[發明專利]比率計裝置以及包括用于比率測量的指令的制品

有效

• 申請號: 201580055690.3
• 申請日: 2015-10-16
• 公開（公告）號: CN107110808B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 蔡則宇;米希爾·佩爾蒂斯;羅伯特·亨德里克斯·瑪格麗塔·萬維爾德霍芬;馬金瓦·阿福拉比·安東尼·科菲
• 申請（專利權）人: ams國際有限公司
• 主分類號: G01N27/18
• 分類號: G01N27/18
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 唐京橋;李春暉

一個示例公開了一種比率計裝置，包括：電流源，其具有第一電流、與第一電流不同的第二電流以及電流選擇程序；傳感器裝置，其響應于氣體以及具有響應于第一電流的傳感器冷溫度T(cold，sens)以及響應于第二電流的傳感器熱溫度T(hot，sens)；以及基準裝置，其具有響應于第一電流的基準冷溫度T(cold，ref)以及響應于第二電流的基準熱溫度T(hot，ref)；并且其中，該比率計裝置包括基于T(cold，sens)、T(hot，sens)、T(cold，ref)和T(hot，ref)的溫度差比率輸出。

本專利申請涉及比率計裝置以及包括至少一個非暫態有形機器可讀存儲介質的制品，該非暫態有形機器可讀存儲介質包含用于比率測量的可執行機器指令。

本專利申請的目的是提供一種比率計裝置和包括至少一個非暫態有形機器可讀存儲介質的制品，該非暫態有形機器可讀存儲介質包含用于比率測量的可執行機器指令用于實現高精確度。

US 2003/0235925 A1示出了用于檢測空氣和其他氣體中的水蒸氣的傳感器，尤其可燃傳感器(flammable sensor)。例如，圖1的感測電路100利用熱導率的變化來感測空氣中的有機燃料水蒸氣濃度的量。電路100總體包括四個電阻器102、104、106和108，其以微橋配置被布置。通常在通過將至少一個微橋加熱至不同的溫度水平來提供的兩個不同的溫度下感測熱導率。所獲得的信號的比率被形成和表示為水蒸氣比率。熱導率由水蒸氣比率產生。

US 2009/0133472 A1示出了用于檢測混合有大氣包括水分的氣體的濃度的氣體傳感器。使生熱元件1與所檢測的氣體接觸，以測量熱導率的變化(參見圖1)。該傳感器包括基準電壓生成電路9，其可以經由開關10與恒定電流供給電路11連接。供給電路給基準電阻器2和感測電阻器1供給電流。從電壓測量部5導出熱導率。應用報告SBAA110-2014年3月“understanding ratiometric conversions”包括比率計測量技術的概述。

通過獨立權利要求的主題來解決該目的。在從屬權利要求中描述另外的實施方式。

在穩態熱導率/電阻率測量的一個示例中，所測量的熱導率的精確度通常取決于精確測量的溫度和控制良好的功率消耗。通過焦耳熱，當加熱電阻器在周圍環境內消耗功率(P)時，加熱器和周圍環境之間所生成的溫度差(ΔT)與它們之間的熱電阻(θ)成正比，如等式(1)所述：

ΔT＝P×θ (1)。

該技術可以表征與氣體屬性有關的各種類型的氣體和/或參數。例如，當懸掛的熱線被周圍的氣體混合物包圍時，氣體混合物在熱線和其周圍之間形成一定的熱電阻，因此導致熱線和周圍之間存在一定的溫度差。氣體組成的任何變化將改變加熱器與其周圍之間的熱電阻，這最終導致加熱器的略有不同的穩態溫度。

為了準確測量熱電阻，一個前提條件是所消耗的功率需要保持非常穩定或需要非常精確地被測量。對于一些氣體(例如CO₂)，穩定性要求會是基本要求。在熱電阻測量的一些實施方式中，通過測量加熱器的(溫度相關的)電阻來實現溫度測量。測量這種電阻的三種示例技術緊隨其后。

用于測量電阻的第一示例技術通過在雙斜率RDC中測量具有相同標稱電阻的傳感器電阻器和基準電阻器來執行。然而，該方法不考慮傳感器電阻器和基準電阻器內的標稱電阻的實際失配。此外，還需要兩個穩定的電壓基準，以便在雙斜率轉換器中生成兩個極性電流。

在用于測量電阻的第二示例技術中，采用包括具有相反特性的一對電阻器的差分電阻式傳感器。這類解決方案剛好包括差分電阻-數字轉換器和差分電阻-時間轉換器兩者。與第一示例技術相比，該解決方案的一個優點是靈敏度和SNR增加。然而，兩個電阻器的匹配仍然是一個問題。

在用于測量電阻的第三示例技術中，使用附加消除電路以將基線電阻存儲在模擬存儲器中。該技術不具有前兩者的電阻器匹配問題，但是需要模擬存儲器來提供從附加校準階段獲取的基線電阻值。此外，基線消除電路中的晶體管的匹配也影響最終結果的精確度。