CN111351539A - 热传感器的感测表面上的污染的检测 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热传感器的感测表面上的污染的检测。热传感器包括有源元件(41)例如加热器或冷却器、至少一个温度传感器(31)以及处理电路(50)。处理电路引起供应至有源元件(41)的电力变化。然后处理电路，在多个时间处，基于温度传感器的输出信号来确定热参数并且分析热参数的瞬态行为。基于该分析，处理电路确定指示热传感器的感测表面上的污染的污染信号。如果热传感器包括布置在感测表面的不同扇区中的多个温度传感器，则可以根据传感器的输出得出多扇区热信号，并且可以基于多扇区热信号来确定污染信号。

Description

热传感器的感测表面上的污染的检测
技术领域
本发明涉及一种热传感器，特别地涉及一种被配置成检测在热传感器的感测表面上的污染的存在的热流量传感器。本发明还涉及一种检测热传感器的表面上的污染的方法并且还涉及一种相应的计算机程序产品。
背景技术
常用的微热流量传感器包括加热器和两个空间上分开的温度传感器。温度传感器通常对称地位于加热器的上游和下游以测量已经被流量介质带走的热的量。加热器和温度传感器可以嵌入在跨块状半导体材料中的凹部或开口的薄膜中或被布置在跨块状半导体材料中的凹部或开口的薄膜上。热电堆可以用作温度传感器。在WO 01/98736A1中公开了这种类型的微热流量传感器的示例。
作为用于质量流速的测量，可以利用当激活加热器时由上温度传感器和下温度传感器确定的稳态温度之间的差。然而，除了对质量流速的预期依赖之外，还存在影响该温度差的许多其他因素，这些因素中的每一个都会引起零流速时的温度差的非零偏移：
—周围电路的废热：集成在围绕膜的块状材料上的能量耗散元件例如测量和处理电压差信号的电路的活动可能影响温度差。如在EP 2 930 475 A1中所公开的，可以通过评估补偿温度信号来解决与周围电路的废热有关的挑战。
—与生产相关的膜不对称：传感器偏移通常由传感器结构的几何不对称支配(dominated)，例如，传感器偏移可能是由块状材料的不对称背面蚀刻以释放膜而引起的。这样的膜不对称可能难以表征。例如，取决于流量传感器的组装构思，膜的光学检查在最终包装中并非总是可行的。
—膜上的污染：污染可能例如是由沉积在膜上的气载粒子或液滴引起的。若干现有技术文献涉及用于避免污染的措施(参见例如WO 02/073140 A2、EP 3 037 791 A1或US9,612,146 B2)。然而，并非总是可以完全避免污染。已经偏心地沉积在膜上的颗粒或液滴对不同的位于上游侧和下游侧的传感器的热导率和热容量产生影响并且因此将影响温度差。
如果出现偏移，则可能需要确定该偏移是由与生产相关的膜不对称引起的还是由污染引起的。如果不能容易地实现零流量条件，则可能还需要在由污染引起的偏移与由实际流量引起的传感器信号之间进行区分。
还已知微热流量传感器，其包括用于承载加热器和温度传感器的分开的桥代替具有连续的膜(参见例如，US 4,478,076)。对于这种类型的传感器也出现类似的问题。例如，桥的不对称和桥上的污染二者都可能引起传感器输出的偏移。如EP 3 367 087 A2中所公开的，还可能需要检测其他类型的热传感器上的污染例如微热传感器上的污染以用于确定流体的热容量。
EP 1 065 475 A2公开了一种使用具有布置在膜上的加热器和两个温度传感器的量热式流量传感器来确定流速的方法。温度传感器测量来自加热器上游和下游的温度差。另外，根据气体流量和膜的厚度，以不同的方式测量至少第二温度差。两个温度差用于计算测量信号，该测量信号较少地取决于膜的厚度，特别是膜上的污物的累积的影响。然而，该文献的方法假定污物均匀地累积在膜的整个表面上，这导致灵敏度的变化而不是偏移。该方法不能补偿由不均匀污染产生的流量信号的偏移。
EP 1 965 179 A1公开了热流量传感器，该热流量传感器配备有用于监视装置并且在出现故障时生成故障信号的自检单元。自检单元可以例如监视带有加热器和温度传感器的膜的完整性，或者该自检单元可以监视装置的各种操作参数。该文献没有提及污染的检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种热传感器，特别是用于测量流体流量的流速的热流量传感器，该热传感器被配置成检测热传感器的感测表面诸如承载热传感器的加热器和温度传感器的膜或桥的污染。
在第一方面，该目的通过本发明的热传感器来实现。本发明的其他实施方式在具体实施方式中提出。
根据第一方面，提供了一种热传感器，特别是用于测量流体流量的流速的热流量传感器，该热传感器包括：
有源元件，其被配置成被供应电力以引起有源元件特别是加热器或冷却器的温度变化；
至少一个温度传感器，其布置在有源元件的附近使得有源元件的温度变化可以引起至少一个温度传感器的温度变化；以及
处理电路，其被配置成执行以下步骤：
引起供应至有源元件的电力的变化；
在多个时间处，基于至少一个温度传感器的输出信号来确定热参数；
分析响应于电力的变化的热参数的瞬态行为；
基于对热参数的瞬态行为的分析，确定指示流量传感器的感测表面上的污染的污染信号。
根据本发明的第一方面，对根据至少一个温度传感器的输出得出的热参数的瞬态行为进行分析，并且根据该分析得出关于感测表面上存在或不存在污染的结论。这基于以下发现：瞬态行为受污染影响的方式与受流量或感测表面的与生产相关的不对称影响的方式不同。特别地，瞬态行为以不同的方式取决于热导率的变化和热容量的变化。污染以与流量或与生产相关的不对称不同的方式影响热导率和热容量。以这种方式，可以在这些效果之间进行区分。
在一些实施方式中，处理电路与有源元件和至少一个温度传感器集成在公共传感器封装中或者甚至在同一基板上例如在公共半导体芯片上。在其他实施方式中，处理电路的至少一部分例如在单独的微控制器或计算机中被布置成远离有源元件和至少一个温度传感器。
特别地，处理电路可以包括：电力控制电路，其用于向有源元件供应电力；以及读出电路，其用于读出至少一个温度传感器并且用于确定热参数。电力控制电路可以被配置成例如向有源元件供应恒定电力或恒定电流或者以使有源元件达到预定温度的方式向有源元件供应电力。读出模块可以包括例如用于使至少一个温度传感器的输出信号数字化的模数转换器(ADC)。这些电路与有源元件和至少一个温度传感器一起有利地实现在公共基板特别地是在公共半导体芯片上。电路可以例如以CMOS技术实现。处理电路还可以包括分析器电路，该分析器电路被配置成执行分析瞬态行为和确定污染信号的步骤。分析器电路可以与电力控制电路和读出电路集成在公共传感器封装中或者甚至在公共基板上，或者分析器电路可以远离电力控制电路和读出电路。分析器模块可以例如以ASIC的形式实现，该ASIC被配置成通过实现简单的状态机来执行分析瞬态行为和确定污染信号的步骤。在其他实施方式中，分析器模块可以以通用计算机的形式实现，该通用计算机被编程为执行分析瞬态行为和确定污染信号的步骤。
处理电路还可以包括I/O接口，其被配置成输出污染信号。替选地或附加地，处理电路可以包括补偿电路，该补偿电路被配置成基于污染信号在使用热传感器进行的后续测量中执行针对污染的补偿。
在一些实施方式中，分析热参数的瞬态行为的步骤可以包括将热参数的瞬态行为与参考瞬态进行比较。为此，处理电路可以包括：存储装置，该存储装置存储参考瞬态；以及比较器，该比较器用于从存储装置中读出参考瞬态并且用于执行比较。
分析热参数的瞬态行为的步骤可以包括：
基于瞬态行为，得出瞬态幅度；以及
将瞬态幅度与参考幅度或阈值进行比较。
需要仅几个数据点用于在所测量的瞬态与参考瞬态之间进行比较和/或用于得出瞬态幅度。例如，三个数据点或四个数据点已经可能足够了。因此，这些步骤可以通过简单的逻辑电路例如以ASIC容易地实现。
在一些实施方式中，分析热参数的瞬态行为的步骤包括执行热参数的时间依赖性与至少两个时间依赖性函数的叠加的拟合过程以获得针对函数中的至少一个的权重因数。优选地，权重因数中的一个(至少主要地)指示热电阻对瞬态行为的贡献，而另一权重因数(至少主要地)指示热容量对瞬态行为的贡献。确定污染信号的步骤可以包括考虑由拟合过程确定的至少一个权重因数，优选地至少是指示热容量的贡献的权重因数。在一些实施方式中，污染信号是直接根据权重因数计算的或者甚至可以与这些权重因数中的一个相同特别是与指示热容量的贡献的权重因数相同。
在一些实施方式中，热传感器不仅包括一个单个温度传感器，而且包括布置在感测表面的不同扇区中的多个温度传感器。在这种情况下，如果热参数是基于多个温度传感器的输出信号的组合的多扇区热参数，则是有利的。特别地，可以根据至少两个温度传感器的输出信号形成差分热参数以抵消或至少减少对输出信号的某些不期望有的贡献，并且从而有利于污染的检测，如将在下面通过示例的方式更详细地说明的。
特别地，在一些实施方式中，热传感器包括至少一个第一温度传感器和至少一个第二温度传感器，第一温度传感器和第二温度传感器布置在感测表面的不同扇区中。特别地，一个或更多个第一温度传感器可以布置在有源元件的第一侧上，并且一个或更多个第二温度传感器可以布置在有源元件的与第一侧相反的第二侧上。在一些实施方式中，热传感器是用于确定流体流量的流速的热流量传感器，该流量限定流动方向。一个或更多个第一温度传感器然后可以相对于流动方向布置在有源元件的上游，并且一个或更多个第二温度传感器可以布置在有源元件的下游。在这种情况下，第一温度传感器可以适当地被称为上游温度传感器，并且第二温度传感器可以适当地被称为下游温度传感器。
在一些实施方式中，多扇区热参数是指示第一温度传感器与第二温度传感器之间的温度差的温度差参数。这样的参数对第一温度传感器与第二温度传感器之间的任意不对称特别敏感，该任意不对称包括由以偏心地沉积在感测表面上的颗粒或液滴的形式的污染引起的不对称。因此，分析温度差参数的瞬态行为可以有利于污染的检测。
在一些实施方式中，热传感器包括至少两个第一温度传感器和至少两个第二温度传感器。然后，多扇区热参数可以指示第一温度不均匀性参数与第二温度不均匀性参数的和或者差，第一温度不均匀性参数指示第一温度传感器之间的温度不均匀性，并且第二温度不均匀性参数指示第二温度传感器之间的温度不均匀性。以偏心地沉积在感测表面上的颗粒或液滴的形式的污染将引起第一温度传感器和/或第二温度传感器之间的温度不均匀性，这反映在第一温度不均匀性参数和/或第二温度不均匀性参数中。在热流量传感器的情况下，对于第一阶，适当限定的不均匀性参数将对流速不敏感或者将至少具有对流速降低很多的敏感度。以这种方式有利于在非零流速下的污染的检测。如果形成不均匀性参数的差异，则所产生的多扇区热参数将进一步独立于感测表面的某些种类的不对称特别是与加热器方向平行或垂直的不对称。
优选的多扇区热参数是由彼此相互对准的两个第一温度传感器和两个第二温度传感器的输出形成的对角差异参数。特别地，两个第一温度传感器可以被称为布置在有源元件的第一侧上的“左”第一温度传感器和“右”第一温度传感器，并且两个第二温度传感器可以被称为布置在有源元件的第二侧上的“左”第二温度传感器和“右”第二温度传感器。此处，术语“左”和“右”被理解为仅用于分别区分两个第一温度传感器和两个第二温度传感器彼此的名称标签。该术语不旨在暗示绝对位置或绝对方向。左第二温度传感器可以与左第一温度传感器对准，并且右第二温度传感器可以与右第一温度传感器对准。如果第一温度传感器和第二温度传感器被定位成在加热器的不同侧彼此相对，则第一温度传感器和第二温度传感器被认为是“对准”的。在流量传感器的情况下，第一温度传感器和第二温度传感器相对于流动方向对准：沿着流动方向已经通过第一(上游)温度传感器的流体随后也将通过与第一(上游)温度传感器对准的第二(下游)温度传感器。对角差异参数指示第一温度不均匀性参数与第二温度不均匀性参数之间的差，第一温度不均匀性参数指示左第一温度传感器与右第一温度传感器之间的温度不均匀性，并且第二温度不均匀性参数指示左第二温度传感器与右第二温度传感器之间的温度差。对于第一阶，对角差异参数与平行于或垂直于加热器方向的不对称无关。如果热传感器是流量传感器，则对于第一阶，对角差异参数还与流速无关。
在这样的多扇区的实施方式中，将有源元件也分成至少两个分开的有源元件可能是有利的。特别地，如果有源元件是加热器，则加热器可以包括第一加热器元件和第二加热器元件，第一加热器元件布置在第一上游温度传感器与第一下游温度传感器之间，并且第二加热器元件布置在第二上游温度传感器与第二下游温度传感器之间。如果有源元件是冷却器，则可以选择相同的布置。以这种方式，产生了基本上两个平行的热传感器。
上述基于热参数的瞬态行为的污染的检测可以通过基于将在零流量条件下的热参数的稳态值与参考值进行比较的检测方案来补充。特别地，处理电路可以被配置成执行以下步骤：
接收流量指示器；
当流量指示器指示零流速时，使得电力被供应至有源元件；
在电力被施加至有源元件时确定热参数的稳态值；以及
将热参数的稳态值与参考值进行比较以确定传感器偏移参数。
流量指示器可以例如在存在流动时被设置为逻辑一，并且可以在例如通过关闭阀而停止了流动时被设置为逻辑零。例如，流量指示器可以由用于调节流体流量的阀产生。
在一些实施方式中，仅当已经通过对瞬态行为的分析获得的污染信号指示存在污染时，才停止流动。然后确定传感器偏移参数并且随后用于偏移校正。
在第二方面，本发明涉及利用多扇区热参数的构思，该多扇区热参数是根据设置在感测表面的不同扇区中的温度传感器的输出得出的而与是否分析多扇区热参数的瞬态行为无关或者与是否采用多扇区热参数的稳态值无关。
因此，本发明提供一种热传感器，特别是用于测量流体流量的流速的热流量传感器，该热传感器包括：
有源元件，其被配置成被供应电力以引起有源元件特别是加热器或冷却器的温度变化；
至少两个第一温度传感器，其布置在感测表面的不同扇区中，优选地布置在有源元件的第一侧上；
至少两个第二温度传感器，其布置在感测表面的不同扇区中，优选地布置在有源元件的与第一侧相反的第二侧上；以及
处理电路，其被配置成执行以下步骤：
使得电力被供应至有源元件；
基于至少两个第一温度传感器和至少两个第二温度传感器的输出信号的组合来确定多扇区热参数；以及
基于多扇区热参数来确定指示流量传感器装置的表面上的污染的污染信号。
如上面讨论的，多扇区热参数可以指示第一温度不均匀性参数与第二温度不均匀性参数的和或者差，第一温度不均匀性参数指示第一温度传感器之间的温度不均匀性，并且第二温度不均匀性参数指示第二温度传感器之间的温度不均匀性。
特别地，多扇区热参数可以是上面讨论的对角差异参数。
污染信号的确定可以基于多扇区参数的稳态值或基于多扇区参数的瞬态行为。
在这两个方面，可以采用任意类型的温度传感器。特别地，第一温度传感器和第二温度传感器中的每一个可以是热电堆，即一组串联连接的热电偶或单个热电偶。在其他实施方式中，可以采用电阻温度传感器。
该热传感器可以包括用于有源元件以及第一温度传感器和第二温度传感器的载体。载体可以采取膜的形式或多个分开的桥的形式。有源元件和温度传感器可以布置在载体上和/或嵌入在载体中。感测表面由载体以及布置在载体上的有源元件和温度传感器的至少那些部分形成。
本发明还涉及根据上面讨论的方面中的每一个的用于确定热传感器的感测表面上的污染的方法。
特别地，本发明提供了一种确定热传感器特别是用于测量流体流量的流速的热流量传感器的感测表面上的污染的方法，该热传感器包括：有源元件，其被配置成被供应电力以引起有源元件特别是加热器或冷却器的温度变化；以及布置在有源元件的附近的至少一个温度传感器，该方法包括：
引起供应至有源元件的电力的变化；
在多个时间处，基于来自至少一个温度传感器的输出信号来确定热参数；
分析响应于电力的变化的热参数的瞬态行为；以及
基于对热参数的瞬态行为的分析，确定指示热传感器的感测表面上的污染的污染信号。
如上面讨论的，分析热参数的时间依赖性的步骤可以包括将热参数的瞬态行为与参考瞬态进行比较以及/或者得出瞬态幅度并且将瞬态幅度与参考幅度或阈值进行比较，以及/或者分析热参数的时间依赖性的步骤可以包括执行热参数的时间依赖性与至少两个时间依赖性的叠加的拟合过程以获得针对函数中的至少一个的权重因数。
如上面讨论的，热传感器可以包括布置在感测表面的不同扇区中的多个温度传感器，并且热参数可以是基于多个温度传感器的输出信号的组合的多扇区热参数。特别地，多扇区热参数可以是指示第一温度传感器与第二温度传感器之间的温度差的温度差参数，第一温度传感器与第二温度传感器可以布置在有源元件的不同侧上，或者多扇区热参数可以指示第一温度不均匀性参数与第二温度不均匀性参数的和或者差。特别地，多扇区参数可以是上面讨论的对角差异参数。
如上面讨论的，可以通过以下步骤来扩充该方法：
停止流体流动；
使得电力被供应至有源元件；
在电力被施加至有源元件时确定热参数的稳态值；以及
将热参数的稳态值与参考值进行比较以确定传感器偏移参数。
在另一方面，本发明提供了一种确定热传感器特别是用于测量流体的流量的流速的热流量传感器的感测表面上的污染的方法，该热传感器包括：有源元件，其被配置成被供应电力以引起有源元件的温度变化；至少两个第一温度传感器，其布置在感测表面的不同扇区中，优选地布置在有源元件的第一侧上；以及至少两个第二温度传感器，其布置在感测表面的不同扇区中，优选地在有源元件的与第一侧相反的第二侧上，所述方法包括：
使得电力被供应至有源元件；
基于至少两个第一温度传感器和至少两个第二温度传感器的输出信号的组合来确定多扇区热参数，该多扇区热参数优选地指示第一温度不均匀性参数与第二温度不均匀性参数的和或者差，第一温度不均匀性参数指示第一温度传感器之间的温度不均匀性，并且第二温度不均匀性参数指示第二温度传感器之间的温度不均匀性；以及
基于多扇区热参数来确定指示流量传感器装置的表面上的污染的污染信号。
如上面讨论的，多扇区热参数可以是对角差异参数。
如上面讨论的，污染信号的确定可以基于多扇区参数的稳态值和/或基于多扇区参数的瞬态行为。
在又一方面，本发明提供了一种计算机程序产品，其用于确定热传感器特别是用于测量流体的流量的流速的热流量传感器的感测表面上的污染，该热传感器包括有源元件、至少一个温度传感器以及处理电路，该计算机程序产品包括如下指令，当由处理电路执行程序时，该指令使处理电路执行上述的任意方法。该计算机程序可以存储在存储介质上特别是存储在非易失性数据载体上。
附图说明
下面参照附图描述本发明的优选实施方式，附图是出于说明本发明的当前优选实施方式的目的而不是出于限制本发明的目的。在附图中，
图1以平面图示出了根据第一实施方式的流量传感器；
图2以透视图示出了图1的流量传感器的一部分；
图3示出了图1的流量传感器的示意性功能表示；
图4示出了对图1的流量传感器的热性能模型化的等效电路；
图5示出了表示对于变量r的各个值，第一模型函数f(x,r)依赖于变量x的图；
图6示出了表示对于变量r的各个值，第二模型函数g(x,r)依赖于变量x的图；
图7示出了表示针对r＝0.5对于g(x,r)的权重w的各个值，第一模型函数f(x,r)和第二模型函数g(x,r)的加权叠加依赖于变量x的图；
图8示出了根据第二实施方式的流量传感器的示意性功能表示；
图9示出了根据第三实施方式的流量传感器的示意性功能表示；
图10示出了根据第四实施方式的流量传感器的示意性功能表示；
图11示出了根据第五实施方式的流量传感器的示意性功能表示；
图12以高度示意性的方式示出了红外气体传感器的截面图；
图13示出了可以与本发明结合使用的处理电路的示意性框图；
图14示出了针对根据第一实施方式的方法的流程图；
图15示出了针对根据第二实施方式的方法的流程图；以及
图16示出了针对根据第三实施方式的方法的流程图。
具体实施方式
流量传感器的设置和操作
图1示出了根据第一实施方式的热流量传感器1。流量传感器的细节在图2中示出。在WO 01/98736 A1中公开了这样的流量传感器的设置和操作。如该文献中所述，可以操作传感器以确定沿着流动方向F流过导管10的流体(即，气体或液体)的质量流速。
从图2可以看出，流量传感器1集成在硅基板20上，其中通过蚀刻已经形成开口或凹部21。薄膜22跨开口或凹部21。在膜22上，布置有电阻加热器41、第一(上游)温度传感器31和第二(下游)温度传感器32。第一温度传感器31相对于流动方向F布置在加热器41的上游，而第二温度传感器32布置在加热器41的下游。
在本示例中，温度传感器31、32中的每一个由热电堆即以串联配置连接的多个热电偶组成。热电偶包括两块不相似的材料，两块不相似的材料在一端接合以形成电接点。该接点(被称为“热接点”)位于膜上。在本示例中，上游温度传感器31包括多个热接点31a，并且下游温度传感器32包括多个热接点32a。在两块不相似材料的另一端，两块中的每一个接合至下一个热电偶或者接合至读出端子。这些接点被称为“冷接点”。这些接点位于围绕膜的体基板上。在本示例中，上游温度传感器31包括多个热接点31a和冷接点31b，并且下游温度传感器32包括多个热接点32a和冷接点32b。每当在热接点与冷接点之间存在温度差时，产生电势差，导致可以容易地测量指示热接点与冷接点之间的温度差的热电电压。
根据图1明显的是，流量传感器1还包括用于确定围绕膜的体基板的温度的参考温度传感器35。流量传感器还包括处理电路50，该处理电路50包括用于执行各种任务包括控制加热器41、读出温度传感器31、32和35等的模拟部件和数字部件两者。设置有接触垫60以用于使流量传感器1与外部电路接口。
在图3中示出了流量传感器1的简化功能表示。基板21由框架表示，膜22由白色区域表示，每个温度传感器31、32的热接点和冷接点由条形表示，并且处理电路50由框表示。可以认为在膜的轮廓内的流量传感器的表面部分形成流量传感器的感测表面。
为了确定流体的质量流速，对流量传感器1操作如下：向加热器供应加热器电力。在加热器被激活的同时，读出上游温度传感器31和下游温度传感器32以确定上游温度和下游温度，并且计算上游温度与下游温度的差。在替选实施方式中，上游温度传感器和下游温度传感器以反串联配置连接，使得所产生的热电电压直接指示上游温度与下游温度的差。在下文中，上游温度与下游温度的差将被表示为DTP。代替确定温度差DTP，还可以确定指示上游温度与下游温度不同的程度的另一热参数，例如这些温度的商或归一化差。
在现有技术中，通常仅确定热参数DTP的稳态值。该稳态值是流体的质量流速的测量。
如上面已经说明的，在加热器41的一侧上的膜22的污染引起该侧上的热导率和热容量二者的变化，导致热参数DTP的偏移，这可能容易地误认为是质量流量。如下面将要示出的，可以通过对热参数DTP的瞬态行为进行分析来检测和校正这样的污染。
在随后的部分中，将介绍说明污染以何种方式影响温度差参数DTP的瞬态行为的理论模型。
等效电路
根据系统科学，热系统中的某些参数或某些部件的行为在数学上以与电气系统中的某些参数或某些部件的行为类似的方式表现。具体地，用于电气系统和热系统的等效变量在标准系统科学文献中如下表中给出：
Figure BDA0002324632940000121
在下文中，介绍并且分析了等效电路以描述流量传感器的感测表面上的动态热现象。
图4示出了用作感测表面的电气模型的等效电路。上游温度传感器31和下游温度传感器32均与等效电路中的节点相关联。与上游温度传感器的热接点与冷接点之间的温度差相对应的等效电压被表示为V1。与下游温度传感器的热接点与冷接点之间的温度差相对应的等效电压被表示为V2。与上游温度传感器和下游温度传感器之间的膜的热电阻相对应的等效电阻被表示为R0，与上游温度传感器的朝向相邻基板的热电阻相对应的等效电阻被表示为R1，并且与下游温度传感器的朝向相邻基板的热电阻相对应的等效电阻被表示为R2。与上游温度传感器31和相邻膜部分的热容量相对应的等效电容被表示为C1，并且与下游温度传感器32和相邻膜部分的热容量相对应的等效电容被表示为C2。与由温度传感器中的每一个从加热器接收的热流速相对应的等效电流被表示为I，该模型假设两个温度传感器都接收相同的热流速。该模型还假设两个温度传感器的冷接点处于相同的参考温度，与电接地相对应。
数学模型
通过使用标准的基尔霍夫电路定律，可以找到对于图4中所示的等效电路的微分方程。再次通过热参数代替电气参数，以下等式描述了上游温度T1和下游温度T2相对于基板的参考温度的动态：
Figure BDA0002324632940000131
此处，q表示由于加热器功率而产生的进入温度传感器中的每一个的热流速，并且c＝C1/C2是上游温度传感器与下游温度传感器的热容量的比。时间常数由τ0＝R0C1、τ1＝R1C1和τ2＝R2C2给出。边界条件为T1(0)＝T2(0)＝0，即，假设在加热器打开的时刻系统处于热平衡。
微分方程可以通过使动力学矩阵对角化来求解。这产生以下两个时间常数：
Figure BDA0002324632940000132
Figure BDA0002324632940000133
使用T1和T2的对称组合和不对称组合是有指导意义的：
DTP＝T1-T2(上游温度与下游温度之间的差)
STP＝T1+T2(上游温度与下游温度的和)
使用这些变量，微分方程写为：
Figure BDA0002324632940000134
Figure BDA0002324632940000135
完全对称模型
作为模型的说明，首先将讨论对应于理想传感器的完全对称模型。由于对称性，存在τ1＝τ2＝τ和c＝1，并且两个时间常数由下式给出：
τ+＝τ，
Figure BDA0002324632940000141
对于对称热量输入，解决方案是
Figure BDA0002324632940000142
DTP(t)＝0。
其中，R＝R1＝R2。
该结果示出在完全对称的情况下，对称热量输入不会产生DTP信号。如果存在不对称时，对于参数DTP的非零值才会出现。
几乎对称模型
接下来，考虑到其中上游热电阻和下游热电阻相差了量δR并且上游热容量和下游热容量相差了量δC的情况。在数学上表示为：
Figure BDA0002324632940000143
Figure BDA0002324632940000144
Figure BDA0002324632940000145
Figure BDA0002324632940000146
假设
Figure BDA0002324632940000147
且
Figure BDA0002324632940000148
因此，在
Figure BDA0002324632940000149
和
Figure BDA00023246329400001410
中仅求解至多线性(第一)阶的模型。
对于STP的解由下式给出：
Figure BDA00023246329400001411
其中，STP时间常数为：
Figure BDA00023246329400001412
对于DTP问题，可以将解写为两个通用函数的叠加：
Figure BDA0002324632940000151
两个通用函数由下式给出：
Figure BDA0002324632940000152
Figure BDA0002324632940000153
其中，比为：
Figure BDA0002324632940000154
DTP时间常数τ-由下式给出：
Figure BDA0002324632940000155
在图5和图6中分别示出了对于比r的各个值，函数f(x,r)和g(x,r)对变量x的依赖。
注意，对于t→∞，
Figure BDA0002324632940000156
换句话说，DTP的稳态值仅取决于热电阻δR的不对称性并且由DTP(t→∞)＝δR q r给出。
如上面讨论的，DTP的实际瞬态可以通过函数f(x,r)和g(x,r)的加权叠加来建模。这在图7中示出，图7示出了对于g(x,r)的不同的权重即
Figure BDA0002324632940000158
相对于
Figure BDA0002324632940000157
的不同贡献，在固定值r＝0.5时的函数f(x,r)和g(x,r)的加权叠加。曲线的序列示出了主要由于热容量的不对称δC引起的瞬态的形状与主要由于热电阻的不对称δR引起的瞬态的形状不同。
基于DTP的颗粒检测
感测表面上的即膜上的或设置在膜上的元件上的颗粒或液滴局部改变了膜及其上的元件的热性能。这引起了热容量中的δC和热电阻中的δR的不对称。
使用DTP的零流量稳态偏移进行颗粒检测
如上面讨论的，在零流量条件下，对于t→∞的DTP的值(即，DTP的稳态偏移)仅受热电阻δR的不对称影响。因此，δR的不对称可以通过确定在零流量条件下的DTP的稳态偏移来检测。
然而，因为不对称δR可能是由这些效应中的每一个引起的，所以以这种方式不能在污染与膜不对称之间进行区分。因此，可以采用以下策略：在生产之后，对对于某些限定的加热器功率的DTP的参考稳态偏移进行确定并且将其存储在处理电路的存储器中或外部存储器例如数据库中。参考偏移将反映任何与生产相关的不对称。在现场中的稍后的时间，对在零流量下的稳态偏移进行再次测量并且将其与参考偏移进行比较。然后所测量的稳态偏移与参考偏移的任何偏差都将反映污染。可以不时地重复确定稳态偏移以检测自前次偏移确定以来发生的任何其他污染。所测量的稳态偏移也可以存储在存储器中和/或可以输出用于进一步分析。所测量的稳态偏移可以用于在后续的流量测量中的偏移补偿。
应当注意的是，该方案要求建立零流量条件，因为通过测量DTP的稳态值无法对流量与污染之间进行区分。
使用DTP的瞬态通过与参考瞬态相比进行颗粒检测
通过考虑DTP的瞬态行为(即，在限定的加热器功率变化之后在不同时间点处的DTP的值)，可以改善污染的检测。如上面讨论的，瞬态行为受热电阻的不对称δR和热容量的不对称δC二者的影响。膜上颗粒或液滴的存在通常对热容量的影响比对热电阻的影响更强，并且因此，瞬态测量与仅对热电阻的不对称敏感的稳态测量相比可能对污染更敏感。
利用DTP的瞬态行为的简单策略可以以如下方式实现：在生产之后，对参考瞬态(即，在限定的加热器功率变化之后在不同时间点处的DTP的值)进行确定并且将其存储在处理电路的存储器中或外部存储器中。参考瞬态将反映任何与生产相关的不对称。很少的时间点可能已经是足够的，例如三个点或四个点，第一个点例如反映了加热器打开时的DTP的值，一个点或两个点反映了DTP的瞬态行为，并且最后一个点反映了DTP的稳态值。在稍后的时间，将现场中测量的瞬态与参考瞬态进行比较。然后所测量的瞬态的幅度和/或形状与参考瞬态的任何偏差都将反映污染。例如，可以根据在一个或几个选定的时间点处所测量的瞬态与参考瞬态之间的差来计算瞬态幅度差，并且可以将瞬态幅度差与阈值进行比较以确定所测量的瞬态是否与参考瞬态相差如下这样的程度：该程度可以得出存在污染的结论。该计算非常简单，可以很容易地由ASIC中的逻辑电路实现。可以不时地重复瞬态的测量以例如通过监视随时间变化的瞬态幅度来检测自前次测量以来发生的任何其他污染。所测量的瞬态或从中得出的参数例如瞬态幅度可以存储在存储器中和/或可以输出用于进一步分析。
上述过程优选地在零流量条件下执行。然而，也可以想到在非零流量下执行该过程。例如，针对不同流速的多个参考瞬态可以存储在处理电路的存储器中。实际流速可以根据DTP的稳态值确定。然后可以将相关瞬态的幅度或形状与针对该流速的参考瞬态进行比较。在实践中，该过程对于相对小的流速，通常对于不超过流量传感器的动态范围的约5％换言之为可以通过流量传感器来合理地确定的最大流速的约5％的流速运行得相当好。该过程在通常不容易完全切断气体流量的气体表应用中特别有用。然后，污染的检测可以在传感器输出指示流速小时执行。
通过将DTP的瞬态拟合至两个函数的叠加来进行颗粒检测
因为由于热容量的不对称δC引起的瞬态的形状与由于热电阻的不对称性δR引起的瞬态的形状不同，因此可以通过DTP的瞬态的形状将污染与膜不对称或小流量进行区分。相反，在上面讨论的策略中，没有尝试在膜不对称、小流量与由于颗粒/液滴而产生的污染之间直接进行区分。而是，通过将所测量数据与参考数据进行比较推断出存在污染，参考数据已经反映了膜不对称的影响并且可以反映小流量的影响。
通过利用膜不对称、小流量和污染对
Figure BDA0002324632940000171
和
Figure BDA0002324632940000172
的不同的相对影响，使得可以在膜不对称、小流量与污染之间进行直接区分。与膜不对称或小流量相比，已经沉积在膜上的颗粒或液滴通常会导致
Figure BDA0002324632940000173
与
Figure BDA0002324632940000174
之间的不同比。特别地，与对于膜不对称或对于流量相比，该比的绝对值通常对于已经沉积在膜上的颗粒或液滴较大。如上面讨论的，热参数DTP的瞬态行为可以通过两个函数的加权叠加来描述，在上面所讨论的模型中，这两个函数被称为f(x,r)和g(x,r)。这些函数的权重分别对应于
Figure BDA0002324632940000175
和
Figure BDA0002324632940000176
这两个函数具有不同的形状(即，这两个函数不同地依赖于变量x)。通过将DTP瞬态的形状拟合至函数f(x,r)和函数g(x,r)的叠加，因此可以区分膜不对称或流量与污染。
分析可以如下进行。可以例如根据感测表面的理论模型或根据经验数据来确定两个模型函数f(x,r)和g(x,r)。如果使用理论模型，则该模型可以是上面使用的简单模型，或者该模型可以是感测表面的更复杂模型。模型函数可以以适当的形式存储在处理电路的存储器中或外部存储器中。例如，可以直接存储对于变量的各个值对(x,r)的函数值，或者可以将该函数参数化(例如，通过泰勒展开)并且存储表征函数的参数(例如，该函数的泰勒系数达到某一阶)。为了确定针对两个函数f(x,r)和g(x,r)的权重，可以执行拟合过程(例如，回归分析)，两个函数f(x,r)和g(x,r)的加权叠加描述了如上面得出的DTP瞬态行为。g(x,r)的权重由于颗粒或液滴的存在而对
Figure BDA0002324632940000181
的变化特别敏感，可以用作用于污染的检测的信号。
为了确定函数f(x,r)和g(x,r)的自变量
Figure BDA0002324632940000182
可以根据独立的测量例如通过确定STP的瞬态行为来确定
Figure BDA0002324632940000183
的值，其时间依赖性仅由
Figure BDA0002324632940000184
表征。
由于以下事实，拟合过程有些复杂：至少在原则上，不仅函数f(x,r)和g(x,r)的权重依赖于
Figure BDA0002324632940000185
而且函数本身也经由变量r依赖于
Figure BDA0002324632940000186
即拟合参数原则上不仅应当包括f(x,r)和g(x,r)的权重的值，还应当包括r的值，r对
Figure BDA0002324632940000187
的依赖性是高度非线性的。然而，为了简化过程，最初可以将r的值设置成对应于
Figure BDA0002324632940000188
的固定值或者设置成一些其他的固定值例如r＝0.5。可以针对该固定值r进行首次拟合。在许多情况下，只要
Figure BDA0002324632940000189
小，该拟合就已经产生非常好的结果。如果不是，则可以迭代地改变r并且重复拟合直到使指示所测量的DTP值与拟合叠加的值的偏差的偏差参数最小化为止。
基于多扇区热参数的颗粒检测
四象限热参数DiagDiff
上游温度传感器和下游温度传感器可以在构思上对分使得形成四个温度传感器，每个温度传感器位于感测表面的不同象限中。图8中示出了一个示例。流量传感器现在包括两个上游温度传感器31、33和两个下游温度传感器32、34。在下文中，这些温度传感器的输出将被称为上游左[UL]温度传感器、上游右[UR]温度传感器、下游左[DL]温度传感器和下游右[DR]温度传感器。
通过温度传感器的这种布置，可以进行若干测量模式。特别感兴趣的是左上游温度传感器和右上游温度传感器的输出的差与左下游温度传感器和右下游温度传感器的输出的差之间的差(即，象征性地，(UR-UL)-(DR-DL))。这与在右上游温度传感器和右下游温度传感器的DTP值与左上游温度传感器和左下游温度传感器的DTP值之间的差(象征性地，(UR-DR)-(UL-DL))相同。作为传感器输出差异的差的该四扇区参数在下文中将被称为对角差异参数DiagDiff。
对于第一(线性)阶，感测表面的左半部分和右半部分可以被视为独立于热。对于该阶，DiagDiff参数对垂直于加热器的、对左温度传感器和右温度传感器二者来说共同的膜不对称和平行于加热器的、对上游温度传感器和下游温度传感器二者来说共同的膜不对称不敏感。
然而，DiagDiff参数对仅存在于象限中的一个象限中的污染或者在四个象限中不均匀地分布的污染敏感，这通常是其中由单个颗粒或液滴污染的情况。因此，DiagDiff参数可以用于在滤除来自最常见类型的膜不对称的贡献的同时检测污染。
由于所产生的流量信号以相反的符号进入，所以对于第一阶，DiagDiff参数也与流体流量的流速无关。因此，在存在流体流量的情况下，DiagDiff参数也可以用于检测污染。
对于DiagDiff参数的稳态值和对于DiagDiff参数的瞬态行为二者都是真实的。二者都可以用于通过颗粒或液滴的污染的检测。
使用DiagDiff的稳态值进行颗粒检测
如果仅使用DiagDiff参数的稳态值来进行污染的检测，则可以采用以下策略：在生产之后，对DiagDiff的参考稳态值进行确定并且将其存储在处理电路的存储器中或外部存储器例如数据库中。DiagDiff的参考稳态值将反映任何与生产相关的四极膜不对称。在现场中的稍后的时间，对DiagDiff的稳态值进行再次测量并且将其与参考值进行比较。然后所测量的DiagDiff的稳态值与参考值的任何偏差都将反映污染。可以不时地重复确定DiagDiff的稳态值以检测自前次偏移确定以来发生的任何其他污染。所测量的DiagDiff的稳态值也可以存储在存储器中和/或可以输出用于进一步分析。
使用DiagDiff的瞬态行为进行颗粒检测
如果对DiagDiff参数的瞬态行为进行分析，则可以采用与上面结合DTP参数的瞬态说明的相同的策略。因为对于第一阶，DiagDiff参数与流速无关，所以在污染与流体流量之间进行区分变得容易可行。因此，在流体流量的存在下也可以容易地检测出污染。特别地，在生产之后，可以对针对DiagDiff的参考瞬态进行确定并且将其存储在处理电路的存储器中或外部存储器中。参考瞬态将反映任何与生产相关的不对称。另外，很少的时间点可能已经足够了例如四个点。在稍后的时间，将在现场中所测量的DiagDiff的瞬态与参考瞬态进行比较。然后，所测量的瞬态的幅度和/或形状与参考瞬态的任何偏差都将反映污染。例如，可以根据在一个或几个选定的时间点处的所测量的DiagDiff的瞬态与参考瞬态之间的差计算对于DiagDiff的瞬态幅度差，并且可以将幅度差与阈值进行比较以确定所测量的瞬态是否与参考瞬态相差如下这样的程度：该程度可以得出存在污染的结论。
通过将DiagDiff的瞬态拟合至两个模型函数，另外以与上面结合DTP参数的瞬态说明的非常相似的方式在污染与四极膜不对称之间进行直接区分变得可行。
其他四象限热参数
应当注意的是，对于第一阶，其他四象限参数也与流体流量无关，具体地，左上游温度传感器和右上游温度传感器的输出的差与左下游温度传感器和右下游温度传感器的输出的差的和(即，象征性地，(UR-UL)+(DR-DL))与流体流量无关。这与在右上游温度传感器和右下游温度传感器的STP值与左上游温度传感器和左下游温度传感器的STP值之间的差(象征性地，(UR+DR)-(UL+DL))相同。在又一形式中，这可以被表示为(UR-DL)-(UL-DR)。如果温度传感器是热电堆，则后一形式(UR+DR)-(UL+DL)反映了优选的布线方案，“加”号表示相应的热电堆以串联配置连接，并且“减”号表示相应的热电堆以反串联配置连接。当然，其他布线方案也是可行的。尽管该四扇区参数根据需要对通过颗粒或液滴的污染敏感，而对流速不敏感，但是遗憾的是该四扇区参数还对平行于加热器的膜的几何不对称敏感。因此，针对污染的检测，该四象限参数与DiagDiff参数相比是次优选的。
推广至其他多扇区热参数
可以将感测表面细分为多于四个的扇区。例如，可以将感测表面细分为六个、八个、十个或更多个扇区。因此，可以采用三个、四个、五个或更多个上游温度传感器和相同数目的下游温度传感器，每个温度传感器位于扇区中的一个中。根据传感器输出，可以形成多扇区热参数。例如，多扇区热参数可以表示上游温度不均匀性参数与下游温度不均匀性参数的和或者差，这些温度不均匀性参数中的每一个反过来指示由相应的传感器确定的温度之间的不均匀性。存在形成这样的温度不均匀性参数的许多可能性。使用通用的多扇区热参数可以获得相同的优点，如上面结合四象限热参数讨论的优点一样，四象限参数只是多扇区热参数的更通用概念的示例。
注意的是，DTP参数和STP参数可以看作是多扇区参数的特别简单的形式，涉及来自仅两个扇区的温度信号。
桥代替完整的膜
代替将加热器和温度传感器集成在完整的膜中，这些结构也可以实现为由空隙间隔分开的桥。图9中示出了示例，图9示意性地示出了热流量传感器，其包括基板21，其中已经产生开口26或凹部。介电材料的三个单独的桥23、24、25跨开口26或凹部。桥垂直于流动方向F延伸并且间隔开距离d。在第一桥23上形成有上游温度传感器31，在第二桥24上形成有下游温度传感器32，并且在第三桥25上形成有加热器41。附加的温度传感器36测量加热器温度。所有这些部件另外连接至处理电路50。对于更多细节，参照EP 3 367 087A2。
感测表面由桥的表面和设置在桥上的元件的表面形成。该感测表面上的污染引起了与完整的膜上的污染非常相似的效果并且可以以与如上面结合具有完整的膜的实施方式所描述的相同的方式进行检测。
具体地，如上面结合具有完整的膜的实施方式所描述的，可以将承载温度传感器的桥分成四个或更多个扇区并且可以采用多扇区热参数用于污染的检测。
图10中示出了示例。在该示例中，上桥承载以热电堆的形式的两个上游温度传感器31、33。与图3和图8的膜实施方式相反，热电堆的冷接点横向布置在桥的端部。以相同的方式，下桥承载两个下游温度传感器32、34。
图11中示出了另一示例。现在，桥沿着流动方向F延伸。每个桥分别承载独立的加热器41、42以及上游温度传感器31、33和下游温度传感器32、34。也可以提供承载加热器的分开的中央第三桥。
可以使用与具有完整的膜的实施方式中相同的用于检测污染的策略。
推广至其他类型的热传感器
可以使用一个或更多个冷却器代替一个或更多个加热器。这在不应当将流量介质加热到某一温度以上的应用中特别有用。冷却器可以包括一个或更多个冷却元件例如一个或更多个珀耳帖元件。
本发明不仅可以用于检测流量传感器上的污染，而且可以用于其他类型的热传感器上，例如在EP 3 367 087A2中公开的用于检测流体的热容量的热传感器。
在简单的实施方式中，热传感器可以仅包括单个温度传感器。即使在这种情况下，仍然可以通过分析来自单个温度传感器的温度信号的瞬态行为来检测污染。与上面讨论的DTP或DiagDiff的瞬态相似，来自单个温度传感器的温度信号的瞬态也受到热容量的变化和热导率的变化的不同影响。通过分析瞬态行为，特别是瞬态行为的形状，因此即使仅使用单个温度传感器，检测污染也变得可能。
图12中示出了另一示例，其以高度示意性的方式示出了用于通过其吸收红外(IR)辐射来检测气体例如二氧化碳的红外气体传感器。图12的气体传感器包括具有开口12的承载板11。在承载板11上布置有灯泡43，该灯泡43延伸至开口12中。与灯泡43相对，布置有红外检测器，该红外检测器同样延伸至开口12中。红外检测器包括具有在其上设置有IR吸收层38的薄膜的温度传感器37。温度传感器可以包括例如布置在膜上或膜中的一个或更多个热电堆。包括上膜盒(capsule)部分13和下膜盒部分14的膜盒限定了辐射单元15。在操作中，激活灯泡43以发射IR辐射。IR辐射经由多个辐射路径X到达IR检测器。IR辐射使IR吸收层38升温。由温度传感器37检测到所产生的温度升高。如果辐射单元15中的气体吸收了IR辐射，则该温度升高将低于不存在该气体的情况下的温度升高。从而可以检测到气体。对于细节，参照EP 3 144 663A1，其全部内容并入本文用于教导采用这样的感测原理的气体传感器。
通过分析在灯泡43的功率改变之后温度信号的瞬态行为，可以检测出这样的气体传感器中的温度传感器37的污染。如在先前讨论的实施方式中一样，以沉积在膜上或IR吸收材料上的颗粒或液滴形式的污染将会改变该瞬态行为。特别地，这样的污染将增加膜的热容量，继而将改变温度信号的瞬态的形状。
处理电路的框图
处理电路可以与加热器和温度传感器完全地集成，特别地是在同一基板上，或者处理电路的至少一部分可以被实现成远离这些元件。例如，在简单的实施方式中，可以在与加热器和温度传感器集成在同一基板上的ASIC中实现上面讨论的检测污染的方法，该ASIC实现了简单的状态机。在其他实施方式中，可以使用更复杂的处理电路，例如包括程序控制的微处理器。
图13示出了可以结合本发明使用的示例性处理电路的高度示意性框图。该处理电路实质上形成了包括连接至数据总线52的微处理器(μP)51的微控制器。数据经由总线与只读存储器(ROM)53、随机存取存储器(RAM)和通信接口59例如I2C接口进行交换。ROM 53特别存储由框54、55代表的查找表LUT1、LUT2以及由框56代表的用于微处理器51的程序指令。查找表可以包含例如校准数据、参考值和/或参考函数以及表示上面讨论的模型函数的数据。输入/输出(I/O)接口58也连接至总线52，输入/输出(I/O)接口58包括部件，诸如用于读出温度传感器31至35的多路复用器和ADC以及用于驱动加热器41、42的驱动器或开关。如WO01/98736A1或EP 1 965 179A1中公开的，可以实现可能的硬件实施。
方法的流程图
图14至图16的流程图中示出了上面讨论的用于检测感测表面上的污染的一些策略。
图14的流程图示出了分析热参数诸如DTP或DiagDiff的瞬态行为的策略。在步骤71中，改变加热器功率。在步骤72中，在多个时间点t处对DTP或DiagDiff进行采样。在步骤73中，通过将瞬态拟合至模型函数f(x,r)和g(x,r)的叠加以获得针对这些模型函数的权重wf和wg来分析所产生的瞬态。在步骤74中，根据这些权重得出污染信号。随后可以将污染信号输出或存储。
图15的流程图示出了分析多扇区热参数诸如DiagDiff的稳态值的策略。在步骤81中，激活加热器。在步骤82中，确定稳态值DiagDiff(∞)。在步骤83中，根据该稳态值例如通过与参考值比较得出污染信号。
图16的流程图示出了分析在零流量下热参数诸如DTP的稳态值的策略。在步骤91中，停止流体流动。在步骤92中，激活加热器。在步骤93中，确定DTP的稳态值。在步骤94中，根据该稳态值例如通过与参考值比较得出污染信号。
应当理解，本发明不限于上述示例性实施方式，并且在不脱离本发明范围的情况下可以进行许多修改。
附图标记的列表
1 热流量传感器 31a，32a 热接点
2 31b，32b 冷接点
10 导管 41，42 加热器
11 承载板 43 灯泡
12 开口 50 处理电路
13 上膜盒部分 51 微处理器
14 下膜盒部分 52 总线
15 辐射单元 53 ROM
20 基板 54，55 查找表
21 凹部 56 程序指令
22 膜 57 RAM
23-25 桥 58 I/O接口
26 开口 59 通信接口
31，33 上游温度传感器 60 接触垫
32，34 下游温度传感器 71-74 步骤
35，36 其他温度传感器 81-83 步骤
37 温度传感器 91-94 步骤
38 IR吸收层

Claims (17)

1.一种热传感器，特别是用于测量流体流量的流速的热流量传感器，包括：
有源元件(41)，其被配置成被供应电力以引起所述有源元件(41)特别是加热器或冷却器的温度变化；
至少一个温度传感器；以及
处理电路(50)，其被配置成执行以下步骤：
引起供应至所述有源元件(41)的电力的变化；
在多个时间处，基于所述至少一个温度传感器的至少一个输出信号来确定热参数；
分析响应于所述电力的变化的所述热参数的瞬态行为；
基于对所述热参数的瞬态行为的分析，确定指示所述热传感器的感测表面上的污染的污染信号。
2.根据权利要求1所述的热传感器，
其中，分析所述热参数的瞬态行为的步骤包括将所述热参数的瞬态行为与参考瞬态进行比较，以及/或者
其中，分析所述热参数的瞬态行为的步骤包括得出瞬态幅度并且将所述瞬态幅度与参考幅度或阈值进行比较。
3.根据权利要求1或2所述的热传感器，
其中，分析所述热参数的瞬态行为的步骤包括执行所述热参数的时间依赖性与至少两个时间依赖性函数(f(x,r)，g(x,r))的叠加的拟合过程以获得针对所述函数中的至少一个的权重因数(w)；并且
其中，确定所述污染信号的步骤包括考虑由所述拟合过程确定的至少一个权重因数(w)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的热传感器，其中，所述热传感器包括布置在所述感测表面的不同扇区中的多个温度传感器，并且其中，所述热参数是基于所述多个温度传感器的输出信号的组合的多扇区热参数。
5.根据权利要求4所述的热传感器，
其中，所述温度传感器包括：至少一个第一温度传感器(31)，优选地布置在所述有源元件(41)的第一侧上；以及至少一个第二温度传感器(32)，优选地布置在所述有源元件(41)的与所述第一侧相反的第二侧上，并且
其中，所述多扇区热参数是指示所述第一温度传感器(31)与所述第二温度传感器(32)之间的温度差的温度差参数(DTP)。
6.根据权利要求4所述的热传感器，
其中，所述热传感器包括优选地布置在所述有源元件(41)的第一侧上的至少两个第一温度传感器(31，33)以及优选地布置在所述有源元件(41)的与所述第一侧相反的第二侧上的至少两个第二温度传感器(32，34)，并且
其中，所述多扇区热参数指示第一温度不均匀性参数和第二温度不均匀性参数的和或者差，所述第一温度不均匀性参数指示所述第一温度传感器(31，33)之间的温度不均匀性，并且所述第二温度不均匀性参数指示所述第二温度传感器(32，34)之间的温度不均匀性。
7.一种热传感器，特别是用于测量流体流量的流速的热流量传感器，所述热传感器包括：
有源元件(41)，其被配置成被供应电力以引起所述有源元件(41)特别是加热器或冷却器的温度变化；
至少两个第一温度传感器(31，33)，其布置在所述感测表面的不同扇区中，优选地布置在所述有源元件(41)的第一侧上；
至少两个第二温度传感器(32，34)，其布置在所述感测表面的不同扇区中，优选地布置在所述有源元件(41)的与所述第一侧相反的第二侧上；以及
处理电路(50)，其被配置成执行以下步骤：
使得电力被供应至所述有源元件(41)；
基于所述至少两个第一温度传感器(31，33)和所述至少两个第二温度传感器(32，34)的输出信号的组合来确定多扇区热参数，所述多扇区热参数优选地指示第一温度不均匀性参数和第二温度不均匀性参数的和或者差，所述第一温度不均匀性参数指示所述第一温度传感器(31，33)之间的温度不均匀性，并且所述第二温度不均匀性参数指示所述第二温度传感器(32，34)之间的温度不均匀性；以及
基于所述多扇区热参数来确定指示所述热传感器的表面上的污染的污染信号。
8.根据权利要求6或7所述的热传感器，
其中，所述第一温度传感器是布置在所述有源元件(41)的所述第一侧上的左第一温度传感器(31)和右第一温度传感器(33)，其中，所述第二温度传感器是布置在所述有源元件(41)的所述第二侧上的左第二温度传感器(32)和右第二温度传感器(34)，所述左第二温度传感器(32)与所述左第一温度传感器(31)对准，并且所述右第二温度传感器(34)与所述右第一温度传感器(33)对准，并且
其中，所述多扇区热参数是对角差异参数(DiagDiff)，所述对角差异参数(DiagDiff)指示第一温度不均匀性参数与第二温度不均匀性参数之间的差，所述第一温度不均匀性参数指示所述左第一温度传感器(31)与所述右第一温度传感器(33)之间的温度不均匀性，并且所述第二温度不均匀性参数指示所述左第二温度传感器(32)与所述右第二温度传感器(34)之间的温度差。
9.一种确定热传感器特别是用于测量流体流量的流速的热流量传感器的感测表面上的污染的方法，所述热传感器包括：有源元件(41)，其被配置成被供应电力以引起所述有源元件(41)特别是加热器或冷却器的温度变化；以及至少一个温度传感器，所述方法包括：
引起供应至所述有源元件(41)的电力的变化；
在多个时间处，基于来自所述至少一个温度传感器的输出信号来确定热参数；
分析响应于所述电力的变化的所述热参数的瞬态行为；
基于对所述热参数的瞬态行为的分析，确定指示所述热传感器的感测表面上的污染的污染信号。
10.根据权利要求9所述的方法，
其中，分析所述热参数的时间依赖性的步骤包括将所述热参数的瞬态行为与参考瞬态进行比较，以及/或者
其中，分析所述热参数的瞬态行为的步骤包括得出瞬态幅度并且将所述瞬态幅度与参考幅度或阈值进行比较。
11.根据权利要求9或10所述的方法，
其中，分析所述热参数的瞬态行为的步骤包括执行所述热参数的时间依赖性与至少两个时间依赖性函数(f(x,r)，g(x,r))的叠加的拟合过程以获得针对所述函数中的至少一个的权重因数(w)；并且
其中，确定所述污染信号的步骤包括考虑由所述拟合过程确定的至少一个权重因数(w)。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中，所述热传感器包括布置在所述感测表面的不同扇区中的多个温度传感器，并且其中，所述热参数是基于所述多个温度传感器的输出信号的组合的多扇区热参数。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述温度传感器包括至少一个第一温度传感器(31)和至少一个第二温度传感器(32)，其中，所述多扇区热参数是指示所述第一温度传感器(31)与所述第二温度传感器(32)之间的温度差的温度差参数(DTP)，所述第一温度传感器(31)和所述第二温度传感器(32)优选地布置在所述有源元件(41)的相反侧上。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述热传感器包括优选地布置在所述有源元件(41)的第一侧上的至少两个第一温度传感器(31，33)以及优选地布置在所述有源元件(41)的与所述第一侧相反的第二侧上的至少两个第二温度传感器(32，34)，
所述多扇区热参数指示第一温度不均匀性参数与第二温度不均匀性参数的和或者差，所述第一温度不均匀性参数指示所述第一温度传感器(31，33)之间的温度不均匀性，并且所述第二温度不均匀性参数指示所述第二温度传感器(32，34)之间的温度不均匀性。
15.一种确定热传感器特别是用于测量流体的流量的流速的热流量传感器的感测表面上的污染的方法，所述热传感器包括：有源元件(41)，其被配置成被供应电力以引起所述有源元件(41)特别是加热器或冷却器的温度变化；至少两个第一温度传感器(31，33)，其布置在所述感测表面的不同扇区中，优选地布置在所述有源元件(41)的第一侧上；以及至少两个第二温度传感器(32，34)，其布置在所述感测表面的不同扇区中，优选地布置在所述有源元件(41)的与所述第一侧相反的第二侧上，所述方法包括：
使得电力被供应至所述有源元件(41)；
基于所述至少两个第一温度传感器(31，33)和所述至少两个第二温度传感器(32，34)的输出信号的组合来确定多扇区热参数，所述多扇区热参数优选地指示第一温度不均匀性参数与第二温度不均匀性参数的和或者差，所述第一温度不均匀性参数指示所述第一温度传感器(31，33)之间的温度不均匀性，并且所述第二温度不均匀性参数指示所述第二温度传感器(32，34)之间的温度不均匀性；以及
基于所述多扇区热参数来确定指示所述热传感器装置的表面上的污染的污染信号。
16.根据权利要求14或15所述的方法，
其中，所述第一温度传感器是布置在所述有源元件(41)的所述第一侧上的左第一温度传感器(31)和右第一温度传感器(33)，其中，所述第二温度传感器是布置在所述有源元件(41)的所述第二侧上的左第二温度传感器(32)和右第二温度传感器(34)，所述左第二温度传感器(32)与所述左第一温度传感器(31)对准，并且所述右第二温度传感器(34)与所述右第一温度传感器(33)对准，并且
其中，所述多扇区热参数是对角差异参数(DiagDiff)，所述对角差异参数(DiagDiff)指示第一温度不均匀性参数与第二温度不均匀性参数之间的差，所述第一温度不均匀性参数指示所述左第一温度传感器(31)与所述右第一温度传感器(33)之间的温度不均匀性，并且所述第二温度不均匀性参数指示所述左第二温度传感器(32)与所述右第二温度传感器(34)之间的温度差。
17.一种计算机程序产品，其用于确定热传感器特别是用于测量流体的流量的流速的热流量传感器的感测表面上的污染，所述热传感器包括有源元件(41)、至少一个温度传感器以及处理电路(50)，所述计算机程序产品包括能够由所述处理电路(50)或由分开的处理器执行以执行根据权利要求9至16中任一项所述的方法的程序指令。
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