CN109781308B - 护套传感器的误差补偿 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定和/或补偿由于护套传感器的护套的特性引起的护套传感器的测量误差的电路(1)。该电路包括用于连接到护套传感器(10)中的传感器元件(11)的成对的传感器信号引线(12，13)的第一端子(2)和第二端子(3)以及用于产生指示端子(2，3)之间的测得的电压差(Vd)的测量信号的电压测量电路(4)。该电路包括用于在第一状态(S1)和第二状态(S2)之间可控地切换电连接的开关单元(5)，其中第一端子(2)分别连接到第一基准电压(V1)和第二基准电压(V2)。该电路包括用于产生校正信号的校正测量电路(6)，该校正信号指示从第一端子(2)流过开关单元(5)的测量电流(I)。该电路包括用于在第一和第二状态中接收测量和校正信号的控制器(7)。该控制器适于通过考虑在第一和第二状态两者中获得的测量和校正信号来计算指示测量误差的误差值和/或针对测量误差校正的传感器读出值。

Description

护套传感器的误差补偿
技术领域
本发明涉及嵌入保护套中的传感器领域。更具体地，本发明涉及一种用于确定和/或补偿由于护套传感器的护套的特性引起的的护套传感器的测量误差的电路和方法。
背景技术
本领域已知的各种传感器(诸如热电偶和电阻式温度检测器(RTD)元件)对其外部环境敏感。为了保护，这种传感器需要电隔离，例如通过将传感器嵌入护套并用电绝缘材料填充传感器与护套之间的空间。传感器与它的护套之间的电阻通常被称为隔离电阻(RISO)。然而，这种隔离电阻可以随时间而变化，例如由于诸如加热和振动之类的各种因素。
在应用中，传感器护套可以处于与接地基准电压GND不同(例如，通过差值ΔVGND)的电位。因此，当隔离电阻过低时，可能发生通过隔离电阻的泄漏。这种泄漏会影响传感器测量，例如会导致测量误差。
美国专利号US5700090公开了一种测试和/或校准温度计的方法。然而，所公开方法的缺点是传感器的保护套需要单独的连接。此外，虽然根据D1的方法可以用于考虑传感器端子与保护套之间的电阻，但是它不补偿保护套和有效接地GND之间的电阻，例如不补偿差值ΔVGND。
发明内容
本发明实施例的目的是提供良好且有效的手段和方法，用于确定和/或补偿，例如，校正由于通过护套传感器的绝缘电阻(RISO)的泄漏和/或由于寄生的引线对地电压(例如，由于与远端接地相关联的影响)引起的测量误差。
通过根据本发明的方法和设备来实现以上目标。
本发明的实施例的优点在于，可以计算和/或补偿由护套传感器的材料特性的变化引起的不同类型的误差，而无需直接测量绝缘电阻(RISO)。
本发明的实施例的优点在于，不仅可以确定和/或补偿绝缘电阻，而且还可以确定其他误差源，诸如护套与电路的实际电接地电位之间的电阻。
在第一方面，本发明涉及用于确定和/或补偿由于护套传感器的护套的特性引起的护套传感器的测量误差的电路。该电路包括用于连接到护套传感器中的传感器元件的一对传感器信号引线的第一端子和第二端子。该电路包括用于测量第一端子和第二端子之间的电压差，并用于产生指示所测量的电压差的测量信号的电压测量电路。该电路包括用于在第一状态与第二状态之间可控地切换电连接的开关单元，其中第一端子分别电连接到第一基准电压和第二基准电压。该电路包括用于测量从第一端子流过开关单元的电流并用于产生指示电流的校正信号的校正测量电路。该电路包括用于通过控制开关单元的切换，在第一状态与第二状态两者中接收测量信号和校正信号两者的控制器。该控制器适于通过考虑在第一状态与第二状态两者中产生的测量信号和校正信号来计算指示测量误差的误差值和/或针对测量误差校正的传感器读出值。
在根据本发明实施例的电路中，开关单元可以包括用于产生第二基准电压的内部电压源，并且第一基准电压可以是电接地电位。
在根据本发明实施例的电路中，开关单元可以包括用于产生第一基准电压的第一内部电压源和用于产生第二基准电压的第二内部电压源。
在根据本发明实施例的电路中，控制器可适于通过将第二基准电压与第一基准电压的差值除以在开关单元的第一状态中获得的校正信号与在开关单元的第二状态中获得的校正信号的差值，来计算电路的电接地和护套传感器的远端接地之间的环路电阻。例如，在第一基准电压是电接地电位的实施例中，第二基准电压和第一基准电压的差可以是第二基准电压。
在根据本发明的实施例的电路中，控制器可适于计算指示测量误差的误差值和/或针对测量误差校正的传感器读出值。测量误差可以表示电压差和电动势之间的偏差和/或传感器读出值可指示电动势。当电路连接到其中传感器元件包括热电偶的护套传感器时，电动势可以是在热电偶上产生的电动势。
在根据本发明实施例的电路中，控制器可以适于计算在开关单元的第一状态中获得的测量信号与在开关单元的第二状态中获得的测量信号的第一差值以及在开关单元的第一状态中获得的校正信号与在开关单元的第二状态中获得的校正信号的第二差值。计算误差值和/或传感器读出值可以包括将在开关单元的第一状态中获得的校正信号乘以第一差值和第二差值的比率。
在根据本发明实施例的电路中，控制器可以适于计算指示测量误差的误差值和/或针对测量误差校正的传感器读出值，其中例如当电路可操作地连接到其中传感器元件包括电阻式温度检测器的护套传感器时，传感器读出值指示电阻式温度检测器的电阻和/或误差值表示由于漏电流和/或寄生电阻引起的电阻的误差。
在根据本发明实施例的电路中，测量误差可以表示护套传感器的护套的绝缘电阻，电路的电接地与护套的远端接地之间的环路电阻和/或通过护套的漏电流。
根据本发明实施例的电路可以包括电流源，该电流源用于在电路连接到护套传感器时，经由第一端子或第二端子将另外的电流注入到传感器元件中。
在根据本发明的实施例的电路中，控制器可适于计算误差值和/或传感器读出值，其中所述计算包括计算包括
Figure BDA0001865409050000031
的被减数和包括
Figure BDA0001865409050000032
的减数的减法，其中Vd0和Vd1分别表示第一状态和第二状态中的测量信号，I0和I1分别表示第一状态和第二状态中的校正信号，并且Isens表示该另外的电流。
在根据本发明实施例的电路中，校正测量电路可以包括具有预定电阻的基准电阻器和用于测量电阻器上的电压的另外的电压测量电路，使得校正测量电路适于产生基准电阻器上的电压形式的指示电流的校正信号。
在根据本发明实施例的电路中，开关单元可以包括用于可控地将第一端子与第一基准电压电连接和断开的第一开关，以及用于可控地将第一端子与第二基准电压电连接和断开的第二开关。
在第二方面，本发明涉及一种传感器系统，包括根据本发明第一方面的实施例的电路和包括传感器元件的护套传感器，该传感器元件具有分别连接到成对的传感器信号引线的第一引线和第二引线的互补端子，其中，传感器元件被定位在护套内，该护套用于使传感器元件和成对的传感器信号引线电绝缘以减少和/或防止护套传感器的外部电磁干扰。该成对的传感器信号引线从护套延伸，以连接到电路的第一和第二端子。
在根据本发明的实施例的传感器系统中，传感器元件可以包括热电偶。
在根据本发明实施例的传感器系统中，传感器元件可包括电阻式温度检测器。
在第三方面，本发明涉及一种用于确定和/或补偿由于护套传感器的护套的特性引起的护套传感器的测量误差的方法。该方法包括提供护套传感器，该护套传感器包括被定位在护套内的传感器元件，该护套用于使传感器元件电绝缘，以减少和/或防止护套传感器的外部电磁干扰。该方法包括将传感器元件的第一端子连接到第一基准电压，测量传感器元件上的第一电压差并测量流经传感器元件的第一电流。该方法包括将传感器元件的第一端子连接到第二基准电压，测量传感器元件上的第二电压差并测量流经传感器元件的第二电流。该方法包括通过考虑第一电压差、第二电压差、第一电流和第二电流来计算指示测量误差的误差值和/或针对测量误差校正的传感器读出值。
在所附独立权利要求和从属权利要求中陈述了本发明的具体和优选方面。来自从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征组合并且可以酌情并且并不仅仅如权利要求书中清楚陈列地与其他从属权利要求的特征组合。
本发明的这些和其他方面根据在下文中描述的(多个)实施例将是显而易见的并且将参考所述实施例对其进行阐述。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的电路。
图2示出了根据本发明实施例的电路的示意图。
图3示出了根据本发明实施例的示例性方法。
所述附图仅为示意性的并且是非限制性的。在附图中，出于示意性目的，所述元件中的一些的大小可能被夸大并且未按比例绘制。
权利要求书中的任何参考标记不应该被解释为限制范围。
在不同的附图中，相同的参考标记指代相同或相似的元件。
具体实施方式
将针对具体实施例且参考特定附图来描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权利要求书来限定。所描述的附图仅为示意性的并且是非限制性的。在附图中，出于示意性目的，所述元件中的一些的大小可能被夸大并且未按比例绘制。尺寸和相对尺寸不对应于本发明实践的实际缩减。
此外，说明书中和权利要求中的术语第一、第二等等用于在类似的元素之间进行区分，并且不一定用于在时间上、空间上、以排名或任何其他方式来描述序列。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的并且本文中所描述的本发明实施例与本文中所描述或展示的相比能够以其他顺序操作。
此外，说明书和权利要求中的术语顶、下方等等用于描述性的目的，并且不一定用于描述相对位置。要理解的是，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的并且在本文中所描述的本发明实施例与本文中所描述或展示的相比能够以其他定向操作。
要注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限定于其后列出的设备；它并不排除其他要素或步骤。因而，它将被解释为限定如提到的所阐明的特征、整体、步骤或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤或部件、或其组的存在或添加。因此，表述“一种包括装置A和B的设备”的范围不应当被限定于仅由部件A和B构成的设备。这意味着对于本发明，该设备的仅有的相关部件是A和B。
贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意指结合该实施例描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”贯穿本说明书在各个地方的出现并不一定全部引用同一实施例，而是可以引用同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，如本领域普通技术人员将从本公开中显而易见的，特定特征、结构或特性可以用任何合适的方式进行组合。
类似地，应当理解的是，在本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时在单个实施例、附图及其描述中被组合到一起，以用于将本公开内容连成整体并帮助理解各个发明方面中的一个或多个方面的目的。然而，这种公开的方法不应被解释为反映所要求保护的本发明需要比每项权利要求中所明确记载的更多特征的意图。相反，如以下权利要求书所反映的，发明性方面在于比单个前述公开实施例的所有特征更少。由此，详细描述之后所附的权利要求由此被明确纳入该详细描述中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。
此外，尽管本文中所描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但没有其他实施例中包括的其他特征，但是不同实施例的特征的组合旨在落在本发明的范围内，并且形成如将由本领域技术人员所理解的不同实施例。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均可以任何组合来使用。
在本文中提供的描述中，阐述了许多具体细节。然而应理解，在没有这些具体细节的情况下也可实践本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出以免混淆对本描述的理解。
在第一方面，本发明涉及一种用于确定和/或补偿由于护套传感器的护套的特性引起的护套传感器的测量误差的电路。该电路包括用于连接到护套传感器中的传感器元件的一对传感器信号引线的第一端子和第二端子。该电路还包括用于测量第一端子和第二端子之间的电压差并产生指示所测量的电压差的测量信号的电压测量电路。该电路包括用于在第一状态与第二状态之间可控地切换电连接的开关单元，在第一状态中，第一端子电连接到第一基准电压；在第二状态中，第一端子电连接到第二基准电压，例如，第一基准电压与第二基准电压是不同的电压。该电路包括用于测量从第一端子流过开关单元的电流并用于产生指示所述电流的校正信号的校正测量电路。该电路包括控制器，例如处理单元，用于通过控制开关单元的切换，分别在第一状态与第二状态中接收测量信号和校正信号两者。控制器还适于通过考虑在第一状态与第二状态两者中产生的测量信号和校正信号来计算针对测量误差校正的护套传感器的传感器读出值和/或指示测量误差的误差值。
本领域技术人员已知诸如第一基准电压、第二基准电压、如下文进一步提到的电阻器R11、和/或下文进一步提到的电流Isens的电特性值，可以在校准期间被测量或当电路使用时被测量，例如以被控制器考虑。
参照图1，示出了根据本发明实施例的用于确定和/或补偿护套传感器10的测量误差的电路1。
该电路包括用于连接到护套传感器10中的传感器元件11的成对的传感器信号引线12，13的第一端子2和第二端子3。例如，护套传感器10可以包括传感器元件11，该传感器元件11具有分别连接到成对的传感器引线的第一引线12和第二引线13的互补端子。传感器元件11可以定位在护套15内，该护套15用于使传感器元件11电绝缘，例如用于使传感器元件11和成对的传感器信号引线12，13电绝缘，例如以减少或防止传感器元件11和成对的传感器引线12，13的外部电磁干扰。该成对的传感器信号引线12，13可以从护套延伸以连接到第一和第二端子2，3。该成对的信号引线12，13可以直接可连接到端子2，3，或者该成对的信号引线可以连接到中间载体19，例如印刷电路板(PCB)19，如图2所示，该中间载体19将成对的信号引线12，13中的每一个电连接到电路1的对应的端子2，3。
电路1包括用于测量第一端子2和第二端子3之间的电压差并用于产生指示测量到的电压差的测量信号Vd的电压测量电路4。
该电路包括用于在第一状态S1与第二状态S2之间可控地切换电连接的开关单元5，在第一状态S1中，第一端子2电连接到第一基准电压V1；在第二状态S2中，第一端子2电连接到第二基准电压V2，例如，第一基准电压V1与第二基准电压V2是不同的电压。
例如，该电路可以适于在设备的操作中产生或接收第一基准电压V1和第二基准电压V2作为预定的和/或已知的基准电压。基准电压V1，V2可以作为足够稳定的(例如基本稳定的)电压产生。例如，在电路1的校准期间，第一基准电压V1和/或第二基准电压V2的值可以被测量和存储，例如，作为常数，在数据存储存储器(例如，非易失性存储器)中，该数据存储存储器可访问以由控制器使用，例如，以在计算传感器读出值或误差值时考虑。例如，在电路1的校准期间，相对于电接地的第一基准电压V1，相对于电接地的第二基准电压V2和/或相对于第一基准电压V1的第二基准电压V2的值可以被测量且被存储。
该电路包括用于测量从第一端子2流过开关单元5的电流I，并且用于产生指示所述电流的校正信号的校正测量电路6。
该电路包括控制器7(例如，处理单元)，该控制器7用于通过控制开关单元5的切换，在第一状态S1中接收测量信号Vd0和校正信号I0，并在第二状态S2中接收测量信号Vd1和校正信号I1。例如，控制器7可以产生至少一个用于控制开关单元5在第一和第二状态S1、S2之间切换的控制信号S。
控制器7还适于通过考虑如在第一状态S1和第二状态S2两者中产生的测量信号Vd0，Vd1以及如在第一状态S1和第二状态S2两者中产生的校正信号I0，I1来计算针对测量误差校正的传感器读出值和/或指示测量信号的测量误差的误差值。
控制器7还可适于存储和/或输出针对测量误差校正的传感器读出值和/或误差值。
图2示出了根据本发明的实施例的电路的示意电气图。该电路可适于确定和/或补偿由于护套的绝缘电阻Riso引起的护套传感器10的测量误差，例如由于漏电流Iriso和/或护套与电接地之间的电位差ΔVGND。
在本发明的实施例中，护套传感器10中的传感器元件11可包括温度计元件。同样，电路1可以是温度计读出电路或温度计读出校正电路。
温度计元件可包括热电偶。例如，包括热电偶的传感器元件11的电特性可以由热电偶电阻RtcA，RtcB表示，即总热电偶电阻Rtc＝RtcA+RtcB可以表示热电线(thermowire)材料电阻。此外，热电偶的电动势(emf)，即由温度梯度引起的塞贝克效应(Seebeckeffect)引起的电压，可以用Vtc＝VtcA+VtcB表示。
温度计元件可以包括电阻式温度检测器(RTD)。例如，包括RTD的传感器元件11的电特性可以由总RTD电阻Rtc＝RtcA+RtcB表示。在这种温度计元件中，电动势电压VtcA和VtcB可以基本为零，VtcA＝VtcB＝0，并且因此在图2的示意图中被忽略。
电路1包括至少一个第一端子2和至少一个第二端子3，分别用于连接到护套传感器10中的传感器元件11的成对的传感器信号引线12，13。
电路1包括用于测量第一端子2和第二端子3之间的电压差，并且用于产生指示测量到的电压差的测量信号Vd的电压测量电路4。例如，电压测量电路4可以包括本领域已知的用于产生指示电压差的信号(例如，数字信号)的电路。因此，电压测量电路4可以包括本领域已知的用于通过电压测量读出传感器(例如温度传感器，诸如热电偶和/或RTD)的部件和/或电路。
电路1还可以包括电流源8，该电流源8用于经由第一端子2或第二端子3将电流注入传感器元件11，例如用于读出RTD。例如，可以通过以下来读出RTD：经由电流源8施加已知电流Isens，测量RTD传感器上的电压差并基于该电流和该电压差确定RTD的先验未知电阻，例如，进一步考虑根据本发明的实施例所提供的校正。例如，电流源8可适于经由第二端子3注入预定的和/或已知的另外的电流Isens，例如，使得在设备的操作中电流通过传感器元件11(例如RTD)回到第一端子2。可替代地，可以经由第一端子2注入另外的电流，使得电流流过传感器元件并且返回到第二端子3。电流源8可以产生足够稳定的(例如基本上稳定的)电流作为预定的另外的电流Isens。例如，在电路1的校准期间，另外的电流Isens的值可以被测量和存储，例如作为常数，在数据存储存储器(例如，非易失性存储器)中，该数据存储存储器可访问以由控制器使用，例如，以在计算传感器读出值或误差值时考虑。
开关单元5可以包括例如第一开关SW1，该第一开关SW1用于可控地将第一端子2与第一基准电压V1电连接和断开。例如，第一基准电压V1可以是如图2所示的电接地电位，但是本发明的实施例不限于此，例如，电路1可以包括用于产生第一基准电压V1的内部电压源，例如基本上如下文所述的用于产生第二基准电压V2。
开关单元5可以包括，例如用于可控地将第一端子2与第二基准电压V2电连接和断开的第二开关SW2。例如，电路1可以包括用于产生第二基准电压V2的内部电压源9，例如与第一基准电压V1(例如，来自接地)显著不同的基本预定电压V2。
校正测量电路6可以包括具有预定电阻的电阻器R11和用于测量电阻器R11上的电压Vr11的另外的电压测量电路16。
例如，电阻器R11可以串联连接在第一端子2和开关单元5之间。因此，校正测量电路6可适于测量从第一端子2流过开关单元5的电流，以及用于产生该电流流过的电阻器R11上的电压的形式的指示该电流的校正信号。例如，在电路的校准期间，内部电阻R11的电阻可以被测量和存储，例如作为常数，在控制器的数据存储存储器(例如非易失性存储器)中以被考虑。
控制器7可以包括处理单元，例如处理器和/或数据存储存储器。控制器可以适于在第一状态S1中接收测量信号Vd0和校正信号I0，例如，Vr110，以及在第二状态S2中接收测量信号Vd1和校正信号I1，例如，Vr111。这可以通过控制开关单元5(例如，开关SW1和SW2)在第一状态S1与第二状态S2之间的切换来实现，在第一状态S1中，SW1为ON(即，将第一端子连接到第一基准电压V1)，并且SW2为OFF(即，断开第一端子与第二基准电压V2的连接)；并且在第二状态S2中，SW1为OFF且SW2为ON。
控制器7还适于计算针对测量误差校正的读出值和/或指示测量误差的误差值。
该计算可以包括计算在开关单元5的第一状态S1中获得的测量信号与在开关单元的第二状态S2中获得的测量信号的第一差值以及在开关单元5的第一状态S1中获得的校正信号与在开关单元5的第二状态S2中获得的校正信号的第二差值。
计算误差值和/或传感器读出值可以包括将在开关单元5的第一状态S1中获得的校正信号乘以第一差值与第二差值的比率。
例如，对于热电偶传感器元件，传感器读出值可以对应于测量信号Vd0(例如，其中第一基准电压是接地电压)与误差值Vtc_err的差值。
在状态S1中，可以应用以下等式：
Vtc_err＝Iriso0·RtcB
Vd0＝Vtc+Vtc_err＝Vtc+Iriso0·RtcB
Vr110＝Iriso0·R11
其中，Iriso0指的是状态S1中的漏电流Iriso，Vd0指的是状态S1中的测量信号Vd，并且Vr110指的是状态S1中的校正信号。
同样，在状态S2中，应用以下等式：
Vd1＝Vtc+Iriso1·RtcB
Vr111＝Iriso1·R11
其中，Iriso1指的是状态S2中的漏电流Iriso，Vd1指的是状态S2中的测量信号Vd，并且Vr111指的是状态S2中的校正信号。
因此，误差值Vtc_err可以通过以下公式计算：
Figure BDA0001865409050000111
并且传感器读出值Vtc可以通过以下公式计算：
Figure BDA0001865409050000112
在另一示例中，对于RTD传感器元件，传感器读出值可以对应于RTD传感器元件的电阻Rrtd＝RtcA+RtcB，例如，补偿了漏电流Iriso。
在状态S1中，可以应用以下等式：
Vrtd_err＝Iriso0·RtcB
Vrtd＝Isens·(RtcA+RtcB)
Vd0＝Vrtd+Vrtd_err
Vr110＝(Iriso0+Isens)·R11
其中，Iriso0指的是状态S1中的漏电流Iriso，Vd0指的是状态S1中的测量信号Vd，且Vr110指的是状态S1中的校正信号。
同样，在状态S2中，应用以下等式：
Vd1Iriso1·RtcB
Vr111＝Iriso1·R11
其中，Iriso1指的是状态S2中的漏电流Iriso，Vd1指的是状态S2中的测量信号Vd，且Vr111指的是状态S2中的校正信号。
因此，误差值Rrtd_err可以通过以下公式计算：
Figure BDA0001865409050000121
并且传感器读出值Rrtd可以通过以下公式计算：
Figure BDA0001865409050000122
或者等效地，
Figure BDA0001865409050000123
因此，控制器7可以适于计算误差值和/或传感器读出值，其中该计算包括计算包括
Figure BDA0001865409050000124
的被减数(或减数)以及包括
Figure BDA0001865409050000125
的减数(或分别被减数)的减法。
此外，控制器可以适于计算护套传感器的隔离电阻，例如，在电路的电接地和护套传感器的远端接地之间的环路电阻Rloop，例如在传感器元件上相对于电路的电接地的电压ΔVGND处。
这个环路电阻Rloop可以被表达为：
Rloop＝RISO+RtcB+R11
在状态S1中，可以制定以下等式：
Iriso0·Rloop＝ΔVGND-V1
Vr110＝Iriso0·R11
其中，Iriso0指的是状态S1中的漏电流Iriso，且Vr110指的是状态S1中的校正信号。
在状态S2中，可以制定以下等式：
Iriso1.Rloop＝ΔVGND-V2
Vr111＝Iriso1·R11
其中，Iriso1指的是状态S2中的漏电流Iriso，且Vr111指的是状态S2中的校正信号。
因此，环路电阻可以确定为：
Figure BDA0001865409050000131
因此，控制器7可以适于通过将指示内部电压源9上的电压V2的另外的信号除以在开关单元5的第一状态S1中获得的校正信号I0和在开关单元的第二状态S2中获得的校正信号I1的差值来计算电路的电接地与护套传感器的远端接地之间的环路电阻Rloop。
在第二方面，本发明还涉及一种传感器系统，包括根据本发明第一方面的实施例的电路1，以及包括传感器元件11的护套传感器10，该传感器元件11具有分别连接到成对的传感器信号引线的第一引线12和第二引线13的互补端子，其中，传感器元件11被定位在护套15内，该护套15用于使传感器元件11和成对的传感器信号引线12，13电绝缘以减少和/或防止护套传感器的外部电磁干扰。该成对的传感器信号引线12，13从护套15延伸以连接到，例如被连接到电路1的第一和第二端子2，3。传感器元件可包括温度计，例如温度传感器，诸如热电偶和/或电阻式温度检测器。
在第三方面，本发明涉及用于确定和/或补偿由于护套传感器的护套的特性引起的护套传感器的测量误差的方法。
参考图3，示出了根据本发明的实施例的示例性方法200。该方法200包括提供201护套传感器10，该护套传感器10包括被定位在护套15内的传感器元件11，该护套15用于使传感器元件11电绝缘，以减少和/或防止护套传感器的外部电磁干扰。方法200可以包括操作根据本发明第一方面的实施例的电路。
该方法包括将传感器元件的第一端子连接202到第一基准电压V1(例如，接地)，测量传感器元件11上的第一电压差Vd0并测量流经传感器元件11的第一电流I0。
该方法包括将传感器元件的第一端子连接203到第二基准电压V2，测量传感器元件11上的第二电压差Vd1并测量流经传感器元件11的第二电流I1。
该方法可以包括切换第一端子分别与第一基准电压和第二基准电压之间的电连接，例如使用开关单元。
该方法可以包括将另外的电流Isens注入到传感器元件11中，例如，同时执行连接和测量202，203的步骤。
该方法包括通过考虑第一电压差Vd0、第二电压差Vd1、第一电流I0和第二电流I1来计算204指示测量误差的误差值和/或针对测量误差校正的传感器读出值。
计算204误差值可以包括通过将第二基准电压V2与第一基准电压V1的差值除以电流I0与I1的差值来计算电路的电接地和护套传感器的远端接地之间的环路电阻Rloop。
计算204误差值和/或传感器读出值可以包括计算电压Vd0和Vd1的第一差值以及电流I0和I1的第二差值。计算204误差值和/或传感器读出值可以包括将电流I0乘以第一差值与第二差值的比率。
计算204误差值和/或传感器读出值可以包括计算包括
Figure BDA0001865409050000141
的被减数以及包括
Figure BDA0001865409050000142
的减数的减法。
该方法可以包括测量具有预定电阻的基准电阻器R11上的电压Vr110和Vr111，以测量电流I0和I1。

Claims (15)

1.一种用于确定和/或补偿由于护套传感器的护套的特性引起的所述护套传感器的测量误差的电路(1)，所述电路包括：
-第一端子(2)和第二端子(3)，所述第一端子(2)和第二端子(3)用于连接到定位在护套传感器(10)的护套内的传感器元件(11)的成对的传感器信号引线(12,13)；
-电压测量电路(4)，所述电压测量电路(4)用于测量所述第一端子(2)和所述第二端子(3)之间的电压差，并产生指示所测量的电压差的测量信号；
-开关单元(5)，所述开关单元(5)用于在第一状态和第二状态之间可控地切换电连接，其中所述第一端子(2)分别电连接到第一基准电压和第二基准电压；
-校正测量电路(6)，所述校正测量电路(6)用于测量从所述第一端子(2)流过所述开关单元(5)的电流，并生成指示所述电流的校正信号；以及
-控制器(7)，所述控制器(7)用于通过控制所述开关单元(5)的所述切换，在所述第一状态和所述第二状态中接收所述测量信号和所述校正信号，所述控制器适于
通过考虑在所述第一状态和所述第二状态两者中产生的所述测量信号和所述校正信号来计算指示所述测量误差的误差值；和/或
通过考虑在所述第一状态和所述第二状态两者中产生的所述测量信号和所述校正信号来计算针对所述测量误差校正的传感器读出值。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关单元(5)包括用于产生所述第二基准电压的内部电压源(9)，并且其中所述第一基准电压是电接地电位。
3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述控制器适于通过将所述第二基准电压与所述第一基准电压的差值除以在所述开关单元(5)的所述第一状态中获得的所述校正信号与在所述开关单元的所述第二状态中获得的所述校正信号的差值，来计算所述电路的电接地与所述护套传感器的远端接地之间的环路电阻。
4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制器(7)适于计算指示所述测量误差的所述误差值和/或针对所述测量误差校正的所述传感器读出值，其中所述测量误差表示所述电压差和电动势之间的偏差和/或其中所述传感器读出值指示所述电动势，其中当所述电路(1)连接到其中所述传感器元件(11)包括热电偶的所述护套传感器(10)时，所述电动势是在所述热电偶上产生的电动势。
5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述控制器(7)适于计算在所述开关单元(5)的所述第一状态中获得的所述测量信号与在所述开关单元的所述第二状态中获得的所述测量信号的第一差值，以及在所述开关单元(5)的所述第一状态中获得的所述校正信号与在所述开关单元的所述第二状态中获得的所述校正信号的第二差值，并且其中，计算所述误差值和/或所述传感器读出值包括将在所述开关单元(5)的所述第一状态中获得的所述校正信号乘以所述第一差值和所述第二差值的比率。
6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制器(7)适于计算指示所述测量误差的所述误差值和/或针对所述测量误差校正的所述传感器读出值，其中当所述电路(1)被连接到其中所述传感器元件(11)包括电阻式温度检测器的所述护套传感器(10)时，所述传感器读出值指示所述电阻式温度检测器的电阻和/或所述误差值表示由于漏电流和/或寄生电阻引起的所述电阻的误差。
7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述测量误差表示所述护套传感器的护套的绝缘电阻，所述电路的电接地与所述护套的远端接地之间的环路电阻和/或通过所述护套的漏电流。
8.如权利要求6所述的电路，包括电流源(8)，所述电流源(8)用于当所述电路(1)连接到所述护套传感器(10)时，将另外的电流经由第一端子(2)或第二端子(3)注入到所述传感器元件(11)中。
9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，所述控制器(7)适于计算所述误差值和/或所述传感器读出值，其中所述计算包括计算包括
Figure FDA0003702307740000031
的被减数以及包括
Figure FDA0003702307740000032
的减数的减法，其中Vd0与Vd1分别表示在所述第一状态中与在所述第二状态中的所述测量信号，I0与I1分别表示在所述第一状态中与在所述第二状态中的所述校正信号，并且Isens表示所述另外的电流。
10.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述校正测量电路(6)包括具有预定电阻的基准电阻器和用于测量所述基准电阻器上的电压的另外的电压测量电路(16)，使得所述校正测量电路(6)适于产生所述基准电阻器上的所述电压形式的指示所述电流的所述校正信号。
11.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关单元(5)包括用于可控地将所述第一端子(2)与所述第一基准电压电连接和断开的第一开关，以及用于可控地将所述第一端子(2)与所述第二基准电压电连接和断开的第二开关。
12.一种传感器系统，包括根据前述权利要求中任一项所述的电路(1)，以及护套传感器(10)，所述护套传感器(10)包括传感器元件(11)，所述传感器元件(11)具有分别连接到成对的传感器信号引线的第一引线(12)和第二引线(13)的互补端子，其中所述传感器元件(11)被定位在护套(15)内，所述护套(15)用于使传感器元件(11)和成对的传感器信号引线(12,13)电绝缘以减少和/或防止所述护套传感器的外部电磁干扰，其中所述成对的传感器信号引线(12，13)从所述护套(15)延伸，以连接到所述电路(1)的所述第一和第二端子(2，3)。
13.如权利要求12所述的传感器系统，其特征在于，所述传感器元件包括热电偶。
14.如权利要求12所述的传感器系统，其特征在于，所述传感器元件包括电阻式温度检测器。
15.一种用于确定和/或补偿由于护套传感器的护套的特性引起的护套传感器的测量误差的方法(200)，所述方法包括：
-提供(201)护套传感器(10)，所述护套传感器(10)包括被定位在护套(15)内的传感器元件(11)，所述护套(15)用于使所述传感器元件(11)电绝缘，以减少和/或防止所述护套传感器的外部电磁干扰；
-在第一状态中，将所述传感器元件的第一端子连接(202)到第一基准电压，测量所述传感器元件(11)上的第一电压差并测量流过传感器元件(11)的第一电流；
-在第二状态中，将所述传感器元件的第一端子连接(203)到第二基准电压，测量所述传感器元件(11)上的第二电压差并测量流过所述传感器元件(11)的第二电流；以及进行以下计算(204)：
通过考虑在所述第一状态和所述第二状态两者中产生的所述第一电压差、所述第二电压差、所述第一电流以及所述第二电流来计算指示所述测量误差的误差值；和/或
通过考虑所述第一电压差、所述第二电压差、所述第一电流以及所述第二电流来计算针对所述测量误差校正的传感器读出值。
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