CN102207413B

CN102207413B - 温度传感器的检测电路和方法

Info

Publication number: CN102207413B
Application number: CN 201110066232
Authority: CN
Inventors: 王怡宁; 叶学敏; 夏雅
Original assignee: SHANGHAI BEHR THERMAL SYSTEMS CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI BEHR THERMAL SYSTEMS CO Ltd
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2031-03-18
Also published as: CN102207413A

Abstract

本发明公开了一种温度传感器的检测电路和方法，其中包括或涉及被测温度传感器Rx、模拟量输入模块、可编程逻辑控制器PLC和电源E，还包括标样温度传感器R1、第二电阻R2、第三电阻R3和被测温度传感器Rx组成的单臂电桥。本发明的一种温度传感器的检测电路和方法克服了环境温度的变化对测试结果产生的影响。本发明可以将检测的判断范围由被测温度传感器Rx的770Ω至3378Ω，缩小到被测温度传感器与标样温度传感器R1之间的电阻差值的正负200Ω内(对应于单臂电桥的输出电压为0.5V之内)，充分实现了对被测温度传感器的稳定性及可靠性的高效测试。该温度传感器的检测电路和方法实施方便，实施费用较低，非常适用于车间在线测试的应用。

Description

温度传感器的检测电路和方法

技术领域

本发明涉及一种温度传感器的检测电路和方法，尤其涉及一种汽车空调上的温度传感器的检测电路和方法。

背景技术

汽车空调上安装有多处温度传感器，这些温度传感器在整车控制器对空调进行控制调节中，是一个重要的依据。因此在空调总成的终检环节中，对温度传感器的检测是尤为重要的。

现有技术中通常运用可编程逻辑控制器(PLC)的普通测量电路，来进行电阻性能检测。该方法是直接在被测温度传感器的两端施加电压，读取通过被测温度传感器的电流值，计算以获得被测温度传感器的电阻值，然后将计算获得的实际电阻值与根据理论电阻值设定的电阻值的上下限进行比较。

可是空调的温度传感器不同于普通电阻，不同的空调温度传感器的电阻值有其不同的RT特性。受到环境温度的影响，测量电路得到的电阻值的上下浮动非常大。因此必须对环境温度进行采样，结合温度传感器的固有RT表，计算出对应的理论电阻值的上下限。通过比较实际电阻值是否在对应的理论电阻值的上下限之内，从而完成温度传感器的检测判断。这样的测量方法需要准确地测量环境温度，需要实时地计算该环境温度下的理论电阻值的上下限，因此会给测试台的软件和硬件带来较高的要求。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种温度传感器的检测电路和方法，克服环境温度的变化对测试结果产生的影响。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种温度传感器的检测电路和方法，克服环境温度的变化对测试结果产生的影响。

为实现上述目的，本发明提供了一种温度传感器的检测电路，包括被测温度传感器Rx、标样温度传感器R1、第二电阻R2、第三电阻R3和电源E，其特征在于：所述标样温度传感器R1、所述第二电阻R2、所述第三电阻R3和所述被测温度传感器Rx组成单臂电桥，其中所述被测温度传感器Rx所在桥臂与所述第三电阻R3所在桥臂相对，所述第二电阻R2所在桥臂与所述标样温度传感器R1所在桥臂相对；所述被测温度传感器Rx与所述标样温度传感器R1的第一连接处c，所述第二电阻R2与所述第三电阻R3的第二连接处d构成所述单臂电桥的输出，所述检测电路还包括连接于所述第一连接处c和所述第二连接处d之间的模拟量输入模块，用于测量所述单臂电桥的输出电压，所述检测电路还包括与所述模拟量输入模块相连的可编程逻辑控制器PLC，用于将预设的所述单臂电桥的输出电压的阈值和测量所得的输出电压值相比较，判断所述被测温度传感器Rx是否失效。

进一步地，所述模拟量输入模块包括AD转换器，用于将所述单臂电桥的输出电压的模拟量转换为数字量。

进一步地，所述标样温度传感器R1与所述被测温度传感器Rx是相同的温度传感器，所述标样温度传感器R1为合格的温度传感器。

进一步地，所述电源使用输出电压为5V的电源。

进一步地，所述第二电阻R2、所述第三电阻R3、所述标样温度传感器R1和所述被测温度传感器Rx的电阻值在1000Ω～1500Ω的范围内，所述第二电阻R2、所述第三电阻R3的电阻值相同。

为实现上述目的，本发明同时也提供了温度传感器的检测方法，由如下步骤组成：a)提供一种电路，包括被测温度传感器Rx、标样温度传感器R1、第二电阻R2、第三电阻R3和电源E；所述标样温度传感器R1、所述第二电阻R2、所述第三电阻R3和所述被测温度传感器Rx组成单臂电桥；其中所述被测温度传感器Rx所在桥臂与所述第三电阻R3所在桥臂相对，所述第二电阻R2所在桥臂与所述标样温度传感器R1所在桥臂相对；所述被测温度传感器Rx与所述标样温度传感器R1的第一连接处c，所述第二电阻R2与所述第三电阻R3的第二连接处d构成所述单臂电桥的输出；b)提供一个模拟量输入模块，以测量所述单臂电桥的输出电压；c)提供一个可编程逻辑控制器，以将预设的所述单臂电桥的输出电压的阈值和测量所得的输出电压值相比较，判断所述被测温度传感器Rx是否失效。

进一步地，所述被测温度传感器Rx可通过公式Ucd＝[R_Rx/(R_Rx+R_R1)-R_R2/(R_R2+R_R3)]Uab计算得到，所述输出电压的阈值由所述标样温度传感器R1与所述被测温度传感器Rx之间的电阻差值决定。

进一步地，所述输出电压的阈值为0.5伏。

本发明的温度传感器的检测电路和方法使用了模拟量输入模块，以测量所述单臂电桥的输出电压。模拟量输入模块可包括12位的AD转换器，此分辨率下的AD转换器不需要外加放大器即可处理输入的电压信号。模拟量输入模块使用方便，对环境有较佳的适应性，当实际应用变化时，可以方便地进行扩展。

本发明引入了合格的标样温度传感器R1，根据标样温度传感器R1与被测温度传感器Rx的电阻差值来设定单臂电桥的输出电压的阈值，PLC通过判断单臂电桥的输出电压是否超过阈值电压，从而确定被测温度传感器是否失效。

本发明克服了环境温度的变化对测试结果产生的影响。本发明可以将检测的判断范围由被测温度传感器Rx的770Ω至3378Ω，缩小到被测温度传感器与标样温度传感器R1之间的电阻差值的正负200Ω内(对应于单臂电桥的输出电压为0.5V之内)，充分实现了对被测温度传感器的稳定性及可靠性的高效测试。该温度传感器的检测电路和方法实施方便，实施费用较低，非常适用于车间在线测试的应用。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一种温度传感器的检测电路和方法的电路构造。

具体实施方式

如图1所示，图1示出了本发明的一种温度传感器的检测电路的一个较佳实施例。该实施例中包括被测温度传感器Rx、标样温度传感器R1、第二电阻R2、第三电阻R3和电源E，其特征在于：标样温度传感器R1、第二电阻R2、第三电阻R3和被测温度传感器Rx组成单臂电桥，其中被测温度传感器Rx所在桥臂与第三电阻R3所在桥臂相对，第二电阻R2所在桥臂与标样温度传感器R1所在桥臂相对；被测温度传感器Rx与标样温度传感器R1的第一连接处c，第二电阻R2与第三电阻R3的第二连接处d构成单臂电桥的输出，检测电路还包括连接于第一连接处c和第二连接处d之间的模拟量输入模块，用于测量单臂电桥的输出电压，检测电路还包括与模拟量输入模块相连的可编程逻辑控制器PLC，用于将预设的单臂电桥的输出电压的阈值和测量所得的输出电压值相比较，判断被测温度传感器Rx是否失效。该实施方式中还包括直流电源E和可调电阻R，直流电源E提供5V的输出电压。

设被测温度传感器Rx的电阻值为R_Rx、对比件的标样温度传感器R1的电阻值为R_R1、第二电阻R2的电阻值为R_R2和第三电阻R3的电阻值为R_R3。

如果使用现有技术中的测量电路测试被测温度传感器Rx的话，仅能测得被测温度传感器Rx的电阻值。参见表1，由于温度传感器本身的电阻特性对温度敏感，电阻值随温度有较大的波动，其测得的数据浮动范围很大。

表1：温度传感器温度电阻特性表RT表

Temp	Rnom	Rmin	Rmax
				(℃)	(Ω)	(Ω)	(Ω)
0	3181	3183	3378
				5	2553	2466	2640
10	2002	1926	2078
				15	1582	1516	1647
20	1258	1201	1315
				25	1007.9	958.8	1057.0
30	812.6	770.3	855.0

因此在本发明中将一个标定合格的温度传感器作为标样温度传感器R1，它的功能是作为被测温度传感器Rx的对比件。将与被测温度传感器Rx相同且标定合格的温度传感器放入电路中，因为它和被测温度传感器Rx是在相同的测试环境中，如果空调上的被测温度传感器Rx是合格品的话，其电阻值应当和电路中的对比件，即标样温度传感器R1的电阻值非常接近。

市面上常用的开关电源有5V、12V和24V，模拟量输入模块的量程是0到10V。因此在本发明的较佳实施例中，选用5V的开关电源作为测量电路的直流电源E。在测量电路中，为了计算方便和提高测量的精度，第二电阻R2、第三电阻R3、标样温度传感器R1和被测温度传感器Rx的电阻值在1000Ω～1500Ω的范围内选取，第二电阻R2和第三电阻R3的电阻值相同。

在所有器件正常的情况下，图1中c点和d点通过模拟量输入模块采集出来的数值应当接近0V。设c点和d点之间的电压为Ucd，a点和b点之间的电压为Uab，其与各电阻的电阻值之间的关系的计算公式为：Ucd＝[R_Rx/(R_Rx+R_R1)-R_R2/(R_R2+R_R3)]Uab，记为公式一。

若空调上的被测温度传感器Rx发生问题，

失效情况一为：当被测温度传感器Rx断路时，接入在电路的c点和d点之间的模拟量输入模块可以读取到c点和d点之间的电压为2.5V左右。将Ucd＝2.5V、Uab＝5V、R_R2＝R_R3代入公式一，即可得出电阻值R_Rx为无穷大，从而判断被测温度传感器Rx失效。

失效情况二为：在环境温度是15摄氏度下，作为对比件的标样温度传感器R1的电阻值R_R1为1582Ω，通过模拟量输入模块读取到电路中c点和d点之间的电压为0.5V。将Ucd＝0.5V、Uab＝5V、R_R2＝R_R3代入公式一，即可得出被测温度传感器Rx的电阻值为1055Ω。该电阻值不在表1的在15摄氏度下RT特性范围Rmin～Rmax的1516Ω～1647Ω，从而判断该被测温度传感器失效。

可以通过比较阈值电压与c点和d点之间的电压，来直接判断被测温度传感器是否失效。在一般情况下，如果被测温度传感器Rx与标样温度传感器R1的电阻差值超过200Ω，那被测温度传感器Rx即被判定为失效件。

经过多次试验，本领域的技术人员可以知道，如果单臂电桥的输出电压大于0.5v，则被测温度传感器Rx也是失效的。电阻差值和输出电压的对应关系基于如下推导过程：例如，在环境温度为15摄氏度时，被测温度传感器Rx的电阻值为1055Ω。由此可知被测温度传感器Rx与RT特性范围Rmin～Rmax之间的最小的电阻差值为1516Ω-1055Ω＝461Ω＞200欧。测量系统中存在随机误差和系统误差，会对测试结果产生影响(例如，环境温度为15摄氏度时，电阻值的误差为Rmax-Rmin＝1647Ω-1516Ω＝131Ω)。将误差带来的影响考虑入结果，本领域的技术人员可以确定：当单臂电桥的输出电压为0.5v时，被测温度传感器Rx与标样温度传感器R1之间实际的电阻差值大于200Ω。

进一步可将此阈值电压(0.5v)设定在可编程逻辑控制器PLC中，通过可编程逻辑控制器PLC对被测温度传感器Rx是否失效进行判断的过程如下：由模拟量输入模块读取c点和d点之间的电压，与阈值电压作比较。根据本发明实施的这一较佳实施电路，当读取的Ucd高于所设定的阈值电压时，则在可编程逻辑控制器PLC中判断被测温度传感器Rx失效；当Ucd低于所设定的阈值时，则在可编程逻辑控制器PLC中判断被测温度传感器Rx有效。

进一步地，模拟量输入模块包括将模拟量转换为数字量的AD转换器。在本实施例中，AD转换器为12位，将0到10伏的电压转换为最大值为32000的数字量，以提高检测的精度和方便计算。当然，本发明并不限于此，AD转换器的位数可以为8位等，AD转换器的位数由检测电路的精度要求决定。

相应地，本发明还提供了一种温度传感器的检测方法。该方法由如下步骤组成：a)提供一种电路，包括被测温度传感器Rx、标样温度传感器R1、第二电阻R2、第三电阻R3和电源E；标样温度传感器R1、第二电阻R2、第三电阻R3和被测温度传感器Rx组成单臂电桥；其中被测温度传感器Rx所在桥臂与第三电阻R3所在桥臂相对，第二电阻R2所在桥臂与标样温度传感器R1所在桥臂相对；被测温度传感器Rx与标样温度传感器R1的第一连接处c，第二电阻R2与第三电阻R3的第二连接处d构成单臂电桥的输出；b)提供一个模拟量输入模块，以测量单臂电桥的输出电压；c)提供一个可编程逻辑控制器，以将预设的单臂电桥的输出电压的阈值和测量所得的输出电压值相比较，判断被测温度传感器Rx是否失效。

本发明引入了合格的标样温度传感器R1，根据标样温度传感器R1与被测温度传感器Rx的差值来设定单臂电桥的输出电压的阈值，PLC通过判断单臂电桥的输出电压是否超过阈值电压，从而确定被测温度传感器是否失效。通过本发明的一种温度传感器的检测电路和方法，可以在较简单的测试环境下完成对被测温度传感器的稳定性及可靠性的检测。本发明克服了环境温度的变化对测试结果产生的影响。与现有技术中比较，本发明可以将检测判断的范围由表1中的770Ω～3378Ω，缩小到被测温度传感器与标样温度传感器R1之间的电阻差值的正负200Ω内(对应于单臂电桥的输出电压为0.5V之内)，充分实现了对被测温度传感器的稳定性及可靠性的高效测试。该项新技术实施方便，实施费用较低，非常适用于车间在线测试的应用。

在本发明中，电源E的电压由模拟量输入模块的量程决定。如模拟量输入模块的量程为0到20V，则选用12V的开关电源。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域的技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种温度传感器的检测电路，包括被测温度传感器（Rx）、标样温度传感器（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）和电源（E），其特征在于：

所述标样温度传感器（R1）、所述第二电阻（R2）、所述第三电阻（R3）和所述被测温度传感器（Rx）组成单臂电桥，

其中所述被测温度传感器（Rx）所在桥臂与所述第三电阻（R3）所在桥臂相对，所述第二电阻（R2）所在桥臂与所述标样温度传感器（R1）所在桥臂相对；所述被测温度传感器（Rx）与所述标样温度传感器（R1）的第一连接处（c），所述第二电阻（R2）与所述第三电阻（R3）的第二连接处（d）构成所述单臂电桥的输出，

所述检测电路还包括连接于所述第一连接处（c）和所述第二连接处（d）之间的模拟量输入模块，用于测量所述单臂电桥的输出电压，

所述检测电路还包括与所述模拟量输入模块相连的可编程逻辑控制器，用于将预设的所述单臂电桥的输出电压的阈值和测量所得的输出电压值相比较，判断所述被测温度传感器（Rx）是否失效；

所述被测温度传感器（Rx）是汽车空调上的温度传感器，所述标样温度传感器（R1）与所述被测温度传感器（Rx）是相同的温度传感器，所述标样温度传感器（R1）为合格的温度传感器；

所述模拟量输入模块包括AD转换器，用于将所述单臂电桥的输出电压的模拟量转换为数字量；

所述检测电路还包括所述被测温度传感器（Rx）与所述第二电阻（R2）的第三连接处（a），所述标样温度传感器（R1）与所述第三电阻（R3）的第四连接处（b）；

所述被测温度传感器（Rx）通过公式Ucd=[R_Rx/(R_Rx+R_R1)-R_R2/(R_R2+R_R3)]Uab计算得到，其中Ucd为所述第一连接处（c）和所述第二连接处（d）之间的电压，Uab为所述第三连接处（a）和所述第四连接处（b）之间的电压，R_Rx为所述被测温度传感器(Rx)的电阻值，R_R1为所述标样温度传感器(R1)的电阻值，R_R2为所述第二电阻(R2)的电阻值，R_R3为所述第三电阻(R3)的电阻值；所述输出电压的阈值由所述标样温度传感器（R1）与所述被测温度传感器（Rx）之间的电阻差值决定；

所述输出电压的阈值为0.5伏；

所述第二电阻（R2）、所述第三电阻（R3）、所述标样温度传感器（R1）和所述被测温度传感器（Rx）的电阻值在1000Ω～1500Ω的范围内，所述第二电阻（R2）、所述第三电阻（R3）的电阻值相同。

2.一种温度传感器的检测方法，由如下步骤组成：

a）提供一种温度传感器的检测电路，包括被测温度传感器（Rx）、标样温度传感器（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）和电源（E）；所述标样温度传感器（R1）、所述第二电阻（R2）、所述第三电阻（R3）和所述被测温度传感器（Rx）组成单臂电桥；其中所述被测温度传感器（Rx）所在桥臂与所述第三电阻（R3）所在桥臂相对，所述第二电阻（R2）所在桥臂与所述标样温度传感器（R1）所在桥臂相对；所述被测温度传感器（Rx）与所述标样温度传感器（R1）的第一连接处（c），所述第二电阻（R2）与所述第三电阻（R3）的第二连接处（d）构成所述单臂电桥的输出；

b）提供一个模拟量输入模块，以测量所述单臂电桥的输出电压；

c）提供一个可编程逻辑控制器，以将预设的所述单臂电桥的输出电压的阈值和测量所得的输出电压值相比较，判断所述被测温度传感器（Rx）是否失效；

所述被测温度传感器（Rx）通过公式Ucd=[R_Rx/(R_Rx+R_R1)-R_R2/(R_R2+R_R3)]Uab计算得到，其中Ucd为所述第一连接处（c）和所述第二连接处（d）之间的电压，Uab为所述第三连接处（a）和所述第四连接处（b）之间的电压，R_Rx为所述被测温度传感器（Rx）的电阻值，R_R1为所述标样温度传感器(R1)的电阻值，R_R2为所述第二电阻(R2)的电阻值，R_R3为所述第三电阻(R3)的电阻值；所述输出电压的阈值由所述标样温度传感器（R1）与所述被测温度传感器（Rx）之间的电阻差值决定；

所述输出电压的阈值为0.5伏；