.25英寸。外壳620包括用以观看打印在变送器部分12的背面上的产品信息的矩形开口622。外壳620具有用以配合接线板27的开口623，该接线板27在柔性配件制造期间被焊接到输出部分15。接线板27包括用于连接外部4-20毫安电流环路电线的两个端子27a和27b。如以上所指示的，端子27a和27b可包括弹力连接器。外壳620具有用以允许外部接头(未示出)连接到编程插座26的矩形孔626。用以覆盖编程插座26的铰链盖627通过铰链628附连到外壳620的顶部，并且包括与外壳620的顶部上的边缘630相配合以保持铰链盖627闭合的配合边缘629。

图7示出了适于用作图6中所示的微型变送器外壳620的微型变送器外壳700的内部的三维视图。外壳700包括底部720和顶部710，后者通过用于将顶部710连接到底部720的薄模塑塑料铰链730向左翻转打开。当顶部710闭合时，顶部710上的边缘731和732与边缘733和734相配合以保持铰链连接的顶部710与底部720相闭合。设置其上分别具有多个导向槽的左侧支承结构721和右侧支承结构722来保持变送器部分。设置左侧结构723和右侧结构724来使输出部分保持适当的高度。设置安装螺栓孔725以便通过从底部穿过的螺钉或通过穿过微型壳体的螺栓来安装微型壳体。微型外壳顶部710具有安装螺栓孔711、变送器部分观看孔712、用于接线板的孔和支承结构713、以及用于编程插座的接入孔714。铰链盖715被附连到微型外壳顶部710以覆盖编程插座。通过首先将传感器端部S安装在如稍后所描述的传感器管640中来组装微型变送器探针。微型变送器外壳700被安装到机箱或承梁板(未示出)并且顶部710翻转打开。来自传感器管640的电线被定位在底部720的右侧，且组件10的变送器部分12被放置在支承结构721和722上，并且具有接线板和编程插座的输出部分15被放入接线板支承结构713和接入孔714。随后闭合顶部以完成探针的组装。

图8示出了左侧柔性组件810和右侧柔性组件820的平面图，这些组件各自适用于先前所描述的组件的任一个(例如，组件10)。组件810包括左侧输出部分811、左侧变送器部分812和左侧传感器部分813。组件820包括右侧输出部分821、右侧变送器部分822和右侧传感器部分823。左侧和右侧组件被设计成一起装配成阵列，以使得多个柔性组件可被紧密地放置在一个柔性面板上。每个传感器部分的宽度为0.15英寸，因此左侧和右侧配件的组合宽度为0.30英寸。变送器和输出部分必须比0.15英寸宽，以容纳变送器芯片210、功率晶体管16和输出迹线17和18。变送器部分812与变送器部分822垂直偏移开，因此变送器部分822可被制成0.23英寸，并且将左侧传感器部分813互连到左侧变送器部分812的窄部814被制成0.07英寸以便维持组合宽度为0.30英寸。在输出部分821和811上使用相同的布局技术以分别允许左侧变送器部分812为0.23英寸宽，右侧输出部分821为0.23英寸宽，以及左侧输出部分811为0.23英寸宽。配件810和820的顶端分别包括一组迹线815和825，以允许连接器将串行接口信号SC 24和SD 25以及“+”输出17和“-”输出18分别连接到测试器进行测试。

阵列800示出了多对配件810和820，它们彼此靠近布置且其间没有空间以便于在柔性面板上装配尽可能多的柔性配件810和820。(在典型实施例中，大致30个此类配件被一起编组在单个柔性面板(柔性薄板)上)。多组迹线805被用于将阵列800中的所有配件连接到测试器，因此在可在同时测试所有配件。

第二示例性校准和设置程序。公开了第二校准和设置程序，它可与以上所标识的ZMD芯片联用，并且其通常优于第一程序。如以上所指示的，ZMD芯片在其端子V1和V2接收温度传感器的输出作为差分输入信号，并在其“B”引脚(图2中的引脚221)从该差分信号生成输出信号，后者又经由NPN晶体管16设置电流环路中的电流。为了生成其输出，ZMD芯片可被配置成连续地重复以下四步骤过程。作为第一步骤，芯片使用A/D转换器将差分输入信号数字化以生成输入信号的数字表示——在以下的讨论中称为“Input(输入)”。该芯片还将来自其片上温度传感器的变送器温度的模拟值数字化以生成变送器温度的数字表示——将称为“Tt”。作为第二步骤，将经数字化的值Input除以增益因子C₁，并将其加上偏移值C₀以生成一中间值——将称为“Y”。增益因子和偏移量较佳地被选择成使得在温度传感器20的预期工作温度范围上T跨越基本上0与1之间的值范围。还针对增益因子和偏移量中因变送器温度的变动而导致的变动校正中间值Y。此校正是有益的，因为芯片的基准电压V_REF随温度改变，这改变施加于传感器20的电压以及由A/D和D/A所用的电压，还因为不精确电阻R₁-R₄和R_S将随温度而变化(其温度被假定为与变送器的温度相同，因为它们彼此紧密接近地组装在柔性电路衬底上)。第二步骤的结果可由下式(2)来归纳，其中在方括号中示出了计及变送器温度的校正：

其中Y的范围基本上跨越0与1之间。C₄是偏移量(C₀)的一阶校正系数，而C₅是该偏移量的二阶校正系数。C₆是增益因子(C₁)的一阶校正系数，而C₇是该增益因子的二阶校正系数。

在这点上，中间值已对因可编程变送器电路引起的变动进行了校正，但是尚未对由传感器20感测的温度与传感器20的输出信号(其已被数字化为信号“Input”)之间的非线性进行校正。作为过程中的第三步骤，此非线性通过对中间值Y应用二阶和三阶校正来校正，如式(3)所给出的：

Output＝Y*(1-C₂-C₃)+C₂*Y²+C₃*Y³，      (3)

其中C₂是二阶校正系数(类似于以上的A₂系数)，而C₃是三阶校正系数(类似于以上A₃系数)。这生成称为“Output(输出)”数字信号，后者将被用于在其“B”引脚(图2中的引脚221)生成模拟输出。以上式(3)的形式使“Output”保持在0到1的范围内——只要Y的范围在0与1之间。作为第四步骤，数字值“Output”被提供给D/A转换器以生成在其“B”引脚提供的模拟信号(较佳地作为电流)。ZMD芯片每秒重复这四个基本步骤若干次以在其“B”引脚(图2中的引脚221)生成经校正的温度信号，后者又经由NPN晶体管16设置电流环路中的电流。

由ZMD提供的软件程序被用于来自温度传感器单元的三个参数和16个测得特性的集合中的校正系数C₀-C₇。在表1中列出并解释了这些参数和测得特性。

参数：

T4mA、T20mA—分别指示期望传感器系统要被编程为的最小和最大温度的参数，以使得在传感器温度在T4mA时输出电流为4毫安，而在传感器温度为T20mA时输出电流为20毫安。

Units(单位)—指示T4m和T20mA是以摄氏还是华氏单位计(例如，Units＝C对应于摄氏，Units＝F对应于华氏)。

测得特性：

Shm、Slm、Smm—在测试室中的传感器分别处于高(TCh)温、低(TCl)温、和中(TCm)温下且变送器芯片处于中温(TTm)下的情况下，提供给芯片的输入(端子V1和V2)的温度传感器信号的数字化值(A/D值)。

TCh、TCl、TCm—其中测得数字化传感器值Shm、Slm、Smm的测试室的测得温度值。

Rh、Rl、Rm—在测试室中的传感器分别处于高(TCh)温、低(TCl)温、和中(TCm)温下且变送器芯片处于中温(TTm)下的情况下，提供给D/A转换器的输入以分别实现高、低和中间输出环路电流(诸如处于或接近20毫安、4毫安和12毫安)的数字值。

Shl、Shh—在测试室中的传感器处于高(TCh)传感器温度下且变送器芯片分别处于用以测量Shl的低温(TTl)下以及用以测量Shh的高温(TTh)下的情况下，提供给芯片的输入(端子V1和V2)的温度传感器信号的数字化值(A/D值)。

Sll、Slh—在测试室中的传感器处于低(TCl)传感器温度下且变送器芯片分别处于用以测量Sll的低温(TTl)下以及用以测量Slh的高温(TTh)下的情况下，提供给芯片的输入(端子V1和V2)的温度传感器信号的数字化值(A/D值)。

TTh、TTl、TTm—在其上测得数字化传感器值Shh、Slh、Shl、Sll、Shm、Slm和Smm的变送器高温、中温和低温的测得值。TTh、TTl和TTm的每一个较佳地为芯片的内部温度传感器在相应温度下的数字化值(A/D值)。

表I

在工厂中，参数T4mA和T20mA被设为温度传感器20力图感测的最宽温度范围，而Units参数被设为摄氏或华氏(摄氏通常是优选的)。参数T4mA和T20mA、TCh、TCl、TCm、TTh、TTl以及TTm是以摄氏计的。而且，选择变送器的工作范围(通常为-25℃到+75℃)。在随后，可使用以下通用程序来获得测得特性。变送器通过连接器27a和27b上电，并被放置在处于接近期望中温值(例如，对于-25℃到75℃的范围为+25℃)的温度下的变送器温度室中。变送器室可以是常规恒温器或者经设置的温差电敏器件。另外，变送器被设成使用初始校正系数集合C₀-C₇，这将使得变送器的D/A转换器能够提供与所感测的温度有关的输出信号，以使得Rh、Rm和Rl能被确定。(默认校正系数可通过ZMD系数生成软件程序使用默认值——其可基于现有设备的测量——来计算出)。接着，使用芯片的A/D转换器来测量值TTm。然后，通过将温度传感器(例如，传感器20)放置在传感器测试室中，使该传感器曝露于等于或略高于T20mA的温度，并测量特性TCh和Shm。传感器室可以是用泵控制至精确且均匀的温度以循环浴液的常规液池，或者传感器室可包括准确旱井设置。然后，测量电流环路的电流并将其与传感器针对测得传感器温度TCh将输出的期望环路电流作比较。调节Rh值以使测得电流值为期望环路电流值，计算新校正系数集合C₀-C₇并将其加载到变送器中。(可通过ZMD系数生成软件程序使用最新Rh值、另外获取的测得特性、以及尚未获得的测得特性的默认值来计算校正系数。)这些步骤较佳地被重复直至两个连续的Rh值落在预定容限内，且最后的值被存储为测得特性Rh。变送器室的温度在随后被降至变送器的预期低温TTl，并且测量特性TTl和Shl。接着，变送器室的温度在随后被升至变送器的预期高温TTh，并且测量特性TTh和Shh。

接着，使变送器室的温度回到TTm，并且使温度传感器室的温度等于或略小于T4mA的值，并测量特性TCl和Slm。可再次测量特性TTm，并与其先前测得值一起取平均，但是在它接近其先前值的情况下，这并非必需的(这可通过变送器室上的温度控制电路来实现)。随后通过ZMD系数生成软件程序使用先前获取的测得特性来计出新校正系数集合C₀-C₇以更新相应默认值，并将其加载到变送器中。然后，测量电流环路的电流并将其与传感器将针对测得传感器温度TCl输出的期望环路电流——该环路电流为4毫安或接近4毫安——作比较。调节Rl值以使测得电流值为期望环路电流值，在随后使用此最新Rl值计算出新校正系数集合C₀-C₇，将其加载到变送器中，并如上所指示地再次确定Rl的值。(可通过ZMD系数生成软件程序使用最新R1值、另外获取的测得特性、以及尚未获得的测得特性的默认值来计算出校正系数。)较佳地重复这些步骤，直至两个连续的Rl值落在预定容限内，且最后的值被存储为测得特性Rl。接着，变送器室的温度被降至变送器的低温TTl，并且测量特性Sll。可再次测量特性TTl，并与其先前测得值一起取平均，但是在它接近其先前值的情况下，这并非必需的。接着，变送器室的温度被升至变送器的高温TTh，并且测量特性Slh。可再次测量特性TTh，并与其先前测得值一起取平均，但是在它接近其先前值的情况下，这并非必需的。

接着，使变送器室的温度回到TTm，并且使传感器室的温度接近T4mA与T20mA之间的中点(即，0.5*(T4mA+T20mA))，并测量特性TCm和Smm。可再次测量特性TTm，并与其先前测得值一起取平均，但是在它接近其先前值的情况下，这并非必需的。随后通过ZMD系数生成软件程序使用先前获取的测得特性来计出新校正系数集合C₀-C₇以更新相应默认值，并将其加载到变送器中。然后，测量电流环路的电流并将其与传感器将针对测得温度TCm输出的期望环路电流——该环路电流为12毫安或接近12毫安——作比较。调节Rm值以使测得电流值为期望环路电流值，在随后使用此最新Rm值计算出新校正系数集合C₀-C₇，将其加载到变送器中，并如上所指示地再次确定Rm的值。(可通过ZMD系数生成软件程序使用最新Rm值以及另外获取的测得特性——但是没有默认值——来计算出校正系数。)较佳地重复这些步骤，直至两个连续的Rm值落在预定容限内，且最后的值被存储为测得特性Rm。

随后将这些参数和测得特性提供给ZMD系数生成软件程序，后者计算系数C₀-C₇，并存储其以执行以上与式(2)和(3)有关的步骤。而且，这些参数和测得特性被存储到串行EEPROM 240中，以使得能够通过用户在现场针对与出厂时所编程的不同的温度范围(例如，T4mA到T20mA)重新编程温度组件。

示例性重新编程过程。为了在现场将传感器系统编程为期望温度范围，用户断开传感器系统与4-20毫安电流环路，并将串行接口适配器插头插入传感器组件10上的编程插座26中。这可通过置于外壳中的组件10来完成。随后，用户引导数据处理器执行以下步骤的启动程序设计软件程序：

1.接入串行接口以读取先前在测试时存储在串行EEPROM 240中的3个参数和16个测得特性。

2.提示用户输入期望温度单位，即℃或℉。

3.提示用户分别输入新的最小和最大传感器温度——T4mA′和T20mA′，以及期望Units值。

4.如果选择华氏单位，则在使用16个测得特性(其为摄氏)之前新的期望T4mA′和T20mA′被转换成摄氏。

5.验证新传感温度范围落在于其上对传感器系统进行测试的温度范围。

6.接入串行接口以将期望单位和新温度范围参数保存在串行EEPROM中。

7.从测得特性生成一组替换特性。较佳地，使用准确二阶和三阶内插法来确保归咎于这些计算的准确度降低最小。

8.使用ZMD软件程序以及作为输入的T4mA′、T20mA′和替换特性来计算8个新系数C₀-C₇。

9.接入串行接口以将新系数C₀-C₇写入变送器的非易失性存储器中。

当将传感器系统与串行接口适配器断开并连接到4毫安到20毫安电流环路时，变送器将加电并自动输出准确地表示新传感器温度范围的环路电流。以上步骤的每一个皆可通过相应指令集A1-A9来实现，这些指令集在计算机可读介质(在图9中示出)上体现并被调节成指令数据处理器执行由相应步骤指示的任务。数据处理器可由桌面计算机、手持式计算机、PDA、蜂窝电话等或其等效物来提供。计算机可读介质可包括任何计算机可读介质，包括但不限于：易失性芯片存储器、非易失性芯片存储器、盘存储、CD-ROM、DVD、载波(例如，因特网下载)及其等效物。

步骤7中生成的一组示例性替换特性可为如下。测得变送器温度TTl、TTm和TTh保持不变，因为无需改变变送器温度的范围来改变传感器的温度范围。D/A转换器的输出值Rh、Rm和Rl也不变，因为这些参数控制输出环路电流的范围，其变化不超出4毫安到20毫安的范围。然而，新传感器温度值TCh′、TCl′和TCm′分别取代旧的测得温度值TCh、TCl和TCm，其中TCh′＝T20mA′而TCl′＝T4mA′。将中间值TCm′选择为T4mA′与T20mA′之间的确切中点并非是优选的。相反，较佳地，将中间温度值TCm′选择成如同Tm相对于TCl和TCh那样相对于T4mA′与T20mA′的相对位置，这可表达为：(TCm′-T4mA′)/(T20mA′-T4mA′)＝(TCm-TCl)/(TCh-TCl)，这给定TCm′＝(T20mA′-T4mA′)*(TCm-TCl)/(TCh-TCl)+T4mA′。最后，新数字化传感器值Shm′、Slm′和Smm′分别取代Shm、Slm和Smm，并且使用内插来生成。而且，值Shl′、Shh′、Sll′和Slh′分别取代Shl、Shh、Sll和Slh，并且也使用内插来生成。

为了助益内插，初始传感器温度TCl、TCm和TCl、新传感器温度TCl′、TCm′和TCl′，以及数字化传感器值Shm、Slm和Smm的归一化值可如下生成：

TCl_N＝(TCl-TCl)/(TCh-TCl)＝0

TCm_N＝(TCm-TCl)/(TCh-TCl)＝{0与1之间的值}

TCh_N＝(TCh-TCl)/(TCh-TCl)＝1

TCl′_N＝(TCl′-TCl)/(TCh-TCl)＝{0与1之间的值}

TCm′_N＝(TCm′-TCl)/(TCh-TCl)＝{0与1之间的值}

TCh′_N＝(TCh′-TCl)/(TCh-TCI)＝{0与1之间的值}

Slm_N＝(Slm-Slm)/(Shm-Slm)＝0

Smm_N＝(Smm-Slm)/(Shm-Slm)＝{0与1之间的值}

Shm_N＝(Shm-Slm)/(Shm-Slm)＝1

归一化过程本质上包括移位操作，继之以定标操作，并且其有助于从温度值(T)内插出新传感器值(S)。一种S与T之间的示例性内插形式是S＝T*(1-K)+K*T²，其具有二阶准确度。在这种形式中使用TCm_N和Smm_N值，可得到K如下：K＝(Smm_N-TCm_N)/(TCm_N ²-TCm_N)。使用K以及以上内插形式，新数字传感器值Slm′、Smm′和Shm′的归一化值可如下获得：

Slm′_N＝(1-K)*TCl′_N+K*(TCl′_N)²

Smm′_N＝(1-K)*TCm′_N+K*(TCm′_N)²

Shm′_N＝(1-K)*TCh′_N+K*(TCh′_N)²

新归一化值可按如下再次解归一化(解定标，继之以解移位)：

Slm′＝(Slm′_N)*(Shm-Slm)+Slm

Smm′＝(Smm′_N)*(Shm-Slm)+Slm

Shm′＝(Shm′_N)*(Shm-Slm)+Slm

新数字化温度传感器值Sll′和Slh′旨在与在测试室中的传感器处于新低传感器温度TCl′下且变送器芯片分别处于用以测量Sll′的低温(TTl)下以及用以测量Slh′的高温(TTh)下的情况下提供给芯片的输入(端子V1和V2)的数字化温度传感器信号相对应。为了获得较好的逼近，可假定新传感器值Sll′如同新传感器值Slm′对于初始测量温度值Slm和Shm那样处于相对于初始测得传感器值Sll和Slh的相对位置。(Sll′-Sll)/(Slh-Sll)＝(Slm′-Slm)/(Shm-Slm)＝Slm′N。类似地，可假定新传感器值Slh′如同新传感器值Slm′对于初始测量温度值Slm和Shm那样处于相对于初始测得传感器值Sll和Slh的相对位置：(Slh′-Sll)/(Slh-Sll)＝(Slm′-Slm)/(Shm-Slm)＝Slm′_N。可求解这些等式以得到：

Sll′＝(Slm′_N)*(Shl-Sll)+Sll

Slh′＝(Slm′_N)*(Shh-Slh)+Slh

新数字化温度传感器值Shl′和Shh′旨在与在测试室中的传感器处于新高传感器温度TCh′下且变送器芯片分别处于用以测量Shl′的低温(TTl)下以及用以测量Shh′的高温(TTh)下的情况下提供给芯片的输入(端子V1和V2)的数字化温度传感器信号相对应。为了获得较好的逼近，可假定新传感器值Shl′和Shh′中的每一个如同新传感器值Shm′对于初始测量温度值Slm和Shm那样处于相对于初始测得传感器值Shl和Slh Shh相对位置。据此，之后可求解Shl′和Shh′如下：

Shl′＝(Shm′_N)*(Shl-Sll)+Sll

Shh′＝(Shm′_N)*(Shh-Slh)+Slh

以上描述的指令#7(以及在图9中所示的)可包括适于引导数据处理器使用以上步骤生成替换特性的指令。如果用户不满意他或她最初选择的新温度范围，则可使用新温度范围重复以上步骤。由于初始测得特性被存储在EEPROM 240中，因此它们未丢失并且总是与对其进行测量的温度传感器和变送器保持一致。

应当领会，EEPROM 240(其为非易失性存储器)可与变送器芯片210的非易失性存储器整合在一起。目前，ZMD芯片较佳地不具有足以供给存储在EEPROM 240中的数据的空间，但是预计ZMD将可提供ZME31050的后继产品，其将具有足以供给EEPROM 240中的内容的非易失性存储器空间。

图9示出允许用户在现场重新编程传感器系统901的完整程序设计系统900。串行接口适配器902通过适当电缆903连接到计算机904上的USB或串行端口。串行接口适配器902向连接到4连接器插头908(四位置插头)的4连接器电缆905提供4个信号GND、VCC、SD和SC。将DIN B型壳体910的盖907打开，并且将插头908插入编程插座(未示出)。盖907较佳地借助铰链906与壳体910保持连接。软件程序使用串行接口来读取先前在先验测试(通常在工厂中完成)期间存储在传感器系统的EEPROM中的校准常数。软件程序提示用户输入期望Tmin和Tmax、选择期望单位(C或F)、以及在随后计算变送器的新系数C0-C7。软件程序随后使用串行总线来将新系数写入可编程变送器的非易失性存储器中以完成将传感器系统重新编程至新的期望温度范围。在优选实施例中，软件程序包括以上描述的九个步骤，并且较佳地包括在与计算机相关联的计算机可读存储器上体现的九个指令集A1-A9。虽然计算机904被示为桌面计算机，但是其可包括膝上型计算机、或运行WindowCE(或等效操作系统)的个人数字助理(PDA)或蜂窝电话、或者使用单个处理器和I/O芯片组的专用手持式处理器。串行接口适配器902包括容易购买且可被整合到专用手持式处理器中的相对简单的电路。其可包括具有用于耦合至计算机处理器的USB端口以及用于向4根电缆905提供信号GND、VCC、SD和SC的I2C端口的USB-I2C端口适配器。

虽然已参照所例示实施例描述了本发明，但是应当领会，可基于本公开作出旨在落在本发明的范围内的各种改变、修改和改编。虽然已结合目前被认为最实用和优选的实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施例，相反，其旨在涵盖包括在所附权利要求的范围内的各种修改和等效布置。

Claims (19)

1.一种温度感测和变送组件，包括：

柔性电路衬底，其包括具有第一区和第二区的聚合物薄片、置于所述第一区中用于电耦合至至少一温度传感器的第一多个互连焊盘、在所述第二区中用于电耦合至可编程变送器的第二多个互连焊盘、以及从所述第一多个互连焊盘的至少之一延伸到所述第二多个互连焊盘的至少之一的第一电迹线；

温度传感器，其被安装到所述第一多个互连焊盘的至少之一并电耦合至至少所述第一电迹线，所述温度传感器被调整成感测温度并生成表示感测温度的输出信号；

可编程变送器，其被安装到所述第二多个互连焊盘中的至少多个并电耦合至至少所述第一电迹线，所述可编程变送器具有用以接收表示所述感测温度的信号的输入，以及用以提供表示所述感测温度的输出信号的输出；由所述温度传感器生成的所述输出信号在第一温度跨距内具有背离其值与所述感测温度之间的第一线性关系达第一百分比的值，所述第一温度跨距具有两个端点，所述第一线性关系包括所述温度传感器在所述第一跨距的所述两个端点上的输出的值之间绘制的直线，

其中由所述可编程变送器生成的所述输出信号在所述第一温度跨距内具有背离其值与所述感测温度之间的第二线性关系达第二百分比的值，所述第二线性关系包括所述可编程变送器在所述第一跨距的所述两个端点上的输出的值之间绘制的直线；以及

其中所述第二百分比小于所述第一百分比。

2.如权利要求1所述的温度感测和变送组件，其特征在于，所述温度传感器包括半导体面结型二极管。

3.如权利要求1所述的温度感测和变送组件，其特征在于，所述温度传感器包括多个半导体面结型二极管。

4.如权利要求3所述的温度感测和变送组件，其特征在于，所述多个半导体面结型二极管的至少两个被串联电耦合。

5.如权利要求1所述的温度感测和变送组件，其特征在于，所述可编程变送器的所述输出信号是其值落在约4毫安到约20毫安的范围内的电流信号。

6.如权利要求1所述的温度感测和变送组件，其特征在于，所述可编程变送器包括映射电路，所述映射电路从所述温度传感器的所述输出信号生成所述可编程变送器的输出信号，其中所述映射电路具有在将所述可编程变送器安装到所述柔性电路衬底之后可被编程的至少一个参数。

7.如权利要求1所述的温度感测和变送组件，其特征在于，所述柔性电路衬底还包括跨越所述柔性电路衬底的所述第一和第二区的部分，所述部分具有从所述第一区到所述第二区的长度以及与其长度成横向的宽度，所述宽度小于所述长度。

8.如权利要求1所述的温度感测和变送组件，其特征在于，还包括偏置电路，所述偏置电路用小于100μA的电流偏置所述温度传感器。

9.如权利要求1所述的温度感测和变送组件，其特征在于，所述可编程变送器的所述输出信号是电流信号，并且其中所述温度感测和变送组件还包括耦合至所述可编程变送器的输出以感测环路电流的电流感测电阻，所述电流感测电阻是不精确元件。

10.如权利要求1所述的温度感测和变送组件，其特征在于，还包括：

用于将所述温度感测和变送组件连接到外部电流感测环路的两个连接端子，以及设置在所述可编程变送器的所述输出与所述连接端子之间的桥式整流器。

11.如权利要求10所述的温度感测和变送组件，其特征在于，所述连接端子包括弹力连接器。

12.如权利要求1所述的温度感测和变送组件，其特征在于，还包括用于将所述温度感测和变送组件连接到外部电流感测环路的两个连接端子，每个连接端子包括弹力连接器。

13.如权利要求1所述的温度感测和变送组件，其特征在于，所述可编程变送器包括具有用以校正由所述温度传感器提供的所述信号的电路的处理器芯片、用以存储由所述处理器芯片使用的校正参数的非易失性存储器、以及调整成耦合至外部编程总线并调整成从其接收导致一个或多个校正参数将被存储到所述用以存储校正参数的非易失性存储器中的信号的至少两个总线端子，其中所述温度感测和变送组件还包括：

用以接收数据编程总线的至少两个连接器，所述至少两个连接器被耦合至所述处理器芯片的相应总线端子；以及

与所述处理器芯片分开的第二非易失性存储器，其具有至少两个总线端子，所述总线端子被调整成耦合至外部编程总线以接收信号并被调整成从其接收导致将数据存储在所述第二非易失性存储器中的信号，其中所述第二非易失性存储器的所述总线端子被耦合至所述至少两个连接器。

14.如权利要求13所述的温度感测和变送组件，其特征在于，所述用以存储校正参数的非易失性存储器和所述第二非易失性存储器被整合在一起作为一个非易失性存储器。

15.如权利要求1所述的温度感测和变送组件，其特征在于，所述可编程变送器包括具有用以校正由所述温度传感器提供的所述信号的电路的处理器芯片、用以存储由所述处理器芯片使用的校正参数的非易失性存储器、以及调整成耦合至外部编程总线并调整成从其接收导致一个或多个校正参数将被存储到所述非易失性存储器中的信号的至少两个总线端子，其中所述温度感测和变送组件还包括：

编程插座，其具有用以接收外部数据编程总线的至少一个连接器，所述至少一个连接器被耦合至所述处理器芯片的相应总线端子。

16.一种温度传感器单元，包括：

具有至少一个小孔的外壳；以及

根据权利要求1的温度感测和变送组件；以及

其中所述温度感测和变送组件的第一部分被置于所述外壳中，而所述温度感测和变送组件的第二部分被设置成通过所述至少一个小孔；以及

其中所述温度感测和变送组件的所述温度传感器被置于所述外壳的外部。

17.如权利要求16所述的温度传感器单元，其特征在于，所述外壳包括DIN B型顺应外壳。

18.如权利要求17所述的温度传感器单元，其特征在于，靠近所述至少一个小孔设置铰链门，所述铰链门具有导致所述至少一个小孔具有第一区的闭合位置，以及导致所述小孔具有大于所述第一区的第二区的打开位置。

19.如权利要求16所述的温度传感器单元，其特征在于，所述外壳包括底部和调整成可与所述底部分开的顶部，所述顶部具有在所述顶部被附连到所述底部时背向所述底部的正面，以及在所述顶部被附连到所述底部时面向所述底部的背面；

其中所述底部包括调整成将所述温度感测和变送组件的一部分保持在所述底部的第一区内的一个或多个支承结构；

其中所述顶部还包括调整成曝露所述第一区的一部分以在所述顶部被附连到所述底部时便于观看的第二小孔。

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