CN106461590B - 用于证明介质的电容式传感器和相应的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于探测至少一种介质(18)的传感器,具有包括至少两个电极(12)和至少一种电介质(14)的电容式测量装置(10),并且具有电子装置(20),所述电子装置用于求取至少一个关于和/或随电容变化的量并且根据至少一个求取的量确定至少一个关于存在至少一种介质(18)和/或其至少一种浓度的信息(22),所述电子装置附加地设计以至少两个不同的频率改变施加在至少两个电极(12)之间的电压,可以对于每个频率求取至少一个量,并且可以以电子装置确定关于对于不同频率求取的量相互偏差的至少一个偏差量,并且附加地设计以根据至少一个偏差量确定至少一个信息。本发明还涉及操作电容式测量装置(10)的方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于探测至少一种介质的传感器。本发明还涉及一种用于运行电容式测量装置的方法。
背景技术
在EP 2 508 881 A1中描述了一种液体传感器。该液体传感器具有电容式测量装置,该电容式测量装置具有至少两个电极和存在于至少两个电极之间的至少一个电介质。根据相对空气湿度,水分子侵入至少一种电介质之中,由此,电介质的介电常数发生变化,这引起施加在至少两个电极之间的至少一个电容的变化。为了运行EP 2 508 881 A1的湿度传感器,将电压施加到至少两个电极上。此外,借助温度传感元件测量存在于环境中的温度,并且在确定相对空气湿度输出值时考虑该温度。
发明内容
本发明提出一种用于探测至少一种介质的传感器,该传感器具有:
一电容式测量装置,该电容式测量装置包括至少两个电极和存在于所述至少两个电极之间的至少一种电介质,其中,所述至少一种电介质的至少一个介电常数取决于所述至少两个电极之间的所述至少一种介质的至少一种浓度,由此,施加在所述至少两个电极之间的至少一个电容是可变的;以及
一电子装置,所述电子装置设计用于求取关于所述可变电容的至少一个量,并且在考虑所述至少一个求取的量的情况下确定和输出关于存在所述至少一种介质和/或关于存在所述至少一种介质的至少一种浓度的至少一个信息;
其中,所述电子装置附加地设计用于以至少两个不同的频率改变施加在所述至少两个电极之间的电压,其中,能够对于所述频率中的每个求取所述至少一个量,其中,借助所述电子装置能够确定关于对于所述不同频率求取的量的相互偏差的至少一个偏差量,并且能够在附加地考虑所述至少一个偏差量的情况下确定所述至少一个信息,及其中,所述电子装置附加地设计用于在考虑所述至少一个偏差量的情况下确定老化因数和/或污染因数,并且在考虑所确定的老化因数和/或污染因数的情况下确定、修正或者重新确定所述至少一个信息。
本发明提出一种用于运行电容式测量装置的方法,所述电容式测量装置具有至少两个电极和存在于所述至少两个电极之间的至少一种电介质,所述电介质的至少一个介电常数取决于所述至少两个电极之间的至少一种介质的至少一种浓度,由此,施加在至少两个电极之间的至少一个电容改变,所述方法包括以下步骤:
以至少两个不同的频率改变施加在所述至少两个电极之间的电压;
求取关于所述可变电容的至少一个量,其中,对于所述频率中的每个频率求取所述至少一个量;
确定关于对于所述不同频率所求取的所述量的相互偏差的至少一个偏差量;
确定和输出关于存在所述至少一种介质和/或关于存在所述至少一种介质的所述至少一种浓度的至少一个信息,其中,在考虑所求取的量中的至少一个量和所述至少一个偏差量的情况下确定输出的所述至少一个信息,及其中,在考虑所述至少一个偏差量的情况下确定老化因数和/或污染因数,并且在考虑所确定的老化因数和/或污染因数的情况下确定、重新确定或者修正所述至少一个信息。
本发明的优点
本发明能够实现简单地可实施地检测传感器/电容式测量装置的老化状态和/或污染状态,且因此也能够实现在确定至少一个输出信息时考虑老化状态和/或污染状态。尽管传感器/电容式测量装置使用时间比较长,以这种方式仍然能够实现以比较好的精度和比较少的错误率求取关于存在至少一种介质和/或所述介质的至少一种浓度的信息。即使在比较有问题且具有高污染风险的环境中使用传感器/电容式测量装置,也能借助本发明求取和输出可靠的值。因此,本发明延长传感器/电容式测量装置的使用时间/寿命,并且也改善在具有比较高的污染风险的环境中的适用性。
借助本发明可以节省按照常规寿命更换或者重新购置传感器/电容式测量装置的成本。此外,借助本发明使得传感器/电容式测量装置的“再调节运行”——如习惯上经常需要去除侵入到至少两个电极之间的分子那样——成为多余的。此外指出,与常见的“再调节”相比能够以比较简单的方式实现本发明。
本发明能够实现修正/补偿老化现象和/或污染的后果,而不是排除传感器/电容式测量装置上的老化现象和/或污染。借助修正/补偿可以保证由传感器/电容式测量装置输出的信息即使在其明显老化/污染时仍然具有很小的错误率。尤其可以对于以传感器/电容式测量装置测量的值完全修正老化漂移/污染漂移。
在传感器的一种有利的实施方式中,电子装置附加地设计用于在考虑恰好一个预给定频率时求取的量的情况下确定至少一个信息,并且在输出所述至少一个信息之前在考虑至少一个偏差量的情况下对所述至少一个信息进行修正或者重新确定。电子装置例如可以设计用于,只要至少一个偏差量比较高,就从至少一个偏差量推导出一个修正因数,借助该修正因数可以完全修正老化或者污染引起的对信息的影响。可以借助比较小的、容易的并且成本有利的电子装置可靠地实施这种分析处理方法。
电子装置例如附加地设计用于在考虑至少一个偏差量的情况下确定老化因数和/或污染因数,和/或根据所确定的老化因数和/或污染因数确定、修正或者重新确定至少一个信息。因此,可以借助比较简单的方法对于至少一个输出信息修正不同的老化和污染对传感器的多个影响。
电子装置选择性地附加地设计用于仅仅周期性地或者受外部或者内部提供的控制信号的操控地重新确定至少一个偏差量、老化因数和/或污染因数。如有需要,电子装置可以因此定期进行自校准,借助自校准可以保证至少一个输出信息的良好精度和比较小的错误率。然而作为替代方案,仅当从外部为此操控电子装置时,或者当例如借助布置在传感器内部的传感元件可以确定存在有很大可能会影响老化状态和/或污染状态的原因时,才可以重新确定至少一个偏差量(或者老化因数和/或污染因数)。
在一种有利的实施方式中,电容式测量装置和电子装置构造在共同的半导体衬底上和/或在共同的半导体衬底中。然而作为替代方案,电容式测量装置和电子装置也可以构造在不同的半导体衬底上。这样可保证在设计传感器时有较大的设计自由度。
在一种有利的扩展方案中,传感器附加地包括借助电子装置可以运行和可以分析处理的温度测量装置。因此,也可在运行电容式测量装置时和/或在确定至少一个信息时一并考虑存在于传感器上的温度。
在实施操作电容式测量装置的对应方法时也保证以上所述的优点。可以相应于传感器的不同实施方式扩展该方法。
附图说明
以下根据附图解释本发明的其它特征和优点。附图示出:
图1a至1e:传感器的第一种实施方式的示意性局部示图以及用于解释该传感器特性的坐标系;
图2:传感器第二种实施方式的示意性示图;以及
图3:用于解释用于运行电容式测量装置的方法的一种实施方式的流程图。
具体实施方式
图1a至1e示出传感器的第一种实施方式的示意性局部示图以及用于解释该传感器特性的坐标系。
借助图1a和1b示意性地描绘的传感器设计用于探测至少一种介质。对于“探测至少一种介质”应理解为传感器识别至少一种介质(至少一种预给定的/刚好能被证明的最低浓度)的存在。然而,作为替代或者补充方案,传感器也可以设计来对于至少一种介质求取其浓度。因此,对于传感器特别是也可以理解为介质浓度传感器或者介质浓度测量传感器。
借助图1a和1b描绘的传感器仅仅示例性地设计成湿度传感器。因此,该传感器(从预给定的/刚好能被证明的最低浓度开始)识别湿度的存在并且可以测量空气湿度。然而需指出的是,图1a和1b中的将传感器构造为湿度传感器的做法仅仅应代表一种示例。传感器的可构造性不限于确定的、待证明的/待探测的介质。例如也可以借助该传感器测量气体浓度或者固体颗粒浓度。
传感器包括具有至少两个电极12的电容式测量装置10。两个电极12在图1a中仅仅示例性地构造成梳状电极。也可以使用杂散场电容器(Streufeldkondensator)、平板电容器(Plattenkondensator)或其它类型电容器的其它形状的电极作为电极12。也要指出的是,电容式测量装置10的可构造性不限于恰好两个电极12的数量。
在至少两个电极12之间存在至少一种电介质14。对于至少一种电介质14应理解为例如水分子18那样的至少一种介质可以扩散/侵入其中的材料。此外,至少一种电介质14的至少一个介电常数取决于至少两个电极12之间的至少一种介质的至少一种浓度。因此,施加在至少两个电极12之间的至少一个电容C(根据至少两个电极12之间的至少一种介质的至少一种浓度)是可变的。电容C的变化尤其可以与至少一种介质的至少一种浓度呈线性关系。例如,至少一种聚合物可以作为所述至少一种电介质14存在于所述至少两个电极12之间。
图1b示出沿图1a所示的线AA’的横断面。可以看出,至少两个电极12可选地可以借助保护层16覆盖,将至少一种电介质14施加到该保护层上,该保护层防止电极12与所述至少一种介质、例如水分子18直接接触。然而在制造传感器时也可以不采用保护层16。
在图1a至1e的示例中,至少一种电介质14是聚酰亚胺层14,该电介质14的介电常数根据扩散到其中的水分子18的浓度变化。然而要指出的是,电容式测量装置10的可构造性不限于将一种确定的材料用于至少一种电介质14。随着电容式测量装置10逐渐老化,如温度和空气湿度那样的影响因素会导致聚酰亚胺层14由于水解和氧化而分解。此外,具有偶极特性的不同官能团可能嵌入到聚酰亚胺层14中,从而聚酰亚胺层14的亲水性显著提高。随着聚酰亚胺层14逐渐老化,水分子18(或者至少一种待探测介质的其它所嵌入的分子)和/或外来分子(Fremdmolekül)被牢固结合到其中。由于极性提高而牢固结合的水分子18/外来分子仅在使用更大能量的情况下才会离开聚酰亚胺层14。通常仅在高温下,例如在至少150℃的温度下,才将水分子18由老化的聚酰亚胺层14去除。可以将这种急剧加热聚酰亚胺层14的方式称作“再调节(Rekonditionierung)”。然而通常只能在实验室条件下进行“再调节”。因此在传感器正常运行状态下经常无法(完全)去除水分子18。此外在“再调节”之后必须因此立即重新考虑到聚酰亚胺层14会重新牢固结合水分子18。因此“再调节”仅导致聚酰亚胺层14的相对短的时间内的修复。
此外,由于水解而部分分解的聚酰亚胺层14也可能会重新缩合,也就是说回到其原始形式。为此仍然在比较长的时期上需要比用于“再调节”的温度更高的温度。温度尤其必须足以使得聚酰亚胺层14固化。然而在传感器上施加这样剧烈的温度极有可能导致损伤。
因此,常见的浓度测量装置通常会随着逐渐老化而具有测量值和输出值的老化漂移。在电容式测量装置10上也会随着逐渐老化而出现借助图1c和1d的坐标系描绘的零点漂移和线性漂移。
在图1c的坐标系中,横坐标是电容式测量装置10的年龄/逝去的运行时间t(单位:小时)。借助图1c的坐标系的纵坐标描绘出现的错误E(百分值)。图线g11示出零点漂移。图线g12示出线性漂移。
图1d的坐标系的横坐标表示电容式测量装置10的周围环境中出现的空气湿度浓度cH2O(单位:%rH)。图1d的坐标系的纵坐标描绘在这些空气湿度浓度cH2O时测量的电容C。
在电容式测量装置10的年龄/逝去的运行时间t为0小时时测量借助图线g21测量的值。与此相对,在电容式测量装置10的年龄/逝去的运行时间t为1000小时之后求取图线g22的电容C。(如果传感器的配备仅限于电容式测量装置10和常见的用户装置,则对借助图线g22在电容式测量装置10的年龄/逝去的运行时间t为1000小时时表示的电容C不加修正地进行分析处理。)
然而,图1a至1e的传感器具有电子装置20,该电子装置不仅设计用于确定和输出关于存在至少一种介质和/或关于存在该介质的至少一种浓度的至少一个信息22,而且用于在输出信息22之前在考虑描绘至少一种电介质14的状态的值的情况下实施信息22的补偿/修正/重新确定。零点漂移和线性漂移因此就不会使得可以借助电子装置20输出的信息22变差,因为信息22在输出之前可以修正或者可以重新确定。
电子装置20尤其设计用于以至少两个不同的频率f改变施加在至少两个电极12之间的电压。对于(至少两个不同的)频率f中的每个频率,电子装置20求取关于可变电容C和/或取决于可变电容C的至少一个量24。也可以改换说法,借助电子装置20可以实施一种能够在不同的频率f/激励频率时准确求取至少一个量24的探测方法/电容探测方法。所述至少一个量24例如可以是电流强度和/或电容C。然而要指出的是,电子装置20的可构造性不限于求取电流强度/电容C以作为至少一个量24。
借助电子装置20可以确定关于对于不同频率f求取的量24的相互偏差的至少一个偏差量(差量)Δ1至Δ3。此外,电子装置20设计用于不仅在考虑至少一个求取的量24的情况下,而且在附加地考虑至少一个偏差量(差量)Δ1至Δ3的情况下确定至少一个信息22。
作为至少一个信息22例如可以确定并且可以输出:所述至少一种介质、如水分子18(至少以预给定的/恰好还可以探测的最低浓度)存在于至少两个电极12之间并且因此也(至少以预给定的/恰好还可以探测的最低浓度)存在于传感器的至少部分周围环境中。当然也可以确定和输出介质的至少一种浓度作为至少一个信息22。因此传感器也可以用于求取多个信息和测量参量。
在图1a至1e的实施方式中,电子装置20设计用于在考虑在恰好一个预给定频率f时求取的量24的情况下确定至少一个信息22。接着电子装置20在考虑所求取的偏差量Δ1至Δ3的情况下修正至少一个信息22。
图1e示出坐标系,其横坐标表示频率f(单位:Hz),以该频率改变施加在电极12之间的电压。借助图1e的坐标系的纵坐标描绘在不同频率f时作为至少一个量24分别测量的电容C。(图1e的坐标系中的电容C都是在空气湿度浓度cH2O相同并且保持不变时测量的。)
图线g31表示对于不同频率f借助新的电容式测量装置10(在年龄/逝去的运行时间为0小时的情况下的)求取的电容C。图线g32的值是以年龄/逝去的运行时间为50小时的电容式测量装置10测量的。在测量图线g33的值期间,电容式测量装置10具有150小时的年龄/运行时间。
如根据图1e所示的坐标系可以看出的那样,在频率f为100Hz时测量的电容C与在频率f为100kHz时测量的电容C之间的偏差量Δ1至Δ3随着电容式测量装置10的年龄增长而增大。对于作为至少一种电介质14的聚酰亚胺层14的示例和水分子18的示例,这归因于水分子18的运动自由度随着聚酰亚胺层14逐渐降解而受到限制。水分子18与施加在至少两个电极12之间的交变电场26的相互作用随着聚酰亚胺层14逐渐降解而变化。尽管这里以聚酰亚胺层14和水分子18为例解释了偏差量Δ1至Δ3的老化引起的变化,然而所基于的效应不限于这里所述的材料。
要指出的是,可以在比较短的时段内对于不同的频率f求取至少一个量24。因此仅需花费很少的时间来确定至少一个偏差量Δ1至Δ3。
因此,基于有利地求取至少一个偏差量Δ1至Δ3,可以通过至少一种电介质14的变化和/或通过水分子/外来分子的侵入来完全补偿不希望的电容变化。电子装置20特别地可以设计用于在考虑至少一个偏差量Δ1至Δ3的情况下确定老化因数和/或污染因数,并且在考虑所确定的老化因数和/或污染因数的情况下确定、修正或者重新确定至少一个信息22。因此,即使在传感器长时间运行之后,在具有高污染风险的环境中也保证至少一个输出信息22的良好精度和低的错误率。
因此不再需要“再调节”或者固化至少一种电介质14。代替地,在传感器中借助至少一个偏差量Δ1至Δ3检测具有不同频率f的老化漂移和/或污染漂移的误差图像。可以有利地使用至少一种待探测介质的分子和/或外来分子的频率相关性。因为该频率相关性随着至少一种电介质14的特性变化而改变,所以能够可靠地检测错误图像。借助定性地或定量地检测误差图像可以补偿老化效应和污染,而不是消除老化效应和/或污染。此外,以这种方式可以有针对性地研究误差图像的频率相关的特征,而不是检测另一测量量。也可以换一种说法将该过程描述为检测介电弛豫。
在图1a至1e的实施方式中,电容式测量装置10构造在半导体衬底28上和/或在半导体衬底28中。半导体衬底28例如可以是硅衬底。然而半导体衬底28也可以具有其它材料来替代硅或者作为对硅的补充。特别地可以以至少一个介电层30至少部分地覆盖半导体衬底28的表面,其中,至少两个电极12和至少一种电介质14施加到至少一个介电层上。然而在图1b中描绘的层结构仅示例性地表示。
在一种有利的实施方式中,电容式测量装置10和电子装置20可以构造在共同的半导体衬底28上和/或在共同的半导体衬底28中。这可以很容易地实现,因为不仅电容式测量装置10而且电子装置20都可以借助CMOS工艺制造。作为替代方案,电容式测量装置10和电子装置20也可以构造在不同的载体结构上。
图2示出传感器的第二种实施方式的示意性示图。
图2中示意性地描绘的传感器除了具有电容式测量装置10之外,还具有电子装置20,该电子装置包括控制单元32、存储单元34和计算单元36。借助控制单元32的控制信号38来控制:将以不同频率f改变的电压施加到电容式测量装置10的至少两个电极12之间。为此,一种算法可以存储在控制单元32上。
借助数据信号40将至少一个分别求取的量输出给计算单元36。也可以将数据信号40提供给控制单元32。控制单元32例如可以借助存放信号41将至少一个求取的量转发给存储单元34。
计算单元36设计用于根据借助数据信号40提供的数据求取至少一个上面已经描述的偏差量。计算单元36随后在考虑至少一个求取的变化量的情况下对在一个唯一预给定频率时求取的信息进行补偿。计算单元36在此可以采用存储单元34所使用的查找表42、方程式、测量特性曲线和/或换算公式。
图2的传感器也具有温度测量装置44,该温度测量装置借助电子装置20可以运行和可以分析处理的。不仅可以给控制单元32,也可以给计算单元36提供由温度测量装置44求取的温度信号46。因此,在运行电容式测量装置10和/或确定至少一个以后输出的信息22时也可以一并考虑存在于传感器上的温度。
上述传感器的电子装置20特别地可以设计用于仅仅周期性地或者非周期性地(偶尔)重新确定至少一个偏差量(或者老化因数和/或污染因数)。也可以将这换一种说法,即上述传感器设计用于仅仅周期性地或者非周期性地(偶尔)实施自检(通过重新确定至少一个变化量)。在两次自检之间,传感器可以在其正常运行过程中在使用先前测量/上次自检期间确定的至少一个变化量的情况下确定、修正或者重新确定至少一个信息22。因为根据本发明的老化过程涉及非常缓慢的过程,因此以很大的间隔时间重新求取老化。
所谓非周期性地/偶尔重新地确定至少一个偏差量(或老化因数和/或污染因数)指的是通过外部或者内部提供的控制信号操控电子装置20执行该过程。例如可以借助至少一个外部或者内部传感元件将控制信号输出给电子装置20,使其执行以上所述的自检。因此,可以在识别出电容性测量装置上存在可能的状态变化原因之后有针对性地实施自检。传感器例如可以以自检对极端温度和/或液体/脏污的侵入有针对性地作出反应。
所有上述传感器均可以整合在空气质量流量传感器之中。
图3示出用于解释用于运行电容式测量装置的方法的一种实施方式的流程图。
例如可以借助图1a和1b中示意性描绘的电容式测量装置实施以下所述的方法。然而要指出的是,所述方法的可实施性不限于该电容式测量装置。代替地,可以以具有至少两个电极和存在于至少两个电极之间的至少一种电介质的每种电容式测量装置实施该方法。所谓电介质指的是一种材料,该材料至少一个介电常数取决于至少两个电极之间的至少一种介质的至少一种浓度,由此改变施加在至少两个电极之间的至少一个电容。
在执行该方法的过程中以至少两个不同频率改变施加在至少两个电极之间的电压。对于每一个频率求取关于变化电容和/或取决于变化电容的至少一个量。确定关于对于不同频率求取的量的偏差的至少一个偏差量(差量)。至少一个偏差量例如可以是第一频率下测量的量与第二频率下测量的量之差。也可以将不同频率下求取的多个量与平均值的偏差/散差确定为至少一个偏差量。
在考虑至少一个求取的量和至少一个偏差量的情况下确定关于存在至少一种介质和/或关于存在至少一种介质的至少一种浓度的至少一个信息。随后输出所确定的信息。
在图3的实施方式中,首先在步骤S1中在恰好一个预给定的(第一)频率下测量至少一个量。随后在步骤S2中在考虑在恰好一个预给定的频率下求取的量的情况下确定至少一个信息。
在另一步骤S3中至少还在另一(第二)频率下(不同于第一频率)求取至少一个量。(可以选择在步骤S2之前执行步骤S3。)在步骤S4中在考虑步骤S1和S3中测量的量的情况下确定至少一个偏差量。此外,在步骤S5中在考虑至少一个偏差量的情况下重新确定或者修正(步骤S2中确定的)信息。
可以选择在步骤S4和S5之间的中间步骤中在考虑至少一个偏差量的情况下确定老化因数和/或污染因数。这种情况下可在步骤S5中在考虑所确定的老化因数和/或污染因数的情况下重新确定或者修正至少一个信息。
也可以选择仅仅周期性地或者非周期性地(偶尔)重新确定至少一个偏差量。由此可以在其间省去步骤S3和S4。例如仅当认为至少一种电介质上在其间发生变化的可能性高时,才能执行步骤S3和S4。
尽管已根据优选实施例解释了本发明,然而本发明不限于此。尽管之前以三个变化量予以说明,但是例如可以是与老化有关的任意一个变化量。或者换句话说:这些变化量对于不同老化阶段仅是示例性的。变化量根据老化和频率增长。
Claims (10)
1.一种用于探测至少一种介质(18)的传感器,该传感器具有:
一电容式测量装置(10),该电容式测量装置包括至少两个电极(12)和存在于所述至少两个电极(12)之间的至少一种电介质(14),其中,所述至少一种电介质(14)的至少一个介电常数取决于所述至少两个电极(12)之间的所述至少一种介质(18)的至少一种浓度,由此,施加在所述至少两个电极(12)之间的至少一个电容(C)是可变的;以及
一电子装置(20),所述电子装置设计用于求取关于所述可变电容(C)的至少一个量(24),并且在考虑所述至少一个求取的量(24)的情况下确定和输出关于存在所述至少一种介质(18)和/或关于存在所述至少一种介质(18)的至少一种浓度的至少一个信息(22);
其特征在于,
所述电子装置(20)附加地设计用于以至少两个不同的频率(f)改变施加在所述至少两个电极(12)之间的电压,其中,能够对于所述频率(f)中的每个求取所述至少一个量(24),其中,借助所述电子装置(20)能够确定关于对于所述不同频率(f)求取的量(24)的相互偏差的至少一个偏差量,并且能够在附加地考虑所述至少一个偏差量的情况下确定所述至少一个信息(22),及其中,所述电子装置(20)附加地设计用于在考虑所述至少一个偏差量的情况下确定老化因数和/或污染因数,并且在考虑所确定的老化因数和/或污染因数的情况下确定、修正或者重新确定所述至少一个信息(22)。
2.根据权利要求1所述的传感器,其中,所述电子装置(20)附加地设计用于在考虑在恰好一个预给定频率(f)时所求取的量(24)的情况下确定所述至少一个信息(22),并且在输出所述至少一个信息(22)之前在考虑所述至少一个偏差量的情况下修正或者重新确定所述至少一个信息(22)。
3.根据权利要求1或2所述的传感器,其中,所述电子装置(20)附加地设计用于仅仅周期性地或者受外部或者内部提供的控制信号操控地重新确定所述至少一个偏差量、所述老化因数和/或所述污染因数。
4.根据权利要求1或2所述的传感器,其中,所述电容式测量装置(10)和所述电子装置(20)构造在共同的半导体衬底(28)上和/或构造在共同的半导体衬底中。
5.根据权利要求1或2所述的传感器,其中,所述传感器附加地包括温度测量装置(44),所述温度测量装置能够借助所述电子装置(20)运行和分析处理。
6.根据权利要求1所述的传感器,其中,所述至少一个量(24)取决于所述可变电容(C)。
7.一种运行具有至少两个电极(12)和存在于所述至少两个电极(12)之间的至少一种电介质(14)的电容式测量装置(10)的方法,所述电介质的至少一个介电常数取决于所述至少两个电极(12)之间的至少一种介质(18)的至少一种浓度,由此,施加在至少两个电极(12)之间的至少一个电容(C)改变,所述方法包括以下步骤:
以至少两个不同的频率(f)改变施加在所述至少两个电极(12)之间的电压;
求取关于所述可变电容(C)的至少一个量(24),其中,对于所述频率(f)中的每个频率求取所述至少一个量(24);
确定关于对于所述不同频率(f)所求取的所述量(24)的相互偏差的至少一个偏差量;
确定和输出关于存在所述至少一种介质(18)和/或关于存在所述至少一种介质(18)的所述至少一种浓度的至少一个信息(22),其中,在考虑所求取的量(24)中的至少一个量和所述至少一个偏差量的情况下确定输出的所述至少一个信息(22),及其中,在考虑所述至少一个偏差量的情况下确定老化因数和/或污染因数,并且在考虑所确定的老化因数和/或污染因数的情况下确定、重新确定或者修正所述至少一个信息(22)。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,在考虑在恰好一个预给定频率时求取的量(24)的情况下确定所述至少一个信息(22),其中,在考虑所述至少一个偏差量的情况下重新确定或者修正所述信息(22)。
9.根据权利要求7或8所述的方法,其中,仅仅周期性地或者非周期性地重新确定所述至少一个偏差量、所述老化因数和/或所述污染因数。
10.根据权利要求7所述的方法,其中,所述至少一个量(24)取决于所述可变电容(C)。
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Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1749743A (zh) * | 2004-09-17 | 2006-03-22 | 都灵无线基金会 | 多频电容测量装置及其操作方法 |
Family Cites Families (6)
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---|---|---|---|---|
US3255410A (en) * | 1962-02-21 | 1966-06-07 | Industrial Nucleonics Corp | System and method for measuring a property of dielectric material by periodically and alternately applying signals at different frequencies to a capacitance probe and measuring the difference in output signals while maintaining the average amplitude of the output signals constant |
JP3855950B2 (ja) * | 2003-03-19 | 2006-12-13 | 株式会社デンソー | 容量式湿度センサ |
FR2874264B1 (fr) | 2004-08-16 | 2006-11-24 | Nanotec Solution Soc Civ Ile | Procede et dispositif de determination de biomasse dans un milieu, notamment d'un milieu contenant des cellules biologiques, et appareil de mesure mettant en oeuvre ce procede |
EP2508881B1 (en) * | 2011-04-04 | 2019-01-23 | Sensirion AG | Testing a humidity sensor |
JP6047692B2 (ja) * | 2012-03-23 | 2016-12-21 | 株式会社メガチップス | 水分検出装置、電気伝導度検出装置、センサネットワークシステム、プログラム、水分検出方法および電気伝導度検出方法 |
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1749743A (zh) * | 2004-09-17 | 2006-03-22 | 都灵无线基金会 | 多频电容测量装置及其操作方法 |
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