用于濕度測(cè)量的電路裝置和方法

專利名稱：用于濕度測(cè)量的電路裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利權(quán)利要求1和6所述的一種用于測(cè)量空氣濕 度的電路裝置以及一種用于利用這種電路裝置測(cè)量空氣濕度的方法。
背景技術(shù)：
為了測(cè)量空氣濕度，諸如在用于控制室內(nèi)溫度與濕度的空調(diào)技術(shù) 中為了測(cè)量空氣濕度，主要采用電容性濕度傳感器。在此，大多涉及 薄膜傳感器，薄膜傳感器的測(cè)量量是電極之間的聚合物層的與濕度相 關(guān)的電容。這類傳感器例如在H. -R. Traenkler、 E. Obermeier所著的 "Sensortechnik ， Handbuch fuer Praxis und Wissenschaf t ，， (Springer出版社，1998年，第1247頁至笫1250頁)中被說明。為了能夠測(cè)量傳感器的電容，經(jīng)常采用振蕩電路，在該振蕩電路 中，電容性傳感器是確定頻率的(frequenzbestimmend)器件。在此， 簡(jiǎn)單地通過以下方式確定空氣濕度的值，即測(cè)量振蕩器頻率并且將濕 度值分配給測(cè)量的結(jié)果。此外，這種濕度測(cè)量領(lǐng)域電路的實(shí)例能在 H. Lemme所著的"Sensoren in der Praxis" (Franzis出版社，1993 年，第327頁至第336頁)中找到。US 5， 844，138說明了一種用于進(jìn)行濕度測(cè)量的裝置，其中電容性 濕度傳感器是振蕩器的確定頻率的元件。當(dāng)前空氣濕度通過測(cè)量振蕩 器頻率和借助被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)將振蕩器頻率換算成濕 度值來確定。特別是在工業(yè)環(huán)境中，由于傳感器端子的污染或者由于傳感器本 身的材料特性引起，在電容性濕度傳感器上出現(xiàn)寄生并聯(lián)電阻，該寄 生并聯(lián)電阻同樣影響測(cè)量電路的振蕩器頻率并且由此篡改測(cè)量結(jié)果。 連接在振蕩器上的阻抗的這種變化并未被US 5， 844， 138考慮。如果不僅測(cè)量探針的電容而且測(cè)量探針的阻抗，則由寄生電阻與電容性濕度傳感器的并聯(lián)電路形成的測(cè)量誤差可被校正，因?yàn)橐惨黄?檢測(cè)到相位信息并且可以消除由寄生并聯(lián)電阻引起的誤差。但是，用 于進(jìn)行阻抗測(cè)量的電路裝置是十分復(fù)雜的并且成本高。 EP 1411349 Al說明了一種用于檢測(cè)空氣濕度的方法，其中電容 性濕度傳感器的充電持續(xù)時(shí)間和/或放電持續(xù)時(shí)間通過兩個(gè)不同的測(cè) 量電阻來檢測(cè)并且由該結(jié)果來算出傳感器的電容。在此，電容性傳感 器通過理想的電容器與歐姆電阻的并聯(lián)電路來模型化，其中不僅電阻 值而且電容器值都與濕度和溫度相關(guān)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的任務(wù)是說明 一 種用于利用電容性濕度傳感器測(cè)量空氣濕 度的電路裝置，利用該電路裝置能以簡(jiǎn)單的方式補(bǔ)償濕度傳感器的阻 抗的寄生變化。該任務(wù)通過一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測(cè)量空氣濕度的電路 裝置來解決。該電路裝置的有利細(xì)節(jié)由從屬于權(quán)利要求1的權(quán)利要求得到。此外，本發(fā)明的任務(wù)是說明一種用于利用根據(jù)本發(fā)明的電路裝置 測(cè)量空氣濕度的方法，利用該方法能以筒單的方式補(bǔ)償濕度傳感器的 阻抗的寄生變化。該任務(wù)通過一種根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法來解決。由從屬于權(quán) 利要求6的權(quán)利要求得到本方法的有利細(xì)節(jié)。現(xiàn)在建議了一種電路裝置，其具有包括振蕩器單元和信號(hào)處理單 元的測(cè)量裝置以及確定頻率的阻抗，該確定頻率的阻抗在很大程度上 通過電容性濕度傳感器和寄生電阻的并聯(lián)電路來確定。確定頻率的阻 抗被連接到振蕩器單元上，該振蕩器單元包含振蕩器，該振蕩器的振 蕩頻率與確定頻率的阻抗相關(guān)。振蕩器單元包含可接通的 (schaltbar)阻抗，該可接通的阻抗可被接到確定頻率的阻抗，由此 振蕩器能從第一頻域被轉(zhuǎn)換到第二頻域。具有振蕩器的振蕩頻率的振 蕩器信號(hào)被輸送給信號(hào)處理單元，在該信號(hào)處理單元中可測(cè)量振蕩器 信號(hào)的妯率，并且可根據(jù)振蕩器信號(hào)在第一頻域中的頻率的第一測(cè)量 與振蕩器信號(hào)在笫二頻域中的頻率的第二測(cè)量的差確定用于補(bǔ)償寄生 并聯(lián)電阻對(duì)振蕩器的振蕩頻率的影響的校正值。如果可接通的阻抗的接通通過參考電容器與確定頻率的阻抗的并 聯(lián)電路來實(shí)現(xiàn)，則是特別有利的，因?yàn)樵谶@種情況下，寄生電阻對(duì)振 蕩器的振蕩頻率的影響上升，這導(dǎo)致，振蕩器信號(hào)在第一頻域中的頻
率的第一測(cè)量與振蕩器信號(hào)在第二頻域中的頻率的第二測(cè)量的差增 大。由此提高了在確定校正值時(shí)的精度。


由以下參照附圖對(duì)用于測(cè)量空氣濕度的 一種優(yōu)選方法的說明得到本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)以及細(xì)節(jié)。在此圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于測(cè)量空氣濕度的電路裝置的方框圖，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的用于測(cè)量空氣濕度的電路裝置的優(yōu)選實(shí) 施形式的簡(jiǎn)化的電路圖，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的用于測(cè)量空氣濕度的方法的流程圖，以及圖4示出了用于表示寄生電阻對(duì)根據(jù)圖2的根據(jù)本發(fā)明的電路裝 置的振蕩器信號(hào)的周期時(shí)間的影響的特征曲線。
具體實(shí)施方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的用于進(jìn)行濕度測(cè)量的裝置的方框圖。電 容性濕度傳感器IO通過連接電纜11被連接到測(cè)量裝置20中的振蕩器 單元30。振蕩器單元30包括可接通的阻抗40和振蕩器31。振蕩器31 如此被構(gòu)造，以致其振蕩頻率由阻抗確定，尤其是由電容確定，該阻 抗被連接到振蕩器31的輸入端32、 33上。通過將可接通的阻抗接到 振蕩器31的輸入端32、 33，能將振蕩器31從第一頻域轉(zhuǎn)換到第二頻 域。測(cè)量裝置20進(jìn)一步包括信號(hào)處理單元50，給該信號(hào)處理單元50 輸送具有振蕩器31的振蕩頻率的振蕩器信號(hào)34。信號(hào)處理單元50包 含裝置，以便測(cè)量振蕩器信號(hào)34的頻率并且由該結(jié)果確定濕度值56。 為了進(jìn)一步進(jìn)行處理，濕度值56由測(cè)量裝置20例如輸出給用于控制 室內(nèi)溫度與濕度的空調(diào)設(shè)備或者輸出給用于顯示濕度值56的顯示單 元。在理想的結(jié)構(gòu)中，除了可接通的阻抗40的開關(guān)狀態(tài)之外，振蕩器 31的振蕩頻率只與電容性濕度傳感器10的電容相關(guān)，該電容再度根據(jù) 空氣濕度變化。也就是說，通過測(cè)量信號(hào)處理單元50中的振蕩器信號(hào)34的頻率，可以確定電容性濕度傳感器10的電容以及因此確定空氣濕 度的當(dāng)前值?？墒?，在實(shí)踐中，寄生電阻Rp與電容性濕度傳感器IO并聯(lián)，該寄 生電阻Rp與電容性濕度傳感器10 —起構(gòu)成確定頻率的阻抗12，該確 定頻率的阻抗12影響振蕩器31的振蕩頻率。寄生電阻Rp原則上始終 存在，如以絕緣電阻的形式存在，該絕緣電阻例如出現(xiàn)在連接電纜11 中或者出現(xiàn)在電容性濕度傳感器10的端子之間或者也出現(xiàn)在測(cè)量裝置 20上的接線端子或插腳(Steckerpin)之間。在無干擾工作時(shí)和在無 故障結(jié)構(gòu)中，寄生電阻Rp通常是如此高阻的(〉10M歐姆)，以致對(duì)于 很多應(yīng)用均可忽略該寄生電阻Rp。但是，在惡劣的工業(yè)環(huán)境中常常會(huì) 出現(xiàn)，寄生電阻Rp由于污染(例如由于電容性濕度傳感器10的觸點(diǎn)之 間的積塵)而經(jīng)常也結(jié)合濕度等隨時(shí)間變成更低阻，直至該寄生電阻 Rp最后顯著影響振蕩器31的振蕩頻率并且因此顯著影響測(cè)量結(jié)果以及 導(dǎo)致誤差測(cè)量。在實(shí)踐中，寄生電阻Rp引起振蕩器31的振蕩頻率的減 小，因?yàn)殡娙菪詽穸葌鞲衅?0的充電電流由于該寄生電阻Rp而減小或 該電容性濕度傳感器10的充電時(shí)間增加?，F(xiàn)在，通過接線51，振蕩器31可以由信號(hào)處理單元50通過將可 接通的阻抗40接到確定頻率的阻抗12而從第一頻域被轉(zhuǎn)換到第二頻 域。由于寄生電阻Rp的影響(即由寄生電阻Rp引起的、振蕩器31的振 蕩頻率的減小)在第一頻域中和在第二頻域中不同地產(chǎn)生作用，所以 根據(jù)振蕩器信號(hào)34在振蕩器31的第一頻域中的頻率的第一測(cè)量與振 蕩器信號(hào)34在第二頻域中的第二測(cè)量的差由信號(hào)處理單元50來補(bǔ)償 該影響。在此，如果可接通的阻抗40在很大程度上是電容性的并且通過將 該可接通的阻抗40與確定頻率的阻抗12并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)接通，則是特別 有利的。由此，整個(gè)電容變大，這一方面導(dǎo)致提高了電容的整個(gè)充電 時(shí)間并且因此減小了振蕩器31在第二頻域中的振蕩頻率，而另一方面 導(dǎo)致寄生電阻Rp的影響更強(qiáng)烈地產(chǎn)生作用。因此，能以較高的精度來 確定這兩次測(cè)量的差。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的用于測(cè)量空氣濕度的電路裝置的簡(jiǎn)化電 路圖。已在圖1中說明的部件在圖2中具有相同的參考符號(hào)。具有并聯(lián)的寄生電阻Rp的電容性傳感器10通過連接電纜11被連 接到測(cè)量裝置20上。在此，電容性傳感器10的端子直接與振蕩器31 的振蕩激活輸入端(schwingungsaktive Eingang) 32相連。相反， 電容性傳感器的第二端子通過耦合電容器Cl被連接到振蕩器31的第 二輸入端33,該第二輸入端33在該例子中與振蕩器31的電路的參考 點(diǎn)GND相同。耦合電容器與電容性濕度傳感器IO相比具有高電容，該 電容有利地高于電容性濕度傳感器10的電容值的100倍。耦合電容器 Cl的任務(wù)是減小電容性濕度傳感器10上的直流電壓分量。為了防止耦 合電容器Cl必須通過電容性濕度傳感器10充電或放電，附加地設(shè)置 充電電阻R1，該充電電阻R1與電容性濕度傳感器10并聯(lián)連接。充電 電阻R1的值是高阻的，例如在IOM歐姆的范圍內(nèi)。因此，確定頻率的 阻抗12在該例子中構(gòu)成電容性濕度傳感器10、寄生電阻Rp、耦合電容 器C1和充電電阻R1?？墒?，耦合電容器C1和充電電阻R1可被忽略， 因?yàn)轳詈想娙萜鰿1和充電電阻R1由于其幾何尺寸實(shí)際上對(duì)振蕩器31 的振蕩頻率沒有影響。振蕩器單元30中的振蕩器31在該例子中由電阻R2-R7以及兩個(gè) 運(yùn)算放大器IC1、 IC2和兩個(gè)數(shù)字反向器模塊IC3、 IC4構(gòu)成。這種振 蕩器電路(也被稱作非穩(wěn)態(tài)觸發(fā)級(jí)(astabile Kippstufen))是公 知的，因而不進(jìn)一步描述所應(yīng)用的電路。作為所示電路的替換方案， 也可采用具有相應(yīng)的附加電路的集成的定時(shí)器模塊，例如采用廣泛流 行的定時(shí)器555 (根據(jù)制造商例如公知有類型名稱為L(zhǎng)MC555、 NE555、 TLC555 )。有利地如此調(diào)節(jié)振蕩器31，以致該振蕩器31在中等濕度 值的情況下具有10kHz到lMHz之間的基頻，該基頻在要測(cè)量的濕度范 圍上或在電容性濕度傳感器10的電容范圍上足夠強(qiáng)烈地變化，以致根 據(jù)電容性濕度傳感器10的電容能夠可靠地檢測(cè)空氣濕度。如果電容性 濕度傳感器IO的電容在要測(cè)量的0%到100%的濕度范圍RH中例如在 390pF到540pF之間變化，則振蕩器頻率從空氣濕度為0%時(shí)的大約 "kHz到空氣濕度為100%時(shí)的大約40kHz的變化被視為特別有利的?？山油ǖ淖杩?0在本實(shí)施例中由參考電容器41組成，該參考電 容器41通過開關(guān)元件42可連接在振蕩器31的振蕩激活輸入端32與 參考點(diǎn)GND之間。在此，通過接線51由信號(hào)處理單元50實(shí)現(xiàn)開關(guān)元 件42的操作。開關(guān)元件42的接通引起參考電容器41與確定頻率的阻 抗12 (尤其是與電容性濕度傳感器10)并聯(lián)。因此，振蕩器31的振
蕩頻率下降。在該實(shí)施例中，M0SFET被用作開關(guān)元件42。這是特別有利的，因 為該電流為了接通MOSFET而小得可被忽略。在其它的變形方案中，例 如當(dāng)對(duì)于開關(guān)元件42要求無電勢(shì)接觸時(shí)，繼電器例如可被用作開關(guān)元 件42。振蕩器信號(hào)34被輸送給信號(hào)處理單元50中的測(cè)量單元52,利用 該測(cè)量單元52能測(cè)量振蕩器信號(hào)34的頻率。在此處應(yīng)該指出，代替 頻率當(dāng)然也能夠測(cè)量振蕩器信號(hào)34的周期時(shí)間。測(cè)量的結(jié)果被輸出給 分析單元53，該分析單元53由頻率值確定濕度值56并且輸出該濕度 值56。對(duì)此，分析單元53與校正值存儲(chǔ)器55相連，該校正值存儲(chǔ)器 55根據(jù)振蕩器31在第一頻域中的測(cè)量值與振蕩器31在第二頻域中的 測(cè)量值的差而包含校正值，該校正值適于補(bǔ)償寄生電阻Rp對(duì)振蕩器31 的振蕩頻率的影響。通過控制單元54實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程的控制，該控制單元54通過接線 51確定振蕩器單元30的頻域并且啟動(dòng)振蕩器信號(hào)34的測(cè)量和分析。例如在制造電路裝置時(shí)可在理想結(jié)構(gòu)情況下的校準(zhǔn)過程中確定校 正值，其中寄生電阻Rp通過已知的電阻值來模擬并且記錄該電阻值對(duì) 振蕩器31在兩個(gè)頻域中的振蕩頻率的影響。此外，如果在校準(zhǔn)過程中 空氣濕度還變化，則同樣地將濕度值56分配給所測(cè)量的振蕩器頻率。 在這種情況下，可以產(chǎn)生校正值，該校正值除了補(bǔ)償寄生電阻R-的影 響之外已包含用于將所測(cè)量的頻率值或者周期時(shí)間值換算成濕度值56 的換算因數(shù)。由于信號(hào)處理單元50是純數(shù)字電路，所以該信號(hào)處理單元50特 別適于被集成到諸如FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(field programmable gate array))或者ASIC (專用集成電路(application specific integrated circuit))的復(fù)雜的數(shù)字模塊中。同樣，特別有利的是 將微控制器用作信號(hào)處理單元50。此外，能夠?qū)⒄袷幤?1和信號(hào)處理單元50 —起集成到專用的模 塊中或者利用微控制器來實(shí)現(xiàn)振蕩器31和信號(hào)處理單元50。參照?qǐng)D3中所示的流程圖現(xiàn)在要說明根據(jù)本發(fā)明的用于測(cè)量空氣 濕度的方法。在步驟80，控制單元54利用測(cè)量單元52啟動(dòng)對(duì)振蕩器信號(hào)34
在振蕩器31的第一頻域中的頻率的測(cè)量。測(cè)量結(jié)果被轉(zhuǎn)交給分析單元53。在步驟81，在振蕩器31的笫二頻域中，控制單元54經(jīng)過接線51 通過將可接通的阻抗40接到電容性濕度傳感器IO來連接振蕩器31。 在圖2的例子中，這通過利用開關(guān)元件42將參考電容器41與確定頻 率的阻抗12并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。在步驟82，控制單元54利用測(cè)量單元52啟動(dòng)對(duì)振蕩器信號(hào)34 在振蕩器31的第二頻域中的頻率的第二測(cè)量。第二結(jié)果也被輸出給分 析單元53。在步驟83，分析單元53由這兩個(gè)測(cè)量值構(gòu)成差并且根據(jù)結(jié)果從校 正值存儲(chǔ)器55中取得校正值，該校正值可以補(bǔ)償寄生電阻Ib對(duì)振蕩器 梧號(hào)34的頻率的影響。根據(jù)校正值存儲(chǔ)器55如何被構(gòu)造，校正值可 以例如是表格值或者是數(shù)學(xué)公式的一個(gè)或者多個(gè)系數(shù)。如已經(jīng)說明的 那樣，校正值有利地已包含用于由振蕩器信號(hào)34的頻率確定濕度值56 的換算因數(shù)。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，不僅振蕩器信號(hào) 34的頻率的第一測(cè)量的結(jié)果而且振蕩器信號(hào)34的頻率的笫二測(cè)量的 結(jié)果均適于確定濕度值56。在步驟84，分析單元53將所確定的校正值應(yīng)用于振蕩器信號(hào)34 的第一測(cè)量的結(jié)果或者應(yīng)用于振蕩器信號(hào)34的第二測(cè)量的結(jié)果，并且 ^f艮據(jù)校正過的測(cè)量值確定對(duì)應(yīng)的濕度值56。如已經(jīng)說明的那樣，此外由于在用于測(cè)量空氣濕度的電路裝置工 作時(shí)在惡劣的工業(yè)環(huán)境中出現(xiàn)的污染效應(yīng)而實(shí)現(xiàn)寄生電阻Rp。在此， 寄生電阻Rp的值隨著時(shí)間而降低，直至該寄生電阻的值最后影響測(cè) 量結(jié)果。在此，會(huì)發(fā)生寄生電阻Rp的值隨著時(shí)間如此變成低阻，以致 不再能參補(bǔ)償其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響或直至振蕩器不再工作。為了防止 電路裝置的這種故障，特別有利的是，分析單元53在步驟85將在步 驟83由兩個(gè)測(cè)量值所確定的差與對(duì)應(yīng)于剛好還能被容忍的寄生電阻IU 的最小值進(jìn)行比較，并且在低于最小值時(shí)在步驟86輸出報(bào)警信號(hào)57， 該報(bào)警信號(hào)57表明，電路裝置的故障緊接著即將來臨。該信號(hào)被用于 進(jìn)行電路裝置的預(yù)防性的維護(hù)，例如通過清洗連接觸頭或者通過更換 電容性濕度傳感器10來進(jìn)行。寄生電阻Rp的變化通常是一緩慢的過程。因而有利的是，不是在 每次測(cè)量濕度值56時(shí)不僅進(jìn)行振蕩器信號(hào)34在振蕩器31的第一頻域 中的頻率測(cè)量而且進(jìn)行振蕩器信號(hào)34在振蕩器31的第二頻域中的頻 率測(cè)量，而是將某個(gè)時(shí)間段的一次確定的校正值用于補(bǔ)償寄生電阻 Rp。由此，尤其是減小了開關(guān)元件42的開關(guān)過程的數(shù)量。如果該開關(guān) 元件42實(shí)施為機(jī)械觸點(diǎn)的形式，例如實(shí)施為繼電器觸點(diǎn)，則由此能以簡(jiǎn)單的方式提高使用壽命。圖4示例性地示出了振蕩器信號(hào)34的周期時(shí)間T根據(jù)電容性濕度 傳感器10的電容Cs、寄生電阻Rp和可接通的阻抗40的開關(guān)狀態(tài)的變 化。根據(jù)已知的相互關(guān)系，即周期時(shí)間T通過構(gòu)成特征值而被換算成 頻率，以下考察當(dāng)然也能被應(yīng)用于振蕩器信號(hào)34的頻率并且因此被應(yīng) 用于上述實(shí)施例。第一特征曲線100示出了周期時(shí)間T在理想結(jié)構(gòu)(即寄生電阻Rp 沒有或者很高阻)情況下以及在振蕩器31的第一頻域中的變化。第二 特征曲線110表示，第一特征曲線100受到寄生電阻Rp的影響而如何 在更長(zhǎng)的周期時(shí)間T的方向上偏移。第三特征曲線120又示出了周期時(shí)間T在理想結(jié)構(gòu)情況下的變 化，但是這次是在第二頻域中的變化，即在接通可接通的阻抗40的情 況下的變化。在這種情況下，根據(jù)圖2的實(shí)施例通過將參考電容器41 與確定頻率的阻抗12并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)接通。由于由此將參考電容器41的 電容和電容性濕度傳感器10的電容相加并且由此得到了更長(zhǎng)的電容充 電時(shí)間，所以第三特征曲線120相對(duì)于第一特征曲線100向上(即在 更大的周期時(shí)間T的方向上)偏移。由第四特征曲線130，最后可看出 寄生電阻Rp對(duì)第三特征曲線120的影響。假設(shè)寄生電阻Rp具有同樣的 值，該值也引起第一特征曲線100向第二特征曲線110偏移。可是， 電容的相加導(dǎo)致寄生電阻Rp現(xiàn)在更強(qiáng)烈地產(chǎn)生作用。在圖4中，該效應(yīng)還一次示例性地在電容性濕度傳感器10的任意 值CRH1的情況下被示出。沒有寄生電阻Rp的影響的周期時(shí)間T在振蕩 器31的第一頻域中的測(cè)量得到值T1。寄生電阻Rp導(dǎo)致振蕩器31的周 期時(shí)間T提高到值T1'。得到了測(cè)量誤差A(yù)T1。相反，在振蕩器31的第 二頻域中，由于寄生電阻R卩的影響得到周期時(shí)間T從值T2偏移到值 T2'，這導(dǎo)致了測(cè)量誤差A(yù)T2。另外看來，在理想結(jié)構(gòu)的情況下從振蕩器31的第一頻域到第二頻
域的轉(zhuǎn)換導(dǎo)致周期時(shí)間T變化理想值A(chǔ)T12，該理想值A(chǔ)T12根據(jù)寄生電 阻Rp變化到有誤差的值A(chǔ)T12'。根據(jù)已知的相互關(guān)系現(xiàn)在能根據(jù)有誤差的值A(chǔ)T12'或有誤差的值 AT12'與理想值A(chǔ)T12之間的差來確定校正值，利用這些校正值能補(bǔ)償寄 生電阻Rp的影響。根據(jù)本發(fā)明的電路裝置以及根據(jù)本發(fā)明的方法并不限于電容性濕 度傳感器，而是也能夠利用電容性傳感器被用于測(cè)量其它物理量，諸 如測(cè)量電容性壓力傳感器。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量空氣濕度的電路裝置，所述電路裝置由測(cè)量裝置(20)以及確定頻率的阻抗(12)構(gòu)成，所述測(cè)量裝置(20)包括振蕩器單元(30)和信號(hào)處理單元(50)，所述確定頻率的阻抗在很大程度上通過電容性濕度傳感器(10)與寄生電阻(RP)的并聯(lián)電路來確定，其中-所述確定頻率的阻抗(12)被連接到所述振蕩器單元(30)，所述振蕩器單元(30)包含振蕩器(31)，所述振蕩器(31)的振蕩頻率與確定頻率的阻抗(12)相關(guān)，-所述振蕩器單元(30)包含可接通的阻抗(40)，并且所述振蕩器(31)通過將可接通的阻抗(40)接到確定頻率的阻抗(12)而能夠從第一頻域被轉(zhuǎn)換到第二頻域，-具有所述振蕩器(31)的振蕩頻率的振蕩器信號(hào)(34)被輸送給所述信號(hào)處理單元(50)，在所述信號(hào)處理單元(50)中能測(cè)量所述振蕩器信號(hào)(34)的頻率，并且根據(jù)所述振蕩器信號(hào)(34)在第一頻域中的頻率的第一測(cè)量與所述振蕩器信號(hào)(34)在第二頻域中的頻率的第二測(cè)量的差能確定用于補(bǔ)償寄生并聯(lián)電阻(RP)對(duì)所述振蕩器(31)的振蕩頻率的影響的校正值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置，其中，所述信號(hào)處理單元(5 0 ) 包括以下部件-測(cè)量單元(52)，用于測(cè)量所述振蕩器信號(hào)(34)的頻率， -帶有校正值的校正值存儲(chǔ)器(55 )，所述校正值用于根據(jù)所述 振蕩器信號(hào)(34)在第一頻域中的頻率的第一測(cè)量與所述振蕩器信號(hào) (34 )在第二頻域中的第二測(cè)量的差來補(bǔ)償寄生電阻(Rp )對(duì)所述振蕩 器信號(hào)(34)的頻率的影響，-分析單元(53)，用于在使用來自校正值存儲(chǔ)器(55)的校正 值的情況下將第一測(cè)量的結(jié)果或者第二測(cè)量的結(jié)果處理成濕度值 (56)，-控制單元(54)，用于控制測(cè)量過程。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的電路裝置，其中，所述可接通的 阻抗(40)包括參考電容器(41)和開關(guān)元件(42)，并且通過經(jīng)過 接通開關(guān)元件(42)將參考電容器(41)與確定頻率的阻抗(12)并聯(lián)而將振蕩器(31)轉(zhuǎn)換到第二頻域。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路裝置，其中，所述開關(guān)元件(42) 通過接線(51)能由信號(hào)處理單元(50)中的控制單元(54)接通。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的電路裝置，其中，所述信號(hào)處理 單元(50)被實(shí)施為FPGA、 ASIC或者微控制器。
6. —種用于利用根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路裝置測(cè)量空氣濕度的 方法，其具有以下步驟a )在信號(hào)處理單元(50 )中執(zhí)行對(duì)振蕩器信號(hào)(34 )在振蕩器(31 ) 的第一頻域中的頻率的第一測(cè)量，b)通過將可接通的阻抗(40)接到確定頻率的阻抗(12)而將振 蕩器(31)從第一頻域轉(zhuǎn)換到笫二頻域，c )在信號(hào)處理單元(50 )中執(zhí)行對(duì)振蕩器信號(hào)(34 )在振蕩器(31) 的第二頻域中的頻率的第二測(cè)量，以及d )根據(jù)所述第 一測(cè)量與所述第二測(cè)量的差確定用于補(bǔ)償寄生電阻 (RO對(duì)振蕩器信號(hào)(34)的頻率的影響的校正值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，利用測(cè)量單元(52)在所 述信號(hào)處理單元(50)中實(shí)現(xiàn)所述振蕩器信號(hào)(34)的頻率的測(cè)量， 并且將測(cè)量的結(jié)果輸出給分析單元(53)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或者7所述的方法，其中，所述分析單元(53) 由第一測(cè)量和第二測(cè)量構(gòu)成差，并且根據(jù)該結(jié)果從校正值存儲(chǔ)器(55) 中取得所述校正值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6至8之一所述的方法，其中，由所述信號(hào)處理 單元(50)中的控制單元(54)實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程的控制。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6至9之一所述的方法，其中，所述可接通的 阻抗(40)包括參考電容器(41)和開關(guān)元件(42)，并且通過經(jīng)過 接線(51 )接通所述開關(guān)元件(42 )而由所述控制單元(54 )將振蕩 器(31)轉(zhuǎn)換到第二頻域。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述開關(guān)元件(42)的 接通使得所述參考電容(41)與確定頻率的阻抗(12)并聯(lián)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求6至11之一所述的方法，其中，第一測(cè)量的結(jié) 果或者第二測(cè)量的結(jié)果借助所確定的校正值被處理成濕度值(56)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求6或者7所述的方法，其中，如果所述寄生電阻 (Rp)對(duì)所述振蕩器信號(hào)(34)的頻率的影響超過極限值，則生成報(bào)警 信號(hào)(57)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量空氣濕度的電路裝置和方法。電路裝置由包括振蕩器單元和信號(hào)處理單元的測(cè)量裝置以及由在很大程度上通過電容性濕度傳感器與寄生電阻的并聯(lián)電路來確定的、確定頻率的阻抗構(gòu)成。確定頻率的阻抗被連接到包含振蕩器的振蕩器單元，振蕩器的振蕩頻率與確定頻率的阻抗相關(guān)。振蕩器單元包含被接到確定頻率的阻抗的、可接通的阻抗，由此能將該振蕩器從第一頻域轉(zhuǎn)換到第二頻域。將具有振蕩器的振蕩頻率的振蕩器信號(hào)輸送給信號(hào)處理單元，在信號(hào)處理單元中能測(cè)量振蕩器信號(hào)的頻率并且根據(jù)振蕩器信號(hào)在第一頻域中的頻率的第一測(cè)量與振蕩器信號(hào)在第二頻域中的頻率的第二測(cè)量的差能確定用于補(bǔ)償寄生電阻對(duì)振蕩器的振蕩頻率的影響的校正值。
文檔編號(hào)G01W1/14GK101113966SQ20071013833
公開日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月28日
發(fā)明者G·尼科勞斯 申請(qǐng)人:E+E電子有限責(zé)任公司