CN110945330B - 温度传感器电路 - Google Patents

Abstract

用于测量温度的温度传感器电路（1），包括测量电阻（2）和连接在该测量电阻（2）上的能控制的电压源（3）或电流源（3），用该电压源或电流源能用输入电压加载测量电阻（2），其中，能无级地用能控制的电压源（3）或电流源（3）调整输入电压。

Description

温度传感器电路

技术领域和背景技术

当前通常借助NTC电阻（NTC = 负温度系数）测量电机的温度。NTC电阻通常在此与固定电阻（经常在传感器装置中也称为分压电阻）一起形成分压器。NTC电阻上分压的电压值在模数转换器中被转换成数字信号并且用于计算温度。需要时转换固定电阻或分压电阻的电阻值，以便拓宽测量范围或通过变大的温度测量范围获得合理的和能诊断的温度值。此外需要附加的保护线路，以便保护NTC电阻（或整个温度传感器装置）不会过载。尤其需要短路保护。

在此应当说明一种经改进的温度传感器电路，其尤其实现了对温度传感器的测量结果的简单的评估，并且能良好地保护温度传感器和温度传感器电路不会在运行中和故障情况下过载。同时达到很高的温度测量精度。

发明内容

在此应当说明一种用于测量温度的温度传感器电路，其包括测量电阻和连接在该测量电阻上的能控制的电压源或电流源，用所述电压源或电流源可以用输入电压加载测量电阻，其中，可以用能控制的电压源或电流源无级地调整所述输入电压。

在此说明两种不同的变型方案，用所述变型方案能控制输入电压。这可以要么用能控制的电压源实现，用所述电压源直接控制输入电压。这备选则可以用能控制的电流源实现，用所述电流源能以如下方式间接地调整输入电压，即，这样来有针对性地调整所提供的电流，使得产生期望的输入电压。两种变型方案（用电压源或用电流源）在此独立于彼此地公开。当在下文中提到电压源时，那么备选始终也能使用相应设置的电流源。

温度传感器电路优选还具有分压电阻，测量电阻与该分压电阻串联。

温度传感器电路尤其用于确定或测量温度。

特别优选的是温度传感器电路的测量电阻非低欧姆地朝电压源方向和接地电位（Bezugsmasse）方向连接。测量电阻朝电压源方向的高欧姆的（非低欧姆的）连接优选通过在电压源中的内电阻（其必要时同时用作阻尼电阻）实现。测量电阻朝着接地电位方向的高欧姆的（非低欧姆的）连接则优选通过分压电阻实现。

测量电阻通过电压源的内电阻和分压电阻的高欧姆的连接在测量电阻或温度传感器电路短路的情况下限制短路电流。通过这些电阻保护温度传感器不会损毁。

通过可变的供电电压可以使温度传感器电路始终在它们的最优的运行点上或在指定的额定电流下运行。这提高了测量精度。

不仅能将电阻值转换到其它测量范围，而且借助能控制的电压源可以无级地调整温度传感器电路的测量范围和测量精度。可以避免由公差引起的跃变，所述跃变在能分级地调整的温度传感器电路的不同的测量范围之间转换时出现。

能可变地追踪或改变电压供应或能控制的电压源。可以避免由在不同的测量范围之间的转换引起的跃变。

能控制的电压源（如所说明那样）尤其适用于提供可变的电压供应。能控制的电压源可以尤其用于，有针对性地这样改变流过传感器的电流，从而减小传感器的自热。

温度传感器电路的测量电阻优选是NTC电阻（NTC = 负温度系数）。术语“输入电压”指的是这样一个电压，该电压被用能控制的电压源交到温度传感器上。测量电阻原则上也可以是PTC电阻（PTC = 正温度系数）。

特别优选的是，在测量电阻的第一端部上是用于减小第一测量电压的第一接头。测量电阻的第一端部优选是这样的端部，在该端部上也连接着能控制的电压源。

此外优选的是，在测量电阻的第二端部上是用于减小第二测量电压的第二接头。测量电阻的第二端部优选是这样的端部，在该端部上也连接着接地电位。

带有用于减小第一测量电压的第一接头和用于减小第二测量电压的第二接头的温度传感器电路具有这样的优点，即，能特别精确地实现用于确定在测量电阻上出现的电压差的差值测量。

特别优选的是，在温度传感器电路的用于减小测量电压的至少一个接头上连接着模数转换器，用该模数转换器能将测量电压转换成数字的电压信号。用模数转换器能将电压信号转换成数字信号。数字信号可以被进一步数字地处理。

此外优选的是，将电流传感器与测量电阻串联，以便测量流过测量电阻的电流。对流过测量电阻的电流的认识，使得能和出现的测量电压（第一测量电压和/或第二测量电压）共同确定由测量电阻转化的电能，并且产生热量。

电流传感器可以优选是分压电阻或固定电阻，在电流传感器上能测量流动的电流。

此外，温度传感器电路还具有评估电路，该评估电路设置用于，根据来自温度传感器电路的输入参量来调节能控制的电压源，以便使输入电压与输入参量相匹配。

输入参量尤其是由温度传感器电路测得的温度或用温度传感器电路确定的温度。但输入参量也可以是任意其它输入参量，其用温度传感器电路或在温度传感器电路中确定并且对温度传感器电路或测量电阻的加热有影响。输入参量可以尤其是用电流传感器测得的电流或基于这个电流确定的值。这种基于电流确定的值例如是电功率或电能，其由电流造成并且有助于测量电阻或温度传感器电路的加热。

特别优选的是，能控制的电压源具有PWM模块，该PWM模块连接在阻尼电阻和电容器上，以便由恒定不变的供应电压产生输入电压，其中，针对PWM模块通过预定脉宽来调节输入电压。

PWM模块（PWM = 脉宽调制）使得能提供在至少两个不同的电压水平上的电压。通常存在提高的电压水平和基本电压水平。在优选的实施变型方案中，基本电压水平为零。但基本电压水平不同于零的实施变型方案也是可实现的。基于提高的电压水平，通常也产生了通过温度传感器电路（特别是通过测量电阻）提高的测量电流，该提高的测量电流尤其相对在加载基本电压水平时流动的电流有所提高。

在较高的电压水平和通过测量电阻的提高的测量电流下尤其实现了温度测量的提高的精度，因为已经很小的温差在提高的测量电流下导致了在测量电阻上提高的电压差。

特别优选的是，借助PWM模块仅脉冲地调整高测量精度所需的提高的电流。然后也仅暂时（在测量电流提高阶段期间）出现了测量电阻的增强的加热。测量电阻的和温度传感器电路的加热因此在高测量精度下总体上可以减轻。通过可变的电压供应可以使传感器始终在合理的范围内运行并且随时都实现了精准的温度确定。

在此所说明的温度传感器电路的特征因此在于，有与温度相关的电阻的特性的温度传感器在可变的电压供应下运行。此外，这个温度传感器电路的特征还在于，测量流过温度传感器的电流。此外，这个温度传感器电路的特征还在于，测量在温度传感器上下降的电压（例如通过在两个接头上测量的电压的差值形成）。

要指出的是，温度传感器电路的不同的元件（测量电阻、分压电阻、阻尼电阻和电流传感器）的顺序是任意的。重要的仅在于，这些部件彼此串联在接地电位和能控制的电压源之间。

温度传感器电路的特征尤其也在于，流过温度传感器电路的电流通过可变的电压供应的脉冲这样加以调整，使得减小了传感器的自热并且提高了测量精度。

尤其这样来调整流过温度传感器电路的电流，使得温度传感器电路在最优的或指定的运行点中运行。

通过电压供应的变化可以校准温度传感器电路或者可以减少测量误差。例如可以通过调整不同的电压在相同的温度下部分计算出模数转换器的量化误差。

（由能控制的电压源产生的）可变的电压供应可以通过微型控制器的PWM输出端用附加连接的低通滤波器实现。低通滤波器导致，脉冲式电流或脉冲式电压（其形成了PWM模块的输出端）被平滑处理或被转换成恒定不变的电压水平和电流水平。无电压的时间间隔与在PWM输出端上施加电压的时间间隔的比，通常与低通滤波器的电压输入端和电压输出端的比成比例。低通滤波器优选由阻尼电阻和电容器形成。在阻尼电路的输出端上的电压高度因此由PWM信号的占空比得出。其它的驱控方法，如固定的接通时间和可变的关断时间，也是可实现的，以便用能控制的电压源产生可变的电压。

相比有能转换的分压器的温度传感器电路，在此所说明的温度传感器电路的优点在于，评估电路能无级地并且因此连续地根据传感器的最优的评估范围改变。

传感器不像迄今为止那样用恒定电压源和（必要时能转换的）分压器运行，而是由可变的电压源供电。在此也应当说明一种用所说明的温度传感器电路来执行温度测量的方法，具有下列步骤：

a）提供为了温度测量流过测量电阻的测量电流，

b）提供为了温度测量而在至少一个有限的时间间隔内流过测量电阻的、提高的测量电流，

c）提供温度测量的测量信号，其中，针对步骤b）的有限的时间间隔期间的温度测量形成提高的测量精度。

步骤a）优选连续地发生。按照步骤a）提供的测量电流尤其以如下方式提供，即，能控制的电压源产生特定的基本电压。步骤b）优选脉冲地或重复地在步骤a）期间用能控制的电压源完成。提高的电流优选由提高的电压产生，提高的电压由能控制的电压源提供。当能控制的电压源具有PWM模块时，可以例如通过延长PWM运行的电压脉冲提高电压和测量电流。备选也可以提高电压脉冲的重复频率，以便在步骤b）中提供提高的测量电流。

在至少一个有限的时间间隔（步骤b））期间尤其以如下方式形成温度测量的提高的测量精度（步骤c）），即，优选考虑到了在有限的时间间隔期间所测得的温度值。优选直接提供在有限的时间间隔期间测得的温度值。优选以很小的程度考虑到在有限的时间间隔外测量的温度值。特别优选利用在有限的时间间隔期间的温度测量，以便在有限的时间间隔外确证和修正温度测量。在有限的时间间隔外，优选仅提供用滤波器校准的温度值，其中，这种滤波器借助在有限的时间间隔期间求出的温度值设立。这个滤波器可以例如按低通滤波器的类型实施，该低通滤波器在有限的时间间隔内始终被校准到下述输出值，从该输出值开始，仅经滤波地（削弱地）考虑到了在有限的时间间隔外在时间段内的温度变化。

步骤c）尤其在温度传感器电路的一部分内执行。在温度传感器电路的输出端上，优选连续地（在有限的时间间隔期间和在有限的时间间隔外）输出温度值。

特别优选的是这样一种方法，该方法附加地包括下列步骤：

d）识别由于测量电流引起的传感器加热，

e）根据在步骤d）中识别到的加热调节下列参数中的至少一项：

- 在步骤b）的中提高的测量电流的电流强度，

- 在步骤a）中的测量电流的电流强度，

- 在步骤b）中的有限的时间间隔的长度，和

- 步骤b）的重复率。

优选在步骤d）中间接识别传感器加热。流过测量电阻的电流用温度传感器电路的电流传感器确定。由流动的电流可以推断出进入传感器的热能的量。必要时，进入传感器的热能的量也还取决于电压，当电流流过测量电阻时，所述电压在温度传感器电路的接头上出现。必要时可以由测得的电流和电压先计算出出现的传感器加热。这个计算出的出现的传感器加热然后紧接着用于在步骤e）中的调节。必要时也可实现的是，测量电流和必要时出现的电压在接头上直接用于在步骤e）中的调节。然后明确识别由于测量电流引起的传感器加热。

通过所述参数（测量电流的电流强度、提高的测量电流的电流强度、有限的时间间隔的长度和步骤b）的重复率）可以有针对性地控制传感器加热。为了减轻传感器加热，尤其减小电流强度、有限的时间间隔的长度和/或重复率。为了增强传感器加热，尤其提高电流强度、有限的时间间隔的长度和/或重复率。

针对在步骤e）中的调节，尤其也确定在当前用温度传感器装置确定的或测得的温度。可以用在步骤e）中的调节防止温度传感器电路由于测量电流而自加热。

在此也应当说明一种计算机程序，该计算机程序设置用于执行所说明的方法（特别是在使用所说明的温度传感器电路的情况下）。计算机程序尤其设置用于，在控制器上实施，温度传感器电路连接在该控制器上。

此外，在此应当说明一种有这种计算机程序的数据载体。在数据载体上存储和提供计算机程序。

附图说明

接下来借助附图详细阐释所说明的温度传感器电路。要指出的是，附图仅是示意性的或者示出了本发明的特殊的实施变型方案：

图1是所说明的温度传感器电路的原理图；

图2是所说明的温度传感器电路的示例性的实现方案；

图3是用所说明的温度传感器电路的温度测量的时间流程图；并且

图4是所说明的方法的方法步骤的流程图。

具体实施方式

图1和图2共同示出了所说明的温度传感器电路1的原理，其中，图1示出了原理图并且图2阐明了温度传感器电路1的电子的部件。

在图1中可以看到，温度传感器电路1的测量电阻2连接在能控制的电压源3和接地电位21之间。通过测量电阻2在流动的测量电流中出现了电压降22，该电压降可以在测量电阻2的第一端部5上的第一接头6和测量电阻2的第二端部7上的第二接头8之间下降并且该电压降被转达给评估电路11，所述评估电路由此产生输出信号23，该输出信号代表了由温度传感器电路1求出的温度。能控制的电压源3可以优选由评估电路11调节。能控制的电压源3优选被评估电路11这样调节，使得由于测量电流不进行或仅进行一次对温度传感器电路1的不会负面影响温度测量的加热。能控制的电压源3设置用于，由所提供的车载电网电压24产生了用于温度测量的减小的电压。为了求出所加载的测量电流，也还有一个电流传感器10与测量电阻2串联，该电流传感器将电流信号输出给评估电路11。

在图2中详细示出了温度传感器电路1的一些电气的部件，所述电气的部件因此无法由图1可知。更为详细地示出了例如能控制的电压源3，该电压源包括能驱控的PWM模块12以及由阻尼电阻13和电容器14构成的平滑电路。通过这个平滑电路由在PWM模块12的输出端上的矩形电压信号产生了伴随电压减小的均匀的电压信号。在图2中还可以看到分压电阻4，该分压电阻与测量电阻2串联。在图2中还可以看到模数变换器9，该模数变换器连接在第一接头6和第二接头8上并且用于将在第一接头6上的和第二接头8上的模拟的电压信号数字化以作进一步评估。也还在图2中示出了电流传感器10。该电流传感器10可以例如用固定电阻实现，固定电阻如所述一个或多个模数转换器9那样处在相同的接地电位21上。用这个固定电阻4可以确定通过测量电阻2的电流。然后就不需要单独的电流传感器10。

图3示出了温度测量的时间流程表。可以看到在时间轴上伴随提高的测量电流19（步骤b））的阶段和伴随没有提高的测量电流15（步骤a））的阶段。温度测量的在图表中同样示意性地绘出的测量误差18在按步骤b）的阶段中比在按步骤a）的阶段中更小。不过在按步骤b）的阶段中出现了增强的传感器加热17。总体上应当减小传感器加热17。因此没有持久地进行按步骤b）的测量。

图4阐明了温度测量的方法步骤a）至e）。示意性示出的是，方法步骤a）和b）在时间上错开地或必要时也彼此并行地发生。无论在步骤a）期间还是在步骤b）期间，均提供测量信号（步骤c）），不过其中，这个测量信号在步骤b）期间具有比在步骤a）期间更高的精度。借助测量信号并且借助出现的测量电流15在步骤d）中估计传感器加热。用步骤e）根据所估计的传感器加热来控制所述方法（特别是方法步骤a）和b）的执行）。

Claims (11)

1.用于测量温度的温度传感器电路（1），包括测量电阻（2）和连接在该测量电阻（2）上的能控制的电压源（3）或电流源（3），用该电压源或电流源能用输入电压加载所述测量电阻（2），其中，能无级地用所述能控制的电压源（3）或电流源（3）调整所述输入电压，

其特征在于，根据识别由于电流引起的传感器加热（17），通过可变的电压供应的脉冲来调整流过温度传感器电路的电流，从而减小了传感器的自热并且提高了测量精度。

2.按照权利要求1所述的温度传感器电路（1），还具有分压电阻（4），所述测量电阻（2）与该分压电阻串联。

3.按照权利要求1所述的温度传感器电路（1），其中，在所述测量电阻（2）的第一端部（5）上是用于减小第一测量电压的第一接头（6）。

4.按照权利要求1所述的温度传感器电路（1），其中，在所述测量电阻（2）的第二端部（7）上是用于减小第二测量电压的第二接头（8）。

5.按照权利要求3或4所述的温度传感器电路（1），其中，在用于减小测量电压的至少一个接头（6、8）上连接着模数转换器（9），用该模数转换器能将测量电压转换成数字的电压信号。

6.按照权利要求1或2所述的温度传感器电路（1），其中，电流传感器（10）与测量电阻（2）串联，以便测量流过所述测量电阻（2）的电流。

7.按照权利要求1或2所述的温度传感器电路（1），具有评估电路（11），该评估电路设置用于，根据来自温度传感器电路（1）的输入参量来调节能控制的电压源（3），以便使输入电压与输入参量相匹配。

8.按照权利要求1或2所述的温度传感器电路（1），其中，所述能控制的电压源（3）或电流源（3）具有PWM模块（12），该PWM模块连接在阻尼电阻（13）和电容器（14）上，以便由恒定不变的供电电压产生输入电压，其中，针对所述PWM模块（12）通过预定脉宽来调节所述输入电压。

9.用按照前述权利要求中任一项所述的温度传感器电路（1）来执行温度测量的方法，具有下列步骤：

a）提供为了温度测量而流过测量电阻（2）的测量电流（15），

b）提供为了温度测量而在至少一个有限的时间间隔（20）内流过所述测量电阻（2）的、提高的测量电流（19），

c）提供温度测量的测量信号，其中，针对温度测量在步骤b）的有限的时间间隔（20）期间形成提高的测量精度，

其特征在于，根据识别由于电流引起的传感器加热（17）通过可变的电压供应的脉冲这样来调整流过温度传感器电路的电流，使得减小了传感器的自热并且提高了测量精度。

10.按照权利要求9所述的方法，附加地包括下列步骤：

d）识别由于所述测量电流（15）引起的传感器加热（17），

e）根据在步骤d）中识别的加热来调节下列参数中的至少一项：

- 在步骤b）中所述提高的测量电流（19）的强度，

- 在步骤a）中所述测量电流（15）的强度，

- 在步骤b）中所述有限的时间间隔（20）的长度，和

- 步骤b）的重复率。

11.带有计算机程序的数据载体，该计算机程序设置用于执行按照权利要求9或10中任一项所述的方法。

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