[发明专利]比率计装置以及包括用于比率测量的指令的制品

说明书

一个示例公开了一种比率计装置，包括：电流源，其具有第一电流、与第一电流不同的第二电流以及电流选择程序；传感器装置，其响应于气体以及具有响应于第一电流的传感器冷温度T(cold，sens)以及响应于第二电流的传感器热温度T(hot，sens)；以及基准装置，其具有响应于第一电流的基准冷温度T(cold，ref)以及响应于第二电流的基准热温度T(hot，ref)；并且其中，该比率计装置包括基于T(cold，sens)、T(hot，sens)、T(cold，ref)和T(hot，ref)的温度差比率输出。

本专利申请涉及比率计装置以及包括至少一个非暂态有形机器可读存储介质的制品，该非暂态有形机器可读存储介质包含用于比率测量的可执行机器指令。

本专利申请的目的是提供一种比率计装置和包括至少一个非暂态有形机器可读存储介质的制品，该非暂态有形机器可读存储介质包含用于比率测量的可执行机器指令用于实现高精确度。

US 2003/0235925 A1示出了用于检测空气和其他气体中的水蒸气的传感器，尤其可燃传感器(flammable sensor)。例如，图1的感测电路100利用热导率的变化来感测空气中的有机燃料水蒸气浓度的量。电路100总体包括四个电阻器102、104、106和108，其以微桥配置被布置。通常在通过将至少一个微桥加热至不同的温度水平来提供的两个不同的温度下感测热导率。所获得的信号的比率被形成和表示为水蒸气比率。热导率由水蒸气比率产生。

US 2009/0133472 A1示出了用于检测混合有大气包括水分的气体的浓度的气体传感器。使生热元件1与所检测的气体接触，以测量热导率的变化(参见图1)。该传感器包括基准电压生成电路9，其可以经由开关10与恒定电流供给电路11连接。供给电路给基准电阻器2和感测电阻器1供给电流。从电压测量部5导出热导率。应用报告SBAA110-2014年3月“understanding ratiometric conversions”包括比率计测量技术的概述。

通过独立权利要求的主题来解决该目的。在从属权利要求中描述另外的实施方式。

在稳态热导率/电阻率测量的一个示例中，所测量的热导率的精确度通常取决于精确测量的温度和控制良好的功率消耗。通过焦耳热，当加热电阻器在周围环境内消耗功率(P)时，加热器和周围环境之间所生成的温度差(ΔT)与它们之间的热电阻(θ)成正比，如等式(1)所述：

ΔT＝P×θ (1)。

该技术可以表征与气体属性有关的各种类型的气体和/或参数。例如，当悬挂的热线被周围的气体混合物包围时，气体混合物在热线和其周围之间形成一定的热电阻，因此导致热线和周围之间存在一定的温度差。气体组成的任何变化将改变加热器与其周围之间的热电阻，这最终导致加热器的略有不同的稳态温度。

为了准确测量热电阻，一个前提条件是所消耗的功率需要保持非常稳定或需要非常精确地被测量。对于一些气体(例如CO₂)，稳定性要求会是基本要求。在热电阻测量的一些实施方式中，通过测量加热器的(温度相关的)电阻来实现温度测量。测量这种电阻的三种示例技术紧随其后。

用于测量电阻的第一示例技术通过在双斜率RDC中测量具有相同标称电阻的传感器电阻器和基准电阻器来执行。然而，该方法不考虑传感器电阻器和基准电阻器内的标称电阻的实际失配。此外，还需要两个稳定的电压基准，以便在双斜率转换器中生成两个极性电流。

在用于测量电阻的第二示例技术中，采用包括具有相反特性的一对电阻器的差分电阻式传感器。这类解决方案刚好包括差分电阻-数字转换器和差分电阻-时间转换器两者。与第一示例技术相比，该解决方案的一个优点是灵敏度和SNR增加。然而，两个电阻器的匹配仍然是一个问题。

在用于测量电阻的第三示例技术中，使用附加消除电路以将基线电阻存储在模拟存储器中。该技术不具有前两者的电阻器匹配问题，但是需要模拟存储器来提供从附加校准阶段获取的基线电阻值。此外，基线消除电路中的晶体管的匹配也影响最终结果的精确度。