[发明专利]使用可变相位混频的导电液体性质的测量

说明书

一种使用测量电路测量流体的电特性的系统和方法。在一个实施方式中，所述测量电路包括：感测组件；电流源，其连接至所述感测组件；传感器，其可切换地连接至所述感测组件；组件阵列，其可切换地连接至所述感测组件；以及监控电路，其连接至所述感测组件。控制器通过将并联阻抗接入电路和从电路断开同时测量所述感测组件上的电压来执行所述测量电路的校准。在由校准确定的至少两个不同相位角处测量电压。一旦确定了不同阻抗和不同相位的电压，控制器通过在固定电容线或固定电阻线之间插值来计算流体的电特性的值。

相关案件的交叉引用

本申请要求于2014年9月15日提交的申请号为62/050,656的美国临时专利申请的权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明的实施例涉及用于测量流体的电性质的系统、传感器和方法。

发明内容

传统的电容传感器在高导电路径与电容并联时测量电容的能力受到限制，如在测量高导电流体时所发生的。本发明的一个实施例提供一种用于确定流体中的传感器的电容的系统，尽管流体的电导率有大范围的波动。某些实施例不依赖于几乎是理想的有源电路组件。此外，信号控制(即偏移、振幅、相位)不需要极高的分辨率或跨温度的严格控制。在一些情况下，实施例可以以比现有系统和传感器更低的成本进行实施。

本发明提供了一种用于确定流体的介电常数的低成本系统，尽管流体的导电性具有大的波动。当高导电路径与电容并联时(如测量高导电流体时发生的)，传统的低成本电容传感器在测量流体中的传感器的电容的能力受到限制。流体的介电常数和电导率可用于确定流体何时具有预期的一组性质。例如，流体的介电常数和电导率可以用于确定流体的浓度水平或者流体是否符合质量标准。

一个实施例提供了一种用于确定材料(例如流体)的电性质的系统。具体地，系统确定浸入流体(例如柴油机废气流体)中的传感器的电导率和电容。该系统使用测量电路，其包括电流源、固定电阻器、开关阵列和组件阵列。电流源经由开关阵列向固定电阻器和组件阵列提供电流。开关阵列确定组件阵列的哪些组件与用于测量的固定电阻器并联放置。该系统使用监控电路，其包括移相器、混频器和增益和偏置模块。移相器创建变化相位的波形，其被提供给混频器。该系统还包括测量空间，该测量空间包括固定电阻器上的测量电压的坐标对，用于多个组件与固定电阻器并联放置时的一系列测量。当电容测量传感器被切换以连接至电流源时，测量空间中的点的位置识别电容测量传感器相对于坐标对的电容。

另一实施例提供了一种确定与液体接触的传感器的电容的方法。该方法包括一系列步骤，以测量固定电阻器上的电压，用于多个组件与固定电阻器并联放置时的一系列测量。电压的测量用同步解调电路定时，使得两个相位的信号创建输出，其中信号由于独立于传感器电阻的变化的传感器电容的变化而变化。针对不同的相位信号，当电容测量传感器与固定电阻并联时测量固定电阻器上的电压。电容测量传感器的电容通过在电压测量之间插值来确定。

另一实施例提供一种测量系统，其被配置为确定流体的各种电特性，包括例如流体的介电常数和电导率。使用传感器的电容，可以确定流体的介电常数或与介电常数相关的另一测量值。流体的电特性可用于确定流体何时具有预期的一组物理性质。例如，流体的介电常数和电导率可以用于确定流体的浓度水平或者流体是否满足特定的质量标准。在一些情况下，测量系统提供柴油机废气流体的电特性，包括柴油机废气流体的浓度和纯度。