(57)【要約】【課題】シースセンサのシースの特性に起因するシースセンサの測定誤差を判定及び／又は補償する回路を提供する。【解決手段】回路は、シースセンサにおいてセンサ要素の一対のセンサ信号リード線に接続するための第１及び第２の端子と、端子間の測定された電圧差を示す測定信号を生成するための電圧測定回路と、回路は、第１及び第２の状態の間の電気的接続を制御可能にスイッチングし、第１の端子が、第１及び第２の基準電圧のそれぞれに接続されるスイッチングユニットと、第１の端子からスイッチングユニットを通って流れる測定された電流を示す補正信号を生成するための補正測定回路と、第１及び第２の状態における測定及び補正信号を受信するためのコントローラとを備える。コントローラは、測定誤差を示す誤差値及び／又は測定誤差に対して補正されるセンサ読み出し値を計算するために適合される。【選択図】図１
2019090799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シースセンサのシースの特性に起因する前記シースセンサの測定誤差を判定および／または補償するための回路（１）であって、
―シースセンサ（１０）においてセンサ要素（１１）の一対のセンサ信号リード線（１２、１３）に接続するための第１の端子（２）および第２の端子（３）と、
―前記第１の端子（２）と前記第２の端子（３）との間の電圧差（Ｖｄ）を測定し、前記測定された電圧差を示す測定信号を生成するための電圧測定回路（４）と、
―第１の状態（Ｓ１）と第２の状態（Ｓ２）との間の電気的接続を制御可能にスイッチングするためのスイッチングユニット（５）であって、前記第１の端子（２）が、第１の基準電圧（Ｖ１）および第２の基準電圧（Ｖ２）にそれぞれ電気的に接続される、スイッチングユニット（５）と、
―前記第１の端子（２）から前記スイッチングユニット（５）を通って流れる電流（Ｉ）を測定し、前記電流を示す補正信号を生成するための補正測定回路（６）と、
―前記スイッチングユニット（５）の前記スイッチングを制御することによって、前記第１の状態および前記第２の状態における、前記測定信号および前記補正信号を受信するためのコントローラ（７）であって、前記コントローラは、前記第１の状態および前記第２の状態の両方で生成される前記測定信号および前記補正信号を考慮することにより、前記測定誤差を示す誤差値、および／または前記測定誤差に対して補正されるセンサ読み出し値を計算するために適合されている、コントローラ（７）と、を備える、回路（１）。
【請求項２】
前記スイッチングユニット（５）は、前記第２の基準電圧（Ｖ２）を生成するための内部電圧源（９）を備え、前記第１の基準電圧（Ｖ１）は、電気接地電位である、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記コントローラは、前記第２の基準電圧（Ｖ２）と前記第１の基準電圧（Ｖ１）との差を、前記スイッチングユニット（５）の前記第１の状態（Ｓ１）で得られた前記補正信号（Ｉ０）と、前記スイッチングユニットの前記第２の状態（Ｓ２）で得られた前記補正信号（Ｉ１）との差で除算することによって、前記回路の電気接地と前記シースセンサの遠隔接地との間のループ抵抗（Ｒｌｏｏｐ）を計算するために適合されている、請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記コントローラ（７）は、前記測定誤差を示す前記誤差値、および／もしくは前記測定誤差に対して補正される前記センサ読み出し値を計算するために適合されており、前記測定誤差は、前記電圧差と起電力との間の偏差を表し、ならびに／または前記センサ読み出し値は、前記起電力を示し、前記起電力は、前記センサ要素（１１）が熱電対を備える前記シースセンサ（１０）に、前記回路（１）が接続されている際に、前記熱電対にわたって生成された起電力である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路。
【請求項５】
前記コントローラ（７）は、前記スイッチングユニット（５）の前記第１の状態（Ｓ１）で得られた前記測定信号と、前記スイッチングユニットの前記第２の状態（Ｓ２）で得られた前記測定信号との第１の差、および前記スイッチングユニット（５）の前記第１の状態（Ｓ１）で得られた前記補正信号と、前記スイッチングユニットの前記第２の状態（Ｓ２）で得られた前記補正信号との第２の差を計算するために適合されており、前記誤差値および／または前記センサ読み出し値を計算することは、前記スイッチングユニット（５）の前記第１の状態（Ｓ１）で得られた前記補正信号を、前記第１の差と前記第２の差との比率で乗算することを含む、請求項４に記載の回路。
【請求項６】
前記コントローラ（７）は、前記測定誤差を示す前記誤差値、および／もしくは前記測定誤差に対して補正される前記センサ読み出し値を計算するために適合されており、前記センサ読み出し値は、抵抗温度検出器の抵抗を示し、ならびに／または前記誤差値は、前記センサ要素（１１）が前記抵抗温度検出器を備える前記シースセンサ（１０）に、前記回路（１）が接続されている際の、漏洩電流および／もしくは寄生抵抗に起因する前記抵抗の誤差を表す、請求項１〜５のいずれか一項に記載の回路。
【請求項７】
前記測定誤差は、前記シースセンサのシースの絶縁抵抗、前記回路の電気接地と前記シースの遠隔接地との間のループ抵抗、および／または前記シースを通る漏洩電流を表す、請求項６に記載の回路。
【請求項８】
前記回路（１）が前記シースセンサ（１０）に接続されている際に、前記第１の端子（２）または前記第２の端子（３）を介して前記センサ要素（１１）へ更なる電流（Ｉｓｅｎｓ）を注入するための電流源（８）を備える、請求項６または７に記載の回路。
【請求項９】
前記コントローラ（７）は、前記誤差値および／または前記センサ読み出し値を計算するために適合されており、前記計算は、
【数１】
2019090799.tif 000028
を含む被減数と
【数２】
2019090799.tif 000029
を含む減数との減算を計算することを含み、Ｖｄ０およびＶｄ１は、それぞれ前記第１の状態（Ｓ１）および前記第２の状態（Ｓ２）における前記測定信号を表し、Ｉ０およびＩ１は、それぞれ前記第１の状態（Ｓ１）および前記第２の状態（Ｓ２）における前記補正信号を表し、Ｉｓｅｎｓは、前記更なる電流を表す、請求項８に記載の回路。
【請求項１０】
前記補正測定回路（６）が、所定の抵抗を有する基準抵抗器（Ｒ１１）と、前記抵抗器（Ｒ１１）にわたる電圧（Ｖｒ１１）を測定するための更なる電圧測定回路（１６）と、を備え、そのため、前記補正測定回路（６）は、前記基準抵抗器（Ｒ１１）にわたる前記電圧（Ｖｒ１１）の形態で前記電流を示す前記補正信号を生成するために適合されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の回路。
【請求項１１】
前記スイッチングユニット（５）は、前記第１の端子（２）を前記第１の基準電圧（Ｖ１）に制御可能に電気的に接続および接続解除するための第１のスイッチ（ＳＷ１）と、前記第１の端子（２）を前記第２の基準電圧（Ｖ２）に制御可能に電気的に接続および接続解除するための第２のスイッチ（Ｓ１３）と、を備える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の回路。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の回路（１）と、一対のセンサ信号リード線の第１のリード線（１２）および第２のリード線（１３）にそれぞれ接続された相補的な端子を有するセンサ要素（１１）を備えるシースセンサ（１０）と、を備える、センサシステムであって、前記センサ要素（１１）は、前記シースセンサの外部電磁妨害を低減および／または防止するように、前記センサ要素（１１）および前記一対のセンサ信号リード線（１２、１３）を電気的に絶縁するためのシース（１５）中に位置付けられ、前記一対のセンサ信号リード線（１２、１３）は、前記シース（１５）から延在して、前記回路（１）の前記第１および第２の端子（２、３）に接続する、センサシステム。
【請求項１３】
前記センサ要素は、熱電対を備える、請求項１２に記載のセンサシステム。
【請求項１４】
前記センサ要素は、抵抗温度検出器を備える、請求項１２に記載のセンサシステム。
【請求項１５】
シースセンサのシースの特性に起因する前記シースセンサの測定誤差を判定および／または補償するための方法（２００）であって、
―前記シースセンサの外部電磁妨害を低減および／または防止するように、センサ要素（１１）を電気的に絶縁するためのシース（１５）中に位置付けられた前記センサ要素（１１）を備えるシースセンサ（１０）を提供すること（２０１）と、
―前記センサ要素の第１の端子を第１の基準電圧（Ｖ１）に接続すること（２０２）と、前記センサ要素（１１）にわたる第１の電圧差（Ｖｄ０）を測定することと、前記センサ要素（１１）を通って流れる第１の電流（Ｉ０）を測定すること（２０２）と、
―前記センサ要素の前記第１の端子を第２の基準電圧（Ｖ２）に接続すること（２０３）と、前記センサ要素（１１）にわたる第２の電圧差（Ｖｄ１）を測定することと、前記センサ要素（１１）を通って流れる第２の電流（Ｉ１）を測定することと、
―前記第１の電圧差（Ｖｄ０）、前記第２の電圧差（Ｖｄ１）、前記第１の電流（Ｉ０）、および前記第２の電流（Ｉ１）を考慮することにより、前記測定誤差を示す誤差値、および／または前記測定誤差に対して補正されるセンサ読み出し値を計算すること（２０４）と、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護シース内に埋め込まれたセンサの分野に関する。より具体的には、シースセンサのシースの特性に起因するシースセンサの測定誤差を判定および／または補償するための回路ならびに方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電対および抵抗温度検出器（ＲＴＤ）要素などの当該技術分野において既知の様々なセンサは、それらの外部環境に敏感である。保護のために、このようなセンサは、例えば、シース内にセンサを埋め込み、電気絶縁材料でセンサとシースとの間の空間を埋めることによる、電気的絶縁を必要とする。センサとそのシースとの間の抵抗は一般に、絶縁抵抗（ＲＩＳＯ）と称される。しかしながら、このような絶縁抵抗は、例えば、加熱および振動などの種々の要因に起因して、経時的に変化する場合がある。
【０００３】
用途において、センサシースは、例えば、差ΔＶＧＮＤだけ、接地基準電圧ＧＮＤとは異なる電位であり得る。したがって、絶縁抵抗が低すぎる場合、絶縁抵抗を通じて漏洩が発生し得る。この漏洩は、センサ測定に影響する場合があり、例えば、測定誤差をもたらす場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，７００，０９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、温度計の試験および／または較正の手法について開示している。しかしながら、開示された手法の欠点は、センサの保護シースへの別々の接続が必要であることである。更に、特許文献１による手法は、センサ端子と保護シースとの間の抵抗を考慮して使用され得るが、保護シースと有効な接地ＧＮＤとの間の抵抗、例えば、差ΔＶＧＮＤは補償しない。
【０００６】
本発明の実施形態の目的は、シースセンサの絶縁抵抗（ＲＩＳＯ）を通じた漏洩に起因する、および／または寄生リード線−接地電圧に起因する、例えば、遠隔接地に関連する影響に起因する測定誤差を判定および／または補償（例えば、補正）するための良好および効率的な手段および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的は、本発明による方法およびデバイスによって達成される。
【０００８】
シースセンサの材料特性の変化が原因の様々なタイプの誤差を、絶縁抵抗（ＲＩＳＯ）を直接測定することなく計算および／または補償できることが、本発明の実施形態の利点である。
【０００９】
絶縁抵抗を判定および／または補償することができるだけでなく、シースと回路の実際の電気接地電位との間の抵抗などの他の誤差原因も判定および／または補償することができることが、本発明の実施形態の利点である。
【００１０】
第１の態様では、本発明は、シースセンサのシースの特性に起因するシースセンサの測定誤差を判定および／または補償するための回路に関する。回路は、シースセンサにおいてセンサ要素の一対のセンサ信号リード線に接続するための第１の端子および第２の端子を備える。回路は、第１の端子と第２の端子との間の電圧差を測定し、測定された電圧差を示す測定信号を生成するための電圧測定回路を備える。回路は、第１の状態と第２の状態との間の電気的接続を制御可能にスイッチングするためのスイッチングユニットであって、第１の端子が、第１の基準電圧および第２の基準電圧にそれぞれ電気的に接続される、スイッチングユニットを備える。回路は、第１の端子からスイッチングユニットを通って流れる電流を測定し、この電流を示す補正信号を生成するための補正測定回路を備える。回路は、スイッチングユニットのスイッチングを制御することによって、第１の状態および第２の状態の両方における、測定信号および補正信号の両方を受信するためのコントローラを備える。コントローラは、第１の状態および第２の状態の両方において生成される測定信号および補正信号を考慮することにより、測定誤差を示す誤差値、および／または測定誤差に対して補正されるセンサ読み出し値を計算するために適合されている。
【００１１】
本発明の実施形態による回路では、スイッチングユニットは、第２の基準電圧を生成するための内部電圧源を備えてもよく、第１の基準電圧は、電気接地電位であり得る。
【００１２】
本発明の実施形態による回路では、スイッチングユニットは、第１の基準電圧を生成するための第１の内部電圧源と、第２の基準電圧を生成するための第２の内部電圧源と、を備えてもよい。
【００１３】
本発明の実施形態による回路では、コントローラは、第２の基準電圧と第１の基準電圧との差を、スイッチングユニットの第１の状態で得られた補正信号と、スイッチングユニットの第２の状態で得られた補正信号との差で除算することによって、回路の電気接地とシースセンサの遠隔接地との間のループ抵抗を計算するために適合されてもよい。例えば、第２の基準電圧と第１の基準電圧との差は、第１の基準電圧が電気接地電位である実施形態において、第２の基準電圧であり得る。
【００１４】
本発明の実施形態による回路では、コントローラは、測定誤差を示す誤差値、および／または測定誤差に対して補正されるセンサ読み出し値を計算するために適合されてもよい。測定誤差は、電圧差と起電力との間の偏差を表すことができ、および／またはセンサ読み出し値は、起電力を示すことができる。起電力は、センサ要素が熱電対を備えるシースセンサに、回路が接続されている際に熱電対にわたって生成された起電力であり得る。
【００１５】
本発明の実施形態による回路では、コントローラは、スイッチングユニットの第１の状態で得られた測定信号と、スイッチングユニットの第２の状態で得られた測定信号との第１の差、およびスイッチングユニットの第１の状態で得られた補正信号と、スイッチングユニットの第２の状態で得られた補正信号との第２の差を計算するために適合されてもよい。誤差値および／またはセンサ読み出し値の計算には、スイッチングユニットの第１の状態で得られた補正信号を、第１の差と第２の差との比率で乗算することを含んでもよい。
【００１６】
本発明の実施形態による回路では、コントローラは、測定誤差を示す誤差値、および／もしくは測定誤差に対して補正されるセンサ読み出し値を計算するために適合されてもよく、センサ読み出し値は、抵抗温度検出器の抵抗を示し、ならびに／または誤差値は、例えば、センサ要素が抵抗温度検出器を備えるシースセンサに、回路が操作可能に接続されている際の、漏洩電流および／もしくは寄生抵抗に起因する抵抗の誤差を表す。
【００１７】
本発明の実施形態による回路では、測定誤差は、シースセンサのシースの絶縁抵抗、回路の電気接地とシースの遠隔接地との間のループ抵抗、および／またはシースを通る漏洩電流を表すことができる。
【００１８】
本発明の実施形態による回路は、回路がシースセンサに接続されている際に、第１の端子または第２の端子を介してセンサ要素へ更なる電流を注入するための電流源を備えてもよい。
【００１９】
本発明の実施形態による回路では、コントローラは、誤差値および／またはセンサ読み出し値を計算するために適合されてもよく、この計算は、
【数１】
2019090799.tif 000003
を含む被減数と
【数２】
2019090799.tif 000004
を含む減数との減算を計算することを含み、Ｖｄ０およびＶｄ１は、それぞれ第１の状態および第２の状態における測定信号を表し、Ｉ０およびＩ１は、それぞれ第１の状態および第２の状態における補正信号を表し、Ｉｓｅｎｓは、更なる電流を表す。
【００２０】
本発明の実施形態による回路では、補正測定回路は、所定の抵抗、および抵抗器にわたる電圧を測定するための更なる電圧測定回路を有する基準抵抗器を備えてもよく、そのため、補正測定回路が、基準抵抗器にわたる電圧の形態で電流を示す補正信号を生成するために適合されている。
【００２１】
本発明の実施形態による回路では、スイッチングユニットは、第１の端子を第１の基準電圧に制御可能に電気的に接続および接続解除するための第１のスイッチと、第１の端子を第２の基準電圧に制御可能に電気的に接続および接続解除するための第２のスイッチと、を備えてもよい。
【００２２】
第２の態様では、本発明は、本発明の第１の態様の実施形態による回路と、一対のセンサ信号リード線の第１のリード線および第２のリード線にそれぞれ接続された相補的な端子を有するセンサ要素を備えるシースセンサと、を備えるセンサシステムに関し、センサ要素は、シースセンサの外部電磁妨害を低減および／または防止するように、センサ要素および一対のセンサ信号リード線を電気的に絶縁するためのシース中に位置付けられる。一対のセンサ信号リード線は、シースから延在して、回路の第１および第２の端子に接続する。
【００２３】
本発明の実施形態によるセンサシステムでは、センサ要素は、熱電対を備えてもよい。
【００２４】
本発明の実施形態によるセンサシステムでは、センサ要素は、抵抗温度検出器を備えてもよい。
【００２５】
第３の態様では、本発明は、シースセンサのシースの特性に起因するシースセンサの測定誤差を判定および／または補償するための方法に関する。本方法は、シースセンサの外部電磁妨害を低減および／または防止するように、センサ要素を電気的に絶縁するためのシース中に位置付けられたセンサ要素を含むシースセンサを提供することを含む。本方法は、センサ要素の第１の端子を第１の基準電圧に接続することと、センサ要素にわたる第１の電圧差を測定することと、センサ要素を通って流れる第１の電流を測定することと、を含む。本方法は、センサ要素の第１の端子を第２の基準電圧に接続することと、センサ要素にわたる第２の電圧差を測定することと、センサ要素を通って流れる第２の電流を測定することと、を含む。本方法は、第１の電圧差、第２の電圧差、第１の電流、および第２の電流を考慮することにより、測定誤差を示す誤差値、および／または測定誤差に対して補正されるセンサ読み出し値を計算することを含む。
【００２６】
本発明の特定のおよび好ましい態様は、添付の独立請求項および従属請求項に記載されている。従属請求項からの特徴は、独立請求項の特徴と、適切でかつ単に特許請求の範囲に明示的に記載されているだけではない、他の従属請求項の特徴と、組み合わせることができる。
【００２７】
本発明のこれらの態様および他の態様は、以下に記載された１つまたは複数の実施形態を参照して、明らかになりはっきりするだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態による回路を図示する。
【図２】本発明の実施形態による回路の概略図を示す。
【図３】本発明の実施形態による例示的方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図面は、概略的であるにすぎず、限定するものではない。図面では、要素のうちのいくつかのサイズは、例証の目的のために誇張されており、縮尺通りに描かれていない場合がある。
【００３０】
特許請求の範囲のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。
【００３１】
異なる図面において、同一の参照符号は、同一または類似の要素を指す。
【００３２】
本発明は、特定の実施形態に関して、特定の図面を参照して説明されるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。記載された図面は、概略的であるにすぎず、限定するものではない。図面では、要素のうちのいくつかのサイズは、例証の目的のために誇張されており、縮尺通りに描かれていない場合がある。寸法および相対寸法は、本発明を実施するための実際の縮尺に対応していない。
【００３３】
更に、本明細書および特許請求の範囲における第１の（ｆｉｒｓｔ）、第２の（ｓｅｃｏｎｄ）などの用語は、同様の要素間を区別するために使用され、必ずしも、時間的に、空間的に、順位付けで、または任意の他の方法のいずれかで、順序を記載するために使用されるものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載された本発明の実施形態は、本明細書に記載または図示されたもの以外の順序で動作可能であることを理解すべきである。
【００３４】
更に、本明細書および特許請求の範囲における上（ｔｏｐ）、下（ｕｎｄｅｒ）などの用語は、説明目的で使用され、必ずしも相対的な位置を説明するために使用されるものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記載された本発明の実施形態は、本明細書に記載または図示されたもの以外の配置で動作可能であることを理解すべきである。
【００３５】
特許請求の範囲で使用される「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、後で一覧にされる手段に限定されるものとして解釈されるべきではなく、他の要素またはステップを排除するものではないことに留意すべきである。したがって、記載された特徴、整数、ステップ、または構成要素の存在を特定するものとして解釈され、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、もしくは構成要素、またはこれらの組み合わせの存在または追加を排除することを指すものではない。したがって、「手段ＡとＢとを備えるデバイス」という表現の範囲は、構成要素ＡおよびＢのみからなるデバイスに限定されるべきではない。これは、本発明に関して、デバイスの唯一の関連する構成要素が、ＡおよびＢであることを意味する。
【００３６】
本明細書を通じた「一実施形態」または「ある実施形態」への言及は、実施形態との関連で記述された特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の様々な箇所における、語句「一実施形態では（ｉｎ  ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「一実施形態では（ｉｎ  ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」の出現は、必ずしもすべてが同一の実施形態を指しているわけではないが、指している場合もある。更に、特定の特徴、構造、または特性は、１つ以上の実施形態で、本開示から当業者には明らかであるように、任意の好適な方法で組み合わされてもよい。
【００３７】
同様に、本発明の例示的実施形態の説明において、本開示を簡素化し、様々な発明態様のうちの１つ以上の理解を助ける目的で、本発明の様々な特徴は時々、単一の実施形態、図、またはその説明でグループ化されると理解されるべきである。しかしながら、本開示の方法は、特許請求された発明が、各特許請求項に明示される特徴よりも多くの特徴を必要とするという考えを反映すると解釈されるものではない。むしろ、以下の特許請求の範囲に反映されるように、発明の態様は、単一の前述の開示された実施形態のすべての特徴よりも少ない。したがって、発明を実施するための形態に続く特許請求の範囲は、この発明を実施するための形態に明示的に組み込まれ、各特許請求項は、本発明の別々の実施形態としてそれ自体で独立している。
【００３８】
更に、本明細書に記載されるいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれる他の特徴以外の特徴をいくつか含むが、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、本発明の範囲内であることを意味し、当業者によって理解されるように、異なる実施形態を形成する。例えば、以下の特許請求の範囲では、特許請求された実施形態のいずれかは、任意の組み合わせで使用することができる。
【００３９】
本明細書で提供される説明では、多数の具体的な詳細が記述されている。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの具体的な詳細を伴わずに実施され得ることが理解される。他の場合では、周知の方法、構造、および技術は、本説明の理解を曖昧にしないために詳細に示されていない。
【００４０】
第１の態様では、本発明は、シースセンサのシースの特性に起因するシースセンサの測定誤差を判定および／または補償するための回路に関する。回路は、シースセンサにおいてセンサ要素の一対のセンサ信号リード線に接続するための第１の端子および第２の端子を備える。回路はまた、第１の端子と第２の端子との間の電圧差を測定し、測定された電圧差を示す測定信号を生成するための電圧測定回路を備える。回路は、第１の端子が第１の基準電圧に電気的に接続されている第１の状態と、第１の端子が第２の基準電圧に電気的に接続されている第２の状態との間の電気的接続を制御可能にスイッチングするためのスイッチングユニットを備え、例えば、第１の基準電圧および第２の基準電圧が異なる電圧である。回路は、第１の端子からスイッチングユニットを通って流れる電流を測定し、この電流を示す補正信号を生成するための補正測定回路を備える。回路は、スイッチングユニットのスイッチングを制御することによって、第１の状態および第２の状態のそれぞれにおける、測定信号および補正信号の両方を受信するためのコントローラ（例えば、処理ユニット）を備える。コントローラはまた、第１の状態および第２の状態の両方において生成される測定信号および補正信号を考慮することにより、測定誤差に対して補正されるシースセンサのセンサ読み出し値、および／または測定誤差を示す誤差値を計算するために適合されている。
【００４１】
第１の基準電圧、第２の基準電圧、本明細書で更に後述される抵抗器Ｒ１１、および／または本明細書で更に後述される電流Ｉｓｅｎｓなどの電気特性値は、較正中、または回路が使用中の際に、例えば、コントローラによって考慮されるように測定され得ることが、当業者には既知である。
【００４２】
図１を参照すると、本発明の実施形態によるシースセンサ１０の測定誤差を判定および／または補償するための回路１が示されている。
【００４３】
回路は、シースセンサ１０においてセンサ要素１１の一対のセンサ信号リード線１２、１３に接続するための第１の端子２および第２の端子３を備える。例えば、シースセンサ１０は、一対のセンサリード線の第１のリード線１２および第２のリード線１３にそれぞれ接続された相補的な端子を有するセンサ要素１１を備えてもよい。センサ要素１１は、例えば、センサ要素１１および一対のセンサリード線１２、１３の外部電磁妨害を低減または防止するように、センサ要素１１を電気的に絶縁するための、例えば、センサ要素１１および一対のセンサ信号リード線１２、１３を電気的に絶縁するためのシース１５中に位置付けられてもよい。一対のセンサ信号リード線１２、１３は、シースから延在して、第１および第２の端子２、３に接続してもよい。一対の信号リード線１２、１３は、端子２、３に直接接続可能であってもよく、または一対の信号リード線は、図２に図示されるように、中間キャリア１９（例えば、プリント回路基板（ＰＣＢ）１９）に接続されてもよく、この中間キャリア１９は、一対の信号リード線１２、１３の各々を回路１の対応する端子２、３に電気的に接続する。
【００４４】
回路１は、第１の端子２と第２の端子３との間の電圧差を測定し、測定された電圧差を示す測定信号Ｖｄを生成するための電圧測定回路４を備える。
【００４５】
回路は、第１の端子２が第１の基準電圧Ｖ１に電気的に接続されている第１の状態Ｓ１と、第１の端子２が第２の基準電圧Ｖ２に電気的に接続されている第２の状態Ｓ２との間の電気的接続を制御可能にスイッチングするためのスイッチングユニット５を備え、例えば、第１の基準電圧Ｖ１および第２の基準電圧Ｖ２が異なる電圧である。
【００４６】
例えば、回路は、デバイスの動作において、所定および／または既知の基準電圧として、第１の基準電圧Ｖ１および第２の基準電圧Ｖ２を生成または受信するために適合されてもよい。基準電圧Ｖ１、Ｖ２は、十分に安定な、例えば、実質的に安定な電圧として生成され得る。例えば、回路１の較正中に、第１の基準電圧Ｖ１および／または第２の基準電圧Ｖ２の値は、例えば、センサ読み出し値または誤差値を計算する際に考慮するために、測定され、コントローラによる使用のためにアクセス可能なデータ記憶メモリ（例えば、不揮発性メモリ）に、例えば定数として記憶されてもよい。例えば、回路１の較正中に、電気接地に対する第１の基準電圧Ｖ１の値、電気接地に対する第２の基準電圧Ｖ２の値、および／または第１の基準電圧Ｖ１に対する第２の基準電圧Ｖ２の値が、測定および記憶されてもよい。
【００４７】
回路は、第１の端子２からスイッチングユニット５を通って流れる電流Ｉを測定し、この電流を示す補正信号を生成するための補正測定回路６を備える。
【００４８】
回路は、スイッチングユニット５のスイッチングを制御することによって、第１の状態Ｓ１での測定信号Ｖｄ０および補正信号Ｉ０を受信し、かつ第２の状態Ｓ２での測定信号Ｖｄ１および補正信号Ｉ１を受信するためのコントローラ７、例えば、処理ユニットを備える。例えば、コントローラ７は、第１および第２の状態Ｓ１、Ｓ２間をスイッチするために、スイッチングユニット５を制御するための少なくとも１つの制御信号Ｓを生成することができる。
【００４９】
コントローラ７はまた、第１の状態Ｓ１および第２の状態Ｓ２の両方において生成される測定信号Ｖｄ０、Ｖｄ１、ならびに第１の状態Ｓ１および第２の状態Ｓ２の両方において生成される補正信号Ｉ０、Ｉ１を考慮することにより、測定誤差に対して補正されるセンサ読み出し値、および／または測定信号の測定誤差を示す誤差値を計算するために適合されている。
【００５０】
コントローラ７は、測定誤差および／または誤差値に対して補正されたセンサ読み出し値を、記憶および／または出力するために更に適合されてもよい。
【００５１】
図２は、本発明の実施形態による回路の概略電気図を示す。回路は、シースの絶縁抵抗Ｒｉｓｏに起因する、例えば、漏洩電流Ｉｒｉｓｏ、および／またはシースと電気接地との間の電位差ΔＶＧＮＤに起因する、シースセンサ１０の測定誤差を判定および／または補償するために適合されてもよい。
【００５２】
本発明の実施形態では、シースセンサ１０におけるセンサ要素１１は、温度計要素を備えてもよい。同様に、回路１は、温度計読み出し回路または温度計読み出し補正回路であってもよい。
【００５３】
温度計要素は、熱電対を備えてもよい。例えば、熱電対を備えるセンサ要素１１の電気特性は、熱電対抵抗ＲｔｃＡ、ＲｔｃＢによって表すことができ、すなわち、総熱電対抵抗Ｒｔｃ＝ＲｔｃＡ＋ＲｔｃＢは、サーモワイヤ材料抵抗を表すことができる。更に、熱電対の起電力（ｅｍｆ）、すなわち温度勾配に起因するゼーベック効果によって起こる電圧は、Ｖｔｃ＝ＶｔｃＡ＋ＶｔｃＢによって表すことができる。
【００５４】
温度計要素は、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）を備えてもよい。例えば、ＲＴＤを備えるセンサ要素１１の電気特性は、総ＲＴＤ抵抗Ｒｔｃ＝ＲｔｃＡ＋ＲｔｃＢによって表すことができる。このような温度計要素では、ｅｍｆ電圧ＶｔｃＡおよびＶｔｃＢは、実質的にゼロ（ＶｔｃＡ＝ＶｔｃＢ＝０）であってもよく、したがって、図２の概略図では無視してもよい。
【００５５】
回路１は、シースセンサ１０においてセンサ要素１１の一対のセンサ信号リード線１２、１３にそれぞれ接続するための少なくとも１つの第１の端子２および少なくとも１つの第２の端子３を備える。
【００５６】
回路１は、第１の端子２と第２の端子３との間の電圧差を測定し、測定された電圧差を示す測定信号Ｖｄを生成するための電圧測定回路４を備える。例えば、電圧測定回路４は、電圧差を示す信号（例えば、デジタル信号）を生成するための、当該技術分野において既知の回路を備えてもよい。したがって、電圧測定回路４は、電圧測定によって、熱電対および／またはＲＴＤなどのセンサ（例えば、温度センサ）を読み出すための、当該技術分野において既知の構成要素および／または回路を備えてもよい。
【００５７】
回路１はまた、例えば、ＲＴＤを読み出すために、第１の端子２または第２の端子３を介してセンサ要素１１へ電流を注入するための電流源８を備えてもよい。例えば、ＲＴＤは、既知の電流Ｉｓｅｎｓを電流源８を介して印加することと、ＲＴＤセンサにわたる電圧差を測定することと、この電流およびこの電圧差に基づいてＲＴＤの事前に未知の抵抗を判定することと、例えば、本発明による実施形態によって提供される補正を更に考慮することと、により読み出すことができる。例えば、電流源８は、デバイスの動作において、所定および／または既知の更なる電流Ｉｓｅｎｓを第２の端子３を介して注入するために適合されてもよく、そのため、例えば、電流が、センサ要素１１（例えばＲＴＤ）を通って第１の端子２に戻って流れる。代替的に、更なる電流は、第１の端子２を介して注入されてもよく、そのため、電流がセンサ要素にわたって流れ第２の端子３に戻る。電流源８は、所定の更なる電流Ｉｓｅｎｓとして、十分に安定な、例えば、実質的に安定な電流を生成することができる。例えば、例えば、センサ読み出し値または誤差値を計算する際に考慮するために、回路１の較正中に、更なる電流Ｉｓｅｎｓの値を測定し、コントローラによって使用時にアクセス可能なデータ記憶メモリ（例えば不揮発性メモリ）に、例えば定数として記憶されてもよい。
【００５８】
スイッチングユニット５は、第１の端子２を第１の基準電圧Ｖ１に制御可能に電気的に接続および接続解除するための、例えば、第１のスイッチＳＷ１を備えてもよい。例えば、第１の基準電圧Ｖ１は、図２にて示すように、電気接地電位であってもよいが、本発明の実施形態は、これらに限定されるものではなく、例えば、回路１は、第１の基準電圧Ｖ１を生成するための内部電圧源、例えば、実質的に本明細書で後述される通り、第２の基準電圧Ｖ２を生成するための内部電圧源を備えてもよい。
【００５９】
スイッチングユニット５は、第１の端子２を第２の基準電圧Ｖ２に制御可能に電気的に接続および接続解除するための、例えば、第２のスイッチＳＷ２を備えてもよい。例えば、回路１は、第２の基準電圧Ｖ２、例えば、第１の基準電圧Ｖ１（例えば接地）とは実質的に異なる実質的に所定の電圧Ｖ２を生成するための内部電圧源９を備えてもよい。
【００６０】
補正測定回路６は、所定の抵抗を有する抵抗器Ｒ１１と、抵抗器Ｒ１１にわたる電圧Ｖｒ１１を測定するための更なる電圧測定回路１６と、を備えてもよい。
【００６１】
例えば、抵抗器Ｒ１１は、第１の端子２とスイッチングユニット５との間に直列に接続され得る。したがって、補正測定回路６は、第１の端子２からスイッチングユニット５を通って流れる電流を測定し、かつその電流が流れる抵抗器Ｒ１１にわたる電圧の形態で、その電流を示す補正信号を生成するために適合されてもよい。例えば、回路の較正中に、内部抵抗Ｒ１１の抵抗は、考慮されるように、測定され、コントローラのデータ記憶メモリ（例えば、不揮発性メモリ）に、例えば定数として記憶されてもよい。
【００６２】
コントローラ７は、処理ユニット（例えば、プロセッサ）および／またはデータ記憶メモリを備えてもよい。コントローラは、第１の状態Ｓ１での測定信号Ｖｄ０および補正信号Ｉ０（例えば、Ｖｒ１１０）を受信し、かつ第２の状態Ｓ２での測定信号Ｖｄ１および補正信号Ｉ１（例えば、Ｖｒ１１１）を受信するために適合されてもよい。これは、スイッチングユニット５のスイッチング、例えば、ＳＷ１がＯＮ（すなわち、第１の端子を第１の基準電圧Ｖ１に接続）であり、かつＳＷ２がＯＦＦ（すなわち、第１の端子を第２の基準電圧Ｖ２から切断）である第１の状態Ｓ１と、ＳＷ１がＯＦＦであり、かつＳＷ２がＯＮである第２の状態Ｓ２との間のスイッチＳＷ１およびＳＷ２のスイッチングを制御することによって達成することができる。
【００６３】
コントローラ７はまた、測定誤差に対して補正される読み出し値、および／または測定誤差を示す誤差値を計算するために適合されている。
【００６４】
この計算は、スイッチングユニット５の第１の状態Ｓ１で得られた測定信号と、スイッチングユニットの第２の状態Ｓ２で得られた測定信号との第１の差、およびスイッチングユニット５の第１の状態Ｓ１で得られた補正信号と、スイッチングユニットの第２の状態Ｓ２で得られた補正信号との第２の差を計算することを含んでもよい。
【００６５】
誤差値および／またはセンサ読み出し値の計算には、スイッチングユニット５の第１の状態Ｓ１で得られた補正信号を、第１の差と第２の差との比率で乗算することを含んでもよい。
【００６６】
例えば、熱電対センサ要素では、センサ読み出し値は、例えば、第１の基準電圧は接地電圧である測定信号Ｖｄ０と誤差値Ｖｔｃ＿ｅｒｒとの差に対応し得る。
【００６７】
状態Ｓ１では、次の式を適用し得る。
【００６８】
【数３】
2019090799.tif 000005
【００６９】
式中、Ｉｒｉｓｏ０は、状態Ｓ１における漏洩電流Ｉｒｉｓｏを指し、Ｖｄ０は、状態Ｓ１における測定信号Ｖｄを指し、Ｖｒ１１０は、状態Ｓ１における補正信号を指す。
【００７０】
同様に、状態Ｓ２では、次の式を適用する。
【００７１】
【数４】
2019090799.tif 000006
【００７２】
式中、Ｉｒｉｓｏ１は、状態Ｓ２における漏洩電流Ｉｒｉｓｏを指し、Ｖｄ１は、状態Ｓ２における測定信号Ｖｄを指し、Ｖｒ１１１は、状態Ｓ２における補正信号を指す。
【００７３】
したがって、誤差値Ｖｔｃ＿ｅｒｒは、次のように計算することができる。
【００７４】
【数５】
2019090799.tif 000007
【００７５】
センサ読み出し値Ｖｔｃは、次のように計算することができる。
【００７６】
【数６】
2019090799.tif 000008
【００７７】
別の実施例では、ＲＴＤセンサ要素では、センサ読み出し値は、例えば、漏洩電流Ｉｒｉｓｏを補償した、ＲＴＤセンサ要素の抵抗Ｒｒｔｄ＝ＲｔｃＡ＋ＲｔｃＢに対応し得る。
【００７８】
状態Ｓ１では、次の式を適用し得る。
【００７９】
【数７】
2019090799.tif 000009
【００８０】
【数８】
2019090799.tif 000010
【００８１】
【数９】
2019090799.tif 000011
【００８２】
【数１０】
2019090799.tif 000012
【００８３】
式中、Ｉｒｉｓｏ０は、状態Ｓ１における漏洩電流Ｉｒｉｓｏを指し、Ｖｄ０は、状態Ｓ１における測定信号Ｖｄを指し、Ｖｒ１１０は、状態Ｓ１における補正信号を指す。
【００８４】
同様に、状態Ｓ２では、次の式を適用する。
【００８５】
【数１１】
2019090799.tif 000013
【００８６】
【数１２】
2019090799.tif 000014
【００８７】
式中、Ｉｒｉｓｏ１は、状態Ｓ２における漏洩電流Ｉｒｉｓｏを指し、Ｖｄ１は、状態Ｓ２における測定信号Ｖｄを指し、Ｖｒ１１１は、状態Ｓ２における補正信号を指す。
【００８８】
したがって、誤差値Ｒｒｔｄ＿ｅｒｒは、次のように計算することができ、
【数１３】
2019090799.tif 000015
センサ読み出し値Ｒｒｔｄは、次のように計算することができ、
【数１４】
2019090799.tif 000016
または、同等に、次のように計算することができる。
【００８９】
【数１５】
2019090799.tif 000017
【００９０】
したがって、コントローラ７は、誤差値および／またはセンサ読み出し値を計算するために適合されてもよく、この計算は、
【数１６】
2019090799.tif 000018
を含む被減数（または減数）と
【数１７】
2019090799.tif 000019
を含む減数（またはそれぞれ被減数）との減算を計算することを含む。
【００９１】
更に、コントローラは、例えば、回路の電気接地に対して、センサ要素にわたる電圧ΔＶＧＮＤでの、シースセンサの絶縁抵抗、例えば、回路の電気接地とシースセンサの遠隔接地との間のループ抵抗Ｒｌｏｏｐを計算するために適合されてもよい。
【００９２】
このループ抵抗Ｒｌｏｏｐは、次のように表すことができる。
【００９３】
【数１８】
2019090799.tif 000020
【００９４】
状態Ｓ１では、次の式で定式化することができる。
【００９５】
【数１９】
2019090799.tif 000021
【００９６】
【数２０】
2019090799.tif 000022
【００９７】
式中、Ｉｒｉｓｏ０は、状態Ｓ１における漏洩電流Ｉｒｉｓｏを指し、Ｖｒ１１０は、状態Ｓ１における補正信号を指す。
【００９８】
状態Ｓ２では、次の式で定式化することができる。
【００９９】
【数２１】
2019090799.tif 000023
【０１００】
【数２２】
2019090799.tif 000024
【０１０１】
式中、Ｉｒｉｓｏ１は、状態Ｓ２における漏洩電流Ｉｒｉｓｏを指し、Ｖｒ１１１は、状態Ｓ２における補正信号を指す。
【０１０２】
したがって、ループ抵抗は、次のように判定することができる。
【０１０３】
【数２３】
2019090799.tif 000025
【０１０４】
したがって、コントローラ７は、内部電圧源９にわたる電圧Ｖ２を示す更なる信号を、スイッチングユニット５の第１の状態Ｓ１で得られた補正信号Ｉ０と、スイッチングユニットの第２の状態Ｓ２で得られた補正信号Ｉ１との差で除算することによって、回路の電気接地とシースセンサの遠隔接地との間のループ抵抗Ｒｌｏｏｐを計算するために適合されてもよい。
【０１０５】
第２の態様では、本発明はまた、本発明の第１の態様の実施形態による回路１と、一対のセンサ信号リード線の第１のリード線１２および第２のリード線１３にそれぞれ接続された相補的な端子を有するセンサ要素１１を含むシースセンサ１０と、を備えるセンサシステムに関し、センサ要素１１は、シースセンサの外部電磁妨害を低減および／または防止するように、センサ要素１１および一対のセンサ信号リード線１２、１３を電気的に絶縁するためのシース１５中に位置付けられる。一対のセンサ信号リード線１２、１３は、シース１５から延在して、回路１の第１および第２の端子２、３に、例えば、接続されるように接続する。センサ要素は、熱電対および／または抵抗温度検出器などの温度計、例えば温度センサを備えてもよい。
【０１０６】
第３の態様では、本発明は、シースセンサのシースの特性に起因するシースセンサの測定誤差を判定および／または補償するための方法に関する。
【０１０７】
図３を参照すると、本発明の実施形態による例示的方法２００が示されている。方法２００は、シースセンサの外部電磁妨害を低減および／または防止するように、センサ要素１１を電気的に絶縁するためのシース１５中に位置付けられたセンサ要素１１を含むシースセンサ１０を提供すること２０１を含む。方法２００は、本発明の第１の態様の実施形態による回路を動作させることを含んでもよい。
【０１０８】
本方法は、センサ要素の第１の端子を第１の基準電圧Ｖ１（例えば、接地）に接続すること２０２と、センサ要素１１にわたる第１の電圧差Ｖｄ０を測定することと、センサ要素１１を通って流れる第１の電流Ｉ０を測定することと、を含む。
【０１０９】
本方法は、センサ要素の第１の端子を第２の基準電圧Ｖ２に接続すること２０３と、センサ要素１１にわたる第２の電圧差Ｖｄ１を測定することと、センサ要素１１を通って流れる第２の電流Ｉ１を測定することと、を含む。
【０１１０】
本方法は、第１の端子と、第１の基準電圧および第２の基準電圧のそれぞれとの間の電気的接続を、例えば、スイッチングユニットを使用してスイッチングすることを含んでもよい。
【０１１１】
本方法は、例えば、接続および測定するステップ２０２、２０３が実施されている間に、更なる電流Ｉｓｅｎｓをセンサ要素１１に注入することを含んでもよい。
【０１１２】
本方法は、第１の電圧差Ｖｄ０、第２の電圧差Ｖｄ１、第１の電流Ｉ０、および第２の電流Ｉ１を考慮することにより、測定誤差を示す誤差値、ならびに／または測定誤差に対して補正されるセンサ読み出し値を計算すること２０４を含む。
【０１１３】
誤差値を計算すること２０４は、第２の基準電圧Ｖ２と第１の基準電圧Ｖ１との差を、電流Ｉ０とＩ１との差で除算することによって、回路の電気接地とシースセンサの遠隔接地とのループ抵抗Ｒｌｏｏｐを計算することを含んでもよい。
【０１１４】
誤差値および／またはセンサ読み出し値を計算すること２０４は、電圧Ｖｄ０とＶｄ１との第１の差および電流Ｉ０とＩ１との第２の差を計算することを含んでもよい。誤差値および／またはセンサ読み出し値を計算すること２０４は、電流Ｉ０を、第１の差と第２の差との比率で乗算することを含んでもよい。
【０１１５】
誤差値および／またはセンサ読み出し値を計算すること２０４は、
【数２４】
2019090799.tif 000026
を含む被減数と
【数２５】
2019090799.tif 000027
を含む減数との減算を計算することを含んでもよい。
【０１１６】
本方法は、所定の抵抗を有する基準抵抗器Ｒ１１にわたる電圧Ｖｒ１１０およびＶｒ１１１を測定し、電流Ｉ０およびＩ１を測定することを含んでもよい。
【図１】
2019090799.tif 000030
【図２】
2019090799.tif 000031
【図３】
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【外国語明細書】
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