CN104422543A - 使用负温度系数热敏电阻器的温度测量装置 - Google Patents

使用负温度系数热敏电阻器的温度测量装置 Download PDF

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李载昊
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Abstract

本发明提供一种采用负温度系数(NTC)热敏电阻器的温度测量装置。温度传感器包括NTC热敏电阻器和可变电阻器部分，其中，可变电阻器部分的电阻值在用于第一输出电压值的第一电阻值与用于第二输出电压值的第二电阻值之间变化，以允许输出相应于当前温度的电压值。电压温度匹配单元基于第一输出电压值和第二输出电压值来输出当前温度。

Description

使用负温度系数热敏电阻器的温度测量装置
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.119和35U.S.C.365要求韩国专利申请10-2013-0104938(递交于2013年09月02日)的优先权，该专利申请的全部内容通过引用而全部合并于此。
技术领域
本公开涉及使用温度系数(NTC)热敏电阻器的温度测量装置。
背景技术
NTC热敏电阻器具有NTC并且电阻持续变化，由于这种特征，其被用作温度传感器。特别地，在汽车及电动汽车在从大约45℃到大约120℃范围内稳定运行的情形中，利用采用NTC热敏电阻器的温度传感器来测量温度。而且，通过根据测得的温度来控制为电池充电等，来保护汽车及电动汽车的组件。
只不过，由于采用NTC的温度传感器的特性，取决于温度传感器的测量范围的下限值或上限值附近的温度的电压波动范围不大。因此，在温度传感器的测量范围的下限值或上限值附近所测得的温度可能是不准确的。因此，必须精确地测量NTC温度传感器的测量范围的下限值或上限值附近的温度。
发明内容
实施例提供了一种温度测量装置，其通过采用负温度系数(NTC)热敏电阻器，能够精确地测量温度传感器的测量范围的下限值或上限值附近的温度。
在一个实施例中，采用负温度系数(NTC)热敏电阻器的温度测量装置包括温度传感器，温度传感器包括NTC热敏电阻器和可变电阻器部分，其中，可变电阻器部分的电阻值在用于第一输出电压值的第一电阻值与用于第二输出电压值的第二电阻值之间变化，以允许输出相应于当前温度的电压值；以及电压温度匹配单元，其基于第一输出电压值和第二输出电压值来输出当前的温度。
在另一个实施例中，采用NTC热敏电阻器的温度测量装置包括NTC热敏电阻器、可变电阻器部分和电压温度匹配单元，NTC热敏电阻器所包括的一个端部施加有直流(DC)电压，可变电阻器部分所包括的一个端部连接于NTC热敏电阻器的另一端部，并且可变电阻器部分的另一个端部接地，可变电阻器部分具有用于第一输出电压值的第一电阻值和用于第二输出电压值的第二电阻值，以及电压温度匹配单元基于第一输出电压值和第二输出电压值来输出当前温度。
采用NTC热敏电阻器，在温度传感器的温度可测量范围的下限值和上限值附近的温度可被精确地测量。据此，根据利用采用NTC热敏电阻器的温度传感器的汽车及电动汽车中的温度，可增强对充电操作的控制的可靠性。
附图和下面的说明中阐释了一个或多个实施例的细节。其它的特征从说明书及附图，以及从权利要求书将显而易见。
附图说明
图1为根据一个实施例的温度测量装置的框图；
图2为图1的温度测量装置的电路图；
图3为示出图1的温度测量装置的操作的流程图；
图4示出了采用取决于包含在温度传感器中的固定电阻值的负温度系数(NTC)的温度传感器的温度-电压曲线的变化；
图5示出了采用根据另一个实施例的取决于包含在温度传感器中的可变电阻值的NTC的温度传感器的温度-电压曲线的变化；
图6为根据另一个实施例的温度测量装置的框图；
图7为图6的温度测量装置的电路图；以及
图8为示出图6的温度测量装置的操作的流程图。
具体实施方式
此后，参考附图，将详细地描述示例性的实施例，以允许本领域技术人员易于实施这些实施例。然而，实施例可被提供为各种不同的形式并不限于此。而且，在图中，为了清楚地描述实施例，无关紧要的部分将被省略。在整个说明书中，相同的参考标记指的是相同的元件。
此外，将进一步理解，除非上下文以其它的方式清楚指明，本文所使用的术语“包括”和/或“包括有”，说明其它组件的进一步存在，但不排除存在或添加一个或多个其它组件。
此后，参考图1至图3，将描述根据一个实施例的温度测量装置100。
图1为温度测量装置100的框图。
参考图1，温度测量装置100包括直流(DC)电压产生单元110、温度传感器120、缓冲器130、电压温度匹配单元140、电压温度表存储单元150、充电控制单元160和电池170。
DC电压产生单元110产生DC电压。
电压温度表存储单元150存储电压温度表。电压温度表包括多个温度值，多个温度值分别与温度传感器120的多个输出电压对应。
充电控制单元160根据当前温度来控制与电动汽车的电池170相关的充电操作。
温度测量装置100的其它组件将参考图2来详细描述。
图2为温度测量装置100的电路图。
温度传感器120包括负温度系数(NTC)热敏电阻器Rn1和固定电阻器R1。NTC热敏电阻器Rn1的一端施加有由DC电压产生单元110所产生的DC电压。固定电阻器R1的一端连接于NTC热敏电阻器Rn1的另一端，且固定电阻器R1的另一端接地。
施加于固定电阻器R1的电压被允许作为温度传感器120的输出电压。温度传感器120的输出电压为固定电阻器R1的强度(intensity)/(NTC热敏电阻器Rn1的电阻值+固定电阻器R1的强度)。NTC热敏电阻器Rn1的电阻值随着温度的升高而变小。因此，输出电压随着温度的升高而变大。相反，NTC热敏电阻器Rn1的电阻值随着温度的降低而变大。因此，输出电压随着的温度的降低而变小。
缓冲器130包括运算放大器Op和固定电阻器R2。运算放大器Op的输入端连接到固定电阻器R1的施加有温度传感器120的输出的一端和NTC热敏电阻器Rn1的另一端。固定电阻器R2的一端连接于运算放大器Op的输出端并且固定电阻器R2的另一端接地。由于缓冲器130所包括的运算放大器Op为有源元件，因此温度传感器120的输出电压可受到缓冲而不具有荷载效应，且缓冲后的电压可被输出。
电压温度匹配单元140的输入端连接于运算放大器Op的输出端和固定电阻器R2的一端。
图3为示出温度测量装置100的操作的流程图。
温度传感器120通过利用随着温度变化的NTC热敏电阻器Rn1的电阻值，输出与当前温度相应的电压值(S101)。
缓冲器130缓冲温度传感器120的输出电压并输出缓冲后的电压(S103)。当温度传感器120和电压温度匹配单元140不利用缓冲器130而彼此直接连接时，由于发生荷载效应并降低了电压，因此不可能传输准确的电压值。因此，温度传感器120的输出电压可通过缓冲器130准确地传输到电压温度匹配单元140。
电压温度匹配单元140将缓冲后的电压与存储在电压温度表存储单元150中的电压温度表上的电压相匹配，并输出与缓冲后的电压值相对应的当前温度(S105)。电压温度表随着温度传感器120的特性而变化。另一方面，缓冲器130可被省略。在该情形中，电压温度匹配单元140可输出与温度传感器120的输出电压相对应的当前温度。
此后，参考图4至图8，将描述根据另一个实施例的采用NTC温度传感器的温度测量装置。
图4示出了采用取决于包含在温度传感器120中的固定电阻值的负温度系数(NTC)的温度传感器120的温度-电压曲线的变化。
温度传感器120的输出电压为固定电阻器R1的强度/(NTC热敏电阻器Rn1的电阻值+固定电阻器R1的强度)。因此，在高温处，NTC热敏电阻器Rn1的电阻值随着固定电阻器R1的强度增加而相对较小，NTC热敏电阻器Rn1的电阻值的变化的效果变得微不足道，以这样的方式，图4的曲线移向A曲线。相反地，在低温处，其中NTC热敏电阻器Rn1的电阻值随着固定电阻器R1的强度减小而相对较大，NTC热敏电阻器Rn1的电阻值的变化的效果变得微不足道，以这样的方式，图4的曲线移向B曲线。由于温度传感器120的这种特性，根据包含在温度传感器120的固定电阻器R1的强度，测量低温或高温处的温度变得不准确。
图5示出了采用根据另一个实施例的取决于包含在温度传感器中的可变电阻值的NTC的温度传感器的温度-电压曲线的变化。
如上所述，在图4的实施例的情形中，根据包含在温度传感器120中的固定电阻器R1的强度，在测量低温或高温处的准确温度时存在限制。因此，在另一个实施例中，为了克服该限制，在温度传感器120中包含可变电阻器而不是固定电阻器R1。在可变电阻器被允许具有多个值之后，温度传感器120输出与各个可变电阻值相对应的电压值，并将所输出的电压值的平均值与温度相匹配。
温度-电压特性的线性度被允许在中间温度或更广的温度测量范围中增加。也就是说，为了允许在中间温度或更广的温度测量范围内的温度-电压曲线的倾斜度(inclination)比小于温度测量范围的中间温度处的温度-电压曲线的倾斜度大，通过调节包含在温度传感器120中的可变电阻器的值来输出第一输出电压值。在这种情况下，在图5中，曲线示出为B曲线。据此，允许精确测量中间温度处或更广的温度测量范围的温度。
而且，温度-电压特性的线性度被允许在小于温度测量范围的中间温度的温度处增加。也就是说，为了允许在中间温度处或更广的温度测量范围的温度-电压曲线的倾斜度比小于温度测量范围的中间温度处的温度-电压曲线的倾斜度小，通过调节可变电阻值来输出第二输出电压值。在该情形中，在图5中，曲线示出为A曲线。据此，允许精确测量小于温度测量范围的中间温度处的温度。
在多个电压值被输出后并同时允许可变电阻的值彼此不同时，电压值的平均电压值与温度相匹配，由此示出了如图5的AVR曲线的温度-电压特性。因此，可在温度测量范围从头到尾的整个部分上示出线性度，且能够精确测量在温度测量范围的整个部分上的温度。在另一个实施例中，通过这样的方式，允许实施精确地测量温度。
图6为根据另一个实施例的温度测量装置200的框图。
参考图6，温度测量装置200可包括DC电压产生单元210、温度传感器220、缓冲器230、电压值存储单元240、温度传感器控制信号产生单元250、电压值运算单元260、电压温度匹配单元270、电压温度表存储单元280、充电控制单元290和电池295。
DC电压产生单元210产生DC电压。
温度传感器220包括NTC热敏电阻器223和可变电阻器部分221。可变电阻器部分221具有受电压值运算单元260控制的多个电阻值中的一个。在该情形中，多个电阻值包括用于第一输出电压值的第一电阻值和用于第二输出电压值的第二电阻值。
电压温度表存储单元280存储电压温度表。电压温度表包括与多个值相对应的多个温度值，该多个值为第一输出电压值和第二输出电压值的平均值。
充电控制单元290根据当前的温度，控制与电动汽车的电池295相关的充电操作。
温度测量装置200的其它组件将参考图7来详细描述。
图7为温度测量装置200的电路图。
温度传感器220包括NTC热敏电阻器Rn2、电阻器R3、电阻器R4和开关SW。NTC热敏电阻器Rn2一端施加有由DC电压产生单元210产生的DC电压。电阻器R3一端连接到NTC热敏电阻器Rn2的另一端，而电阻器R3的另一端接地。
固定电阻器R4和开关SW串联连接在NTC热敏电阻器Rn2和地之间。在该实施例中，固定电阻器R4的一端连接到NTC热敏电阻器Rn2，并且开关SW的一端被连接到电阻器R4的另一端，且开关SW的另一端接地。在另一个示例中，开关SW的一端被连接到NTC热敏电阻器Rn2，并且电阻器R4的一端被连接到开关SW的另一端且电阻器R4的另一端接地。
在图7的实施例中，当开关SW被接通时，固定电阻器R3和固定电阻器R4的组合电阻值可为用于第一输出电压值的第一电阻值。当开关SW被关断时，固定电阻器R3和固定电阻器R4的组合电阻值可为用于第二输出电压值的第二电阻值。
在图5的图表中，为了允许温度传感器220的温度一电压特性与B曲线相对应而不是与A曲线相对应，可变电阻器部分221的第一电阻值在温度测量范围的中间温度处可小于NTC热敏电阻器Rn2的电阻值。可变电阻器部分221的第一电阻值在温度测量范围的中间温度处可小于NTC热敏电阻器Rn2的电阻值的1/5。
在图5的图表中，为了允许温度传感器220的温度-电压特性与B曲线相对应而不是与A曲线相对应，可变电阻器部分221的第二电阻值在温度测量范围的中间温度处可大于NTC热敏电阻器Rn2的电阻值。为了改善温度测量范围的上限温度和中间温度之间的温度传感器220的温度-电压特性的线性度，可变电阻器部分221的第二电阻值在温度测量范围的中间温度处可以大于NTC热敏电阻器Rn2的电阻值的五倍。
开关SW可根据温度传感器的控制信号接通或关断。特别地，开关SW可为晶体管，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
缓冲器230包括运算放大器Op和固定电阻器R5。运算放大器Op的输入端被连接到固定电阻器R3的一端以及NTC热敏电阻器Rn2的另一端，该输入端施加有温度传感器220的输出。固定电阻器R5的一端连接到运算放大器Op的输出端，而固定电阻器R5的另一端接地。由于缓冲器230所包括的运算放大器Op为有源元件，温度传感器220的输出电压可被缓冲而不具有荷载效应，且缓冲后的电压可被输出。
图8为示出温度测量装置200的操作的流程图。
温度传感器220通过采用随着温度变化的NTC热敏电阻器Rn2的电阻值和可变电阻器部分211的第一电阻值来输出与当前温度相对应的第一输出电压值(S201)。
缓冲器230缓冲温度传感器220的输出电压并输出缓冲后的电压(S203)。当温度传感器220和电压值存储单元240不通过缓冲器230而彼此直接连接时，由于可能发生荷载效应且电压可能下降，不可能传输准确的电压值。因此，温度传感器220的输出电压可通过缓冲器230被准确地传输到电压值存储单元240。
电压值存储单元240存储缓冲后的电压的值(S205)。另一方面，缓冲器230可被省略，其中，电压值存储单元240存储温度传感器220的输出电压值。
温度传感器控制信号产生单元250判定温度传感器220的输出电压值是否为第二输出电压值(S207)。
当温度传感器220的输出电压值不为第二输出电压值时，温度传感器控制信号产生单元250产生控制信号以允许可变电阻器部分221具有第二电阻值(S209)。特别地，在图7的实施例中，温度传感器控制信号产生单元250产生控制信号并关断连接到固定电阻器R4的开关SW。仅仅固定电阻器R3被连接到NTC热敏电阻器Rn2，由此允许可变电阻器部分221具有用于第二输出电压值的第二电阻值。
当温度传感器220的输出电压值为第二输出电压值时，温度传感器控制信号产生单元250产生控制信号以允许可变电阻器部分221具有第一电阻值(S211)。特别地，在图7的实施例中，温度传感器控制信号产生单元250产生控制信号并接通连接到固定电阻器R4的开关SW。固定电阻器R3和固定电阻器R4两者都连接到NTC热敏电阻器Rn2，由此允许可变电阻器部分221具有用于第一输出电压值的第一电阻值。
电压值运算单元260输出存储在电压值存储单元240中的第一输出电压值和第二输出电压值的平均值(S213)。
电压值运算单元260，在实施运算之后，初始化输出电压的数量和存储在电压值存储单元240中的输出电压值(S215)。
电压温度匹配单元270将平均的缓冲后的电压与存储在电压温度表存储单元280中的电压温度表上的电压相匹配，并输出与平均的缓冲后的电压值相对应的当前温度(S217)。电压温度表可随着可变电阻器部分221的第一电阻值、可变电阻器部分221的第二电阻值和温度传感器220的NTC热敏电阻器Rn2的特性而变化。电压温度表可存储与一电压值相对应的温度，该电压值为根据第一输出电压值和第二输出电压值的输出电压值的平均值。
由于利用如上所述的操作来测量温度，所有的第一输出电压值和第二输出电压值被输出，由此输出温度。直到第一输出电压值和第二输出电压值被测量，所使用的最多次数中的一个才接通或关断开关。因此，当开关以较高的速度操作时，温度可被更快速地测量。在其常开短路操作时间小于20ms的以高速操作的MOSFET被用作开关时，温度可被快速地测量。
上面的实施例中所描述的特征、结构、效果等等被包括在至少一个实施例中，而不限于一个实施例。此外，各个实施例中所描述的特征、结构、效果等等在与其它的实施例结合或修改时可被本领域普通技术人员实施。因此，应该理解的是，与组合和修改有关的内容将被包含在实施例的范围中。
应理解，本文所描述的示例性实施例应仪仅被看作描述的方式而非用于限定的目的。本领域普通技术人员将理解，可在形式和细节上做出各种变化而不脱离实施例的精神和范围。例如，实施例中所详细示出的各个组件可在被修改时得到实施。而且，要理解，与修改和应用有关的差异被包含在实施例的范围中，正如权利要求所限定的。
尽管已参考多个示例性的实施例描述了实施例，应理解，多个其它的修改和实施例可由本领域技术人员设计出，这也将落入本公开内容的原理的精神和范围。更具体地，本公开、附图和附属的权利要求的范围内的零部件和/或主题组合设置上的各种变型和修改是可能的。除了零部件和/或设置上的变型和修改之外，可替换的用途对于本领域技术人员也是显而易见的。

Claims (15)

1.一种采用负温度系数(NTC)热敏电阻器的温度测量装置，包括：
温度传感器，其包括所述NTC热敏电阻器和可变电阻器部分，其中，所述可变电阻器部分的电阻值在用于第一输出电压值的第一电阻值和用于第二输出电压值的第二电阻值之间变化，以允许输出对应于当前温度的电压值；以及
电压温度匹配单元，其基于所述第一输出电压值和所述第二输出电压值来输出所述当前温度。
2.根据权利要求1所述的温度测量装置，其中，所述第一电阻值小于所述NTC热敏电阻器在温度测量范围的中间温度处的电阻值，以及
其中所述第二电阻值大于所述NTC热敏电阻器在所述温度测量范围的中间温度处的电阻值。
3.根据权利要求1所述的温度测量装置，进一步包括电压值运算单元，所述电压值运算单元产生所述第一输出电压值和所述第二输出电压值。
4.根据权利要求3所述的温度测量装置，其中，所述电压温度匹配单元基于所述第一输出电压值和所述第二输出电压值的平均值来输出所述当前温度。
5.根据权利要求4所述的温度测量装置，进一步包括电压温度表存储单元，所述电压温度表存储单元存储电压温度表，该电压温度表包括分别对应于所述第一输出电压值和所述第二输出电压值的多个平均值的多个温度值。
6.根据权利要求1所述的温度测量装置，其中，所述可变电阻器部分包括第一固定电阻器、第二固定电阻器和开关。
7.根据权利要求6所述的温度测量装置，其中，所述可变电阻器部分取决于所述开关是否被接通而在所述第一电阻值和所述第二电阻值之间变化。
8.一种采用NTC热敏电阻器的温度测量装置，包括：
NTC热敏电阻器，其一端施加有直流(DC)电压；
可变电阻器部分，其一端连接到所述NTC热敏电阻器的另一端且其另一端接地，其具有用于第一输出电压值的第一电阻值和用于第二输出电压值的第二电阻值；以及
电压温度匹配单元，其基于所述第一输出电压值和所述第二输出电压值来输出当前温度。
9.根据权利要求8所述的温度测量装置，其中，所述可变电阻器部分包括：
第一固定电阻器，其一端连接到所述NTC热敏电阻器的另一端且其另一端接地；
第二固定电阻器，其一端连接到所述NTC热敏电阻器的另一端；以及
开关，其一端连接到所述第二固定电阻器的另一端且其另一端接地。
10.根据权利要求8所述的温度测量装置，其中，所述可变电阻器包括：
第一固定电阻器，其一端连接到所述NTC热敏电阻器的另一端且其另一端接地；
开关，其一端连接到所述NTC热敏电阻器的另一端；以及
第二固定电阻器，其一端连接到所述开关的另一端，且其另一端接地。
11.根据权利要求8所述的温度测量装置，其中，所述第一电阻值小于所述NTC热敏电阻器在温度测量范围的中间温度处的电阻值，以及
其中，所述第二电阻值大于所述NTC热敏电阻器在所述温度测量范围的中间温度处的电阻值。
12.一种操作使用NTC热敏电阻器且包括可变电阻器部分的温度测量装置的方法，该方法包括：
通过允许所述可变电阻器部分的电阻值在用于第一输出电压值的第一电阻值和用于第二输出电压值的第二电阻值之间变化，输出与当前温度相对应的电压值；以及
基于所述第一输出电压值和所述第二输出电压值来输出所述当前温度。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一电阻值小于所述NTC热敏电阻器在温度测量范围的中间温度处的电阻值，以及
其中，所述第二电阻值大于所述NTC热敏电阻器在所述温度测量范围的中间温度处的电阻值。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，输出所述当前温度进一步包括：产生所述第一输出电压值和所述第二输出电压值的平均值。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，输出所述当前温度进一步包括：基于所述第一输出电压值和所述第二输出电压值来输出所述当前温度。
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