JP2013529776A - 湿度センサの検査方法及びそのためのセンサモジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、相対湿度を定める湿度センサ（１１０）を有するセンサモジュール（１００）を駆動する方法であって、湿度センサ（１１０）を用いて、相対湿度の少なくとも第１の測定値が定められる（２００）、上記方法に関する。本発明によれば、温度調整装置（１２０）を用いて、湿度センサ（１１０）の範囲内の周囲温度が変更され（２１０）、湿度センサ（１１０）の範囲内の周囲温度の変更（２１０）の後に、湿度センサ（１１０）を用いて、相対湿度の少なくとも第２の測定値が定められ、第１の測定値及び第２の測定値に従って、湿度センサ（１１０）の動作状態及び／又は正常な動作が推測されることが構想される。
【選択図】図１

Description

本発明は、相対湿度を定める湿度センサを有するセンサモジュールを駆動する方法であって、湿度センサを用いて相対湿度の少なくとも１つの測定値が定められる、上記方法に関する。

さらに、本発明は対応するセンサモジュールに関する。

本発明の課題は、冒頭に挙げた形態の方法及びセンサモジュールを、動作状態についての正確な情報を獲得しうる程度にまで改善することである。

本課題は、冒頭に挙げた形態の方法において、本発明に基づいて、温度調整装置を用いて湿度センサの範囲内の周囲温度が変更され、湿度センサの範囲内の周囲温度の変更の後に、湿度センサを用いて相対湿度の少なくとも第２の測定値が定められ、第１の測定値及び第２の測定値に従って、湿度センサの動作状態及び／又は正常な動作が推測されることによって解決される。

本発明の原則は、湿度センサの基本的な駆動条件の合目的的な「調整」（Ｖｅｒｓｔｉｍｍｕｎｇ）、即ち、周囲温度の合目的的な「調整」に基づいている。出願人の調査によれば、周囲温度と共に、湿度センサの範囲内の相対湿度も、当業者には知られた熱力学的な法則に基づいて変化する。これにより、有利に、本発明に係る方法の枠組みにおいて収集される相対湿度の測定値に基づいて、周囲温度の変更前及び当該変更後に、湿度センサも実際に、温度変更と符合する相対湿度の変化を示すかどうかを検査することが可能である。

特に、一実施形態によれば、相対湿度の第１の測定値と第２の測定値とが、少なくとも、好適に温度変更に従って選択される予め設定可能な差分値の分だけ異なっていない場合には、湿度センサのエラーが推測されうる。

更なる別の実施形態によれば、特に有利に、湿度センサの範囲内の周囲温度が、第２の測定値が定められる前に、温度調整装置によって上げられる。これにより、例えば電気的な抵抗加熱器の形態による温度調整装置を実現するための、特に僅かな構造上のコストが必要となる。代替的又は追加的に、温度調整装置は、適切な設計において、湿度センサの範囲内の周囲温度を、例えばペルティエ素子を用いて下げることも可能である。両方向の温度変更による本発明に係る方法の複数回の実施も同様に構想されうる。湿度センサの範囲内での周囲温度の変更とは、ここでは特に、湿度センサを包囲する媒体、例えば空気の温度の変更として理解される。

センサモジュールが空気流量センサを有する、本発明の更なる別の特に好適な実施形態では、好適に、空気流量センサの加熱素子が、湿度センサの範囲内の周囲温度を変更する温度調整装置として利用されることが構想されうる。これについて、加熱素子を用いて合目的的に湿度センサの周囲温度に影響を及ぼしうるように、加熱素子と湿度センサとの互いの相対的な構造上の配置が必要である。空気流量センサが、又は、その加熱素子も、残りのセンサモジュール又は湿度センサとは別に駆動され又は電気エネルギーが供給されうる限りにおいて、好適に、湿度センサの範囲内の周囲温度を変更するために、空気流量センサ又はその加熱素子を選択的に作動し及び／又は停止することが構想される。

例えば、熱膜・空気流量センサとして構成された空気流量センサは、通常では、公知のやり方で空気流量センサの他の構成要素を加熱するよう構成された加熱素子を有する。従って、本発明に係る方法の枠組みにおける熱膜・空気流量センサの停止によって、好適に、湿度センサの周囲の温度変更、即ち冷却がもたらされ、この温度変更によって、様々な温度の際の相対湿度の様々な測定値を比較することによる、湿度センサの機能の検査が可能となる。

本発明の課題の更なる別の解決策は、請求項６に記載の方法によって示される。本方法では、相対湿度の測定値に加えて、湿度センサの範囲内の温度及び気圧が定められる。温度及び気圧に従って、湿度センサの範囲内の空気の絶対含水量の少なくとも１つの限界値であって、熱力学的な法則に基づき超えられない上記限界値が定められる。代替的に、湿度センサの範囲内の空気の絶対含水量の上限値及び下限値を定めることも同様に構想されうる。相対湿度の測定値、及び、空気の絶対含水量の限界値に従って、本発明に基づいて、好適に、湿度センサの動作状態及び／又は正常な動作が推測されうる。即ち、例えば、本発明に基づき温度及び気圧から求められた絶対含水量の理論的な限界値と矛盾する相対湿度が、湿度センサによって示される場合には、有利に、湿度センサ又は更なる別の関与するセンサ（気圧、温度）の破損が推測される。

本発明の課題の更なる別の解決策として、請求項７に記載のセンサモジュールが提示される。

更なる別の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

更なる別の利点、特徴、及び、個々の詳細は、図面を参照して本発明の様々な実施形態を示される以下の明細書の記載から明らかとなろう。その際に、特許請求の範囲及び明細書で言及される特徴は、それぞれ個別に、又は、任意の組み合わせにおいて、本発明にとって本質的でありうる。

湿度センサを備えたセンサモジュールの第１の実施形態の簡素化したブロック図を概略的に示す。 図１の湿度センサの駆動方法の一実施形態の簡素化したフロー図を示す。 センサモジュールの更なる別の実施形態の簡素化したブロック図を概略的に示す。 図３のセンサモジュールの駆動方法の一実施形態の簡素化したフロー図を示す。

図１は、相対湿度を定めるために例えば車両分野で使用されるようなセンサモジュール１００を概略的に示している。センサモジュール１００は測定チャネル１０２を有し、この測定チャネル１０２の中を、気体媒体１０４が湿度測定のために通り抜ける。

湿度センサ１１０は、図１から分かるように、測定チャネル１０２の範囲内に配置され、測定チャネル１０２を通り抜ける媒体１０４の相対湿度を検出するよう構成される。

センサモジュール１００は、湿度センサ１１０に加えて温度調整装置１２０を有し、この温度調整装置１２０は、湿度センサ１１０の範囲内の周囲温度を変更するよう構成され、例えば当該周囲温度を下げ又は上げるよう構成される。温度調整装置１２０は、測定される媒体（空気１０４）を、対応して温めることが可能であり、又は冷却することも可能である。

図２は、センサモジュール１００のための駆動方法の一実施形態の簡素化したフロー図を示す。第１のステップ２００において、湿度センサ１１０を用いて、空気１０４（図１）の相対湿度の少なくとも第１の測定値が定められる。これに続くステップ２１０において、湿度センサ１１０の範囲内の周囲温度が変更され、例えば上げられる。周辺温度の上昇によって、湿度センサ１１０の範囲内の気体媒体１０４は原則的に、より多量の水蒸気を含むことが可能であるが、測定チャネル１０２内、特に湿度センサ１１０の範囲内の媒体１０４の絶対含水量は、温度調整装置１２０による加熱に基づいて変化しない。結果的に、相対湿度は熱力学の法則に従って下がることになる。

第３のステップ２２０（図２）において、相対湿度の少なくとも第２の値が湿度センサ１１０を用いて定められる。後続のステップ２３０において、湿度センサ１１０の動作状態若しくは正常な動作又はエラーを推測することを目的として、相対湿度の第１の測定値及び第２の測定値の評価が行われる。

評価２３０は、例えば、２つの湿度測定値の差分形成をその目的とすることが可能であり、相対湿度の第１の測定値と第２の測定値とが、少なくとも、予め設定可能な差分の分だけ互いに異なっていない場合には、湿度センサ１１０のエラーが推測されうる。即ち、この場合、湿度センサ１１０は、当該湿度センサ１１０の範囲内の周囲温度の本発明に係る変更２１０にも関わらず、当該温度変更とは符合しない相対湿度の変化をシグナリングしたであろう。予め設定可能な差分は、好適に温度変更に従って選択される。

ステップ２３０で検討した相対湿度の２つの測定値の差分が、有効な熱力学的因果関係を考慮した上で、本発明に基づき温度調整装置１２０により引き起こされた周囲温度の変更と十分良好に符合する限りにおいて、湿度センサの正常な動作が推測される。

更なる別の特に有利な実施形態において、センサモジュール１００は、湿度センサ１１０の他に、空気流量センサ１２０ａを有する（図１参照）。特に、熱膜・空気流量センサとして構成された空気流量センサの場合、空気流量センサ１２０ａは、組み込まれた加熱素子１２０ａ’を有する。更なる別の本発明の観点によれば、有利に、空気流量センサ１２０ａの加熱素子１２０ａ’は、湿度センサ１１０の範囲内の周囲温度の変更を引き起すために利用されうる。上記変更は、例えば、空気流量センサ１２０ａ又はその加熱素子１２０ａ’の合目的的な作動又は停止によって遂行されうる。

従って、空気流量センサ１２０ａの対応する構成において、有利に、センサモジュール１００内の別体の温度調整装置１２０の提供が省略されうる。

図１のセンサモジュール１００が、記載したように熱膜・空気流量センサ１２０ａを有する場合には、センサモジュール１００は通常駆動で駆動され、通常駆動においては、湿度が湿度センサ１１０を用いて定められ、空気流量が空気流量センサ１２０ａを用いて定められる。この通常駆動では、センサモジュール１００又はその湿度センサ１１０の診断は行われない。しかしながら、本発明に係る原則を利用して、湿度センサ１１０の診断を実行するために、通常駆動の間に作動された空気流量センサ１２０ａ又はその加熱素子１２０ａ’を、本発明に係る診断工程のために停止させることが可能であり、このことによって、湿度センサ１１０の範囲内の周囲温度の低下がもたらされる。この周囲温度の低下の間に、先に図２を参照して記載した方法に依拠して、相対湿度の第２の測定値が湿度センサ１１０によって定められる。この第２の測定値は、以前に、即ち、空気流量センサ１２０が作動され対応して湿度センサ１１０の周囲温度が上げられた際に定められた相対湿度の測定値と共に評価される（ステップ２３０参照）。

場合によってはセンサモジュール１００に含まれる温度調整装置１２０であって、周囲温度を上げ及び下げることが可能な上記温度調整装置１２０が設けられる限りにおいて、本発明に係る方法は、有利に、更なる別の周囲温度範囲でも適用され、これにより、湿度センサ１１０の作動範囲の詳細な診断が可能である。

温度調整工程２１０を監視又は制御するために、センサモジュール１００は、温度センサ及び対応する制御電子機器（図示せず）を有しうる。

図３は、測定チャネル１２０を通過する気体媒体１０４の相対湿度を定める湿度センサ１１０を有するセンサモジュール１００ａの更なる別の好適な実施形態を示している。

センサモジュールはさらに、測定チャネル１０２内の気圧を定める気圧センサ１３０と、測定チャネル１０２の中を通り抜ける媒体１０４の温度を定める温度センサ１４０と、を有する。

図３のセンサモジュール１００ａでは、以下で図４のフロー図を参照して記載される診断方法が実施されうる。

第１のステップ３００において、相対湿度の測定値が湿度センサ１１０を用いて定められる。同時に、気圧センサ１３０を用いて気圧が定められ、温度センサ１４０を用いて測定チャネル１０２内の周囲空気１０４の温度が定められる。後続のステップ３１０において、公知の熱力学の因果関係を利用して、湿度センサ１１０の範囲内の気体媒体１０４の絶対含水量の少なくとも１つの限界値が、例えば特性マップを用いて定められる。気体媒体１０４の絶対含水量の上限値及び下限値を定めることも可能である。限界値は、例えば、特性マップ等を利用しても定めることが可能である。

ステップ３２０において、相対湿度の測定値、及び、空気１０４の絶対含水量の限界値に従って、湿度センサ１１０の動作状態及び／又は正常な動作、又は、湿度センサ１１０のエラーが推測される。即ち、湿度センサ１１０から伝達される相対湿度の値が、ステップ３１０で定められた、測定チャネル１０２内の温度及び気圧に依存する絶対含水量と矛盾する限りにおいて、関与する構成要素１１０、１３０、１４０のうちの少なくとも１つのエラーが推測されうる。

先に図１、図３を参照して記載した診断原則は、有利に、互いに組み合わせることも可能である。これについて、図３のセンサモジュール１００ａは、例えば、温度調整装置１２０（図１）の分だけ、又は、温度調整装置１２０の機能を実現する空気流量センサ１２０ａの分だけ補充されうる。

本発明の課題の更なる別の解決策は、以下に記載の方法によって示される。本方法では、相対湿度の測定値に加えて、湿度センサの範囲内の温度及び気圧が定められる。温度及び気圧に従って、湿度センサの範囲内の空気の絶対含水量の少なくとも１つの限界値であって、熱力学的な法則に基づき超えられない上記限界値が定められる。代替的に、湿度センサの範囲内の空気の絶対含水量の上限値及び下限値を定めることも同様に構想されうる。相対湿度の測定値、及び、空気の絶対含水量の限界値に従って、本発明に基づいて、好適に、湿度センサの動作状態及び／又は正常な動作が推測されうる。即ち、例えば、本発明に基づき温度及び気圧から求められた絶対含水量の理論的な限界値と矛盾する相対湿度が、湿度センサによって示される場合には、有利に、湿度センサ又は更なる別の関与するセンサ（気圧、温度）の破損が推測される。

本発明の課題の更なる別の解決策として、請求項４に記載のセンサモジュールが提示される。

Claims (9)

1. 相対湿度を定める湿度センサ（１１０）を有するセンサモジュール（１００）を駆動する方法であって、前記湿度センサ（１１０）を用いて、前記相対湿度の少なくとも第１の測定値が定められる（２００）、前記方法において、温度調整装置（１２０）を用いて、前記湿度センサ（１１０）の範囲内の周囲温度が変更され（２１０）、前記湿度センサ（１１０）の範囲内の前記周囲温度の前記変更（２１０）の後に、前記湿度センサ（１１０）を用いて、前記相対湿度の少なくとも第２の測定値が定められ、前記第１の測定値及び前記第２の測定値に従って、前記湿度センサ（１１０）の動作状態及び／又は正常な動作が推測されることを特徴とする、方法。
2. 前記相対湿度の前記第１の測定値と前記第２の測定値とが、少なくとも、予め設定可能な差分値の分だけ異なっていない場合に、前記湿度センサ（１１０）のエラーが推測されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記湿度センサ（１１０）の範囲内の前記周囲温度は、前記第２の値が定められる前に前記温度調整装置（１２０）によって上げられることを特徴とする、請求項１〜２のいずれか１項に記載の方法。
4. 前記センサモジュール（１００）は空気流量センサ（１２０ａ）を有する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の方法において、前記空気流量センサ（１２０ａ）の加熱素子（１２０ａ’）が、前記湿度センサ（１１０）の範囲内の前記周囲温度を変更する（２１０）温度調整装置として利用されることを特徴とする、方法。
5. 前記空気流量センサ（１２０ａ）又はその加熱素子（１２０ａ’）が、前記湿度センサ（１１０）の範囲内の前記周囲温度を変更する（２１０）ために作動され及び／又は停止されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 相対湿度を定める湿度センサ（１１０）を有するセンサモジュール（１００）を駆動する方法であって、前記湿度センサ（１１０）を用いて、前記相対湿度の少なくとも１つの測定値が定められる（２００）、前記方法において、前記相対湿度の前記測定値に加えて、前記湿度センサ（１１０）の範囲内の温度及び気圧が定められ、前記温度及び前記気圧に従って、前記湿度センサ（１１０）の範囲内の空気の絶対含水量の少なくとも１つの限界値が定められ、前記相対湿度の前記測定値及び前記絶対含水量の前記限界値に従って、前記湿度センサ（１１０）の動作状態及び／又は正常な動作が推測されることを特徴とする、方法。
7. 相対湿度を定める湿度センサ（１１０）を備えたセンサモジュール（１００）であって、前記センサモジュール（１００）は、前記湿度センサ（１１０）を用いて、前記相対湿度の少なくとも第１の測定値を定め、温度調整装置（１２０）を用いて、前記湿度センサ（１１０）の範囲内の周囲温度を変更し（２１０）、前記湿度センサ（１１０）の範囲内の前記周囲温度の前記変更（２１０）の後に、前記湿度センサ（１１０）を用いて、前記相対湿度の少なくとも第２の測定値を定め、前記第１の測定値及び前記第２の測定値に従って、前記湿度センサ（１１０）の動作状態及び／又は正常な動作を推測するよう構成されることを特徴とする、センサモジュール（１００）。
8. 前記センサモジュール（１００）は空気流量センサ（１２０ａ）を有し、前記空気流量センサ（１２０ａ）の加熱素子（１２０ａ’）は、前記湿度センサ（１１０）の範囲内の前記周囲温度を変更する（２１０）温度調整装置として利用されうることを特徴とする、請求項７に記載のセンサモジュール（１００）。
9. 前記相対湿度の測定値に加えて、前記湿度センサ（１１０）の範囲内の温度及び気圧を定めることが可能であり、前記センサモジュール（１００）は、前記温度及び前記気圧に従って、前記湿度センサ（１１０）の範囲内の空気の絶対含水量の少なくとも１つの限界値を定め、前記相対湿度の前記測定値及び前記絶対含水量の前記限界値に従って、前記湿度センサ（１１０）の動作状態及び／又は正常な動作を推測するよう構成されることを特徴とする、請求項７又は８に記載のセンサモジュール（１００）。
   

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