CN108303151B - 流体参数的测量和用于流体参数的测量的传感器装置 - Google Patents
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Abstract
一种使用传感器装置测量参数的方法,该传感器装置包括具有凹部的基底、跨所述凹部的跨元件、跨元件温度传感器(4;5;6)以及加热器元件。该方法包括操作所述传感器装置(1)以执行如下动作的步骤:通过跨元件温度传感器(4;5;6)测量跨元件温度信号(sm);以及根据跨元件温度信号(sm)得到绝对跨元件温度(Tm);以及通过所述传感器装置(1)使用所述绝对跨元件温度(Tm)作为对所述流体(g)的绝对温度(Tg)的度量以确定所述流体(g)的所述参数。本发明还涉及被配置成执行根据本发明的方法的传感器装置。
Description
技术领域
本发明涉及用于通过传感器装置确定流体的至少一个参数的方法,特别地,传感器装置为热式质量流量传感器装置,以及特别地,流体为气体;并且本发明还涉及这样的传感器装置。
背景技术
用于确定流体参数的传感器装置在许多不同的应用中被采用。在一些应用例如医疗呼吸装置中,测量吸气和呼气的体积流量(即,进入和离开患者的体积流量)是重要的。测量参数例如体积流量可能取决于实际流体温度和环境压力。实际热式流量传感器测量例如质量流量(即,标准体积流量),其中,流体温度通过布置在装置的基底上、基底中或者连接至基底的绝对温度传感器的测量来补偿,所述基底例如体硅。通常,不测量绝对气体温度。然而,对于呼吸装置,吸入和呼出气体温度相当不同,有时相差许多摄氏度,而且对于比较快变化的气体温度而言,基底的绝对体温度可能确定得太慢。快速变化可以是在毫秒或秒时间范围内的变化。
在其他应用中,可以采用布置在例如印制电路板(PCB)上的表面安装式流量/压差传感器,其中PCB可以具有集成在其上的其他发热电子元件。在这样的应用中,基底温度传感器通常测量PCB温度而非绝对气体温度,这可能限制最终测量结果准确性。
在又一其他应用中,热式流量传感器用于测量热导率。在这些应用中,气体的绝对温度对于精确的热导率测量是有益的。
对于许多应用,基底温度通常例如在范围从1分钟至10分钟的时间尺度上缓慢地弛豫(relax),弛豫的时间常数为例如5分钟。因此,依赖于绝对基底温度的装置在一些情况下可能容易出现不准确的测量,其中,绝对基底温度仅在与流体热平衡时(即在流体温度改变之后几分钟)才成为对流体温度的良好度量。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于通过传感器装置确定流体的参数的更准确的方法。
该目的通过根据权利要求1的方法来实现。根据权利要求1,提出了一种用于通过传感器装置测量流体的参数的方法,所述参数优选地为所述流体的质量流量、所述流体的热导率、所述流体的热扩散率、所述流体的体积比热或者与所述流体有关的任何其他参数,并且所述参数不同于绝对流体温度但取决于绝对流体温度,其中,所述传感器装置包括:
基底,其具有凹部;
跨元件,其至少部分地跨所述凹部;以及
至少一个跨元件温度传感器,其被布置成提供跨元件温度信号。所述传感器装置被操作来测量所述流体的所述参数。
根据本发明的方法实现了上述目的,这体现在该方法包括操作所述传感器装置以执行如下动作的步骤:
i)通过所述至少一个跨元件温度传感器测量所述跨元件温度信号;
ii)根据所述跨元件温度信号得到绝对跨元件温度;以及
iii)通过所述传感器装置使用所述绝对跨元件温度作为对所述流体的绝对温度的度量以确定所述流体的所述参数。
在一些实施方式中,所述流体的所述参数可以是所述流体的质量流量(例如,如在US 2003/0115952中所限定的),或者所述流体的热导率(例如在US 2010 089118 A1或EP 2887 057中所限定的)。然而,所述参数还可以是所述流体的热扩散率(例如,如在EP 1 265068 A1中所限定的),或者体积比热(例如,如在US 4,944,035中所限定的)。例如,可以如在US 6,169,965中所描述的那样来测量流体的热扩散率。例如,可以如在US 4,944,035中所描述的那样来测量流体的体积比热。所述参数还可以是与流体有关的任何其他参数,所述其他参数不同于绝对流体温度但取决于绝对流体温度。
在本发明的上下文中,术语“跨元件”可以指至少部分地跨所述凹部的膜。例如,从US 2003/0115952中已知这样的膜设计。术语“跨元件”还可以指例如在US 4,944,035中所教示的桥结构。桥结构可以通过槽被横向地划界,例如两个平行槽可以界定所述桥的横向边缘。跨元件可以是单件或者多件元件。
通常,跨元件与基底热解耦以达到所述跨元件与穿过跨元件的流体在范围从1毫秒至若干秒(例如最高达10秒至30秒)的特征跨元件-流体时间尺度上达到热平衡这样的程度,然而跨元件与基底的热耦合使得对于跨元件而言与基底达到热平衡的典型的基底-跨元件时间常数特征是跨元件-流体时间常数的至少5倍。
在流体温度变化之后,与跨元件与流体达到热平衡的弛豫过程有关的典型时间常数可以是与基底本身与流体达到热平衡的弛豫过程相关的时间常数的至多1/10、优选地1/50以下、1/100以下或者1/1000以下。
在本发明的上下文中,术语“确定所述流体的所述参数”指的是使用流体的绝对温度作为计算的输入来计算所述参数,或者通过使用绝对流体温度来校正以其他方式常规推导的参数,或者通过使用绝对流体温度来补偿与流体的绝对温度有关的效果。
在所述方法的一些实施方式中,所述至少一个跨元件温度传感器被布置成提供指示所述跨元件的相对于所述基底的所述绝对基底温度的相对跨元件温度的跨元件温度信号,至少一个跨元件温度传感器优选地为热电堆;
其中,所述传感器装置还包括:
至少一个基底温度传感器,其被布置和配置成提供指示所述基底的绝对基底温度的基底温度信号;以及
其中,所述方法还包括操作所述传感器装置以通过所述至少一个基底温度传感器来另外测量所述基底温度信号的步骤;以及
当在所述步骤ii)中根据所述跨元件温度信号得到所述绝对跨元件温度时,根据所述跨元件温度信号和所述基底温度信号二者得到所述绝对跨元件温度。
在本发明的上下文中,术语“基底”应被宽泛地理解为如下结构:至少一个跨元件温度传感器相对于该结构来测量跨元件温度。通常,基底是以被跨元件跨过的凹部为特征的硅片。
根据本发明的方法的一些实施方式,根据所述跨元件温度信号和所述基底温度信号得到绝对跨元件温度,这体现在将信号进行处理成将相对于绝对基底温度的相对跨元件温度与绝对基底温度相加以得到绝对跨元件温度,然后,根据本发明将绝对跨元件温度当做对绝对流体温度的度量。
基底温度传感器可以被布置在基底上或基底中或者连接至基底。
在根据本发明的方法的一些实施方式中,所述传感器装置包括布置在所述跨元件上的至少两个跨元件温度传感器,其中,所述加热器元件布置在所述至少两个温度传感器之间;以及
其中,优选地,所述至少两个跨元件温度传感器中的至少一个或者全部为热电堆。
在根据本发明的方法的一些实施方式中,所述传感器装置包括至少一个加热器元件。在这种情况下,传感器装置可以为例如热式流量传感器装置。
在一些实施方式中,所述至少一个加热器元件被用作被布置成提供跨元件温度信号的所述至少一个跨元件温度传感器中的一个,其中,加热器元件的欧姆电阻被用作对绝对跨元件温度的度量。加热器元件还通常具有低的热容量,使得其还快速(毫秒至秒的范围)调整至流过加热器元件的流体温度以及跨元件温度。因此,加热器元件温度可以例如通过加热器元件的欧姆电阻来评估,并且加热器元件温度可以用作对绝对跨元件温度或者流体温度的度量。在这种情况下,传送至加热器元件的加热器功率不应将加热器元件加热至绝对流体温度以上的温度,因为这将导致加热器温度与流体温度之间的差;因此,到加热器元件的加热器功率优选地可以被关掉或充分低。
因此,绝对跨元件温度还可以通过使用布置在跨元件上的绝对温度传感器(例如允许其欧姆电阻被用作对流体的绝对温度的度量的加热器元件)来确定,以及/或者通过测量相对于基底的跨元件温度的温度传感器(例如布置在跨元件上的热电堆)来确定。可以使用这两种跨元件温度传感器以产生更准确的测量结果或者以将结果进行比较。
因此,本发明通常分别基于以下的实现:如果到加热器元件的加热器功率被关掉或者充分低,则跨元件温度快速调整至穿过跨元件的流体的流体温度,或者加热器元件快速调整至跨元件温度和流体温度。具有低热容量的跨元件或者加热器元件快速调整至流体温度使得其中的一个或者二者可以被用作对流体温度的度量。
在一些实施方式中,取决于传感器装置的实际设计,这样的调整可以在大约1毫秒至10毫秒内达到,在其他设计中,可以在大约几秒内达到。因此,如本文所概述的,跨元件温度或者加热器温度构成对流体温度的良好且快速响应的度量。
绝对流体温度会是重要参数,特别是在如上所概述的绝对基底温度不同于绝对流体温度的情况下。该温度差可能由于以下原因而出现:基底更大块,并且因此对由于流体的温度变化引起的温度变化的响应比跨元件或者加热器元件更慢。此外,基底可以通过向基底发出热量的另外的部件例如通过热连接至基底的电子元件而被额外地加热。使用绝对跨元件温度作为对流体温度的良好且快速响应的度量使得能够更精确地操作传感器装置。
在一些实施方式中,所述传感器装置是具有执行根据本发明的方法的额外配置的例如在US 2003/0115952中所描述的热式流量传感器装置。
在一些实施方式中,所述传感器装置包括布置在所述跨元件上的至少一个第一跨元件温度传感器和至少一个第二跨元件温度传感器,其中,所述加热器元件布置在所述至少一个第一温度传感器与所述至少一个第二温度传感器之间,即,加热器元件也可以布置在跨元件上。
在一些实施方式中,所述至少一个跨元件温度传感器是热电堆。在一些实施方式中,所述至少一个第一温度传感器和所述至少一个第二温度传感器中的一个或者全部为热电堆。热电堆是测量相对温度的易于获得的而且可靠的温度传感器。
在一些实施方式中,所述加热器元件被间歇地打开和关闭,并且所述跨元件温度信号在所述加热器元件被关闭时被测量。在一些实施方式中,所述加热器元件被间歇地调高和调低,并且所述跨元件温度信号在所述加热器元件被调低(即加热器元件功率被降低但非完全关闭时)被测量。当到加热器元件的加热器功率关断或者低时,跨元件温度和/或加热器温度快速调整至穿过跨元件的流体的温度,使得跨元件和/或加热器温度是对流体温度的良好度量。
可以逐渐改变或者突然改变到加热器元件的加热器功率。在一些实施方式中,以脉冲方式或者以谐波方式,特别地以正弦方式,来打开和关闭或者调高和调低所述加热器元件。
例如,从WO 99/34198A2和US 4,944,035A以及Diego Fernando Reyes Romero在2014年7月的题为“Development of a Medium Independent Flow MeasurementTechnique Based on Oscillatory Thermal Excitation”的论文(参见https://freidok.uni-freiburg.de/data/9579)中的描述,已经知晓使用脉冲或者正弦加热的方法。可以应用这样的变型方案。
在一些实施方式中,测量流体的所述体积比热,其中,流体为已知气体,以及其中,基于将所测量的体积比热与所述流体的已知数据集或相关函数相关联、或者更广泛地基于将流体的体积比热与环境压力相关联的相关关系来得到环境压力。数据集或相关函数可以例如通过查找表优选地存储在传感器装置的非易失性存储器中。相关关系也可以通过相关函数来获得。传感器装置也可以通过与数据库的通信链路等来使用这样的数据集或相关函数。
在一些实施方式中,该装置用于特定流体,例如已知气体例如空气。
然而,也可以是在体积比热测量之前或之后例如通过用户或通过计算机手段将流体的种类输入到装置中,或者由传感器装置自身或通过额外的部件和/或方法来确定流体的组成,以找到正确的如上所述的特定于流体的数据集或者相关函数。可以如例如在US 8,408,050中所描述的来进行流体确定。
在方法的一些实施方式中,通过传感器装置在范围从1毫秒至10毫秒的时间尺度上,更优选地在范围从2毫秒至5毫秒的时间尺度上,以及特别地在4毫秒的时间尺度上,来评估所述流体的所述绝对温度。时间范围基本上依据对于跨元件而言调整至流体温度所需的时间来给出。
在另一方面,本发明还涉及用于确定流体的参数的传感器装置,所述参数优选地为所述流体的质量流量、所述流体的热导率、所述流体的热扩散率、所述流体的体积比热或者与流体有关的任何其他参数,并且所述参数不同于绝对流体温度但取决于绝对流体温度,
所述传感器装置包括:
基底,其具有凹部;
跨元件,其至少部分地跨所述凹部;以及
至少一个跨元件温度传感器,其被布置成提供跨元件温度信号;
其中,所述传感器装置能够被操作来测量所述流体的所述参数;
其中,所述传感器装置被配置成:
i)通过所述至少一个跨元件温度传感器测量所述跨元件温度信号;
ii)根据所述跨元件温度信号得到绝对跨元件温度;
iii)通过所述传感器装置使用所述绝对跨元件温度作为对所述流体的所述实际绝对温度的度量以确定所述流体的所述参数。
在一些实施方式中,所述至少一个跨元件温度传感器被布置成提供指示所述跨元件相对于所述基底的所述绝对基底温度的相对跨元件温度的跨元件温度信号;
其中,所述传感器装置还包括被布置和配置成提供指示所述基底的绝对基底温度的基底温度信号的至少一个基底温度传感器;以及
其中,所述传感器装置还被配置成当在下面的ii)中根据所述跨元件温度信号得到所述绝对跨元件温度时,根据所述跨元件温度信号和所述基底温度信号二者得到所述绝对跨元件温度。
因此,在一些实施方式中,跨元件温度传感器可以用于流体参数的测量以及与绝对基底传感器结合用于绝对跨元件温度的测量。
在一些实施方式中,传感器装置包括至少一个加热器元件。在这种情况下,传感器装置优选地为热式流量传感器装置。在一些实施方式中,所述传感器装置被配置成使得所述加热器元件被用作被布置成提供跨元件温度信号的所述至少一个跨元件温度传感器中的一个,其中,加热器元件的欧姆电阻被用作对绝对跨元件温度的度量。
在一些实施方式中,所述传感器装置包括布置在所述跨元件上的至少两个跨元件温度传感器,其中,所述加热器元件被布置在所述至少两个温度传感器之间,以及其中,优选地,所述至少两个跨元件温度传感器中的至少一个或者全部为热电堆。
在一些实施方式中,所述传感器装置为热式流量传感器装置和/或所述传感器装置包括布置在所述跨元件上的至少一个第一跨元件温度传感器和至少一个第二跨元件温度传感器,其中,所述加热器元件布置在所述至少一个第一温度传感器与所述至少一个第二温度传感器之间。
在一些实施方式中,传感器装置被配置成提供:第一操作模式,在第一操作模式下传感器装置被配置成作为用于测量绝对流体温度的快速响应且精确的温度测量装置;以及至少一个另外的操作模式,在所述至少一个另外的操作模式下传感器装置被配置成测量由流体的质量流量、热导率、体积比热以及热扩散率组成的组中的一个或更多个参数。
在第一操作模式下,根据本发明在到加热器元件的加热器功率优选地关断或低时测量绝对流体温度。术语“低”应理解为足够低以使得加热器温度不影响温度测量。然后,将绝对流体温度输出至用户和/或另外的电子装备。
在第二操作模式中,测量根据本发明的流体的参数(并非仅绝对流体温度),同时所测量的绝对流体温度可以用于与所测量的流体参数有关的校正或补偿目的。
还可以想到的是,传感器装置提供以下操作模式:在该操作模式下传感器装置以常规方式即在不考虑将绝对跨元件温度作为流体温度的情况下进行测量。
因此,在一些实施方式中,传感器装置提供不同的操作模式,其中,在第一操作模式下,传感器装置被设置成预定义的配置以通过在到加热器元件的加热器功率关断或者低的情况下进行测量的同时确定绝对跨元件温度作为绝对流体温度来作为快速响应且精确的流体温度传感器进行操作。在至少一个第二操作模式中,传感器装置被设置成预定义的配置以被操作成测量根据本发明的流体的参数,而所测量的绝对流体温度——绝对流体温度是在到加热器元件的加热器功率关断或低时测量的——可以用于与所测量的流体参数有关的校正或补偿目的。在第二操作模式下,在用于确定未校正的或未补偿的流体参数的必要测量之前或之后,为了确定绝对流体温度可以关闭或调低加热器功率,随后执行补偿或校正。到加热器元件的加热器功率也可以是脉冲调制的或者以例如对于确定感兴趣的流体参数所需的测量而言必要的其他方式来改变,同时在加热器功率低或关断时即在脉冲时段与加热时段之间时进行绝对流体温度测量。在至少一个第三操作模式下,可以执行常规测量,例如可以执行如上所述的标准质量流量测量或热导率测量。还可以想到具有传感器装置的实施方式,其中,在传感器装置的实施方式中可以仅激活从可获得的第一、第二以及第三操作模式中选择的两个操作模式(即,第一和第二操作模式、第一和第三操作模式,或者第二和第三操作模式)。
在一些实施方式中,所述传感器装置被配置成间歇地打开和关闭所述加热器元件,以及其中,所述传感器装置被配置成在所述加热器元件关闭时测量所述跨元件温度信号。在一些实施方式中,所述传感器装置被配置成间歇地调高或调低所述加热器元件,以及其中,所述传感器装置被配置成在所述加热器元件被调低时测量所述跨元件温度信号。
在一些实施方式中,所述传感器装置被配置成以脉冲方式或以谐波方式,特别地以正弦方式,来打开或关闭所述加热器元件。
在一些实施方式中,所述传感器装置还被配置成通过测量所述流体的体积比热来测量环境压力,其中,所述传感器装置还包括或者能够利用将所述流体的体积比热与环境压力相关联的数据集或者更一般而言的相关关系,其中,所述传感器装置还被配置成基于所测量的体积比热和所述可获得的相关关系得到环境压力。
在一些实施方式中,所述传感器装置包括或者能够利用将多于一种流体的体积比热与环境压力相关联的数据,以及所述传感器装置被配置成接收与正在测量何种流体有关的输入,或者被配置成由自身或者通过另外的部件以已知的方式确定所述流体。
在一些实施方式中,所述传感器装置在范围从1毫秒至10毫秒的时间尺度上,更优选地在范围从2毫秒至5毫秒的时间尺度上,以及特别地在4毫秒的时间尺度上,来评估所述流体的所述绝对温度。
在另一方面,本发明还涉及根据本发明的用于测量所述流体的所述参数的所述传感器装置的用途。
在又一方面,本发明还涉及编码有计算机程序产品的非暂态计算机可读介质,其中计算机程序产品包括当在处理器中执行时执行根据本发明的方法的计算机代码。
计算机程序产品可以以源代码、以机器可执行代码或者任何中间形式的代码例如目标代码来提供。计算机程序产品可以被提供作为在有形形式的计算机可读介质上的计算机程序产品,例如在CD-ROM上或在闪速ROM存储器元件上;以及/或者,可以使得计算机程序产品能够以网络可访问介质的形式来获得以通过网络从一个或更多个远程服务器下载。
附图说明
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式,其中,附图是为了示出本发明的优选实施方式的目的而非为了限制本发明的实施方式的目的。在附图中,
图1示出了根据本发明的传感器装置的实施方式;以及
图2示出了根据本发明的方法的实施方式的流程图,其中,所述方法通过将由相对跨元件温度测量和绝对基底温度测量得到的绝对跨元件温度用作流体温度度量来测量流体g的参数。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的传感器装置1的实施方式。
用于确定流体g的参数的传感器装置1包括基底2,优选地为体硅片,基底2具有凹部21。在所述基底2中或所述基底2上,布置有绝对基底温度传感器7。绝对基底温度传感器7被配置成提供指示所述基底2的绝对基底温度Ts的基底温度信号Ss。
此外,传感器装置1包括跨所述凹部21的跨元件3。在这个实施方式中,跨元件3是例如在US 2003/0115952中所教示的膜。
传感器装置具有第一温度传感器4和第二跨元件温度传感器5,第一温度传感器4和第二温度传感器5均布置在所述跨元件3上。第一温度传感器4和第二温度传感器5是热电堆,该热电堆被配置和布置成提供指示所述跨元件3的相对于所述基底2的所述绝对基底温度Ts的相对跨元件温度tm的跨元件温度信号sm。
此外,传感器装置1包括用于局部地加热流体g的加热器元件6以进行常规质量流量测量。加热器元件6也布置在跨元件3上,更精确地,布置在所述第一温度传感器4和所述第二温度传感器5之间。
传感器装置1被配置成在相应地操作时通过执行以下步骤来测量所述流体g的所述参数:
i)通过所述第一跨元件温度传感器4和第二跨元件温度传感器5测量所述跨元件温度信号sm;
ii)通过所述基底温度传感器7测量所述基底温度信号Ss;
iii)根据所述跨元件温度信号sm和所述基底温度信号Ss通过适当的电子电路得到绝对跨元件温度Tm。
传感器装置1还被配置成:
iv)使用所述绝对跨元件温度Tm作为对所述流体g的所述实际绝对温度Tg的度量来确定所述流体g的所述参数。绝对流体温度Tg可以被用作传感器装置输出。另外,绝对流体温度Tg可以用于确定测量参数,即用于计算测量参数或者用于校正或补偿测量结果。
代替热电堆4、5,加热器元件6可以用作绝对温度传感器以用于确定与跨元件温度Tm对应的加热温度Th,并且因此也是对绝对流体温度Tg的良好度量。
传感器装置1也可以被配置成使用热电堆4、5中的至少一个(或者两个结果的平均结果)和加热器元件6来确定绝对流体温度Tg。
取决于具体实施方式,流体参数可以是由流体的绝对流体温度、质量流量、热导率、体积比热以及热扩散率组成的组中的一个或更多个参数。
传感器装置1还被配置成提供第一操作模式和至少一个第二操作模式,在第一操作模式下(经由tm和Ts或者直接通过加热器元件温度Th)测量绝对流体温度Tg,在所述至少一个第二操作模式下可以测量由流体的质量流量、热导率、体积比热以及热扩散率组成的组中的一个或更多个参数。传感器装置1还可以被配置成被设置进入至少一个第三操作模式,在所述至少一个第三操作模式下可以执行常规测量。
热式流量传感器装置1被配置成间歇地打开和关闭所述加热器元件6并且在所述加热器元件6关闭时测量跨元件温度信号sm。传感器装置还可以被配置成间歇地调高和调低所述加热器元件并且在所述加热器元件6被调低时测量所述跨元件温度信号sm。
传感器装置1被配置成以脉冲方式或者以谐波方式——特别地以正弦方式——打开和关闭或者调高和调低所述加热器元件6以根据本发明在使用绝对流体温度Tg的同时以已知的方式测量至少一个流体参数。
在一些实施方式中,传感器装置1可以被配置成测量所述流体g的体积比热。此外,所述传感器装置1包括或者可以利用相关关系,例如将所述流体g的体积比热与环境压力相关联的数据集或相关函数。此外,所述传感器装置1被配置成通过将所述测量的体积比热经由所述数据或者相关函数与实际环境压力相关联来得到环境压力。
传感器装置1包括或者可以利用将多于一种流体g的体积比热与环境压力相关联的数据,并且其中,所述传感器装置1被配置成接收与正在测量何种流体g有关的输入或者被配置成以已知的方式确定所述流体g。
传感器装置1使用绝对流体温度来进行补偿或者校正、或者输出绝对流体温度,所述绝对流体温度是在范围从1毫秒至10毫秒的时间尺度上测量的,更优选地在范围从2毫秒至5毫秒的时间尺度上,以及特别地在4毫秒的时间尺度上。
图2示出了示出根据本发明的方法的实施方式的流程图,其中,所述方法通过将绝对跨元件温度Tm或者加热器温度Th用作对绝对流体温度Tg的度量来进行流体g的参数的测量。
在步骤a中,选定传感器装置1并且选择适当的操作模式。
在步骤b中,取决于传感器装置1的操作模式,使用温度传感器4和/或温度传感器5来测量sm作为对tm的度量,以及使用温度传感器7来测量Ss作为对Ts的度量,以及基于sm和Ss得到Tm,或者通过评估加热器元件6的与温度相关的欧姆电阻来测量加热器元件6的绝对温度Th。
在步骤c中,将绝对跨元件温度Tm或者绝对加热器温度Th当作绝对流体温度Tg。
在步骤d中,取决于操作模式,输出Tg。
在步骤e中,取决于操作模式,通过使用Tg作为输入来测量流体参数,或者通过Tg来测量流体参数并且补偿或者校正流体参数。
在步骤f中,输出所测量的以及取决于操作模式的、校正的或者补偿的流体参数。可以将输出提供至用户或者提供至另外的电子元件以进行进一步处理。
虽然已经示出并描述了本发明目前的优选实施方式,但是要理解的是,本发明并不限于此,而是可以在所附权利要求书的范围内另外以各种方式来实施和实践。
附图标记列表
1 传感器装置 7 基底温度传感器
2 1的基底 g 流体
21 2中的凹部 sm 指示tm的跨元件温度信号
3 跨元件,膜 Ss 绝对基底温度信号
4 第一温度传感器 tm 相对于Ts的跨元件温度
5 第二温度传感器 Tg g的绝对温度
6 加热器元件 Th 6的绝对温度
Ts 2的绝对温度
Claims (23)
1.一种使用传感器装置(1)测量流体的参数的方法,所述参数不同于绝对流体温度但取决于绝对流体温度,
所述传感器装置(1)包括:
基底(2),具有凹部(21);
跨元件(3),至少部分地跨所述凹部(21);以及
至少两个跨元件温度传感器(4;5),被布置成提供跨元件温度信号;
至少一个加热器元件(6);以及
至少一个基底温度传感器(7),其被布置和配置成提供指示所述基底(2)的绝对基底温度的基底温度信号;
其中,所述至少两个跨元件温度传感器(4;5)被布置在所述跨元件(3)上,并且其中所述至少一个加热器元件(6)布置在所述至少两个跨元件温度传感器(4;5)之间;
其中所述至少两个跨元件温度传感器(4;5)被布置成提供跨元件温度信号,所述跨元件温度信号指示所述跨元件(3)的相对于所述基底(2)的所述绝对基底温度的相对跨元件温度;以及
其中,所述传感器装置(1)能够被操作以测量所述流体的所述参数;
所述方法包括操作所述传感器装置(1)以执行如下动作的步骤:
i)通过所述至少两个跨元件温度传感器(4;5)测量所述流体的所述参数和所述跨元件温度信号,通过所述至少一个基底温度传感器(7)来另外测量所述基底温度信号;
ii)根据所述跨元件温度信号和所述基底温度信号两者得到绝对跨元件温度;
iii)通过所述传感器装置(1)使用所述绝对跨元件温度作为对所述流体的绝对流体温度的度量以确定所述流体的所述参数;以及
其中:
所述加热器元件(6)被间歇地打开和关闭,以及其中,所述跨元件温度信号在所述加热器元件(6)被关闭时被测量;或者
所述加热器元件(6)被间歇地调高和调低并且其中所述跨元件温度信号在所述加热器元件(6)被调低时被测量,以及
其中通过用所述流体的绝对流体温度补偿或校正所测量的所述流体的参数来确定所述流体的参数。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述参数为所述流体的质量流量、所述流体的热导率、所述流体的热扩散率或者所述流体的体积比热。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法,其中所述传感器装置(1)为热式流量传感器装置。
4.根据前述权利要求1至2中任一项所述的方法,其中所述至少两个跨元件温度传感器(4;5)中的至少一个或者全部为热电堆。
5.根据前述权利要求1至2中任一项所述的方法,
其中所述加热器元件(6)以脉冲方式或者以谐波方式被分别打开和关闭或者调高和调低。
6.根据权利要求5所述的方法,其中以正弦方式打开和关闭或者调高和调低所述加热器元件(6)。
7.根据权利要求1或2所述的方法,其中,测量所述流体的体积比热,其中,所述流体为已知气体,以及其中,基于将所测量的体积比热与所述流体的已知数据集或者已知相关关系相关联来得到环境压力,所述流体的已知数据集或已知相关关系将所述流体的所述体积比热与环境压力相关联。
8.根据权利要求1或2所述的方法,其中,使用所述传感器装置(1)在范围从1毫秒至10毫秒的时间尺度上评估所述流体的所述绝对流体温度。
9.根据权利要求8所述的方法,在范围从2毫秒至5毫秒的时间尺度上评估所述流体的所述绝对流体温度。
10.根据权利要求9所述的方法,在4毫秒的时间尺度上评估所述流体的所述绝对流体温度。
11.一种用于确定流体的参数的传感器装置(1),所述参数不同于绝对流体温度但取决于绝对流体温度,
所述传感器装置(1)包括:
基底(2),具有凹部(21);
跨元件(3),至少部分地跨所述凹部(21);以及
至少两个跨元件温度传感器(4;5),被布置成提供跨元件温度信号;
至少一个加热器元件(6);以及
至少一个基底温度传感器(7),其被布置和配置成提供指示所述基底(2)的绝对基底温度的基底温度信号;
其中,所述至少两个跨元件温度传感器(4;5)被布置在所述跨元件(3)上,并且所述至少一个加热器元件(6)布置在所述至少两个跨元件温度传感器(4;5)之间;
其中所述至少两个跨元件温度传感器(4;5)被布置成提供跨元件温度信号,所述跨元件温度信号指示所述跨元件(3)的相对于所述基底(2)的绝对基底温度的相对跨元件温度;以及
其中,所述传感器装置(1)能够被操作以测量所述流体的所述参数;
其中,所述传感器装置(1)被配置成:
i)通过所述至少两个跨元件温度传感器(4;5)测量所述流体的所述参数和所述跨元件温度信号,通过所述至少一个基底温度传感器(7)来另外测量所述基底温度信号;
ii)根据所述跨元件温度信号和所述基底温度信号两者得到绝对跨元件温度;
iii)通过所述传感器装置(1)使用所述绝对跨元件温度作为对所述流体的所述绝对流体温度的度量以确定所述流体的所述参数;
其中所述传感器装置(1)被配置成间歇地打开和关闭所述加热器元件(6),以及其中,所述传感器装置(1)被配置成在所述加热器元件(6)被关闭时测量所述跨元件温度信号;或者
其中所述传感器装置(1)被配置成间歇地调高和调低所述加热器元件(6)并且其中所述传感器装置(1)被配置成在所述加热器元件(6)被调低时测量所述跨元件温度信号,以及
其中通过用所述流体的所述绝对流体温度补偿或校正所测量的所述流体的参数来确定所述流体的参数。
12.根据权利要求11所述的传感器装置(1),其中所述参数为所述流体的质量流量、所述流体的热导率、所述流体的热扩散率或者所述流体的体积比热。
13.根据权利要求11所述的传感器装置(1),其中所述跨元件(3)为膜。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的传感器装置(1),其中所述传感器装置为热式流量传感器装置。
15.根据权利要求14所述的传感器装置(1),其中所述至少两个跨元件温度传感器(4;5)中的至少一个或者全部为热电堆。
16.根据权利要求11至13中任一项所述的传感器装置(1),其中,所述传感器装置(1)被配置成提供:
第一操作模式,在所述第一操作模式下所述传感器装置(1)被配置成作为用于测量所述绝对流体温度的温度传感器;以及
至少一个另外的操作模式,在所述至少一个另外的操作模式下所述传感器装置(1)被配置成测量由所述流体的质量流量、热导率、体积比热以及热扩散率组成的组中的一个或更多个参数。
17.根据权利要求11至13中任一项所述的传感器装置(1),其中所述传感器装置(1)被配置成以脉冲方式或以谐波方式分别打开和关闭或者调高和调低所述加热器元件(6)。
18.根据权利要求17所述的传感器装置(1),其中所述传感器装置(1)被配置成以正弦方式分别打开和关闭或者调高和调低所述加热器元件(6)。
19.根据权利要求11至13中任一项所述的传感器装置(1),其中,所述传感器装置(1)还被配置成通过测量所述流体的体积比热来测量环境压力,其中,所述传感器装置(1)包括或者能够利用将所述流体的体积比热与环境压力相关联的数据集或者相关函数,以及其中,所述传感器装置(1)被配置成基于所述数据集或相关函数得到环境压力。
20.根据权利要求19所述的传感器装置(1),其中所述传感器装置(1)包括或者能够利用将多于一种流体的体积比热与环境压力相关联的数据集或相关函数,以及其中,所述传感器装置(1)被配置成接收与正在测量何种流体有关的输入,或者被配置成以已知的方式确定所述流体。
21.根据前述权利要求11至13中任一项所述的传感器装置(1),其中,所述传感器装置(1)被配置成使得在范围从1毫秒至10毫秒的时间尺度上评估所述流体的所述绝对流体温度。
22.根据权利要求21所述的传感器装置(1),其中所述传感器装置(1)被配置成使得在范围从2毫秒至5毫秒的时间尺度上评估所述流体的所述绝对流体温度。
23.根据权利要求22所述的传感器装置(1),其中所述传感器装置(1)被配置成使得在4毫秒的时间尺度上评估所述流体的所述绝对流体温度。
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