CN118050064A - 用于控制流体流量传感器的方法和控制器 - Google Patents

Abstract

一种用于控制存在流动流体的流体流量传感器的方法，所述方法包括：向所述流体流量传感器的加热元件施加电偏压；确定所述流动流体的相；和根据所述流动流体的所述相来修改所述电偏压。还描述了一种用于流体流量传感器的控制器。

Description

用于控制流体流量传感器的方法和控制器

技术领域

本公开涉及一种用于控制流体流量传感器的方法以及一种用于流体流量传感器的控制器。流体流量传感器可以是能够测量液体和气体的多相流的微机械传感器，特别地但不排他地，本公开可以涉及一种流体流量传感器，该流体流量传感器具有形成在不连续介电膜内的加热器，以用于基于热导率特性感测流体流的特性或流体的成分。

背景技术

热流体流量传感器利用传感器本身和流体之间的热相互作用。根据调控相互作用的物理现象，流量传感器可以分为以下三类：

(i)风速测量传感器，其测量由经过被加热的元件的流体流引起的对流热传递；

(ii)热量测量传感器，其检测由被加热的元件产生并由流体流的强制对流引起的温度分布的不对称性；和

(iii)飞行时间(ToF)传感器，其测量热脉冲的施加和感测之间经过的时间。

热流体流量传感器的综述已发表在(B.Van Oudheusden，“硅流量传感器”，《控制理论与应用》，IEE论文集D，1988，第373-380页；B.Van Oudheusden，“硅热流量传感器”，《传感器和致动器A：物理》，第30卷，第5-26页，1992；N.Nguyen，“微机械流量传感器——综述A”，《流量测量和仪器》，第8卷，第7-16页，1997；Y.-H.Wang等人，“基于MEMS的气体流量传感器”，《微流体与纳米流体学》，第6卷，第333-346页，2009；J.T.Kuo等人，“微机械热流量传感器——综述A”，《微机械》，第3卷，第550-573页，2012)。进一步的背景也可以在Kersjes等人的US6460411中找到。

A.Van Putten和S.Middelhoek，“集成硅风速计”，《电子快报》，第10卷，第425-426页，1974和A.Van Putten，“集成的硅双桥风速计”，《传感器和致动器》，第4卷，第387-396页，1983，基于电阻器的风速计集成在惠斯通桥配置内的芯片上。B.Van Oudheusden和J.Huijsing，“集成流量摩擦传感器”，《传感器和致动器》，第15卷，第135-144页，1988提出了一种针对摩擦测量进行校准的热流量传感器，其中除了加热电阻器和环境温度监测晶体管之外，热电偶也集成在芯片上。J.H.Huijsing等人，“单片集成方向敏感流量传感器”，《电子装置》，IEEE汇刊，第29卷，第133-136页，1982；W.S.Kuklinski等人，“用于流体速度测量的集成电路双极晶体管阵列”，《医学和生物工程与计算》，第19卷，第662-664页，1981；Platzer和T.Qin-Yi和H.Jin-Biao的US3992940，“具有恒定芯片温度(CCT)操作的新型CMOS流量传感器”，《传感器和致动器》，第12卷，第9-21页，1987是基于晶体管的风速计的示例。前面提到的引文的一个缺点是它们具有传感器的高功率耗散、低灵敏度和慢动态响应。

在D.Moser等人，“使用工业CMOS和双极IC技术的硅气体流量传感器”中，《传感器和致动器A：物理》，第27卷，第577-581页，1991，七个npn晶体管的阵列被用作加热元件并被悬挂在晶体硅悬臂梁上以实现有效的热隔离。普通的pn二极管测量光束上的温度。当加热器以恒定功率驱动时，19个硅/铝热电偶(其中，在梁上有热接点，在衬底上有冷接点)两端的电压与气体流速相关。该装置存在机械易损性和振动敏感性。

类似地，L.Lofdahl等人，“用于湍流测量的基于硅技术的传感器”，《物理学杂志E：科学仪器》，第22卷，第391页，1989，介绍了一种集成在悬臂梁上的加热电阻器和加热器温度感测二极管。聚酰亚胺被用作梁和衬底之间的隔热材料，这影响梁的机械坚固性。

在R.Kersjes等人的“用于侵入性血流速度测量的集成传感器”中，《传感器和致动器A：物理》，第37卷，第674-678页，1993，在硅膜上放置了以恒定加热功率驱动的多晶硅加热器和用于加热器温度监测的第一二极管。第二二极管被放置在衬底上以用于环境温度监测。A.Van der Wiel等人，“基于热线原理的液体速度传感器”，《传感器和致动器A：物理》，第37卷，第693-697页，1993，也介绍了类似的传感器，其中呈二极管配置的更多的晶体管串联连接，以便提高传感器的温度灵敏度。使用硅作为膜材料致使传感器的高功率耗散、低灵敏度和慢动态响应。

在Kersjes等人的US6460411中，提出了一种由隔热材料的狭槽穿孔的硅膜，但其制造工艺更复杂。

在US20160216144A1中，公开了一种CMOS流量传感器，包括加热元件和多个热电偶。热电偶在膜内提供了额外的散热路径，从而增加了功率耗散，降低了灵敏度并减缓了传感器的动态响应。

在E.Yoon和K.D.Wise的“具有片上CMOS接口电路的集成质量流量传感器”中，《电子装置》，IEEE汇刊，第39卷，第1376-1386页，1992，提出了一种多测量流量传感器。然而，制造工艺不是完全CMOS兼容的，因此比完全CMOS工艺更昂贵。

N.Sabaté等人，“多量程硅微机械流量传感器”，《传感器和致动器A：物理》，第110卷，第282-288页，2004，介绍了一种使用镍电阻器作为温度传感器的多量程流量传感器，该镍电阻器定位在离镍电阻加热器不同的距离处。镍不是标准的CMOS材料，这使得传感器制造工艺比完全CMOS工艺更昂贵。

在G.De Graaf和R.F.Wolffenbuttel，“用于气体感测的表面微机械热导率探测器”，2012年IEEE国际仪器和测量技术会议论文集，第1861-1864页中介绍了一种结构，该结构包括用于温度控制的加热器和两个嵌入在介电穿孔膜中的用于感测的热电堆。膜是通过正面蚀刻穿过对装置工作行为没有影响的孔而获得的。这个过程对流量的影响没有进行补偿。

US20180143051A1介绍了一种以全桥配置使用四个电阻器的结构，其中至少一个不受流影响的外部元件与先前的外部元件中的任一外部元件耦接。这种设计需要复杂的用于读出的电路，并使用大电阻来增加输出信号，这会严重破坏由膜提供的绝缘。

基于嵌入在膜中的热线的传统流量传感器是已知的。还努力通过使用热导率传感器来量化流体的成分。

发明内容

目前可用的传感器具有以下等缺点：

·无法准确测量可能在液体和气体之间意外切换的多相流的流量

·高功率耗散，尤其是在测量液体的流量时

·准确度和精密度较差，尤其是在测量气体的流量时

·在暴露于液体时的易损性

·在暴露于压力的大变化时的易损性

·复杂的制造工艺；

·不完全兼容CMOS的制造工艺；和

·昂贵的制造工艺。

由于这些缺点，目前可用的流量传感器主要被设计为仅测量气体或可替代地仅测量液体。当热式气体流量传感器暴露于液体时，它将停止精确测量，并且在某些情况下，它会被永久损坏。当热式液体流量传感器暴露于气流时，读数将不准确(或为零)。

至少由于以下原因，本公开的装置优于现有技术的装置：

·传感器可以准确测量液体或气体的流量

·当流突然从气体变为液体或从液体变为气体时，读数不准确的过渡时间异常短

·即使暴露于大量液体，传感器也不会损坏

·传感器对压力的突然大幅变化具有稳健性(例如，由于系统中的流体从气体变为液体)

·在测量液体流量和气体流量时，传感器都具有非常低的功率耗散

·传感器功率耗散在测量液体和气体之间变化不大

·这些装置完全兼容CMOS，并且因此可以使用完全兼容CMOS的工艺制造。

本公开的传感器，称为多相流和热导率传感器，能够测量(i)由经过被加热的元件的多相流引起的对流热传递；以及(ii)基于流体流的每种成分的不同热导率和/或热容，测量流体流是液体还是气体。

各方面和优选特征在所附的权利要求中进行了阐述。

本公开涉及一种传感器和所连接的控制器。控制器可以与传感器集成在同一衬底上。或者，控制器可以与传感器集成在同一部件封装内。或者，控制器可以与传感器部件分离，但通过导线、迹线或其他电连接件连接到传感器部件。

根据本公开，提供了一种用于控制存在流动流体的流体流量传感器的方法。该方法可以包括：向流体流量传感器的加热元件施加电偏压；确定流动流体的相；和根据流动流体的相来修改电偏压。

例如，流动流体的相可以是液体或气体。在一些示例中，流动流体在流动时可能经历相变(例如，从液体到气体，或从气体到液体)。

有利地，该方法可以使流体流量传感器能够确定流体流动的速率和/或方向，而与流动流体的相无关。

应当理解，根据流动流体的相修改电偏压可以包括当检测到流动流体的相变化时改变电偏压。

在一些示例中，向流体流量传感器的加热元件施加电偏压包括以第一驱动模式驱动流体流量传感器。

在一些示例中，修改电偏压包括在第二驱动模式下驱动流体流量传感器。

(一个或多个)第一驱动模式和/或第二驱动模式可以是相特定的。也就是说，在一些示例中，第一驱动模式可以是特定于流动流体的第一相的驱动模式，并且第二驱动模式可以是特定于流动流体的第二相的驱动模式(例如，当流体处于第一相时，第一驱动模式可以特别适合于测量流体流量，而当流体处于第二相时，第二驱动模式可以特别适合于测量流体流量)。

仅作为示例，第一相和第二相中的一个可以是液体，而第一相和第二相中的另一个可以是气体。

在一些示例中，向加热器施加电偏压可以包括在初始驱动模式下驱动流体流量传感器。初始驱动模式可以对应于相特定驱动模式(例如，初始驱动模式可以对应于第一驱动模式或第二驱动模式)。因此，根据流动流体的相修改电偏压可以包括仅在所确定的流动流体的相不对应于初始驱动模式的情况下修改电偏压(并因此修改驱动模式)。

可替换地，初始驱动模式可以既不对应于第一驱动模式也不对应于第二驱动模式。因此，在确定流动流体的相之后的所有情况下都可以发生根据流动流体的相来修改电偏压。

在一些示例中，该方法包括监测流动流体的相。例如，流动流体的相可以连续地或以规则的间隔被监测。该方法还可以包括响应于流动流体的相变化，修改电偏压以在不同的相特定驱动模式下驱动流体流量传感器。例如，当在第一驱动模式下驱动流体流量传感器时检测到流体的相变化时，该方法可以包括修改电偏压以在第二驱动模式(或者甚至第三驱动模式)下驱动流体流量传感器，反之亦然。

在一些示例中，可以经由流体流量传感器的输出(例如，来自加热元件、和/或温度传感器、或流体流量传感器的输出信号)来确定流动流体的相。类似地，监测流动流体的相可以包括监测流体流量传感器的输出。

本公开的方法包括向流体流量传感器的加热元件施加电偏压。将电偏压施加到流体流量传感器的加热元件可以意味着将驱动模式施加到流体流量传感器。

应当理解，不同的驱动模式可以应用于流体流量传感器，包括取决于流动流体相的不同的驱动模式。

如本领域技术人员将理解的，存在流动流体的第一相的流体流量传感器的最佳性能可能需要将特定于流动流体的第一相的第一驱动模式应用于流体流量传感器。以相同的方式，存在不同于流动流体的第一相的流动流体的第二相的流体流量传感器的最佳性能可能需要将特定于流动流体的第二相并且不同于第一驱动模式的第二驱动模式应用于流体流量传感器，如下所述。

本公开的方法可以允许根据流动流体的相来修改施加到加热元件的电偏压，或者换言之，当流动流体的相从流动流体的第一相改变为流动流体的第二相时，从特定于流动流体的第一相的第一驱动模式切换到特定于流动流体的第二相的第二驱动模式。

附加地或可替换地，该方法可以包括向加热元件施加电偏压，以便施加驱动模式，该驱动模式不一定是特定于流动流体的第一相或流动流体的第二相的驱动模式，例如但不限于，仅在流动流体的相未知或不确定时在流量感测作业开始时或在流量感测作业暂停之后施加的驱动模式(例如，初始驱动模式)。该方法还可以包括确定流动流体的相，并且根据流动流体的相来修改所施加的电偏压，以便施加特定于所确定的相(流动流体的第一相或者流动流体的第二相)的驱动模式。

因此，将理解，取决于流体流量传感器的应用或使用，在流动流体相确定步骤之前的驱动模式可以是特定于流动流体的第一相的第一驱动模式、特定于流动流体的第二相的第二驱动模式，或者不特定于流动流体的第一相或第二相中的任何一个的驱动模式中的任何一种。在任何情况下，在确定流动流体的相的步骤之后，可以根据流动流体相施加相特定驱动模式。

还应当理解，该方法还可以包括监测流体流量传感器的输出(例如，连续地或以规则的间隔)，例如，在流量感测过程的至少一部分期间，并且当检测到流动流体的相变化时，施加不同的电偏压，以便在不同的相特定驱动模式下驱动流体流量传感器。

本领域的技术人员将进一步理解，适合于流动流体的一个相的驱动模式可能不适合流动流体的不同相，并且在一些情况下，在存在流动流体的第二相的情况下使用适合于流动流体的第一相的驱动模式可能会对流体流量传感器造成损坏。

在一些示例中，该方法可以包括应用相特定驱动模式，该相特定驱动模式包括当流体处于液相或气相时将电偏压降低到安全水平或关闭流体流量传感器(即，将电偏压减小到零)。例如，修改电偏压可以包括当流动流体的相是液体时将电偏压降低到安全水平或降低到零。有利地，例如，在流体流量传感器是气体流量传感器的情况下，在存在液体的情况下将电偏压降低到安全水平或者关闭流体流量传感器可以防止对传感器的损坏。

应当理解的是，包括当检测到流动流体的特定相时将电偏压降低到安全水平或关闭流体流量传感器(即，将电偏压减小到零)的驱动方法仍然可以被认为是特定相驱动方法。

该方法可以包括通过流体流量传感器的输出确定流动流体的相。流体流量传感器的所述输出是相敏感的，使得所述输出的任何值都可以与流动流体的特定相相关联。换句话说，当流动流体的相从流动流体的第一相改变为流动流体的第二相时，这种输出将经历特定的变化。应当理解，取决于流体流量传感器的应用或具体用途，流动流体的第一相可以是气体或液体，并且流动流体的第二相可以是气体或者液体，只要流动流体的第二相不同于流动流体的第一相即可。

该方法可以包括确定在加热元件中耗散的功率。确定流动流体的相可以包括基于在加热元件中耗散的功率来确定流动流体的相。

确定在加热元件中耗散的功率可以包括确定在加热器单元中耗散的功率的平均值和/或均方根(RMS)。

在一些示例中，该方法包括确定加热元件的温度。例如，加热元件的温度可以基于加热元件的电阻来确定。在一些示例中，加热元件的温度可以由温度传感器确定，或者基于来自温度传感器的信号来确定。

在一些示例中，该方法可以包括确定加热元件的温度变化率。

在一些示例中，该方法包括将加热元件的温度变化率除以在加热元件中耗散的功率；以及将加热元件的温度变化率与在加热元件中耗散的功率的商与一个或多个已知的第一值进行比较。确定流动流体的相可以包括基于加热元件的温度变化率与在加热元件中耗散的功率的商与一个或多个已知的第一值之间的比较来确定流动流体相。

一个或多个已知的第一值可以包括加热元件的温度变化率除以在加热器中耗散的功率的阈值。在一些示例中，一个或多个已知的第一值可以包括对于不同已知流体的加热元件的温度变化率除以在加热器中耗散的功率的已知值的数据库。

在一些示例中，该方法包括确定流动流体的温度。

在一些示例中，该方法可以包括确定流动流体的温度变化率。

在一些示例中，该方法包括将流动流体的温度变化率除以在加热元件中耗散的功率；以及将流动流体的温度变化率与在加热元件中耗散的功率的商与一个或多个已知的第二值进行比较。确定流动流体的相可以包括基于流动流体的温度变化率与在加热元件中耗散的功率的商与一个或多个已知的第二值之间的比较来确定流动流体的相。

一个或多个已知的第二值可以包括流动流体的温度变化率除以在加热器中耗散的功率的阈值。在一些示例中，一个或多个已知的第一值可以包括对于不同已知流体的流动流体的温度变化率除以在加热器中耗散的功率的已知值的数据库。

在一些示例中，该方法包括确定加热元件的传热系数。该方法可以进一步包括将传热系数与一个或多个已知的第三值进行比较。确定流动流体的相可以包括基于传热系数与一个或多个已知的第三值之间的比较来确定流动流体的相。

一个或多个已知的第三值可以包括阈值传热系数(传热系数阈值)。在一些示例中，一个或多个已知的第三值可以包括不同已知流体的已知传热系数的数据库。

本文还描述了一种用于流体流量传感器的控制器，该控制器被配置为，当流体流量传感器处于流动流体中时：将电偏压施加到流体流量传感器的加热元件；确定流动流体的相；并且根据流动流体的相来修改电偏压。

例如，流动流体的相可以是液相或气相。在一些示例中，流动流体在流动时可能经历相变(例如，从液相到气相，或从气相到液相)。

有利地，控制器可以使流体流量传感器能够确定流体流动的速率和/或方向，而与流动流体的相无关。

在一些示例中，控制器可以被配置为当流体处于液相或气相时关闭流体流量传感器(即，将偏压减小到零)。例如，当流动流体的相为液相时，控制器可以被配置为通过将电偏压减小到零来修改电偏压。有利地，例如，在流体流量传感器是气体流量传感器的情况下，在存在液体的情况下关闭流体流量传感器可以防止对传感器的损坏。

确定在加热元件中耗散的功率可以包括确定在加热器单元中耗散的功率的平均值和/或RMS。

在一些示例中，控制器被配置为确定加热元件的温度。例如，加热元件的温度可以基于加热元件的电阻来确定。在一些示例中，加热元件的温度可以由温度传感器确定，或者基于来自温度传感器的信号来确定。

在一些示例中，控制器被配置为确定加热元件的温度变化率。控制器可以进一步被配置为加热元件的温度变化率除以在加热元件中耗散的功率；并且将加热元件的温度变化率与在加热元件中耗散的功率的商与一个或多个已知的第一值进行比较。确定流动流体的相可以包括基于加热元件的温度变化率与在加热元件中耗散的功率的商与一个或多个已知的第一值之间的比较来确定流动流体的相。

一个或多个已知的第一值可以包括加热元件的温度变化率除以在加热器中耗散的功率的阈值。在一些示例中，一个或多个已知的第一值可以包括对于不同已知流体的加热元件的温度变化率除以在加热器中耗散的功率的已知值的数据库。

在一些示例中，控制器可以被配置为确定流动流体的温度变化率。控制器可以进一步配置为将流动流体的温度变化率除以在加热元件中耗散的功率；并且将流动流体的温度变化率与在加热元件中耗散的功率的商与一个或多个已知的第二值进行比较。确定流动流体的相可以包括基于流动流体的温度变化率与在加热元件中耗散的功率的商与一个或多个已知的第二值之间的比较来确定流动流体的相。

一个或多个已知的第二值可以包括流动流体的温度变化率除以在加热器中耗散的功率的阈值。在一些示例中，一个或多个已知的第一值可以包括对于不同已知流体的流动流体的温度变化率除以在加热器中耗散的功率的已知值的数据库。

在一些示例中，控制器被配置为确定加热元件的传热系数。控制器可以进一步被配置为将传热系数与一个或多个已知的第三值进行比较。确定流动流体的相可以包括基于传热系数与一个或多个已知的第三值之间的比较来确定流动流体的相。

一个或多个已知的第三值可以包括阈值传热系数。在一些示例中，一个或多个已知的第三值可以包括对于不同已知流体的已知传热系数的数据库。

本文还描述了一种包括如本文所述的流体流量传感器和控制器的装置。

根据本公开的一些方面，提供了一种包括加热器和控制器的流量传感器，其中，控制器能够基于来自加热器的信号来确定与流量传感器接触的流体是液体还是气体，并且根据流体是液体还是气体来修改施加到加热器的偏压。

控制器以使其具有特定的功能的方式被配置。控制器连接到传感器内部的加热元件。通过这些连接，控制器可以向加热元件施加电偏压，以便在驱动模式下驱动流体流量传感器。

控制器被配置为根据流体流量传感器的应用和用途以及根据流动流体的相，向加热元件施加不同的电偏压，以便在不同的驱动模式下驱动流体流量传感器。控制器还被配置为当检测到流动流体的特定相时，或者当通过流体流量传感器的输出检测到流动流体的相变化时，改变、修改或调整驱动模式。

如本领域技术人员将理解的，由控制器施加到加热元件的电偏压将允许将驱动模式施加到流体流量传感器，并且驱动模式被设计为将受控偏压设置到加热元件。因此，在一些示例中，可以通过至少以下各项来定义驱动模式：

a.受控偏压的类型(恒定电压、恒定电流、恒定电阻、恒定功率、恒定温度或恒定温差)；b.受控偏压水平(即，偏压设定点，其取决于受控偏压的类型)；c.用于施加受控偏压的波形的类型(例如，恒定偏压波形、脉冲偏压波形、平方波形、正弦波形或任何其他类型的合适波形)。本领域技术人员将进一步理解，施加电偏压可以包括将电偏压直接施加到加热元件或通过附加电路施加，例如惠斯通桥或本领域已知的任何其它合适电路。

该电偏压由控制器控制。控制器可以以多种方式控制电偏压，包括但不限于控制电压、控制电流或控制脉宽调制电信号的占空比。

控制器能够使用所施加的电偏压来确定传感器内部的加热元件的某些特性。控制器能够确定在加热元件中耗散的功率和加热元件的温度。

在一个实施例中，加热元件由钨金属制成，并且通过调制脉宽调制电信号的占空比来控制电偏压。通过计算加热元件两端的RMS电压和流过加热元件的RMS电流来确定在加热元件中耗散的功率。通过乘以这些值，可以确定在加热元件中耗散的平均功率。

在另一个实施例中，传感器利用恒定的受控电压被驱动。在另一个实施例中，加热器利用恒定的受控电流被驱动。在另一个实施例中，加热器是与限流电阻器串联驱动的。

此外，通过取加热元件两端的平均电压并除以流过加热元件的平均电流，可以确定加热元件的电阻。对于钨金属加热器，电阻和温度之间的关系是已知的，并且这可以用于确定被加热元件的温度。

控制器还连接到传感器内部的温度感测元件。通过这些连接，控制器能够确定温度感测元件的温度。

在一个实施例中，温度感测元件由钨金属制成，并且控制器以与加热元件相同的方式测量它们的温度。在这种情况下，必须控制施加到温度感测元件的电偏压，以使发生的电自发热的量最小化，从而避免干扰温度测量。

可以以多种方式控制电偏压，包括但不限于使用限流电阻器、驱动信号的脉宽调制、恒定受控电压、恒定受控电流、恒定功率或恒定温度。

控制器可以使用加热元件的温度和/或温度感测元件来控制施加到加热元件的电偏压。在一个实施例中，控制器使用加热元件的温度来控制在该加热元件中耗散的电功率，以便将加热元件保持在恒定温度。

控制器监测加热器功率、加热器温度和温度感测元件的温度之间的关系。控制器使用这些参数之间的关系来确定传感器是暴露于液体流还是气体流。

在另一个实施例中，受功率或温度影响的代理参数被用来控制加热器和温度感测元件，而不是功率或温度本身。这可以包括电压、电流或电阻。

如果传感器暴露于液体流，那么对于给定的加热器温度和流体温度，在加热元件中耗散的电功率将比传感器暴露于气体流时高得多。

在一种方法中，从加热元件的温度减去温度感测元件的温度以找到温差。在加热元件中耗散的平均RMS功率除以该温差以确定传热系数。将该传热系数与阈值进行比较，以确定传感器中的流是液体还是气体。

需要注意的是，不需要计算实际的传热系数，但可以使用与传热系数相对应的任何值。相反，如果从加热器或温度感测元件接收到相关信号，则该信号或该信号的导数将对应于传热系数。这样的信号可以是电压、电流、功率、温度或电阻。

在另一种方法中，随时间测量加热元件的温度，并且随时间测量在加热元件中耗散的功率。温度的变化率被计算并除以在加热元件中耗散的平均RMS功率。将该值与阈值进行比较，以确定传感器中的流是液体还是气体。

应该注意的是，需要计算或测量的不是实际的温度变化率。也可以使用与实际的温度变化率相对应的任何其他值，例如电压、电流、电阻等的变化率。

在另一种方法中，随时间测量一个或多个加热元件或温度传感器的温度，并且随时间测量在加热元件中耗散的功率。计算这些元件中的一个或多个元件中的温度变化率，并将其除以在加热元件中耗散的平均RMS功率。将该值与阈值进行比较，以确定传感器中的流是液体还是气体。

一旦控制器确定了该流是液体还是气体，它就可以相应地调节加热元件的控制。

为了获得足够大的信号来精确和准确地测量气体流量，控制器需要将被加热的元件驱动到大约200摄氏度的高温。与测量液体流量相比，被加热的元件所需的温度要低得多，约为60摄氏度。当在测量气体流量和测量液体流量之间转换时，这可能会产生问题。使液体与高温下的被加热的元件接触可以产生大的热梯度，并且液体会沸腾。

沸腾的液体会在介电膜上产生物理和热应力，这可能导致膜失效或缩短其工作寿命。

被加热的元件上的大的热梯度会导致局部热点，其温度可能比加热器的平均温度高得多。这可能会导致加热器局部损坏。为了解决这个问题，控制器可以限制一旦检测到液体就可以在被加热的元件中耗散的最大功率量。在闭环温度控制加热元件的情况下，控制器可以降低目标加热器温度。控制器可以关闭加热器一段时间。控制器可以切换到将加热器的功率控制到安全水平并且使用加热器的温度和温度传感器来确定流量的模式。

当暴露于液体时，腐蚀是另一个常见问题。会与通电的金属部件接触的带有溶解离子的液体通过电解金属部件会引起腐蚀。这会大大缩短传感器的寿命。在某些情况下，当涉及到腐蚀速度时，不同流体的混合物可能比单独的任何一种流体都差。

控制器可以通过在检测到液体的同时以脉冲模式操作传感器来减轻腐蚀造成的损坏。脉冲的频率和长度可以变化。例如，脉冲宽度可以是几毫秒，脉冲之间的时间段可以是几秒、一分钟、几分钟或更长。例如，当使用流量传感器检测气体流量时，有时一些液体也可能进入流量传感器——在这种情况下，传感器可以检测何时在传感器中存在液体，即传感器切换到脉冲模式。通过仅在短时间段内给传感器通电并且仅周期性地给传感器通电，可以降低电解腐蚀的速率并且可以延长传感器的寿命。通过周期性地通电和测量在被加热的元件中耗散的功率以及被加热的元件的温度和温度感测元件，控制器可以确定传感器何时不再与液体接触。基于该信息，控制器可以立即或在传感器已经干燥一定时间长度之后返回到正常操作模式。

在更简单的实施例中，当控制器检测到液体时，传感器断电，并保持断电，直到控制器的外部信号命令其重新启动传感器为止。

在一些非限制性示例中，根据本公开的方法和/或控制器可以适合于与根据以下示例中的一个或多个的流体流量传感器一起使用：

一种流量和热导率传感器，包括：半导体衬底，该半导体衬底包括蚀刻部分；位于衬底上的介电区域，其中该介电区域包括位于半导体衬底的蚀刻部分上方的至少一个介电膜；以及位于介电膜内的加热元件。膜也可以具有一个或多个凹陷区域。

介电区域可以包括介电层或包括至少一个介电层的多个层。加热元件可以完全嵌入或部分嵌入在介电膜内。该至少一个凹陷区域可以包括一个或多个不连续区域，在该不连续区域中，介电膜的厚度是不连续的或者与平均或最常见的介电膜厚度不同。

一般来说，介电膜区域可以紧邻衬底的蚀刻部分定位。介电膜区域对应于衬底的蚀刻空腔部分上方的介电区域的区域。每个介电膜区域可以在半导体衬底的单个蚀刻部分之上。

所公开的传感器也可以用作气体传感器，并可应用于各种气体和液体，但我们特别提到二氧化碳(CO₂)、甲烷和氢气，因为这些特定气体具有与空气显著不同的热导率特性。尽管我们特别提到热导率是允许在流体之间进行区分的热机械特性，但所公开的装置可以利用任何其他热机械特性。所公开的装置可以用于例如呼气测试仪，其中可以同时测量流量和CO₂浓度。所公开的装置还可以用于其他医疗保健、流体、消费者、环境或智能家居应用。

流量传感器可以被包含在相同的装置或芯片内并且可选地被包含在相同膜内，基于至少一个温度感测元件的热导率传感器内。该装置能够同时感测流体流的特性，例如速度、质量、体积、剪切应力以及流的成分(例如，流体，在这种情况下，是气体，在空气中是否具有一定的CO₂或氢气或甲烷百分比/ppm)。

可以根据流体相通过施加不同的功率水平来调节加热器温度，以基于不同流体相随温度的热导率变化来增加对不同流体相的灵敏度和选择性。

可以在脉冲模式(例如，用方波、正弦波、脉宽调制波、脉冲密度调制等驱动)或连续模式下操作加热器。脉冲模式具有降低功率耗散、减少电迁移以增强装置可靠性/寿命以及提高流体特性感测能力等优点。

加热元件可以被配置成作为感测元件操作，通过例如感测由于温度变化而引起的电阻变化。加热元件可以同时作为加热元件和感测元件二者操作。加热元件在电力上等效于电阻器。大多数加热器材料(钨、钛、铂、铝、多晶硅、单晶硅)的热导率随温度变化。这种变化主要是线性的，其特征是TCR(电阻温度系数)。TCR可以是正的或负的，但大多数金属都有正的和稳定的TCR，这意味着当温度升高时，它们的电阻会增加。当电流流过加热元件时，加热元件变热，加热其周围的膜。如果加热器以相同的功率运行，当流体在加热器上方流动时，由于对流，它会冷却加热器，从而改变其电阻(对于正TCR，电阻较低)。也可以在恒定电阻或恒定温度模式下驱动加热器，并且可以将在存在流的情况下维持加热器电阻或加热器温度相同所需的功率变化相关联。传感器能够测量流的特性，例如流量、速度、质量或体积流量以及流体的成分。该装置可以被配置为通过感测温度的变化、电压的变化(当被供应到恒定电流时)或加热器在恒定温度或恒定电阻模式下操作时功率的变化来测量流的特性，例如流量、速度、质量或体积流量。

或者，可以通过采用一个或多个感测元件(例如，温度敏感元件或温度传感器)来测量流量。优选地，两个感测元件可以放置在相同介电膜内的加热器的任一侧上，并且可选地用作差分对。差分对可以由一个上游感测元件和一个下游感测元件形成。可选地，可以在加热器和感测元件之间设置孔或非连续部。

一个或多个温度感测元件可以被配置为测量加热元件两端的差值。例如，它们可以用于测量横跨加热元件的温度变化。至少一个热电堆可以对称地围绕加热器放置或者放置在加热器两端，并且热电堆端子之间的电压差可以指示流的特性，而电压的符号可以指示流的方向。

至少一个温度感测元件可以被配置为测量介电膜和半导体衬底上方的介电区域之间的差值。例如，热电堆可以被布置为具有位于介电膜上的热接点，并且具有位于半导体衬底上方的介电区域上，即在介电膜区域之外，的冷接点。

两个热电堆可以布置在加热元件的任一侧，它们的热接点都位于介电膜上，它们的冷接点都位于介电膜区域之外。由于介电膜外部的两组冷接点将处于基本相同的温度，因此两个热接点之间的差可以用于测量加热元件两端的温度变化。该至少两个热电堆的冷接点可以放置在膜的外部并且物理地或电气地连接在一起。

温度感测元件可以包括电阻式温度检测器、二极管和/或热电堆。热电堆可以用于测量介电膜和衬底上方的介电区域之间的温差，或者可以用于测量加热元件两端的温差。与热电堆相比，二极管和检测器由于它们完全位于介电膜上或介电膜内，因此降低了半导体衬底的热损失。可以使用一种类型的感测元件，或者可以使用不同类型的感测元件的组合。

温度感测元件可以是电阻式温度检测器、测辐射热计、二极管、晶体管或热电堆中的任何一个，或者串联或并联的阵列，或者这些的组合。

温度感测元件也可以由热电堆制成。热电堆包括一个或多个串联的热电偶。每个热电偶可以包括两种不同的材料，这两种材料在膜的第一区域处形成接点，而材料的另一端在膜的第二区域处或在散热区域(在膜区域外的衬底)中形成接点，在那里它们电连接到相邻的热电偶或电连接到用于外部读出器的焊盘。热电偶材料可以包括金属，例如铝、钨、钛或这些金属的组合或在该工艺中可用的任何其他金属。可替换地，热电偶材料可以包括基于n型和p型硅或多晶硅或金属和半导体的组合的热电偶。热电偶的每个接点的位置以及热电偶的数量和形状可以是充分映射膜上的温度分布曲线以实现特定性能所需的任何位置和数量和形状。

膜内的温度感测元件、加热元件和凹陷的形状、位置和数量的选择可以生成温度曲线和/或映射膜上的温度分布曲线以实现特定性能，并且可以产生多方向、多范围、多特性的感测能力。例如，流量传感器可以被设计为基于热导率或流体特性的任何其他组合来感测流量和流动方向，或者流量、流动方向和流体成分。

在介电膜内形成的感测元件可以被配置为温度电阻器检测器(TRD)或测辐射热计、二极管、晶体管，或晶体管或二极管阵列，以增强灵敏度和选择性。

温度感测元件可以以差分的方式用于感测(i)流的特性，例如流的速度、流量、体积或质量流量(通过测量上游感测元件和下游感测元件之间的信号差)或(ii)基于流体的不同成分之间的热导率的差感测流的组分(例如，氢气的热导率比空气高得多；CO2的热导率低于空气)。

加热器或加热元件也可以用作温度感测装置。加热器和流体之间的热交换可以通过加热器本身的电阻的变化来测量，并与流体的至少一个特性(例如速度、流量、流的质量或体积流量、施加的壁剪切应力、压力、温度、方向)相关联。

在使用中，加热元件可以在与通过传感器的流的方向垂直的方向上延伸。加热元件可以与流方向不成精确的直角，并且可以沿对角线方向或与流的方向成锐角延伸，然而加热元件的延伸部的一个分量可以垂直于该流。可选地，加热元件可以基本垂直于通过传感器的流的方向，或者可以与垂直于通过传感器的流的方向成10°以内的角度布置。

温度感测元件可以形成为长元件，其可以与第一加热器或附加/第二加热器对准，这取决于它们的主要目的是感测诸如流量或速度之类的流的特性，还是它们的主要目的是分别感测流体的成分和流体的不同成分的浓度。

介电膜可以是圆形的。加热元件和感测元件也可以是圆形的。这提高了膜的机械稳定性。

传感器可以进一步包括耦接到传感器的专用集成电路(ASIC)。ASIC可以位于传感器下方，例如使用管芯堆叠技术。或者，ASIC可以位于其他地方。ASIC可以使用引线接合和焊盘或者使用延伸穿过半导体衬底的硅通孔(TSV)连接到传感器。

ASIC可以被设置在相同的系统或相同的封装内或被设置在芯片上，以提供用于驱动、读出信号和处理来自传感器的信号的电子电路。ASIC可以被放置在传感器下方的堆叠管芯配置中，并且传感器和ASIC被放置在歧管内。

模拟/数字电路可以集成在芯片上。电路可以包括IPTAT、VPTAT、放大器、模数转换器、存储器、RF通信电路、定时块、滤波器或任何其他用于驱动加热元件、从温度感测元件读出或电子操纵传感器信号的构件。例如，已经证明，在恒定温度模式下驱动的加热元件引起增强的性能，并且具有用于实现这种驱动方法的片上装置将导致现有技术流量传感器的显著进步。被称为3ω的驱动方法可以通过片上装置实现，或者可以通过任何其他驱动方法实现，如恒定温差和飞行时间，以实现特定性能(例如，功率耗散、灵敏度、动态响应、范围、流体特性检测等)。在没有片上电路的情况下，本公开还涵盖了当应用于具有在任一先前实施例中描述的一个或多个特征的流量传感器时这种电路块(circuital blocks)的芯片外实现。这种芯片外实现可以在ASIC中或通过离散元件或两者的混合来完成。

该装置可以封装在金属TO型封装、陶瓷、金属或塑料SMD(表面安装装置)封装中。该装置也可以直接封装在PCB上，或者采用倒装芯片方法。该装置也可以嵌入在衬底(例如前述封装、刚性PCB、半刚性PCB、柔性PCB或任何其他衬底中的一个的定制版本)中，以便使装置表面与衬底表面齐平。该封装也可以是例如通过晶片接合形成的芯片或晶片级封装。

该装置也可以组装在歧管内，该歧管提供入口、出口和通过其发生流体流动的预定义通道。歧管为装置提供保护，并允许流量或流体成分的更容易和更可控的测量。ASIC或外部读出电路也可以以横向或管芯堆叠配置放置在同一歧管中。

流量传感器可以具有硅通孔(TSV)，以避免在该装置的敏感区域附近存在可能影响流量传感器读数的接合引线。有利地，具有TSV的流量传感器可以实现3D堆叠技术。例如，流量传感器芯片可以位于ASIC的顶部上，从而减小传感器系统的尺寸。

半导体衬底可以是硅，并且介电膜可以主要由氧化物和氮化物材料形成，并且其中加热器由诸如钨、钛、铜、铝、金、铂的金属或它们的组合的金属或者由诸如高掺杂n型或p型硅或多晶硅的半导体制成，并且其中加热器具有曲折、螺旋或热线形状。

起始衬底可以是任何半导体，例如硅、绝缘体上硅(SOI)、碳化硅、蓝宝石或金刚石。特别地，硅的使用是有利的，因为它保证了高体积、低成本和高再现性的传感器可制造性。硅衬底的使用还可以实现用于传感器性能增强和系统集成便利化的片上电路。可以通过使用放置在介电膜外部的模拟或数字或混合信号块来实现这种片上电路。

可以通过使用衬底的深度反应离子蚀刻(DRIE)的背蚀刻来形成介电膜或多个膜，这产生垂直的侧壁，从而能够减小传感器尺寸和成本。然而，也可以通过使用各向异性蚀刻来完成背蚀刻，例如KOH(氢氧化钾)或TMAH(四甲基氢氧化铵)，这产生倾斜的侧壁。可通过氧化或氧化物沉积形成的膜内的介电层可以在DRIE或湿法蚀刻工艺期间用作蚀刻停止层。也可以通过正面蚀刻或正面和背面蚀刻的组合形成膜，以产生仅由两个或更多个梁支撑的悬浮膜结构。膜可以是圆形的、矩形的或具有倒圆角的角部以减少角部中的应力的矩形形状的，但其他形状也是可能的。另外，可以在膜内形成孔，以减少通过介电膜的热传导的热耗散，并在膜下方和上方的区域中以及可选地在(膜上方的)流体路径中通过热交换和热传导来增强热损失。可选地，可以在形成膜之后通过正面蚀刻来形成孔或非连续部。

介电膜可以包括二氧化硅和/或氮化硅。膜还可以包括一层或多层旋涂玻璃(spinon glass)，以及在一个或多个介电层上的钝化层。采用低热导率的材料(例如，电介质)可以显著降低功耗，并增加膜内的温度梯度，这在传感器性能(例如，灵敏度、频率响应、范围等)方面有直接好处。由诸如单晶或多晶半导体或金属的材料制成的温度感测元件或加热器可以悬浮或嵌入在介电膜中。

膜还可以具有由金属或其它导电材料或其它具有较高机械强度的材料制成的其它结构。这些结构可以嵌入在膜内，或者可以嵌入在膜的上方或下方，以设计膜的热机械特性(例如刚度、温度分布曲线等)和/或流体与膜之间的流体动力学相互作用。更一般地，这些结构也可以在膜的外部和/或在膜的内部和外部之间桥接。

感测到的流体可以是气体，并且该气体可以由空气制成，并且感兴趣的成分可以是CO₂、甲烷或氢气、或者具有与空气不同的热导率的其他气体中的任何一种。流体也可以是液体。

衬底可以包括：多于一个的蚀刻部分；位于衬底上的介电区域，其中该介电区域包括在衬底的蚀刻部分的每个区域上的介电膜。至少一个膜可以包含上述特征的任何组合。第二膜可以采用更多的孔或非连续部、更大面积的孔或非连续部、或者在不同位置处的孔或非连续部。可以在第一膜上的感测元件和放置在第二膜上的感测元件之间测量差分信号，以检测除了流体的流特性之外的流体的成分。

在一些示例中，本公开的方法和/或控制器可以适合与US 2021/0116281中描述的类型的传感器一起使用，其内容通过引用整体并入本文。

附图说明

现在将仅通过示例并参考附图来描述本公开的一些实施例，其中：

图1示出了基于加热和自感测元件的现有技术流量传感器的横截面；

图2示出了基于加热和自感测元件的现有技术流量传感器的俯视图；

图3示意性地图示了与现有技术传感器集成的控制器；

图4示意性地图示了连接到现有技术传感器的独立控制器；

图5图示了计算传热系数并与阈值进行比较以确定液体或气体的控制流程图；

图6图示了计算温度变化率并与阈值进行比较以确定液体或气体的控制流程图；和

图7图示了根据本公开的方法。

具体实施方式

图1(横截面)和图2(俯视图)图示了基于加热和自感测元件的现有技术的流量传感器。该装置具有衬底1、膜4和加热器(例如，加热元件)3，衬底1可以基于诸如硅的半导体材料，膜4包括一个或多个介电层2(例如，氧化物和/或氮化物)。加热器3可以包括热线(例如钨、铂、钛)。通过使用干法或湿法蚀刻技术的背面蚀刻(如图所示)或正面蚀刻来限定膜4。当流体在膜4的顶部上经过时，加热器3由于热对流损失而冷却。这可以通过将加热器的电阻的变化与流量、速度、体积或质量流量相关联来简单地测量。或者，如图1和图2所图示的，传感器可以包括一个或多个温度感测元件6a、6b。例如，如图1和图2所图示，第一温度感测元件6a可以位于加热器3的上游，第二温度感测元件6b可以位于加热器3的下游。温度感测元件6a、6b可以被配置为测量加热器3两端的差值(例如，温度变化)。加热器3和温度感测元件6a、6b通过连接件和/或焊盘5(如图2所示)从外部连接，例如偏压迹线。或者，加热器3可以通过改变提供给加热器3的功率而保持在恒定温度或恒定电阻模式下。在这种情况下，可以测量由于流量、速度、体积或质量流量的原因引起的功率变化。

在示例中，温度感测元件6a、6b可以包括电阻式温度检测器、二极管和/或热电堆。

如图1和图2进一步图示，膜4可以包括一个或多个凹陷区域(本文也将其描述为孔和/或非连续部)7a、7b，其可以减少经由通过膜4的热传导的热耗散，并增强经由膜4下方和上方的区域中的热交换和传导的热损失。第一凹陷区域7a可以位于加热器3的上游。第二凹陷区域7b可以位于加热器3的下游。

图3和图4图示了根据本发明的示例性实施例。图3和图4所图示的装置包括连接到控制器8的例如图1和图2所图示的现有技术流量传感器。控制器8控制施加到加热器3和温度感测元件6a、6b的电偏压，并测量施加到加热器3和/或温度感测元件6a、6b的RMS电压和RMS电流，以确定加热器3和/或温度感测元件6a、6b的功率和温度。在图3中，控制器8与传感器集成在同一外壳中。在图4中，控制器8与传感器分离，但通过导线或PCB迹线连接到加热器3和温度感测元件6a、6b。

如本文所述，“元件”可以指加热器3(加热元件)和/或温度感测元件6a、6b。

图5图示了一个流程图，其详细说明了控制器如何施加电偏压，并通过测量施加到每个元件的电压和电流来确定每个元件中消耗的功率和元件的温度。然后可以使用该功率和温度来计算元件的热传递(h)系数。然后可以将该h系数与通过实验确定的阈值进行比较，以识别传感器是暴露于液体还是暴露于气体。最后，一旦控制器已经确定传感器是暴露于液体还是气体，它就使用该信息来调整施加到传感器元件的电偏压，以便避免元件过热并优化传感器对流量变化的灵敏度。

图6图示了一个流程图，其详细说明了控制器如何向加热器施加电偏压，并确定每个元件中消耗的功率和每个元件的温度。控制器施加使加热器和周围流体升温的电偏压。当加热元件使温度升高时，温度感测元件测量流体温度。控制器计算温度变化率。控制器将温度变化率和施加到加热器的电偏压之间的关系与先前收集的已知信息进行比较，以识别存在的流体。控制器然后可以使用该信息来调整在流量感测期间使用的电偏压，以便避免元件过热并优化传感器对流量变化的灵敏度。

图7图示出了根据本公开的方法700的示例。可以由根据本公开的控制器来执行方法700。例如，方法700的一个或多个步骤可以例如以计算机代码的形式作为指令提供给控制器。

在方法700的步骤S702中，向流体流量传感器的加热元件施加电偏压。

在方法700的步骤S704中，确定流动流体的相。

在方法700的步骤S706中，根据流动流体的相来修改电偏压。

如本文所描述的，控制器8可以被配置为执行本文所描述的方法(例如，图2中所示的方法700)和/或过程(例如，图5和图6中所图示的过程)。例如，控制器8可以被配置为执行如本文所描述的指令(例如，呈计算机程序代码的形式)。可以在一个或多个载体上提供指令。例如，可以存在一个或多个非瞬态存储器，例如EEPROM(例如，闪存)、磁盘、CD或DVD-ROM、编程存储器，例如只读存储器(例如，针对固件的只读存储器)、一个或多个瞬态存储器(例如，RAM)和/或(一个或多个)数据载体，例如光或电信号载体。(一个或多个)存储器可以集成到相应的处理芯片中和/或与该芯片分离。用于实现本公开的实施例的代码(和/或数据)可以包括用诸如C的传统编程语言(解释或编译)的源代码、目标代码或可执行代码，或者汇编代码、用于设置或控制ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)的代码，或者用于硬件描述语言的代码。

本公开可以根据以下非限制性条款中的一个或多个来进一步定义：

1.一种包括加热器和控制器的流量传感器，其中所述控制器能够确定与所述流量传感器接触的流体是液体还是气体，并且根据所述流体是液体或气体来修改施加到所述加热器的偏压。

2.根据条款1所述的流量传感器，其中所述控制器使用传热系数来确定所述流体是液体还是气体。

3.根据条款1所述的流量传感器，其中所述控制器使用加热器温度的变化率来确定所述流体是液体还是气体。

4.根据条款1所述的流量传感器，其中当所述流体是气体时，所述控制器在较高的温度下操作所述加热器，而当所述液体是液体时，所述控制器在较低的温度下操作所述加热器。

5.根据条款1所述的流量传感器，其中所述控制器在存在气体时操作所述加热器，但在检测到液体时将所述加热器关闭。

6.根据条款5所述的流量传感器，其中，所述控制器在存在液体的情况下关闭所述加热器，然后在获得外部信号之后打开所述加热器。

7.根据条款5所述的流量传感器，其中所述控制器周期性地给所述加热器通电以确定液体是否仍然存在。

8.根据条款1所述的流量传感器，包括具有蚀刻部分的衬底、在衬底上方的电介质、蚀刻部分上方的电介质的是介电膜的区域、以及嵌入在介电膜内的加热器。

9.根据条款1所述的流量传感器，其中所述控制器使用来自所述加热器的信号来确定接触的流体是液体还是气体。

10.根据条款1所述的流量传感器，其中在所述传感器内具有一个或多个温度感测元件。

11.根据条款10所述的流量传感器，其中所述控制器使用来自所述传感器内的所述一个或多个温度感测元件的信号。

12.根据条款10所述的流量传感器，其中所述控制器使用来自所述加热器和所述温度感测元件两者的信号来确定所述接触的流体是液体还是气体。

通常，本文所描述的任一功能都可以使用软件、固件、硬件(例如，固定逻辑电路)或这些实施方式的组合来实现。

尽管已经从如上所述的优选实施例的方面描述了本公开，但是应当理解，这些实施例仅仅是说明性的，并且权利要求不限于那些实施例。鉴于本公开内容，本领域技术人员将能够进行修改和替换，这些修改和替换被认为落入所附权利要求的范围内。本说明书中公开或图示的每个特征可以单独地或与本文中公开或图示的任何其它特征以任何适当的组合结合在本公开中。

本领域技术人员将想到许多其他有效的替代方案。应当理解，本公开不限于所描述的实施例，而是包括落入本公开的精神和范围内的所有修改。

附图标记列表：

1半导体衬底

2(一个或多个)介电层

3加热器

4膜

5连接件

6a、6b温度感测元件

7a、7b凹陷区域

8控制器。

Claims (23)

1.一种用于控制存在流动流体的流体流量传感器的方法，所述方法包括：

向所述流体流量传感器的加热元件施加电偏压；

确定所述流动流体的相；和

根据所述流动流体的所述相来修改电偏压。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，向所述流体流量传感器的所述加热元件施加电偏压包括在第一驱动模式下驱动所述流体流量传感器，并且其中，修改所述电偏压包括在第二驱动模式下驱动所述流体流量传感器。

3.根据权利要求1或2所述的方法，包括确定在所述加热元件中耗散的功率，并且其中，确定所述流动流体的所述相包括基于在所述加热元件中耗散的所述功率来确定所述流动流体的所述相。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括确定所述加热元件的温度。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括确定所述加热元件的温度变化率。

6.根据权利要求3和5所述的方法，还包括：

将所述加热元件的所述温度变化率除以在所述加热元件中耗散的所述功率；和

将所述加热元件的所述温度变化率与在所述加热元件中耗散的所述功率的商与一个或多个已知的第一值进行比较；

其中确定所述流动流体的所述相包括基于所述加热元件的所述温度变化率与在所述加热元件中耗散的所述功率的商与一个或多个已知的所述第一值之间的所述比较来确定所述流动流体的所述相。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括确定所述流动流体的温度。

8.根据权利要求7所述的方法，包括确定所述流动流体的温度变化率。

9.根据权利要求3和8所述的方法，还包括：

将所述流动流体的所述温度变化率除以在所述加热元件中耗散的所述功率；和

将所述流动流体的所述温度变化率与在所述加热元件中耗散的所述功率的商与一个或多个已知的第二值进行比较；

其中确定所述流动流体的所述相包括基于所述流动流体的所述温度变化率与在所述加热元件中耗散的所述功率的商与一个或多个已知的所述第二值之间的所述比较来确定所述流动流体的所述相。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

确定所述加热元件的传热系数；和

将所述传热系数与一个或多个已知的第三值进行比较；

其中确定所述流动流体的所述相包括基于所述传热系数与一个或多个已知的所述第三值之间的所述比较来确定所述流动流体的所述相。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，修改所述电偏压包括当所述流动流体的所述相为液体时将所述电偏压减小到零。

12.一种用于流体流量传感器的控制器，所述控制器被配置为当所述流体流量传感器存在流动流体时：

向流体流量传感器的加热元件施加电偏压；

确定所述流动流体的相；和

根据所述流动流体的所述相来修改所述电偏压。

13.根据权利要求12所述的控制器，其中，向所述流体流量传感器的所述加热元件施加电偏压包括在第一驱动模式下驱动所述流体流量传感器，并且其中修改所述电偏压包括在第二驱动模式下驱动所述流体流量传感器。

14.根据权利要求12或13所述的控制器，被配置为确定在所述加热元件中耗散的功率，并且还被配置为基于在所述加热元件中消散的所述功率来确定所述流动流体的相。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的控制器，还被配置为确定所述加热元件的温度。

16.根据权利要求15所述的控制器，还被配置为确定所述加热元件的温度变化率。

17.根据权利要求14和16所述的控制器，还被配置为：

将所述加热元件的所述温度变化率除以在所述加热元件中耗散的所述功率；和

将所述加热元件的所述温度变化率与在所述加热元件中耗散的所述功率的商与一个或多个已知的第一值进行比较；

其中所述控制器被配置为基于所述加热元件的所述温度变化率与在所述加热元件中耗散的所述功率的商与一个或多个已知的所述第一值之间的所述比较来确定所述流动流体的所述相。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的控制器，还被配置为确定所述流动流体的温度。

19.根据权利要求18所述的控制器，还被配置为确定所述流动流体的温度变化率。

20.根据权利要求14和19所述的控制器，还被配置为：

将所述流动流体的所述温度变化率除以在所述加热元件中耗散的所述功率；和

将所述流动流体的所述温度变化率与在所述加热元件中耗散的所述功率的商与一个或多个已知的第二值进行比较；

其中所述控制器被配置为基于所述流动流体的所述温度变化率与在所述加热元件中耗散的所述功率的商与一个或多个已知的所述第二值之间的所述比较来确定所述流动流体的所述相。

21.根据权利要求12至20中任一项所述的控制器，还被配置为：

确定所述加热元件的传热系数；和

将所述传热系数与一个或多个已知的第三值进行比较；

其中所述控制器被配置为基于所述传热系数与一个或多个已知的所述第三值之间的所述比较来确定所述流动流体的所述相。

22.根据权利要求12至21中任一项所述的控制器，所述控制器被配置为当所述流动流体的所述相是液体时通过将所述电偏压减小到零来修改所述电偏压。

23.一种装置，包括：

流体流量传感器；和

根据权利要求12至22中任一项所述的控制器。