[发明专利]热气性质传感器

说明书

本公开提供了热气性质传感器和补偿压差传感器，以及用于测量气体物理性质的方法和用于补偿压差传感器的方法。在腔中产生气体的参考过压。基于来自腔的气体通过通道的流动，识别气体的性质。

技术领域

本公开涉及气体传感器，并且更具体地涉及基于半导体的热气性质传感器。

背景技术

气体测量装置可用于确定气体的各种性质以及气体介质的如速度、流量或压力等参数。例如，热感测元件可以位于半导体模或传感器封装中形成的微通道中。由于气体流动引起的传感区域中的温度梯度，热传感器可能对通道中的气流敏感。这种传感器还可用于测量导致气体流过微通道的压差。

用于测量压差的量热型热流传感器需要温度和气压补偿。通常它们在空气中操作，也可以通过引入气体校正因子在不同气体下操作。如果在操作期间气体成分不受控制地变化，则会出现某些限制。对于这些应用，压力响应对变化的气体性质的敏感性通常被认为是一个负面特征。

发明内容

本公开提供了热气性质传感器和补偿压差传感器，以及用于测量气体物理性质的方法和用于补偿压差传感器的方法。气体的参考过压是生成的和/或可以在利用气动连接到具有流动通道的热流传感器的腔中确定。基于来自腔的气体通过通道的流动，识别气体的性质。

根据一个广泛的方面，提供了一种气体性质传感器，包括测量装置，其中限定有腔，该腔具有至少一个开口和至少一个通道，所述通道通过开口与所述腔流体连通并且与第一气体体积流体连通，所述第一气体体积例如可以是另一个腔或外部环境。所述气体性质传感器还可包括设置在所述腔中或所述腔附近的压差传感器或压力发生器，以及位于所述通道中用于确定气流参数的一个或多个流敏元件。该气流参数可以是例如表征气流的动态性质的参数；例如：气流速度、气流密度、质量流量等。测量装置可以是例如半导体装置。压力发生器可以位于所述腔中、邻接所述腔或靠近所述腔，只要它可以用于在所述腔中产生压力即可。

根据另一个广泛的方面，提供了一种用于测量气体的物理性质的方法。所述气体被接收在测量装置的腔中，该测量装置在一个可能的实施方式中可以是半导体装置，所述腔具有开口。测量或确定气体的参考过压，或者通过致动设置在所述腔中的压力发生器在所述腔中产生参考过压。气流参数基于气体通过通道的运动来测量，所述通道通过所述开口与所述腔流体连通，并且与第一气体体积或外部环境流体连通，气体的物理性质基于气流参数确定，所述气流参数可能是环境温度和环境压力或所述第一气体体积中温度和/或压力。

根据又一个广泛方面，提供了一种补偿差值气压传感器。该传感器包括气体性质传感器，该气体性质传感器包括测量装置，该测量装置中限定有腔，该腔具有开口和通道，所述通道通过所述开口与所述腔流体连通并且与第一气体体积或外部环境流体连通。气体性质传感器还包括设置在腔中的压力发生器和位于通道中用于确定气流参数的一个或多个流敏元件。传感器还包括压差传感器，其气动地耦合到与气体性质传感器相同的气体介质并且被配置为用于获取无补偿压差测量值；和处理单元，其被配置为用于基于气体物理性质、第一气体体积压力或环境压力和无补偿压差中的至少一个来提供补偿压差。

根据另一方面，提供了一种用于补偿差值气体压力测量值的方法。该方法包括利用压差传感器获取无补偿压差测量值；在测量装置中限定的腔中接收气体，例如位于基底的第一表面上的半导体芯片，该腔具有开口；通过致动设置在腔中的压力发生器来测量测量或产生腔中气体的参考过压；基于气体通过通道的运动来测量气流参数，所述通道经由开口与腔流体连通，以及与第二气体体积或外部环境流体连通；基于气流参数和参考过压确定气体的物理性质；和基于气体的物理性质、环境压力和无补偿压差来确定补偿压差。

上述方法和装置不仅可用于测量气体的压力差和/或性质，而且更通常用于测量流体，包括液体。在此情况下，“气体”一词可以用“流体”或“液体”代替。在这种情况下，过压发生器可以被实施为腔或腔室中的体积膨胀元件，或者被实施为加热一定量的流体以将其转换成蒸汽或气体并以此方式膨胀气体体积的加热元件。在本说明书末尾的本发明方面中进一步详细说明了可用于液体的方法和装置的特征。