CN102345495A - 测量介质温度的方法和温度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量介质的温度的方法，其中，该介质和至少一个加热装置接触，并且加热装置具有至少一个PTC元件。在本方法中检测在加热装置运行期间表示PTC元件上的电流、和/或电压、和/或电阻特征的至少一个参数。从与时间有关的电导值中形成至少一个原因变量。对这个原因变量进行计算，以用于得出介质温度。

Description

测量介质温度的方法和温度传感器

技术领域

本发明涉及一种用于测量介质温度的方法和温度传感器。

背景技术

已公开特别是在汽车中用于内燃机运行的方法和装置，在所述汽车的废气区域中设置有SCR-催化器（Selektive Catalytic Reduction—有选择的催化还原）。在有还原剂的情况下所述催化器将在内燃机的废气中含有的氮氧化物（NOx）还原成氮。通过这一措施可大大地减少在废气中的氮氧化物的含量。反应过程需要氨（NH₃），将氨混合到废气中。反复将分解NH₃的试剂用作反应剂或者还原剂。通常在这方面使用尿素水溶液。借助计量装置在SCR-催化器的上游将尿素水溶液喷射到废气管路中。

为了存储尿素溶液需要有一个还原剂箱。通常一般的尿素溶液的冰点在约-11℃，这样，在相应的天气情况下尿素溶液会结冰。因此要求在还原剂箱中设置一个箱加热器。

通常的箱加热器由一些电加热元件组成，这样将电流转换为热量。为此例如可以设置欧姆加热元件。这些元件和热敏电阻元件，所谓的PTC元件组合。热敏电阻包括导电材料。这些导电材料在低温时比高温时有更好的导电性能。因此在温度升高时电阻增大，这样，在温度升高时所产生的热功率下降，并且加热元件进行“自我调节”。

为了能根据需要对箱加热进行控制通常在箱中设置温度传感器。例如NTC元件可设置为温度传感器。这些元件用作热敏电阻用于测量温度。根据所测量的温度使箱加热装置运行，以融解还原剂。根据这个温度释放或者取消计量。此外，也可诊断还原剂箱或者计量系统。

因为还原剂是一种腐蚀性的溶液，所以箱中的温度传感器要经受很大的负载，因此温度传感器会出现故障。面对这种技术背景本发明的任务是提供一种在还原剂箱中使用的替代的温度测量装置。这种测量装置一方面结构很牢固，并且对故障不敏感，另一方面费用少，因此可成本有利地使用。

发明内容

本发明的优点

这个任务通过一种如权利要求1的主题所述的用于测量介质的温度的方法得以完成。这个方法的一些优选的方案、计算机程序、计算机程序产品和特别是用于还原剂箱的温度传感器，以及SCR催化器系统是其它权利要求的主题。

根据本发明的用于测量流体、固体或者气体介质的温度的方法是以一种装配有加热装置的介质容器为依据，所述加热装置具有至少一个PTC元件。在这种情况下介质直接地或者间接地和加热装置保持传热接触，这样就保证了热交换。对于固体介质具有至少一个PTC元件的加热装置也可以另外的方式例如通过浇注或者传力连接和介质接触。

根据本发明在加热装置运行期间检测至少一个表示在PTC元件上的电流和/或电压和/或电阻特征的参数。从这些检测的数值中形成PTC元件的至少一电导值。这个电导值在时间上检测到或者和时间有关。从这个电导值中形成至少一个原因变量，作为与时间有关的电导值的函数。分析所述至少一个原因变量（Pr?diktor），以推出容器中介质温度。分析加热周期期间的电导值曲线就可推出加热周期开始时的加热装置的温度。因为是以此为依据，即加热周期开始时的介质的温度和加热装置的温度彼此是平衡的，所以可从加热装置的温度直接推导出介质的温度。假若例如基于刚进行完毕的加热阶段以此为依据，即介质的温度和加热装置的温度彼此并不完全平衡，这可通过合适的修正系数予以考虑。对于加热装置的激活的增加的持续时间根据本发明借助PTC元件所检测的有关温度的信息会越来越精确。

根据本发明的这种方法特别有利地适用于在SCR催化器系统的还原剂箱中测量温度。特别是结合其它一些参数，例如局部的最大电导值，或者一些不同测量时刻的单个数值分析原因变量可得出还原剂箱中的温度。为此无需在箱中设置其它单个的温度传感器。而是可将本来已存在的PTC元件用作传感器装置，以便用在这段时间过程中从在PTC元件上的电流和电压和/或电阻得到的可检测的电导值的根据本发明的分析确定加热阶段开始时的温度。此外，还可将PTC元件的可检测的电导值用于校准温度测量。在使用这个方法时可放弃单独的温度传感器，通过这一措施一方面可降低还原剂箱的成本，并且因此可降低整个SCR催化剂系统的成本，另一方面通过放弃易出故障的单独的温度传感器也可提高该系统的耐用性。借助PTC元件可检测的有关还原剂箱中的温度的信息足够用于区分还原剂是固体的还是液体的聚合态。采用这个信息可根据需要对加热装置进行触发或者调节。此外，根据本发明的借助PTC元件可检测的有关温度的信息当流体的还原剂的量足够时释放SCR计量系统或者否则禁止释放该系统或者对SCR催化剂计得系统进行诊断。

根据本发明的温度测量并不局限于SCR催化器系统的还原剂箱。只要在装有介质的容器中设置有具有至少一个PTC元件的加热装置，根据本发明的方法就也可用于确定其它介质的温度。因此，根据本发明的方法可以用于流体的、固体的或者气体形态的介质的温度测量。原则上讲可以测量每个和加热装置处于传热接触的材料的温度，只要在测量开始时二者具有相同的温度。这方面的例子是煮水器中的水，或者汽车座椅中的座椅加热装置。

在根据本发明的方法的一个优选的实施形式中所述至少一个电导值作为在加热装置运行期间可在PTC元件上可测量的电流和电压的商数形成。在另一些实施形式中也可检测PTC元件上的电阻。因此，本发明利用PTC元件的表示特性的电流特性曲线，以便能得出加热周期开始时的温度。按照这种表示特性的方式在具有PTC元件的加热装置中在接通之后电流不断地增加。同时由于加热装置的加热作用温度也上升。这在PTC元件上通过该元件的晶体内部的自加热引起电阻的增大，这样，当达到最大电流峰值时重下调电流。这过程与加热阶段开始时的温度有关。这以如此的方式利用本发明，即可通过检测表示PTC元件上的电流曲线的数值，并且合适地分析就可得出容器中的温度，并且因此可得出介质温度的结论。

通过加热器的温度特性曲线产生一定温度时的电阻R。按照公式

I =                                                

当电压U为已知时则可求出电流I。若按照下述公式变换时

 = 

 = G

则可和电压无关地得出电导值G，作为产生的参数，也就是说，对于不同的电压，但是相同的加热元件总是出现同一电导值。

根据本发明的方法规定了表示PTC元件上的电流曲线的电导值的变换作为与加热周期期间的时间有关的电导值的函数。在变换过程中形成所谓的原因变量，将这个原因变量用于分析。这个原因变量优选地是与时间有关的电导值的积分。然而也可以具有另外一些电导值变换和/或不同的变换的组合。特别是电导值的这个积分可和电导值的其它一些信息，例如最大值，或者其它单个数值组合，以便能特别精确地说明温度。

根据本发明从原因变量的，例如积分的数值，在可规定的时间内可得出介质温度。根据积分分析电导值有如下特别好处，即在这种类型的分析中不必考虑整个曲线变化，也就是在时间过程中的电导值的发展情况，而且借助积分函数可很简单地确定能说明温度的数值。特别有利的是可考虑在可规定的时间积分函数的一定的数值，并且从中得出一定的起始温度。

在分析时可将最大电导值用于所有测量值的标准化，或者用于所有与电导值有关的原因变量的标准化。因此，这个最大电导值可用于标示起始温度的标度，和/或用于表示原因变量的分量。换句话说可将最大电导值用于牢记（Einlernen）本系统。这样可补偿加热器公差和同型元件参数偏差。

根据本发明的示范性的分析办法规定，在分析时将以下用于分析：

a）在很短的测量时间—在这个测量时间中通过给加热元件通以电流只加热了元件本身，但还没有加热周围的介质—之后的电导值，

b）在测量时间—其量级为（a）的测量时间的2倍—之后的积分，

c）全部测量周期（例如20秒）的电导数的最大值。例如从这些数值中可以可靠的方式得出加热阶段开始时或者加热装置接通那一时刻的加热装置的温度。

在根据本发明的方法的一个特别优选的方案中将测量开始时的电导值用于校准温度测量。也就是说，将可检测的数值相对于PTC元件上的电流特性曲线修正一个起始数值，也就是第一次检测到的电导值，这个电导值大于零。通过这一措施可按补偿校准原理补偿衡测量技术误差。

根据本发明的方法的另一方案在分析PTC元件的电导值时可考虑测量环境的不同的环境温度，为的是能提供有关容器中的温度的更为精确的信息。例如在分析电导值时可考虑加热装置的起分压器作用的导线（电缆束）。此外可进行测量技术修正和/或电压修正。

根据本发明分析的不同的可测量的数值是有联系的。通过统计分析可利用这些联系或者关联，为的是通过使用这种类型的模型提高根据本发明的温度测量的精确性。为此例如在分析时可使用一种计算机程序。这种计算机程序考虑了这些单个的测量数值彼此间的相关性。

根据本发明的另一分析方案是使用一种所谓的神经网络。这样的神经网络是一种替代的计算方法。在这种计算方法中“背会（eingelernt）”用于温度计算的公式系统。通过使用神经网络可抽象模型说明，这样就不必将特性曲线，特性曲线族，或者其它的物理的单个效应组合起来。这种做法的优点是，神经网络是可在书桌上背会的，并且然后可自动地识别正确的关系，而物理模型必须总是和相应的边界条件协调一致，或者必须使用这些边界条件，并且此外，部分地过于简化模型也会丧失其精确性。

此外，本发明还包括一种计算机程序，当该程序在计算机或者控制器中被执行时其执行所述方法的所有步骤。此外，本发明还包括具有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码存储在机器可读的载体上，并且规定，当该程序在计算机上或者控制器上被执行时用于执行根据本发明的方法。这个计算机程序或者计算机程序产品具有如下优点，即根据本发明的方法也可毫无困难地例如用在现有汽车的SCR催化器系统的还原剂箱中，其中，在还原剂箱中可以放弃单独的温度传感器。计算机程序或者计算机程序产品通过相应地分析可在加热装置的PTC元件上检测的电导值来测量还原剂箱中的温度。

最后，本发明还包括用于具有介质的容器的，例如用于SCR催化器系统的还原剂箱的温度传感器，其中，这个温度传感器是容器的加热装置的至少一个PTC元件。它不是例如NTC元件那样一种单独的温度传感器，而是一种容器的加热装置的一个已集成的元件，并且根据本发明给这其配设用于检测PTC元件上的电流和/或电压，和/或电阻的装置，以形成至少一个电导值，配设用于形成作为时间的曲线中的电导值的函数的至少一个原因变量的装置，以及配设分析所述至少一个原因变量，以得出在容器中的温度的装置。将这些用于检测、用于形成原因变量和/或用于分析的装置作为相应的电路元件或者程序例如设置在内燃机的控制器中，或者设置在SCR催化器的控制单元中。关于温度传感器的其它详情请参考上述说明。

从下面对实施例的说明，并结合附图说明可得到本发明的其它特征和优点。其中不同的特征可分别自己本身或者彼此组合实现。

附图说明

这些附图是：

图1：SCR催化器系统的部件简图，其中包括还原剂箱。

图2（A-C）：在PTC元件上可检测的电导值的时间曲线图，用于说明根据本发明的方法的补偿校准。

图3（A-C）：借助在PTC元件上可检测的电导值的时间曲线图的根据本发明的方法的积分形成图。

图4（A-B）：作为在PTC元件上可检测的电导值的关于时间的函数和积分图，用以进一步说明根据本发明的方法。

具体实施方式

图1示出SCR-催化器系统的已公开的部件的简图。在内燃机11的废气管路10中设置了一个SCR催化器12。这个催化器通过有选择的催化还原（SCR）有选择地还原废气中的氮氧化物。在这个反应中将氨（NH₃）用作还原剂。因为氨是一种有毒物质，所以这种物质是从无毒的载体物质尿素中获得的。尿素作为流体的尿素水溶液通过计量装置13，例如计量阀根据需要喷射到SCR催化器12上游的废气管路10中。尿素水溶液存储在还原剂箱14中。为了取出尿素溶液设置了一个吸液管道15。溶液的取出是通过一个输送泵16完成，这样在压力管道17中的压力下的流体溶液被引入计量装置13，并且喷入废气管路10中。

还原剂箱14装配着加热装置18。这个加热装置包括至少一个PTC元件。加热装置18通过控制器18借助功率开关20被触发。功率开关20通过控制导线21和控制器连接。加热装置18通过信号导线22和控制器19连接。通过这个信号导线将表示加热装置18的PTC元件上的电流特性曲线特征的可检测的参数继续传输到控制器19。

根据本发明如此地检测还原剂箱14中的温度，即在加热装置18的加热阶段期间检测加热装置18的PTC元件上的一些参数，这些参数表示PTC元件上的电流曲线特性。这些参数，特别是在PTC元件上可测量的电流和/或电压和/或电阻通过导线22输送到控制器19。在形成电导值和从与时间有关的数值转换到原因变量之后对这些原因变量进行分析，为的是能得出还原剂箱中的温度。

在图1中所示出的SCR-催化器系统的那些部件只应理解为示范性的。根据本发明的方法也可应用在其它的装置中，只要设置有还原剂箱的加热装置，并且这个加热装置具有至少一个PTC元件。根据本发明的方法也完全能用于测量流体的、固体的或者气体的介质的温度，只要该介质和加热装置接触，且该加热装置具有至少一个PTC元件。

在图2A到2C的图中示出了作为时间曲线的电导值曲线的平面示意图，所述电导数曲线代表在加热阶段期间在PTC元件上的电流特性曲线。在这个实例中电导数是作为电流和电压的商形成。借助这个图示出了根据本发明的温度测量的校准情况。图2A示出了电导值的未经修正的情况。在图2B中在图的下面一段黑色示出的平面为电导值的这么一部分，即它作为积分的起始值被减去，以进行测量补偿校准，用以补偿例如电流测量的公差。通过减去这个第一可检测的电导数—它大于零—可对系统特定的补偿测量误差进行修正。图2C示出在通过减去积分的起动值进行修正后电导数关于时间的平面曲线图。

图3A到3C示出了平面示出的电导数关于时间的曲线的积分形成。例如图3A示出积分100，作为在加热阶段期间在时间上电导数的函数的线性图。图3B附加地示出另一条可测量的曲线，作为时间上电导数的积分200，作为在加热周期期间另一加热装置的PTC元件上可检测的数值的另一实例。可检测的电导值的积分的形成有下述优点，即将这个积分作为线性图可“存储”整个曲线，并且因此大大地减化了分析。最大值110和210描述不同的加热装置，这些装置通过它们的结构部件公差具有不同的最大值。曲线100和200附加地表征冷的（200）和热（100）的起始温度。

借助图4A到4B更加详细地说明根据本发明的分析。在此所选择的积分图在时刻a）和b）表示，按照所选择的时刻借助积分图可以简单的方式分析在时间上的电导值的不同的曲线图。在时刻a），不同地可检测的曲线100和200的数值几乎是相同的，因此没有说明力。在时刻b）曲线100和200的数值彼此明显地不同，这样，在加热阶段开始时—在此阶段数值被检测到—可分配较高和较低的温度。这样，通过分析时刻b）的数值，按照彼此间的关系可从这两个积分100和200中确定起始温度。通过根据在PTC元件上的数值对系统进行标度—这些数值是在已知的温度中检测出来的—也可绝对地确定温度数值。由于使用不同的加热器，这些加热器由于它们的公差而提供不同的最大数值，所以相同的数值并非总是表示相同的信息。当加热器的最大值是已知时（例如通过基准测量或者校准），则可将测量值标准化到相应的最大值（例如电导值/电导最大值）。这么一来所有的加热器都是可比较的，并且大大地简化了计算。根据图4对这个标准化进行更加详细的说明。通过将测量100、200的值标准化到最大值可使分配到100和200曲线上的不同标度410和420彼此间相适配。在这种情况中最大值210移动到210’，并且因此和最大值100相应，并且标度420和标度410适应，作为“延伸的”标度420’。如图4B所示，通过标准化到曲线200’移动到曲线200。

Claims (11)

1.用于测量介质的温度的方法，其中，介质和至少一个加热装置（18）接触，并且加热装置（18）具有至少一个PTC元件，该方法包括下述方法步骤：

- 检测至少一个表示在加热装置（18）运行期间在PTC元件上的电流和/或电压和/或电阻特征的参数，

- 从这些检测到的数值中形成至少一个电导值，

- 从与时间有关的电导数中形成至少一个原因变量（100；200），

- 分析所述至少一个原因变量（100；200），以得出介质温度。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个电导值由电流和电压的商形成。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个原因变量是与时间有关的电导值的积分。

4.按照前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，从可规定的时间的至少一个原因变量的数值中得出介质温度。

5.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在计算时将最大电导值用于所有电导值或者所有与电导值有关的原因变量的标准化。

6.按照前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，将测量开始时的电导值用于校准温度测量。

7.按照前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在分析电导值时考虑测量环境的其它环境参数。

8.按照前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在分析电导值时将加热装置（18）的导线作为分压器考虑。

9.计算机程序，当该程序在计算机上或者在控制器（19）上被执行时，它实施按照权利要求1至8中的任一项所述的方法的所有步骤。

10.具有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码存储在机器可读的载体上，当该程序在计算机或者在控制器（19）上被执行时用于执行按照权利要求1至8中的任一项所述的方法。

11.用于具有介质的容器（14）的温度传感器，特别是用于SCR催化器系统的还原剂箱（14）的温度传感器，其特征在于，温度传感器是容器（14）的加热装置（18）的至少一个PTC元件，给温度传感器配设用于检测表示在PTC元件上的电流和/或电压和/或电阻特征的至少一个参数的装置，配设用于从检测到数值中形成至少一个电导值的装置，配设用于从与时间有关的电导值中形成至少一个原因变量的装置，以及配设用于分析所述至少一个原因变量的装置，以得出在容器（14）中的温度。

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