CN105319240A - 用于感测流体介质的湿度的传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于感测流体介质湿度的传感器装置，其包括至少一个具有测量室的壳体和至少一个湿度模块，该湿度模块具有至少一个用于感测测量室中的流体介质湿度的传感器元件和用于感测测量室中的流体介质温度的第一温度检测器，湿度模块至少部分地布置在壳体的测量室中，传感器装置还具有评估单元，该评估单元构造用于输出第一温度信号，该第一温度信号表明测量室中的流体介质温度，并且该评估单元构造用于输出湿度信号，该湿度信号表明测量室中的流体介质湿度，评估单元构造用于借助于第二温度信号来修正湿度信号，该第二温度信号表明传感器装置的至少与评估单元热脱耦的区域中的流体介质温度。此外，提出一种用于修正传感器装置的湿度信号的方法。

Description

用于感测流体介质的湿度的传感器装置

背景技术

从现有技术已知用于确定流体介质、即液体或者气体的特性的众多方法和装置。原则上，所述特性可以是任意的、能够以物理和/或化学方式测量的特性，所述特性定量或者定性流体介质。在此，尤其涉及气体或气体混合物的相对或绝对湿度。众所周知地，湿度传感器使用在内燃机的进气段或排气段。在这里，例如为了调节燃烧效率、尤其为了无残留和清洁的燃烧，重要的是：还求取所供给的新鲜空气的湿度，以便能够例如调节新鲜空气和返回的废气之间的、相应所想要的混合比例，并且随后确定对于内燃机气缸中被预先确定的混合所需要的数量的燃料。关于所供给的环境空气以及废气的湿度的信息被发动机控制器使用于多个被调节的过程。

尽管从现有技术已知的、用于感测流体介质湿度的传感器装置有众多的优点，它们仍包含改进潜力。那么，相对空气湿度依赖于环境温度。如果环境温度在不增加或者除去湿气的情况下升高，则所测量的相对湿度下降，并且反之亦然。在已知的传感器装置中，用于感测湿度的传感器元件不一定与传感器装置的电子装置的热脱耦。因此，在一些情况下导致，由于电子装置的自身加热，热到达传感器元件上并且因此使其测量值错误。然而，机械的脱耦仅在也存在空间之处是可能的。如果传感器装置的构建必须在最小的空间上进行，如传感器装置例如存在于热膜空气流量计中占主导，则机械的脱耦通常是不可能的。那么，结果是错误的空气湿度信号。

发明内容

因此，提出一种用于感测流体介质的湿度的传感器装置，该传感器装置可以至少在很大程度上避免已知传感器装置的缺点并且在所述传感器装置中尤其改进相对湿度的测量准确性。

根据本发明的、用于感测流体介质的湿度的传感器装置包括至少一个具有测量室的壳体。在本发明的框架下，壳体通常理解为一种装置，该装置包围至少一个内室，并且该装置执行对传感器装置的一个或多个部件的防护功能，所述一个或多个部件被接收在所述至少一个内室中。尤其，所述壳体可以设置用于提供机械的防护功能。替代地或者附加地，也可以提供例如针对湿度、在使用传感器装置时的机械载荷的防护功能，热防护功能或者其它的防护功能或者所提到的和/或其它的防护功能的组合。优选，所述壳体可以设置用于，确保至少相对于机械载荷的防护作用。例如，壳体可以至少部分地由刚性的材料制造，所述材料例如在壳体被固定在流体介质的流动室中时在常规力的情况下、例如常规的螺栓紧固力的情况下不经历变形。该壳体例如可以完全或部分地由金属材料和/或塑料材料制造。

此外，传感器装置包括至少一个湿度模块，该湿度模块具有至少一个用于感测测量室中的流体介质的湿度的传感器元件和用于感测测量室中的流体介质的温度的第一温度检测器。在此，湿度模块至少部分地布置在壳体的测量室中。

在本发明的框架下，用于感测流体介质的湿度的传感器元件可理解为一种元件，该元件适合于确定流体介质并且优选气体的潮湿度。潮湿度或者简短地说湿度为水蒸气在确定的体积(例如一个室)中的流体混合物和尤其气体混合物中的份额。在此，潮湿度或者湿度可以作为相对空气湿度(以百分数说明)被感测。对于当前的温度和当前的压力来说，所述相对空气湿度给出目前水蒸气含量相对于流体混合物的最大可能的水蒸气含量的比例。替代地，湿度可以作为绝对湿度被感测。所述绝对湿度为水蒸气在确定的体积中的质量，即，其密度或者说浓度。通常，所述术语也是特定的湿度和混合比例。在这里，与总质量相比或者说与干燥空气的质量相关地给出湿气的质量。这种表示大多以[g/kg]进行。用于感测湿度所使用的测量原理例如在KonradReif(编者)，SensorenimKraftfahrzeug，2010年第一版，98至100页中说明。

此外，传感器装置具有评估单元。该评估单元构造用于输出表明测量室中的流体介质的温度的第一温度信号和用于输出表明测量室中的流体介质的湿度的湿度信号。评估单元进一步构造用于借助于第二温度信号来修正湿度信号，该第二温度信号表明传感器装置的至少与评估单元热脱耦的区域中的流体介质的温度。

在本发明的框架下，评估单元通常可理解为优选电子的控制装置、尤其传感器装置的控制电子装置和/或评估电子装置或者这类控制电子装置和/或评估电子装置的一部分。控制电子装置和/或评估电子装置通常可以设置用于，控制传感器装置的至少一种功能和/或感测和处理至少一种由传感器装置所产生的信号，尤其就关于流体介质湿度的信息的获取而言进行评估。所述评估可以进一步在信号准备的框架下并且部分地是预评估但是或者可以包括完全的评估。

在本发明的框架下，传感器装置的与评估单元热脱耦的区域可理解为传感器之内的一个区域，该区域不承受由于传感器装置的电子或电构件引起的加热或者仅承受由于传感器装置的电子或电构件引起的轻微加热。

评估单元尤其构造用于借助于第一温度信号和第二温度信号之间的差来修正相对湿度信号。例如，第二温度信号从第一温度信号中被减去。这样求取的差可以使用来求取测量室中的流体介质的经修正的饱和蒸汽压力。

在本发明的框架下，所述饱和蒸汽压力可理解为流体介质的这样的压力，在所述压力下，气态的聚集状态与液态或固态的聚集状态处于平衡。所述饱和蒸汽压力与温度有关。在平衡状态下，液体或者说固体的蒸发或者说升华与气体的冷凝或者说凝华在量上相同。

此外，评估单元构造用于借助于经修正的饱和蒸汽压力来修正湿度信号。

此外，传感器装置可以包括用于求取第二温度信号的第二温度检测器。替代地，评估单元可以具有存储器，第二温度信号可以从所述存储器中调出。在此，第二温度信号尤其与传感器装置的运行条件有关。

此外，提出一种用于修正传感器装置的湿度信号的方法，该传感器装置用于感测流体介质的湿度。所述传感器装置具有至少一个湿度模块。该湿度模块具有至少一个用于感测测量室中的流体介质的湿度的传感器元件和用于感测测量室中的流体介质的温度的第一温度检测器。该方法包括以下步骤：

-求取第一温度信号，该第一温度信号表明所述测量室中的流体介质的温度，

-求取湿度信号，该湿度信号表明所述测量室中的流体介质的湿度，

-借助于第二温度信号修正湿度信号，所述第二温度信号表明传感器装置的热脱耦的区域中的流体介质的温度。

所述湿度信号可以借助于第一温度信号和第二温度信号之间的差被修正。例如，第二温度信号从第一温度信号中被减去。借助于该差可以求取测量室中的流体介质的经修正的饱和蒸汽压力。湿度信号可以借助于经修正的饱和蒸汽压力被修正。第二温度信号可以由第二温度检测器求取。替代地，第二温度信号为凭经验求取的信号。

在本发明的框架下，经验求取的信号可理解为一种信号，该信号根据实验室试验在不同的条件下被求取并且存储在评估单元的存储器中。在此，这样求取的信号表征传感器装置的电子装置的自身加热。例如，连续地评估第二温度信号的值。然后，在传感器装置运行时，微控制装置由当前所测量的湿度信号和当前所测量的一个或者说多个温度信号计算经补偿的空气湿度和经补偿的温度信号。在这里，从温度信号中减去第二温度值或者凭经验所求取的值。在此，出现附加的温度信号。针对两个温度信号都计算饱和蒸汽压力。在这里认为，饱和蒸汽压力不改变并且在大约海平面上进行测量。如果还可以附加地存取空气质量信号，则除了计算传感器装置的自身加热之外考虑该空气质量信号，以便得到更准确的结果。

附图说明

从优选实施例的以下说明得出本发明的另外的可选的细节和特征，该实施例在附图中示意性地示出。

附图示出：

图1用于感测流体介质的湿度的传感器装置的局部的横截面视图。

具体实施方式

在图1中示出用于感测流体介质的湿度的传感器装置10的局部的横截面视图。该传感器装置10具有壳体12。在壳体12中构造测量室14。此外，传感器装置10具有湿度模块16。该湿度模块16具有至少一个传感器元件18，其用于感测所述测量室14中的流体介质的湿度。此外，湿度模块16具有第一温度检测器20，其用于感测所述测量室14中的流体介质的温度。

此外，壳体12具有电子装置室22。在电子装置室22中布置有评估单元24。湿度模块16至少部分地布置在电子装置室22中并且与传感器元件18布置在测量室14中。

此外，在一种实施例中，传感器装置10具有第二温度检测器26。温度检测器26布置在传感器装置10的区域28中，该区域至少与评估单元24热脱耦。在此，热脱耦的区域28可理解为一个区域，该区域在传感器装置10运行期间不由于评估单元24和必要时传感器装置10的另外的电子构件的自身加热而被影响或者仅被轻微地影响并且因此感测流体介质的实际温度、即不被由传感器装置10的电子构件产生的热所影响的温度。

借助于第二温度信号，评估单元24修正相对湿度信号。借助于由第一温度检测器20所求取的第一温度信号和由第二温度检测器26所求取的第二温度信号之间的差，评估单元24更准确地修正湿度信号。尤其，第二温度信号从第一温度信号中被减去。由这样求取的温度差来求取测量室14中的经修正的饱和蒸汽压力。在此，可以根据用于求取平坦水面之上的水蒸气的饱和蒸汽压力的Magnus公式进行饱和蒸汽压力的计算。该公式内容如下：

其中，E_w为水的饱和蒸气压力并且t为流体介质的温度。

借助于经修正的饱和蒸气压力，评估单元24修正湿度信号。在此，经修正的湿度如下求取：

在一种替代的实施例中，没有设置第二温度检测器，例如因为由于空间的原因不可能设置第二温度检测器，在该实施例中，评估单元24可以具有未详细示出的存储器。为了从湿度信号中排除评估单元24和必要时另外的电子构件的加热，求取不承受评估单元24的自身加热的第二温度信号。例如，该信号根据实验室试验求取并且确定，评估单元的自身加热在不同的条件下有多高。这样求取的值被存储在存储器中。然后，空气湿度的修正可以如以上所说明地进行。

Claims (10)

1.用于感测流体介质的湿度的传感器装置(10)，其包括至少一个具有测量室(14)的壳体(12)和至少一个湿度模块(16)，所述湿度模块具有至少一个用于感测所述测量室(14)中的流体介质的湿度的传感器元件(18)和用于感测所述测量室(14)中的流体介质的温度的第一温度检测器(20)，其中，所述湿度模块(16)至少部分地布置在所述壳体(12)的所述测量室(14)中，其中，所述传感器装置(10)还具有评估单元(24)，其中，该评估单元(24)构造用于输出第一温度信号，该第一温度信号表明所述测量室(14)中的流体介质的温度，并且该评估单元构造用于输出湿度信号，该湿度信号表明所述测量室(14)中的流体介质的湿度，其特征在于，

所述评估单元(24)构造用于借助于第二温度信号来修正所述湿度信号，该第二温度信号表明所述传感器装置(10)的至少与所述评估单元(24)热脱耦的区域中的流体介质的温度。

2.根据前一权利要求所述的传感器装置(10)，其中，所述评估单元(24)构造用于借助于所述第一温度信号和所述第二温度信号之间的差来修正所述湿度信号。

3.根据前一权利要求所述的传感器装置(10)，其中，所述评估单元(24)构造用于借助于所述差来求取所述测量室(14)中的流体介质的经修正的饱和蒸汽压力。

4.根据前一权利要求所述的传感器装置(10)，其中，所述评估单元(24)构造用于借助于所述经修正的饱和蒸汽压力来修正所述湿度信号。

5.根据以上权利要求中任一项所述的传感器装置(10)，其还包括用于求取所述第二温度信号的第二温度检测器(26)或者一存储器，所述第二温度信号能够从所述存储器中调出。

6.用于修正传感器装置(10)的湿度信号的方法，该传感器装置用于感测流体介质的湿度，其中，所述传感器装置(10)具有至少一个湿度模块(16)，其中，所述湿度模块(16)具有至少一个传感器元件(18)，所述传感器元件用于感测所述测量室(14)中的流体介质的湿度，并且所述湿度模块具有第一温度检测器(20)，所述第一温度检测器用于感测所述测量室(14)中的流体介质的温度，该方法包括以下步骤：

-求取第一温度信号，该第一温度信号表明所述测量室(14)中的流体介质的温度，

-求取湿度信号，该湿度信号表明所述测量室(14)中的流体介质的湿度，其特征在于，

-借助于第二温度信号修正所述湿度信号，所述第二温度信号表明所述传感器装置(10)的热脱耦的区域中的流体介质的温度。

7.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述湿度信号借助于所述第一温度信号和所述第二温度信号之间的差被修正。

8.根据前一权利要求所述的方法，其中，借助于所述差来求取所述测量室(14)中的流体介质的经修正的饱和蒸汽压力。

9.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述湿度信号借助于所述经修正的饱和蒸汽压力被修正。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，所述第二温度信号由第二温度感测器(26)求取或者为经验求取的信号。