本申請要求于2014年9月15日提交的申請?zhí)枮?2/050,656的美國臨時(shí)專利申請的權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用合并于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于測量流體的電性質(zhì)的系統(tǒng)、傳感器和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

傳統(tǒng)的電容傳感器在高導(dǎo)電路徑與電容并聯(lián)時(shí)測量電容的能力受到限制，如在測量高導(dǎo)電流體時(shí)所發(fā)生的。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供一種用于確定流體中的傳感器的電容的系統(tǒng)，盡管流體的電導(dǎo)率有大范圍的波動。某些實(shí)施例不依賴于幾乎是理想的有源電路組件。此外，信號控制(即偏移、振幅、相位)不需要極高的分辨率或跨溫度的嚴(yán)格控制。在一些情況下，實(shí)施例可以以比現(xiàn)有系統(tǒng)和傳感器更低的成本進(jìn)行實(shí)施。

本發(fā)明提供了一種用于確定流體的介電常數(shù)的低成本系統(tǒng)，盡管流體的導(dǎo)電性具有大的波動。當(dāng)高導(dǎo)電路徑與電容并聯(lián)時(shí)(如測量高導(dǎo)電流體時(shí)發(fā)生的)，傳統(tǒng)的低成本電容傳感器在測量流體中的傳感器的電容的能力受到限制。流體的介電常數(shù)和電導(dǎo)率可用于確定流體何時(shí)具有預(yù)期的一組性質(zhì)。例如，流體的介電常數(shù)和電導(dǎo)率可以用于確定流體的濃度水平或者流體是否符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

一個(gè)實(shí)施例提供了一種用于確定材料(例如流體)的電性質(zhì)的系統(tǒng)。具體地，系統(tǒng)確定浸入流體(例如柴油機(jī)廢氣流體)中的傳感器的電導(dǎo)率和電容。該系統(tǒng)使用測量電路，其包括電流源、固定電阻器、開關(guān)陣列和組件陣列。電流源經(jīng)由開關(guān)陣列向固定電阻器和組件陣列提供電流。開關(guān)陣列確定組件陣列的哪些組件與用于測量的固定電阻器并聯(lián)放置。該系統(tǒng)使用監(jiān)控電路，其包括移相器、混頻器和增益和偏置模塊。移相器創(chuàng)建變化相位的波形，其被提供給混頻器。該系統(tǒng)還包括測量空間，該測量空間包括固定電阻器上的測量電壓的坐標(biāo)對，用于多個(gè)組件與固定電阻器并聯(lián)放置時(shí)的一系列測量。當(dāng)電容測量傳感器被切換以連接至電流源時(shí)，測量空間中的點(diǎn)的位置識別電容測量傳感器相對于坐標(biāo)對的電容。

另一實(shí)施例提供了一種確定與液體接觸的傳感器的電容的方法。該方法包括一系列步驟，以測量固定電阻器上的電壓，用于多個(gè)組件與固定電阻器并聯(lián)放置時(shí)的一系列測量。電壓的測量用同步解調(diào)電路定時(shí)，使得兩個(gè)相位的信號創(chuàng)建輸出，其中信號由于獨(dú)立于傳感器電阻的變化的傳感器電容的變化而變化。針對不同的相位信號，當(dāng)電容測量傳感器與固定電阻并聯(lián)時(shí)測量固定電阻器上的電壓。電容測量傳感器的電容通過在電壓測量之間插值來確定。

另一實(shí)施例提供一種測量系統(tǒng)，其被配置為確定流體的各種電特性，包括例如流體的介電常數(shù)和電導(dǎo)率。使用傳感器的電容，可以確定流體的介電常數(shù)或與介電常數(shù)相關(guān)的另一測量值。流體的電特性可用于確定流體何時(shí)具有預(yù)期的一組物理性質(zhì)。例如，流體的介電常數(shù)和電導(dǎo)率可以用于確定流體的濃度水平或者流體是否滿足特定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在一些情況下，測量系統(tǒng)提供柴油機(jī)廢氣流體的電特性，包括柴油機(jī)廢氣流體的濃度和純度。

另一個(gè)實(shí)施例提供了一種用于測量流體的電特性的系統(tǒng)，其通過分離測量信號的信號變化的第一正交分量和測量信號的信號變化的第二正交分量來執(zhí)行測量。第一正交分量是由傳感器上的電阻的變化引起的，并且第二正交分量是由傳感器上的電容的變化引起的。該系統(tǒng)包括組件陣列，該組件陣列包括傳感器。該系統(tǒng)還包括混頻器，其將測量信號與第一相位信號和第二相位信號混頻?；祛l器輸出與第一相位信號相關(guān)的第一混頻信號和與第二相位信號相關(guān)的第二混頻信號。該系統(tǒng)還包括控制器，其被配置為接收指示第一混頻信號和第二混頻信號的信號，并控制組件陣列以引起信號變化。然后，控制器調(diào)整第一相位信號和第二相位信號，使得當(dāng)?shù)谝徽环至恐写嬖谧兓瘯r(shí)，第一混頻信號減小，并且第二混頻信號增加。控制器控制組件陣列以引起附加的信號變化，并且接收多個(gè)混頻信號，該多個(gè)混頻信號指示了在第一相位處和第二相位處的附加信號變化?？刂破骰诙鄠€(gè)混頻信號確定流體的電特性。

另一個(gè)實(shí)施例提供了一種利用測量電路測量流體的電特性的方法，該測量電路包括：感測節(jié)點(diǎn)；可切換地連接至感測節(jié)點(diǎn)的傳感器；以及可切換地連接至感測節(jié)點(diǎn)的組件陣列；以及控制器。該方法包括將指示組件陣列的第一配置處的感測節(jié)點(diǎn)處的電壓的信號與第一相位信號和第二相位信號混頻，以創(chuàng)建第一組參考信號。在組件陣列的第二配置處，將信號與第一相位信號和第二相位信號混頻，以創(chuàng)建第二組參考信號。調(diào)整第一相位信號和第二相位信號，直到第一組參考信號和第二組參考信號之間的關(guān)系滿足條件。為組件陣列設(shè)置多個(gè)配置。在組件陣列的多個(gè)配置中的每一個(gè)處將信號與經(jīng)調(diào)整的第一相位信號和經(jīng)調(diào)整的第二相位信號混頻以創(chuàng)建多組參考信號。在傳感器連接至感測節(jié)點(diǎn)時(shí)，將信號與經(jīng)調(diào)整的第一相位信號和經(jīng)調(diào)整的第二相位信號混頻，以創(chuàng)建一組測量電壓?；诙嘟M參考信號和該組測量電壓之間的關(guān)系來確定流體的電特性。

另一個(gè)實(shí)施例提供了一種用于測量流體的電特性的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：感測節(jié)點(diǎn)；經(jīng)由開關(guān)陣列連接至感測節(jié)點(diǎn)的傳感器；以及經(jīng)由開關(guān)陣列連接至感測節(jié)點(diǎn)的組件陣列。組件陣列包括多個(gè)阻抗。該系統(tǒng)還包括連接至感測節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控電路。監(jiān)控電路被配置為輸入在多個(gè)相位處的多個(gè)信號并且在感測節(jié)點(diǎn)處輸出與測量信號相關(guān)的信號。該系統(tǒng)還包括連接至開關(guān)陣列和監(jiān)控電路的控制器?？刂破鞅慌渲脼樵诙鄠€(gè)相位處接收多個(gè)信號，并且將輸入信號的第一相位和第二相位設(shè)置到監(jiān)控電路。控制器還被配置為在多個(gè)阻抗的第一校準(zhǔn)阻抗處測量在第一相位的第一校準(zhǔn)電壓和在第二相位的第二校準(zhǔn)電壓?？刂破鬟€被配置為在多個(gè)阻抗的第二校準(zhǔn)阻抗處測量第一相位處的第三校準(zhǔn)電壓和第二相位處的第四校準(zhǔn)電壓。調(diào)整第一相位和第二相位，直到第一校準(zhǔn)電壓、第二校準(zhǔn)電壓、第三校準(zhǔn)電壓和第四校準(zhǔn)電壓之間的關(guān)系滿足條件?？刂破鞅慌渲脼橥ㄟ^控制開關(guān)陣列以并聯(lián)形式連接將組件陣列的至少一個(gè)組件連接至感測節(jié)點(diǎn)來調(diào)整多個(gè)阻抗，并且當(dāng)開關(guān)陣列被配置為將多個(gè)阻抗中的第一測量阻抗耦合到感測節(jié)點(diǎn)時(shí)，基于信號來確定第一組參考信號。控制器還被配置為當(dāng)開關(guān)陣列被配置為將多個(gè)阻抗中的第二測量阻抗耦合到感測節(jié)點(diǎn)時(shí)基于信號確定第二組參考信號，并且當(dāng)開關(guān)陣列被配置為將傳感器耦合到感測節(jié)點(diǎn)時(shí)，基于該信號確定一組傳感器電壓?？刂破鬟€被配置為基于第一組參考信號、第二組參考信號和一組傳感器電壓確定傳感器的電特性。

通過考慮詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明的其它方面和實(shí)施例將變得顯而易見。

附圖說明

圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于測量流體的電容和電阻的測量電路的框圖。

圖2A是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的傳感器的示意圖。

圖2B是一種類型的傳感器的側(cè)視圖。

圖2C是一種類型的傳感器的局部剖視圖。

圖2D是圖2C所示出的傳感器的立體圖。

圖3A-C示出了根據(jù)某些實(shí)施例的傳感器的電學(xué)模型。

圖4是圖1的包括控制器的測量電路的框圖。

圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖1的測量電路的移相器電路的示意圖。

圖6是校準(zhǔn)圖1的測量電路的方法的流程圖。

圖7是示出了圖1的測量電路的輸出電壓的參考點(diǎn)的圖表。

圖8是示出當(dāng)電阻器連接至圖1的測量電路的感測節(jié)點(diǎn)時(shí)，隨著測量相位的遞增輸出電壓的變化的圖表。

圖9是示出了當(dāng)電阻器和電容器連接至圖1的測量電路的感測節(jié)點(diǎn)時(shí)輸出電壓的變化的圖表。

圖10是測量圖1的測量電路的傳感器的電容的方法的流程圖。

圖11是在各種組件連接至感測節(jié)點(diǎn)時(shí)多個(gè)測量相位的輸出電壓的示例性圖表。

圖12是示出了基于圖11的輸出電壓的電容的并行固定線的圖表。

圖13是示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的固定電容的線和固定電阻的線之間的插值的圖表，用于與圖1的測量電路一起確定流體傳感器的電容和電阻。

圖14是示出了用于圖1的測量電路的并聯(lián)電阻的較大變化的非線性效應(yīng)的圖表。

圖15是圖1的測量電路的示意圖，包括用于平衡傳感器的電路路徑中的并聯(lián)電感的電感器。

圖16是根據(jù)另一實(shí)施例的用于測量流體傳感器的電容和電阻的測量電路的框圖。

具體實(shí)施方式

在詳細(xì)解釋本發(fā)明的任何實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明在其應(yīng)用中不限于在下面的描述中闡述或在下面的附圖中示出的組件的構(gòu)造和配置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠具有其它實(shí)施例并且能夠以各種方式實(shí)踐或執(zhí)行。

應(yīng)當(dāng)注意的是，此處所使用的短語“串聯(lián)形式配置”是指一電路布置，其中所描述的元件通常以順序的方式布置使得一個(gè)元件的輸出端耦合到另一個(gè)元件的輸入端，但是相同的電流可以不必通過每個(gè)元件。例如，在“串聯(lián)形式配置”中，可以將附加電路元件與“串聯(lián)形式配置”中的一個(gè)或多個(gè)元件并聯(lián)連接。此外，附加電路元件可以在在串聯(lián)形式配置中的節(jié)點(diǎn)處連接，使得電路中存在分支。因此，串聯(lián)形式配置中的元件不一定形成真正的“串聯(lián)電路”。

此外，此處所使用的短語“并聯(lián)形式配置”是指一電路布置，其中所描述的元件通常以使得一個(gè)元件連接至另一元件的方式布置，使得電路形成電路布置的并聯(lián)支路。在這種配置中，電路的單個(gè)元件可以不必單獨(dú)地具有橫跨它們的相同的電勢差。例如，在電路的并聯(lián)形式配置中，彼此并聯(lián)的兩個(gè)電路元件可以與電路的一個(gè)或多個(gè)附加元件串聯(lián)連接。因此，“并聯(lián)形式配置”中的電路可以包括不一定單獨(dú)形成真正的并聯(lián)電路的元件。

還應(yīng)注意的是，本文所使用的與測量“電容”、“電阻”、“介電常數(shù)”、“電導(dǎo)率”或“流體的電特性”相關(guān)的短語不必要求計(jì)算這些測量值的絕對值。這些術(shù)語可以指與這些測量值的絕對值相關(guān)的測量值。例如，測量流體的“介電常數(shù)”的系統(tǒng)可以不實(shí)際計(jì)算流體的介電常數(shù)，而是可以測量隨流體的介電常數(shù)而變化的量(例如電容)。并且，作為另一示例，測量“電容”可以指進(jìn)行隨絕對電容變化的測量。

圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的測量電路100的框圖。電流源105(例如，跨導(dǎo)放大器)的輸出端連接至感測節(jié)點(diǎn)110。感測節(jié)點(diǎn)110連接至開關(guān)陣列115。開關(guān)陣列115連接至組件陣列120，組件陣列120的其它端子接地。組件陣列120包括多個(gè)組件，多個(gè)組件允許選擇包括電阻器(R1，R2，...Rn)的多個(gè)阻抗(Z1...Zn)，每個(gè)電阻器具有不同的電阻。在其它實(shí)施例中，單個(gè)器件可以代替多個(gè)電阻器(R1，R2，...Rn)。在一個(gè)示例中，可以使用電壓控制的可變電阻器，并且可以使用場效應(yīng)晶體管來實(shí)施。組件陣列120還包括多個(gè)電容器(C1和C2)。開關(guān)陣列115還連接至一個(gè)或多個(gè)空白開關(guān)(BL1，BL2)?？瞻组_關(guān)連接至沒有電連接組件的印刷電路板上的焊盤。開關(guān)陣列115還連接至傳感器125，其另一端子接地。

開關(guān)陣列115創(chuàng)建組件陣列120的不同配置，以校準(zhǔn)測量電路100并執(zhí)行測量。由于電子開關(guān)包含對地的寄生電容，這取決于它們是斷開還是閉合而不同，所以它們可能將不期望的電容引入到電路中。在測量電路100中，期望在校準(zhǔn)和測量期間具有固定數(shù)量的電子開關(guān)以使寄生電容的任何變化最小化。在這方面，開關(guān)陣列115包括與開關(guān)陣列115中的其它開關(guān)相同的空白開關(guān)，但是僅將感測節(jié)點(diǎn)連接至印刷電路板上的空焊盤。這保持了固定數(shù)量的斷開和閉合的開關(guān)，這導(dǎo)致了一致的偏移電容?？刂崎_關(guān)陣列115，使得當(dāng)閉合一個(gè)組件(或傳感器125)的開關(guān)時(shí)，一個(gè)空開關(guān)(例如，BL1)斷開，并且當(dāng)兩個(gè)組件的兩個(gè)開關(guān)閉合時(shí)，兩個(gè)空開關(guān)(例如BL1和BL2)打開。

電流源105通過感測節(jié)點(diǎn)110向感測組件130提供交流電流(AC)。在一些實(shí)施例中，感測組件130是具有已知的或固定的電阻值的電阻器。感測組件130在第一端上連接至感測節(jié)點(diǎn)110并在第二端上接地。該配置創(chuàng)建感測組件130上的電壓，其取決于開關(guān)陣列115的開關(guān)的位置。感測節(jié)點(diǎn)110連接至緩沖放大器135，緩沖放大器135形成到包括在較大測量電路100內(nèi)的監(jiān)控電路140的輸入端。

在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)控電路140利用具有增益和偏移調(diào)整的同步解調(diào)電路。監(jiān)控電路140包括緩沖放大器135。緩沖放大器135的輸出端連接至混頻器145的輸入端。混頻器145將來自緩沖放大器135的信號與可變相位波形相乘(例如，可變相位方波)?？勺兿辔徊ㄐ斡梢葡嗥?50提供?；祛l器145的輸出端連接至低通濾波器155，并且低通濾波器155的輸出端連接至增益和偏移調(diào)整模塊160。來自增益和偏移調(diào)整模塊160的輸出端連接至模數(shù)轉(zhuǎn)換器165，模數(shù)轉(zhuǎn)換器165用來作為控制器或類似的電子處理器中的數(shù)字信號。

在一些實(shí)施例中，移相器150包括用于將振蕩波形轉(zhuǎn)換成另一振蕩波形(例如，正弦波變換為方波)的電路。在一個(gè)示例中，移相器150包括正弦波到方波的比較器以及通過控制時(shí)間間隔來延遲方波的電路。特別地，可以使用時(shí)鐘或受控?cái)?shù)量的離散延遲級來提供延遲，并因此提供相移。在另一示例中，移相器150輸入相同頻率的多個(gè)正弦波，并將正弦波加在一起以形成中間相正弦波。在該示例中，移相器150調(diào)整輸入的正弦波之一的振幅以改變中間相正弦波的相位，以創(chuàng)建可變相位正弦波。該可變相位正弦波然后被轉(zhuǎn)換為方波以輸入到混頻器145。在一些實(shí)施例中，混頻器145被配置為執(zhí)行正弦波混頻或基于它們的相位分離信號的分量的其它解調(diào)方案。

在測量電路100的操作期間，來自電流源105的振蕩電流在若干并聯(lián)形式的路徑中被劃分。在一個(gè)示例中，取決于開關(guān)陣列115的狀態(tài)，電流的一部分可以流到開關(guān)陣列115并且通過組件陣列120。取決于傳感器125是否由開關(guān)陣列115連接，電流也可以流過傳感器125。電流也流過感測組件130到達(dá)地面。當(dāng)組件陣列120的接通組件的阻抗降低時(shí)，通過感測組件130的電流降低，并且因此感測組件130上的電壓降低。這降低了混頻器145所看到的電壓。當(dāng)?shù)絺鞲衅?25的開關(guān)閉合時(shí)，到達(dá)感測組件130的電流損失發(fā)生，并且這降低了混頻器145看到的電壓。以這種方式，在感測組件130上的電壓變化或電壓的相位角的變化可以用于識別傳感器125的阻抗、電阻和/或電抗。在理想系統(tǒng)中，感測組件130上的電壓的同相分量(即，與電流同相)作為僅由電流源105和地面之間的電阻引起的電流(即，阻性電流)的指示。正交分量(即，從同相分量的90°相移)用作僅由電流源105和地面之間的電抗性阻抗引起的電流(即電抗性電流)的指示。然而，在實(shí)踐中，從電流源105到地面的阻抗是電阻阻抗和電抗性阻抗的混合。因此，電壓和電流之間的相位角將不能精確地為0°或90°。

圖2A-2D示出了傳感器125的模型和各個(gè)方面。圖2A是傳感器125的示意圖。圖2B示意性地示出了傳感器125的一個(gè)實(shí)施方式。圖2C和2D示出了傳感器125的另一實(shí)施方式。圖3A-3B示出了傳感器125的電學(xué)模型。

在圖2A-2C所示出的實(shí)施例中，傳感器125包括兩個(gè)電極，第一電極205、205B、205C和第二電極210、210B、210C。在圖2B所示出的實(shí)施例中，第一電極205B被球形穹頂(例如，導(dǎo)電籠)覆蓋。在這種情況下，球形穹頂構(gòu)成第二電極210B。在一個(gè)實(shí)施例中，第二電極210B由具有多個(gè)孔的屏幕形成，該孔允許流體通過第二電極210B。在另一個(gè)實(shí)施例(未示出)中，第二電極210B由連續(xù)的片材或?qū)嵭牟牧掀纬?，但是被配置有允許一些流體移動的較小數(shù)量的孔。在其它實(shí)施例中，傳感器125可以包括在感測電極上方拱起的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體。例如，圖2C中所示出的傳感器125的實(shí)施例，包括第一電極205C、第二電極210C和安裝表面215C。安裝表面215C可以由印刷電路板(PCB)形成。在該示例中，第二電極210C在第一電極205C上方拱起。這允許流體在第一電極205C和第二電極210C之間流動。圖2D是圖2C所示出的傳感器的立體圖。應(yīng)當(dāng)注意的是，感測電極或第二電極210、210B和210C的形狀可以不同于所示出的形狀，并且可以采取其它形式。傳感器125可以由導(dǎo)電材料制成，包括例如不銹鋼，其通常耐腐蝕。

圖3A示出了傳感器125和被感測的流體的電學(xué)模型。該模型同時(shí)考慮了第一電極205和第二電極210之間的流體的電特性(例如，電導(dǎo)率和介電常數(shù))以及傳感器125的幾何形狀。例如，電容220表示傳感器125的電容以及傳感器125中的流體對該電容的影響。類似地，電阻225表示傳感器125的電阻和傳感器125中的流體對該電阻的影響。由于傳感器125的幾何形狀是固定的，因此電容220和電阻225是指示流體的介電常數(shù)和電導(dǎo)率的值。圖3B示出了傳感器125的另一個(gè)電學(xué)模型，其包括由于在電極上形成或沉積的表面層引起的電容。在該模型中，第一電極電容230表示第一電極205上的表面層的電容。第一電極電容230減小了傳感器125的總電容。類似地，第二電極電容235表示第二電極210上的表面層的電容。第二電極電容235減小了傳感器125的總電容。圖3C表示圖3B的傳感器125的簡化的電學(xué)模型。在簡化的模型中，感應(yīng)電容240表示第一電極電容230和第二電極電容235的組合。隨著表面層的厚度增加，感應(yīng)電容240減小。感應(yīng)電容240的減小降低了傳感器125的總電容。如果由于表面層引起的感應(yīng)電容240較小(對應(yīng)于厚的表面層)，則傳感器125的總電容(即，測量的電容)將強(qiáng)烈依賴于表面層的厚度。

當(dāng)感應(yīng)電容240比電容220大(例如，大5個(gè)數(shù)量級)時(shí)，即使當(dāng)電阻225相對低時(shí)，也可以進(jìn)行電容220的精確測量。然而，當(dāng)感應(yīng)電容240相對于電容220減小(由于較厚的表面層)時(shí)，可能出現(xiàn)電容220的測量中的誤差。在高頻處(例如，10MHz)的測量可以減少該誤差的影響。相反，在低頻處的測量可能產(chǎn)生取決于電阻、感應(yīng)電容240和頻率的誤差。誤差和頻率之間的關(guān)系可以如下面所示以方程1表達(dá)。

其中MCL是傳感器125的測量電容，ACL是電容220。如果在兩個(gè)不同頻率f1和f2處進(jìn)行測量，則方程2中的關(guān)系成立。

如果在短時(shí)間段內(nèi)在兩個(gè)頻率上進(jìn)行測量，則感應(yīng)電容240和電阻225可以被認(rèn)為是恒定值，并且可以假定方程3中的以下等式。

電容220可以如方程4所示來描述。

因此，即使在電極205和210上具有中等表面層，也可以使用兩個(gè)頻率處的測量來計(jì)算電容220。然而，隨著表面層厚度增加，傳感器125上的電容測量中的誤差變?yōu)閷τ谏鲜鲂Ｕ蕴?，而校正不起作用，尤其是?dāng)傳感器125上的電阻變小時(shí)。如下面更詳細(xì)描述的，在一個(gè)實(shí)施例中，補(bǔ)充電容器用于將參考阻抗與傳感器125的阻抗匹配，以補(bǔ)償電極上的表面層(參見圖16)。

圖4示出了示例性控制器300(例如，微控制器、微處理器、電子處理器或類似的裝置或裝置組)。在所示出的實(shí)施例中，控制器300包括處理單元305、存儲器310、傳感器配置控件315、測量配置控件320、時(shí)鐘325和模數(shù)轉(zhuǎn)換器165?？刂破?00電連接至測量電路100的另一個(gè)實(shí)施例。在所示出的實(shí)施例中，控制器300連接至傳感器復(fù)用器335和信號調(diào)節(jié)模塊360。傳感器復(fù)用器335可以用作或代替開關(guān)陣列115?？刂破?00包括硬件和軟件的組合，軟件尤其可操作以控制測量電路100的操作、控制傳感器配置控件315以及控制測量配置控件320。另外，控制器300通過傳感器復(fù)用器335連接至傳感器125、可選的液位傳感器350和組件陣列120(Z1，Z2，...Zn)。

處理單元305、存儲器310、傳感器配置控件315、測量配置控件320以及其它各種組件通過一個(gè)或多個(gè)控件或數(shù)據(jù)總線或它們兩者進(jìn)行連接。鑒于所提供的描述和附圖，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，使用一個(gè)或多個(gè)控件或數(shù)據(jù)總線或它們兩者用于各種組件之間的互連和通信是已知的。

存儲器310包括程序存儲區(qū)域和數(shù)據(jù)存儲區(qū)域。程序存儲區(qū)域和數(shù)據(jù)存儲區(qū)域可以包括不同類型的存儲器310的組合，例如機(jī)器可讀非暫時(shí)性存儲器；只讀存儲器(“ROM”)；隨機(jī)存取存儲器(“RAM”)(例如，動態(tài)RAM[“DRAM”]，同步DRAM[“SDRAM”]等)；電可擦除可編程只讀存儲器(“EEPROM”)；閃存；硬盤；SD卡或其它合適的磁、光、物理或電子存儲器裝置。處理單元305連接至存儲器310，并且執(zhí)行軟件指令，該軟件指令能夠存儲在存儲器310的RAM中(例如，在執(zhí)行期間)、存儲在存儲器310的ROM中(例如，基本上永久地)，或存儲在另一非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中。包括用于測量電路100的過程和方法的軟件可以存儲在控制器300的存儲器310中。軟件可以包括固件，一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用，程序數(shù)據(jù)，過濾器，規(guī)則，一個(gè)或多個(gè)程序模塊和其它可執(zhí)行的指令。例如，方法500(如圖6所示出的)在EEPROM中有效地存儲關(guān)于C1和C2的絕對值和傳感器125的幾何形狀的信息。處理單元305被配置為從存儲器310檢索并執(zhí)行尤其與此處所述的控制過程和方法相關(guān)的指令。在其它結(jié)構(gòu)中，控制器300包括附加的、更少的或不同的組件。

圖5示出了移相器150和移相器150與根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的測量電路100的連接。移相器150包括具有兩個(gè)輸出連接的劃分和相分離器405。劃分和相分離器405的第一輸出端連接至第一低通濾波器410，并且劃分和相分離器405的第二輸出端連接至第二低通濾波器415。第一低通濾波器410的輸出端連接至電流源105的輸入端、第一運(yùn)算放大器420的輸入端和振幅控制器425。第一運(yùn)算放大器420的輸出端通過電阻器(2R)連接至求和模塊440的輸入端。振幅控制器425的輸出端連接至第二運(yùn)算放大器430的輸入端。第二運(yùn)算放大器430的輸出端通過電阻器(R)連接至求和模塊440的輸入端。第二低通濾波器415的輸出端連接至第三運(yùn)算放大器435，并且第三運(yùn)算放大器435的輸出端通過電阻器(R)連接至求和模塊440的輸入端。求和模塊440的輸出端連接至比較器電路445的正極端子。比較器電路445的輸出端在混頻器145的輸入端處連接至測量電路100。

移相器150通過產(chǎn)生用于測量的多個(gè)相位來操縱測量電路100的響應(yīng)。這可以用于創(chuàng)建測量空間，其中由阻性電流的增加引起的信號變化大約是相同的幅度，并且近似正交于電容電流的較小的變化。測量空間通過將來自測量電路的信號與兩個(gè)信號單獨(dú)地混頻而創(chuàng)建，該兩個(gè)信號具有彼此接近的相位，并且當(dāng)感測節(jié)點(diǎn)和地面之間的電阻存在變化時(shí)，該兩個(gè)信號的兩個(gè)相位處于與電流變化的角度相隔90°的相位角的任一側(cè)。例如，如果當(dāng)電阻器連接至感測節(jié)點(diǎn)時(shí)電流的相位角為45°，則用于測量的兩個(gè)相位可以是130°和140°(即45°+85°＝130°和45°+95°＝140°)。這允許即使當(dāng)通過傳感器125的平行于電容的阻性電流未知并且可能比通過傳感器125的電容電流大得多時(shí)，也同時(shí)測量傳感器125的電容和電阻。

圖6是示出了確定測量電路100的期望相位角的示例性方法500的流程圖。盡管以順序次序示出，但是可以順序地、同時(shí)地或以不同的順序執(zhí)行方法500的步驟。方法500可以至少部分由控制器300執(zhí)行。也可以手動地執(zhí)行方法500的一部分。開始，空白開關(guān)(即BL1和BL2)閉合，開關(guān)陣列115的所有其它開關(guān)斷開，并且電源接通(步驟505)。通過控制器發(fā)送調(diào)整信號，移相器150被調(diào)整到第一相位(相位1)(步驟510)。調(diào)整增益和偏移調(diào)整模塊160的偏移，使得模數(shù)轉(zhuǎn)換器165的輸出處于模數(shù)轉(zhuǎn)換器165的輸出范圍(即，信號調(diào)節(jié)模塊360的輸出)的中間并記錄輸出(OUT1)(步驟515)。移相器150被調(diào)整到第二相位(相位2)，其可以接近相位1(例如，高于相位1六度)(步驟520)。然后，調(diào)整增益和偏移調(diào)整模塊160的偏移，使得模數(shù)轉(zhuǎn)換器165的輸出處于模數(shù)轉(zhuǎn)換器165的輸出范圍的中間，并且記錄輸出(OUT2)(步驟525)。對于給定的一組步驟，步驟505至步驟540，相位1和相位2各自具有其自己的相應(yīng)偏移調(diào)整，其對于測量順序可以保持固定。斷開空白開關(guān)(例如，BL1)，并且閉合用于R1的開關(guān)(步驟530)。使用其相應(yīng)的偏移調(diào)整來記錄針對相位1和相位2的模數(shù)轉(zhuǎn)換器165的輸出(R11，R12)(步驟535)。計(jì)算輸出(OUT1，OUT2)和輸出(R11，R12)之間的線的斜率的斜率(步驟540)。

一旦計(jì)算，確定斜率是否為正(步驟545)。如果斜率為正，則空白開關(guān)(例如BL1)閉合，用于R1的開關(guān)斷開，重復(fù)步驟510至540(步驟550)。當(dāng)步驟510和步驟520從步驟550觸發(fā)時(shí)，相位1和相位2的相位調(diào)整可以增加適度的量(例如大約3°)。在重復(fù)步驟510至540之后，該方法返回到步驟545，并確定經(jīng)調(diào)整的輸出值(OUT1，OUT2)和(R11，R12)之間的線的斜率是否為正。如果斜率不為正，則確定斜率是否近似等于-1(步驟555)。如果斜率不近似等于-1，則空白開關(guān)(例如BL1)閉合，用于R1的開關(guān)斷開，并重復(fù)步驟510至540(步驟560)。當(dāng)從步驟560觸發(fā)步驟510和步驟520時(shí)，相位1和相位2的相位調(diào)整可以增加微小的量(例如增加大約0.2°)。在重復(fù)步驟510至540之后，該方法返回到步驟555，并且確定調(diào)整的輸出值(OUT1，OUT2)和(R11，R12)之間的線的斜率是否近似等于-1。如果斜率近似等于-1，則已經(jīng)找到了期望的相位角(相位1和相位2)(步驟565)。如將更詳細(xì)地描述的，在所描述的示例中，在圖9的測量方法900中使用在方法500中確定的相位角。應(yīng)當(dāng)注意，對由步驟550和步驟560觸發(fā)的相位角的調(diào)整可以包括附加邏輯，其通過估計(jì)用于步驟510和步驟520的相位角變化的量和方向來幫助確定期望的相位角。

圖7是示出了用于方法500的步驟540的信號調(diào)節(jié)模塊360的示例性輸出的圖表。在坐標(biāo)對中描繪輸出，該坐標(biāo)對表示在相位1和相位2處進(jìn)行的測量。坐標(biāo)對表示校準(zhǔn)信號的集合。首先，描繪僅空白開關(guān)(即BL1和BL2)閉合時(shí)的相位1和相位2輸出(OUT1，OUT2)。還描繪了用于R1的開關(guān)閉合并且空白開關(guān)(例如，BL1)斷開時(shí)的相位1和相位2輸出(R11，R12)。該線示出了坐標(biāo)對(OUT1，OUT2)和(R11，R12)之間的斜率，并且可以通過方程5計(jì)算。

圖8是示出了當(dāng)用于R1的開關(guān)閉合并且空白開關(guān)(例如，BL1)斷開時(shí)對相位1和相位2信號的示例性調(diào)節(jié)的圖表。箭頭表示在連續(xù)測量之間的相位1和相位2信號的變化的輸出變化(步驟550或560)。坐標(biāo)對(2.9，2.1)描繪了目標(biāo)區(qū)域，其中從沒有電阻器(R1)的坐標(biāo)對到具有電阻器(R1)的坐標(biāo)對，斜率近似等于-1。找到斜率為大約-1的相位意味著相位1和相位2的平均值(即，(相位1+相位2)/2)大約是90°的相位角，該90°的相位角來自當(dāng)R1接通時(shí)由于電流的增加引起的總電流變化的角度。負(fù)斜率指示該兩相(相位1和相位2)位于90°相位角的相反側(cè)，該90°相位來自由于R1接通時(shí)實(shí)際電流變化相位。在功能上，選擇兩個(gè)相位，使得當(dāng)存在并聯(lián)電阻接通(例如，R1)時(shí)，信號調(diào)節(jié)模塊360在一個(gè)相位的輸出增加的幅度與在另一相位的輸出減小的幅度大約相同。應(yīng)當(dāng)注意，找到斜率正好為-1的相位可能不是必需的。即使當(dāng)計(jì)算的斜率明顯不同于-1時(shí)，也可以執(zhí)行測量。作為示例，在-0.5和-2之間的任何范圍內(nèi)的計(jì)算斜率可以給出令人滿意的結(jié)果。

圖9是示出了在組件陣列120的并聯(lián)電容器(C1)被接通時(shí)發(fā)生的信號調(diào)節(jié)模塊360的輸出電壓的變化的示例的圖表。在這種情況下，由于小并聯(lián)電容的接通引起的組件陣列120的電流的增加將導(dǎo)致感測組件130上的電流和電壓減少。例如，針對相位1和相位2的信號調(diào)節(jié)模塊360的輸出的坐標(biāo)對(1.75，1.75)比C1未接通的坐標(biāo)對(2.5，2.5)具有較低電壓。坐標(biāo)對(1.75，1.75)位于相對于坐標(biāo)對(2.5，2.5)具有+1的斜率的線上。圖9示出一旦校準(zhǔn)測量電路100，切換組件陣列120以添加或移除純電容組件導(dǎo)致信號調(diào)節(jié)模塊360的輸出的坐標(biāo)的變化，使得新坐標(biāo)將停留在與先前坐標(biāo)的斜率為+1的線上。換句話說，由于附加的小并聯(lián)電容引起的測量變化將位于具有+1斜率的線上，并且由于附加并聯(lián)電阻引起的測量變化將位于具有-1的斜率的線上。

圖10是示出了用于傳感器125的電容220的示例性測量方法900的流程圖。盡管以順序次序示出，但是測量方法900的步驟可以順序地、同時(shí)地或以不同的順序執(zhí)行。在一個(gè)示例中，測量方法900至少部分地由控制器300執(zhí)行?？梢允謩拥貓?zhí)行測量方法900的部分。在整個(gè)方法900中，調(diào)整增益和偏移調(diào)整模塊160的增益和偏移設(shè)置，并且將移相器150的設(shè)置調(diào)整為方法500中為每個(gè)測量確定的設(shè)置(步驟905)?？瞻组_關(guān)(例如，BL1)閉合，用于C1的開關(guān)閉合，開關(guān)陣列115的所有其它開關(guān)斷開，并且測量在相位1和相位2處的模數(shù)轉(zhuǎn)換器165的輸出電壓(步驟910)?？瞻组_關(guān)(例如，BL1)閉合，用于C2的開關(guān)閉合，開關(guān)陣列115的所有其它開關(guān)斷開，并且測量在相位1和相位2處的模數(shù)轉(zhuǎn)換器165的輸出電壓(步驟915)。在下一步驟中，n被設(shè)置為等于1，其中n對應(yīng)于組件陣列120中的電阻器(R1，R2，...Rn)中的特定一個(gè)(步驟920)。用于Rn的開關(guān)閉合，用于C1的開關(guān)閉合，開關(guān)陣列115的所有其它開關(guān)斷開，并且測量在相位1和相位2處的模數(shù)轉(zhuǎn)換器165的輸出電壓(步驟925)。用于Rn的開關(guān)閉合，用于C2的開關(guān)閉合，開關(guān)陣列115的所有其它開關(guān)斷開，并且測量在相位1和相位2處的模數(shù)轉(zhuǎn)換器165的輸出電壓(步驟930)。在下一步驟中，確定n是否等于n的最大值(即，編號最高的電阻器)(步驟935)。該確定提供了是否已經(jīng)使用組件陣列120中的所有電阻器的指示。如果n不等于n的最大值，則n增加1(步驟940)。然后該方法進(jìn)行到步驟925。如果n等于n的最大值，則空白開關(guān)(例如，BL1)閉合，用于傳感器125的開關(guān)閉合，開關(guān)陣列115的所有其它開關(guān)斷開，并且測量相位1和相位2處的模數(shù)轉(zhuǎn)換器165的輸出電壓(步驟945)。如將更詳細(xì)地描述的，參考測量和傳感器125的測量(即，輸出電壓的測量)被用于計(jì)算傳感器125(圖13)的電容。

圖11是僅帶有所示出的一個(gè)電阻器(R1)生成的輸出值的測量方法900的輸出的示例的圖表。每個(gè)圖表將具有不同的測量點(diǎn)，這取決于參考值、相位角、偏移和系統(tǒng)的增益。所示的圖表示出了針對相位1和相位2信號(即，參考信號)的測量的輸出。通常，針對與來自組件陣列120的組件的每個(gè)配對相關(guān)聯(lián)的坐標(biāo)對描繪輸出。這些輸出中的每一個(gè)提供對應(yīng)于組件陣列的不同配置的一組參考信號?？梢酝ㄟ^比較參考信號和傳感器信號之間的值的差來確定流體的電特性。這包括與每個(gè)電阻(R1，R2，...Rn)一起描繪C1和C2，以及與空白開關(guān)(即BL1或BL2)一起描繪C1和C2。另外，與空白開關(guān)(即，BL1或BL2)一起描繪電阻器(R1，R2，...Rn)。圖11示出了在從坐標(biāo)對(空白，空白)沿著+1斜率的線上描繪電容變化，并且電阻變化被描繪在從坐標(biāo)對(空白，空白)沿著-1斜率的線上。例如，(C1，空白)測量和(R1，C1)測量之間的輸出變化是由于并聯(lián)電阻的變化引起的，而(C1，空白)測量和(C2，空白)測量之間的輸出變化是由于并聯(lián)電容的變化引起的。這種行為允許傳感器125的電阻組件和電容組件被分離并且單獨(dú)計(jì)算，如圖13所示。

圖12是示出固定電容的平行線的圖表。如在圖11中所示，該圖表示出了用于并聯(lián)的多個(gè)組件的相位1和相位2信號的輸出的坐標(biāo)對。坐標(biāo)對創(chuàng)建參考點(diǎn)以確定固定電容的線。例如，坐標(biāo)對(C1，空白)和(R1，C1)具有相同的電容器，但是坐標(biāo)對(R1，C1)添加了電阻器(R1)。連接(C1，空白)和(R1，C1)的線示出了僅由于電阻引起的分量的變化，因此，表示固定電容的線。類似地，連接(C2，空白)和(R1，C2)的線是固定電容的線。也可以確定固定電阻的線。例如，固定電阻的線位于點(diǎn)(R1，C1)和(R1，C2)之間。

圖13是示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于確定傳感器125的電容的固定電容的線之間的插值的圖表。由于C1和C2的電容值是已知的，所以由固定電容的線表示的電容值也是已知的。通過在固定電容的線之間插值來計(jì)算傳感器125的電容。可以使用方程6執(zhí)行該計(jì)算。

其中L1和L2是從固定電容的線到傳感器125的測量點(diǎn)的距離，并且C1和C2是參考電容器的法拉(Farads)電容。一旦執(zhí)行測量，傳感器125的電容的計(jì)算可以以各種方式執(zhí)行。該方程是可以執(zhí)行插值的方程之一的示例，但是本發(fā)明不限于該方程。也可以使用單個(gè)參考電容器進(jìn)行測量。在這種情況下，固定電容的線在點(diǎn)(空白，空白)和(R1，空白)之間延伸。這條線是固定電容大約為零的線。如上所述，固定電容的線在(C1，空白)和(C1，R1)之間延伸。在這種情況下，L1是大致為零的電容線和坐標(biāo)對(傳感器，空白)之間的距離，L2是固定電容(C1)的另一線和坐標(biāo)對(傳感器，空白)之間的距離。在這種情況下，用于計(jì)算傳感器125的電容的方程簡化為方程7。

傳感器125的電導(dǎo)率也可以使用在固定電阻的線之間使用插值的類似算法來測量。例如，當(dāng)組件陣列120的多個(gè)電阻器(R1，R2，...Rn)中的每一個(gè)被接通時(shí)，可以如方程8和9所示計(jì)算通過電流源105看見的總電阻。

其中R是感測組件130的電阻的值，R高是組件陣列120的電阻器的值，其對應(yīng)于具有比傳感器125的電阻的值更高的電阻值的固定電阻的線，并且R低是組件陣列120的電阻器的值，其對應(yīng)于具有比傳感器125更低的電阻的固定電阻的線。

在確定相位、偏移和增益之后，以測量單位在對應(yīng)于電阻的較高值的固定電阻線和傳感器125的測量之間確定距離，以找到D1。類似地，以測量單位在對應(yīng)于電阻的較低值的固定電阻線和傳感器125的測量之間確定距離，以找到D2。然后可以通過如方程10所示的在固定電阻的線之間的插值來確定傳感器125的電阻以及感測組件120的電阻。

然后可以如方程11所示出的確定傳感器125的電阻。

由于傳感器125的電導(dǎo)率在測量之前是未知的，因此組件陣列120的多個(gè)電阻器使得測量電路100能夠在大范圍的電導(dǎo)率上測量傳感器125的電容。這允許系統(tǒng)將測量空間聚焦在接近傳感器125的電阻和電容的實(shí)際值的值上。利用足夠小的電阻器值，當(dāng)電導(dǎo)率遠(yuǎn)超過1000μS/cm時(shí)，測量電路100可以完成測量。完整的測量圖表征了傳感器125的任何值周圍和附近的測量系統(tǒng)。這導(dǎo)致對于各種液體的精確的電容測量，即使它們的電導(dǎo)率差異超過一百倍。

圖14示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的并聯(lián)電阻在較寬的范圍上的輸出電壓的變化。固定電容的兩條線由圖表中的兩條線表示。電阻的范圍從圖表的右側(cè)的50Ω到圖表的左側(cè)的10^9Ω。如通過固定電容的接近線所示，隨著并聯(lián)電阻變小，測量空間變窄。這導(dǎo)致在低并聯(lián)電阻處的分辨率的降低。然而，增益和偏移調(diào)整模塊160增加分辨率，并因此補(bǔ)償分辨率的損失。如圖表所示，固定電容的線可以在較寬范圍的電阻上為直的或彎曲的。使用處于測量電阻范圍內(nèi)的組件陣列120中的多個(gè)參考電阻器(例如，R1、R2等)減小了固定電容線的曲率的影響。固定電阻線之間的距離越小，基于固定電容線的線段的計(jì)算將導(dǎo)致的誤差越小。以這種方式，電容的固定線的曲率取決于組件陣列120的可用的阻抗水平。

圖15示出了補(bǔ)償固定電容線的曲率的實(shí)施例。在感測節(jié)點(diǎn)110和開關(guān)陣列115之間添加電感器1405(例如，100nH至10000nH)。電感器1405在寬的電阻范圍內(nèi)矯正固定電容線的曲率，從而改善直線逼近。其它實(shí)施例具有用于修改系統(tǒng)的響應(yīng)的不同的附加組件。例如，電感器1405可以與組件陣列120串聯(lián)添加，以調(diào)整由到傳感器125的長引線產(chǎn)生的電感。在一些實(shí)施例中，使用插值計(jì)算電容的算法將固定電容線的曲率考慮在內(nèi)。例如，參考點(diǎn)測量之間的曲率可以通過下面的方式來逼近：使用固定電容的每條線處的三個(gè)連續(xù)點(diǎn)的測量值，并且導(dǎo)出通過測量點(diǎn)并且在中心測量點(diǎn)的任一側(cè)具有恒定的斜率的每條線的適當(dāng)曲線。應(yīng)該注意，可以使用多種算法來獲得固定電容線的直線逼近。

圖16是測量電路1500的另一實(shí)施例的框圖。測量電路1500包括連接至感測節(jié)點(diǎn)1510的電流源1505，開關(guān)陣列1515，組件陣列1520，以及感測組件1530(例如，電阻)。測量電路1500還包括緩沖放大器1535，混頻器1545，低通濾波器1555，增益和偏置模塊1560和模數(shù)轉(zhuǎn)換器1565。在這些方面，測量電路1500類似于測量電路100。然而，測量電路1500包括與組件陣列1520以串聯(lián)形式連接的多個(gè)可切換阻抗。具體來說，測量電路1500包括電感開關(guān)陣列1570，電感器陣列1575，串聯(lián)電感器1580，電容開關(guān)陣列1585，電容器陣列1590和傳感器開關(guān)陣列1595。

電感開關(guān)陣列1570可由控制器300控制，以從電感器陣列1575選擇各種電感值，以與組件陣列1520和傳感器開關(guān)陣列1595串聯(lián)連接。類似地，電容開關(guān)陣列1585可由控制器300控制以從電容器陣列1590中選擇各種電容值，以與組件陣列1520串聯(lián)連接。傳感器開關(guān)陣列1595可由控制器300控制，以選擇傳感器1525或空白開關(guān)(例如，BL3)。另外，串聯(lián)電感器1580連接在電感器陣列1575和電容開關(guān)陣列1585之間。

測量電路1500能夠補(bǔ)償傳感器125上的低電平的總電容，該低電平的總電容由傳感器125上的感應(yīng)電容240的低值引起(見圖3C)。當(dāng)感應(yīng)電容240變得如此低使得組件陣列1520的參考阻抗不再具有類似于傳感器125的總電容的絕對值時(shí)，控制器300使用電容開關(guān)陣列1585切換串聯(lián)電容。電容器陣列1590的電容器CS1和電容器CS2的添加允許電容與來自組件陣列1520的參考阻抗串聯(lián)地插入。以這種方式，在參考測量期間測量的總阻抗處于與傳感器125的總電容相似的范圍內(nèi)。控制器300被配置為通過進(jìn)行測量并計(jì)算在第一頻率處計(jì)算的電容和在第二頻率處計(jì)算的電容之間的差來確定哪個(gè)電容值應(yīng)當(dāng)與組件陣列1520串聯(lián)插入。例如，如果差值高于閾值，則控制器300從電容器陣列1590中接入較小值的電容器。也可以使用其它算法來決定哪個(gè)電容器應(yīng)該串聯(lián)插入。此外，控制器300切換電感開關(guān)陣列1570，以將來自電感器陣列1575的電感器LS1、電感器LS2和電感器LS3以各種組合放置成與組件陣列1520和傳感器開關(guān)陣列1595的串聯(lián)連接。電感開關(guān)陣列1570使控制器300能夠使適當(dāng)?shù)拇?lián)電感與所選擇的串聯(lián)電容匹配，以使如上所述的響應(yīng)曲線變直。

應(yīng)當(dāng)注意，如圖16所示出的，傳感器開關(guān)陣列1595可以與開關(guān)陣列1515分離，并且傳感器開關(guān)陣列1595可以利用其自己的空白開關(guān)BL3進(jìn)行開關(guān)。當(dāng)正在測量組件陣列1520的參考阻抗時(shí)，空白開關(guān)BL3閉合，并且用于接入傳感器1525的傳感器開關(guān)陣列1595的傳感器開關(guān)斷開。當(dāng)在測量傳感器1525時(shí)，空白開關(guān)BL3打開，參考空白開關(guān)BL1和BL2閉合，并且傳感器開關(guān)閉合。以這種方式，測量電路1500控制傳感器開關(guān)陣列1595和開關(guān)陣列1515，使得寄生電容在整個(gè)測量方法900中保持恒定。

應(yīng)當(dāng)注意，盡管這里描述的電路使用電流源105、感測組件130和緩沖放大器135作為用于創(chuàng)建測量信號的電子器件，但是可以使用測量電路的其它變體來創(chuàng)建測量信號。例如，在一些實(shí)施例中，可以使用振蕩電壓源和其它測量感測電流的方法?？勺兿辔恍盘柸缓罂梢耘c本文公開的方法所描述的測量信號混頻。

還應(yīng)當(dāng)注意，實(shí)施例還可以用于測量與流體傳感器不相關(guān)聯(lián)的阻抗的電阻分量和電抗分量。例如，實(shí)施例可以用于測量期望高頻測量的生物組織或其它工業(yè)應(yīng)用的阻抗。

一旦通過使用上述方法和電路確定了傳感器125的電容，則可以使用方程12計(jì)算流體的介電常數(shù)。

C_偏移是測量電容不隨介電常數(shù)變化的部分。X通過用已知介電常數(shù)(k1和k2)的兩種流體中的每一種來測量傳感器125的電容來確定。C_傳感器1是當(dāng)測量第一流體時(shí)傳感器125的電容，C_傳感器2是當(dāng)測量第二流體時(shí)傳感器125的電容。可以使用方程13來確定X。

然后可以使用流體的介電常數(shù)來確定流體的其它特性。例如，流體的濃度或質(zhì)量水平。

因此，本發(fā)明尤其提供了用于確定流體傳感器的電容和電阻的系統(tǒng)和方法，特別是當(dāng)?shù)碗娮杪窂狡叫杏陔娙輹r(shí)。本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點(diǎn)在所附權(quán)利要求中陳述。