[发明专利]用于确定天然气热容量的传感器

说明书

本公开涉及一种用于确定天然气的热容量的传感器装置。该传感器装置包括基板(1)、设置在基板(1)中的凹部或开口(2)、第一加热部件(11)和第一感测部件(31)。第一加热部件(11)包括第一加热结构(21)和温度传感器，并且第一感测部件(31)包括温度传感器。该传感器装置被配置成在第一测量温度处以及在第二测量温度处测量天然气的热导率。该传感器装置被配置成确定热导率的温度依赖函数的第一温度系数(特别地是恒定温度系数)和第二温度系数(特别地是线性温度系数)，以及基于拟合函数确定天然气的热容量。该拟合函数依赖于第一温度系数、第二温度系数。

技术领域

本发明涉及一种用于确定天然气的热容量的传感器装置。

本发明的另外的方面涉及一种传感器系统，该传感器系统包括气体流量传感器和用于确定天然气的热容量的传感器装置。其他方面涉及用于操作传感器装置的相应方法和相应的计算机程序产品。

背景技术

US 2014/0208830描述了一种气体传感器，该气体传感器具有跨越硅基板中的开口的膜。该膜形成热板并具有集成的钨加热器。此外，通过介电层与钨加热器隔开的铂层形成电极，所述电极用于测量感测材料贴片的电阻。

使用热膜传感器测量流体的热导率，例如为在WO 0118500 A1或在EP 1426740 B1中所述。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于测量天然气的热性质的传感器。

根据本发明的第一方面的实施例，提供了一种用于确定天然气的热容量的传感器装置。该传感器装置包括：基板；设置在基板中的凹部或开口；第一加热部件和第一感测部件，这两者都延伸跨过所述凹部或开口；以及控制电路。第一加热部件包括第一加热结构和温度传感器，并且第一感测部件包括温度传感器。传感器装置被配置成：在第一测量步骤，将第一加热结构加热至第一加热温度，并在第一测量步骤，通过第一感测部件的温度传感器来测量第一感测部件处的与第一加热结构的加热有关的温度变化，从而在第一测量温度处对天然气的热导率进行测量。传感器装置还被配置成：在第二测量步骤，将第一加热结构加热至第二加热温度，并在第二测量步骤，通过第一感测部件的温度传感器来测量第一感测部件处的与第一加热结构的加热有关的温度变化，从而在第二测量温度处对天然气的热导率进行测量。第二加热温度不同于第一加热温度。传感器装置被配置成：确定热导率的温度依赖函数的第一温度系数，第一温度系数特别地是恒定温度系数，特别地是非零恒定温度系数。传感器装置被配置成：确定热导率的温度依赖函数的第二温度系数，第二温度系数特别地是线性温度系数。传感器装置还被配置成：基于拟合函数来确定天然气的热容量。拟合函数依赖于第一温度系数和第二温度系数。

这样的传感器装置提供了一种改进的热容量测量的准确性。本发明的实施例基于发明人的发现，不仅通过测量热导率，还测量热导率的温度依赖性的参数，即温度依赖函数的至少第一温度系数和第二温度系数，可大大提高热容量的测量准确性。更特别地，传感器装置使用拟合函数，该拟合函数将至少第一温度系数和第二温度系数作为输入，并提供天然气的相应的热容量作为输出。换句话说，拟合函数提供了所测量的第一温度系数和第二温度系数与热容量之间的映射。

拟合函数可以例如通过数值方法从以下数据库导出：该数据库包含天然气的热导率的第一温度系数和第二温度系数与相应的热容量的多个输入数据对。例如，可以使用最小均方法。可以针对天然气的各种成分来确定拟合函数。拟合函数也可以表示为相关函数。

基板可以是例如硅基板，并且该基板形成传感器的机械框架。该基板可以可选地包括集成在基板上的电路，特别地是CMOS电路，并且更特别地是适于控制加热结构并适于读出传感器的CMOS电路。