溫度感測和變送組件、可編程傳感器單元及其製造和使用方法

2023-10-18 06:14:44

專利名稱：溫度感測和變送組件、可編程傳感器單元及其製造和使用方法
技術領域：
本發明申請涉及可編程溫度傳感器單元、用於可編程溫度傳感器單元的組件、及其製造和使用方法。本發明申請可被具體地應用為用於工業控制市場、以及用於加熱、通風和空調(HVAC)市場的可編程溫度傳感器單元，並且在較佳的實施例中，其被嵌入於順應工業標準的外殼中並針對電流環路傳輸協議提供電流形式的輸出信號，且更佳地提供與所感測溫度成線性的4毫安到20毫安的工業標準輸出電流。
背景技術：
電子溫度傳感器和變送器被用在工業控制和HVAC(加熱、通風和空調)應用中以測量溫度並向用以控制溫度的裝置提供電信號。這些應用中的傳感器通常基於安裝在附連至連接頭的金屬管中的電阻式溫度檢測器(RTD)或熱敏電阻。RTD或熱敏電阻傳感器具有兩根或多根絕緣線，該絕緣線穿過管並連接至安裝在連接頭中的變送器上的接線盒，或變送器抽頭線。變送器使傳感器電偏壓、測量傳感器輸出、以及生成可被變送的輸出。可編程變送器可由本領域中的用戶編程為生成對應於用戶應用的特定傳感器溫度範圍的輸出。最常用的變送器輸出之一是4毫安到20毫安的電流環路。此電流環路被用於將變送器連接至可遠距離定位的控制裝置而不會因連接線中的電阻喪失準確度。傳感器管的長度和直逕取決於應用的溫度測量需要而不同。許多工業溫度探針使用保持工業標準DIN B型變送器外殼的連接頭。許多HVAC應用使用保持微型變送器外殼的連接頭。

發明內容
作為製作其發明的一部分，本發明人認識到現有技術可編程溫度傳感器-變送器布置是昂貴的，且需要在現場組裝(例如，用絞編型連接、螺釘連接等將溫度傳感器連接到變送器。)。花費是由這樣一個事實導致的溫度傳感器必須滿足由工業標準設定的嚴格電特性，並且在製造過程期間必須進行雷射調阻以滿足該標準。雷射調阻工藝是昂貴且耗時的。另外，溫度傳感器的一部分即使在進行雷射調阻工藝之後也將不能滿足標準，因此必須被拋棄。這由於傳感器不滿足標準而導致較低的產率以及增加的成本。在類似方式中，變送器還必須滿足相應的工藝標準，後者導致較低產率和增加的成本。發明人已通過發明可編程溫度感測和變送組件——其包括安裝到公共柔性電路襯底的溫度傳感器和可編程變送器且任選地具有附加元件——解決了這些問題。溫度傳感器向可編程變送器提供了表示其感測的溫度的電信號變送器，並且所述可編程變送器從其生成表示感測溫度的輸出電信號，但是與溫度傳感器的輸出信號相比，前者基本上關於溫度更成線性。可編程變送器提供了接收自溫度傳感器的輸入信號與其輸出信號之間的映射，並且包括實現該映射的電路。 映射電路可編程為在將傳感器的輸出信號映射到變送器的輸出信號時提供靈活性。在將溫度傳感器和變送器安裝到公共柔性電路襯底後，用已知映射設置變送器，並將組件曝露於多個已知溫度，並且在已知溫度下測量變送器的輸出。在隨後檢查測得的結果，並生成提供變送器的輸出信號與溫度之間基本上線性的關係的新映射，並且將新映射編程到變送器的映射電路中。測得結果可被存儲在EEPROM中並且可被用來在最終應用(例如，在現場)編程變送器以提供變送器的輸出信號與最終應用所需的特定傳感器溫度範圍之間基本上線性的關係。測量和編程步驟補償溫度傳感器、變送器(例如，模數轉換器或變送器中的電壓基準)、以及耦合至變送器的任何元件(例如，感測環路電阻)中存在的不準確和非線性。 相應地，溫度傳感器和可編程變送器可包括便宜的不精確元件，由此降低成本。相應地，組裝、測量和初始編程步驟全部可在工廠環境中發生，以及進一步在製造組裝線上發生，由此通過大規模製造進一步降低成本。在這點上，可在柔性電路材料的公共片上形成多個組件， 對其進行測試和編程，並在其後彼此分開以進一步降低製造成本。柔性電路襯底在隨後使得經編程的組件能夠被容易地插入單獨溫度傳感器外殼而無需在現場進行連接。寬泛而言，本申請的第一組發明包括溫度傳感器和可編程變送組件，該組件包括柔性電路襯底、溫度傳感器和可編程變送器。該柔性電路襯底包括具有第一區和第二區的聚合物薄片；置於第一區中用於電耦合至至少溫度傳感器的第一多個互連焊盤、置於第二區中用於電耦合至可編程變送器的第二多個互連焊盤、以及從第一多個互連焊盤的至少之一延伸到第二多個互連焊盤的至少之一的第一電跡線。溫度傳感器被安裝到第一多個互連焊盤的至少之一併電耦合至至少第一電跡線。溫度傳感器被調整成感測溫度並生成表示其周圍的溫度(在本文中稱為「感測溫度」)的輸出信號。可編程變送器被安裝到第二多個互連焊盤中的至少多個並電耦合至至少第一電跡線。可編程變送器具有用以接收表示感測溫度的信號的輸入，以及用以提供表示感測溫度的輸出信號的輸出。在優選實施例中，可編程變送器包括映射電路，該映射電路提供其輸入溫度信號與其輸出溫度信號之間的靈活映射，在優選實施例中，該輸出溫度信號可由用戶在現場編程為任意傳感器溫度範圍。更寬泛而言，本申請的第二組發明包括溫度傳感器單元，該單元包括具有至少一個小孔的外殼，以及根據本申請的第一組發明的溫度感測和可編程變送組件。溫度感測和可編程變送組件的第一部分被置於外殼中，而第二部分被設置成通過至少一個小孔，並且組件的溫度傳感器被置於外殼的外部。更寬泛而言，本申請的第三組發明包括一種製作溫度感測和可編程變送組件的方法，該方法包括容納柔性電路襯底，該柔性電路襯底具有帶有安裝於其中的第一多個互連焊盤的第一區和帶有安裝於其中的第二多個互連焊盤的第二區；將溫度傳感器安裝到柔性電路襯底的第一區；以及將可編程變送器安裝到柔性電路襯底的第二區。更寬泛而言，本申請的第四組發明包括一種設置根據本申請的第一組發明的溫度感測和可編程變送組件的方法，其中該溫度感測和可編程變送組件包括具有可編程映射電路的變送器，該映射電路提供變送器的輸入溫度信號與變送器的輸出溫度信號之間的靈活映射。該方法包括在可編程變送器已將已知的第一映射設置在其映射電路中的情況下將組
11件的至少溫度傳感器曝露於多個不同溫度，以及在多個不同溫度下測量可編程變送器的輸出信號的值。該方法還包括從測得值和不同溫度生成第二映射，該第二映射提供了由溫度傳感器所感測的溫度與變送器電路的輸出信號之間基本上線性的關係。該方法還包括用第二映射編程變送器的映射電路。本方法的優選實施例包括保存可編程變送器的測得值，以使得不同傳感器溫度範圍的附加映射值可被編程到可編程變送器的映射電路中。更寬泛而言，本申請的第五組發明包括包括一種製作溫度傳感器單元的方法。該方法寬泛地包括將根據本申請的第一組發明的溫度感測和可編程變送組件的第一部分置於外殼內，以使得組件的第二部分穿過外殼的小孔，以及使得組件的溫度傳感器被置於外殼的外部。組件的第一部分具有可編程變送器。相應地，本申請的一個或多個發明的目標在於，使得能夠製造低成本電子溫度傳感器單元。本申請的一個或多個發明的另一目標在於，使得能夠提供不要求手動地將溫度傳感器電線連接到變送器單元的電子溫度傳感器單元。本申請的一個或多個發明的另一目標在於，使得能夠提供一種電子溫度傳感器單元，這種溫度傳感器單元提供適用於電流環路傳輸協議中的輸出信號，並且基本上作為所感測溫度的線性函數的輸出電流較佳地在從4毫安到20毫安的範圍內。本申請的一個或多個發明的另一目標在於，使得能夠提供一種組裝在柔性電路襯底上作為組件的電子溫度傳感器和變送器，其中該組件可被安裝在單獨的變送器外殼中， 該外殼在尺寸上與現有工業標準相一致且相兼容。對於本領域技術人員而言，根據以下本發明的詳細描述、附圖和所附權利要求，本發明的這些和其他目標將變得顯而易見。


圖1是根據本發明的至少之一的示例性可編程溫度傳感器單元的平面圖，該傳感器單元包括置於柔性電路襯底上的溫度傳感器、可編程變送器部分和輸出部分，並且可編程變送器和輸出部分被安裝在DIN B型兼容外殼中。圖IA是根據本發明的至少之一的柔性電路襯底上持有可編程溫度傳感器單元的可編程變送器電路的部分的平面圖。圖IB是根據本發明的至少之一的柔性電路襯底上持有溫度傳感器單元的輸出組件和編程插座的部分的平面圖。圖2是根據本發明的至少之一的可編程變送器部分和輸出部分中示例性電路的示意性表示。圖2A是根據本發明的至少之一的具有兩個串聯連接的半導體(例如，矽)二極體的示例性溫度傳感器的示意性表示。圖2B是根據本發明的至少之一的具有一個半導體(例如，矽)二極體的示例性溫度傳感器的示意性表示。圖2C是根據本發明的至少之一的具有電阻式溫度檢測器(RTD)或熱敏電阻的示例性溫度傳感器的示意性表示。圖2D是根據本發明的至少之一的可編程變送器的示例性電路的框圖。
圖3是根據本發明的至少之一的安裝在傳感器管和DIN B型兼容變送器外殼中的示例性柔性溫度感測和可編程變送電路組件的三維視圖。圖4是用在本發明的至少之一中的DIN B型兼容可編程變送器外殼底部的三維視圖。圖5是用在本發明的至少之一中的DIN B型兼容可編程變送器外殼上部的三維視圖。圖6是根據本發明的至少之一的安裝在微型變送器外殼中的柔性溫度感測和可編程變送電路組件的三維視圖。圖7是示出了根據本發明的至少之一的微型可編程變送器外殼的內部的三維視圖。圖8是根據本發明的至少之一的柔性電路襯底的陣列的平面圖。圖9是根據本發明的至少之一的使得可編程溫度傳感器單元能夠被現場重新編程的程序設計系統的立體圖。
具體實施例方式在以下描述中，闡述各個具體細節是為了提供對本發明的特定實施例的更透徹的描述。然而，可在沒有以下給出的所有具體細節的情況下實踐本發明是顯而易見的。在其它實例中，沒有描述眾所周知的特徵以避免模糊本發明。現在參看附圖，圖1描繪了適用於工業控制溫度感測應用的溫度感測和變送組件 10和DIN B型兼容外殼30。組件10包括柔性電路襯底以及在多個互連墊片處附連到其的多個元件(如下所描述的)。柔性電路襯底包括聚合物薄片，以及形成於該聚合物薄片的一個表面上——並且較佳地在頂面和底面上——的多個電跡線和互連焊盤。組件10包括以下部分傳感器探針部分22，其毗鄰變送器部分12的左側；輸出部分15 ；以及互連部分14， 其橫跨在變送器部分12的左側與輸出部分15之間。部分12和15以及它們之間由部分14 提供的連接提供了可編程變送器。在圖1中所示的視圖中，示出了變送器部分12的背表面 13。附連到變送器部分12的前表面的各個元件以及該前表面的詳細視圖在圖IA中示出並在以下更詳細地描述。輸出部分15的詳細視圖在圖IB中示出並在以下更詳細地描述。表面安裝溫度傳感器21被安裝在組件10的傳感器端部20上並連接到組件10上的導電跡線1 Ia和1 Ib。將組件10的傳感器部分22製成足夠窄——通常比0. 15英寸窄—— 以便使得能將其插入外徑為至少3/16英寸的金屬傳感器管(在圖3的340處示出)。組件10的傳感器部分可製成各種長度——從幾英寸到若干英尺——以針對工業控制應用按需容納不同長度的傳感器管。如圖1中所見的，組件10的一部分貫穿外殼30的入口孔31。 約0. 4英寸xO. 5英寸的通道門36可被打開以便在將傳感器端20安裝在傳感器管(未示出)並附連到連接頭(未示出)之後允許組件10穿過入口孔31。在組件10迂迴通過入口孔31之後，關閉通道門36以提供遵照DIN B型規範的0.280英寸的完成入口孔。導電跡線Ila和lib將傳感器21電連接至柔韌電路組件10的可編程變送器部分12上的輸入Sl 和S2 (在圖2的2A-2C中示出)。變送器部分12通過導杆32a、32b、32c、32d、3&和32f固定在外殼30中。組件10在可編程變送器部分12與輸出部分15之間的互連部分14具有 7條導電跡線，後者在可編程變送器電路12與輸出部分15之間連接信號B、「 + 」、VCC、GND、「-」、SC和SD。互連部分14繞過安裝孔34和35取道，以允許將輸出部分15定位在外殼 30的上部。輸出部分15通過導杆四3、四13、四(；、四(1、296和四￡固定在外殼30中。輸出部分15中的元件包括可編程插座沈、功率電晶體16、雙連接器接線板27 (在本領域中也稱為 「雙位式It線板)、橋式整流器觀、以及用以提供到外部串行通信總線的連接的串行接口跡線SC 25和SD 24。在圖IB中更詳細地示出了這些組件，其中橋式整流器觀的示例性實施例具有6個引腳^a48f，並且四個整流器置於這些引腳之間。接線板27可包括在圖1中示出的螺旋端子27a和27a，或者可包括在圖3和6中示出的彈力端子27a和27b。每個彈力端子包括導電卷簧，在該導電卷簧中可插入電線以擴展線圈的半徑，這可使線圈發揮緊握並保持所插入電線的內向力。彈力端子使得能夠比螺旋端子更快速地連接到接線板27。 與其它螺旋類端子相比，彈力端子在於劇烈振動環境中維持電連接方面也是更好的。一旦將可編程變送器部分12和輸出部分15放置並固定在外殼30中，組件10在傳感器部分20 (S卩，傳感器探針部分2 與可編程變送器部分12的任何額外長度(非需要長度)可被放置在外殼30的內部。將外殼上部(在圖4中示出)放置在外殼30上並用螺栓連接到DIN B型兼容連接頭(未示出)以完成與用在各種工業控制應用中的現有溫度傳感器和變送器組件的形狀、適配和功能相匹配的組件。關於外殼30的外徑的DIN B型規範是1.732英寸。關於安裝孔34和35的DIN B型規範是0. 204英寸，而孔34與35之間中心到中心距離為1. 300英寸。在優選實施例中，除接線板27之外，這種設計中的所有元件皆處於表面安裝包裝中，以便於快速、低成本的自動化組件。圖2示出了位於組件10的可編程變送器部分12(圖1)和位於組件10的輸出部分15中的輸出電路230的示意性表示。(電路200和230共同提供可編程變送器。)變送器電路200包括可編程變送器晶片210、串行EEPR0MM0、JFET電晶體211、傳感器偏置電阻 201和202、分壓器電阻203和204、以及電流感測電阻205。輸出電路230包括四連接器編程插座沈(在本領域中也稱為「四位置」編程插座)、中功率NPN電晶體16、雙連接器接線板27、以及橋式整流器28。小跡線M和25提供分別到變送器晶片210和串行EEPR0M240 的串行接口信號SD和SC的連接。變送器晶片210可通過由ZMD AG公司製造並可購得的 ZMD31050高級差分傳感器信號調節裝置來實現。ZMD31050是專用集成電路(ASIC)，其具有用以在引腳Vl和V2處接收差分輸入信號的差分輸入、和用以在引腳B提供輸出信號的輸出，該輸出可被配置成生成相對於輸入信號變化並在4毫安與20毫安之間的範圍內的電流信號。映射電路基於輸入信號和映射生成輸出信號。映射可被視為對每個輸入值生成一輸出值的數學函數。該數學函數由多個參數來定義，這些參數可被非易失性地編程到變送器晶片210的映射電路中。示例性數學函數可採用具有以下形式的三次多項式的形式輸出信號=AfA1M輸入信號)+A2*(輸入信號)2+A3*(輸入信號)3 [1]其中k0、、、k2和A3是數字係數，這些係數的表示可被非易失性地編程到變送器晶片210的映射電路中。在工作中，外部4毫安到20毫安的電流環路被分別連接到ILl和IL2端子27a 和27b以向電路提供功率。電流環路電壓通常在10到30伏的範圍內。端子27a(ILl)和 27b (IL2)被分別連接到輸出電路230的橋式整流器觀的AC節點28c和^d (在圖IB和圖 2中示出)。這允許電流環路電壓以任一極性連接到端子27a(ILl)和27b(IU)。橋式整流器28在引腳28b和28e的「 + 」輸出被連接到柔性電路10的「 + 」跡線19，這將正電壓施加到JFET電晶體211的漏極212(在圖IA和圖2中示出)。橋式整流器在引腳28a和28f 的「_」輸出被連接到柔性電路10的「_」跡線17，這提供了電流向電路供電的迴路。JFET 電晶體211是耗盡型N-FET，後者在柵極節點213最初處於0伏時導通。當正電壓被施加到漏極212時，JFET電晶體211的源極214上升直至達到耗盡閾值Vtd。這使得Vref節點 215上偏約+2V並啟動變送器晶片210的內部Vref電路。變送器晶片210在隨後控制柵極節點213上的電壓以便在節點215上提供在3伏到5伏範圍內有規則的Vref供應。Vref 節點215被連接到傳感器偏置電阻201以向216處的傳感器端子Sl提供電流。傳感器偏置電阻202被連接到傳感器端子S2並提供從該傳感器到大地220的電流路徑。(大地220 被設置在變送器晶片210的GND端子處，在感測電阻205的高電勢側。)傳感器偏置電阻 201和202被選擇成使所選的溫度傳感器器件(例如，圖1中的傳感器21)偏置，以使得節點216上的電壓對於變送器晶片210的節點218處的差分輸入Vl而言處於合理的工作範圍內。分壓器電阻203被連接在Vref節點215與節點219的差分輸入V2之間。分壓器電阻204被連接在V2節點219與大地220之間。分壓器電阻值被選擇成在節點219提供一電壓，隨著溫度傳感器從所感測的組件10預期操作的溫度範圍內的最高變至最低溫度，該電壓大致位於輸入Vl上的最小和最大電壓的中間。變送器晶片210放大Vl和V2處的差分電壓輸入，並將其轉換成數字值。變送器晶片210還根據以上的式[1]並基於存儲在非易失性存儲器中的係數Atl-A3執行偏移量、一階、二階和三階線性化校正，並且在節點221(晶片的端子B)輸出一電壓以驅動NPN電晶體16的基極。注意環路電流的一部分流過JFET 電晶體211以對晶片210上電並偏置電阻201和203，而環路電流的剩餘部分流過由晶片 210的輸出電路控制的NPN電晶體16。由於從「 + 」跡線19到「-」跡線17的所有環路電流必須流過感測電阻(Rs) 205，因此通過測量感測電阻205上的電壓準確測量總環路電流是可能的。晶片210的「_」端子222是高阻抗感測輸入，後者被連接到「_」輸入跡線17和感測電阻205的一端。感測電阻205的另一端被連接到大地220。因此。晶片210的輸出電路使用節點220與222之間的電壓(即，感測電阻205上的電壓)來準確地感測總環路電流和控制節點221 (晶片210的端子B)上基極驅動電壓從而實現與感測溫度(傳感器輸出) 有關的總環路電流。 串行接口信號SD25被連接到能夠與變送器晶片210和串行EEPROM 240
通信的測試系統。該測試系統使溫度傳感器21曝露於若干不同溫度，測量變送器晶片210 的電流輸出，並計算係數集合ApApA2，以使得變送器210的電流輸出信號將與溫度基本上成線性。當進行了所有測量並計算出係數時，測試系統藉助串行接口信號SD25
發出命令以將係數存儲在變送器晶片210的非易失性存儲器中。該過程實際上比這更加複雜，並且以下將給出詳細示例。在此示例中，測試系統能夠讀取原始測量值，並且無需向晶片210呈現許多元件的初始值。在測試系統不能訪問原始測量值的實現中，初始係數集合必須被設置(優選地)或從晶片210中讀取。這提供了溫度傳感器21的輸出到變送器210 的輸出的第一映射，這使得溫度傳感器21在各個測試溫度下的輸出可被計算出。初始係數集合被標示為AthPA1PA2il和Α3>1。通常，初始係數A2il和A3il被設為零，而係數Atlil和A1, 工被用對其進行估計以將輸入(其為溫度傳感器21的輸出)的全部範圍映射成落在輸出 (其為晶片210的輸出)的大部分範圍內的值來設置。這有效地實現以高解析度測量溫度傳感器21的輸出。根據在已知測試溫度下的測得輸出值，以及根據由初始係數Achl-A3il提供的初始映射，可計算出提供測得溫度與輸出電流之間基本上的線性關係的係數集合。此係數集合被標示為A0, c、A1, e、A2, c和A3, co雖然已在以上例示了多項式校正，但是應當理解，變送器晶片210可使用一個或多個可編程查找表，根據該查找表可從輸入值內插出輸出值。由於變送器晶片210被用於校正偏移量和非線性，因此不精確且未校準的設備可被用於溫度傳感器21。這使得表面安裝包裝中極低成本、容易獲得的矽二極體將被用於感測器件代之以更昂貴的雷射調阻RTD(電阻溫度器件)或熱敏電阻。(對於高溫應用，可使用砷化鎵面結型二極體。)使用半導體面結型二極體還允許對溫度傳感器使用此類更簡單的偏置電路——在此情形中，僅電阻201被連接到Vref。儘管此類簡單偏置電路導致電流隨傳感器電壓的改變而改變——這使得傳感器輸出稍微更非線性，但是這種非線性被與傳感器的非線性相組合併且在測試期間使用二階和三階校正(例如，使用非零值的A2,。和A3, c)來校正兩者。由於傳感器器件和變送器在測試之前被永久地安裝在組件10上，因此在測試時一同校正變送器和傳感器兩者的非線性。與使用分開校準或調阻的傳感器和變送器的現有技術方法相比，這顯著地提升了組合系統的溫度測量的準確度。圖IA示出了圖2中例示的可編程變送器元件一般位於圖1中所示組件10的可編程變送器部分12的正面上的情形。這些元件較佳地用焊料附連到位於變送器部分的正面上的互連焊盤。在圖IA中也示出了可編程變送器部分12的信號SD、SC、「-」、GND、VCC、 「 + 」、和B，它們分別被連接到互連部分14的跡線24、25、17、220、215、19和221。圖IB更詳細地示出了圖2中例示的輸出部分元件一般位於圖1中所示組件10 的輸出部分15中的情形。編程插座沈具有四個引腳(也稱為「四位置」 U6aJ6b、26c和 26d，它們分別被連接到跡線220、215、25和24，並且後者又分別連接到信號GND、「VCC」、SC 和SD0 NPN電晶體16具有B、C、和E引腳，它們分別連接到跡線221、19、和220，後者又分別連接到信號B、「 + 」和GND。在本說明書的先前章節中給出了在輸出部分15中接線板27 和橋式整流器觀連接的詳細描述。圖2A示出了適於用作溫度傳感器21的示例性溫度傳感器250的示意性示圖。溫度傳感器250包括兩個串聯耦合的矽二極體。第一二極體253的陽極被連接到端子251 (端子Si)，第一二極體253的陰極以及第二二極體254的陽極被連接在一起，而第二二極體 254的陰極被耦合至端子252(端子S2)。端子251 (Si)和252 (S》被分別耦合至圖2中示出的變送器電路200的端子216 (Si)和217(S2)。串聯的兩個二極體被選擇成在輸出電壓中提供每攝氏度約4毫伏的合理的較大變化，並且在較高溫度下使端子216(S1)處的電壓升至約0. 8伏以上以防止變送器晶片210的輸入差分放大器降至最低點(即，防止其輸出飽和)。在此配置中，電阻202 (似)可被移除，並且變送器輸入S2(端子217)可被直接連接至圖2中的大地220。這將向晶片210的輸入端Vl (端子218)施加關於溫度信號的全二極體電壓變化，並且還從變送器電路省略一個表面安裝元件。圖2B示出了適於用作溫度傳感器21的另一示例性溫度傳感器沈0的示意性示圖。示例性溫度傳感器260包括單個矽二極體263。二極體263的陽極被耦合至端子沈1 (端子Si)，而二極體沈3的陰極被耦合至端子262 (端子S》。端子261 (Si)和262 (S2)被分別耦合至圖2中示出的變送器電路200的端子216 (Si)和217(S2)。在諸如150攝氏度的較高溫度，矽二極體沈3的正向電壓約為0. 4伏，該正向電壓對於變送器晶片210的差分輸入端子V2Q19)(在圖2中示出)而言過低。在此情形中，需要調節圖2中的偏置電阻 202 (R2)以將端子V2Q19)上的最低電平上升至高於譬如0. 8伏的最小工作輸入電平。圖2C示出了適於用作溫度傳感器21的另一示例性溫度傳感器270的示意圖。溫度傳感器270包括阻抗溫度檢測器(RTD)或熱敏電阻。RTD是以公知的穩定方式與溫度幾乎成線性地改變阻抗的電阻。熱敏電阻是隨著溫度變化在若干數量級上改變阻抗的電阻。 兩種類型的傳感器都僅僅示意性地作為耦合至端子271 (Si)和272 (S2)——這兩個端子分別耦合至圖2中所示的變送器電路200的端子216 (Si)和217 (S2)——的電阻273。變送器晶片(圖2中所示的)中的偏置電阻201(R1)和202 (R2)以及偏移量(A0, 、增益D和高階校正因子(A2,c和A3,c)被調節成針對給定溫度範圍適當地與給定傳感
器一起工作。示例件校準和設置稈序。參看圖2D，變送器晶片210使用模數(A/D)轉換器281 來將模擬傳感器電壓信號Vl (218)和V2Q19)轉換成數字輸入數。具有經編程的A/D調節方程的數字處理器282使用A/D校準寄存器284中的A/D校準係數來針對偏移量、斜坡、二階非線性和三階非線性對數字輸入數執行數字校正以產生經校正的數字溫度數。數字溫度數最終將通過數模(D/A)轉換器283轉換成模擬電流信號。然而，在此之前，經校正的數字溫度數還由具有經編程的D/A調節方程的數字處理器282使用存儲在D/A校準寄存器285 中的D/A校準係數進行數字調節以產生輸出數字數。D/A校準係數被用於校準驅動4毫安到20毫安輸出電路230 (在圖2中示出)的D/A輸出B (端子221)，以及用於對與變送器晶片210的溫度(通過使用片上溫度傳感器)有關的D/A輸出變動執行一階和二階校正。 這些校正將補償晶片210的特性、其基準電壓和D/A轉換器觀3、以及感測電阻205 (在圖2 中示出)中的任何偏移量和非線性。為了確定A/D校準係數，柔性組件10的傳感器部分22較佳地被置於經適當控制的已知(準確)溫度環境中，並且由分別連接到端子對和25上的串行接口信號SD和SC的測試器使用串行接口 286讀取數字輸入數。使用第一傳感器溫度——較佳地接近全溫度測量範圍的中點——來測量可用於確定偏移量A/D校準係數的中點數字輸入數。使用第二傳感器溫度——較佳地在全溫度測量範圍的一端——來測量可用於確定斜坡A/D校準係數的第一端點數字輸入數。如果期望二階A/D校正，則使用第三傳感器溫度——較佳地在全溫度測量範圍的另一端(相反端)——來測量第二端點數字輸入數，後者被用於確定二階A/D 校準係數。如果期望三階A/D校正，則使用第四傳感器溫度——較佳地在第一傳感器溫度與第二或第三傳感器溫度之間的中間處——來測量中間數字輸入數，後者被用於確定三階 A/D校準係數。在測得所有所需數字輸入數之後，測試軟體使用擬合算法(例如，最小平方擬合算法)來計算A/D校準係數並將該A/D校準係數寫入變送器晶片210的非易失性存儲器觀7中。此類擬合算法可在本領域中獲得並且可與以上所描述的ZMD31050聯用。為了確定D/A校準係數，組件10的變送器部分13被置於第一變送器溫度下的溫度室(temperature chamber)中，並且從片上溫度傳感器測得第一數字溫度數。來自片上溫度傳感器的數字溫度數將被稱為「ASIC溫度數」以將其與前述數字輸入數區分開。第一輸出電流的初始典型D/A校準係數數被寫入D/A校準寄存器285中。在第一傳感器溫度下使用組件的傳感器部分，通過連接到4毫安到20毫安電流輸出端子27a和27b (在圖1中示出)的電流測量測試系統測得輸出電流電平，並將其與第一傳感器溫度的期望輸出電流作比較。例如，如果傳感器溫度處於跨距中點，則D/A輸出電流應當為12毫安，其正好處於最小4毫安與最大20毫安的輸出電流電平之間的中間處。如果測得的輸出電流高於第一傳感器溫度的期望輸出電流，則第一輸出電流的D/A校準係數數被減小，並被寫入D/A寄存器285中。隨後，由測試系統重新測量輸出電流，將其與期望電平作比較，並調節係數數，直至達成期望輸出電流電平。測試軟體將第一數字ASIC溫度數和第一調節D/A校準係數數記錄到表中。溫度室在隨後被設成第二變送器溫度，並且從片上溫度傳感器測得第二數字 ASIC溫度數。由測試系統再次測量D/A輸出電流並將其與第一傳感器溫度的期望輸出電流作比較。如之前那樣調節輸出電流直至達成期望輸出電流電平。測試軟體將第二數字ASIC 溫度數和第二調節D/A校準係數數記錄到表中。這使得數據處理器282能夠將中點值保持在期望值，而不用管晶片210的溫度中的變化如何。接著，將傳感器溫度改變成第二傳感器溫度(其為溫度傳感器21的溫度範圍的極值點)，並且重複相同的D/A校準程序以產生表的第三和第四數字ASIC溫度和調節D/A校準係數數。在此情形中，來自D/A轉換器的目標輸出電流是4毫安或20毫安，這取決於哪個溫度極值點被選中。這確保在溫度傳感器21進入相應溫度極值點時晶片的輸出電流將進入一個電流極值點，但是無需確保在溫度傳感器21進入另一溫度極值點時輸出電流將進入另一電流極值點。為了確保這種情況，可使用隨後描述的二階校正程序。如果期望二階傳感器溫度校正，則在隨後將傳感器溫度改變成第三傳感器溫度 (其為溫度傳感器21的溫度範圍的另一極值點)，並且重複相同的D/A校準程序以生成表的第五和第六數字ASIC溫度和調節D/A校準係數數。在ZMD31050晶片的產品資料中解釋了使用這些係數進行校正。一旦為表生成所有所需的數，測試軟體就使用擬合算法來計算D/A校準係數並將該D/A校準係數寫入變送器晶片210的非易失性存儲器觀7中。一旦上電，非易失性存儲器觀7中的內容就被檢索到A/D校準寄存器284和D/A 校準寄存器觀5中，以使得數字處理器282可在正常操作期間連續地執行數字校正。這些係數共同提供用在上式[1]中例示的映射函數中的係數Atl^A1VA2,。和A3,c。當校準和設置完成時，變送器和輸出電路生成在4毫安到20毫安的範圍內的、並且為由組件的傳感器部分所感測的溫度的線性和準確表示的輸出電流。由溫度傳感器20生成的輸出信號可被表徵為在第一溫度跨距(例如，工廠中測量的跨距)上具有偏離其值與所感測的溫度之間的第一線性關係達第一百分比的值。此第一溫度跨距具有兩個端點，並且第一線性關係包括在溫度傳感器的輸出在第一跨距的兩端點處具有的值之間繪製的直線。類似地，由可編程變送器生成的輸出信號在第一溫度跨距上具有偏離其值與所感測的溫度之間的第二線性關係達第二百分比的值。第二線性關係包括在變送器晶片的輸出在第一跨距的兩端點處具有的值之間繪製的直線。在完成該校準的情況下，第二百分比顯著小於第一百分比。圖3是安裝在傳感器管340和DIN B型兼容變送器外殼320中以提供可編程溫度傳感器單元的示例性10的三維視圖。外殼320包括頂部321和底部322。組件10的傳感器探針部分首先被插入傳感器管340，並且傳感器端部S (20)靠近或在傳感器管340的封閉端341定位。通過使用標準工業方法，使用諸如MgO熱傳導粉末包裹傳感器端部S，並在隨後用環氧樹脂來密封傳感器端部S以及在端部342處使用更多環氧樹脂以完全密封傳感器管340。組件10的傳感器探針部分在342退出傳感器管340，並且通過連接頭(未示出)取道至外殼320的底部322中的入口孔327。通過移除頂部321，組件10穿過入口孔327—— 稍後在圖4中更詳細地示出了其示例，並且在隨後將可編程變送器部分(在圖3中的附圖標記12處示出)定位在外殼底部322的低處部分中。組件10的可編程變送器部分12被安裝在支承結構(在圖4中的402和403處示出)上的外殼底部322中，且元件面向下。諸如零件號、溫度範圍和序列號等信息可被列印在變送器部分12的背面，並在組件完成之後透過外殼頂部321中的矩形窗325觀看到(窗325可包括透明塑料的小孔或部分)。組件10 的輸出部分15在隨後被定位在底部322的上部分中，並且編程插座沈和接線板27被定位成使其分別通過頂部321中的小孔331和3 裝配。一旦變送器部分12和輸出部分15處於適當位置，則組件10的任何額外長度可被放置在開口外殼底部322中，並且外殼頂部321 在此後被安裝在外殼底部322之上。接線板27延伸通過頂部321中的小孔324，並提供對端子27a和27b的接入以連接至外殼4-20毫安電流環路。如上所指示的，端子27a和27b 可包括彈力連接器。小孔331為接頭(未示出)提供對編程插座沈的接入，以允許用戶在鉸鏈蓋332如圖3中所示地打開時現場連接至組件10。鉸鏈蓋332被閉合，且通過該鉸鏈蓋332上的互配合邊緣335和頂部321上的邊緣334保持閉合。鉸鏈蓋332通過按壓正面 335以釋放配合邊緣333和334來打開。外殼頂部321和底部322具有接受一對用於將外殼320穩固到連接頭(未示出)的安裝螺栓的左側孔3 和右側孔329。接觸區3 被設置在外殼頂部321的中心以使得傳感器管能夠如某些探針配置中期望地通過進入孔327垂直延伸到外殼頂部321之上。圖4是適於用作圖3中所示的外殼322的DIN B型兼容變送器外殼底部400的三維視圖。底部400包括通道門410和接觸區411。當鉸鏈通道門410打開時，接觸區411 約為0. 4英寸xO. 5英寸，其提供了足以穿過輸出部分15以及附連的接線板27和編程插座 26 (未在圖4中示出)——它們在柔性配件製造期間通過底部400的下方焊接到該輸出部分一一的空間。在將組件10穿過開口接觸區411之後，鉸鏈通道門410被閉合，並且組件通過直徑為0. 280英寸——這遵循DIN B型標準——的出入孔401。底部400還包括分別具有用於組件的變送器部分12的導向槽的左側支承結構402和右側支承結構403。底部 400還包括分別具有用於組件的輸出部分15的導向槽的左側支承結構404和右側支承結構 405。底部400還包括分別用於安裝按照DIN B型規範在中心處相隔1. 30英寸(33毫米) 定位的螺栓的左側孔408和右側孔409。按照DINB型規範，底部400的外徑為1. 73英寸 (44毫米)。圖5是適於用作圖3中所示的外殼321的DIN B型兼容變送器外殼頂部500的三維視圖。頂部500包括允許觀看列印在可編程變送器部分的背面的信息的矩形孔501，以及允許傳感器管按需向上延伸穿過的接觸區502。頂部500包括用以允許外部接頭(未示出)連接到編程插座的矩形孔503。用於覆蓋編程插座的鉸鏈蓋510被附連到頂部500並包括與頂部500上的邊緣512相配合以保持鉸鏈蓋510閉合的配合邊緣511。頂部510還包括用以允許接入接線板以連接到外部4-20毫安電流環路電線(未示出)的孔504。頂部 500還具有分別用於將頂部500穩固到外殼底部和連接頭的安裝螺栓的左側孔505和右側孔507。外殼頂部500的尺寸與外殼底部向匹配，並遵循DIN B型規範。圖6示出了使用微型變送器外殼620的具有4毫安到20毫安的完整溫度傳感器單元600的三維視圖。示例性組件10的傳感器端S被安置到傳感器管640的閉合端，而可編程變送器部分12和輸出部分15被安裝在微型變送器外殼620中。微型變送器外殼一般被用在HVAC市場中以配合內部壁安裝或管道安裝的溫度傳感器組件(未示出)。為了與 HVAC市場中可得到的其它微型變送器相兼容，外殼620的長度為1. 5英寸，寬度為1. 0英寸，而高度為0. 67英寸，並且直徑0. 149英寸的安裝孔621被定位成與右側相隔0. 5英寸而與較低邊緣相隔0. 25英寸。外殼620包括用以觀看列印在變送器部分12的背面上的產品信息的矩形開口 622。外殼620具有用以配合接線板27的開口 623，該接線板27在柔性配件製造期間被焊接到輸出部分15。接線板27包括用於連接外部4-20毫安電流環路電線的兩個端子27a和27b。如以上所指示的，端子27a和27b可包括彈力連接器。外殼620具有用以允許外部接頭(未示出)連接到編程插座沈的矩形孔626。用以覆蓋編程插座沈的鉸鏈蓋627通過鉸鏈628附連到外殼620的頂部，並且包括與外殼620的頂部上的邊緣 630相配合以保持鉸鏈蓋627閉合的配合邊緣629。圖7示出了適於用作圖6中所示的微型變送器外殼620的微型變送器外殼700的內部的三維視圖。外殼700包括底部720和頂部710，後者通過用於將頂部710連接到底部720的薄模塑塑料鉸鏈730向左翻轉打開。當頂部710閉合時，頂部710上的邊緣731 和732與邊緣733和734相配合以保持鉸鏈連接的頂部710與底部720相閉合。設置其上分別具有多個導向槽的左側支承結構721和右側支承結構722來保持變送器部分。設置左側結構723和右側結構7M來使輸出部分保持適當的高度。設置安裝螺栓孔725以便通過從底部穿過的螺釘或通過穿過微型殼體的螺栓來安裝微型殼體。微型外殼頂部710具有安裝螺栓孔711、變送器部分觀看孔712、用於接線板的孔和支承結構713、以及用於編程插座的接入孔714。鉸鏈蓋715被附連到微型外殼頂部710以覆蓋編程插座。通過首先將傳感器端部S安裝在如稍後所描述的傳感器管640中來組裝微型變送器探針。微型變送器外殼 700被安裝到機箱或承梁板(未示出)並且頂部710翻轉打開。來自傳感器管640的電線被定位在底部720的右側，且組件10的變送器部分12被放置在支承結構721和722上，並且具有接線板和編程插座的輸出部分15被放入接線板支承結構713和接入孔714。隨後閉合頂部以完成探針的組裝。圖8示出了左側柔性組件810和右側柔性組件820的平面圖，這些組件各自適用於先前所描述的組件的任一個(例如，組件10)。組件810包括左側輸出部分811、左側變送器部分812和左側傳感器部分813。組件820包括右側輸出部分821、右側變送器部分 822和右側傳感器部分823。左側和右側組件被設計成一起裝配成陣列，以使得多個柔性組件可被緊密地放置在一個柔性面板上。每個傳感器部分的寬度為0. 15英寸，因此左側和右側配件的組合寬度為0. 30英寸。變送器和輸出部分必須比0. 15英寸寬，以容納變送器晶片210、功率電晶體16和輸出跡線17和18。變送器部分812與變送器部分822垂直偏移開，因此變送器部分822可被製成0. 23英寸，並且將左側傳感器部分813互連到左側變送器部分812的窄部814被製成0. 07英寸以便維持組合寬度為0. 30英寸。在輸出部分821 和811上使用相同的布局技術以分別允許左側變送器部分812為0. 23英寸寬，右側輸出部分821為0. 23英寸寬，以及左側輸出部分811為0. 23英寸寬。配件810和820的頂端分別包括一組跡線815和825，以允許連接器將串行接口信號SC25以及「 + 」輸出 17和「_」輸出18分別連接到測試器進行測試。
陣列800示出了多對配件810和820，它們彼此靠近布置且其間沒有空間以便於在柔性面板上裝配儘可能多的柔性配件810和820。(在典型實施例中，大致30個此類配件被一起編組在單個柔性面板(柔性薄板)上)。多組跡線805被用於將陣列800中的所有配件連接到測試器，因此在可在同時測試所有配件。第二示例件校準和設置稈序。公開了第二校準和設置稈序,它可與以上所標識的 ZMD晶片聯用，並且其通常優於第一程序。如以上所指示的，ZMD晶片在其端子Vl和V2接收溫度傳感器的輸出作為差分輸入信號，並在其「B」引腳(圖2中的引腳221)從該差分信號生成輸出信號，後者又經由NPN電晶體16設置電流環路中的電流。為了生成其輸出，ZMD 晶片可被配置成連續地重複以下四步驟過程。作為第一步驟，晶片使用A/D轉換器將差分輸入信號數位化以生成輸入信號的數字表示——在以下的討論中稱為「Input (輸入)」。該晶片還將來自其片上溫度傳感器的變送器溫度的模擬值數位化以生成變送器溫度的數字表示——將稱為「Tt」。作為第二步驟，將經數位化的值Input除以增益因子C1,並將其加上偏移值Ctl以生成一中間值——將稱為「Y」。增益因子和偏移量較佳地被選擇成使得在溫度傳感器20的預期工作溫度範圍上T跨越基本上0與1之間的值範圍。還針對增益因子和偏移量中因變送器溫度的變動而導致的變動校正中間值Y。此校正是有益的，因為晶片的基準電壓Vkef隨溫度改變，這改變施加於傳感器20的電壓以及由A/D和D/A所用的電壓，還因為不精確電阻R1-R4和&將隨溫度而變化(其溫度被假定為與變送器的溫度相同，因為它們彼此緊密接近地組裝在柔性電路襯底上)。第二步驟的結果可由下式( 來歸納，其中在方括號中示出了計及變送器溫度的校正
權利要求
1.一種溫度感測和變送組件，包括柔性電路襯底，其包括具有第一區和第二區的聚合物薄片、置於所述第一區中用於電耦合至至少一溫度傳感器的第一多個互連焊盤、在所述第二區中用於電耦合至可編程變送器的第二多個互連焊盤、以及從所述第一多個互連焊盤的至少之一延伸到所述第二多個互連焊盤的至少之一的第一電跡線；溫度傳感器，其被安裝到所述第一多個互連焊盤的至少之一併電耦合至至少所述第一電跡線，所述溫度傳感器被調整成感測溫度並生成表示感測溫度的輸出信號；可編程變送器，其被安裝到所述第二多個互連焊盤中的至少多個並電耦合至至少所述第一電跡線，所述可編程變送器具有用以接收表示所述感測溫度的信號的輸入，以及用以提供表示所述感測溫度的輸出信號的輸出；其中所述可編程變送器的所述輸出信號是電流信號，並且其中所述組件還包括耦合至所述可編程變送器的輸出以感測環路電流的電流感測電阻，所述電流感測電阻是不精確元件。
2.一種溫度感測和變送組件，包括柔性電路襯底，其包括具有第一區和第二區的聚合物薄片、置於所述第一區中用於電耦合至至少一溫度傳感器的第一多個互連焊盤、在所述第二區中用於電耦合至可編程變送器的第二多個互連焊盤、以及從所述第一多個互連焊盤的至少之一延伸到所述第二多個互連焊盤的至少之一的第一電跡線；溫度傳感器，其被安裝到所述第一多個互連焊盤的至少之一併電耦合至至少所述第一電跡線，所述溫度傳感器被調整成感測溫度並生成表示感測溫度的輸出信號；可編程變送器，其被安裝到所述第二多個互連焊盤中的至少多個並電耦合至至少所述第一電跡線，所述可編程變送器具有用以接收表示所述感測溫度的信號的輸入，以及用以提供表示所述感測溫度的輸出信號的輸出；用於將所述組件連接到外部電流感測環路的兩個連接端子，以及設置在所述可編程變送器的所述輸出與所述連接端子之間的橋式整流ο
3.如權利要求2所述的溫度感測和變送組件，其特徵在於，所述連接端子包括彈力連接器。
4.一種溫度感測和變送組件，包括柔性電路襯底，其包括具有第一區和第二區的聚合物薄片、置於所述第一區中用於電耦合至至少一溫度傳感器的第一多個互連焊盤、在所述第二區中用於電耦合至可編程變送器的第二多個互連焊盤、以及從所述第一多個互連焊盤的至少之一延伸到所述第二多個互連焊盤的至少之一的第一電跡線；溫度傳感器，其被安裝到所述第一多個互連焊盤的至少之一併電耦合至至少所述第一電跡線，所述溫度傳感器被調整成感測溫度並生成表示感測溫度的輸出信號；可編程變送器，其被安裝到所述第二多個互連焊盤中的至少多個並電耦合至至少所述第一電跡線，所述可編程變送器具有用以接收表示所述感測溫度的信號的輸入，以及用以提供表示所述感測溫度的輸出信號的輸出；其中所述可編程變送器包括具有用以校正由所述溫度傳感器提供的所述信號的電路的處理器晶片、用以存儲由所述處理器晶片使用的校正參數的非易失性存儲器、以及調整成耦合至外部編程總線並調整成從其接收導致一個或多個校正參數將被存儲到所述非易失性存儲器中的信號的至少兩個總線端子，其中所述組件還包括用以接收數據編程總線的至少兩個連接器，所述至少兩個連接器被耦合至所述處理器晶片的相應總線端子；以及與所述處理器晶片分開的第二非易失性存儲器，其具有至少兩個總線端子，所述總線端子被調整成耦合至外部編程總線以接收信號並被調整成從其接收導致將數據存儲在所述第二非易失性存儲器中的信號，其中所述第二非易失性存儲器的所述總線端子被耦合至所述至少兩個電連接器。
5.如權利要求4所述的溫度感測和變送組件，其特徵在於，所述第一和第二非易失性存儲器被整合在一起作為一個非易失性存儲器。
6.一種溫度傳感器單元，包括 具有至少一個小孔的外殼；以及溫度感測和變送組件；以及其中所述溫度感測和變送組件的第一部分被置於所述外殼中，而所述溫度感測和變送組件的第二部分被設置成通過所述至少一個小孔；以及其中所述組件的所述溫度傳感器被置於所述外殼的外部； 其中所述溫度感測和變送組件，包括柔性電路襯底，其包括具有第一區和第二區的聚合物薄片、置於所述第一區中用於電耦合至至少一溫度傳感器的第一多個互連焊盤、在所述第二區中用於電耦合至可編程變送器的第二多個互連焊盤、以及從所述第一多個互連焊盤的至少之一延伸到所述第二多個互連焊盤的至少之一的第一電跡線；溫度傳感器，其被安裝到所述第一多個互連焊盤的至少之一併電耦合至至少所述第一電跡線，所述溫度傳感器被調整成感測溫度並生成表示感測溫度的輸出信號；可編程變送器，其被安裝到所述第二多個互連焊盤中的至少多個並電耦合至至少所述第一電跡線，所述可編程變送器具有用以接收表示所述感測溫度的信號的輸入，以及用以提供表示所述感測溫度的輸出信號的輸出。
7.如權利要求6所述的溫度傳感器單元，其特徵在於，所述外殼包括DINB型順應外殼。
8.如權利要求7所述的溫度傳感器單元，其特徵在於，靠近所述至少一個小孔設置鉸鏈門，所述鉸鏈門具有導致所述至少一個小孔具有第一區的閉合位置，以及導致所述小孔具有大於所述第一區的第二區的打開位置。
9.如權利要求6所述的溫度傳感器單元，其特徵在於，所述外殼包括底部和調整成可與所述底部分開的頂部，所述頂部具有在所述頂部被附連到所述底部時背向所述底部的正面，以及在所述頂部被附連到所述底部時面向所述底部的背面；其中所述底部包括調整成將所述溫度感測和變送組件的一部分保持在所述底部的第一區內的一個或多個支承結構；其中所述頂部還包括調整成曝露所述第一區的一部分以在所述頂部被附連到所述底部時便於觀看的第二小孔。
10.一種適於DIN B型外殼應用的外殼，所述外殼包括具有背面、附連到所述背面的圓側面、和開口頂面的底部，所述圓側面具有遵循DIN B型規範的直徑；調整成將被附連到所述底部以覆蓋所述底部的開口頂面的頂部；形成於所述底部的所述背面中的第一小孔，所述小孔具有遵循DIN B型規範的中心位置；以及形成於所述底部的所述背面中並與所述第一小孔毗鄰的鉸鏈門，所述鉸鏈門具有被調整成導致所述第一小孔具有遵循DIN B型規範的直徑和第一區的閉合位置、以及被調整成導致所述第一小孔具有大於所述第一區的第二區的打開位置。
11.如權利要求10所述的外殼，其特徵在於，所述頂部具有在所述頂部被附連到所述底部時背向所述底部的正面，以及在所述頂部被附連到所述底部時面向所述底部的背面；其中所述底部包括附連到所述底部的背面並調整成將電元件的至少一部分保持在所述底部的第一區內的一個或多個支承結構；以及其中所述頂部還包括一窗口，所述窗口置於所述頂部的所述正面上並被定位成允許所述第一區的至少一部分在所述頂部被附連到所述底部時將被觀看到。
12.如權利要求11所述的外殼，其特徵在於，所述電元件包括溫度感測和變送組件。
13.如權利要求10所述的外殼，其特徵在於，還包括一個或多個支承結構，其被附連到所述底部的背面並調整成將電元件的至少一部分保持在所述底部的第一區內；第二小孔，其被置於所述頂部的所述正面上並被定位成允許訪問所述第一區的第一部分，所述第二小孔偏離所述頂部的正面的中心點；以及第三小孔，其被置於所述頂部的所述正面上並被定位成允許訪問所述第一區的第二部分，所述第三小孔偏離所述頂部的正面的中心點。
14.如權利要求13所述的外殼，其特徵在於，還包括附連到所述頂部的鉸鏈蓋，所述鉸鏈蓋具有覆蓋所述第二小孔的閉合位置和曝露所述第二小孔的打開位置。
15.如權利要求13所述的外殼，其特徵在於，所述電元件包括溫度感測和變送組件。
16.如權利要求10所述的外殼，其特徵在於，還包括第二小孔，所述小孔被置於所述頂部的所述正面上並且基本上繞所述頂部的正面的中心點定位，所述第二小孔具有比DIN B 型規範關於所述第一小孔的直徑大的尺寸。
17.一種溫度傳感器外殼，包括具有背面、附連到所述背面的多個側面、以及開口頂面的底部；調整成將被附連到所述底部以覆蓋所述底部的開口頂面的頂部，所述頂部具有在所述頂部被附連到所述底部時背向所述底部的正面，以及在所述頂部被附連到所述底部時面向所述底部的背面；附連到所述底部的背面並調整成將電元件的至少一部分保持在所述底部的第一區內的一個或多個支承結構；置於所述頂部的所述正面上並被定位成允許所述第一區的至少一部分在所述頂部被附連到所述底部時將被觀看到的窗口。
18.如權利要求17所述的溫度傳感器外殼，其特徵在於，所述電元件包括溫度感測和變送組件。
19.一種溫度傳感器外殼，包括具有背面、附連到所述背面的多個側面、以及開口頂面的底部；調整成將被附連到所述底部以覆蓋所述底部的開口頂面的頂部，所述頂部具有在所述頂部被附連到所述底部時背向所述底部的正面，以及在所述頂部被附連到所述底部時面向所述底部的背面；附連到所述底部的背面並調整成將電元件的至少一部分保持在所述底部的第一區內的一個或多個支承結構；第一小孔，其被置於所述頂部的所述正面上並被定位成允許訪問所述第一區的第一部分；以及第二小孔，其被置於所述頂部的所述正面上並被定位成允許訪問所述第一區的第二部分。
20.如權利要求19所述的溫度傳感器外殼，其特徵在於，所述電元件包括溫度感測和變送組件。
21.如權利要求19所述的外殼，其特徵在於，還包括附連到所述頂部的鉸鏈蓋，所述鉸鏈蓋具有覆蓋所述第一小孔的閉合位置和曝露所述第一小孔的打開位置。
22.一種用於製作溫度傳感器單元的方法，所述方法包括(a)容納具有第一部分、第二部分和置於所述第一和第二部分之間的第三部分的柔性電路襯底，所述第二部分具有安裝於其上的溫度傳感器，所述第二部分具有安裝於其上的變送器，所述變送器被調整成在被加電時生成表示感測溫度的電信號；以及(b)將柔性電路襯底的所述第一部分設置在外殼內以使得組件的所述第三部分通過所述外殼的小孔並使得所述溫度傳感器被置於所述外殼的外部。
23.如權利要求22所述的方法，其特徵在於，所述外殼具有帶有背面、附連到所述背面的至少一個側面、開口頂面的底部，以及調整成將被附連到所述底部以覆蓋所述底部的開口頂面的頂部，其中所述外殼的小孔位於所述底部的背面上，其中所述外殼還具有形成於所述底部的所述背面並與所述小孔毗鄰的鉸鏈門，所述鉸鏈門具有調整成導致所述小孔具有第一區的閉合位置和調整成導致所述小孔具有大於所述第一區的第二區的打開位置，其中步驟(b)包括以下步驟打開所述鉸鏈門；其後通過由所述打開的鉸鏈門與所述小孔形成的區域插入所述柔性電路襯底的所述第一和第二部分之一；以及其後閉合所述鉸鏈門。
24.一種用於製作溫度感測和變送組件的方法，所述方法包括(a)容納柔性電路襯底，所述柔性電路襯底具有帶有設置於其中的第一多個互連焊盤的第一區和帶有設置於其中的第二多個互連焊盤的第二區；(b)將溫度傳感器安裝到所述柔性電路襯底的所述第一區；以及(c)將可編程變送器安裝到所述柔性電路襯底的所述第二區。
25.如權利要求M所述的方法，其特徵在於，所述可編程變送器包括具有可編程映射電路的晶片，所述映射電路提供所述晶片的輸入溫度信號與所述晶片的輸出溫度信號之間的靈活映射，所述可編程變送器從所述晶片的輸出溫度信號生成輸出溫度信號，並且其中所述方法包括以下步驟(d)用第一映射編程所述變送器晶片的所述映射電路；(e)在所述變送器晶片已將已知第一映射設置在其映射電路中的情況下將所述組件的至少所述溫度傳感器曝露於多個不同溫度；以及(f)在多個不同傳感器溫度下測量所述可編程變送器的多個特性，包括所述變送器的輸出溫度信號。
26.如權利要求25所述的方法，其特徵在於，還包括(g)從所測得特性和不同溫度生成所述晶片的映射電路的第二映射，並且所述第二映射提供了由所述溫度傳感器所感測的所述溫度與所述可編程變送器的所述輸出信號之間基本上線性的關係；(d)用所述第二映射編程所述變送器晶片的所述映射電路；
27.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，所述可編程變送器包括具有可編程映射電路的晶片，所述映射電路提供所述晶片的輸入溫度信號與所述晶片的輸出溫度信號之間的靈活映射，所述變送器晶片的所述映射電路具有在將所述變送器晶片安裝到所述柔性電路襯底之前就存儲在其中的第一映射，所述可編程變送器從所述晶片的輸出溫度信號生成輸出溫度信號，並且其中所述方法包括以下步驟(d)在所述變送器晶片已將已知第一映射設置在其映射電路中的情況下，將所述組件的至少所述溫度傳感器曝露於多個不同溫度；以及(e)在多個不同傳感器溫度下測量所述可編程變送器的多個特性，包括所述變送器的輸出溫度信號。
28.如權利要求27所述的方法，其特徵在於，還包括(f)從所測得特性和不同溫度生成所述晶片的映射電路的第二映射，並且所述第二映射提供了由所述溫度傳感器所感測的所述溫度與所述可編程變送器的所述輸出信號之間基本上線性的關係；以及(g)用所述第二映射編程所述變送器晶片的所述映射電路。
29.如權利要求24所述的方法，其特徵在於，步驟(b)包括將所述溫度傳感器表面安裝到所述柔性電路襯底的所述第一區，並且其中步驟(c)包括將變送器晶片表面安裝到所述柔性電路襯底的所述第二區。
30.一種用於製作多個溫度感測和變送組件的方法，所述方法包括(a)容納柔性面板，所述柔性面板包括限定於其中的多個柔性電路襯底，每個柔性電路襯底具有帶有設置於其中的第一多個互連焊盤的第一區和帶有設置於其中的第二多個互連焊盤的第二區；(b)將多個溫度傳感器安裝到多個所述柔性電路襯底的所述相應第一區；(c)將多個可編程變送器安裝到多個所述柔性電路襯底的所述相應第二區。
31.如權利要求30所述的方法，其特徵在於，每個可編程變送器包括具有可編程映射電路的晶片，所述映射電路提供所述晶片的輸入溫度信號與所述晶片的輸出溫度信號之間的靈活映射，所述可編程變送器從所述晶片的輸出溫度信號生成輸出溫度信號，並且其中所述方法包括以下步驟(d)用相對應的第一映射編程至少多個所述變送器晶片的所述映射電路，所述相對應映射彼此相同或相異；(e)其後將耦合至所述多個變送器晶片的所述溫度傳感器曝露於多個不同溫度；以及(f)在多個不同傳感器溫度下測量所述多個變送器晶片的所述可編程變送器的多個特性，包括所述變送器的輸出溫度信號；(g)對於所述多個所述變送器晶片的每一個，從所測得特性和不同溫度生成該晶片的映射電路的相對應第二映射，並且所述第二映射提供了由所述溫度傳感器所感測的所述溫度與所述可編程變送器的所述輸出信號之間基本上線性的關係；(h)對於所述多個變送器晶片的每一個，用其相對應的第二映射編程所述變送器晶片的所述映射電路。
32.如權利要求30所述的方法，其特徵在於，每個可編程變送器包括具有可編程映射電路的晶片，所述映射電路提供所述晶片的輸入溫度信號與所述晶片的輸出溫度信號之間的靈活映射，所述變送器晶片的所述映射電路具有在將所述變送器晶片安裝到所述柔性電路襯底之前就存儲在其中的第一映射，所述可編程變送器從所述晶片的輸出溫度信號生成輸出溫度信號，並且其中所述方法包括以下步驟(e)其後將所耦合的至少多個所述溫度傳感器的曝露於多個不同溫度；以及(f)對於耦合至所述多個溫度傳感器之一的每個可編程變送器，在多個不同傳感器溫度下測量所述可編程變送器的多個特性，包括所述變送器的輸出溫度信號；(g)對於耦合至所述多個溫度傳感器之一的每個可編程變送器，從所測得特性和不同溫度生成所述變送器晶片的所述映射電路的相對應第二映射，並且所述第二映射提供了由所述溫度傳感器所感測的所述溫度與所述可編程變送器的所述輸出信號之間基本上線性的關係；以及(h)對於耦合至所述多個溫度傳感器之一的每個可編程變送器，用其相對應的第二映射編程所述變送器晶片的所述映射電路。
33.一種設置溫度感測和變送電路組件的方法，所述溫度感測和變送電路組件具有帶有安裝到其的溫度傳感器的第一區，以及帶有安裝到其的可編程變送器的第二區，所述可編程變送器包括具有可編程映射電路的晶片，所述可編程映射電路提供了所述晶片的輸入溫度信號與所述晶片的輸出溫度信號之間的靈活映射，所述可編程變送器從所述晶片的輸出溫度信號生成輸出溫度信號，所述方法包括(a)在所述變送器晶片已將已知第一映射設置在其映射電路中的情況下，將所述組件的至少所述溫度傳感器曝露於多個不同溫度；(b)在多個不同傳感器溫度下測量所述可編程變送器的多個特性，包括所述變送器的輸出溫度信號；(c)從所測得特性和不同溫度生成所述變送器晶片的映射電路的第二映射，並且所述第二映射提供了由所述溫度傳感器所感測的所述溫度與所述可編程變送器的所述溫度輸出信號之間基本上線性的關係；以及(d)用所述第二映射非易失性地編程所述變送器晶片的所述映射電路。
34.如權利要求33所述的方法，其特徵在於，還包括所述在執行步驟(a)的同時將所述變送器晶片曝露於基溫度的步驟。
35.如權利要求33所述的方法，其特徵在於，還包括所述在執行步驟(a)之前用所述第一映射編程所述變送器晶片的所述映射電路的步驟。
36.一種使得用戶能夠在現場改變溫度傳感器單元的感測範圍的方法，所述方法包括以下步驟向所述用戶提供溫度傳感器單元，所述溫度傳感器單元包括在柔性電路襯底上組裝在一起的溫度傳感器、可編程變送器、第一非易失性存儲器、第二非易失性存儲器、和數據通信總線，所述數據通信總線被耦合至兩個存儲器和所述可編程變送器，所述第一非易失性存儲器保持所述溫度傳感器單元的測得特性集合，所述測得特性跨越第一溫度範圍，所述第二非易失性存儲器保持被所述變送器用來從獲得自所述溫度傳感器的輸入信號生成輸出信號的校正係數集合，從所測得特性計算出所述校正係數以提供所述輸出信號的第二溫度範圍，其中所述第二溫度範圍可與所述第一溫度範圍相異；製作可供所述用戶接入的所述數據通信總線。
37.如權利要求36所述的方法，其特徵在於，還包括向所述用戶提供現場程序設計系統，所述現場程序設計系統被調整成通過所述數據通信總線讀取存儲在所述第一非易失性存儲器中的測得特性，從所述用戶接收溫度範圍，從測得特性和所述用戶提供溫度範圍計算出修訂校正係數集合，以及將所述修訂校正係數存儲在所述第二非易失性存儲器中。
38.一種用於使用與溫度傳感器單元接口的處理設備編程所述溫度傳感器單元的溫度範圍的電腦程式產品，所述溫度傳感器單元包括在柔性電路襯底上組裝在一起的溫度傳感器、可編程變送器、第一非易失性存儲器、第二非易失性存儲器、和數據通信總線，所述數據通信總線被耦合至兩個存儲器和所述可編程變送器，所述第一非易失性存儲器保持所述溫度傳感器單元的測得特性集合，所述測得特性跨越第一溫度範圍，所述第二非易失性存儲器保持被所述變送器用來從獲得自所述溫度傳感器的輸入信號生成輸出信號的校正係數集合，從所測得特性計算出所述校正係數以提供所述輸出信號的第二溫度範圍，其中所述第二溫度範圍可與所述第一溫度範圍相異，所述計算機產品包括以下在計算機可讀存儲器上體現的元件(a)被調整成指令數據處理器獲得存儲在所述第一非易失性存儲器中的測得特性的第一指令集；(b)被調整成指令數據處理器從所述用戶接收溫度範圍的第二指令集；(c)被調整成指令數據處理器從測得特性和所述用戶提供溫度範圍計算出修訂校正係數集合的第三指令集；以及(d)被調整成指令數據處理器向所述第二非易失性存儲器傳送所述修訂校正係數的第四指令集。
39.如權利要求38所述的電腦程式產品，其特徵在於，步驟(b)包括被調整成指令數據處理器從原始測得特性集合和接收自所述用戶的所述溫度範圍生成替換測得特性集合的指令。
40.如權利要求39所述的電腦程式產品，其特徵在於，係數生成軟體程序可用於所述可編程變送器的晶片，所述係數生成軟體程序從所述測得特性集合生成由所述晶片使用的校正係數集合，其中所述步驟(b)還包括使用所述測得特性的替換集合和接收自所述用戶的所述溫度範圍執行所述係數生成軟體程序。
41.一種計算機設備，包括權利要求38的所述電腦程式產品；具有總線埠並被調整成執行所述電腦程式產品的數據處理器。
全文摘要
本申請涉及溫度感測和變送組件、可編程傳感器單元及其製造和使用方法。在柔性配件上提供附加跡線以對變送器IC和傳感器進行測試和編程。柔性配件的傳感器端被安裝到金屬傳感器管，以與具有導線的RTD或熱敏電阻傳感器當前被組裝用於在工業控制或HVAC應用中的相同的方式被填充和密封。傳感器管組件被附連到遵循工業標準慣例的連接頭。可編程變送器被用於校準一起被安裝在相同配件上的傳感器和變送器。可編程變送器通過排除系統中對任何高精確元件的需要降低元件成本。通過在一個面板上同時加工、組裝、以及測試許多柔性電路來降低製造和測試成本。
文檔編號G01K7/01GK102175336SQ20111004636
公開日2011年9月7日 申請日期2007年6月2日 優先權日2006年6月3日
發明者L·克理福德, W·H·歐文 申請人:精密線性系統股份有限公司