热传感器的感测表面上的污染的检测制造技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
热传感器的感测表面上的污染的检测
本专利技术涉及一种热传感器，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。本专利技术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。
技术介绍
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WO01/98736A1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EP2930475A1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WO02/073140A2、EP3037791A1或US9,612,146B2)。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，US4,478,076)。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EP3367087A2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。EP1065475A2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。EP1965179A1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。
技术实现思路
本专利技术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，该目的通过本专利技术的热传感器来实现。本专利技术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。根据本专利技术的第一方面，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。因本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：/n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；/n至少一个温度传感器；以及/n处理电路(50)，其被配置成执行以下步骤：/n引起供应至所述有源元件(41)的电力的变化；/n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；/n分析响应于所述电力的变化的所述热参数的瞬态行为；/n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。/n

【技术特征摘要】
20181220 EP 18214753.81.一种热传感器，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·霍尔农，安德里亚斯·鲁格，哈里·菲吉，卢卡斯·胡伯，
申请(专利权)人：盛思锐股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH