[发明专利]气流测量电路以及气流传感器

说明书

气流测量电路包括至少一个参考电阻器和根据气体的流的特性而变化的至少一个可变电阻器，以及用于确定所述参考电阻器和可变电阻器之间的差的装置，其中至少一个电流回路布置包括与所述参考电阻器串联耦合的第一电流源装置和与所述可变电阻器串联耦合的第二电流源装置，其中两个电阻器都接地，以用于通过相应电阻器提供理想恒定的电流，以产生参考电阻器两端的第一电压和可变电阻器两端的第二电压，并且电压测量装置用于测量所述参考电阻器和所述可变电阻器之间的电压差，以产生代表气体的特性的特性电压差。气流传感器包括具有加热元件和控制器以及气流测量电路的传感器布置。

技术领域

本发明涉及一种气流测量电路，该气流测量电路包括气流外部的至少一个参考电阻器和根据气体的流的特性而变化的气流中的至少一个可变电阻器，以及用于确定所述参考电阻器和可变电阻器之间的差的装置。本发明还涉及一种气流传感器，该气流传感器包括具有加热元件、控制器和气流测量电路的传感器布置。

这种质量流量传感器用于许多用于测量气体的流的应用中。质量流量传感器通常以硅技术构造并且包括电极结构，除了别的以外，该电极结构具有安装在薄膜上的可以通过电流加热的一个或多个加热元件。加热元件的温度取决于加热电流和由加热元件耗散的热的量。后者继而取决于气体的热属性及其沿着加热元件的流速。流过膜的气体改变膜上的温度分布。沿着流动方向、在加热元件的上游和下游，一个或多个传感器电极布置在膜上，以测量膜的温度并且因此提供对流量的测量。可替代地，流过的气体的量可以例如根据处于恒定加热电流下的加热元件的温度或根据将加热元件保持处于恒定温度所需的加热功率来确定。传感器电极可以被实现为电阻器，其根据温度改变它们的电阻。这种质量流量传感器对流量的改变或对供应到加热元件的电流的改变的响应时间通常至多为几毫秒。因此，施加到加热元件的电流必须及时缓慢地改变以避免干扰测量。

此外，气流传感器和电路包括至少一个参考电阻器，并且传感器和参考电阻器之间的差被评估以用于气流的检测或取决于气体属性的测量技术。

背景技术

流体流可以使用若干技术来测量，每种技术在文献中都是众所周知的，并且专利现有技术自若干年以来就存在。用于本发明的该通知的相关技术是：

-例如在Higashi等人的US 4,501,144中描述的使用热阻MEMS传感器芯片的量热流量测量；

-例如在Jiang等人（F. Jiang、Y. C. Tai、C. M. Ho、和W. J. Li的“AMicromachined Polysilicon Hot-Wire Anemometer.”，摘要固态传感器 制动器专题学术讨论会，希尔顿海德，S.C.，第264-267页，1994年）（F. Jiang, Y.C. Tai, C. M. Ho,and W. J. Li, A Micromachined Polysilicon Hot-Wire Anemometer.” DigestSolid-State Sensors Actuator Workshop, Hilton Head, S.C., pp. 264-267,1994）中描述的测风（anemometric）流量传感器。

-例如在Ashauer, M.等人的“Thermal flow sensor for liquids and gasesbased on combinations of two principles.”传感器和制动器 A：物理 73.1-2（1999）：7-13（Thermal flow sensor for liquids and gases based on combinations of twoprinciples. Sensors and Actuators A: Physical 73.1-2 (1999): 7-13.）中描述的与另一技术结合的热飞行时间流量传感器。

-例如在Xiaozhong Wu等人的US 7,797,997（优先权2007年8月24日）中描述的热飞行时间流量传感器