專利名稱：具有公共參考臂的可變電阻傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電阻傳感器，特別涉及具有獨立的上游和下游電路的質量流量傳感器，獨立的上游和下游電路能夠檢測流體的質量流率，并至少共用公共參考臂的一部分。
背景技術：
在相當多種應用中使用質量流量傳感器來測量氣體或者其他流體的質量流率。一種可以使用質量流量傳感器的應用是質量流量控制器。在傳統(tǒng)的質量流量控制器中，在主流體流動通道中流動的流體的質量流率是根據(jù)被分流到形成質量流量傳感器的一部分、通常較小的導管中的一部分流體的質量流率被調節(jié)或控制的。假設在主流動通道和傳感器的導管中均是層流，則可以根據(jù)通過傳感器導管流動的流體的質量流率來確定(以及調節(jié)或控制)在主流動通道中流動的流體的質量流率。
傳統(tǒng)上使用兩種不同類型的質量流量傳感器恒流質量流量傳感器和恒溫質量流量傳感器。圖1示出恒流質量流量傳感器的一個例子。在圖1中，流體在傳感器管道或導管中沿箭頭X的方向流動。具有較大的熱電阻系數(shù)的加熱電阻器或“線圈”R1和R2分別在傳感器導管的上游和下游部分被置于傳感器導管的周圍，并從恒流源901給其提供恒定電流I。恒定電流通過線圈R1和R2流動的結果是沿著線圈產(chǎn)生了電壓了V1和V2。電壓V1和V2之間的差(V1-V2)被從差分放大器902取出，其中，放大器902的輸出與通過傳感器導管的流體的流率成比例。
在零流率時，圖1的電路被配置成使得線圈R1的電阻值(因而溫度)與線圈R2的電阻值(和溫度)相等，且放大器902的輸出為零。當流體在傳感器導管中流動時，由線圈R2所產(chǎn)生并傳遞到流體的熱量被帶向R1。此流體流動的結果是線圈R2的溫度下降而線圈R1的溫度上升。由于沿著這些電阻中的每一個下降的電壓和它們的溫度成比例，所以隨著增大的流體流率，電壓V1增大，電壓V2下降，電壓的差和通過傳感器導管的流體的質量流率成比例。
恒流質量流量傳感器的優(yōu)點是它能在較寬的溫度范圍上工作，結構上相對簡單，并且對進入傳感器導管的流體的環(huán)境溫度中的變化有響應。當進入傳感器導管的流體的環(huán)境溫度變化時，每一個線圈R1和R2的電阻也變化。但是，響應流體流率的變化，線圈R1和R2的溫度需要相對較長的時間才穩(wěn)定。
經(jīng)常使用的另一類型的質量流量傳感器是恒溫質量流量傳感器，圖2到圖4示出了它的例子。如圖2中的恒溫質量流量傳感器中所示，加熱電阻器或“線圈”R1A和R1B分別被置于傳感器導管的上游和下游部分的周圍，流體通過傳感器的導管沿著箭頭X的方向流動。如同圖1的恒流量傳感器，上游和下游線圈R1A和R1B中的每一個都具有較大的熱電阻系數(shù)。每一個線圈R1A和R1B的電阻(因而溫度)被單獨且獨立的電路固定到相同的預定值，該預定值分別由電阻器R2A、R3A、R4A以及電阻器R2B、R3B、R4B的值支配。提供控制電路，用于將每一個線圈R1A、R1B保持在相同的、不依賴于通過傳感器導管的流體的流率的預定電阻值(因而溫度)。
在沒有流體流動時，圖2的電路被配置成使得每一個下游和上游線圈R1A和R1B的電阻(因而溫度)被設置到相同的預定值，電路的輸出為零。當流體在傳感器導管中流動時，來自上游線圈R1B的熱量被帶向R1A。結果，將下游線圈R1A保持在固定的溫度比將上游線圈R1B保持在同一固定溫度需要更少的能量。將每個線圈R1A和R1B保持在預定的溫度所需的能量的差別被測量，并與通過傳感器導管流動的流體的質量流率成比例。
針對圖2所描述的恒溫質量流量傳感器也相對容易制造。此外，圖2的電路在響應進入傳感器導管的流體的質量流率的變化時比針對圖1所描述的恒流質量流量傳感器更快地穩(wěn)定。但是，由于每一個傳感器線圈R1A和R1B均被設置并保持在不依賴于流入傳感器導管的流體的環(huán)境溫度的預定溫度，因此，當流入傳感器導管的流體的環(huán)境溫度升高時就產(chǎn)生了問題。具體來說，當流入傳感器導管的流體的環(huán)境溫度接近由上游和下游線圈所保持的預定溫度時，線圈失去了它分辨流體的流率差別的能力，并且，當流體的環(huán)境溫度升高超過此預定溫度時，致使傳感器無法工作。
為了克服這些缺點，已經(jīng)提供了很多其他的恒溫質量流量傳感器。例如，圖3的電路提供了至少在某種程度上能夠對氣體或流體的環(huán)境溫度的變化做出響應的恒溫質量流量傳感器。R1B和R2B仍舊是具有較大的熱電阻系數(shù)的下游和上游溫度傳感線圈。但是，不同于像圖2的電路中那樣將線圈的溫度保持在預定的恒定值，圖3的電路將傳感器線圈R1B、R2B的溫度保持在一個超過流入傳感器導管的流體的環(huán)境溫度的溫度。這通過插入附加的線圈R3B、R4B來實現(xiàn)，線圈R3B、R4B具有和每一個上游和下游電路中的傳感器線圈R1B、R2B類似的電阻系數(shù)。當流體的環(huán)境溫度變化時，線圈電阻R3B、R4B串聯(lián)加入溫度設置電阻器R5B、R6B導致將溫度升高到超過流入傳感器導管的流體的環(huán)境溫度的溫度，上游和下游電阻線圈被保持在此溫度。如圖2的電路中一樣，由每一個下游和上游電路所提供的用于將線圈R1B、R2B的溫度保持在相同的溫度的能量的差別與通過傳感器導管的流體的質量流率成比例。
本領域普通技術人員應當理解，為使圖3的電路正常工作，下游電路中的每一個元件的值和熱工特性與上游電路中的對應元件的值和熱工特性匹配很關鍵。因此，下游和上游線圈R1B、R2B的電阻必須具有相同的值和相同的熱電阻系數(shù)。此外，電阻器R3B必須具有和電阻器R4B相同的值和相同的(理想大)熱電阻系數(shù)，電阻器R5B必須具有和電阻器R6B相同的值和相同的(零最理想)熱電阻系數(shù)，電阻器R7B必須具有和電阻器R10B相同的值和相同的(零最理想)熱電阻系數(shù)，電阻器R9B必須具有和電阻器R8B相同的值和相同的(零最理想)熱電阻系數(shù)，并且放大器911和912必須具有相同的工作和溫度特性。
盡管加入了電阻器R3B和R4B，圖3的電路的問題是當流入傳感器導管的流體的環(huán)境溫度上升時，傳感器變得較不準確，因為上游和下游線圈的溫度之間的比例差別相對于流體的環(huán)境溫度變得更小。另外，漂移也導致了問題，因為傳感器在一個溫度的標定在沒有某種補償電路時不一定允許其在其他的環(huán)境溫度使用。
為了解決一部分上述問題，美國專利NO.5,401,912公開了一種恒溫升(超過環(huán)境)質量流量傳感器，圖4中示出了它的一個例子。圖4的電路工作，將上游和下游傳感器線圈R2、R1保持在超過流入傳感器導管的流體的環(huán)境溫度的預定值。除了圖2的具有基本為零的熱電阻系數(shù)的固定值電阻器R3A和R3B分別被具有較大和特定值熱電阻系數(shù)的電阻器R5和R6所替代以外，圖4的電路和圖2的電路是相同的。這些改變的結果是圖4的電路據(jù)稱保持超過流入傳感器導管的流體的環(huán)境溫度的恒溫升。如圖4中所示的這樣的質量流量傳感器因此被稱為恒溫差(constant temperature difference)(超過環(huán)境)或恒溫升(超過環(huán)境)質量流量傳感器。
上述恒溫質量流量傳感器中的每一個都采用了單獨和獨立的上游和下游電路來把上游和下游線圈的溫度設置到特定值，或者設置到超過流入傳感器導管的流體的環(huán)境溫度的特定值。這些電路的缺點是它們要求上游和下游電路中對應電路元件(即電阻器、線圈和放大器)的緊密匹配。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，提供了包括具有第一可變阻值電阻器的第一電阻橋電路和具有第二可變阻值電阻器的第二電阻橋電路的傳感器。根據(jù)一個實施例，第一和第二電阻橋電路共用設置第一和第二可變電阻器的電阻的公共參考臂。公共參考臂也可以被可切換地連接到第一和第二電阻橋電路其中之一。根據(jù)另一實施例，第一和第二電阻橋電路僅僅共用設置第一和第二可變電阻器的電阻的參考臂的一部分。在這個實施例中，設置第一和第二可變電阻器的電阻的那部分公共參考臂也可以被可切換地連接到第一和第二電阻橋電路其中之一。
根據(jù)一個實施例，傳感器包含第一電路、第二電路、分壓器和至少一個開關。第一電路包括具有響應物理性質的改變變化的第一電阻的第一電阻器。第二電路包括具有響應物理性質的改變變化的第二電阻的第二電阻器。至少一個開關具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)。至少一個開關的第一狀態(tài)把分壓器在電氣上連接到第一電路，以設置第一電阻器的電阻，并且，至少一個開關的第二狀態(tài)把分壓器在電氣上連接到第二電路，以設置第二電阻器的電阻。
根據(jù)另一個實施例，傳感器包含第一放大器和第二放大器，每個放大器都具有第一輸入、第二輸入和輸出、第一電阻器和第二電阻器，以及分壓器。第一電阻器在電氣上被與第一可變電阻器串聯(lián)連接在第一放大器的輸出和參考端之間，其中，第一電阻器在電氣上被連接在第一放大器的第一輸入和第一放大器的輸出之間，第一可變電阻器在電氣上被連接在第一電阻器和參考端之間。第二電阻器電器上被與第二可變電阻器串聯(lián)連接在第二放大器的輸出和參考端之間，第二電阻器在電氣上被連接在第二放大器的第一輸入和第二放大器的輸出之間，而第二可變電阻器在電氣上被連接在第二電阻器和參考端之間。分壓器具有被可切換地連接到第一放大器的輸出和第二放大器的輸出其中之一的輸入，和被可切換地連接到第一放大器的第二輸入和第二放大器的第二輸入其中之一的輸出。當分壓器的輸入被連接到第一放大器的輸出，并且分壓器的輸出被連接到第一放大器的第二輸入時，分壓器的輸出設置第一可變電阻器的電阻；當分壓器的輸入被連接到第二放大器的輸出并且分壓器的輸出被連接到第二放大器的第二輸入時，分壓器的輸出設置第二可變電阻器的電阻。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提供了和一對橋電路一起使用的一種方法。每個橋電路具有包括固定電阻器和可變電阻器的傳感器臂和設置可變電阻器的電阻的參考臂。該方法包含在第一和第二電路之間共用至少參考臂的一部分來匹配可變電阻器的電阻的操作。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提供了用于測量流體的流率的流量傳感器。流量傳感器包含第一可變電阻器；第二可變電阻器，當流體的流動處于第一方向時，第二可變電阻器被置于第一可變電阻器的下游；第一電路，它在電氣上被耦合到第一可變電阻器，以提供指示提供給第一可變電阻器的功率的第一信號；第二電路，它在電氣上被耦合到第二可變電阻器，以提供指示提供給第二可變電阻器的功率的第二信號；和第三電路，用于接收第一和第二信號，并提供指示第一和第二信號之間的差的輸出信號。當流體的流動是第一方向時，輸出信號的范圍與當流體的流動是與第一方向相反的第二方向時的輸出信號的范圍對稱。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方案，提供了一種測量流體的流率的流量傳感器。流量傳感器包含第一可變電阻器、第二可變電阻器、第一電路、第二電路和電源電路。第一電路在電氣上被耦合到第一可變電阻器，以提供指示提供給第一可變電阻器的功率的第一信號。第二電路在電氣上被耦合到第二可變電阻器，以提供指示提供給第二可變電阻器的功率的第二信號。第三電路接收第一和第二信號，并提供指示第一和第二信號之間的差的輸出信號。電源電路在電氣上被耦合到第一和第二電路中的至少一個，以便依據(jù)流體的流率，給第一和第二電路中的至少一個提供可變數(shù)量的功率。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方案，提供了一種檢測流量傳感器中的高流動狀況的方法。該方法包括操作在流量傳感器的當前工作溫度下，確定預期的零流動信號；根據(jù)預期的零流動信號，確定閾值；確定由流量傳感器在流量傳感器的當前工作溫度下所測得的實際流動信號；將由流量傳感器測得的實際流動信號與閾值比較；和當實際流動信號超過閾值時，確定高流動狀況存在。


圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術的恒流質量流量傳感器；圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術的恒溫質量流量傳感器；圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術的能夠對流體的環(huán)境溫度中的變化做出響應的恒溫質量流量傳感器；圖4是根據(jù)現(xiàn)有技術的另一種能夠對流體的環(huán)境溫度中的變化做出響應的恒溫質量流量傳感器；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的恒溫質量流量傳感器的概括原理圖，傳感器包括共用公共參考臂的上游和下游電阻橋電路；
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的恒溫質量流量傳感器的概括原理圖，其中，公共參考臂包括可編程分壓器；圖7是示出根據(jù)圖6的恒溫質量流量傳感器的一個示范性實施的詳細原理圖；圖8是示出恒溫質量流量傳感器的另一個示范性實施的詳細原理圖，其中，公共參考臂包括可編程分壓器；圖9A是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的恒溫質量流量傳感器的概括原理圖，其中，上游和下游電阻橋電路僅僅共用公共參考臂的一部分；圖9B是示出根據(jù)圖9A的恒溫質量流量傳感器的一個示范性實施的詳細原理圖；圖10是流量傳感器放大器電路的詳細原理圖，該電路可以與圖5到圖9的實施例中的任何一個一起使用，提供具有對稱的不依賴于通過質量流量傳感器的流動方向的范圍的流動信號；圖11是可以與圖5到圖9的實施例中的任何一個一起使用的可變輸出電源的詳細原理圖。
具體實施例通過下列應當結合附圖閱讀的詳細說明，將對本發(fā)明的實施例有更為徹底地了解。
圖5、圖6、圖7和圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的很多不同的質量流量傳感器。在圖5、圖6、圖7和圖8的每一個中，參考標記RU代表上游線圈或電阻器，參考標記RD代表下游線圈或電阻器。和現(xiàn)有技術傳感器電路一樣，線圈RU和RD被置于傳感器導管(未示出)周圍的間隔開的位置，流體通過傳感器的導管流動。如此處所定義的，術語流體(fluid)包括處于固、液或氣態(tài)的任何材料或者材料的組合。
每個線圈RU和RD均具有較大并且基本相同的熱電阻系數(shù)，以使每個線圈RU、RD的電阻隨溫度變化。盡管上游和下游線圈RU和RD在這里被稱為“線圈”，但是應當理解，本發(fā)明不局限于此。例如，上游和下游線圈不需要是被繞在傳感器導管的外部的線圈，而可以由簡單地貼附在傳感器導管的外部的熱敏電阻器構成。這樣的熱敏電阻器不需要具有線圈的形狀，因為它們可能是蛇形或帶形。此外，上游和下游線圈不需要被置于傳感器管道的外部，因為對于某些流體，例如空氣，線圈可以被置于傳感器導管內(nèi)。此外，盡管本發(fā)明的實施例是根據(jù)質量流量傳感器來描述的，但是本發(fā)明不局限于此，因為本發(fā)明的方案可以在其他的應用中使用，在這些應用中，電阻橋電路的臂的電阻的變化指示了隨電阻變化的性質的改變。
盡管根據(jù)本發(fā)明的實施例的質量流量傳感器使用單獨的上游和下游電阻橋電路來把上游和下游線圈的電阻和溫度設置到相同的值，上游和下游電路至少共用公共參考臂的一部分。結果，本發(fā)明的實施例不要求圖2到圖4的單獨的上游和下游電路中所要求的部件值和特性的緊密匹配。此外，在參考臂的共用和公共部分包括可編程分壓器的那些實施例中，可以改變上游和下游線圈被設置到的電阻的范圍，以適應較寬范圍的環(huán)境溫度。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的質量流量傳感器的簡化的原理圖。傳感器電路包括用于設置電阻，因而分別設置了上游線圈RU和下游線圈RD的溫度的上游電阻橋10和下游電阻橋20。上游和下游電路10、20共用公共參考臂30，在圖5中所畫出的實施例中，公共參考臂30包括串聯(lián)的電阻器R1和R2。
上游電路10包括第一放大器U1和在電氣上連接在第一放大器U1的輸出和參考端之間、串聯(lián)連接的第一電阻器RUR和第一可變電阻器RU(上游線圈)。串聯(lián)連接的電阻器RU2和電容器CU2在電氣上連接在第一放大器U1的輸出和第一放大器U1的反相(-)輸入之間。另一電阻器RU1在電氣上連接在第一電阻器RUR和第一可變電阻器RU的中點和第一放大器U1的反相輸入之間。取值相對較大的電容器CU1在電氣上被連接在第一放大器U1的非反相(+)輸入和參考端之間。當公共參考臂30在電氣上被連接到下游電路20時，電容器CU1保持電壓存在于第一放大器U1的非反相輸入處。
下游電路20類似于上游電路10。下游電路20包括第二放大器U2和被連接在第二放大器U2的輸出和參考端之間的第二電阻器RDR串聯(lián)第二可變電阻器RD的串聯(lián)連接。第二放大器U2的反相(-)輸入通過電阻器RD1在電氣上被連接到串聯(lián)連接的第二電阻器RDR和第二可變電阻器RD的中點，電阻器RD2和電容器CD2串聯(lián)，在電氣上被連接在第二放大器U2的輸出和第二放大器U2的反相輸入之間。第二放大器U2的非反相(+)輸入在電氣上被連接到取值較大、被連接到參考端的電容器CD1。
如圖5所示，電路還包括公共參考臂30，公共參考臂30包括與第二電阻器R2電氣上串聯(lián)的第一電阻器R1，電阻器R1被可切換地連接到上游和下游電路10、20中的每一個。公共參考臂R1、R2把電阻值設置到上游線圈RU和下游線圈RD被設置到的值，并起到分壓器的作用。開關1A和2A被分別連接在由串聯(lián)的R1和R2構成的分壓器的輸入和第一和第二放大器U1、U2的輸出之間。開關1B和2B均分別被連接在分壓器的輸出和第一和第二放大器的非反相輸入之間。開關1A和1B以及開關2A和2B協(xié)同工作，以使開關1A和1B以及開關2A和2B均同時打開或同時閉合。
在工作過程中，開關1A和1B以及開關2A和2B也可以打開或閉合，以便將公共參考臂30連接到上游和下游電路10、20其中之一。在公共參考臂未被連接到上游電路(即當開關1A、1B打開時)的時間間隔期間，電容器CU1保持第一放大器U1的非反相輸入上的電壓電平。類似地，在公共參考臂未被連接到下游電路(即當開關2A、2B打開時)的時間間隔期間，電容器CD1保持第二放大器U2的非反相輸入端上的電壓電平。
在工作中，傳感器電路作為共用公共參考臂的兩個恒溫驅動電路運轉。開關1和開關2被快速地切換，以便把參考臂30(R1和R2)交替地連接到上游和下游電路。當對應的開關打開時，CU1和CD1保持采樣的參考反饋(sampled reference feedback)。第一放大器U1伺服使得RU/RUR＝R2/R1。第二放大器U2伺服使得RD/RDR＝R2/R1。其他的放大器(未在圖5中示出)在串聯(lián)連接的第一電阻器RUR和第一可變電阻器RU之間，以及串聯(lián)連接的第二電阻器RDR和第二可變電阻器RD之間拾取上游和下游電壓電平VU和VD。然后電壓電平VU和VD可以被用來提供指示通過導管的流體的流率的信號，上游和下游線圈RU、RD被置于導管周圍或導管內(nèi)。例如，在一個實施例中，比值VU-VD/VD提供了指示流體流率的信號，盡管，如下面詳細討論的那樣，也可以使用電壓電平VU和VD的其他比較。圖5中所示的剩余部件，即RU1、RU2、CU2、RD1、RD2和CD2用于穩(wěn)定第一和第二放大器U1和U2。
應當理解，因為上游和下游電路10、20共用包括相同部件的公共參考臂30，圖5的傳感器電路不需要緊密地匹配這些部件。即，因為上游和下游電路都共用了參考臂同樣的部件，所以那些部件一定是匹配的。這樣，在圖5的電路中，盡管RUR比RDR的比值應當穩(wěn)定，并且RUR和RDR的電阻最好具有相同的值，但是并不需要它們絲毫不差地匹配。還應當理解，在圖5的原理圖中，開關1和開關2僅應該在由公共參考臂構成的分壓器已經(jīng)有機會穩(wěn)定之后才閉合。盡管圖5中所畫出的傳感器電路可能具有某些開關噪聲，但是可以通過以適當?shù)念l率，例如以接收電壓電平VU和VD的A/D轉換器(未示出)的奈奎斯特頻率(在使用這樣的A/D轉換器時)，或以低于這個頻率來切換開關來適當?shù)乜刂圃撛肼暎@對本領域熟練技術人員是公知的。
還應當理解，雖然圖5中簡化的原理圖在功能上描述了傳感器電路的工作，但是，可以以多種方法對電路進行修改。例如，為了給上游和下游線圈提供適量的電流，可能需要高功率放大器。另外，第一和第二放大器U1和U2的輸出可以在電氣上被連接到大輸出晶體管，以便提供適量的電流。此外，本發(fā)明不局限于使用四個開關1A、1B和2A、2B，因為可以使用更少的開關。還應當理解，在各種實施中，可以用可編程分壓器代替由R1和R2構成的公共參考臂30。這樣，通過可編程分壓器的適當控制，可以提供可編程溫升傳感器驅動器。現(xiàn)在針對圖6描述包括可編程分壓器的流量傳感器的實施例。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的質量流量傳感器，其中，在第一和第二放大器U1和U2中的每一個的輸出處分別提供了大輸出晶體管60、61。圖6的電路還包括可以被用來給電壓信號VU和VD提高更大的量程的放大器或量程電路40。在圖6中所畫出的實施例中，電壓信號VU和VD被提供給A/D轉換器50。
和圖5的實施例大不相同，圖6的傳感器僅包括兩個用來將公共參考臂30(由電阻器R1和R2構成)可切換地連接到上游和下游電路10、20中的一個或者另一個的開關，開關A和開關B。在圖6中所示的位置，開關A和B都被連接到上游電路10，盡管在不同的時刻，它們可以被切換，連接到下游電路20。
與圖5的包括構成公共參考臂30的固定分壓器的傳感器電路更為不同的是，圖6的電路包括可編程分壓器。特別地，如圖6所示，溫度信號被提供給第三開關C，第三開關C連接分壓器的輸出和參考端之間的一個或更多的電阻器。當開關C處于閉合狀態(tài)(即，被連接到被標記為R2’和R2”的電阻器之間的中點)時，由分壓器的輸出提供的電壓和R2’/(R1+R2’)成比例，而當開關C處于打開位置，或被連接到電容器CD1時，分壓器的輸出和(R2’+R2”)/(R1+R2’+R2”)成比例。通過給開關C提供脈沖寬度調制信號，可以提供來自分壓器的處于這些值之間的輸出電壓，分壓比由脈沖寬度調制信號的頻率和持續(xù)時間調整。和上面針對圖5所描述的實施例一樣，盡管RUR比RDR的比值應當穩(wěn)定，并且RUR和RDR的電阻最好具有相同的值，但是不要求它們絲毫不差的匹配。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的質量流量傳感器的一種示范性實施的原理圖。在圖7中，執(zhí)行與上面針對圖5和圖6所描述的類似的功能的那部分電路被用相同的參考標記指示。例如，在圖7中，第一放大器U1可以由放大器U53-A、電容器C71電阻器R159、晶體管Q1和電阻器R153的組合構成。類似地，下游放大器U2由放大器U53-B、電容器C105、電阻器R160、晶體管Q2和電阻器R163和R154的組合構成。
在圖7中，電阻器RUR由很多取值類似的電阻器的并聯(lián)組合構成，以獲得電阻值的所需的精度，對應的電阻器RDR也一樣。應當理解，可以提供其他的提供這些電阻器的方法，因為本發(fā)明的實施例不局限于所示的特定實施。
圖7中的公共參考臂仍由R1和R2的串聯(lián)組合構成。但是，在圖7的原理圖中，可以設置分壓器的輸出來提供較寬范圍的值。特別地，根據(jù)提供給晶體管Q3的粗略(原文為course，可能coarse拼寫錯所致)電阻調整信號PWM_ICOARSE和提供給晶體管Q4的微細電阻調整信號PWM_IFINE，可以給電阻器R2提供一個范圍的電阻值。這樣，通過在頻率和持續(xù)時間方案適當?shù)卣{制提供給晶體管Q3和Q4的粗略和微細調整信號，可以提供一個范圍的電阻值。
開關1A和2A用來將由電阻器R1和R2的串聯(lián)組合構成的分壓器的輸入連接到上游和下游電路之一，而開關1B和2B用來將分壓器的輸出連接到第一和第二放大器U1和U2之一的非反相(+)輸入。在開關1B閉合的時間周期期間，電容器CU1被充電到值VU，并且在開關2B閉合的時間周期期間，電容器CD1被充電到值VD。通過提供在時間上相對于將分壓器的輸入選擇性地連接到第一和第二放大器其中之一的輸出的信號有延遲的采樣信號，分壓器在對上游和下游電壓電平VU和VD進行采樣之前有時間穩(wěn)定。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的質量流量傳感器的另一種示范性實施的原理圖。在圖8中，執(zhí)行與上面針對圖5、圖6和圖7所描述的類似的功能的那部分電路被用相同的參考標記指示。例如，在圖8中，第一放大器U1可以由放大器U53-A、電容器C71電阻器R159和電容器C146、晶體管Q1和電阻器R153的組合構成。類似地，下游放大器U2由放大器U53-B、電容器C105、電阻器R160和電容器C147、晶體管Q2和電阻器R154的組合構成。如同在圖7的實施例中一樣，晶體管Q1和Q2用來給每一個上游和下游線圈RU和RD提供足夠的電流。在圖8中，每一個電阻器RUR和RDR仍以和圖7類似的方式，由多個取值類似的電阻器的并聯(lián)組合構成以獲得電阻值的所需的精度。應當理解，可以提供其他的提供這些電阻器的方法，因為本發(fā)明的實施例不局限于所示的特定實施。
以和圖7的實施例類似的方式，圖8中的公共參考臂30包括可編程分壓器，可編程分壓器可用于提供較寬范圍的電阻值也即分壓比。但是，和圖7的實施例不同的是使用了單個乘法數(shù)模轉換器(D/A)電路，而在圖7中，可編程分壓器的輸出依照提供給單獨的晶體管Q3和Q4的脈沖寬度調制(PWM)控制信號PWM_ICOARSEA和PWM_IFINE變化。在圖8中，D/A轉換器電路包括U50-B、U4、U13-A和C109。在所示的實施例中，U4是16位乘法D/A轉換器，它將電壓電平轉換為電流。通過使用耦合到D/A轉換器U4的輸出的放大器U13-A，將電流轉換為可變輸出電壓。D/A轉換器電路伺服包括R27、R139和R166在內(nèi)的單個參考分壓器和緩沖放大器U50-A。采樣和保持電路(U32-A、R155和C111(CU1)；U32-B、R156和C112(CD1))中的每一個都被可切換地連接到可編程分壓器的輸出。參考圖5和圖6，電阻器R1可以和R166對應，而電阻R2可以和R139、R27和D/A轉換器電路的組合對應。
應當理解，圖8的實施例共享很多如圖7的實施例一樣的優(yōu)點，因為每個實施例均包括完全在上游和下游電路之間共用的公共參考臂30。給定相等的串聯(lián)上游電阻器(R168-R171)和下游電阻器(R172-R175)，兩個實施例都提供了上游和下游線圈電阻之間特別好的匹配。但是，圖8的實施例比圖7的實施例要快得多。例如，在一個實施中，圖7的實施例表現(xiàn)出大約為110ms的補償上升時間(從流體脈沖的上升沿的2％測量到98％)，但是注意，2％的點被從流體脈沖的上升沿延遲了大約30ms。這個延遲被認為是由包含在圖7的具有大約為50us的時間常數(shù)的采樣和保持電路(即U32-A、R155和C111(CU1)；U32-B、R156和C112(CD1))內(nèi)的RC濾波器的時間常數(shù)所造成的。與此不同，圖8的實施例的一個實施表現(xiàn)出大約為100ms的補償上升時間(從流體脈沖的上升沿的2％測量到98％)，但是從流體脈沖的上升沿到2％的點具有明顯較小的延遲。延遲的減小被認為歸功于包含在圖8的具有大約為0.33us的時間常數(shù)的采樣和保持電路(JU32-A、R155和C111(CU1)；U32-B、R156和C112(CD1))內(nèi)的RC濾波器的時間常數(shù)的減小。盡管圖8的實施例要比圖7的實施例要快得多，但是，圖7的實施例提供了圖8的實施例的成本較低的替代方案。此外，應當理解，圖7的實施例的響應時間仍舊大約是傳統(tǒng)質量流量傳感器的兩倍。
圖9A和圖9B示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種方案的質量流量傳感器，其中，只有一部分參考臂對于上游和下游電路10、20是公用的。和圖5、6、7和8中的每一個一樣，參考標記RU代表上游線圈或電阻器，參考標記RD代表下游線圈或電阻器。如先前所描述的那樣，線圈RU和RD可以被置于例如傳感器導管(未示出)周圍間隔開的位置，流體通過傳感器導管流動，每一個線圈RU和RD具有較大而且基本相同的熱電阻系數(shù)，以使每一個線圈RU、RD的電阻隨著溫度變化。還應當理解，盡管上游和下游線圈被稱為“線圈”，但是本發(fā)明不局限于此。此外，盡管本發(fā)明的實施例是根據(jù)質量流量傳感器來描述的，但是本發(fā)明不局限于此，因為本發(fā)明的方案可以在其他的應用中使用，在這些應用中，電阻橋電路的臂的電阻的變化指示了隨電阻變化的性質的改變。
圖9A示出了質量流量傳感器的簡化的原理圖，其中，僅有一部分參考臂在單獨的上游和下游電阻之間共用。傳感器包括用于分別設置上游線圈RU和下游線圈RD的電阻，從而設置其溫度的上游電阻橋電路10和下游電阻橋電路20。
上游電路10包括第一放大器U1和在電氣上連接在第一放大器U1的輸出和參考端之間、串聯(lián)連接的第一電阻器RUR和第一可變電阻器RU(上游線圈)。串聯(lián)連接的電阻器RU2和電容器CU2在電氣上連接在第一放大器U1的輸出和第一放大器U1的反相(-)輸入之間。另一電阻器RU1在電氣上連接在第一電阻器RUR和第一可變電阻器RU的中點和第一放大器U1的反相輸入之間。取值相對較大的電容器CU1在電氣上被連接在第一放大器U1的非反相(+)輸入和參考端之間。電阻器R2U與電容器CU1并聯(lián)在第一放大器U1的非反相(+)輸入和參考端之間。電阻器R2U構成了上游電路10的參考臂的一部分。
下游電路20類似于上游電路10。下游電路20包括第二放大器U2和被連接在第二放大器U2的輸出和參考端之間的第二電阻器RDR串聯(lián)第二可變電阻器RD的串聯(lián)連接。第二放大器U2的反相(-)輸入通過電阻器RD1在電氣上被連接到串聯(lián)連接的第二電阻器RDR和第二可變電阻器RD的中點，和電阻器RD2串聯(lián)的電容器CD2在電氣上被連接在第二放大器U2的輸出和第二放大器U2的反相輸入之間。第二放大器U2的非反相(+)輸入在電氣上被連接到取值較大、被連接到參考端的電容器CD1，并且電阻器R2D被與電容器CD1并聯(lián)在第二放大器U2的非反相(+)輸入和參考端之間。電阻器RD2構成了下游電路20的參考臂一部分。
如圖9A所示，電路還包括公共電阻器R1，R1通過各個開關1A和2A可以被可切換地連接到上游和下游電路10、20其中之一。公共電阻器R1通過開關1B和2B在電氣上和電阻器R2U或R2D之一串聯(lián)，構成了每一個上游和下游電路10、20的參考臂。由R1與R2U和R2D之一串聯(lián)所構成的參考臂將電阻值設置到上游線圈RU和下游線圈RD被設置到的值，并且起到分壓器的作用。如圖所示，開關1A和2A分別被連接在由R1與R2U和R2D之一串聯(lián)所構成的分壓器的輸入和第一和第二放大器U1、U2的輸出之間。開關1A和1B以及開關2A和2B協(xié)同工作，以使開關1A和1B以及開關2A和2B均同時打開或同時閉合。
在工作過程中，開關1A和1B以及開關2A和2B也可以打開或閉合，以便將公共電阻器R1連接到上游和下游電路10、20之一。在公共電阻器R1未被連接到上游電路10(即當開關1A、1B打開時)的時間間隔期間，電容器CU1保持第一放大器U1的非反相輸入上的電壓電平。類似地，在公共電阻器R1未被連接到下游電路20(即當開關2A和2B打開時)的時間間隔期間，電容器CD1保持第二放大器U2的非反相輸入端上的電壓電平。
在工作中，傳感器作為共用參考臂的一部分的兩個恒溫驅動電路運轉。開關1和開關2被快速地切換以便把參考臂(R2U和R2D之一與R1)交替地連接到上游和下游電路。當對應的開關打開時，CU1和CD1保持采樣的參考反饋。第一放大器U1伺服使得RU/RUR＝R2U/R1。第二放大器U2伺服使得RD/RDR＝R2D/R1。其他的放大器(未在圖9A中示出)在串聯(lián)連接的第一電阻器RUR和第一可變電阻器RU之間，以及串聯(lián)連接的第二電阻器RDR和第二可變電阻器RD之間拾取上游和下游電壓電平VU和VD。然后，電壓電平VU和VD可以被用來提供指示通過導管的流體的流率的信號，上游和下游線圈RU、RD被置于導管周圍或導管內(nèi)。例如，在某些實施例中，比值(VU-VD)/VD或(VU-VD)/VU可以被用來提供指示流體的流率的信號。在下面更完整地描述的其他的實施例中，電壓電平VU和VD可以被組合，提供比值(VU-VD)/(VU+VD)，這個比值也指示了流體的流率，但是提供了具有對稱的不依賴于流體的流動方向的(流入，從上游線圈到下游線圈，或者從下游線圈到上游線圈)范圍的信號。圖9A中示出的剩余的部件，即RU1、RU2、CU2、RD1、RD2和CD2，被用來穩(wěn)定第一和第二放大器U1和U2。
應當理解，圖9A的電路在本質上是功能性的，并且可以用各種方法修改。例如，為了給上游和下游線圈提供適量的電流，可以使用高功率放大器。另外，第一和第二放大器U1和U2的輸出可以在電氣上被連接到大輸出晶體管，以便提供適量的電流。此外，本實施例不局限于使用四個開關1A、1B和2A、2B，因為可以使用更少的開關。還應當理解，在各種實施中，可以用可編程分壓器代替由R1和R2U和R2D之一所構成的參考臂。這樣，通過可編程分壓器的適當控制，可以提供可編程溫升傳感器。現(xiàn)在針對圖9B描述包括可編程分壓器的流量傳感器的實施例。
圖9B示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的質量流量傳感器的示范性實施的原理圖，其中，單獨的上游和下游電路僅共用參考臂的一部分。在圖9B中，執(zhí)行與上面針對圖9A所描述的類似的功能的那部分電路被用相同的參考標記指示。例如，在圖9B中，第一放大器U1可以由放大器U53-A、電容器C71電阻器R159和電容器C146、晶體管Q1和電阻器R153的組合構成。類似地，下游放大器U2由放大器U50-A、電容器C105、電阻器R160和電容器C147、晶體管Q2和電阻器R154的組合構成。如同在圖7和圖8中的實施例一樣，晶體管Q1和Q2用來給每一個上游和下游線圈RU和RD提供足夠的電流。
在圖9B中，每一個電阻器RUR和RDR仍以和圖7和圖8類似的方式，由多個取值類似的電阻器的并聯(lián)組合構成以獲得電阻值的所需的精度。應當理解，可以提供其他的提供這些電阻器的方法，因為本發(fā)明的實施例不局限于所示的特定實施。
在圖9B的實施例中，由上游和下游電路中的每一個公共的共用電阻器R1是可變電阻器，電阻器R1可以被用來與上游和下游電路的R2U和R2D組合，構成可編程分壓器，以實現(xiàn)一個范圍的電阻值，也即分壓比。例如，圖9B的實施例可以提供的參考臂分壓比可以從大約0.770變化到0.834。在所示出的實施例中，公共共用電阻器R1包括乘法數(shù)模(D/A)轉換器電路，數(shù)模轉換器電路包括U4、U13-A、U13-B、C109和電阻器R110和R113。U4是16位乘法D/A轉換器，它將電壓電平轉換為電流。通過使用放大器U13-A、U13-B和電阻器R110和R113將由D/A轉換器提供的電流轉換為可變的輸出電壓。公共共用電阻器R1被連接到選擇開關，如圖所示的一對開關(U6-A、U6-B)，選擇開關將公共共用電阻器R1交替地連接到上游和下游驅動信號(例如，在Q1和Q2的發(fā)射極處的驅動電壓信號，此后被稱為“驅動電壓”)。電容器C107用來消除在上游和下游驅動信號源之間切換時的窄電壓尖鋒。
和前面所描述的圖5到圖8的每一個實施例不同，圖9B的上游和下游電路中的每一個都包括其自己那部分參考臂。對于上游電路，這部分參考臂(在圖9A中用R2U表示)包括電阻器R166、R139和R27，而對于下游電路，這部分參考臂(在圖9A中用R2D表示)包括R127、R136和R114。這些參考臂部分中的每一個由各自的采樣-保持電路(上游是U32-A、R155和C111(CU1)和U53B，下游是U32-B、R156和C112(CD1)和U50-B)可切換地連接到公共共用電阻器R1。和前面的實施例中一樣，在公共共用電阻器R1未被連接到上游電路(即當開關1A、1B打開時)的時間間隔期間，保持電容器CU1(C111)保持第一放大器U1的非反相輸入上的電壓電平。類似地，在參考臂未被連接到下游電路(即開關2A和2B打開時)的時間間隔期間，保持電容器CD1(C111)保持第二放大器U2的非反相輸入上的電壓電平。
記住每一個上游和下游傳感器線圈RU和RD均為電橋電路的一個臂，圖9B的傳感器電路以下面的方式工作。相關聯(lián)的上游和下游驅動器放大器(U1、U2)通過改變對橋的驅動電壓來控制與其相關聯(lián)的傳感器線圈RU和RD的電阻(因而其溫度)。提高驅動電壓提高了通過傳感器線圈的電流，導致傳感器線圈變熱。每個橋包括參考臂(R1和R2U的串聯(lián)組合，或R1和R2D的串聯(lián)組合)和傳感器臂，參考臂提供了某種依賴于溫度的分壓比，傳感器臂由傳感器線圈加上引線Rc和串聯(lián)電阻器Rs(即RUR或RDR)組成。對于上游電路10，傳感器臂由上游線圈RU加上其引線和電阻器RUR組成；對于下游電路，傳感器臂由下游線圈RD加上其引線和電阻器RD組成。傳感器臂具有分壓比Rc/(Rc+Rs)，并且驅動放大器連續(xù)地伺服，試圖將該分壓比與由R1和R2U的串聯(lián)組合或R1和R2D的串聯(lián)組合構成的參考臂的分壓比匹配。D/A轉換器電路(U4、U13-A、U13-B、C109、R110和R113)將每一側的驅動電壓的可編程部分饋送到那一側的采樣和保持電路(上游是U32-A、R155、C111和U53B；下游是U32-B、R156、C112和U50B)。
假設為理想電路，電阻器的值如圖9B所示，并且是理想放大器等，當D/A轉換器被設置為0時，U13-B的輸出上的電壓為0。因此，兩個采樣和保持電路在其輸出(上游是U53-B，下游是U50-B)上都產(chǎn)生0V。每一個驅動放大器(U1、U2)的非反相(+)輸入看到0.77032倍的對應的驅動電壓，并伺服將傳感器線圈加上引線電阻設置為對應Rs的3.3539倍。當D/A轉換器被設置為1時，每一個采樣和保持電路的輸出上的電壓等于對應的驅動電壓。每一個驅動放大器(U1、U2)的非反相(+)輸入看到0.83398倍的對應的驅動電壓，并伺服將傳感器線圈加上引線電阻設置為對應Rs的5.0253倍。中間的D/A設置提供線性正比與D/A設置的中間的傳感器線圈加上引線電阻。
應當理解，圖9B的傳感器驅動電路相對于常規(guī)傳感器電路提供了很多的優(yōu)點。例如，當驅動電壓變化時，驅動放大器(U1、U2)的非反相(+)輸入上的電壓立刻看到大多數(shù)最終變化。對于為0的D/A設置，它馬上看到整個變化，而對于為1的D/A設置，它馬上看到全部變化的大約92％(0.77032/0.83398)。剩余的8％在接下來變化通過采樣和保持電路傳輸時的幾百毫秒中出現(xiàn)。此外，因為驅動放大器(U1、U2)的非反相輸入幾乎馬上看到了驅動電壓的變化，這允許每一個采樣和保持電路中的時間常數(shù)被提高而對響應時間沒有負面影響。在當前的實施中，采樣和保持電路的時間常數(shù)已經(jīng)被提高到大約40us，但是相信這些值可以被進一步的提高。應當理解，通過提高采樣和保持電路中的時間常數(shù)，防止了參考臂中的高頻噪聲對采樣和保持電路的強烈影響。這反過來顯著地降低了由信號VU和VD所形成的最終流動信號中的噪聲水平。此外，當采樣開關(即開關1B和2B)打開時所留在保持電容器(即CU1和CD1)上的任何殘留噪聲不再強烈地影響驅動放大器的非反相輸入處的電壓。特別地，采用圖9B中所示的部件值，保持電容器上1mV的誤差轉變?yōu)轵寗臃糯笃鞯姆欠聪?+)輸入上小于64uV的誤差。這也有助于顯著地降低最終流動信號中的噪聲水平。
在圖9B的實施例的示范性實施的初始測試中，重復地獲得了大約60ms的補償上升時間(在流體脈沖的上升沿上從2％測量到98％)。此外，當圖9B中所畫的實施例的實施被包含在質量流量控制器中時，獲得了期望的最后值2％以內(nèi)的100到130ms的建立時間。應當理解，上面的結果對應的建立時間大約是常規(guī)質量流量控制器的八分之一。
往回參考圖9B中所畫出的實施例，這個實施例包括幾個在前面沒有被詳細地描述的部件。例如，提供了電阻器R159和R160來限制當驅動放大器(U1、U2)的輸出超過了傳感器電源電壓(在Q1和Q2的收集極)足夠多對的啟動和溢出狀態(tài)期間的輸出晶體管Q1和Q2的基極電流。如果驅動放大器U53-A和U50-A(U1、U2)的輸出因為任何原因到達負供電軌(negative supply rail)，背靠背的二極管CR14和CR15防止對Q1和Q2的基極-發(fā)射極結的損害。電容器C146和C147目前不使用，但是可被用來實施進一步的改變。電阻器R153和R154在啟動時提供少量的傳感器電流，以保證放大器偏移不導致驅動放大器試圖驅動到負電壓。U33和U44將單脈沖序列轉換為被適當?shù)卣{整了相位的信號USelect、USample和DSample，用來驅動開關1A和2A，以及1B和2B(U6和U32)。
電阻器R140和R141以及電容器C124和C125用來在某些條件下提供快速響應。具體來說，在早期的原型中，電阻器R27和R114直接連接到地，電路很難穩(wěn)定，需要驅動器補償電路(上游是C71、C106、R22和R20；下游是C105、C108、R57和R21)非常低的AC增益。使用高AC增益(R27/20，R114、R21)產(chǎn)生振蕩，兩個驅動器放大器都軌到軌相位相差180度的反轉。增加電阻器R140和R141以及電容器C124和C125防止驅動電壓的全部變化立刻出現(xiàn)在驅動放大器非反相(+)輸入。采用所示的值，并且D/A被設置為0，則最終變化的大約98.5％立刻發(fā)生，剩余的1.5％以大約500us的時間常數(shù)到來。非反相(+)輸入信號中的這個微小的滯后允許驅動放大器中高得多得增益，而不會使驅動器不穩(wěn)定，從而允許對流動信號的快得多的響應。
當然，應當理解，圖9B中所示的特定部件值是特定于質量流量傳感器的期望工作特性和它預定工作的狀況的范圍的。因此，應當理解，對于針對不同流率和/或不同工作狀況設計的傳感器，圖9B中所示的部件值可以相應地做調整。還應當理解，對圖9B中所示實施的其他改變也很容易預見到。例如，對于低成本的實施，圖9B的乘法D/A轉換器電路(包括U4、U13A、U13-B、C109和電阻器R110和R113)可以用與圖7的類似的D/A轉換器電路代替，在圖7的D/A轉換器電路中，脈沖寬度調制控制信號被用來變化由分壓器所提供的輸出電壓。
在上面描述的圖5到圖9B的每一個實施例中，盡管比值RUR比RDR應當穩(wěn)定并且電阻RUR和RDR最好具有相同的值，但是不要求它們絲毫不差地匹配。因此，上面針對的圖5到圖9B所描述的每一個實施例無需像圖2到圖4的電路要求的那樣緊密地匹配部件值和特性。
根據(jù)本發(fā)明的另一種方案，提供了用于放大由傳感器提供的第一和第二信號的放大器電路。放大器電路提供具有對稱的不依賴于傳感器的取向的范圍的輸出信號。有利之處在于，本發(fā)明的這個方案可以與上面針對圖5到圖9所描述的每一個實施例一起使用。
往回參考圖5到圖9，應當理解，盡管上游和下游線圈RU和RD在結構、電學和熱學性質上類似，但是傳感器電路的工作可以依據(jù)流動的方向改變。即，依據(jù)用來檢測流動的上游和下游電壓電平(Vu，Vd)的特定組合，當流動的方向逆轉，“上游”線圈被用作“下游”線圈或者反過來時，傳感器驅動器可以表現(xiàn)的非常不同。例如，指示通過質量流量傳感器的流體的流率的流動信號根據(jù)方程Flow＝K*(Vu-Vd)/Vd；(1)
計算的情況下，流動信號的范圍可以依據(jù)線圈RU和RD中的哪一個作為上游線圈和哪一個作為下游線圈而改變。盡管這個流動信號不依賴(一階近似)環(huán)境溫度(忽略溫度依賴的流體和傳感器材料熱學性質)，但是提供給上游和下游線圈的功率作為流動的函數(shù)變化。結果，當根據(jù)方程1計算流體的質量流率時，結果流動信號是高度不對稱的，在一個方向上具有明顯比另一方向大的線性范圍(例如，當流動是從上游線圈到下游線圈時)。
但是，根據(jù)本發(fā)明進一步的方案，不根據(jù)方程1計算流體的質量流率，而是可以按照Flow＝K*(Vu-Vd)/(Vu+Vd)(2)來計算流率。上面的流體流率定義也不依賴于溫度(忽略溫度依賴的流體和傳感器材料熱學性質)。但是，因為(Vu-Vd)和(Vu+Vd)都是流動的對稱方程，所以流動信號也是對稱的。對稱性允許傳感器驅動器電路對于任一方向的流動都表現(xiàn)的一樣好。因此，人們期望以逆轉的取向來使用該傳感器，其中，“上游”線圈(RU)被定向為“下游”線圈(RD)的下游，不需要在物理上將傳感器逆轉或者為補償流動的逆轉的方向而改變電子線路。反之，由傳感器電路提供的輸出信號可以在處理輸出信號的數(shù)字信號處理器(未示出)內(nèi)被簡單地反相。另一個是流動的對稱方程的流率定義是上游和下游電壓之間的差，即Vu-Vd。在某些實施例中，相對于在上面方程2中給出的流率定義，更喜歡后者的流率定義，因為它不依賴于哪一個線圈被定向為另外一個的上游，但是更不容易受到噪聲的影響，并且提供了在較低的環(huán)境溫度下提高的敏感度。
參考圖10，現(xiàn)在描述提供具有對稱的、不依賴于傳感器的取向的范圍的輸出信號的放大器電路。放大器電路包括一對放大器U30和U17-B，它們每一個都從傳感器電路接收輸出信號VU、VD。放大器電路提供差分分子信號(被標為“DELTA+”和“DELTA-”的信號之間的差)，該信號等于K1*(Vu-Vd)。該差分分子信號可以被施加到A/D轉換器(ADC)的差分信號輸入，A/D轉換器將此信號轉換為用于由質量流量控制器的數(shù)字信號處理器(DSP)(未示出)做后續(xù)處理的數(shù)字值。放大器電路還提供單端分母信號(被標為“VD+VU”)，該信號等于K2*(Vu+Vd)，并且可以被施加到A/D轉換器(ADC)的單端參考輸入。因此A/D轉換器的輸出提供了等于K*(Vu-Vd)/(Vu+Vd)的數(shù)字輸出信號，該信號可以由質量流量控制器的DSP進一步處理。
圖10的放大器電路可以和上面針對圖5到圖9所描述的傳感器電路的任何實施例一起使用，因為這些電路中的每一個都能夠提供代表跨上游和下游線圈的電壓的傳感器輸出信號VU和VD。例如，在圖7中，標記為“流量傳感器放大器”的電路的右下部分可以用圖10中所畫出的放大器電路代替，以提供具有對稱的、不依賴于傳感器的取向的范圍的流動信號。此外，應當理解，可以使用不同于圖10中所示的實施的其他放大器電路，因為本發(fā)明不局限于此。事實上，只要放大器電路的輸出提供指示了提供給上游和下游線圈的電壓(或電流)的差別的信號，并且這些信號的某些不依賴于通過傳感器的流體的流的方向的組合被用來檢測它們的差別，則流動信號的范圍將是對稱的、不依賴于傳感器的定向。在不要求不依賴于傳感器的取向的流動信號的對稱性的情況下，可以使用傳感器輸出信號VU和VD的各種組合，包括(VU-VD)/VU和(VU-VD)/VD。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方案，提供了能夠調節(jié)傳感器電路所使用的功率的可變輸出電源。根據(jù)一個可變輸出電源與質量流量傳感器電路一起使用的實施例，可變輸出電源能夠提供響應被檢測到的流率進行變化的輸出，以便能夠在高流率時比低流率時給質量流量傳感器電路提供更多的功率。應當理解，在傳統(tǒng)的質量流量傳感器電路中，多達50％的提供給質量流量傳感器的功率在低流率時被浪費了。根據(jù)另一實施例，可變輸出電源能夠防止可變輸出電源所提供的功率量在高流率時增大過多，并用于防止和質量流量傳感器電路相關聯(lián)的控制系統(tǒng)中的潛在的閂鎖或者相位反轉。優(yōu)點在于，這兩個方案都可以被包含在單個可變輸出電源中?，F(xiàn)在針對圖11描述這樣的實施例。
可變輸出電源1100包括部分絕緣的提供可變輸出電壓，由控制電路1120(標有“7V控制”)控制的開關電源1110。部分絕緣的開關電源1110的正輸出(被標為“+7V”的信號)給兩個傳感器驅動電路晶體管(即圖7、圖8和圖9B中的晶體管Q1和Q2)提供功率。來自傳感器的返回電流通過“CABLE_SENSE”線(圖8和圖9B中傳感器上的引腳3)流回部分絕緣的開關電源1110。到傳感器公共點(圖8和圖9B中傳感器的引腳9)的單獨引線給可變輸出電源1100提供了地參考(ground reference)。
可變輸出電源1100在“+7V”線上提供了比最大傳感器驅動電壓(先前在上面定義為任一驅動晶體管Q1、Q2的發(fā)射極的電壓，而不是上游或下游傳感器線圈電壓Vu或Vd)大1V的電壓。這在兩個驅動晶體管(圖7、圖8和圖9B中的Q1和Q2)上的收集極和發(fā)射極之間(Vce)提供了最小為1V的差別，這個差別提供了充足的驅動電流，防止任一晶體管飽和，但是不在驅動晶體管中浪費很多功率。
暫時忽略U8-A和雙二極管CR6的右半邊的工作，雙二極管CR5和電阻器R60(在CR5的引腳3)產(chǎn)生了大約比最高“驅動電壓”低一個二極管正向電壓的電壓。雙二極管CR6的左半邊和電阻器R59將其轉換回一個二極管正向電壓，以在CR6的引腳3產(chǎn)生大約與最高“驅動電壓”相等的電壓。然后，放大器U8-B和與其相關聯(lián)的無源部件轉換這個電壓，以(在“+7V”線上)提供比CR6的引腳3處的電壓高一伏的輸出電壓。
應當理解，可變輸出電源這樣就提供了僅比傳感器電路正常工作所需電壓稍高的輸出電壓，對傳感器驅動器電路的實際功耗做出響應，按照需要升高和降低提供給傳感器電路的電源電壓。還應當理解，本發(fā)明的這個方案同樣地適用于圖7、圖8和圖9B的每一個傳感器電路，并且只要功耗是需要考慮的事項時，與其他的傳感器電路一起使用。事實上，在功耗是主要的考慮，而成本不是問題的情況下，不是給上游和下游傳感器電路提供單個輸出電壓，而是可以提供單獨的電源電路。例如，上游傳感器電路可以具有其自己的可變輸出電源，并且下游傳感器驅動電路可以具有其自己的可變輸出電源，每一個都和上面針對圖11所描述的類似。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，可變輸出電源也能防止由可變輸出電源所提供的功率量在很高的流率時增加過多，并防止與質量流量傳感器電路相關聯(lián)的控制系統(tǒng)中潛在的閂鎖或者相位反轉。如本領域熟練技術人員所知，在高流率時，通過傳感器的流體流可能太快以至于無法被正常地加熱，因而從上游和下游傳感器線圈都吸收功率。這可能具有兩個負面效應。首先，傳感器電路的輸出開始隨著增大的流率下降，在大多數(shù)控制系統(tǒng)中導致相位反轉，以及如果未加矯正，隨后的閂鎖。其次，傳感器功耗在高流率時顯著地增加，在一些情況下，與零流動功耗相比超過一倍。因為傳感器電路的輸出在很高的流率時下降，并且因為這可能幾乎立刻發(fā)生，所以通常不可能通過僅僅監(jiān)視傳感器電路的輸出來檢測高流動狀況。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提供了檢測質量流量傳感器中的高流動狀況的方法。該方法包括動作在當前工作溫度下計算預期的零流動信號；根據(jù)預期的零流動信號計算閾值；將實際流動信號與閾值比較；和當實際流動信號超過閾值時，檢測到高流動狀況。此方法可以由微處理器實施，該微處理器適于與在包括質量流量傳感器的質量流量控制器中所使用的處理器相同。
根據(jù)一個實施例，根據(jù)上游和下游線圈電壓(Vu，Vd)的和乘以常數(shù)(K)來計算預期的零流動信號。即，在零流動和當前工作溫度下，預期的零流動＝K*(Vu+Vd)；通過用常數(shù)(一般1.05到1.10)乘以預期的零流動信號來確定閾值。根據(jù)閾值和實際流動信號(K*(Vu+Vd))的比較，確定高流動狀況是否存在。當確定高流動狀況存在時，防止可變輸出電源的+7V線所提供的傳感器電源電壓增大過多。此外，如果確定高流動狀況存在，則被指示的傳感器電路輸出被人為地設置到較高(正或負，取決于流動方向)值，以防止相關聯(lián)的控制系統(tǒng)的閂鎖(一般是某種類型的整數(shù)(I)、比例整數(shù)(PI)、比例整數(shù)微分(PID)、超前滯后(LL)、增益超前滯后(GLL)等，由微處理器，例如質量流量控制器的微處理器實現(xiàn)的控制系統(tǒng))。微處理器提供被轉換為脈沖寬度調制信號(圖1中的PWM_SUPPLY)的數(shù)字輸出信號來限制可變輸出電源提供給傳感器電路的電源電壓。
在圖11中所畫出的實施例中，PWM(脈沖寬度調制器，未示出)被用來驅動包括電阻器R37和電容器C35的RC濾波器。任何時候只要實際流動信號(K*(Vu+Vd))低于閾值，則微處理器所提供的輸出被設置為最大可能值。該輸出被提供給PWM，并且PWM的輸出(PWM_SUPPLY)強迫放大器U8-A的輸出為高，反向偏置雙二極管CR6的右半部分，并允許部分隔離的開關電源110正常地工作。但是，任何時候只要實際流動信號(K*(Vu+Vd))超過了閾值，則微處理器的輸出被成比例地減小。當輸出下降時，放大器U8-A的輸出處的電壓也下降。在某個點，雙二極管CR6的右半部分導通，把CR6的管腳3處的電壓降低到低于正常值，從而降低了部分隔離的開關電源110的輸出。這防止實際流動信號(K*(Vu+Vd))進一步地增加，人為地冷卻了傳感器，并把傳感器驅動器功耗大致降低到它本應該有的值之下。
當通過傳感器的流動下降時，傳感器將重新變暖(因為提供給傳感器的可用功率大于正常工作所需要的功率)，并且實際流動信號(K*(Vu+Vd))最終將下降到閾值以下。然后微處理器將輸出返回其正常高值，允許部分隔離的開關電源1110繼續(xù)正常工作。
應當理解，盡管本實施例是被參考脈沖寬度調制器描述的，但是其他的電路元件也可以使用。例如，除了使用PWM作為把微處理器的數(shù)字輸出信號轉換為模擬值的D/A轉換器，也可以使用其他類型的D/A轉換器。此外，應當理解，盡管所描述的實施例限制了提供給傳感器電路的電壓，但是也可以轉而限制提供的電流。此外，除了使用(Vu+Vd)的組合作為比較的基礎，另外也可以監(jiān)視其他信號，例如提供給每一個或兩個傳感器的驅動電壓，或者提供給每一個或兩個傳感器的傳感器電流等。在這點上，使用(Vu+Vd)的組合是因為已經(jīng)可以從圖10中所描述的流量傳感器放大器的輸出獲得該信號，但是也可以轉而使用信號的其他組合。
盡管以及針對特別適用于半導體制造工藝的質量流量傳感器描述了本發(fā)明的實施例，應當理解，本發(fā)明的實施例也可以在其他的應用和工藝中使用。例如，本發(fā)明的實施例可以在汽車應用中使用，用于測量諸如汽油、柴油或空氣的被輸送到燃燒室的流體的量。此外，本發(fā)明的實施例不局限于質量流量傳感器，因為本發(fā)明可以被在其他的傳感器和檢測電路中使用。例如，本發(fā)明的實施例可以被很容易地改用于熱電阻測風儀或其他的應用，在這些應用中，電阻橋的臂的電阻的變化指示了隨著電阻變化的性質的改變。
已經(jīng)詳細地描述了本發(fā)明的幾個實施例，本領域普通技術人員很容易想到各種修改和改進。這樣的修改和改進確定位于本發(fā)明的范圍內(nèi)。特別地，盡管此處描述的很多實施例涉及系統(tǒng)元件或方法操作的特定組合，但是應當被理解，那些元件和操作可以以其他的方式組合。這樣，僅僅結合一個實施例所討論的元件、操作或特征不意味著被從其他的實施例中排除。因此，前面的描述僅僅是舉例子，而不是作為限制。本發(fā)明僅僅受到下面的權利要求及其等同物所定義的那樣的限制。
權利要求
1.一種傳感器，包含第一放大器，第一放大器具有第一輸入、第二輸入和輸出；第一電阻器，第一電阻器與第一可變電阻器串聯(lián)，在電氣上連接在所述第一放大器的所述輸出和參考端之間，所述第一電阻器在電氣上被連接在所述第一放大器的所述第一輸入和所述第一放大器的所述輸出之間，并且，所述第一可變電阻器在電氣上被連接在所述第一電阻器和所述參考端之間；第二放大器，具有第一輸入、第二輸入和輸出；第二電阻器，第二電阻器與第二可變電阻器串聯(lián)，在電氣上連接在所述第二放大器的所述輸出和所述參考端之間，所述第二電阻器在電氣上被連接在所述第二放大器的所述第一輸入和所述第二放大器的所述輸出之間，并且，所述第二可變電阻器在電氣上被連接在所述第二電阻器和所述參考端之間；和分壓器，分壓器具有被可切換地連接到所述第一放大器的所述輸出和所述第二放大器的所述輸出其中之一的輸入，以及被可切換地連接到所述第一放大器的所述第二輸入和所述第二放大器的所述第二輸入其中之一的輸出，當所述分壓器的所述輸入被連接到所述第一放大器的所述輸出，并且所述分壓器的所述輸出被連接到所述第一放大器的所述第二輸入時，所述分壓器的所述輸出設置所述第一可變電阻器的電阻；當所述分壓器的所述輸入被連接到所述第二放大器的所述輸出并且所述分壓器的所述輸出被連接到所述第二放大器的所述第二輸入時，所述分壓器的所述輸出設置所述第二可變電阻器的電阻。
2.如權利要求1所述的傳感器，其中，所述分壓器包括可編程分壓器。
3.如權利要求2所述的傳感器，其中，所述可編程分壓器包括多個連接在所述分壓器的輸出和所述參考端之間的電阻器，并且所述分壓器的輸出電壓可以被根據(jù)所述多個電阻器中的哪一個被連接在所述分壓器的所述輸出和所述參考端之間改變。
4.如權利要求3所述的傳感器，其中，所述分壓器的所述輸出電壓還可以被根據(jù)所述多個電阻器中的每一個被連接在所述分壓器的所述輸出和所述參考端之間的時間量改變。
5.如權利要求2所述的傳感器，其中，所述可編程分壓器包括具有設置所述分壓器的所述輸出的數(shù)模轉換器電路。
6.如權利要求5所述的傳感器，其中，所述數(shù)模轉換器電路包括數(shù)模轉換器，具有提供可變數(shù)量電流的輸出；和放大器電路，具有在電氣上耦合到所述數(shù)模轉換器的所述輸出的輸入，和構成所述模數(shù)轉換器電路的所述輸出，并根據(jù)所述可變數(shù)量電流提供可變輸出電壓的輸出。
7.如權利要求1到6中的任何一個所述的傳感器，進一步包括在電氣上連接在所述第一放大器的所述第二輸入和所述參考端之間的第一電容器，當所述分壓器的所述輸出被連接到所述第二放大器的所述第二輸入時，所述第一電容器保持所述第一放大器的所述第二輸入處的電壓電平。
8.如權利要求7所述的傳感器，進一步包括在電氣上連接在所述第二放大器的所述第二輸入和所述參考端之間的第二電容器，當所述分壓器的所述輸出被連接到所述第一放大器的所述第二輸入時，所述第二電容器保持所述第二放大器的所述第二輸入處的電壓電平。
9.如權利要求1到8中的任何一個所述的傳感器，所述第一和第二放大器的所述第二輸入分別被連接到每一個都具有打開狀態(tài)和閉合狀態(tài)的第一開關和第二開關，當所述第一和第二開關處于閉合狀態(tài)時，所述第一和第二放大器的所述第二輸入處的電壓電平被采樣。
10.如權利要求9所述的傳感器，所述第一開關接收第一開關信號，在所述分壓器的所述輸入被連接到所述第一放大器的所述輸出和所述分壓器的所述輸出被連接到所述第一放大器的所述第二輸入之后，所述第一開關信號把所述第一開關切換到閉合狀態(tài)。
11.如權利要求9到10中的任何一個所述的傳感器，其中，所述第二開關接收第二開關信號，在所述分壓器的所述輸入被連接到所述第二放大器的所述輸出和所述分壓器的所述輸出被連接到所述第二放大器的所述第二輸入之后，所述第二開關信號把所述第二開關切換到閉合狀態(tài)。
12.如權利要求1到11中的任何一個所述的傳感器，其中，所述傳感器是質量流量傳感器。
13.如權利要求12所述的傳感器，其中，所述質量流量傳感器被包括在質量流量控制器內(nèi)。
14.如權利要求1所述的傳感器，其中，所述分壓器包括第三電阻器，在電氣上被連接在所述分壓器的所述輸入和輸出之間，所述第三電阻器被可切換地連接到所述第一放大器的所述輸出和所述第二放大器的所述輸出其中之一；第四電阻器，在電氣上被連接在所述第一放大器的所述第二輸入和所述參考端之間；和第五電阻器，在電氣上被連接在所述第二放大器的所述第二輸入和所述參考端之間。
15.如權利要求14所述的傳感器，進一步包括在電氣上連接在所述第一放大器的所述第二輸入和所述參考端之間的第一電容器，當所述分壓器的所述輸出被連接到所述第二放大器的所述第二輸入時，所述第一電容器保持所述第一放大器的所述第二輸入處的電壓電平。
16.如權利要求14到15中的任何一個所述的傳感器，進一步包括在電氣上連接在所述第二放大器的所述第二輸入和所述參考端之間的第二電容器，當所述分壓器的所述輸出被連接到所述第一放大器的所述第二輸入時，所述第二電容器保持所述第二放大器的所述第二輸入處的電壓電平。
17.一種傳感器，包含第一電路，包括具有響應物理性質的變化改變的第一電阻的第一電阻器；第二電路，包括具有響應物理性質的變化改變的第二電阻的第二電阻器；分壓器；和至少一個開關，所述開關具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，所述至少一個開關的所述第一狀態(tài)把所述分壓器在電氣上連接到所述第一電路，以設置所述第一電阻器的所述電阻，并且，所述至少一個開關的所述第二狀態(tài)把所述分壓器在電氣上連接到所述第二電路，以設置所述第二電阻器的所述電阻。
18.如權利要求17所述的傳感器，其中，所述分壓器具有輸入和輸出，并且所述至少一個開關包括至少一個第一開關和至少一個第二開關，每一個均具有所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)，當所述至少一個第一開關具有所述第一狀態(tài)時，所述至少一個第一開關把所述分壓器的所述輸入在電氣上連接到所述第一電路；當所述至少一個第一開關具有所述第二狀態(tài)時，把所述分壓器的所述輸入在電氣上連接到所述第二電路；并且，當所述至少一個第二開關具有所述第一狀態(tài)時，所述至少一個第二開關把所述分壓器的所述輸出在電氣上連接到所述第一電路；當所述至少一個第二開關具有所述第二狀態(tài)時，把所述分壓器的所述輸出在電氣上連接到所述第二電路。
19.如權利要求17到18中的任何一個所述的傳感器，其中，分壓器包括可編程分壓器。
20.如權利要求19所述的傳感器，其中，所述可編程分壓器的輸出可以被調整，以改變所述第一和第二電阻器被設置到的所述電阻。
21.如權利要求19到20中的任何一個所述的傳感器，其中，所述可編程分壓器包括多個連接在所述分壓器的所述輸出和參考端之間的電阻器，并且根據(jù)多個電阻器中的哪一個被連接在所述分壓器的所述輸出和所述參考端之間，可以改變所述分壓器的輸出電壓。
22.如權利要求21所述的傳感器，根據(jù)所述電阻器中的每一個被連接在所述分壓器的所述輸出和所述參考端之間的時間量，還可以改變所述分壓器的所述輸出電壓。
23.如權利要求19到20中的任何一個所述的傳感器，其中，所述可編程分壓器包括具有設置所述分壓器的所述輸出的輸出的數(shù)模轉換器電路。
24.如權利要求23所述的傳感器，其中，所述所述數(shù)模轉換器電路包括數(shù)模轉換器，具有提供可變數(shù)量電流的輸出；和放大器電路，它具有在電氣上耦合到所述數(shù)模轉換器的所述輸出的輸入，和構成所述模數(shù)轉換器電路的所述輸出的輸出，并根據(jù)所述可變數(shù)量電流提供可變輸出電壓的輸出。
25.如權利要求18到24中的任何一個所述的傳感器，還包含第一保持電容器，在電氣上被連接到所述第一電路，當所述至少一個第一開關和所述至少一個第二開關具有所述第二狀態(tài)時，所述第一保持電容器保持所述第一電阻器的所述電阻；和第二保持電容器，在電氣上被連接到所述第二電路，當所述至少一個第一開關和所述至少一個第二開關具有所述第一狀態(tài)時，所述第二保持電容器保持所述第二電阻器的所述電阻。
26.如權利要求18到25中的任何一個所述的傳感器，所述至少一個第二開關接收開關信號，在所述至少一個第一開關已經(jīng)切換到所述第一狀態(tài)之后，所述開關信號把所述至少一個第二開關切換到所述第一狀態(tài)。
27.如權利要求26所述的傳感器，在所述至少一個第一開關已經(jīng)切換到所述第二狀態(tài)后，所述開關信號把所述至少一個第二開關切換到所述第二狀態(tài)。
28.如權利要求17到27中的任何一個所述的傳感器，其中所述分壓器在所述第一和第二電路之間共用。
29.如權利要求17到27中的任何一個所述的傳感器，只有所述分壓器的一部分在所述第一和第二電路之間共用。
30.和一對橋電路一起使用的一種方法，每一個橋電路具有包括固定電阻器和可變電阻器的傳感器臂以及設置所述可變電阻器的電阻的參考臂，所述方法包括操作在第一和第二電路之間至少共用所述參考臂的一部分，以匹配所述可變電阻器的電阻。
31.如權利要求30所述的方法，其中所述共用操作包括操作把所述參考臂的共用部分在不同的時間可切換地連接到這對橋電路中的每一支。
32.如權利要求30所述的方法，其中，所述參考臂包括固定部分和可變部分，并且其中所述共用操作包括操作在所述第一和第二電路之間共用所述參考臂的所述可變部分，以匹配所述可變電阻器的所述電阻。
33.如權利要求30所述的方法，其中，所述參考臂包括固定部分和可變部分，并且所述共用操作包括操作在所述第一和第二電路之間既共用所述參考臂的所述可變部分，也共用所述參考臂的所述固定部分，以匹配所述可變電阻器的所述電阻。
34.一種測量流體的流率的流量傳感器，包含第一可變電阻器；第二可變電阻器，當所述流體的流動處于第一方向時，第二可變電阻器被置于所述第一可變電阻器的下游；第一電路，在電氣上被耦合到所述第一可變電阻器，以提供指示提供給所述第一可變電阻器的功率的第一信號；第二電路，在電氣上被耦合到所述第二可變電阻器，以提供指示提供給所述第二可變電阻器的功率的第二信號；和第三電路，用于接收所述第一和第二信號，并提供指示所述第一和第二信號之間的差的輸出信號；當所述流體的流動是所述第一方向時，所述輸出信號的范圍與當所述流體的流動是與所述第一方向相反的第二方向時的所述輸出信號的范圍對稱。
35.如權利要求34所述的流量傳感器，其中，所述第三電路包括第一放大器電路，用于提供指示所述第一和第二信號之間的差的第三信號；第二放大器電路，用于提供指示所述第一和第二信號的和的第四信號；和轉換器電路，用于接收所述第三信號和所述第四信號，用所述第四信號除所述第三信號，以提供被除過的信號，并提供所述被除過的信號作為所述輸出信號。
36.如權利要求34所述的流量傳感器，所述轉換器電路包括具有用于接收所述第三信號的差分輸入和用于接收所述第四信號的參考輸入的模數(shù)轉換器。
37.一種測量流體的流率的流量傳感器，包含第一可變電阻器；第二可變電阻器；第一電路，在電氣上被耦合到所述第一可變電阻器，以提供指示提供給所述第一可變電阻器的功率的第一信號；第二電路，在電氣上被耦合到所述第二可變電阻器，以提供指示提供給所述第二可變電阻器的功率的第二信號；第三電路，用于接收所述第一和第二信號，并提供指示所述第一和第二信號之間的差的輸出信號；和電源電路，在電氣上被耦合到所述第一和第二電路中的至少一個，以便依據(jù)所述流體的流率，給所述第一和第二電路中的至少一個提供可變數(shù)量的功率。
38.如權利要求37所述的流量傳感器，所述電源電路在電氣上被連接到所述第一和第二電路中的每一個，以便依據(jù)所述流體的流率，給所述第一和第二電路中的每一個提供可變數(shù)量的功率。
39.如權利要求37所述的流量傳感器，所述電源電路在低流率時，減少提供給至少一個所述第一和第二電路中的可變數(shù)量的功率，并在高流率時，增加提供給至少一個所述第一和第二電路中的可變數(shù)量的功率。
40.一種檢測流量傳感器中的高流動狀況的方法，包括操作在所述流量傳感器的當前工作溫度下，確定預期的零流動信號；根據(jù)所述預期的零流動信號，確定閾值；確定由所述流量傳感器在所述流量傳感器的當前工作溫度下所測得的實際流動信號；將由所述流量傳感器測得的所述實際流動信號與所述閾值比較；和當所述實際流動信號超過所述閾值時，確定所述高流動狀況存在。
41.如權利要求40所述的方法，所述流量傳感器包括上游電路和下游電路，所述上游電路提供指示提供給所述流量傳感器的上游線圈的功率的第一輸出信號，所述下游電路提供指示提供給所述流量傳感器的下游線圈的功率的第二輸出信號，其中確定所述預期的零流動信號的操作包括在所述流量傳感器的當前工作溫度下，在零流率時，確定所述第一和第二輸出信號的和的操作。
42.如權利要求41所述的方法，其中，確定所述閾值的所述操作包括用常數(shù)乘以所述預期零流動信號的操作。
43.如權利要求42所述的方法，其中，確定所述實際流動信號的操作包括在所述流量傳感器的當前工作溫度下，在當前流率時，確定所述第一和第二輸出信號的和的操作。
44.如權利要求41到43中的任何一個所述的方法，進一步包括響應確定高流動狀況存在的操作，防止提供給所述上游線圈和所述下游線圈的功率量增大過多的操作。
45.如權利要求44所述的方法，其中，所述防止操作包括調節(jié)提供給所述上游線圈和所述下游線圈的功率量的操作。
46.如權利要求45所述的方法，其中，所述調節(jié)所述功率量的操作包括調節(jié)提供給所述上游線圈和所述下游線圈的電壓的操作。
47.如權利要求41到46中的任何一個所述的方法，所述流量傳感器提供基于所述第一輸出信號和所述第二輸出信號的差的傳感器輸出信號，所述方法還包括響應確定高流動狀況存在的操作，設置所述傳感器輸出信號到較高值的操作。
48.如權利要求40所述的方法，所述流量傳感器包括上游電路和下游電路，所述上游電路提供指示提供給所述流量傳感器的上游線圈的功率的第一輸出信號，所述下游電路提供指示提供給所述流量傳感器的下游線圈的功率的第二輸出信號，所述方法還包含響應確定高流動狀況存在的操作，防止提供給所述上游線圈和所述下游線圈的功率量增大過多的操作。
49.如權利要求48所述的方法，其中，所述流量傳感器提供基于所述第一輸出信號和所述第二輸出信號的差的傳感器輸出信號，所述方法還包含響應確定高流動狀況存在的操作，設置所述傳感器輸出信號到較高值的操作。
50.如權利要求40所述的方法，所述流量傳感器包括上游電路和下游電路，所述上游電路提供指示提供給所述流量傳感器的上游線圈的功率的第一輸出信號，所述下游電路提供指示提供給所述流量傳感器的下游線圈的功率的第二輸出信號，其中，所述流量傳感器提供基于所述第一輸出信號和所述第二輸出信號的差的傳感器輸出信號，所述方法還包括響應確定高流動狀況存在的操作，設置所述傳感器輸出信號到較高值的操作。
51.如權利要求47、49或50中的任何一個所述的方法，其中，所述較高值依賴于通過所述流量傳感器的流體的流動方向。
52.如權利要求40所述的方法，所述預期的零流動信號和所述實際流動信號分別指示了在所述流量傳感器的當前工作溫度下，在零流率和當前流率時提供給所述流量傳感器的總功率量。
53.如權利要求17到29中的任何一個所述的傳感器，其中，所述傳感器是感知在導管中流動的流體的流率的流量傳感器，所述傳感器還包含電源電路，它在電氣上被連接到所述第一和第二電路中的至少一個，以便依據(jù)所述流體的流率，給所述第一和第二電路中的至少一個提供可變數(shù)量的功率。
全文摘要
一種電阻橋傳感器電路，包括具有第一可變阻值電阻器的第一電阻橋和基于第二可變阻值電阻器的第二電阻橋。第一和第二電阻橋電路至少共用設置第一和第二可變電阻器的電阻的公共參考臂的一部分。公共參考臂或公共參考臂的一部分也可以被可切換地連接到第一和第二電阻橋電路其中之一。
文檔編號G01F1/684GK1675522SQ03819614
公開日2005年9月28日 申請日期2003年7月16日 優(yōu)先權日2002年7月19日
發(fā)明者約翰·邁克·盧爾 申請人:迅捷集團公司